Разработка топоосновы карты участка местности

     ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 
 

     
  1. Сбор данных.
  2. Создание файла данных (XYZ – файл).
  3. Создание карты-основы.
  4. Создание сеточного файла (*.grd – файл):
    • выбор и обоснование метода построения сеточного файла;
    • задание опций поиска.
  5. Создание карты изолиний:
    • задание свойств линий уровней (толщина, цвет, метки);
    • создание файла уровней;
    • маскирование уровней;
    • задание параметров осей;
    • произвести закраску, маскирование и создать файл уровней;
    • произвести бланкирование и редактирование сеточного файла (если это необходимо).
  6. Построение линии профиля.
  7. Создание каркасной карты и графика поверхности.
  8. Вычисление объемов и площадей участков земной поверхности.
  9. Создание карты меток.
  10. Создание векторной карты.
  11. Создание оверлеев.
  12. Зарамочное оформление карты участка местности.
 
 
 
 
 
 

Исходный  вариант карты

 

     

     

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

6.0804.00.КР.08-24.11.ПЗ

  Разраб.

Пудовкина М.С

  Провер.

Дымченко  И.В.

  Реценз. 

  Н. Контр. 
 

  Утверд. 

Создание  топоосновы карты участка поверхности

Лит.

Листов 

СНУЯЭиП,

431 класс

СОДЕРЖАНИЕ 
 

    ВВЕДЕНИЕ 4

    РАЗДЕЛ 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПАКЕТЕ GOLDEN SOFTWARE SURFER 5

    Вывод раздела 1 7

    РАЗДЕЛ 2 СОЗДАНИЕ XYZ ФАЙЛА И ПОСТРОЕНИЕКАРТ 8

    2.1. Сбор данных и создание XYZ–файла 8

    2.2. Создание карты основы и сеточного файла 9

    2.3. Создание карты изолиний 15

    2.4. Построение линий профиля 21

    2.5. Создание каркасной карты и графика поверхности 25

    2.6. Вычисление объемов и площадей 27

    2.7. Создание оверлеев 31

    2.8. Создание карты меток 32

    2.9. Создание векторной карты 34

    2.10. Оформление участка карты местности 36

    Выводы раздела 2 37

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ 38

    СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 39

    ПРИЛОЖЕНИЕ А: ДАННЫЕ XYZ-ФАЙЛА 40

    ПРИЛОЖЕНИЕ Б: ОТЧЕТ ПО СЕТОЧНОМУ ФАЙЛУ 42

    ПРИЛОЖЕНИЕ В: ОТЧЕТ ПО ОБЪЕМУ И ПЛОЩАДИ УЧАСТКА 46 

 

     

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.

    Цели  и задачи работы. Целью данной курсовой работы является изучение методов оцифровки картографической информации, систематизации данных и автоматизации некоторых этапов создания карт, а именно создание топоосновы участка местности при помощи системы Golden Software Surfer.

    Задачи  работы:

    1. Ознакомление с Golden Software Surfer;
    2. Построение различных карт в Golden Software Surfer.

     Структура работы. Работа состоит из введения, двух разделов, 3 приложений, выводов, перечня литературы из 4 источников, содержит 48 страницы машинного текста, 23 рисунка.

 

     

РАЗДЕЛ 1 
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПАКЕТЕ GOLDEN SOFTWARE SURFER

 
 

     Golden Software Surfer – это программа обработки данных для построения карт и графиков поверхностей. Он предназначен для работы в среде WINDOWS 3.1/3.11/XX/NT и позволяет создавать карты поверхностей любой сложности. К тому же в нем присутствуют средства автоматизации работы, что позволяет гибко использовать его вместе с разработанной программой получения данных от дистанционных средств зондирования поверхностей.

