Тикунов В. С. Геоинформатика. Создание моделей поверхностей и анализ растровых изображений.

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word Скачать книгу

Создание моделей поверхностей и анализ растровых изображений. К этому классу относятся модели, построенные по регулярным и нерегулярным точкам, а также модели двух- и трехмерной визуализации, например построение панорамы водосборного бассейна в аксонометрической или иной проекции. Расчет моделей производится по содержащимся в базах данных численным характеристикам. Моделироваться может как действительный рельеф или непрерывное поле (современное или с учетом динамических изменений), так и воображаемые поверхности, построенные по одному или нескольким показателям, например поверхность углов наклона, плотность дорожной сети или водных объектов и т. п.
В модуле для анализа и трехмерного отображения данных «Поверхность», появившемся в MapInfo 5.5 и предназначенном для работы с моделями типа «поверхность», реализованы следующие задачи:
• построение поверхности (матрицы высот) по триангуляционной сети методом Делоне;
• построение двойственной к триангуляции системы планарного разбиения — на базе многоугольников Вороного;
• построение изолиний по поверхностям (изолинии строятся как в виде линий, так и в виде полигонов);
• визуализация данных о значении в узлах поверхности;
• отсечение части поверхности (позволяет отсечь объектом типа «полигон» ненужную часть поверхности);
• построение профилей по поверхности;
• построение профилей по таблице изолиний и точно по точкам пересечения профиля с изолиниями; эта функция позволяет построить профили сразу по нескольким поверхностям;
• вычисление углов наклона к поверхности относимости для каждой точки поверхности;
• расчет зон прямой видимости методами «Из точки наблюдения» и «В точку наблюдения»;
• трехмерная визуализация поверхности, а также по значениям вертикальной компоненты картографических объектов (точек, линий, полилиний и полигонов). Функции настройки вида поверхности: выбор угла наклона, масштаба, способа отрисовки — отмывка, в виде «сеточной модели», рендеринг, настройка цвета и палитры, свойств отображения — коэффициентов рассеивания, отражения и прозрачности, определение точки фокуса, точки наблюдения и угла для отображения поверхности в перспективе;
• арифметические операции с поверхностями. Эта функция позволяет выполнить простейшие операции над таблицами типа «поверхность», которые можно описать следующим образом:

Формула (доступно при скачивании полной версии книги)

Результат арифметической операции — новая таблица поверхности со значениями GR в ячейках.
Аналогичный модуль для работы с полями (Грид-темами) в системе Arc View GIS называется Spatial Analyst.
Прежде всего он позволяет преобразовывать любую из векторных тем ArcView GIS (включая темы в формате CAD) в растровый формат грид-темы, а затем использовать все доступные аналитические возможности грид-анализа: создание поверхностей по этим темам, буферизация пространственных объектов, расчет близости точек пространства к тем или иным объектам и др. Грид-темы могут быть также созданы из растровых изображений стандартных форматов.
Функции расстояний включают расчет как расстояния в метрике географического пространства, так и мер близости в других метриках (расстояние по дорогам, время движения, стоимость перевозок).
По значениям мер близости пространство разделяется на отдельные зоны тяготения к тому или иному центру: например зоны обслуживания населения поликлиниками. Расчет расстояний от одной точки до другой можно осуществить с учетом стоимости передвижения в пространстве. Так, например, свое влияние в оценку расстояний могут вносить характеристики грунтов, почв, рельефа, что позволяет оценить затраты на прокладку дороги или других линейных сооружений. Поверхности «стоимостей» по отдельным показателям могут быть объединены в суммарную поверхность оценки стоимости выполнения работ для выбора оптимальной (наиболее дешевой) стратегии.
Модуль позволяет моделировать поверхность по отдельным точечным данным, интерполировать изолинии, рассчитывая уклоны наклона и экспозиции склонов полученной поверхности.

