Вопросы в тест по ит 44 Граф (круг) научных интересов 45

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Выпускная работа по
«Основам информационных технологий»

Магистранта

географического факультета

кафедры почвоведения и геологии

Бакуна Виталия Викторовича

Руководители:

доцент Клебанович Николай Васильевич

ассистент Шешко Сергей Михайлович

Минск – 2009

Оглавление

Перечень условных обозначений 4

Реферат по информационным технологиям в предметной области 5

Ресурсы Интернет в предметной области исследования 37

Действующий сарт в Интернете 40

Вопросы в тест по ИТ 41

Граф (круг) научных интересов 42

Презентация 44

Список литературы к выпускной работе 45

Перечень условных обозначений

ГИС – географическая информационная система

ЗИС – земельная информационная система

Метод ОВР – метод обратно взвешенных расстояний

УГС – учебная географическая станция

ЦБКММ – цифровая базовая картографическая модель местности

ЦМР – цифровая модель рельефа

DEM – Digital Elevation Model

TIN – Triangulated Irregular Network

Реферат по информационным технологиям в предметной области

«Применение геоинформационных технологий в исследованиях рельефа»

Содержание

Перечень условных обозначений 4

Реферат по информационным технологиям в предметной области 5

Содержание 5

Введение 6

Глава 1. Обзор литературы 7

Глава 2. Цифровые модели рельефа 9

Глава 3. Методика построения цифровой модели рельефа УГС «Западния Березина» 13

3.1. Представление гипсометрических 13

поверхностей в виде грид-моделей 13

3.1.1. Метод сплайновой интерполяции 15

3.1.2. Метод обратно взвешенных расстояний 17

3.2. Построение геометрической сети постоянных потоков 21

3.3. Представление гипсометрических поверхностей 24

в виде модели Topogrid 24

3.4. Представление гипсометрических поверхностей 28

в виде модели TIN 28

Заключение 33

Список использованных источников 35

Предметный указатель 36

Ресурсы Интернет в предметной области исследования 37

Действующий сарт в Интернете 40

Вопросы в тест по ИТ 41

Граф (круг) научных интересов 42

Презентация 44

Список литературы к выпускной работе 45

Введение

В XXI веке развитие компьютерных технологий достигло такого высокого уровня, что сейчас практически невозможно представить себе любую сферу деятельности человека без информационных технологий. Сейчас трудно найти науку, в которой исследования не основываются на информационных технологиях. География также приобрела новые прогрессивные возможности для изучения Земли и пространственного анализа всех ее объектов, явлений и процессов на любом уровне.

В последнее время одним из наиболее перспективных направлений применения ГИС стало построение виртуальных моделей местности. Поскольку геометрическому описанию нашего мира присуща третья координата, средства трехмерного моделирования стали неотъемлемым компонентом современных ГИС. Под цифровой моделью географического объекта понимается определенная форма представления исходных данных и способ их описания. Относительно рельефа такая модель будет называться цифровой моделью рельефа.

Цифровая модель рельефа – это средство цифрового представления трехмерных пространственных объектов (поверхностей, рельефа) в виде трехмерных данных как совокупности высот или отметок глубин и иных значений аппликат (координаты Z) в узлах регулярной сети с образованием матрицы высот, нерегулярной треугольной сети или как совокупность записей горизонталей (изогипс, изобат) или иных изолиний. Источниками исходных данных для создания цифровых моделей рельефа служат топографические карты и планы, аэрофотоснимки, космические снимки и другие данные дистанционного зондирования, данные спутниковых систем позиционирования, нивелирования и других методов геодезии. Постоянно расширяется сфера применения цифровых моделей рельефа, поэтому развитие технологий и методов создания цифровых моделей рельефа является очень перспективным.

Активное применение цифровых моделей рельефа во многих сферах деятельности и отсутствие четко разработанной методики их создания в Республике Беларусь подчеркивают актуальность выбранной темы.

Целью работы исследование рельефа местности средствами ArcGIS на примере территории учебной географической станции БГУ «Западная Березина».

Задачами работы являются:

  1. Изучение структуры, назначения и способов создания цифровых моделей рельефа;

  2. Создание разными способами (TIN, Topogrid, сплайн, метод ОВР) на основе полученных знаний и подготовленных векторных данных цифровой модели рельефа территории УГС «Западная Березина».

Основными источниками для написания работы являются научно-техническая, инструктивно-технологическая, программная и справочная литература, а также собственные исследования студента.

