Геоинформатические сиситемы

 

Министерство Топлива  и Энергетики Украины

Севастопольский Национальный Университет  Ядерной Энергии и Промышленности

 

 

 

Факультет ИТ

Кафедра КЭЭМ

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине «Геоинформатика»

на тему «Создание топоосновы карты участка поверхности.»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил ст. гр. № 631

Григорьев Д.Ю.

Проверила:

Дымченко И.В.

Оценка_____________

                                                                                      

 

 

 

 

                                                

 

 

 

 

            

 

Севастополь

2010

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ.

 

Тема: Создание топоосновы карты участка поверхности.

1. Осуществить сбор данных.
2. Создать файл данных (XYZ – файл).
3. Создать сеточный файл(*.GRD – файл). Обосновать выбранный метод построения и сглаживания сети. Произвести бланкирование.
4. Построить линию профиля (поперечное сечение).
5. Вычислить объемы и площади участков земной поверхности.
6. Создать карту изолиний. Произвести закраску, маскирование и построить файл уровней.
7. Создать каркасную модель.
8. Создать карту меток.
9. Создать векторную карту.
10. Создать оверлей.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Актуальность  темы. Выполняя различные картографические и землеустроительные работы по городской территории и сельской местности, специалисты столкнулись с проблемой, знакомой всем, кто имеет дело с картографическими данными. Пространственная информация быстро теряет свою актуальность; и проекты, основанные на таких данных, становятся неэффективными. Чтобы избежать этого, необходимо искать источники для актуализации данных и обновлять информацию. Традиционно для этого использовалась геодезическая съемка либо делалась аэрофотосъемка. Это достаточно дорогостоящие решения и, как правило, занимают много времени. Поэтому все чаще для получения пространственных данных используются различные космические снимки.

Цель и задачи работы. В данной работе задача состоит в том, чтобы с помощью программных средств Surfer создать топооснову карты участка поверхности. Для этого необходимо: проанализировать заданный участок карты и считать с нее необходимые нам данные; изучить методы создания и редактирования карт в Surfere.

Практическое значение работы. Данная работа имеет большое значение в различных задачах мониторингового характера. Вопросы создания цифровых карт должны решаться исходя из принципа использования единой топографо-геодезической основы, к которой привязываются объекты других информационных систем.

Основой цифровых карт являются топографические карты местности. На эту топографическую подоснову накладываются тематические слои природных и общественных явлений. Потребность нанесения тематических слоев может быть разнообразной в зависимости от целей и решаемых задач.

Структура работы. Данная работа состоит из введения, шести разделов пояснительной записки, заключения, литературы и двух приложений.

 

РАЗДЕЛ 1 
СОЗДАНИЕ XYZ ФАЙЛА

 

XYZ файл данных –  файл, содержащий, по крайней мере, три колонки данных. Первые две колонки – Х и Y координаты для точек данных. Третья колонка – ценность Z, назначена на точку Х, Y.

1.1.Сбор данных

 

Данные (datum, pl. data) – информация, представленная в виде, пригодном для обработки автоматическими средствами при возможном участии человека.

Типы данных бывают двух видов: пространственные и описательные.

Пространственные данные описывают положение и форму  географических объектов и их пространственную связь с другими объектами.

Описательные данные – это данные о географических объетах, состоящие их набора чисел, описывающих информацию организации в базу данных, отдельные таблицы связываются между собой по ключевым полям.

Пространственные данные представляются в двух основных формах:  векторная и растровая.

Векторная модель данных основывается на представлении данных виде точек, линий и заданных фигур, описывающихся при помощи математических уравнений.

Растровая модель данных представляется с помощью регулярной сетки, одинаковых по форме и площади  элементов. Построенные данные представляться в виде точек, линий и полигонов. В реальном мире точка обозначает дерево, фонарный столб, либо объект, расположение которого описывается единственной точкой. Дугами или линиями обозначаются  дороги, реки, городские коммуникации и другие. Полигоны – это замкнутые объекты, области которых представляют однородные, но некоторые критерии участков. Описательные или атрибутивные данные включают в себя идентификатор объектов, любую описательную информацию из БД, изображение и так далее.