     В программе Golden Software Surfer выделяются 3 функциональных модуля, а именно:

    • Worksheet System – позволяет вводить данные, необходимые для работы с программой в виде табличных данных (рис.1.1);
 

Рис.1.1. Окно рабочего листа модуля Worksheet System 

     
    • Plot System –  позволяет отображать введенные  данные в различной графической  интерпретации, например, в виде  графиков, карт поверхностей, контурных  карт (рис.1.2);
    • GS SCRIPTER – модуль, отвечающий за автоматизацию работы с программой. Он представляет собой интерпретатор макроязыка Visual Basic и поддерживает многие современные механизмы обмена данными, в том числе и Dynamical Data Exchange (DDE), что позволяет использовать комплекс Surfer совместно с другими программами (рис.1.3).
 

Рис.1.2. Окно рабочего листа модуля Plot System 

     Также пакет поддерживает многие распространенные форматы файлов, например Microsoft Excel (*.xls), AutoCAD (*.dxf), причем может, как импортировать файлы этих форматов, так и экспортировать в них, что позволяет легко переносить данные и результаты исследований из одной программной среды в другую, что открывает большие перспективы для данной системы.

     К тому же Golden Software Surfer обладает удобным интерфейсом, что позволяет в короткие сроки изучить работу с программой даже неподготовленным пользователям.

     Работа  программы основывается на эффективных  алгоритмах, поэтому она выполняется  достаточно быстро даже на не слишком  быстрых процессорах, что позволяет ее использовать на портативных компьютерах в экспедиционных условиях без потери качества работы, когда в режиме сбережения энергии батарей производительность центрального процессора намеренно снижается программно–аппаратными методами. 

Рис.1.3. Рабочее окно модуля GS SCRIPTER 

Вывод раздела 1

 
 

     Golden Software Surfer – это программа обработки данных для построения карт и графиков поверхностей. Он предназначен для работы в среде WINDOWS 3.1/3.11/XX/NT и позволяет создавать карты поверхностей любой сложности.

     В программе Golden Software Surfer выделяются 3 функциональных модуля Worksheet System, Plot System, GS SCRIPTER.

     Surfer может работать с файлами нескольких основных типов. Каждый вид окна документа программы использует свой тип файлов.

 

РАЗДЕЛ 2 
СОЗДАНИЕ XYZ ФАЙЛА И ПОСТРОЕНИЕКАРТ

    1. Сбор  данных и создание XYZ–файла
 

     Данные  – это наиболее важный компонент  любой геоинформационной системы. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные  с ними табличные данные могут  собираться и подготавливаться самим  пользователем либо приобретаться  у поставщиков. В данной курсовой работе необходимо создать массив координат  точек X, Y, Z, принадлежащих участку местности (квадрату на карте масштабом 1:100000) определенному в задании. Координаты X, Y есть сокращенные прямоугольные координаты точки, а Z высота данной точки над уровнем моря.

     Файлы данных XYZ (XYF Data Files) содержат исходные данные, которые использует Surfer для создания сеточных файлов. Прежде чем создавать сеточный файл, следует построить файл данных XYZ.

     XYZ файл данных – файл, содержащий, по крайней мере, три колонки  данных. 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. Если данные расположены как-то иначе, тем не менее, можно использовать файл для построения сеточного файла, но прежде чем начать выполнять сеточные операции, необходимо указать порядок расположения данных в диалоговом окне Grid Data при построении сеточного файла.

     Для создания нового XYZ файла при помощи пакета Surfer необходимо выбрать Файл, команда New и опцию Worksheet в диалоговом окне New, чтобы отобразить новое пустое окно рабочего листа (рис.1.1).

     После завершения ввода всех данных или  их редактирования при помощи меню Файл, команд Save. или Save As необходимо сохранить созданный файл данных или перезаписать с новым именем. Для сохраняемого файла в раскрывающемся списке Тип, из списка выбирается расширение [.dat], (рис.2.1).

Рис.2.1. Сохранение XYZ файла 

     Из  вышесказанного следует, что при  построении карт, для начала необходимо собрать данные и создать XYZ файл. 

