Instrumente software și tehnologii utilizate pentru prelucrarea informațiilor geologice și geofizice: programe standard MSOffice;
programe de prelucrare a informaţiei statistice
(Statistica, Coscade);
programe de grafică pe computer:
programe standard (CorelDraw, Photoshop...);
programe de inginerie grafică (Surfer, Grapher, Voxler,
Strater);
sisteme de proiectare asistată de calculator
(AutoCAD, etc.);
sisteme de prelucrare specializate şi
interpretarea informațiilor geologice și geofizice;
sisteme complexe de analiză și interpretare
date geologice și geofizice;
sisteme informatice geografice.

Plan de disciplină
Conținutul cursului:
Puncte
1. Bazele cartografierii într-un pachet software
Surfer (Golden Software).
40 (16)
2. Crearea modelelor tridimensionale ale câmpurilor din program
Voxler (software de aur).
20 (8)
3. Bazele designului în Autocad (Autodesk)
40 (17)
4. Rezolvarea problemelor geologice în geoinformare
Sistem ArcGIS (ESRI)
30 (12)
5. Crearea unui model 3D al depozitului și calculul rezervelor în
Sistem Micromine (Micromine).
30 (12)
Certificare finală
40 (17)

TEMA Nr. 1.

Elementele de bază ale cartografierii în
Pachetul software Surfer

Program Surfer (Golden Software, SUA)

Scopul principal al pachetului este de a construi
hărți ale suprafețelor z = f(x, y).
proiecție 3D

Interfața programului

Panouri
unelte
Meniu
programe
Fereastra Plot
Fereastra foii de lucru
Manager
obiecte

Structura sistemului

Programul include 3 principale
blocuri functionale:
1. constructie
model digital
suprafete;
2. operatii auxiliare cu digital
modele de suprafață;
3. vizualizarea suprafeţei.

Construirea unui model digital de suprafață
Este reprezentat modelul digital al suprafeței Z(x, y).
sub formă de valori în nodurile unei grile regulate dreptunghiulare, discretie
care se determină în funcţie de problema specifică care se rezolvă.
y
x ≠ y
x
y
z1
z5
z9
z13
nodul z17
z2
z6
z10
z14
z18
z3
z7
z11
z15
z19
z4
z8
z12
z16
z20
x

Fișierele de tip [.GRD] (binare sau
format text).
numărul de celule de-a lungul axelor X și Y
valorile minime și maxime ale lui X, Y, Z
linia y
(Y=const)
linia x
(X=const)
Programul Surfer vă permite să utilizați modele digitale gata făcute
suprafețe în formate ale altor sisteme USGS [.DEM], GTopo30 [.HDR],
SDTS [.DDF], Digital Terrain Elevation Model (DTED) [.DT*] .

Pachetul include 3 variante
obținerea valorilor la nodurile grilei:
conform datelor inițiale specificate în puncte arbitrare ale regiunii (in
nodurile unei grile neregulate), folosind algoritmi
interpolarea funcțiilor bidimensionale;
calcularea valorilor unei funcții specificate în mod explicit de utilizator;
trecerea de la o grilă obișnuită la alta.

Crearea unei grile dintr-un set de date neregulat
Date inițiale:
Formatați tabelele [.BLN], [.BNA], [.CSV], [.DAT], [.DBF], [.MDB], [.SLK],
[.TXT], [.WKx], [.WRx], [.XLS], [.XLSX]
date XYZ

Alegere
date
Element de meniu Grilă>Date
Selectarea unei metode
interpolare
Definirea geometriei rețelei

Selectarea dimensiunii celulei grilei
Alegerea densității rețelei ar trebui făcută în conformitate cu
datele sursă sau scara hărții necesare.
Dacă se cunoaște scara la care trebuie desenată harta, atunci pasul
între liniile grilei trebuie setat egal cu numărul de unități
carduri care se potrivesc în imagini de 1 mm.
De exemplu, la o scară de 1:50.000, aceasta este 50 m.
Dacă scara necesară nu este cunoscută în prealabil, atunci pasul dintre linii
grilele pot fi setate la jumătate din distanța medie
între punctele de date.

Metode de grilaj

Distanța inversă
Kriging
Curbura minima
Regresia polinomială
Triangulație cu interpolare liniară
interpolare liniară),
Cel mai apropiat vecin
Metoda lui Shepard (Metoda lui Shepard),
Funcții de bază radială
Media mobilă etc.

INTERPOLARE:
Triunghiulare cu metoda liniară
Interpolare
Metoda de triangulare cu interpolare liniară
Interpolare liniară) se bazează pe triangulația Delaunay peste punctele de intrare și
interpolare liniară a cotelor de suprafață în cadrul fețelor plane.
z
punct cu necunoscutul
valori (nod)
x
y
Triangulația Delaunay
puncte cu cunoscute
valorile

INTERPOLARE: metoda distanței inverse la o putere (IDW).
Distanța inversă la o metodă de putere
calculează valorile celulelor prin mediarea valorilor la punctele de referință,
situat în vecinătatea fiecărei celule. Cu cât punctul este mai aproape de centrul celulei,
a cărui valoare este calculată, cu atât este mai mare influența sau greutatea pe care o are în
procesul de mediere
7,5
11,8
,
100 m
Unde
150 m
60 m
3,0
i – greutatea valorii măsurate;
k – exponent
?
70 m
21,6
puncte cu cunoscute
valorile
?
puncte cu necunoscute
valorile
Rază
interpolare

INTERPOLARE: Metoda de curbură minimă
Metoda Curbură minimă calculează valori cu
folosind o funcție matematică care minimizează totalul
curbura suprafeței și construiește o suprafață netedă care trece prin
puncte de referință

Interpolare: Metoda regresiei polinomiale
Metoda regresiei polinomiale se bazează pe
aproximarea suprafeței printr-un polinom de un anumit ordin:
z(x)=a0+a1x1+a2x2+…..+anxn - polinom de ordinul al n-lea
Metoda celor mai mici pătrate minimizează suma
- valoarea calculată (estimată) a parametrului z
- valoarea observată a parametrului z

prima comandă
Aproximarea unei suprafețe printr-un polinom
ordinul doi

Interpolare: metoda Kriging
Metoda Kriging se bazează pe modele statistice care
luați în considerare autocorelația spațială (relație statistică
între punctele de referință)
Fluctuații aleatoare, dar corelate spațial
înălțimi
Zgomot întâmplător
(bolovani)
Deriva (tendință generală)
modificări de înălțime)
Ilustrarea elementelor de kriging. Deriva (tendință generală), aleatorie, dar
fluctuații de înălțime corelate spațial (mici abateri de la general
tendințe) și zgomot aleatoriu.

Variogramă
Semi-dispersie (distanța h) = 0,5 * medie[ (valoarea la punctul i - valoarea la punctul j)2]
pentru toate perechile de puncte separate prin distanța h
Semi-dispersie
h
h
Distanța (lag)
Semi-dispersie
Formarea perechilor de puncte:
punctul roșu se împerechează cu toată lumea
alte puncte de măsurare
Rezidual
dispersie
(pepită)
Limită
rază
corelații
(gamă)
Distanța (lag)

Modelarea semivariogramei
Semi-dispersie
Semi-dispersie
Distanța (lag)
Model sferic
Distanța (lag)
Semi-dispersie
Model exponenţial
Distanța (lag)
Model liniar

Calculul valorilor în nodurile rețelei
7,5
11,8
puncte cu cunoscute
valorile
100 m
150 m
60 m
3,0
?
puncte cu necunoscute
valorile
?
70 m
21,6
i – greutatea valorii măsurate,
calculat
pe
bază
modele
variograme
Şi
spațială
distribuţia punctelor de măsurare în jurul
punct evaluat
Rază
interpolare

Compararea metodelor de interpolare
Spate
ponderat
distante
Triunghiulare cu
liniar
interpolare
Minim
curbură
Kriging

Opțiuni suplimentare
IV
R2
1. Definirea zonei de date sursă pentru calcularea valorilor în noduri
fișier grilă
eu
R1
III
II

2. Contabilizarea „liniilor de întrerupere” și a erorilor
Defecte
Folosind sarcina Defecte, poziția este simulată
defecte de tip defecțiune/revers.
Structura fișierului [.BLN]
Numărul de puncte
atribuiri de obiecte
Cod
(0 — resetarea rețelei în exterior
contur,
1- resetarea grilei
în interiorul conturului)
X1
Y1
X2
Y2
X3
Y3
Xn
Yn
Vine de misiune
Defecțiunile contabile acceptă metode de interpolare: Distanța inversă la a
Puterea, curbura minimă, cel mai apropiat vecin și valorile datelor.

Breaklines
Structura fișierului [.BLN]
Cantitate
puncte
sarcinile
obiect
Cod
(0-resetare grilă
în afara conturului
1- resetarea grilei
interior
contur)
X1
Y1
Z1
X2
Y2
Z2
X3
Y3
Z3
Xn
Yn
Zn
Misiunea Breakline
Contabilitatea Breakline acceptă metode de interpolare:
Distanța inversă față de o putere, kriging, curbură minimă,
Cel mai apropiat vecin, funcție de bază radială, medie mobilă, local
Polinom

Contabilizarea discontinuităților

Contabilitate
Breaklines
Harta contur fără
contabilitatea defectelor
Contabilitate
Defecte

Vizualizarea imaginilor de suprafață

Harta contur
Harta de bază
Harta de date punct
Raster
Relief umbrit
Harta vectoriala
Grila 3D
Suprafata 3D
Rezultatul construcției este salvat ca vector
grafică în fișierul [.srf].

Hărți de contur
Hărți de contur

3D
imagini
suprafete
Hărți de suprafață 3D

Rețele 3D
Hărți wireframe 3D

Carduri vectoriale
Hărți vectoriale

Rastere
Hărți imagine

Hartă
relief umbrit
Hărți în relief umbrite

Carduri de bază
Hărți de bază
Formate importate:
AN?, BLN, BMP, BNA, BW, DCM, DIC,
DDF, DLG, DXF, E00, ECW, EMF, GIF,
GSB, GSI, JPEG, JPG, LGO, LGS, MIF,
PCX, PLT, PLY, PNG,
PNM/PPM/PGM/PBM, RAS, RGB,
RGBA, SHP, SID, SUN, TGA, TIF, TIFF,
VTK, WMF, X, XIMG

Hărți ale bazinelor hidrografice
Hărți de bazine hidrografice
depresie
curge apa
piscine
Hărțile reflectă sistemele de drenaj

Modelarea obiectelor discrete

date XYZ
(BLN, BNA, CSV, DAT, DBF, MDB, SLK, TXT, WKx, WRx, XLS, XLSX)

Postați hărți

Hărți clasificate cu date punct
Hărți de posturi clasificate

Fișiere limită [.bln]
Numărul de puncte
atribuiri de obiecte
Cod
(0-reducerea la zero a grilei în afara conturului,
1-reducerea la zero a rețelei în interiorul circuitului)
X1
Y1
X2
Y2
X3
Y3
Poligon (închis)
X5, Y5
X3, Y3
X4, Y4
X2, Y2
Xn
X6,Y6
Yn
X10, Y10
X1,Y1
Linia
X6,Y6
X7, Y7
X4, Y4
X2,Y2
X5, Y5
X3, Y3
X1,Y1
X7, Y7
X8, Y8
X9, Y9
X1=X10
Y1=Y10

Calculul erorilor de interpolare,
Editare grafică a grilei.

