Тема_3_Ввод данных в ГИС и поверхности. Вывод данных формы и устройства вывода данных
 Скачать 2.16 Mb.
|
|
РАЗДЕЛ 8. ВЫВОД ДАННЫХ 8.1. Формы и устройства вывода данных Устройства вывода – периферийные устройства, преобразующие результаты обработки цифровых машинных кодов в форму, удобную для восприятия человеком или пригодную для воздействия на исполнительные органы объекта управления. Полнофункциональные ГИС имеют развитые средства вывода информации. К таким средствам можно отнести генераторы отчетов, инструменты создания и ре- дактирования тематических карт, различных схем, графиков, легенд, таблиц и диа- грамм. Формы вывода данных могут быть различными. Условно их можно разделить на следующие виды: − картографические и некартографические; − традиционные и нетрадиционные. Создание картографической информации является традиционным и наиболее распространенным способом вывода информации. Это связано с тем, что изна- чально ГИС разрабатывались именно для решения задач картографии и географии. Современные ГИС позволяют создавать высококачественные карты, по информа- тивности и технологичности превосходящие существующие традиционные бумаж- ные карты. Создание картографической продукции с помощью компьютера можно осу- ществить разными способами. Существует ряд графических редакторов (CorelDraw, Adobe illustrator и др.), которые позволяют подготавливать карты со сложным содержимым очень высокого качества. Однако картографические изо- бражения, созданные в графическом редакторе, представляют собой цифровые карты и рассматриваются как составные элементы или результат функционирова- ния ГИС. Отличительными признаками ГИС являются: 1) географическая привязка объектов, которая позволяет управлять множест- вом слоев или объектов ГИС различного типа и масштабности; 2) применение аналитической обработки пространственных и атрибутивных; 95 3) возможность моделирования на основе картографической и атрибутивной информации. К некартографическому представлению относятся распечатки отчетов, таблиц, гистограмм или графиков. Формы вывода данных тесно взаимосвязаны между собой. Так, карты, выво- димые на экран, могут быть связаны с различными средствами создания отчетов и трехмерных изображений или широким спектром мультимедийных форматов, таких как фотография, видеоматериалы или звук. Например, на поля карты или в таблицы и графики дополнительно можно поместить хранимые в цифровой форме фотографии выбранных мест. К традиционным способам вывода данных относятся: 1. Экран дисплея (монитор). Монито́р – устройство, предназначенное для визуального отображения информации. Современный монитор состоит из корпуса, блока питания, плат управления и экрана. Информация (видеосигнал) для вывода на монитор поступает с компьютера посредством видеокарты, либо с другого устройства, формирующего видеосигнал. Основные параметры мониторов: − соотношение сторон экрана – стандартный (4:3), широкоформатный (16:9, 16:10) или др.; − размер экрана – определяется длиной диагонали, чаще всего в дюймах; − разрешение – число пикселей по вертикали и горизонтали; − глубина цвета – количество бит на кодирование одного пикселя (от монохромного до 64-битного); − размер зерна, или пикселя, − частота обновления экрана (Гц). 2. Проектор – является в основном оптико-механическим или оптическо- цифровым прибором, позволяющим при помощи источника света проецировать изображения объектов на поверхность, расположенную вне прибора, – экран. 96 3. Принтер (от англ. print – печать) — периферийное устройство компьютера, предназначенное для перевода текста или графики на физический носитель из электронного вида (на бумагу). В зависимости от способа печати различаются матричные, струйные и лазерные принтеры (рис. 8.1.). В матричных принтерах реализован ударный способ печати с помощью печатающей головки, содержащей ряд иголок (от 9 до 24) и красящей ленты. В струйных принтерах и плоттерах специальные чернила выдуваются при помощи сопел. Такие принтеры и плоттеры работают бесшумно, имеют высокую разрешающую способность, а также возможность многоцветной печати. В лазерных принтерах при печати используется принцип ксерографии, когда частички краски электрически притягиваются к специальному барабану, с которого краска «перекатывается» на