    1. Создание  карты основы и сеточного файла
 

     Карта-основа позволяет изобразить в окне Plot Document информацию, которая не может быть представлена в виде сеточной карты. Чаще всего карта-основа представляет собой растровый рисунок, импортированный из внешнего графического файла. В подобном случае координаты этой карты – номер пикселя, считая от левого нижнего угла изображения.

     Карта-основа может быть скомбинирована с любым  другим видом карт.

     Для создания карты-основы требуется:

  1. Создать новый Plot Document. Сохранить его под именем «карта основа.srf».
  2. Выполнить команду Base Map из меню Map появится диалоговое окно Open. Выбрать графический файл (квадрат.jpg).
  3. Если выбрать ОК , то в середине страницы, изображённой в окне Plot Document, возникнет вновь созданная карта-основа, изображающая фрагмент карты участка местности.

     Оцифровка карты-основы позволяет перевести  её в электронную форму. Для этого потребуется:

  1. Выделить карту (квадрат.jpg) с помощью однократного щелчка мыши.
  2. Выполнить команду Digitize из меню Map. При этом указатель мыши поменяет вид на тонкий крестик. При перемещении указателя над картой в строке состояния будут показываться текущие координаты X и Y карты.
  3. Щёлкнуть левой кнопкой мыши по карте. Появится окно дигитайзера. В этом окне автоматически будет добавлена строка со значениями координат X и Y. Кроме того, на карте в месте, где был произведён щелчок, возникнет маленький, временный крестик красного цвета (рис.2.2). Таким образом надо отследить всю оцифровываемую изолинию.
 

Рис.2.2. Оцифровка карты 

     
  1. Сохранить результаты оцифровки каждой изолинии по отдельности. В окне дигитайзера  выполнить команду Save As из меню File. Появится диалоговое окно Save As (Сохранить как). В выпадающем списке Save as Type выбрать пункт Data Files (*.dat). Ввести имя файла в соответствии со значением (учитывая знак) оцифровываемой изолинии (рис.2.3).
 

Рис.2.3. Сохранение результатов оцифровки 

     
  1. Закрыть окно дигитайзера и приступить к оцифровке  следующей изолинии.
  2. Для окончания процесса оцифровки выбрать клавишу Esc.
  3. После прохождения очередной изолинии произвести построение точечной карты на основе только что созданных файлов с результатами оцифровки. В менеджере объектов дать имя каждой получившейся точечной карте в соответствии со значением оцифровываемой изолинии (в нашем случае – высота точки над уровнем моря). Точечные карты необходимо включать в оверлей с картой-основой (рис.2.4).
  4. Произвести сборку в режиме рабочего листа всех результатов оцифровки в едином файле с добавлением третьего столбца – значения высота точки над уровнем моря для каждой изолинии. Сохранить в файле «оцифровка.dat».

Рис.2.4. Точечные карты, включенные в оверлей с картой-основой 

     
  1. Создать сеточный файл оцифровка.grd по данным файла оцифровка.dat (рис.2.4).

     Сеточные  файлы требуются для создания сеточных карт. К таким картам относятся: контурные карты (contour maps), образные карты (image maps), карты с теневым рельефом (shaded relief maps), векторные карты (vector maps), каркасные карты (wireframe maps) и карты-поверхности (surface maps).

     Эти карты и графики строятся не по нерегулярным экспериментальным данным, вводимым пользователем и содержащимися  во входном XYZ файле, а на основе регулярного  прямоугольного массива сеточных значений, который создается пакетом Surfer в результате интерполяции исходных данных и сохраняется в так называемом сеточном файле в формате [.grd].

     Сеть  – это прямоугольный массив значений Z–координат точек данных, организованный в строки и столбцы, подобно блоку  ячеек в Рабочем листе. Строка соответствует значениям данных с заданной координатой X; столбец  соответствует значениям данных с заданной координатой Y. Пересечение  строки и столбца сеточного файла  определяет узел сети. Узел сети содержит проинтерполированное значение координаты Z для соответствующих значений X – и Y – координат. 