Глава 1. Обзор литературы

Моделирование рельефа, его анализ и изучение по построенным моделям постепенно становятся неотъемлемой частью исследований в науках о Земле (геология, тектоника, гидрология, океанология, климатология и т.д.), в экологии, прикладной географии, земельном кадастре и инженерных проектах. Компьютерная обработка и представление в виде цифровых моделей рельефа пространственных данных находит широкое применение при анализе распространения участков загрязнений, в метеорологии и климатологии, в моделировании месторождений, коммуникаций, сооружений, видимости и затопления территорий, в изучении склоновых процессов, водного стока, миграции химических элементов, а также во многих проектах по устойчивому развитию территорий. Стоит отметить, что одной из наиболее перспективных областей применения является использование цифровых моделей рельефа для ортотрансформирования аэрофото- и космоснимков.

Широкое развитие геоинформационных технологий и их активное внедрение в географии обуславливают наличие большого количества всевозможных литературных источников по данной тематике в виде учебников, сборников научных статей, Интернет-сайтов и многое другое. Однако сравнительно небольшой период развития геоинформационных технологий обуславливает отсутствие во всей литературе четко систематизированных теоретических основ, что способствует некоторой разобщенности всех источников и вызывает определенные сложности при подборе необходимой литературы и выборе именно правильной (с точки зрения тематики работы) информации.

Основными источниками для написания работы являются научно-техническая, инструктивно-технологическая, программная и справочная литература, а также источники из сети Интернет и собственные исследования студента.

Выбор литературы во многом определялся тем программным обеспечением, которое было использовано для написания работы. ArcGIS – это один из самых распространенных и современных программных комплексов, который позволяет решать большинство задач для создания ГИС. Компания ESRI – разработчик ArcGIS – постоянно совершенствует свой продукт, расширяет его функции, и выпускает новые, а также осуществляет широкую поддержку пользователей как в вопросах технических, так и в вопросах практического применения и научных исследований. Существует большое количество учебников, выпущенных ESRI. Помимо веб-справки по пользованию программой, автором были использованы учебники по использованию модуля ArcScan (Using ArcScan for ArcGIS, автор – Sanchez Phil), «ArcGIS 9. Работа с базами геоданных: Упражнения» (автор – McCoy Jill) и «Моделирование нашего мира» (Modeling Our World, автор – Zeiler Michael). В первом подробно расписаны все особенности использования модуля ArcScan ArcGIS, применяемого для автоматической векторизации растровых карт. Второй посвящен вопросам создания баз геоданных, что составляет основу и самый первый этап в исследовании. В последних версиях ArcGIS осуществлена геореляционная модель данных в виде базы геоланны в формате баз данных Microsoft Access. Третий источник является оригинальным учебным пособием, охватывающим большое количество вопросов проектирования и создания геоинформационных систем. В данном пособии широко затронуты вопросы как практического применения тех или иных функций, так и теоретические аспекты изучаемого вопроса.

Учебник по фотограмметрии А. С. Назарова («Фотограмметрия») также достаточно подробно освещает теоретические вопросы цифровых моделей рельефа, их типы, структуру и методы создания. Стоит отметить, сто все вопросы в данном источнике рассмотрены с точки зрения фотограмметрии, то есть основное внимание уделено вопросам формирования цифрового изображения (аэрофото- и космоснимков) и его ортотрансформирования с использованием цифровых моделей рельефа.

Также при написании реферата была использована инструктивно-технологическая литература, разрабатываемая РУП «ИЦЗем» и являющаяся нормативными документами для создания и использования земельно-информационных систем – это технический кодекс установившейся практики «Земельно-информационная система Республики Беларусь. Порядок создания», где также затрагиваются некоторые стороны изучаемого вопроса, в частности структура базы геоданных и технология создания цифровых моделей рельефа.

Большое значение при написании работы также имели и Интернет источники, так как в глобальной сети можно найти большое количество научных статей по тематике реферата.

Глава 2. Цифровые модели рельефа

Моделирование рельефа, его анализ и изучение по построенным моделям постепенно становятся неотъемлемой частью исследований в науках о Земле (геология, тектоника, гидрология, океанология, климатология и т.д.), в экологии, земельном кадастре и инженерных проектах. Компьютерная обработка пространственных данных находит широкое применение при анализе распространения участков загрязнений, в моделировании месторождений, а также во многих проектах по устойчивому развитию территорий.

Основой для представления данных для ГИС являются цифровые модели. Под цифровой моделью географического объекта понимается определенная форма представления исходных данных и способ их структурного описания, позволяющий «вычислять» объект путем интерполяции, аппроксимации или экстраполяции. Относительно рельефа такая модель будет называться цифровой моделью рельефа.