Corecție manuală a grilei (Editor Grid Node)

Editor grafic pentru introducerea și corectarea valorilor datelor
zona de plasă

Estimarea preciziei de interpolare (reziduuri)

Element de meniu Grid

Operații matematice pe grile (Math)
Grila de intrare 1
Vă permite să efectuați
calcule pe una sau
două grile
Grila de intrare 2
Grila de ieșire
Formula de calcul
-
Acoperiş
=
Unic
Putere

Analiza suprafeței (calcul)
Metode
Permite analiza
formele suprafeței
Grila de intrare
Grila de ieșire
Unghiuri
înclinare
Teren
Pantă
Orientare
pante
Aspect de teren

Filtra
Grila de intrare
Grila de ieșire
Dimensiune
operator
Metode
Vă permite să evidențiați
diferite componente de frecvență
modele de suprafață
Operator
Frecvență joasă
filtrare
41 41

Necompletat
Vă permite să resetați zonele de hartă definite de fișierul [.bln].
Grila de intrare
+ Fișier [.bln] = Grilă de ieșire
Golire
Necompletat
Granițele poligonului

Construcția de secțiuni (Slice)
Vă permite să tăiați suprafața de-a lungul unei linii, poziție
care este definit de fișierul [.bln]
Grila de intrare
+ Fișier [.bln] = Fișier de ieșire [.dat]
X
Y
Z
Distanţă
după profil
Linia de profil
64
Secțiunea de profil
Z
56
48
40
0
20000
40000
Distanța de profil
60000
80000

Mihail Vladimirovici Morozov:
site-ul web personal

Modele matematice (lecția, harta-2): Principii de lucru cu Golden Software Surfer

Ei bine" Metode de modelare matematică în geologie"

Golden Software Surfer este cel mai important software din lume pentru construirea de modele spațiale ale variabilelor numerice, cum ar fi valorile câmpului geofizic sau geochimic etc. Acest capitol vă va ajuta să începeți cu programul, evitând greșelile tipice pentru începători.

PRACTICA

Introducere în programul Surfer de la Golden Software

Scopul software-ului pe scurt: construirea unei hărți a unui parametru numeric la scara necesară (în orice design extern - puncte, izolinii, gradații de culoare, ca o suprafață 3D, ca un câmp vectorial) și aranjarea acesteia pentru prezentare.

Ce NU FACE programul: Surfer este un program pentru construirea de modele digitale ale suprafețelor într-un parametru dat. Nu este potrivit pentru „pictarea” teritoriului, adică. pentru a crea o hartă care să arate pozițiile relative ale obiectelor punct, linii și zone, cum ar fi un desen (adică hărți geografice, politice și alte hărți similare). Pentru a crea astfel de hărți, este necesar un alt software (ArcInfo, MapInfo etc.).

CUM ESTE SURFERUL? Setul de instrumente al programului constă din două părți: (1) partea de matematică- pentru crearea și analizarea unei hărți de suprafață - un program unic puternic, care are analogi (de exemplu, Oază); (2) parte de proiectare este similar cu orice program de grafică vectorială care vă permite să creați linii și alte obiecte și apoi să le modificați individual (liderii din acest domeniu sunt Corel Draw , Adobe Illustrator), în ceea ce privește desenul, Surfer este, desigur, inferior pachetelor grafice speciale, deoarece este creat ca carto software de grafică, nu doar grafică

Să lansăm programul Surfer și să ne familiarizăm cu logica modului în care funcționează.

Fișierul de proiect Surfer (extensia *.SRF) constă dintr-un set de obiecte plasate pe o coală tipărită(în mod implicit dimensiunea A4, contururile sale sunt indicate în fereastra Surfer). Obiectele pot fi selectate cu mouse-ul, iar operațiunile efectuate asupra lor sunt similare cu acțiunile obișnuite dintr-un program de grafică vectorială (scalare, mutare, modificare a proprietăților). Obiectele individuale pot face parte din grupuri. Orice hartă trebuie inclusă în grupul Tip hartă, căruia i se atribuie o rețea de coordonate comună tuturor obiectelor din acest grup.

Vă rugăm să rețineți: dacă desenați pur și simplu un obiect grafic (linie, dreptunghi etc.), acesta va fi plasat pe foaia tipărită, dar nu va avea referire la coordonate carte, chiar dacă este desenată deasupra, pentru că nu va fi legat de coordonatele geografice. Dacă trebuie să aveți o linie sau un poligon atașat la coordonate, trebuie să creați un obiect cale („strec”) folosind comanda Harta de bază, apoi adăugați-l în grupul Hărți al hărții corespunzătoare.

ÎN colțul din stânga sus Fereastra surferului situată Manager de obiecte , care vă permite să observați ordinea în care obiectele sunt afișate pe ecran și atunci când sunt imprimate (în manager, de sus în jos, obiectele urmează ca straturi, respectiv, blocându-se unele pe altele atunci când sunt afișate pe ecran sau pe foaia tipărită).

Pentru a FUNCȚIONA CORECT CU PROIECTUL, trebuie să vă amintiți să faceți următoarele:

a) dați fiecărui obiect (care primește în mod implicit un nume abstract, cum ar fi „Linie” sau „Hartă”), IMMEDIAT DUPĂ CREARE, un nume clar făcând clic pe nume cu mouse-ul, de exemplu, „Outline of Works 2013” ​​​​- pentru conturând teritoriul, „lgCu” - pentru harta prin logaritmi de conținut etc. Altfel, te asigur, numărul de obiecte va deveni atât de mare, neobservat de tine, iar denumirile obiectelor de același tip vor fi aceleași, încât vei fi complet confuz în proiect.

b) Aranjați Straturileîn ordinea corectă - acele obiecte care ar trebui să fie afișate pe ecran sau imprimate deasupra altora trebuie să fie trage cu mouse-ulîn partea de sus a listei de manager de obiecte.

V) Fiecare card nou, chiar dacă este construit folosind o bază de date comună, este adăugat la proiect ca obiect independent, chiar dacă ajunge în același loc pe foaie atunci când este creat. Mouse aceste cărți poate fi mutat și așezat unul lângă altul. Uneori, acest lucru este necesar - de exemplu, pentru a tipări hărți una lângă alta în izolinii, de exemplu, pentru cupru și zinc. Dar dacă trebuie să combinați hărți - de exemplu, trasați punctele hărții de fapt deasupra hărții în izolinii, aceste hărți trebuie să fie combinate într-una singură, trăgând oricare dintre ei în grup Hartă , unde se află a doua carte. În același timp, grupul Hartă prima carte (dacă nu includea nimic altceva) va dispărea, iar noul grup Hartă va conține două hărți ca două straturi adiacente. Puteți trage un obiect cu mouse-ul când este afișat indicatorul săgeată orizontal. În acest moment, puteți elibera mouse-ul și obiectul va „ateriza” în locul în care arăta săgeata. Dacă trageți un obiect acolo unde nu este permis, indicatorul va căpăta aspectul unui semn de interdicție.

d) Dacă obiecte inutile interferează cu vizualizarea (sau nu doriți să le imprimați), debifați casetaîn stânga numelui obiectului și acesta va dispărea. Este atât de convenabil să schimbați pentru a vizualiza harta în izolinii parametri diferiți, deoarece doar unul poate fi retras la un moment dat.

ÎN colțul din stânga jos Fereastra surferului situată Manager proprietăți obiect , dacă un obiect este activ în prezent, de ex. evidențiat de mouse. Managerul de proprietăți combină în file și grupează toți parametrii obiectului care pot fi modificați, de la locație geografică la coordonate la culoare, textura liniei etc. Pe lângă Manager, unele proprietăți pot fi editate folosind panouri de control Poziție/Dimensiune(locația pe foaie în raport cu colțul din stânga sus al colii tipărite, înălțimea și lățimea obiectului).

Instrumentele cartografice pentru crearea, modificarea și analizarea suprafețelor sunt colectate în meniu Grilă. Comenzile sale conțin întreaga gamă de instrumente de la un editor de foi de calcul până la module matematice pentru crearea și procesarea fișierelor grid („grile” - fișiere în format *.GRD). Aceste capabilități și cele mai importante caracteristici ale lor sunt discutate în capitolul „Crearea unui fișier grilă” și „Selectarea unui model matematic, kraiging și variogramă”.

Componenta principală a Surfer este set de instrumente de cartografiere, adică comenzi pentru afișarea suprafețelor pregătite („grile”). Principalele sunt colectate în meniu Hartă - Nouși parțial duplicat în bara de instrumente Hartă.

Dacă este necesar, Surfer vă permite să lansați sistemul încorporat editor de foi de calcul (meniu Grilă - Date). Folosind această comandă, puteți deschide un fișier Excel sau alt fișier de calcul tabelar și puteți salva din nou datele în formatul nativ *.DAT al lui Surfer, care este de fapt un fișier text cu delimitatori de coloane. Desigur, editorul încorporat nu poate fi comparat cu capabilitățile software-ului „proprietar” pentru gestionarea foilor de calcul, cum ar fi Microsoft Excel, OpenOffice Calc etc., așa că nu recomand să-l folosești. Este logic să lucrați cu fișierele DAT doar ca ultimă soluție sau dacă tabelele de date sursă au fost deja pregătite în prealabil în format DAT. Într-o situație tipică, utilizatorul lucrează cu date create într-o foaie de calcul în format *.XLS, care este procesată direct de toate modulele Surfer pentru crearea de suprafețe și hărți.

Să menționăm important barele de instrumente.

Bara de instrumente Vedere(Vizualizare) conține butoane de scalare, cu ajutorul cărora puteți modifica în mod convenabil dimensiunea zonei de vizualizare cu un singur clic, precum și să scalați și să mutați obiecte.

Bara de instrumente Hartă(Harta) conține toate butoanele principale pentru crearea hărților, care vă accelerează munca, deoarece... elimină necesitatea de a selecta dintr-un meniu Hartă - Nou.

Pentru desen există instrumente grafice colectate pe panou Desen(Desenare): butoane pentru introducerea de text, poligon, polilinie, simbol, forme standard (dreptunghi, dreptunghi rotunjit, elipsă), curbă netedă (adică o curbă Bezier bazată pe puncte de ancorare) și instrumentul de editare a punctelor de ancorare (similar cu același instrument în Corel Draw și software similar de grafică vectorială). Vederea generală a tuturor panourilor este prezentată în figură la sfârşitul paginii.

Să ne amintim și să configurați unitate de măsură: Selectați centimetri în loc de inci în mod implicit (meniu Instrumente - Opțiuni, secțiunea următoare Mediu - Desen, câmp Unități de pagină).