Рис.2.4. Сеточный файл 

     Команда Data (Данные) из меню Grid выполняет интерполяцию Z–значений для всех узлов сети. Если входной файл представляет собой набор значений какой-то величины Z для неравномерной сети X,Y – координат, то команда Data строит сеточный файл, содержащий значения Z для узлов регулярной двумерной сети.

     Файлы сетки создаются, используя меню Grid, команда Data. Чтобы создать файл сетки от XYZ – файла [*.dat] необходимо:

  1. В случае если открыто окно рабочего листа, необходимо выбрать Plot1 из меню Window.
  2. Команда Data. Из меню Grid вызывает диалоговое окно Open, что позволит выбрать XYZ файл данных для создания файла сетки.
  3. После файла данных появляется диалоговое окно Grid Data рисунок 2.4, которое позволяет управлять сеточными (gridding) параметрами:
  • группа Data Columns определяет столбцы, содержащие X и координаты Y, и значения Z в файле данных, именно здесь можно задать порядок следования столбцов данных.
  • группа Grid Line Geometry определяет координатные пределы сетки, интервал сетки, и номера линий координатной сетки, включенные в файл сетки.
  • группа Gridding Method определяет метод интерполяции и параметры, управляющие интерполяцией.
  • группа Output Grid File определяет путь и имя файла для созданного файла сетки.
  • опция Generate Report определяет, создать ли статистическое сообщение о данных.
  • группа Advenced Opctions определяет параметры метода интерполяции, выбранного для построения сети.
  1. Построить контурную карту на основе сеточного файла оцифровка.grd (рис.2.5).

Рис.2.6. Контурная карта на основе сеточного  файла оцифровка.grd 

     Таким образом, для построения сеточного  файла был выбран метод Криге (Kriging), так как это геостатистический метод построения сети, который оказался очень полезным и в других областях. Данный метод пытается выразить тренды, которые предполагаются в Ваших данных. Например, точки высокого уровня предпочтительнее соединять вдоль гребня, а не изолировать с помощью замкнутых горизонталей типа "бычий глаз".

     Метод Криге включает три составляющих: модель вариаграммы (Variagram Model), тип дрейфа (Drift Type) и “эффекта самородка” (Nugget Effect).

     После создания сеточного файла, на его  основе была построена контурная карта. 

    1. Создание  карты изолиний
 

     Карта изолиний – это двумерное представление  трехмерной области. Surfer строит карты изолиний по сеточным [.grd] файлам. Степень гладкости контуров на карте изолиний определяется, в значительной степени, плотностью сети, то есть числом сеточных линий в X и Y направлениях. Чем выше плотность сети, тем более гладкими становятся контуры изолиний. Для того, чтобы увеличить плотность сети, можно воспользоваться командой Spline Smooth (Сплайновое сглаживание) из меню Grid (рис.2.7).

     Чтобы построить карту изолиний необходимо выбрать команду Contour (Изолиния) из меню Map. Задать имя сеточного [.grd] файла в открывшейся панели диалога Open Grid (рис.2.6).

     Двойной щелчок по карте изолиний вызывает панель диалога Map: Contour Properties (рис.2.8.), где возможно задать или поменять параметры изолиний.

     Изолиния  – это линия равного значения координаты Z или, иначе, плоская линия, получаемая при сечении трехмерной области горизонтальной плоскостью уровня Z.  

Рис.2.7. Сеточный файл после сглаживания 

Рис. 2.8. Панель диалога Map Contour Properties

        Когда открывается  панель диалога Contour Map Properties, уровни изолиний, используемые при построении карты, отображаются в списке окна Contour Levels. Эти уровни можно задавать либо вручную для индивидуальных изолиний, либо автоматически по всему диапазону изолиний (рис.2.9).

        Панель диалога  Contour Levels (Уровни изолиний) позволяет задать минимальный и максимальный уровни изолиний, выводимых на карту, интервал между соседними уровнями, тип линий и свойства меток изолиний.