Рис.1.1 – Участок карты земной поверхности, помещенный в графический редактор AutoCAD с расставленными точками

1.2. Построение XYZ файла в SURFER

 

XYZ файлы данных (XYZ Data Files) содержат исходные нерегулярные  данные, которые интерпретируются SURFERом  при построении сеточного [.GRD] файла (grid [.GRD] file).  Файлы данных можно также использовать для создания карт меток (Post maps).

Данные в файлах XYZ организованы в строки и столбцы. По умолчанию SURFER выбирает X-координату точки данных из столбца A, Y-координату из столбца B и Z-координату из столбца C.

Для создания файла данных, используется рабочий лист SURFERа. Необходимо открыть окно рабочего листа выполнить следующие действия:

1. Запустить программу SURFER. Активировать меню File - New. Выбрать опцию Worksheet в диалоговом окне. После этого нажать ОК, чтобы отобразить новое пустое окно рабочего листа (Рис.1.2.).

Рис.1.2 – создание нового рабочего листа

 

2. Далее последует ввод информации по координатам определенных ранее точек и их высот.
3. После ввода данных, необходимо сохранить файл данных. Меню File – Save, выбрать тип файла *.DAT, и нажать ОК.

В результате был создан XYZ файл данного участка карты  в SURFERе, содержащий 279 точек (Рис.1.3.).

.

.

.

Рис.1.3 – создание файла XYZ

 

РАЗДЕЛ 2. 
СОЗДАНИЕ КАРТЫ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ СЕТКИ

 

Построение сеточной функции (Gridding) – это процесс вычисления значений интерполяционной функции  в точках регулярной сети по значениям  хаотически расположенных экспериментальных  точек данных (наблюдений). Исходное множество экспериментальных точек вводится из XYZ файла данных (XYZ data [.DAT] file); значения сеточной функции сохраняются в сеточном файле с расширением [.GRD] (grid [.GRD] file).

 

2.1. Создание файла сетки

 

Сеточные файлы создаются  на основе XYZ файлов данных. Термин "нерегулярный массив координат" означает, что X,Y-координаты точек данных распределены по области карты неравномерно. Для создания карты изолиний (Contour) или графика поверхности (Surface) требуется регулярный массив узловых точек. Процедура построения сети представляет собой интерполяцию или экстраполяцию значений исходных точек данных на равномерно распределенные узлы в исследуемой области (Рис.2.1.), чтобы произвести файл сетки от исходный XYZ файл.dat необходимо:

При создании сеточного  файла необходимо задать несколько опций:

1. Метод построения сети (Gridding Method), который определяет, как исходные данные интерпретируются при создании сеточного файла.
2. Опции метода построения сети (Gridding Options), в том числе параметры Anisotropy (Анизотропия) и Data Treatment (Обработка повторных данных).
3. Формат сеточного файла (Grid File Format).
4. Геометрию сеточных линий (Grid Line Geometry), которая определяет пределы сети (Grid Limits) и плотность сеточных линий (Grid Density), используемые при построении сеточного файла.
5. Опции поиска (Search Options), которые определяют параметры Search Type (Тип поиска), Search Rules (Правила поиска) и Search Ellipse (Эллипс поиска).

Рис.2.1- сеточный файл, созданный по файлу данных XYZ используя метод радиальных базисных функций.

 

Программа SURFER предоставляет несколько методов построения сеточного файла. Каждый из этих методов использует свою процедуру интерполяции данных, поэтому сети, построенные по данным с помощью различных методов, могут несколько отличаться друг от друга.

Для большинства множеств экспериментальных данных самым эффективным является метод Криге (Kriging) с линейной (Linear) вариаграммой. Этот метод задается по умолчанию.