бумагу. а) Матричный принтер б) Струйный принтер в) Лазерный принтер Рис.8.1. Типы принтеров 4. Графопостроитель (от греч. γράφω), пло́ттер – устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до A0 или кальке. Графопостроители рисуют изображения с помощью пера (пишущего блока). Назначение графопостроителей – высококачественное документирование чертёжно-графической информации. Основными типами графопостроителей являются векторные и растровые. Векторные графопостроители, имеющие наиболее широкое распространение, характеризуются высоким качеством получаемого изображения. Растровые 97 графопостроители бывают электростатическими, чернильно-струйными, термографическими и лазерными. В ГИС для получения картографической информации в основном используются чернильно-струйные или лазерные графопостроители. Современные плоттеры можно отнести к двум большим классам: – Планшетные для формата А3-А2 (реже А1-А0) с фиксацией листа элек- трическим, реже магнитным или механическим способом, и пишущим узлом (рис. 8.2а). Таким образом, если, например, необходимо провести линию, то печа- тающий узел перемещается в её начальную точку, опускается штифт с пером, соот- ветствующим толщине и цвету проводимой линии, и затем перо перемещается до конечной точки линии. – Барабанные (рулонные) плоттеры с шириной бумаги формата А1 или А0, роликовой подачей листа, механическим и/или вакуумным прижимом и с пишу- щим узлом (рис. 8.2б). Барабанные плоттеры используют рулоны бумаги длиной до нескольких десятков метров и позволяют создавать длинные рисунки и чертежи. Часто плоттерами называют широкоформатные принтеры. Это не совсем корректно, однако в настоящее время уже является стандартом [30]. а) Планшетный б) Барабанный Рис.8.2. Виды плоттеров 5. Оптический привод – устройство, имеющее механическую составляю- щую, управляемую электронной схемой, и предназначенное для считывания и за- 98 писи информации на оптические носители информации в виде пластикового диска с отверстием в центре (компакт-диск, DVD и т. д.). 6. Интерактивные графические устройства, которые позволяют пользова- телям указывать объекты и выявлять их пространственное окружение. 7. Экспорт данных в другие информационные системы, передача данных на магнитные носители. Наиболее распространенные формы представления данных – карты, отчеты, графики и схемы. К нетрадиционным способам вывода данных относятся: − анимация, при этом особую популярность имеют трёхмерные анимации, преимущество которых заключается в их высокой наглядности. Кроме того, зрение человека гораздо лучше замечает движущиеся объекты, чем неподвижные, что, безусловно, помогает выявлению взаимодействия объекта и его окружения. − звуковой или световой сигнал (или сообщение), который может передаваться с помощью динамиков, встроенных в монитор, внешних колонок или наушников. Например, при использовании ГИС в службах экстренного реагирования, помимо создания карты с кратчайшим маршрутом к месту происшествия, система может посылать электронный сигнал непосредственно в то отделение службы, которое должно принять вызов. Хотя сегодня это может быть для ГИС несколько экзотической формой вывода, по мере развития техники и спектра клиентов ГИС, она может стать вполне обычной; − публикация картографических данных в Интернет. Такой способ передачи информации позволяет передавать картографическую информацию другим пользователям не только в виде картинок (например, в формате JPG или TIFF), а в виде полноценных электронных интерактивных карт, которые можно не только просматривать и масштабировать, но и анализировать посредством запросов и других операций, использовать в своей повседневной работе; 99 − взаимодействие пользователей в ГИС-сетях. Географическое знание изначально является распределенным и слабо интег- рированным. Вся необходимая информация редко содержится в отдельном экземп- ляре базы данных, поэтому пользователи ГИС вынуждены взаимодействовать друг с другом с целью получить недостающие части имеющихся у них ГИС-данных. В связи с этим пользователи все шире используют Интернет для сбора, струк- турирования, применения и управления географическим знанием. Это явление - одна из наиболее ярко выраженных тенденций развития современных ГИС. В состав ГИС-сети входят три основных строительных