Și, în sfârșit, cel mai important lucru: forma hărții finale. Nu este un secret pentru nimeni că nu toată lumea are programul Surfer la îndemână, prin urmare, forma finală a cardului trebuie să respecte formatul general acceptat. În cazul nostru cea mai buna varianta harta va fi exportată într-un fișier grafică raster format JPEG. Înainte de a exporta, trebuie să verificați aspectul exterior al proiectului, să vă asigurați că straturile sunt poziționate corect, să dezactivați straturile inutile în managerul de obiecte și să nu uitați să scrieți toate titlurile și comentariile necesare. După aceasta, selectați toate obiectele și grupați-le (acest lucru nu este necesar, dar nu este în niciun caz dăunător pentru protecția împotriva deplasărilor accidentale ale obiectelor unul față de celălalt). Exportul se realizează prin meniu Fișier - Export, prin apăsare Ctrl+E sau folosind un buton special din bara de instrumente. În mod implicit, Surfer oferă export în format *.BLN, schimbați-l în *.JPG. În fereastra următoare putem edita rezoluția imaginii finale (implicit este 300 dpi, adesea 200 dpi este potrivit, ceea ce salvează dimensiunea fișierului). Există o filă în fereastra Opțiuni de export Opțiuni JPEG, unde puteți selecta gradul de compresie necesar (nu vă lăsați duși de cap și supracomprimați imaginea, asigurați-vă că verificați calitatea rezultatului folosind exemplul celor mai mici inscripții și pictograme). Asta este!

Ministerul Educației și Științei Federația Rusă

LUCRARE DE CURS

Construirea modelelor digitale de elevație pe baza datelor de topografie radar SRTM

Saratov 2011

Introducere

Conceptul de modele digitale de elevație (DEM)

1 Istoricul creării DEM

2 tipuri de DEM

3 Metode și metode de creare a DEM-urilor

4 DEM naționale și globale

Date topografice radar de topografie (SRTM)

1 Versiuni și nomenclator de date

2 Evaluarea acurateței datelor SRTM

3 Utilizarea datelor SRTM pentru a rezolva probleme aplicate

Aplicarea SRTM în crearea de geoimagini (folosind exemplul regiunilor Saratov și Engel)

1 Concept de geoimagini

2 Construirea unui model digital de relief pentru teritoriul regiunilor Saratov și Engel

Concluzie

Introducere

Modelele digitale de elevație (DEM) sunt una dintre funcțiile importante de modelare ale sistemelor de informații geografice, care include două grupuri de operațiuni, dintre care primul servește la rezolvarea problemelor creării unui model de relief, al doilea - utilizarea acestuia.

Acest tip de produs este o afișare complet tridimensională a terenului real în momentul efectuării cercetării, ceea ce îi permite să fie utilizat pentru a rezolva diverse probleme aplicate, de exemplu: determinarea oricăror parametri geometrici ai reliefului, construirea de profile transversale. ; efectuarea lucrărilor de proiectare și sondaj; monitorizarea dinamicii terenului; calculul caracteristicilor geometrice (suprafață, lungime, perimetru) ținând cont de relief pentru nevoile de arhitectură și urbanism; sondaje inginereşti, cartografie, navigaţie; calculul abruptului versantului, monitorizarea și prognozarea proceselor geologice și hidrologice; calculul condițiilor de iluminare și vânt pentru arhitectură și urbanism, studii inginerești, monitorizarea mediului; construirea de zone de vizibilitate pentru companii de telecomunicații și celulare, arhitectură și urbanism. În plus, DEM-urile sunt utilizate pe scară largă pentru a vizualiza teritorii sub formă de imagini tridimensionale, oferind astfel posibilitatea de a construi modele virtuale de teren (VTM).

Relevanța temei lucrării de curs se datorează necesității cercetării geografice de a utiliza datele de relief în formă digitală datorită rolului tot mai mare al tehnologiilor informaționale geografice în rezolvarea diferitelor probleme, nevoii de îmbunătățire a calității și eficienței metodelor de creare. și utilizarea modelelor digitale de elevație (DEM) și asigurarea fiabilității modelelor create.

Sursele tradiționale de date inițiale pentru crearea unui DEM de teren sunt hărțile topografice, datele de teledetecție (RS), datele de la sistemele de poziționare prin satelit și lucrările geodezice; date din topografie și ecosondare, materiale din fototeodolit și sondaje radar.

În prezent, unele țări dezvoltate au creat DEM-uri naționale, de exemplu, în SUA, Canada, Danemarca, Israel și alte țări. În prezent, nu există date disponibile public de calitate similară pe teritoriul Federației Ruse.

O sursă alternativă de date de altitudine sunt datele SRTM (misiuni topografice radar navetei) disponibile gratuit, disponibile pe cea mai mare parte a globului la rezoluția modelului de 90 m.

Scopul acestei lucrări este de a studia o sursă alternativă de date de înălțime - datele de sondaj radar de pe Pământ - SRTM, precum și metodele de prelucrare a acestora.

Ca parte a acestui obiectiv, este necesar să se rezolve următoarele sarcini:

obținerea înțelegerii teoretice a conceptului, tipurilor și metodelor de creare a DEM-urilor, studierea datelor necesare construirii DEM-urilor, evidențierea domeniilor cele mai promițătoare pentru utilizarea acestor modele pentru rezolvarea diferitelor probleme aplicate;

identificați sursele de date SRTM, identificați caracteristicile tehnice, explorați opțiunile de accesare a datelor SRTM

arată posibilele utilizări ale acestui tip de date.

Pentru redactarea lucrării de curs s-au folosit următoarele surse: manuale de geoinformatică și teledetecție, periodice, resurse electronice de pe Internet.

1. Conceptul de modele digitale de elevație (DEM)

Unul dintre avantajele semnificative ale tehnologiilor sistemelor informaționale geografice față de metodele cartografice convenționale „de hârtie” este capacitatea de a crea modele spațiale în trei dimensiuni. Coordonatele principale pentru astfel de modele GIS, pe lângă latitudinea și longitudinea obișnuite, vor servi și ca date de altitudine. Mai mult, sistemul poate funcționa cu zeci și sute de mii de semne de cotă, și nu cu unități și zeci, ceea ce a fost posibil și atunci când se foloseau metode de cartografie „de hârtie”. Datorită disponibilității fast prelucrare computerizată Cu o serie uriașă de date de altitudine, sarcina de a crea cel mai realist model digital de elevație (DEM) devine fezabilă.

Un model digital de elevație este de obicei înțeles ca un mijloc de reprezentare digitală a obiectelor spațiale tridimensionale (suprafețe sau reliefuri) sub formă de date tridimensionale, formând un set de semne de elevație (semne de adâncime) și alte valori de coordonate Z, la nodurile unei rețele obișnuite sau continue sau un set de înregistrări de linii de contur (izohipsum, izobat) sau alte izolinii. DEM este un tip special de modele matematice tridimensionale care reprezintă relieful suprafețelor reale și abstracte.

1 Istoricul creării DEM

Imaginea reliefului a fost mult timp de interes pentru oameni. Pe cele mai vechi hărți, formele mari de relief erau afișate ca componentă integrantă a peisajului și ca element de orientare. Prima modalitate de a afișa formele de relief a fost cu semne de perspectivă care arătau munți și dealuri; Cu toate acestea, începând cu secolul al XVIII-lea, a început dezvoltarea activă a unor metode noi, din ce în ce mai complexe. O metodă de perspectivă cu desen în linie este prezentată în harta Munților Pirinei (1730). Culoarea pentru designul plasticului în relief a fost folosită pentru prima dată în Atlasul campaniei trupele ruseîn Elveţia (1799). Primele experimente pentru crearea DEM-urilor sunt printre cele mai multe stadii incipiente dezvoltarea geoinformaticii și a cartografiei automate în prima jumătate a anilor 1960 Unul dintre primele modele digitale de teren a fost realizat în 1961 la departamentul de cartografie al Academiei de Inginerie Militară. Ulterior, s-au dezvoltat metode și algoritmi de rezolvare a diverselor probleme, au fost create programe puternice de modelare, seturi mari de date de relief naționale și globale și s-a acumulat experiență în rezolvarea diverselor probleme științifice și aplicate cu ajutorul lor. În special, utilizarea DEM pentru sarcini militare a primit o mare dezvoltare.

2 tipuri de DEM

Cele mai utilizate reprezentări de suprafață în GIS sunt modelele raster și TIN. Pe baza acestor doi reprezentanți, din punct de vedere istoric, au apărut doi modele alternative DEM: bazat pe reprezentări pur regulate (matriciale) ale câmpului de relief cu semne de cotă și structurale, una dintre cele mai dezvoltate forme ale cărora sunt modele bazate pe reprezentarea structural-lingvistică.

Modelul de relief raster - prevede împărțirea spațiului în elemente indivizibile suplimentare (pixeli), formând o matrice de înălțimi - o rețea obișnuită de semne de elevație. Modele de elevație digitale similare sunt create de serviciile naționale de cartografiere din multe țări. O rețea regulată de înălțimi este o rețea cu dreptunghiuri sau pătrate egale, unde vârfurile acestor figuri sunt noduri de grilă (Figura 1-3).

Orez. 1.2.1 Un fragment mărit al unui model în relief care arată structura raster a modelului.

Orez. 1.2.2 Afișarea unui model obișnuit al unei rețele de înălțimi pe un plan.

Orez. 1.2.3. Model tridimensional în relief al împrejurimilor satului. Kommunar (Khakassia), construit pe baza unei rețele regulate de înălțimi /1/

Unul dintre primele pachete software care a implementat posibilitatea introducerii multiple a diferitelor straturi de celule raster a fost pachetul GRID (tradus din engleză - lattice, grid, network), creat la sfârșitul anilor 1960. la Harvard Computer Graphics and Spatial Analysis Laboratory (SUA). În pachetul GIS modern, utilizat pe scară largă ArcGIS, modelul de date spațiale raster este numit și GRID. Într-un alt program popular pentru calcularea DEM-urilor - Surfer, o rețea obișnuită de înălțimi este numită și GRID, fișierele unui astfel de DEM sunt în format GRD, iar calculul unui astfel de model se numește Gridding.

Atunci când se creează o rețea obișnuită de înălțimi (GRID), este foarte important să se țină cont de densitatea grilei (grid pitch), care determină rezoluția sa spațială. Cu cât este mai mic pasul selectat, cu atât mai precis este DEM - cu atât este mai mare rezoluția spațială a modelului, dar cu atât este mai mare numărul de puncte ale grilei, prin urmare, cu atât este necesar mai mult timp pentru a calcula DEM și mai mult spațiu pe disc. De exemplu, atunci când pasul de grilă este redus cu un factor de 2, cantitatea de memorie de computer necesară pentru a stoca modelul crește cu un factor de 4. Rezultă că trebuie să găsim un echilibru. De exemplu, standardul US Geological Survey DEM, dezvoltat pentru Banca Națională de Date Cartografice Digitale, specifică un model digital de elevație ca o matrice obișnuită de semne de altitudine la noduri de grilă de 30x30 m pentru o hartă la scară 1:24.000 Prin interpolare, aproximare, netezire și alte transformări la Modelul raster poate conține DEM-uri de toate celelalte tipuri.