Бланкирование - это удаления изолиний из каких-то областей карты. Бланкирование  можно выполнить либо путем маскирования изолиний, либо с помощью команды Blank (Бланкировать) из меню Grid. Маскирование удаляет изолинии из областей карты только внутри заданной границы, а команда Blank может очищать области как внутри, так и вне заданной границы.

Команда Blank создает сеточный [.GRD] файл, содержащий бланковые области, то есть области, узлам которых присвоено специальное значение - код пробела. При построении карт изолиний бланковые участки сеточного файла остаются пустыми. При построении графиков поверхностей бланковые участки отображаются как плоские горизонтальные области, уровень которых равен минимальному значению Z сеточного файла.

 

2.2. Выбор метода построения и сглаживания сетки

 

Интерполяционные схемы, реализованные в SURFERе, оценивают  значения исследуемой поверхности в точках, где нет экспериментальных данных, на основе имеющегося множества исходных точек. Построенную сеточную функцию SURFER использует для генерации карт изолиний и графиков поверхностей.

Большинство методов  построения сети, реализованных в SURFERе, основаны на вычислении весовых коэффициентов, с помощью которых взвешиваются значения экспериментальных значений в точках наблюдений. Это значит, что при прочих равных условиях, чем ближе точка данных к узлу сети, тем больший вес она имеет при определении значения интерполяционной функции в этом узле.

В ходе проведенной курсовой работы для построения сети был выбран  метод радиальных базисных функций (Radial Basis Functions) как наилучший метод  с точки зрения построения гладкой  поверхности, проходящей через экспериментальные точки.

Метод радиальных базисных функций является точным интерполятором. Это значит, что интерполяционная функция в точках наблюдений совпадает  в точности с заданными значениями. Радиальные базисные функции аналогичны вариаграммам, используемым в методе Криге. Эти функции определяют оптимальную сеть весов, с помощью которых взвешиваются значения функции в точках наблюдений при построении интерполяционной функции.

В данной работе не было произведено бланкирование, т.к. бланкирование – это удаление изолиний из каких – либо областей сеточного файла. Учитывая тот факт, что полученный сеточный файл не имеет изъянов, данная команда не применяется.

 

РАЗДЕЛ 3 
СОЗДАНИЕ ЛИНИЙ ПРОФИЛЯ

 

Карта изолиний – это  двумерное представление трехмерной области. Рассматриваемый пакет строит карту изолиний при помощи сеточных файлов (с расширением .GRD). Эти файлы содержат множество Z значений функций на регулярном массиве X,Y координат.

3.1. Построение линий профиля

 

Для того чтобы построить контурную карту изолиний, необходимо активировать меню Map – Contour Map – New Contour Map. После открытия диалогового окна открытия сеточного файла (Open Grid) выбрать необходимый сеточный файл [*.GRD].  Заданные по умолчанию параметры в диалоговом окне Contour Map Properties создают приемлемую карту контура. Чтобы принять заданные по умолчанию параметры, нажать ОК(Рис.3.1.).

Рис.3.1 – карта контура, основанная на файле сетки

3.1.1. Изменение уровней контура

 

При открытии панель диалога Contour Map (Карта изолиний), уровни изолиний, используемые при построении карты, отображаются в списке окна Contour Levels (Уровни изолиний). Эти уровни можно задавать либо вручную для индивидуальных изолиний, либо автоматически по всему диапазону изолиний (Рис.3.1.1).

Рис.3.1.1 – изменение  уровней изолиний.

 

Для автоматического  определения уровней нужно задать минимальный и максимальный уровни изолиний, а также интервал между  соседними уровнями. В этом случае контуры изолиний будут строиться через регулярные интервалы.

Значение уровня изолинии можно определить вручную, дважды щелкнув  по соответствующему элементу списка уровней в панели диалога Contour Map (Карта изолиний) и введя новое  значение для этого уровня(Рис.3.1.2.).