Цифровая модель рельефа (ЦМР, Digital Terrain Model, DTM; Digital Elevation Model, DEM; Digital Terrain Elevation Data, DTED) – средство цифрового представления трехмерных пространственных объектов (поверхностей, рельефа) в виде трехмерных данных как совокупности высот или отметок глубин и иных значений аппликат (координаты Z) в узлах регулярной сети с образованием матрицы высот, нерегулярной треугольной сети (TIN) или как совокупность записей горизонталей (изогипс, изобат) или иных изолиний. Наиболее распространенными способами цифрового представления рельефа является растровое представление и особая модель пространственных данных, основанная на сети TIN и аппроксимирующая рельеф многогранной поверхностью с высотными отметками (отметками глубин) в узлах треугольной сети.

Процесс цифрового моделирования рельефа включает создание ЦМР, их обработку и использование. Источниками исходных данных для создания ЦМР суши служат топографические карты и планы, аэрофотоснимки, космические снимки и другие данные дистанционного зондирования (ДДЗ), данные альтиметрической съемки, спутниковых систем позиционирования, нивелирования и других методов геодезии; подводного рельефа акваторий (батиметрии) – морские навигационные карты, данные промерных работ, эхолотирования; рельефа поверхности и ложа ледников – аэросъемка, материалы фототеодолитной и радиолокационной съемки. Обработка ЦМР служит для получения производных морфометрических или иных данных, включая вычисление углов наклона и экспозиций склонов; анализ видимости/невидимости; построение трехмерных изображений; профилей поперечного сечения; оценку формы склонов через кривизну их поперечного и продольного сечения, измеряемую радиусом кривизны главного нормального сечения или ее знаком, т.е. выпуклостью/вогнутостью; вычисление положительных и отрицательных объемов; генерацию линий сети тальвегов и водоразделов, образующих каркасную сеть рельефа, его структурных линий, или сепаратрис и иных особых точек и линий рельефа; локальных минимумов, или впадин, и локальных максимумов, или вершин, седловин, бровок, линий обрывов и иных нарушений «гладкости» поверхности, плоских поверхностей с нулевой крутизной; интерполяцию высот; построение изолиний по множеству значений высот; автоматизацию аналитической отмывки рельефа путем расчета относительных освещенностей склонов при вертикальном, боковом или комбинированном освещении от одного или более источников; цифровое ортотрансформирование при цифровой обработке изображений и другие вычислительные операции и графоаналитические построения. Методы и алгоритмы создания и обработки ЦМР применимы к иным физическим или статистическим рельефам и полям: погребенному рельефу, барическому рельефу и т.п [1, 2].

Существует два кардинально различающихся способа получения данных для построения цифровых моделей рельефа. Первый способ – это методы дистанционного зондирования и фотограмметрия. Однако высокое разрешение получаемых таким способом моделей рельефа пока не находит должного применения в большинстве случаев. Второй способ – построение моделей рельефа путем интерполяции оцифрованных изолиний из топографических карт.

Цифровая модель рельефа (ЦМР) представляет собой математическое описание земной поверхности как совокупности расположенных на ней точек, связей между ними, а также метода определения высот произвольных точек, принадлежащих области моделирования, по их плановым координатам.

Применяемые в настоящее время способы построения цифровой модели рельефа, в зависимости от принятой схемы размещения точек и типа математической модели, можно условно разделить на две группы.

Первая группа объединяет способы, основанные на нелинейной интерполяции высот с использованием полиномов, сплайнов, корреляционных функций и т. п., различающиеся видом используемой функции, способом отбора исходных пунктов и пр. Параметры применяемой математической модели вычисляют по опорным точкам, а затем используют для интерполяции высот произвольных точек области моделирования по их плановым координатам.

Вторая группа объединяет способы, основанные на построении геометрически упорядоченной (регулярной или нерегулярной) модели, элементами которой являются либо определенным образом упорядоченные линии, либо поверхности различных многогранников (треугольников, четырехугольников или иных фигур). Во втором случае поверхность задается точками в вершинах геометрических фигур (треугольников, квадратов и др.) исходя из предположения, что ограничиваемая ими поверхность имеет одинаковый и однообразный уклон.

Структурная модель местности представляется отметками точек, размещенных в характерных точках рельефа – на линиях водоразделов, тальвегов, урезов вод в точках локального экстремума и др. Такая модель наиболее точно отражает поверхность минимальным числом точек, однако ее использование затруднено из-за сложности интерполяции высот определяемых точек.

Цифровая модель рельефа на треугольниках произвольной формы (рис. 2.1), покрывающих всю область моделирования, представляет рельеф наиболее точно, поскольку обеспечивает плотное «прилегание» треугольников к моделируемой поверхности. В силу этого такая модель применяется очень широко и известна как модель TIN (Triangulated Irregular Network), или модель па триангуляционной нерегулярной сетке, или свободная модель.