Функции построения изолиний позволяют интерполировать поверхность и строить изолинии по значениям в отдельных точках с использованием одного из четырех предлагаемых в Arc View GIS методов интерполяции:
• ОВР — обратно взвешенных расстояний (средневзвешенных значений соседних точек по заданному числу соседей или в пределах указанного радиуса);
• сплайн — создание поверхности с минимальной кривизной;
• тренд — подбор наилучшей в смысле некоторого критерия функции с использованием всех входных точек из заданного класса функций, например полиномов заданного порядка. Обычно в качестве критерия выбора используется минимизация суммы квадратов отклонений построенной функции от исходных значений;
• кригинг — многоступенчатый подбор математической функции для заданного числа точек или для точек в пределах заданного радиуса для распространения зависимостей на все точки.

В модуль включены разнообразные функции вычислений и анализа по грид-поверхностям. Функции этой группы позволяют проводить вычисления: уклонов, экспозиции склона, освещенности рельефа при регулируемых азимуте и высоте взгляда (отмывки), кривизны поверхности, а также определять зоны видимости из одной или нескольких точек наблюдения.
Любая из грид-тем может быть представлена в более удобном виде с помощью возможности классификации и переклассификации грид-тем. Для растровых слоев существует два типа классификации: равноинтервальная или по стандартному отклонению от среднего. Количество классов задается пользователем. Можно провести переклассификацию в грид-теме или присвоение новых значений.
Любая из грид-тем может визуально получить объем за счет использования значений другой грид-темы (например, рельефа), в качестве показателя, который определяет высоту ячейки. Это полезно для наглядного отображения зависимостей между данными двух тем.
Особую группу представляют функции статистического анализа грид-тем. Например, можно получить сведения о максимальном и минимальном значениях, а также о стандартном отклонении, что весьма полезно при выборе типа классификации и количества классов.
Для сравнения нескольких грид-тем имеются функции поэлементных арифметических, логических операций и операций отношения, которые позволяют определить минимум, максимум, среднее, преобладающее значения.
Функции картографической алгебры позволяют производить расчеты значений ячеек по одной или нескольким грид-темам. Математические операторы включают четыре группы: арифметические (сложение, вычитание, умножение, деление значений грид-тем), логические (проверка значений на соответствие ИСТИНА или ЛОЖЬ), сравнительные (соответствие условию сравнения), бинарные (вычисления бинарных значений) действия. Кроме того, доступны логарифмические, специальные математические (абсолютное значение, целочисленная часть и т.п.), тригонометрические (синус, косинус, тангенс и т.д.) и степенные функции. С помощью этих функций можно, например, определять наиболее подходящие местоположения для различных объектов по сумме факторов, производить прогноз развития процессов, изменяющихся по установленным закономерностям.
Имеются функции пространственного анализа грид-тем, например, можно построить гистограммы распределения значений по ячейкам как по всей теме, так и в пределах произвольно обозначенного на карте района или по определенным зонам другого покрытия. Например, можно подсчитать количество ячеек зоны затопления (или их общую площадь), попадающих в различные виды землепользования (селитебная зона, сельскохозяйственные угодья, транспортные магистрали и т.д.), или проанализировать распределение ячеек разной загрязненности в селитебной или производственной зоне.
В модуле реализованы функции, позволяющие выполнять простые гидрологические расчеты, например, определение направления потока воды, попадающей в ячейку, выделение водосборов и
построение дренажной сети разного порядка. Эти функции полезны, например, при оценке распространения загрязнения с поверхностными водами, оценке запасов вод и опасности наводнений.
В этом же модуле реализованы функции геометрической трансформации, предоставляющие возможности как простого смещения и поворота снимка, так и устранения некоторых погрешностей снимка путем полиномиальной трансформации. С помощью этих функций соседние снимки, например, могут быть подогнаны друг к другу и объединены в единый снимок с учетом зон перекрытия.

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word Скачать книгу