Dintre ochiurile neregulate, cea mai des folosită este o plasă triunghiulară cu formă neregulată - modelul TIN. A fost dezvoltat la începutul anilor 1970. ca o modalitate simplă de a construi suprafețe pe baza unui set de puncte distanțate neuniform. În anii 1970 Au fost create mai multe versiuni ale acestui sistem, iar sistemele comerciale bazate pe TIN au început să apară în anii 1980. ca pachete software pentru construirea liniilor de contur. Modelul TIN este utilizat pentru modelarea digitală a terenului, nodurile și marginile rețelei triunghiulare corespunzătoare atributelor originale și derivate ale modelului digital. La construirea unui model TIN, punctele localizate discret sunt conectate prin linii care formează triunghiuri (Figura 4).

Orez. 1.2.4. Condiția de triangulație Delaunay.

În cadrul fiecărui triunghi al modelului TIN, suprafața este de obicei reprezentată ca un plan. Deoarece suprafața fiecărui triunghi este definită de înălțimile celor trei vârfuri ale sale, utilizarea triunghiurilor asigură că fiecare secțiune a suprafeței mozaicului se potrivește exact în secțiunile adiacente.

Fig.1.2.5. Un model de relief tridimensional construit pe baza unei rețele de triangulație neregulată (TIN).

Acest lucru asigură continuitatea suprafeței cu un aranjament neregulat de puncte (Figura 5-6).

Orez. 1.2.6. Un fragment mărit al modelului în relief din Fig. 5 care prezintă structura triunghiulară a modelului TIN.

Principala metodă de calcul a TIN este triangulația Delaunay, deoarece În comparație cu alte metode, are cele mai potrivite proprietăți pentru un model de relief digital: are cel mai mic indice de armonicitate ca sumă a indicilor de armonic ai fiecăruia dintre triunghiurile de formare (apropierea de triangulația echiunghiulară), proprietatea unghiului minim maxim. (cea mai mare nedegenerare a triunghiurilor) și aria minimă a suprafeței poliedrice formate.

Pentru că atât modelul GRID, cât și modelul TIN sunt utilizate pe scară largă în sistemele de informații geografice și sunt acceptate de mai multe tipuri software GIS, trebuie să cunoașteți avantajele și dezavantajele fiecărui model pentru a alege formatul potrivit pentru stocarea datelor de teren. Avantajele modelului GRID includ simplitatea și viteza procesării sale computerizate, care este asociată cu natura raster a modelului în sine. Dispozitivele de ieșire, cum ar fi monitoare, imprimante, plotere etc., folosesc seturi de puncte, adică pentru a crea imagini. au și un format raster. Prin urmare, imaginile GRID sunt transmise ușor și rapid către astfel de dispozitive, deoarece este ușor pentru computere să efectueze calcule pentru a reprezenta pătrate individuale ale unei rețele obișnuite de înălțimi folosind puncte sau pixeli video ai dispozitivelor de ieșire.

Datorită structurii sale raster, modelul GRID vă permite să „neteziți” suprafața modelată și să evitați marginile ascuțite și proeminențele. Dar acesta este și „minusul” modelului, pentru că La modelarea reliefului regiunilor muntoase (în special a celor tinere - de exemplu, plierea alpină) cu o abundență de pante abrupte și vârfuri ascuțite, este posibilă pierderea și „neclararea” liniilor structurale ale reliefului și distorsiunea imaginii de ansamblu. În astfel de cazuri, este necesară o creștere a rezoluției spațiale a modelului (pasul grilei de elevație), iar aceasta este plină de o creștere bruscă a cantității de memorie de computer necesară pentru stocarea DEM. În general, modelele GRID tind să ocupe mai mult spațiu pe disc decât modelele TIN. Pentru a accelera afișarea modelelor digitale de teren cu volum mare, se folosesc diverse metode, dintre care cea mai populară este construcția așa-numitelor straturi piramidale, care permit utilizarea diferitelor niveluri de detaliu a imaginii la diferite scări. Astfel, modelul GRID este ideal pentru afișarea obiectelor sau fenomenelor geografice (geologice) ale căror caracteristici se modifică fără probleme în spațiu (relieful zonelor plane, temperatura aerului, presiunea atmosferică, presiunea rezervorului de petrol etc.). După cum sa menționat mai sus, deficiențele modelului GRID apar la modelarea reliefului formațiunilor montane tinere. O situație deosebit de nefavorabilă cu utilizarea unei rețele regulate de cote se dezvoltă dacă zona modelată alternează între zone extinse nivelate cu zone de margini și stânci care au schimbări bruște ale cotei, cum ar fi, de exemplu, în văile largi dezvoltate ale râurilor mari de câmpie ( Fig. 7). În acest caz, în cea mai mare parte a teritoriului simulat va exista „redundanță” de informații, deoarece Nodurile grilei GRID de pe zonele plane vor avea aceleași valori de înălțime. Dar în zonele cu margini abrupte de relief, dimensiunea pasului grilei de elevație poate fi prea mare și, în consecință, rezoluția spațială a modelului poate fi insuficientă pentru a transmite „plasticitatea” reliefului.

Orez. 1.2.7. Un fragment dintr-un model tridimensional al reliefului Văii Tom (săgeata roșie arată marginea celei de-a doua terase deasupra câmpiei inundabile de pe malul stâng, marginea înaltă de pe malul drept este versantul câmpiei interfluviale). Scara verticală este de cinci ori mai mare decât cea orizontală.

Modelul TIN nu are astfel de neajunsuri. Deoarece se folosește o rețea neregulată de triunghiuri, zonele plate sunt modelate de un număr mic de triunghiuri uriașe, iar în zonele de margini abrupte, unde este necesar să se arate în detaliu toate marginile reliefului, suprafața este afișată de numeroase mici dimensiuni. triunghiuri (Fig. 8). Acest lucru vă permite să utilizați mai eficient RAM-ul computerului și resursele de memorie permanentă pentru a stoca modelul.

Orez. 1.2.8. Rețea neregulată de triunghiuri.

Printre „dezavantajele” TIN se numără costul ridicat al resurselor computerizate pentru procesarea modelului, care încetinește semnificativ afișarea DEM-ului pe ecranul monitorului și imprimarea, deoarece aceasta necesită rasterizare. O soluție la această problemă ar fi introducerea unor modele „hibride” care combină liniile de întrerupere TIN și o metodă obișnuită de afișare a setului de puncte. Un alt dezavantaj semnificativ al modelului TIN este „efectul de terasă”, exprimat în apariția așa-numitelor „pseudo-triunghiuri” - zone plate într-o situație geomorfologică evident imposibilă (de exemplu, de-a lungul liniei de jos a văilor în formă de V) (Fig. 9).

Unul dintre motivele principale este distanța mică dintre punctele de înregistrare digitală a contururilor în comparație cu distanțele dintre contururile în sine, ceea ce este tipic pentru majoritatea tipurilor de relief în afișarea lor cartografică.

Orez. 1.2.9. „Efectul de terasă” în văile râurilor mici, care apare la crearea unui TIN pe baza curbelor de nivel fără a lua în considerare liniile structurale ale reliefului (în acest caz, rețeaua hidraulică).

3 Metode și metode de creare a DEM-urilor

De când au apărut primele hărți, cartografii s-au confruntat cu problema afișării terenului tridimensional pe o hartă bidimensională. Au fost încercate diferite metode pentru aceasta. Pe harti topografice ah și planuri, relieful a fost reprezentat folosind contururi - linii înălțimi egale. Pe hărțile geografice și fizice generale, relieful a fost umbrit (umbrit), sau unei anumite înălțimi a terenului i s-a atribuit o culoare a tonalității corespunzătoare (scara de elevație). În prezent, odată cu apariția hărților și planurilor digitale și a creșterii vitezei tehnologiei computerizate, apar noi posibilități de reprezentare a terenului. Vizualizarea tridimensională a unui model de relief devine din ce în ce mai populară, deoarece permite chiar și persoanelor neinstruite profesional să obțină o imagine destul de completă a reliefului. Tehnologiile moderne de vizualizare tridimensională vă permit să „priviți” terenul din orice punct din spațiu, din orice unghi și, de asemenea, să „zburați” deasupra terenului.

De la dezvoltarea sistemelor și tehnologiilor informaționale, precum și a industriei satelitului, au apărut diverse metode și metode care fac posibilă construirea DEM-urilor. Există două moduri fundamental diferite de a obține date pentru construirea modelelor digitale de elevație.

Prima metodă este metodele de teledetecție și fotogrammetria. Astfel de metode pentru crearea DEM-urilor includ metoda interferometriei radar. Se bazează pe utilizarea componentei de fază a unui semnal radar reflectat de pe suprafața Pământului. Precizia reconstrucției DEM folosind metoda interferometrică este de câțiva metri și variază în funcție de natura terenului și de nivelul de zgomot al semnalului. Pentru o suprafață netedă și pentru o interferogramă de înaltă calitate, precizia reconstrucției reliefului poate ajunge la câteva zeci de centimetri. Există, de asemenea, o metodă de procesare stereoscopică a datelor radar. Pentru ca modulul să funcționeze, este necesar să aveți două imagini radar luate la unghiuri diferite ale fasciculului. Precizia reconstrucției DEM folosind metoda stereoscopică depinde de dimensiunea elementului de rezoluție spațială a imaginii. Tehnologia de scanare cu laser aeropurtată (ALS) este cea mai rapidă, completă și fiabilă modalitate de a colecta informații spațiale și geometrice despre zonele greu accesibile (zone umede și împădurite). Metoda oferă date precise și detaliate atât asupra terenului, cât și asupra situației. Astăzi, tehnologia VLS vă permite să obțineți rapid informații spațiale și geometrice complete despre teren, acoperirea cu vegetație, hidrografie și toate obiectele de la sol din zona de inspecție.

A doua metodă este de a construi modele de relief prin interpolarea izoliniilor digitizate din hărți topografice. De asemenea, această abordare nu este nouă, are propriile sale puncte forte și punctele slabe. Dezavantajele includ intensitatea muncii și uneori acuratețea modelării insuficient de satisfăcătoare. Dar, în ciuda acestor neajunsuri, se poate argumenta că materialele topografice digitizate vor rămâne singura sursă de date pentru o astfel de modelare pentru câțiva ani de acum înainte.

4 DEM naționale și globale

Disponibilitatea publică a datelor și tehnologiilor pentru construirea DEM face posibilă pentru multe țări să creeze modele naționale de ajutor utilizate pentru nevoile personale ale țării. Exemple de astfel de țări sunt SUA, Canada, Israel, Danemarca și alte țări; Statele Unite sunt unul dintre liderii în crearea și utilizarea DEM-urilor. În prezent, serviciul național de cartografiere topografică al țării, U.S. Geological Survey, produce cinci seturi de date reprezentând formatul DEM (Digital Elevation Model) și care diferă în tehnologie, rezoluție și acoperire spațială. Un alt exemplu de experiență de succes a unui DEM național este DEM danez. Primul model digital de elevație al Danemarcei a fost creat în 1985 pentru a rezolva problema plasării optime a traducătorilor din rețeaua mobilă. Modelele digitale de elevație sub formă de matrice de elevație sunt incluse în seturile de date spațiale de bază ale aproape tuturor SID-urilor naționale și regionale (date de informații spațiale). La nivelul actual de dezvoltare a tehnologiei, pasul grilei de cotă în DEM-urile naționale atinge 5 m DEM-urile cu rezoluție spațială similară sunt complet gata sau vor fi gata în viitorul apropiat teritorii mari precum Uniunea Europeană și SUA. Oportunitatea restricției privind detaliile reliefului stabilită în țara noastră se pierde în condițiile în care pe piața mondială se poate achiziționa un DEM ASTGTM global distribuit gratuit cu o distanță între grila de cotă de aproximativ 30 m (o secundă de arc). În plus, rezoluția DEM-urilor disponibile public este de așteptat să crească în mod constant. Ca o posibilă soluție temporară a problemei, se propune păstrarea secretului pentru DEM de bază cel mai detaliat și distribuirea liberă a DEM-urilor mai puțin detaliate create pe baza celui de bază; reduce treptat pragul de confidențialitate DEM în funcție de acuratețea reprezentării reliefului și de zona zonei pe care o acoperă.