блока: − Порталы каталогов метаданных, где пользователи могут провести поиск и найти ГИС-информацию в соответствии с их потребностями; − ГИС-узлы, где пользователи публикуют наборы ГИС-информации; − Пользователи ГИС, которые ведут поиск, выявляют и используют опубликованные данные и сервисы. С одной стороны, развитие ГИС-сетей приобретает важное значение в распро- странении накопленных географических знаний, с другой стороны оказывает ог- ромное влияние на развитие ГИС и других информационных технологий во всем мире. 8.2. Компоновка графического вывода Вывод данных из ГИС не обязательно осуществляется в виде карты; более того, многие ГИС не имеют в своем проекте достаточно хороших картографических возможностей. 8.2.1. Типы выводимых данных Рассмотрим основные типы данных [8.1]: 1) текстовый – таблицы, списки, цифровой или текстовый ответ на запрос; 2) графический – карты, изображения на экране, графики, перспективные изображения; 3) цифровые данные – на диске, носителе информации или передаваемые по сети; 100 4) компьютерный звук; 5) трехмерные изображения. Графический вывод данных в ГИС должен отображать: 1. существующие объекты и явления в виде соответствующих условных знаков; 2. объекты, рассчитанные ГИС, например буферные зоны; 3. взаимосвязи. Для некоторых данных, полученных в результате анализа, возникают сложности с отображением, поскольку на двумерном экране трудно показать, например, трехмерные данные, данные о взаимодействии (миграция, потоки товаров), глобальные данные; 4. масштаб. Масштаб вывода данных должен быть совместим с исходным масштабом. Например, нельзя цифровать карту в масштабе 1:1 000 000, а выводить данные в масштабе 1:25 000: данные при этом не будут точными. Точно так же нельзя без соответствующей генерализации цифровать карту в масштабе 1:25 000, а выводить данные в масштабе 1:1 000 000. Объекты будут располагаться слишком плотно, с излишними подробностями. На экране монитора масштаб так же важен, как и на вычерченной карте. В принципе база пространственных данных «внемасштабна», но на практике именно исходный масштаб определяет точность данных. В базе данных ГИС должен фиксироваться и отслеживаться масштаб, но это делается не всегда. 8.2.2. Картографическая основа Чтобы картой можно было пользоваться, на ней должна присутствовать информация для понятной визуальной географической привязки. Для этого недостаточно только анализируемой информации, выводимой из системы. Необходимы и элементы картосновы. Часто в качестве картосновы используется топографическая карта или план. Например, карта лесных массивов, пригодных для рубки. Кроме пригодных для рубки массивов необходимо показать положение дорог, населенных пунктов, водоразделов, водотоков и озер, при этом пользователь сможет найти эти массивы на местности и принять решение, исходя из конкретной пространственной обстановки – особенно важно для растровых систем [34]. 101 Отображением одного из слоев редко можно воспользоваться без какой- либо картосновы, обеспечивающей привязку данных. Информация картосновы обычно имеет векторную форму или большее разрешение, чем растр. Ввод информации картосновы может быть весьма дорогим. Затраты на цифрование данных с целью всего лишь облегчить интерпретацию графического вывода трудно окупаются. Можно вычерчивать итоговую карту непосредственно на напечатанной картоснове. Отпадает надобность в цифровании информации картосновы. Картоснова должна быть тщательно зарегистрирована - эта функция имеется в большинстве ГИС. 8.2.3 Общая графическая компоновка Графическая компоновка требуется для создания внешне привлекательного конечного продукта. Карта не должна иметь вид «машинной», выглядеть слишком абстрактной или схематичной. «Косметическая» обработка выводимой информации в ГИС требует дополнительных затрат. Например, рамка карты, условные знаки, указатели северного направления, легенды – программирование этих элементов по своей сложности может превосходить аналитические функции. Вычерчивание этих элементов требует дополнительного времени. Картографическая компоновка позволяет зрителю получить наибольшую информацию в наименьшем пространстве за наименьшее время при минимальном объеме черчения. Принципы картографической компоновки [8]: 1. Соотношение данные/черчение стремится к максимуму. 