        Пример карты изолиний с заданными индивидуальными  параметрами представлен на рисунке 2.10. 

Рис.2.9. Панель диалога Contour Levels 

     Если  построена карта, с заданными  определенными уровнями и цветами изолиний, то информацию об этих уровнях и цветах можно сохранить в файле уровней формата [.lvl].

     Файлы уровней (level [.lvl] files) содержат значения уровней изолиний, которые должны быть выведены на карту, а также информацию об атрибутах этих изолиний. Этот файл может быть впоследствии использован при построении других карт изолиний или графиков поверхности. 

Рис. 2.10. Контуры изолиний с заданными индивидуальными параметрами уровней 

     Минимальное количество информации, содержащееся в [.lvl] файле, это список значений уровней; Surfer будет размещать изолинии на карте в соответствии с заданными значениями. Кроме того, файлы уровней могут содержать информацию об атрибутах изолиний, выводимых на карту или график поверхности. Если файл уровней используется для построения карт изолиний, то в нем могут также сохраняться атрибуты закрасок областей между изолиниями, атрибуты меток изолиний и информация о штриховке.

     Самый простой способ создать файл уровней, содержащий всю возможную информацию, - это сохранить файл из панели диалога Contour Map.

     В панели диалога Contour Map (Карта изолиний) можно задать всю информацию, необходимую для построения карты изолиний, включая список значений уровней, атрибуты изолиний, закрасок, меток и т.д. После завершения ввода параметров можно с использованием функции Save (Сохранить), создать файл уровней формата [.lvl] (рс.2.11).

     Если  необходимо создать файл уровней  из панели диалога Surface Plot (График поверхности), то надо активизировать опции Levels (Уровни) или Color Levels (Цветовые уровни), а затем опцию Save в открывшейся панели диалога. Единственная информация, которая будет записана в файл, - это список значений уровней и атрибуты линий. Если при построении графика поверхности загружается файл уровней, первоначально созданный в панели диалога Contour Map, то атрибуты закрасок, меток и штриховки останутся без изменения при последующем сохранении файла из панели диалога Surface Plot.

Рис.2.11. Создание файла уровней 

     Для того, чтобы использовать созданный файл в другой панели диалога Contour Map (Карта изолиний), выбрать Load (Загрузить). Информация об уровнях будет загружена.

     Surfer так же позволяет создавать карты изолиний, в которых области между изолиниями заполнены цветными закрасками. Цвета этих закрасок могут быть как одинаковыми, так и различными для разных уровней изолиний.

     Автоматическое  определение атрибутов закрасок выполняется в панели диалога  Fill Spectrum (Спектр закрасок). Здесь необходимо задать цвета закрасок для минимального и максимального уровней изолиний, отображаемых на карте. Остальным изолиниям автоматически назначаются градационные оттенки между цветами минимального и максимального уровней. Например, назначить черный цвет минимальному уровню и белый цвет максимальному уровню изолиний. Тогда цвета закрасок для остальных изолиний будут постепенно меняться от черного к белому (рис.2.12).

Рис. 2.12. Карта изолиний с автоматически  назначенными атрибутами закрасок 

     Для того чтобы задать вывод закрасок на карту изолиний, необходимо активизировать переключатель Fill Contours в панели диалога Contour Map.

     Если  выбираются различные шаблоны закрасок для областей изолиний минимального и максимального уровней, то никакого градационного перехода от одного шаблона к другому не выполняется. Нижняя половина уровней изолиний (с меньшими значениями) использует шаблон, присвоенный минимальному уровню, а верхняя половина (с большими значениями) использует шаблон, присвоенный максимальному уровню.

     Когда необходимо сделать невидимыми изолинии в какой-то области карты, заданной пользователем, используется маскирование изолиний. Маскирование не удаляет изолинии с карты, но только закрывает их каким-нибудь объектом.

Разработка топоосновы карты участка местности