2. Date SRTM

Misiune topografică radar (SRTM) - Studiu topografic radar pe cea mai mare parte a globului, cu excepția latitudinilor cele mai nordice (>60), cele mai sudice (>54), precum și a oceanelor, efectuată pe parcursul a 11 zile în februarie 2000 folosind o sistem radar special, de la bord nava spatiala„Navetă” reutilizabil. Peste 12 terabytes de date au fost colectați de doi senzori radar, SIR-C și X-SAR. În acest timp, folosind o metodă numită interferometrie radar, a fost colectată o cantitate imensă de informații despre topografia Pământului, procesarea acesteia continuă până în prezent. Rezultatul sondajului a fost un model digital de relief de 85% din suprafața Pământului (Fig. 9). Dar o anumită cantitate de informații este deja disponibilă utilizatorilor. SRTM este un proiect internațional condus de National Geospatial Intelligence Agency (NGA), NASA, Agenția Spațială Italiană (ASI) și Centrul Spațial German.

Orez. 2.1. Schema de acoperire a teritoriului Pământului prin sondaj SRTM.

1 Versiuni și nomenclator de date

Datele SRTM există în mai multe versiuni: preliminară (versiunea 1, 2003) și finală (versiunea 2, februarie 2005). Versiunea finală a suferit procesări suplimentare, evidențiind liniile de coastă și corpurile de apă și filtrarea valorilor eronate. Datele sunt distribuite în mai multe versiuni - o grilă cu dimensiunea celulei de 1 secundă de arc și 3 secunde de arc. Date mai precise de o secundă (SRTM1) sunt disponibile pentru Statele Unite ale Americii; numai date de trei secunde (SRTM3) sunt disponibile pentru restul suprafeței pământului. Fișierele de date sunt o matrice de 1201 ´ 1201 (sau 3601 ´ 3601 pentru o versiune de o secundă) de valori care pot fi importate în diferite programe de cartografiere și sisteme de informații geografice. În plus, există versiunea 3, distribuită ca Fișiere ARC GRID, precum și formatul ARC ASCII și Geotiff, 5 pătrate ´ 5 în data WGS84. Aceste date au fost obținute de CIAT din datele originale USGS/NASA prin procesare pentru a produce suprafețe topografice netede, precum și pentru a interpola zonele în care datele originale lipseau.

Nomenclatura datelor este produsă în acest fel, numele pătratului de date din versiunile 1 și 2 corespunde coordonatele din colțul său din stânga jos, de exemplu: N45E136, unde N45 este la 45 de grade latitudine nordică și E136 este de 136 de grade longitudine estică , literele (n) și (e) din fișierul de nume denotă emisfera nordică și, respectiv, estică. /5) și 24 de pătrate pe verticală (120/5). De exemplu: srtm_72_02.zip /extrema dreapta, unul dintre pătratele de sus. Puteți determina pătratul dorit folosind un aspect al grilei (Fig. 11.).

Fig.2.1.1. Diagrama de acoperire SRTM4.

2 Evaluarea acurateței datelor SRTM

Valorile înălțimilor din colțurile unei celule care măsoară 3 cu 3 sunt disponibile public. Precizia înălțimilor este declarată a nu fi mai mică de 16 m, dar tipul de evaluare a acestei valori - medie, maximă, medie. eroare pătrată (RMS) - nu este explicată, ceea ce nu este surprinzător, deoarece pentru o evaluare strictă a preciziei sunt necesare fie valori ale înălțimii de referință cu aproximativ același grad de acoperire, fie o analiză teoretică riguroasă a procesului de obținere și prelucrarea datelor. În acest sens, analiza acurateței DEM SRTM a fost efectuată de mai mult de o echipă de oameni de știință din diferite țări ale lumii. Potrivit lui A.K. Înălțimile Corveula și I. Eviaka SRTM au o eroare, care pentru teren plat este în medie de 2,9 m, iar pentru teren deluros - 5,4 m Mai mult, o parte semnificativă a acestor erori include o componentă sistematică. Conform constatărilor lor, matricea de înălțime SRTM este potrivită pentru construirea de contururi pe hărți topografice la o scară de 1:50000 Dar, în unele zone, înălțimile SRTM corespund aproximativ cu înălțimile obținute dintr-o hartă topografică la scară. de 1:100000 și poate fi, de asemenea, utilizat pentru a crea ortofotohărți din imagini din satelit, imagini de înaltă rezoluție realizate la un unghi ușor în afara nadirului.

2.3 Utilizarea datelor SRTM pentru a rezolva probleme aplicate

Datele SRTM pot rezolva diverse probleme de aplicație, diferite grade complexitate, de exemplu: pentru utilizarea lor în construirea de hărți ortofotografice, pentru evaluarea complexității lucrărilor topografice și geodezice viitoare, planificarea implementării lor și, de asemenea, poate oferi asistență în proiectarea locației profilurilor și a altor obiecte chiar înainte de ridicarea topografică, valorile a cotelor punctuale obținute din rezultatele zonelor de sondaj radar SRTM pot fi utilizate pentru actualizarea bazei topografice a teritoriilor în care nu există date din lucrări topografice și geodezice detaliate. Acest tip de date este o sursă universală pentru modelarea suprafeței pământului, în principal pentru construirea de modele digitale de teren și modele digitale de teren, dar problema aplicabilității datelor de cotă radar SRTM ca alternativă la metodele standard pentru construirea unui model digital de relief și relief, în opinia noastră, ar trebui rezolvată în fiecare caz individual, în funcție de sarcină, de caracteristicile reliefului și de precizia necesară a referinței de altitudine.

3. Aplicarea SRTM la crearea geoimaginilor

1 Concept de geoimagini

Progrese în cartografierea geoinformației, teledetecție și mijloace de înțelegere a lumii înconjurătoare. Fotografia la orice scară și gamă, cu acoperire și rezoluție spațială diferită se realizează pe sol și sub pământ, pe suprafața oceanelor și sub apă, din aer și din spațiu. Întreaga multitudine de hărți, fotografii și alte modele similare pot fi descrise printr-un singur termen general - geoimagine.

O geoimagine este orice model spațio-temporal, la scară largă, generalizat de obiecte sau procese terestre sau planetare, prezentate într-o formă grafică.

Geoimaginile reprezintă interiorul Pământului și suprafața acestuia, oceanele și atmosfera, pedosfera, socialul sfera economicăși zonele de interacțiune a acestora.

Geoimaginile sunt împărțite în trei clase:

Plate sau bidimensionale - hărți, planuri, anamorfoze, fotografii, planuri fotografice, televiziune, scaner, radar și alte imagini de la distanță.

Volumetrice, sau tridimensionale - anaglife, hărți de relief și fiziografice, modele stereoscopice, bloc, holografice.

Dinamice tri și patru-dimensionale - animații, filme cartografice, stereocartografice, atlase de filme, imagini virtuale.

Multe dintre ele au intrat în practică, altele au apărut recent, iar altele sunt încă în dezvoltare. Așa că în acest curs am construit geoimagini bidimensionale și tridimensionale.

3.2 Construirea unui model digital de relief pentru teritoriul Saratov

și regiunea Engel

În primul rând, descarcăm datele publice SRTM ale procesării suplimentare versiunea 2, pe portalul de Internet deschis oricărui utilizator al rețelei (#"justify">Apoi deschidem fragmentul descărcat în programul Global Mapper, selectăm funcția „Fișier”, apoi „Export Raster and Elevation Data” - „Export Dem” (Fig. 12), această serie de operații a fost efectuată pentru a converti datele descărcate în format DEM, care este citit de programul Vertical Mapper în care modelul va fi construit.

Fig.3.2.1. Exportarea unui fișier în format DEM utilizând programul Global Mapper [realizat de autor].

După exportul datelor, deschidem programul Vertical Mapper, în care efectuăm acțiuni ulterioare - Create Grid - Import Grid (Fig. 13).

Orez. 3.2.2. Crearea unui model Grid în programul Vertical Mapper [realizat de autor].

Folosind aceste funcții, creăm un model GRID cu care autorul a efectuat ulterior toate operațiunile pentru a crea un DEM pentru teritoriul regiunii Saratov, pentru a crea izolinii și un model de relief tridimensional.

Concluzie

Un model digital de elevație este o funcție importantă de modelare în sistemele de informații geografice, deoarece face posibilă rezolvarea problemelor de construire a unui model de relief și de utilizare a acestuia. Acest tip de produs este o afișare complet tridimensională a terenului real în momentul topografiei, făcând astfel posibilă rezolvarea multor probleme aplicate: determinarea oricăror parametri geometrici ai reliefului, construirea profilelor în secțiune transversală; efectuarea lucrărilor de proiectare și sondaj; monitorizarea dinamicii terenului. În plus, DEM-urile sunt utilizate pe scară largă pentru a vizualiza teritorii sub formă de imagini tridimensionale, oferind astfel posibilitatea de a construi modele virtuale de teren (VTM).

Relevanța temei lucrării de curs se datorează nevoii larg răspândite de cercetare geografică a datelor de relief în formă digitală, datorită rolului tot mai mare al tehnologiilor informaționale geografice în rezolvarea diferitelor probleme, nevoii de îmbunătățire a calității și eficienței metodelor de crearea și utilizarea modelelor digitale de elevație (DEM) și asigurarea fiabilității modelelor create.

În prezent, există mai multe surse principale de date pentru construirea modelelor digitale de elevație - aceasta este prin interpolarea contururilor digitalizate de pe hărți topografice și metoda de teledetecție și fotogrammetrie. Metoda de teledetecție câștigă din ce în ce mai multă putere în rezolvarea multor probleme geografice, cum ar fi construirea reliefului din datele de detectare a radarului satelit de pe Pământ. Unul dintre produsele de detectare prin radar a Pământului este datele SRTM (Shuttle radar topographic mission) disponibile public și distribuite gratuit, disponibile pe cea mai mare parte a globului, cu o rezoluție a modelului de 90 m.

În procesul de scriere a lucrării de curs, a fost construit un model digital de relief pentru teritoriul regiunilor Saratov și Engel, rezolvând astfel sarcinile de construcție și demonstrând posibilitatea creării unui DEM folosind datele SRTM.

geoimagine radar digitală în relief

Lista surselor utilizate

1. Khromykh V.V., Khromykh O.V. Modele digitale de elevație. Tomsk: TML-Press Publishing House LLC, semnat pentru publicare la 15 decembrie 2007. Tiraj 200 de exemplare.