2. Исключается черчение, не соответствующее данным. 3. Исключается черчение избыточных данных. 4. Предполагается пересмотр и редактирование изображения. 5. С первого раза трудно создать совершенное изображение. 6. Каждый графический элемент активизируется, и неоднократно, для пере- дачи данных. 7. До разумных пределов максимизируется плотность данных и количество показанных элементов информации. 8. Если характер данных предопределяет форму их графического изображе- ния, необходимо ему следовать. Если нет, то предпочтение отдается гори- 102 зонтально расположенным буквам, ширина которых в 2 раза меньше вы- соты. 8.2.4. Вывод карт на экране При выводе карт на экран возникают следующие проблемы: − размеры экрана меньше напечатанной или вычерченной карты (плана); − экран имеет меньшее разрешение; − изменение масштаба, использование подокон, взаимодействие с пользователем, анимация, использование цвета часто перегружают изображение. Карта на жестком носителе должна отобразить как можно больше информации, чтобы удовлетворить запросы потенциальных пользователей. В интерактивной системе экран может отображать ограниченный объем информации, но обеспечивать доступ к другим данным. Например, «выделяя» или «выбирая «с помощью «мыши» какой-либо объект, пользователь получает доступ к длинному текстовому описанию. Доступ к атрибутам объекта не лимитирован ограничениями целостности статичного дисплея 8.2.5. Размещение надписей Надписи позволяют более гибко соединять описания с точечными, линей- ными и площадными объектами, такими как: названия административных единиц, озер, рек и т.п.; значения горизонталей, отметки высот; номера автодорог; Размещение надписей – это сложный и трудный картографический процесс. Потому существуют правила размещения надписей. Необходимо, чтобы названия на карте: − были узаконенными; − легко увязывались с объектами, которые они описывают; − не перекрывали другие элементы содержания карты; − размещались так, чтобы отражать протяженность объекта; − отражали иерархию признаков путем использования шрифтов разной величины; 103 − не были ни скучены, ни равномерно распределены. Одновременно все эти правила вряд ли могут быть полностью соблюдены. Наилучшим решением является компромисс между противоречивыми задачами, например, потребностью увязать надпись с объектом и необходимостью избежать перекрытия с другими элементами содержания. Размещение надписей – это слож- ная проблема, поскольку существует огромное количество возможных положений, из которых приходится выбирать, а также множество противоречивых задач. Существуют две наиболее распространенные проблемы: I. Наложение. При большой плотности объектов на карте или экране трудно добиться, чтобы надписи не сливались. Надписи могут перекрываться (наклады- ваться). Надписи следует размещать так, чтобы избежать наложения, но не нару- шить возможность визуального отождествления их с соответствующими объекта- ми. Например, для точечных объектов оптимальное положение надписи – наверху справа. Положение внизу справа менее приемлемо. Наихудший вариант размеще- ния – слева от объекта. При необходимости надпись можно располагать и не гори- зонтально, но только с небольшим отклонением. II. Надписи в полигонах. Размещение надписей в полигонах считается в кар- тографии трудной и спорной проблемой программирования. Надпись должна быть центрирована относительно объекта, может изгибаться, с тем чтобы соответство- вать ему. В некоторых случаях надпись может соединяться с объектом стрелкой. Рассмотрим способы решения этих задач: 1. Надпись центрируется относительно центра тяжести полигона. При этом возникают такие сложности как: а) точка может находиться вне полигона; б) длинную надпись внутри полигона приходится писать в несколько строк; в) не соблюдается правило показа протяженности объекта; 2. Надписи располагаются в любом прямоугольнике внутри полигона. Определяется наиболее подходящие положения прямоугольника, це- ликом вписанного в полигон. При этом возникают такие сложности как: 104 а) отношение ширины к высоте должно быть как можно больше; б) надпись не может быть изогнута в соответствии с формой объекта; в) вписанный прямоугольник может оказаться в неподходящей части полигона. 