ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.09.2020
Просмотров: 1117
Скачиваний: 5
22. Интерполяция и реклассификация растра.
Инструменты интерполяции поверхности создают непрерывную поверхность по значениям, измеренным в опорных точках.
Измерение высоты, величины или концентрации для наблюдаемых объектов и явлений в каждой точке исследуемой территории, как правило, затруднительно или очень дорого. Вместо этого, можно измерить показатели в стратегически правильно распределенных по поверхности опорных точках и спрогнозировать значения, которые могут быть присвоены всем остальным местоположениям.
Непрерывное представление поверхности для набора растровых данных отражает некоторые измерения, например, высоты, концентрации или количества чего-либо (например, высоты поверхности, загрязнения или уровня шума). Инструменты интерполяции поверхности на основании измерений в опорных точках прогнозируют значения для всех местоположений в выходном наборе растровых данных, в независимости от того, выполнялось в этой точке измерение или нет.
Существует целый ряд способов получить для каждой точки прогнозируемое значение; каждый метод рассматривается как модель. Для каждой модели существует целый ряд допущений, которые вытекают из данных; некоторые модели лучше подходят для конкретных типов данных.
Инструменты интерполяции обычно делятся на детерминированные и геостатистические методы. Детерминированные методы интерполяции присваивают значения местоположениям, основываясь на измеренных значениях, попадающих в окрестность интерполируемой точки, и на заданных математических формулах, которые определяют сглаженность результирующей поверхности.
Детерминированные методы включают ОВР (IDW) (обратно взвешенное расстояние), Естественная окрестность (Natural Neighbor), Тренд (Trend) и Сплайн (Spline).
Геостатистические методы основываются на статистических моделях, включающих анализ автокорреляции (статистических отношений между измеренными точками). В результате этого геостатистические методы не только имеют возможность создавать поверхность прогнозируемых значений, а также предоставляют некоторые измерения достоверности или точности прогнозируемых значений.Кригинг (Kriging) - это геостатистический метод интерполяции.Остальные инструменты интерполяции, Topo to Raster и Topo to Raster by File, используют метод интерполяции, разработанный для создания непрерывных поверхностей по горизонталям; эти методы имеют свойства, необходимые для построения поверхностей, по которым может выполняться гидрологический анализ.
Переклассификация предоставляет множество методов, позволяющих переклассифицировать или изменять входные значения ячеек на альтернативные значения. Самые распространенные причины, по которым вам нужно переклассифицировать данные:
1. Замена значений на основании новой информации.
2. Группировка определенных значений.
3. Переклассификация значений в общую шкалу (например, для использования в анализе пригодности либо для создания растра стоимости для использования в инструменте Стоимостное расстояние).
4. Присвоение определенного значения ячейкам NoData (Нет данных) либо присвоение значений ячейкам со значением NoData.
Методы переклассификации и выполняющие их инструменты:
1. Индивидуальные значения. (справочная перекодировка, переклассификация).
2. Диапазоны значений. (переклассификация по ASCII-файлу, переклассификация по таблице, переклассификация).
3. Интервалы. (интервальная перекодировка)
23. Понятие о цифровой модели рельефа. Модели данных для хранения ЦМР. Типы представления ЦМР.
Цифровая модель рельефа - средство цифрового представления 3-мерных пространственных объектов (поверхностей, рельефов) в виде 3-мерных данных как совокупность высотных отметок или отметок глубин и иных значений аппликат в узлах регулярной сети с образованием матрицы высот, нерегулярной треугольной сети (TIN), или как совокупность записей горизонталей (изогипс, изобат) или иных изолиний. Процесс цифрового моделирования рельефа включает создание ЦМР, их обработку и использование. Источниками исходных данных для создания ЦМР суши служат топокарты, аэрофотоснимки, косм снимки и др. ДДЗ, данные альтиметрической съемки, систем спутникового позиционирования, нивелирования и других методов геодезии. Источниками исходных данных для создания ЦМР подводного рельефа акваторий (батиметрии) являются морские навигационные карты, данные промерных работ, эхолотирования, в том числе с использованием гидролокатора бокового обзора; для создания ЦМР рельефа поверхности и ложа ледников - аэросъемка, материалы фототеодолитной и радиолокационной съемки.