Ufimtsev G.F., Timofeev D.A. „Morfologia reliefului”. Moscova: Lumea științifică. 2004

B.A. Novakovsky, S.V. Prasolov, A.I. Prasolova. „Modele digitale de relief ale geocâmpurilor reale și abstracte.” Moscova: Lumea științifică. 2003

CA. Samardak „Sisteme de informații geografice”. Vladivostok FEGU, 2005 - 124 p.

Geopro [ Resursa electronica]: revista de geodezie, cartografie si navigatie / Moscova. - revista electronica. - Mod de acces: #"justify">. Sectoarele de aplicare a GIS [Resursa electronica]: baza de date. - Mod de acces: #"justify">. Vishnevskaya E.A., Elobogeev A.V., Vysotsky E.M., Dobretsov E.N. Institutul Unit de Geologie, Geofizică și Minerologie al Filialei Siberiei a Academiei Ruse de Științe, Novosibirsk. Din materialele conferinței internaționale „Interkarto - 6” (Apatity, 22-24 august 2000).

Asociația GIS [Resursa electronică]: bază de date. - Mod de acces: #"justify">. Asociația GIS LAB [Resursa electronică]: bază de date. - Mod de acces: #"justify">10. Jarvis A., H.I. Reuter, A. Nelson, E. Guevara, 2006, Date SRTM fără sudură umplute cu găuri V3, Centrul Internațional pentru Agricultură Tropicală (CIAT)

11. A. M. Berlyant, A. V. Vostokova, V.I. Kravtsova, I.K. Lurie, T.G. Svatkova, B.B. Serapinas „Cartologie”. Moscova: Aspect Press, 2003 - 477 p.

SECȚIUNEA GEOLOGICĂ

Secțiune geologică - o secțiune verticală a scoarței terestre de la suprafață până în adâncime. Secțiunile geologice sunt compilate pe baza hărților geologice, observații geologice și date miniere (inclusiv foraje), cercetări geofizice etc. Secțiunile geologice sunt orientate în principal peste sau de-a lungul loviturii structurilor geologice de-a lungul liniilor drepte sau întrerupte care trec în prezența forajelor de referință adânci. prin aceste puţuri. Secțiunile geologice sunt influențate de condițiile de apariție, vârsta și compoziția rocilor. Scalele orizontale și verticale ale secțiunilor geologice corespund de obicei cu scara hărții geologice. La proiectarea întreprinderilor miniere și a cercetărilor inginerești-geologice, datorită incomparabilității grosimii sedimentelor afânate și a lungimii profilelor, scara lor verticală este mărită față de orizontală de zeci sau mai multe ori.

SURFER ÎN GEOLOGIE

Sistemul de informații geografice al Golden Software Surfer este acum standardul industriei pentru trasarea funcțiilor a două variabile. Există puține companii din industria geologică care nu folosesc Surfer în practica lor zilnică de cartografiere. Mai ales des, folosind Surfer, hărțile sunt create în izolinii (hărți de contur).

Avantajul de neegalat al programului este algoritmii de interpolare încorporați în el, care permit cea mai înaltă calitate creați modele digitale de suprafață folosind date distribuite neuniform în spațiu. Metoda cea mai des folosită, Kriging, este ideală pentru reprezentarea datelor în toate geoștiințele.

Logica de lucru cu pachetul poate fi reprezentată sub forma a trei blocuri funcționale principale:

• · 1. Construirea unui model digital de suprafață;
• · 2. Operatii auxiliare cu modele digitale de suprafata;
• · 3. Vizualizarea suprafeţei.

Un model digital de suprafață este reprezentat în mod tradițional ca valori în nodurile unei grile regulate dreptunghiulare, a cărei discreție este determinată în funcție de problema specifică rezolvată. Pentru a stoca astfel de valori, Surfer folosește propriile fișiere GRD (format binar sau text), care au devenit de mult un standard pentru pachetele de modelare matematică.

Există trei opțiuni pentru obținerea valorilor la nodurile grilei:

• · 1) pe baza datelor inițiale specificate în puncte arbitrare ale regiunii (la nodurile unei grile neregulate), folosind algoritmi de interpolare pentru funcții bidimensionale;
• · 2) calcularea valorilor unei funcții specificate de utilizator în mod explicit. Programul Surfer include o gamă destul de largă de funcții - trigonometrice, Bessel, exponențiale, statistice și altele;
• · 3) tranziția de la o grilă obișnuită la alta, de exemplu, atunci când se schimbă caracterul discret al grilei (aici, de regulă, se folosesc algoritmi de interpolare și netezire destul de simpli, deoarece se crede că tranziția se realizează de la o suprafață netedă la altul).

În plus, desigur, puteți utiliza un model de suprafață digital gata făcut, obținut de utilizator, de exemplu, ca rezultat al modelării numerice.

Surfer oferă utilizatorilor săi mai mulți algoritmi de interpolare: Kriging, Distanța inversă la o putere, Curbură minimă, Funcții de bază radială, Regresie polinomială, Metodă modificată Metoda Shepard (Metoda Shepard modificată), Triangulație etc. Calculul unei grile obișnuite poate fi efectuat pentru X , Y, Z fișiere seturi de date de orice dimensiune, iar grila în sine poate avea dimensiuni de 10.000 pe 10.000 de noduri.

Surfer folosește următoarele tipuri de hărți ca elemente vizuale principale:

• · 1. Harta contur. Pe lângă mijloacele obișnuite de control al modurilor de afișare ale izoliniilor, axelor, cadrelor, marcajelor, legendelor etc., este posibil să se creeze hărți prin umplerea zonelor individuale cu culori sau diferite modele. În plus, imaginea plată a hărții poate fi rotită și înclinată și poate fi utilizată scalarea independentă de-a lungul axelor X și Y.
• · 2. Imagine tridimensională a unei suprafețe: Wireframe Map (hartă cadru), Surface Map (suprafață tridimensională). Aceste hărți folosesc diferite tipuri de proiecție, iar imaginea poate fi rotită și înclinată folosind o interfață grafică simplă. De asemenea, puteți desena linii tăiate și izolinii pe ele, puteți seta o scară independentă de-a lungul axelor X, Y, Z și puteți umple elementele de plasă individuale ale suprafeței cu culoare sau model.
• · 3. Hărți de date inițiale (Post Map). Aceste hărți sunt folosite pentru a reprezenta datele punctului ca caractere specialeși subtitrări pentru ele. În acest caz, pentru a afișa valoarea numerică într-un punct, puteți controla dimensiunea simbolului (dependență liniară sau pătratică) sau puteți utiliza diferite simboluri conform intervalului de date. Construcția unei hărți se poate face folosind mai multe fișiere.
• · 4. Harta de bază. Aceasta poate fi aproape orice imagine plată obținută prin importul de fișiere de diferite formate grafice: AutoCAD [.DXF], Windows Metafile [.WMF], Bitmap Graphics [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF ] , [.JPG] și altele. Aceste carduri pot fi folosite pentru mai mult decât simplu ieșire de imagine, dar și, de exemplu, pentru a afișa unele zone goale.

Folosind diferite opțiuni pentru suprapunerea acestor tipuri principale de hărți și plasarea lor diferită pe o singură pagină, puteți obține o varietate de opțiuni pentru reprezentarea obiectelor și proceselor complexe. În special, este foarte ușor să obțineți diverse opțiuni pentru hărți complexe cu o imagine combinată a distribuției mai multor parametri simultan. Toate tipurile de hărți pot fi editate de utilizator utilizând instrumentele de desen încorporate ale Surfer însuși.

Metodologie de realizare a hărților structurale ale acoperișului (partea de jos) a unei formațiuni petroliere și a secțiunii sale geologice.

• 1. Pe baza dosarului construieste o harta de baza la scara de 1 cm 1000 metri.
• 2. Digitalizați limitele zonei licențiate.
• 3. Digitalizați puțurile și salvați fișierul „acoperiș” în format DAT (coloana A - longitudine, coloana B - latitudine, coloana C - adâncimea acoperișului, coloana D - numărul puțului, coloana C - tip sondă: producție cu trei cifre număr, restul - explorare)
• 4. Digitalizați linia de profil. Salvați „linia de profil” în format BLN cu celula B1 goală.
• 5. Creați o „Hartă de ansamblu a zonei licențiate” cu straturi - limite, linie de profil și puțuri cu legende.
• 6. Adăugați la harta generală stratul „Harta structurală a acoperișului formațiunii YuS2” - netezit (cu un coeficient de 3 pentru două coordonate), izolinii la fiecare 5 metri (Anexa 1).
• 7. Creați un „Profil pentru acoperișul formațiunii YUS2” - scara orizontală coincide cu scara hărții, scara verticală este de 1 cm 5 metri.

software de profil de hartă geologică

), numit după orașul Golden, Colorado, unde se află, există din 1983 și dezvoltă pachete de grafică științifică. Primul său produs software, Golden Graphics System, lansat în același an, a fost proiectat să proceseze și să afișeze imagini ale seturi de date descrise de o funcție bidimensională precum z=f(y,x). Ulterior, acest pachet a primit numele Surfer, care a rămas cu el până în prezent. Și doi ani mai târziu, a apărut pachetul Grapher, conceput pentru procesarea și afișarea graficelor de seturi de date și funcții precum y=f(x).

Aceste pachete DOS erau foarte populare (desigur, sub formă de copii ilegale) la sfârșitul anilor 80 în rândul specialiștilor sovietici implicați în diferite aspecte ale procesării datelor matematice, în primul rând într-o gamă largă de geoștiințe, cum ar fi geologia, hidrogeologia, seismică, ecologie, meteorologie, precum și în alte domenii conexe.

În același timp, am început să lucrăm activ cu pachetul Surfer 4 pentru DOS. Spre deosebire de colegii noștri din alte departamente (institutul nostru a efectuat cercetări în domeniul anchetelor inginerești în construcții), care s-au angajat în rezolvarea unor probleme foarte specifice pe anumite locații și au lucrat cu Surfer ca produs de sine stătător pentru utilizatorii finali, noi, ca dezvoltatori, am fost atrași de posibilitățile de utilizare încorporată a acestui pachet în propriile noastre programe.

Ideea era foarte simplă - Surfer putea lucra atât interactiv, cât și în mod batch, realizând o anumită secvență de funcții bazată pe date din fișierele de comandă și informații. Prin generarea acestor fișiere în programele noastre, am putea forța un pachet extern să efectueze operațiunile de care aveam nevoie. În același timp, utilizatorul, vizând, de exemplu, o imagine a unei hărți izoline sau imprimând-o, nici măcar nu a bănuit că lucrează cu un alt pachet.

În general, ne-a plăcut foarte mult Surfer. Încă îl considerăm un exemplu clasic de produs software excelent. O interfață interactivă convenabilă, fără bibelouri arhitecturale, o interfață deschisă și de înțeles pentru programator, algoritmi matematici dovediți, cod foarte compact, cereri modeste de resurse. Pe scurt, a fost un stil de creare de software, în mare măsură pierdut astăzi, când nu în cuvinte, ci în fapte se simțea. atitudine respectuoasă către viitorii utilizatori.

(Suntem foarte încântați că acest stil a fost păstrat în dezvoltările ulterioare de către Golden Software.)