3. Скелет. Полигон «сжимается» путем сдвигания его сторон внутрь на одинаковые расстояния. Вершины образуют сеть точек, известную под названием «скелет» Надпись располагается вдоль центральной части скелета. Лучше всего подходит для полигонов, для которых не- обходимы изогнутые надписи. На практике при размещении надписей используются комбинации правил к полигонам разной формы и размеров. Вопросы: 1. Назовите основные устройства вывода информации из ГИС. 2. Перечислите основные типы данных при выводе из ГИС. 3. Дайте определение понятию картосновы. 4. Для чего служит общая компоновка карты? 5. Какие трудности возникают при отображении картографической информации на экране? 6. Назовите основные правила размещения надписей на экране. 105 РАЗДЕЛ 9. ПОВЕРХНОСТИ В ГИС. ЦИФРОВАЯ МОДЕЛЬ РЕЛЬЕФА (ЦМР) На обычных географических и топографических картах информация о рельефе обычно отображается в виде горизонталей (линий уровня, изолиний). Геоинформационные системы (ГИС) позволяют представлять рельеф другими способами, в том числе в виде наборов трехмерных объектов – поверхностей. Кроме того, в рамках ГИС требуется решать различные аналитические задачи с использованием геометрии рельефа, в частности, такие как объемы перемещаемого грунта при выполнении строительных работ и пр. Задание рельефа в виде горизонталей сильно затрудняет решение подобных задач, поэтому в ГИС рельеф представляется в виде таких моделей, которые были бы удобны для эффективного и как можно более точного решения самых разнообразных аналитических проблем. При разработке моделей представления рельефа требуется учитывать способ задания исходной информации, которая может вводиться как с уже имеющихся карт, так и с аэрофотоснимков, а также с аппаратуры лазерного дистанционного зондирования. Обычно во всех этих случаях данные имеют дискретный нерегулярный характер. Обычно считается, что модель представления рельефа является однозначной функцией Z = F(X,Y) , такой, что для каждой точки высотной отметки (xi , yi , zi ) должно выполняться соотношение zi = F(xi , yi ). При этом поведение функции в точках X,Y, не совпадающих с высотными отметками, должно быть «похожим» на истинный рельеф, в частности давать минимальную погрешность по высоте. Последнее требование не является математически корректным, поэтому на практике его приходится доопределять [22]. Поверхность Земли, как и любая математическая поверхность, являющаяся ее моделью, представляют собой непрерывное явление (или другими словами – объект). Базы данных, которые представляют собой составную часть любой ГИС, предназначены для оперирования дискретными объектами. Поэтому модель земной поверхности обычно представляется в виде кусочно-непрерывных, дискретных наборов поверхностей, пригодных для размещения в базах данных. 106 Цифровая модель рельефа (ЦМР) является частным случаем поверхности. Используется для обозначения любого цифрового представления топографической поверхности. На рис. 9.1 представлены изображения ЦМР. Рис. 9.1. Представление ЦМР 9.1. Виды цифровых моделей рельефа В международной научной среде существуют следующие геоинформационные терминологические соглашения и понятия: DEM – Digital Elevation Model , что является аналогом термина ЦМР; DTM – Digital Terrain Model, или Цифровая модель местности (ЦММ); DSM– Digital Surface Model, или ЦМП – цифровая модель поверхности. В большинстве случаев термин DSM (ЦМП) представляет земную поверхность и включает в себя все предметы на ней. В отличие от DSM, DTM (ЦММ) представляет голую поверхности земли без каких- либо объектов, таких как растения и здания. Термин DEM (или ЦМР) часто используется как общий термин для DSM и DTM и содержит информацию о высоте без описания способов формирования поверхности. В отечественной практике ЦМР обычно имеет более широкий смысл, так как часто, кроме информации о высотных отметках, содержит и информацию о способе формирования поверхности. В большинстве случаев используются следующие цифровые модели рельефа: 107 a – размер ячейки, м, H1, H2 – значения признаков в каждом элементе (отметка), то все значения признаков можно перечислить в текстовом файле через запятую, получив соответствующую матрицу, а сам файл снабдить заголовком, в котором можно перечислить величины n, m, x, y, и a. В результате можно получить ЦМР в формате GRID. Рис.9.2. GRID модель Регулярная модель может быть представлена в виде растровой сетки, где у каждого пикселя присутствует отметка поверхности. Для регулярной модели важным параметром является разрешение, т.