Построение цифровой модели рельефа с использованием модели данных TIN сводится к созданию оптимальной сети треугольников, элементы которой стремятся быть как можно ближе к равносторонним. При этом любая точка двумерного пространства обладает только одной высотной координатой [4].

Использование модели TIN для получения высот новых точек не совсем удобно, поскольку для этого необходимо не только определить принадлежность определяемой точки конкретному треугольнику, но и, что особенно важно, выполнить линейную интерполяцию высот по отметкам его вершин.

Преимуществом триангуляционной модели является то, что в ней нет никаких преобразований исходных данных. С одной стороны, это не дает использовать такие модели для детального анализа, но, с другой стороны, исследователь всегда знает, что в этой модели нет никаких привнесенных ошибок, которыми грешат модели, полученные при использовании других методов интерполяции.

Более популярна и удобна для практического использования модель на регулярной сетке со сторонами, параллельными координатным осям X и Y системы местности (рис. 2.2). Такая модель называется регулярной, основана на интерполяции значений высот и известна как модель DEM (Digital Elevation Model). Регулярная ЦМР может быть рассчитана на любую область и может иметь любой размер, ограниченный только размером диска. Регулярную ЦМР можно представлять себе как бесконечную решетку, параллельную осям координат, к узлам которой приписаны значения высоты.

В общем случае при построении цифровой модели рельефа можно выделить несколько этапов:

  1. Подготовка исходных данных;

  2. Выбор способа создания модели;

  3. Подбор параметров для построения модели;

  4. Непосредственно процесс создания модели.

Рис. 2.1. Модель TIN [9]

Рис. 2.2. Модель DEM [9]

ArcGIS использует два способа для моделирования поверхности: гриды и TIN. Первый способ включен в модули 3D Analyst и Spatial Analyst, второй – только в 3D Analyst. И грид, и TIN обладают своими преимуществами для моделирования поверхности, но вопрос, какой способ выбрать, лучше решать для конкретной задачи в зависимости от доступных исходных данных и необходимых требований к виду работы и области применения.

  1. Реферат по ит в предметной области 4 интернет ресурсы в предметной области 54

    Реферат
    Фундаментальной чертой цивилизации является рост производства, потребления и накопления информации во всех отраслях человеческой деятельности. Вся жизнь человека так или иначе связана с получением, накоплением и обработкой информации.
  2. Вопросы к экзамену по предмету «Аппаратное обеспечение эвм»

    Вопросы к экзамену
    Прикладное программное обеспечение , автоматизированная система управления , АСНИ (автоматизированная система научных исследований) , геоинформационная система ?
  3. Тесты. 2008 г. Cd. Диск содержит уникальную подборку профессиональных тестов, применяемых психологами для оценки интеллекта, а также набор упражнений «Разминка для интеллектуалов», предложенный Гансом Айзенком. 220-00

    Тесты
    IQ-тесты. 2008 г. CD. Диск содержит уникальную подборку профессиональных тестов, применяемых психологами для оценки интеллекта, а также набор упражнений «Разминка для интеллектуалов», предложенный Гансом Айзенком.
  4. По-моему, мне удалось найти ответ на интересующие меня вопросы. Иэто не те тривиальные "истины", которыми пестрят страницы, не "плохие законы"

    Закон
    Почему мы не вошли и, уже очевидно, не войдем в "мировое сообщество" ? Для ответа на этот вопрос надо ответить на несколько вопросов предварительных.
  5. Вопросы к государственному экзамену по программе (1)

    Документ
    Часть определений, включенных в ISO/IEC TR 1 -3, уже рассматривалась нами в разделе 1. В частности, к ним относятся определения понятий OSE (Open Systems Environment - окружения или среды открытых систем) и OSE-профиля (OSE-profile),
  6. Вопросы к государственному экзамену по программе (2)

    Документ
    Часть определений, включенных в ISO/IEC TR 1 -3, уже рассматривалась нами в разделе 1. В частности, к ним относятся определения понятий OSE (Open Systems Environment - окружения или среды открытых систем) и OSE-профиля (OSE-profile),
  7. Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению и специальности «Психология» Москва умк «Психология» 2002

    Документ
    Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению и специальности «Психология»
  8. Оссовская м. Рыцарь и буржуа. Исследования по истории морали буржуазная мораль

    Документ
    В своей написанной до войны книге «Основы науки о морали» я выделила в этой науке три группы проблем: 1) анализ моральных норм и оценок; 2) психологию морали и, наконец, 3) социологию морали.
  9. Итоги и перспективы энциклопедических исследований сборник статей итоговой научно-практической конференции 24-25 марта 2011 г

    Сборник статей
    История России и Татарстана: итоги и перспективы энциклопедических исследований: сборник статей итоговой научно-практической конференции (г. Казань, 24–25 марта 2011 г.

Другие похожие документы..