Conform versiunii auzite în 1994 la Conferința Internațională privind Modelele de Geofiltrare Analitică din Indianapolis, autorul cărții Surfer și fondatorul companiei a fost student absolvent în hidrogeologie la una dintre universitățile americane. Rădăcinile „geologice” ale produselor companiei par aproape un fapt evident. De fapt, orașul Golden este mic și curajos. Acesta găzduiește renumitul centru de instruire în geoștiințe Colorado School of Mines și firma sa soră, Centrul Internațional de Modelare a Apelor Subterane.), care se ocupă și de crearea, testarea și distribuirea de programe hidrogeologice (inclusiv cele furnizate de dezvoltatori independenți).

Timpul trece, dar în ciuda concurenței destul de intense, pachetele Golden Software (în primul rând Surfer) continuă să rămână foarte populare atât în ​​Statele Unite, cât și în alte țări. Există link-uri către ele în aproape fiecare publicație științifică sau un produs software legat de modelarea numerică și prelucrarea datelor experimentale.

În 1990, compania a anunțat încetarea dezvoltării versiunilor pentru DOS și începutul dezvoltării produselor software pentru Windows. În 1991, a apărut un nou pachet MapViewer (un instrument pentru analiza și vizualizarea informațiilor numerice distribuite geografic și construirea de hărți tematice informative - Thematic Mapping Software), iar apoi au fost lansate versiuni Windows ale pachetelor deja cunoscute: în 1993 - Grapher 1.0, iar în 1994 - Surfer 5.0. În 1996, a fost lansat un alt produs nou - Didger (digitizarea informațiilor grafice), care a completat cu mare succes funcționalitatea altor programe Golden Software.

Aici, însă, trebuie subliniat că, după ce a oprit dezvoltarea versiunilor pentru DOS, compania a continuat să le susțină până în 1995: vânzarea de copii licențiate, consultanță etc. O astfel de atitudine respectuoasă față de utilizator (vânzarea a ceea ce are nevoie clientul, și a nu lucra pe principiul „ia ceea ce ai”), trebuie să fii de acord, este rar astăzi.

În general, Golden Software este un exemplu foarte instructiv de poziție durabilă firma mica, conducând dezvoltarea și implementarea produselor sale software în " nișă ecologică» piața globală de calculatoare.

Mai mult, trebuie remarcat faptul că apariția unor sisteme puternice care par să facă „toate-toate-toate” (de exemplu, pornirea instrumente graficeîn foi de calcul sau GIS cu capabilitățile lor de procesare a informațiilor cartografice), nu a zdruncinat poziția micilor pachete software specializate. Un astfel de software specializat depășește semnificativ sistemele mari integrate în funcționalitate și ușurință în utilizare. Ultimul avantaj este deosebit de important atunci când se analizează un volum uriaș de date experimentale și nu doar când se generează rezultate de cercetare sub formă de grafice de prezentare. La aceasta ar trebui adăugate și cerințele mai modeste ale unor astfel de programe în ceea ce privește puterea computerului și prețul acestuia.

Golden Software oferă în prezent patru produse pentru Windows 95/98/NT: Surfer 6.0, Grapher 2.0, MapViewer 3.0 și Didger 1.0. Acestea sunt exact despre ce vom vorbi în recenzia noastră.

Pachetul Surfer - procesarea și vizualizarea funcțiilor bidimensionale

Surfer 5.0 pentru Windows 3.x a fost lansat în 1994. Un an mai târziu, simultan cu lansarea Windows 95, a fost lansat Surfer 6.0, care a fost prezentat în două versiuni - pe 32 de biți pentru a funcționa Mediul Windows NT și Windows 95 și 16 biți pentru Windows 3.1. Când instalează un pachet, utilizatorul poate fie să selecteze el însuși versiunea dorită a programului, fie să încredințeze aceasta programului de instalare, care va determina configurația sistemului și va selecta versiunea automat. Vom descrie pachetul astfel: mai întâi vom vorbi despre capacitățile versiunii 5.0, iar apoi despre inovațiile Surfer 6.0.

Scopul principal al Surfer este de a procesa și vizualiza seturi de date bidimensionale descrise de o funcție precum z=f(x, y). Logica de lucru cu pachetul poate fi reprezentată sub forma a trei blocuri funcționale principale: a) construcția unui model digital de suprafață;

b) operatii auxiliare cu modele digitale de suprafata; c) vizualizarea suprafeţei.

Construirea unui model digital de suprafață

În ciuda întregului caracter impresionant al vizualizării grafice a datelor, punctul culminant al unor astfel de pachete este, desigur, aparatul matematic implementat în ele. Cert este că, fără a primi un răspuns clar la întrebarea: „Care metodă este baza pentru transformarea datelor și unde se poate vedea o evaluare a fiabilității tuturor acestor transformări?”, utilizatorul (în acest caz, cel mai probabil un om de știință) poate să nu mai fie interesat de toate celelalte avantaje ale programului.

Un model digital de suprafață este reprezentat în mod tradițional ca valori în nodurile unei grile regulate dreptunghiulare, a cărei discreție este determinată în funcție de problema specifică rezolvată. Pentru a stoca astfel de valori, Surfer folosește propriile fișiere GRD (format binar sau text), care au devenit de mult un fel de standard pentru pachetele de modelare matematică.

1. În principiu, există trei opțiuni posibile pentru obținerea valorilor la nodurile grilei; toate sunt implementate în pachet:
2. calcularea valorilor unei funcții specificate în mod explicit de utilizator; pachetul include o gamă destul de largă de funcții - trigonometrice, Bessel, exponențiale, statistice și altele (Fig. 1);
3. tranziția de la o grilă obișnuită la alta, de exemplu, atunci când se schimbă caracterul discret al grilei (aici, de regulă, se folosesc algoritmi de interpolare și netezire destul de simpli, deoarece se consideră că tranziția se realizează de la o suprafață netedă la alta) .

În plus, desigur, puteți utiliza un model de suprafață digital gata făcut, obținut de utilizator, de exemplu, ca rezultat al modelării numerice (acesta este destul de opțiune comună folosind pachetul Surfer ca post-procesor).

Prima opțiune pentru obținerea unui model de grilă se găsește cel mai adesea în problemele practice, iar algoritmii de interpolare a funcțiilor bidimensionale la trecerea de la o grilă neregulată la una obișnuită sunt „atuul” pachetului.

Faptul este că procedura de trecere de la valori în puncte discrete la suprafață este netrivială și ambiguă; Pentru diferite sarcini și tipuri de date, sunt necesari diferiți algoritmi (sau, mai degrabă, nu „necesar”, ci „mai potrivit”, deoarece, de regulă, niciunul nu este 100% adecvat). Astfel, eficacitatea unui program de interpolare a funcțiilor bidimensionale (aceasta se aplică și problemei funcțiilor unidimensionale, dar pentru cele bidimensionale totul este mult mai complicat și mai variat) este determinată de următoarele aspecte:

1. un set de diferite metode de interpolare;
2. capacitatea cercetătorului de a controla diverși parametri ai acestor metode;
3. disponibilitatea mijloacelor pentru evaluarea acurateței și fiabilității suprafeței construite;
4. posibilitatea de a clarifica rezultatul pe baza experiență personală expert, luând în considerare o varietate de factori suplimentari care nu au putut fi reflectați în datele sursă.

Surfer 5.0 oferă utilizatorilor săi șapte algoritmi de interpolare: Kriging, Distanță inversă, Curbură minimă, Funcții de bază radială, Regresie polinomială, Metoda Shepard, care este o combinație a metodei distanței inverse cu spline) și Triangulație.

O creștere a numărului de metode de interpolare permite extinderea semnificativă a gamei de probleme de rezolvat. În special, metoda Triangulației poate fi utilizată pentru a construi o suprafață pe baza valori exacte datele sursă (de exemplu, suprafața Pământului conform datelor de sondaj geodezic) și algoritmul de regresie polinomială este utilizat pentru a analiza tendința suprafeței.

În același timp, sunt oferite oportunități ample pentru controlul metodelor de interpolare din partea utilizatorului. În special, cea mai populară metodă geostatistică de Kricking pentru prelucrarea datelor experimentale include acum posibilitatea de a utiliza diverse modele de variogramă, folosind o variație a algoritmului cu deriva și, de asemenea, luând în considerare anizotropia. Când calculați suprafața și imaginea acesteia, puteți, de asemenea, seta limita unui teritoriu cu configurație arbitrară (Fig. 2).

În plus, există un editor grafic încorporat pentru introducerea și corectarea valorilor datelor din zona grilei, în timp ce utilizatorul vede imediat rezultatele acțiunilor sale sub formă de modificări ale hărții izolinii (Fig. 3).

Pentru o întreagă clasă de probleme (în special cele legate de descrierea datelor naturale), care, de regulă, nu pot fi descrise printr-un model matematic exact, această funcție este adesea pur și simplu necesară.

Introducerea datelor se efectuează din fișiere [.DAT] (Golden Software Data), [.SLK] (Microsoft SYLK), [.BNA] (Atlas Boundary) sau fișiere text ASCII, precum și din foile de calcul Excel [.XLS]. Lotus [.WK1, .WKS]. De asemenea, informațiile sursă pot fi introduse sau editate utilizând foaia de calcul încorporată a pachetului și sunt posibile operațiuni suplimentare de date, cum ar fi sortarea și conversia numerelor folosind ecuații definite de utilizator.

Operatii auxiliare cu suprafete

• Surfer pentru Windows implementează un set mare de instrumente suplimentare pentru transformarea suprafețelor și diverse operații cu acestea:
• calcularea volumului dintre două suprafețe;
• trecerea de la o grilă obișnuită la alta;
• transformarea suprafeței folosind operații matematice cu matrici;
• disecția suprafeței (calcularea profilului);
• calculul suprafeței;
• netezirea suprafețelor folosind metode matrice sau spline;
• conversie format de fișier;

Calitatea interpolării poate fi evaluată folosind o evaluare statistică a abaterilor valorilor punctuale originale de la suprafața rezultată. În plus, calcule statistice sau transformări matematice pot fi efectuate pentru orice subset de date, inclusiv folosind expresii funcționale definite de utilizator.

Vizualizarea imaginilor de suprafață

O suprafață poate fi reprezentată grafic în două forme: hărți izoline sau o imagine tridimensională a suprafeței. În același timp, munca lui Surfer se bazează pe următoarele principii ale construcției lor:

1. obținerea unei imagini prin suprapunerea mai multor straturi grafice transparente și opace;
2. import de imagini finite, inclusiv cele obținute în alte aplicații;
3. folosind instrumente speciale de desen, precum și aplicarea informațiilor de text și formule pentru a crea imagini noi și a edita imagini vechi.

Utilizarea unei interfețe cu mai multe ferestre vă permite să alegeți cel mai convenabil mod de operare. În special, puteți observa simultan date numerice sub forma unei foi de calcul, o hartă construită pe baza acestor date și informații de referință dintr-un fișier text (Fig. 4).