е. расстояние между смежными точками (на рисунке значение a) или размер ячейки. 2. Нерегулярная сетевая модель: расположение точек задаётся в характерных местах искомой поверхности. Например, при работе с рельефом точки выбирают в характерных местах рельефа: водоразделы, тальвеги, склоны и т.д. В качестве основного типа нерегулярных моделей используется модель TIN – триангуляционная нерегулярная сеть. Модель представляет собой нерегулярную сеть треугольников. Триангуляция в подобного типа моделях в подавляющем большинстве случаев осуществляется на основе триангуляции Делоне. Однако могут использоваться также и другие способы триангуляции. Можно выделить два типа TIN – моделей: − Обычная TIN модель. Строится по точкам с координатами так, чтобы каждый треугольник стремился к равностороннему, т.е., удовлетворяет критерию 109 1. Модели рельефа на основе регулярных высотных отметок или регулярные модели, часто их еще называют GRID моделями. При использовании регулярных высотных отметок такие модели рельефа получаются наиболее простыми и удобными для различных расчетов, эти модели давно применяются на практике [17]. В этом случае область в координатах X, Y должна иметь прямоугольный вид, и на ней задается сетка вертикальных (при x1, x2 ,…, xn ) и горизонтальных (при y1, y2 ,…, ym ) линий. Функция строится на каждой прямоугольной (чаще квадратной) клетке [xi , xi+1]×[y j , y j+1] по заданным в углах клетки высотным отметкам zi, j , zi+1, j , zi, j+1, zi+1, j+1 . Простейшая модель – полилинейная функция вида S(x, y) = a0 + a1(x − xi ) + (a2 + a3 (x − xi ))(y − yj). (9.1) Коэффициенты a0 ,a1,a2 , a3 определяются системой четырех линейных уравнений, получаемой путем приравнивания функции высотным отметкам в углах клетки. Определяемая таким образом кусочная функция непрерывна при переходе к соседним клеткам, однако имеет изломы вдоль границ клеток: там ее производные терпят разрывы. Внутри клетки функция нелинейна, т.е. не является плоскостью. Еще более простая модель – линейная. В каждой клетке проводятся две диагонали, в результате получается четыре треугольника. В точке центра клетки ( x = (xi + xi+1) / 2 , y = (yi + yi +1) / 2 ) на пересечении диагоналей по формуле (1) вычисляется высотная отметка, равная среднему из угловых высотных отметок zi, j , zi+1, j , zi, j+1, zi+1, j+ 1 . В линейной модели все грани поверхности рельефа являются пространственными треугольниками. Схема образования GRID модели представлена на рис. 9.2. Подобная GRID-модель может быть легко представлена в обычном текстовом файле. Действительно, если обозначить все ключевые параметры модели так, как показано на рисунке 9.2, а именно: n – количество столбцов, m – количество строк, x, y – координаты правого нижнего угла матрицы значений, м, 108 Делоне. Полученные треугольники изменить нельзя, так как они жестко «привязаны» к заданным точкам с высотными отметками. Для редактирования поверхности необходимо добавить дополнительные точки, что не всегда правильно, т.к. значения часто должны быть получены в полевых условиях, а не выдуманы при редактировании поверхности. На рис. 9.3 представлена обычная TIN- модель. Рис. 9.3. Обычная TIN-модель Данная модель используется в большинстве программных средств: MapInfo, MGE TERRAI N ANALIST и др.; − TIN модель с дополнительными условиями, в качестве которых выступают структурные линии. Задав дополнительные элементы (структурные линии), можно треугольникам задать необходимые рёбра. Рёбра не могут пересекать структурную линию. На рисунке представлены две возможные комбинации ребер, построенных по одинаковым точкам. Обе комбинации образуют разные формы рельефа, что отчетливо видно по сформированным горизонталям (рис. 9.4). Поэтому важно иметь возможность задавать требуемые рёбра. 