ЦМР может храниться как в виде растровой (GRID), так и в виде векторной (TIN) модели данных. Выбор типа представления ЦМР определяется задачами ГИС. Далее на модель может быть наложен космический снимок. Если для отображения рельефа используется регулярная сетка, то описание местности производится с помощью регулярной сетки с равными промежутками между ячейками (растровая ЦМР). При растровом представлении ЦМР для каждой точки растра определяются значения высот. Растровому методу свойственны эффекты усреднения и «размывания», поэтому при работе с крупными масштабами его применение ограничено. Но использование растрово-сетчатого представления местности обеспечивает легкость обработки и хранения данных, применение простых и легко автоматизируемых методов создания уровней детализации, что важно для быстрой визуализации больших объемов данных. Формат GRID - это формат хранения растровых данных, разработанный Esri. Существует два типа гридов: целочисленный и с плавающей точкой. Целочисленный грид используется для отображения дискретных объектов, а с плавающей точкой - для отображения непрерывных данных. TIN дает лучшее представление рельефа в случае сильнопересеченной местности. Но TIN-модель трудно обновлять. Каждое изменение рельефа моделируемой территории обычно влечет за собой необходимость заново развивать всю сеть. Другая отрицательная черта TIN — чрезмерная сложность создания уровней детализации. Вследствие этого, визуализация в режиме реального времени на основе TIN — представления затруднена
Типы цифровых моделей рельефа. Наиболее широко распространенных представлений поверхностей (полей) в ГИС: растровому представлению (модели) и модели TIN.
Растровая модель пространственных данных — разбиение пространства (изображения) на далее неделимые элементы (пикселы) — применительно к ЦМР обозначает матрицу высот: регулярную (обычно квадратную) сеть высотных отметок в ее узлах, расстояние между которыми (шаг) определяет ее пространственное разрешение. Именно таковы ЦМР, создаваемые национальными картографическими службами многих стран. Преимущество такой модели — в удобстве ее компьютерной обработки. К растровой, или как ее чаще называют матричной или регулярной модели, путем интерполяции, аппроксимации, сглаживания и иных трансформаций могут быть приведены ЦМР всех иных типов, что чаще всего и делается на практике.
Суть модели TIN в ее наименовании — «Нерегулярная треугольная сеть». В своем пространственном выражении это сеть треугольников — обычно элементов триангуляции Делоне — с высотными отметками в ее узлах, что позволяет представить моделируемую поверхность как многогранную.
Кроме всего прочего, ими показано, что с точки зрения практических приложений, в том числе для создания ЦМР, классическая (ортодоксальная) триангуляция Делоне как основа модели TIN обладает примечательными свойствами, обусловливающими ее оптимальность в трех смыслах: она имеет наименьший индекс гармоничности как сумму индексов гармоничности каждого из образующих треугольников (близостью к равноугольной триангуляции), свойства максимальности минимального угла (наибольшей невырожденности треугольников) и минимальности площади образуемой многогранной поверхности.
Модель TIN поддерживается многими мощными универсальными программными средствами ГИС, модулями обработки и создания ЦМР в их составе. Таков, к примеру, модуль pcTIN в программных средствах ГИС ArcInfo (ESRI Inc., США).
24. Наборы географических задач, решаемых с помощью построения ЦМР.
Большинство наборов данных представляют собой наборы таких простых географических элементов, как дорожная сеть, набор границ земельных участков, типы почв, поверхность рельефа, спутниковые изображения от определенной даты, местоположения колодцев и т.д.
В ГИС наборы пространственных данных обычно организованы как наборы данных классов пространственных объектов или основанные на растрах наборы данных.
Многие темы данных лучше всего представляются в виде одного набора данных, например, типы почв или колодцы. Другие темы, такие как дорожно-транспортная сеть, лучше представлять несколькими наборами данных (отдельные классы пространственных объектов для улиц, перекрестков, мостов, железных дорог и т.д.). Например, транспортная сеть может быть представлена в виде нескольких классов пространственных объектов улиц, пересечений улиц, мостов, съездов на автомагистралях, железных дорог и т. д. В таблице ниже показано, как рельеф можно представить с помощью нескольких наборов данных.
Задачи, решаемые путем применения ЦМР разнообразны и среди них можно выделить следующие:
- вычисление уклонов и экспозиции склонов, что важно в строительстве дорог и продуктопроводов, сельском хозяйстве при выборе полей под культуры с разными требованиями к освещенности и др.;
- анализ поверхностного стока на территории;
- моделирование затопления территорий;
- анализ видимости, который используют при планировании коммуникационных сетей, в военном деле и других отраслях;
- ортокоррекция изображений;
- измерение площадей и объемов, получение профилей поверхности;
- просмотр данных в трех измерениях, создание виртуальных полетов над местностью и светотеневых моделей.
Знание ЦМР дает возможность учитывать смещение за счет рельефа при съемке и производить ортотрансформирование аэрофотоснимков, выполнять построение трехмерных моделей местности, решать наборы географических задач, связанных с эрозионными процессами, строительством, прокладкой трубопроводов и т.д. Например, для оценки технического состояния магистрального нефтепровода на о.Сахалин ЦМР была восстановлена из топоосновы на основе метода обратных взвешенных расстояний первоначально с нанесением изолиний, урезов воды и высотных отметок, а затем с нанесением нефтепровода, ЛЭП, дорог, других трубопроводов. На ЦМР был наложен космический снимок.