Surfer 5.0 utilizează următoarele tipuri de hărți ca elemente vizuale principale:

1. Harta de contur. Pe lângă mijloacele deja tradiționale de control al modurilor de afișare a izoliniilor, axelor, cadrelor, marcajelor, legendelor etc., este implementată capacitatea de a crea hărți prin umplerea zonelor individuale cu culori sau diferite modele (Fig. 5). În plus, imaginea plată a hărții poate fi rotită și înclinată și poate fi utilizată scalarea independentă de-a lungul axelor X și Y.
2. Imagine tridimensională a unei suprafețe (Harta suprafeței 3D). Aceste hărți folosesc diferite tipuri de proiecție, iar imaginea poate fi rotită și înclinată folosind o interfață grafică simplă. De asemenea, puteți să desenați linii tăiate și izolinii pe ele (Fig. 6), să setați o scalare independentă de-a lungul axelor X, Y, Z și să umpleți elementele de grilă individuale ale suprafeței cu culoare sau model.
3. Harta datelor inițiale (Post Map). Aceste hărți sunt folosite pentru a afișa date de puncte sub formă de simboluri speciale și etichete de text pentru ele. În acest caz, pentru a afișa valoarea numerică într-un punct, puteți controla dimensiunea simbolului (dependență liniară sau pătratică) sau puteți utiliza simboluri diferite în conformitate cu intervalul de date (Fig. 7). Construcția unei hărți se poate face folosind mai multe fișiere.
4. Harta de bază. Aceasta poate fi aproape orice imagine plată obținută prin importul de fișiere de diferite formate grafice: AutoCAD [.DXF], DOS Surfer [.BLN, .PLT], Atlas Boundary [.BNA], Golden Software MapViewer [.GSB], Windows Metafile [ .WMF], USGS Digital Line Graph [.LGO], Bitmap Graphics [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF], [.JPG], [.DCX], [.TGA] și unele altele.

Aceste hărți pot fi folosite nu numai pentru a afișa pur și simplu o imagine, ci și, de exemplu, pentru a afișa unele zone ca goale. În plus, dacă se dorește, aceste hărți pot fi folosite pentru a obține limite atunci când se efectuează calcule de suprafață, transformări, disecție etc.

Folosind diferite opțiuni pentru suprapunerea acestor tipuri principale de hărți și plasarea lor diferită pe o singură pagină, puteți obține o varietate de opțiuni pentru reprezentarea obiectelor și proceselor complexe. În special, este foarte ușor să obțineți diverse opțiuni pentru hărți complexe cu o imagine combinată a distribuției mai multor parametri simultan (Fig. 8). Toate tipurile de hărți pot fi editate de utilizator utilizând instrumentele de desen încorporate ale Surfer însuși.

Prezentarea mai multor hărți sub forma unui „raft” tridimensional este, de asemenea, foarte eficientă și convenabilă pentru analiză. Mai mult decât atât, aceasta poate fi fie o reprezentare diferită a acelorași seturi de date (de exemplu, o imagine tridimensională plus o hartă izolinie de culoare: Fig. 9), fie o serie de seturi diferite, de exemplu, distribuția arială a unui parametru la momente diferite sau mai mulți parametri diferiți (Fig. 10). Toate aceste capacități de prezentare a imaginii pot fi foarte utile atunci când analiză comparativă

influența diferitelor metode de interpolare sau a parametrilor individuali ai acestora asupra aspectului suprafeței rezultate (Fig. 11).

Versiunea DOS a Surfer avea un utilitar ALTERSYM special pentru a vă crea propriile seturi de fonturi SYM (din păcate, a dispărut în versiunea Windows, așa că puteți utiliza versiunea DOS). Dar vă permite să creați și să editați doar setul de caractere de bază (coduri ASCII 32-127). Odată am rezolvat această problemă pentru versiunea DOS în felul următor: am scris un utilitar care creează un set complet de simboluri (1-255) din fișiere goale create de programul ALTERSYM, cu care modulele de ieșire VIEW și PLOT funcționează perfect. Această abordare este destul de potrivită pentru versiunea Windows a Surfer.

Imaginile grafice rezultate pot fi scoase pe orice dispozitiv de imprimare acceptat de Windows sau pot fi transmise într-un format de fișier cum ar fi AutoCAD [.DXF], Windows Metafile [.WMF], Windows Clipboard [.CLP], precum și HP Graphics Language [ .HPGL] și Encapsulated PostScript [.EPS]. Schimbul bidirecțional de date și grafică cu alte aplicații Windows poate fi efectuat și prin Clipboard-ul Windows. În plus, imaginile grafice pregătite în Surfer pot fi exportate în pachetul MapViewer, suprapuse cu o hartă a teritoriului și obținută o hartă a distribuției acestui parametru într-un anumit teritoriu (Fig. 12 și ).

Controale pachet macro

În Surfer 5.0, creat încă din 1994, aproape simultan cu suitele de birou Microsoft Office 4.0, a fost implementat un model de componentă obiect bazat pe suport pentru mecanismul de automatizare OLE 2.0 (ceea ce astăzi se numește ActiveX).

Acest lucru face posibilă integrarea Surfer ca server ActiveX în sisteme complexe de procesare și modelare a datelor.

În orice limbă care acceptă și acest mecanism (de exemplu, Visual Basic, C++ sau Visual Basic pentru aplicații), puteți scrie un fișier macro de control pentru Surfer. În special, folosind un set de fișiere macro, puteți efectua automat unele sarcini repetate frecvent. Sau un astfel de fișier poate fi generat în timpul execuției oricărui program de calcul al aplicației pentru prelucrarea și vizualizarea automată a datelor.

• De exemplu, următoarea funcție, scrisă în VB, creează o hartă de contur și inserează imaginea acesteia într-o foaie de calcul numită „Sheet1”:
• Funcția MakeMap();
• definirea variabilei Surf ca obiect Dim Surf ca obiect;
• setarea mapării dintre variabila Surf și programul Surfer Set Surf = CreateObject("Surfer.App") GrdFile$ = "c:\winsurf\demogrid.grd";
• executarea comenzilor macro de către pachetul Surfer Surf.MapCountour(GrdFile$);
• construiți o hartă izolinie Surf.Select;
• selectați imaginea Surf.EditCopy;
• copiați imaginea selectată în clipboard;
• aceasta este deja o comandă Excel - lipiți o imagine din Clipboard în poziția curentă a tabelului Sheet1 Worksheets("Sheet1").Picture.Paste End Function.

Sensul acestei proceduri este destul de clar. Mai întâi, variabila Surf este definită ca obiect și atribuită pachetului Surfer (Surfer.App). Urmează comenzile pe care VBA le interpretează deja ca apeluri la funcții Surfer (numele acestora corespund comenzilor pe care utilizatorul le selectează în modul dialog), executate prin mecanismul ActiveX.

În plus, pachetul Surfer are propriul său limbaj macro, care este de fapt un tip de VBA și este folosit pentru a scrie interogări de control într-un program special SG Scripter (fișier GSMAC.EXE). De exemplu, folosind un program atât de simplu, puteți implementa o macrocomandă care construiește automat hărți de contur pentru un set de date sursă folosind toate cele șapte metode de interpolare:

• crearea unui obiect Surfer Set Surf = CreateObject("Surfer.App");
• construirea unei hărți folosind fiecare metodă de interpolare;
• pentru fișierul de date sursă DEMOGRID.DAT Pentru Metodă = 0 la 6;
• deschide un nou document de desen Surf.FileNew();
• calculul fișierului GRD prin metoda de interpolare curentă If Surf.GridData("DEMOGRID.DAT", GridMethod= Method,_ OutGrid="SAMPLE") = 0 Then End;
• construirea unei hărți izolinii Dacă Surf.MapContour (“SAMPLE”) = 0 Then End Next.

Lansează în modul automat Sarcini similare, care sunt prezentate ca un program scris în GS Scripter, pot fi executate fie din linia de comandă:

C:\winsurf\gsmac.exe /x task.bas,

sau din orice aplicație folosind comanda SHELL:

SHELL ("c:\winsurf\gsmac.exe /x task.bas")

(comutatorul /x indică necesitatea executării automate a programului task.bas).

GS Scripter poate fi folosit și pentru a controla orice alte programe care acceptă ActiveX (de exemplu, pentru lucrul cu MS Office).

Ce este nou în Surfer 6.0

După cum am spus deja, Surfer 6.0 vine în versiuni pe 16 și 32 de biți. Cu toate acestea, pe lângă aceasta, au apărut câteva extensii funcționale utile. În primul rând, trebuie remarcat faptul că este posibil să folosiți încă două tipuri de hărți de fundal atunci când construiți imagini plate: Harta imagine și Harta în relief umbrită.

Instrumentele de desenare a Hărților de imagine încorporate fac crearea hărților de culori destul de simplă și rapidă. În acest caz, puteți utiliza umplerea multicoloră a imaginilor, inclusiv utilizarea combinațiilor de culori create de utilizator.

Dar ceea ce este deosebit de impresionant sunt capacitățile Hărții în relief umbrite, care vă permite să obțineți imagini precum fotografii de înaltă calitate direct în mediul Surfer (Fig. 14), care pot fi folosite atât pentru utilizarea în comun cu hărți de contur, cât și independent. . Acest lucru permite utilizatorului să controleze toți parametrii necesari pentru a crea cele mai expresive imagini, inclusiv locația sursei de lumină, gradientul relativ de înclinare, tipul de umbrire și culoarea. Utilizatorul pachetului are, de asemenea, mai multe oportunități pentru vizualizarea datelor și aranjarea diferitelor imagini pe un singur ecran (Fig. 15).

Setul de operații auxiliare la prelucrarea suprafețelor digitale a fost extins.

Folosind noile funcții Grid Calculus, puteți determina panta, curbura și linia orizontului unei vederi la un anumit punct de suprafață, precum și să calculați derivatele prima și a doua pentru funcțiile Fourier și analiza spectrală. Și instrumentele suplimentare Grid Utilities vă permit să transformați, mutați, scalați, rotiți și oglindiți datele în fișiere GRD (un format pentru stocarea valorilor în nodurile obișnuite ale grilei). După aceasta, puteți face orice selecție a unui subset al setului de date după numere de coloane și coloane sau pur și simplu noduri de grilă arbitrare.

Din punctul de vedere al aparatului matematic pentru construirea unei suprafețe, pare foarte important să implementați un alt algoritm de interpolare - Nearest Neighbor, precum și trei niveluri de imbricare a variogramelor, care vă permite să creați mai mult de 500 de combinații rezultate. Imaginile create anterior bazate pe diferite tipuri de hărți (Hartă de contur, Hartă în relief umbrită, Hartă post, Hartă imagine) pot fi folosite ca șablon prin înlocuirea unui nou fișier GRD în hărțile existente. În plus, acum, am combinat mai multe straturi într-o singură imagine la început diverse carduri

Printre funcțiile pur de serviciu, merită evidențiată capacitatea de a introduce datele de digitizare ale liniilor de delimitare și punctelor arbitrare de pe ecran direct într-un fișier ASCII, precum și crearea automată a unei legende pentru diferite tipuri de puncte Post Map. Acum puteți importa fișiere Digital Elevation Model (DEM) direct de pe Internet (sau orice altă sursă de informații) ca model digital de suprafață. Și, în sfârșit, noile formate de export de date vă permit să salvați imagini de hartă în aproape toate formatele raster (PCX, GIF, TIF, BMP, TGA, JPG și multe altele).

De continuat

ComputerPress 2"1999