110 Данная модель используется в следующем программном обеспечении: CREDO, Autodesk CIVIL 3D и др. Рис. 9.4. Зависимость форм рельефа от рёбер Поверхность представляет собой особый тип данных, поэтому в ГИС представлена либо отдельным типом данных внутри ГИС, либо представлена в отдельном модуле. На рис. 9.5 представлена TIN-модель. Рис. 9.5. TIN-модель 9.2. Способы создания поверхностей в ГИС Поверхность, или ЦМР, может создаваться несколькими способами: 111 1. По изолиниям-горизонталям. Производится оцифровка горизонталей. Каждой из них задаётся отметка. Используется алгоритм интерполяции высот для каждой точки сети по данным горизонталям. 2. Фотограмметрический способ. Оператор наблюдает стереопару, перемещая две марки до тех пор, пока они не превратятся в одну. Считается, что в этом случае точка лежит на поверхности. В автоматическом режиме инструментально рассчитываются разности параллаксов для большого количества точек. При ручном фотограмметрическом способе возможно два метода обвода точек: а) профилирование – точки получают полосами по профилям; б) отслеживание горизонталей (ПО Photomod и др.), на рис. 9.6 представлена модель, построенная горизонталями. Рис. 9.6. Модель рельефа, созданная по горизонталям 3. Поверхность может быть получена в результате точечного взятия проб. Пробы могут быть расположены: − регулярно, например по некоторой сетке; − случайно, как правило стараются получить нормальное распределение; − экспертная выборка, выполняется по определенным правилам, например выбор точек при тахеометрической съемке с учетом формы рельефа. 112 9.3. Использование поверхностей при решении практических задач Использование моделей поверхность позволяет: − определить значение признака (отметку) в любой точке; − построить профиль (разрез) по любой линии. Например, на рис. 9.7а представлена DEM- модель участка земной поверхности, полученная на основе дистанционного спутникового зондирования. На рис. 9.7б изображена линия профиля рельефа; − рассчитать и построить изолинии (горизонтали). На рис. 9.8а представлена регулярная GRID-модель участка местности. На рис. 9.8б изображены горизонтали, построенные по трехмерной модели с помощью геометрических вычислений; − вычислить сетку углов наклона экспозиции склонов. В качестве примера на рис. 9.9 изображена карта углов наклона элементов рельефа, построена для участка местности, представленного на рис. 9.8а; − найти ареалы, относящиеся к определённым категориям угла наклона или экспозиции; − найти границы водосборных бассейнов по ЦМР; − определить территорию, видимую из данной точки – построить зоны видимости. Рассмотрим некоторые операции более подробно. – Расчёт высоты. При расчёте высоты может использоваться линейная интерполяция, может быть использована плоскость, минимизирующая сумму квадратов отклонений значений высот на плоскости и в каждой из ближайших точек. Происходит по формуле (9.2). z = a + bx +cy ; (9.2) – Расчёт угла наклона и экспозиции. Их можно вычислить, используя аппроксимирующую плоскость – обычно окно 3×3 с центральной точкой. – Угол наклона вычисляется по формуле (9.3). α=sqrt(a 2 +b 2 ) ; (9.3) 113 а) б) Рис. 9.7. Построение профиля рельефа вдоль прямой линии – Расчёт угла наклона и экспозиции. Их можно вычислить, используя аппроксимирующую плоскость – обычно окно 3×3 с центральной точкой. – Угол наклона вычисляется по формуле (9.3): α=sqrt(a 2 +b 2 ) (9.3) – Экспозиция вычисляется по формуле (9.4): µ=1 / (tg(c/b)) (9.4) 114 а) б) Рис. 9.8. Построение горизонталей по регулярной GRID-модели Рис. 9.9. Карта углов наклона рельефа 115 Обычно экспозиции строятся для одного из направлений. В алгоритмах для определения направления стоков обычно используются следующие варианты: а) только четыре возможных направления; б) восемь возможных направлений В обоих случаях направления движения рассчитывают по часовой стрелке, начиная с верхнего направления. Считается, что вода из каждой ячейки стекает в ту близлежащую ячейку, высота которой меньше других. Если высоты всех близлежащих ячеек больше данной, то она представляет собой впадину и получает соответствующий код. Для выделения водосборного бассейна надо начать с указанной ячейки и отметить все ячейки, имеющие сток в данную. Затем выбрать все ячейки, имеющие сток в последние и т.д. Водосборным бассейном будет полигон, образованный отмеченными ячейками. Вопросы: 1. Что такое ЦМР? 2. Назовите различия TIN и GRID моделей. 3. Назовите назначения модели рельефа. 4. Как рассчитывается высота в ЦМР? 5. Назовите основные способы создания ЦМР. 116 |