Построение цифровых моделей рельефа по данным радарной топографической съёмки SRTM

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

КУРСОВАЯ РАБОТА

Построение цифровых моделей рельефа по данным радарной топографической съёмки SRTM

Саратов 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Понятие цифровые модели рельефа (ЦМР)

1.1 История создания ЦМР

1.2 Виды ЦМР

1.3 Способы и методы создания ЦМР

1.4 Национальные и глобальные ЦМР

2. Данные радарной топографической съёмки (SRTM)

2.1 Версии и номенклатура данных

2.2 Оценка точности данных SRTM

2.3 Использование данных SRTM для решения прикладных задач

3. Применение SRTM при создании геоизображений (на примере Саратовского и Энгельского районов)

3.1 Понятие геоизображений

3.2 Построение цифровой модели рельефа на территорию Саратовского и Энгельского района

Заключение

Список использованных источников

Введение

Цифровые модели рельефа (ЦМР) - одна из важных моделирующих функций геоинформационных систем, включающая две группы операций, первая из которых обслуживает решение задач создания модели рельефа, вторая - её использование.

Данный вид продукции является полностью трехмерным отображением реального рельефа местности на момент производства съемочных работ, что позволяет использовать его для решения различных прикладных задач, например: определение любых геометрических параметров рельефа, построение профилей поперечного сечения; проведение проектно-изыскательских работ; мониторинг динамики рельефа; вычисление геометрических характеристик (площади, протяженности, периметра) с учетом рельефа для нужд архитектуры и городского планирования; инженерных изысканий, картографии, навигации; расчет крутизны склонов, мониторинга и прогнозирование геологических и гидрологических процессов; расчет освещенности и ветрового режима для архитектуры и городского планирования, инженерных изысканий, экологического мониторинга; построение зон видимости для телекоммуникационных и сотовых компаний, архитектуры и городского планирования. Кроме того, ЦМР широко используются для визуализации территории в виде трехмерных изображений, тем самым, предоставляя возможность для построения виртуальных моделей местности (ВММ).

Актуальность темы курсовой работы обусловлена потребностью географических исследований в использовании данных о рельефе в цифровой форме в связи с возрастающей ролью геоинформационных технологий при решении различных задач, необходимостью повышения качества и эффективности методов создания и использования цифровых моделей рельефа (ЦМР), обеспечения достоверности создаваемых моделей.

Традиционными источниками исходных данных для создания ЦМР суши служат топографические карты, данные дистанционного зондирования (ДДЗ), данные спутниковых систем позиционирования, геодезических работ; данные промерных работ и эхолотирования, материалы фототеодолитной и радиолокационной съемки.

В настоящее время в некоторых развитых странах созданы национальные ЦМР, например, на территорию США, Канады, Дании, Израиля и других стран. На территорию РФ в настоящее время общедоступные данные подобного качества отсутствуют.

Альтернативным источником данных о высотах являются свободно распространяемые данные SRTM (Shuttle radar topographic mission), доступные на большую часть территории земного шара с разрешением модели 90 м.

Целью данной работы является изучение альтернативного источника данных о высотах - данных радиолокационной съемки Земли - SRTM, а так же их методов обработки.

В рамках поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

получить теоретические представления о понятии, видах и методах создания ЦМР, изучить необходимые данные для построения ЦМР, выделить наиболее перспективные направления применения этих моделей для решения различных прикладных задач;

определить источники данных SRTM, выявить технические особенности, изучить возможности доступа к данным SRTM

показать возможные направления использования данных этого типа.

Для написания курсовой работы в качестве источников использовались: учебные пособия по геоинформатике и дистанционному зондированию, периодические издания, электронные ресурсы сети Интернет.

1. Понятие цифровые модели рельефа (ЦМР)

Одним из существенных преимуществ технологий географических информационных систем над обычными «бумажными» картографическими методами, является возможность создания пространственных моделей в трёх измерениях. Основными координатами для таких ГИС-моделей, кроме привычных широты и долготы будут служить также данные о высоте. При этом система может работать с десятками и сотнями тысяч высотных отметок, а не с единицами и десятками, что было возможно и при использовании методов «бумажной» картографии. В связи с доступностью быстрой компьютерной обработки громадных массивов высотных данных становиться реально выполнимой задача создания максимально реальной цифровой модели рельефа (ЦМР) [1].

Под цифровой моделью рельефа принято понимать средство цифрового представления трёхмерных пространственных объектов (поверхностей, или рельефов) в виде трёхмерных данных, образующих множество высотных отметок (отметок глубины) и иных значений координаты Z, в узлах регулярной или непрерывной сети или совокупность записей горизонталей (изогипс, изобат) или иных изолиний. ЦМР - это особый вид трёх мерных математических моделей, представляющих собой отображение рельефа как реальных, так и абстрактных поверхностей [2].

1.1 История создания ЦМР

Изображение рельефа издавна интересовало людей. На древнейших картах крупные формы рельефа отображались как неотъемлемая составляющая ландшафта и как элемент ориентирования. Первым способом отображения рельефа были перспективные знаки, показывающие горы и холмы; однако еще с восемнадцатого столетия началась активная разработка новых, все более сложных способов. Перспективный способ с штриховой прорисовкой представлен на карте Пиренейских гор (1730 г.). Цвет для оформления пластики рельефа впервые был применен в Атласе кампании российских войск в Швейцарии (1799 г.). Первые эксперименты по созданию ЦМР относятся к самым ранним этапам развития геоинформатики и автоматизированной картографии первой половины 1960-х гг.. Одна из первых цифровых моделей рельефа местности была изготовлена в 1961 г. на кафедре картографии Военно-инженерной академии. Впоследствии были разработаны методы и алгоритмы решения различных задач, созданы мощные программные средства моделирования, крупные национальные и глобальные массивы данных о рельефе, накоплен опыт решения с их помощью разнообразных научных и прикладных задач. В частности, большое развитие получило применение ЦМР для военных задач [3].

1.2 Виды ЦМР

Наиболее широко распространённые представления поверхностей в ГИС являются растровое представление и модели TIN. Исходя из этих двух представителей исторически выделились две альтернативные модели ЦМР: основанные на чисто регулярных (матричных) представлениях поля рельефа отметками высот и структурные, одной из наиболее развитых форм которых являются модели на основе структурно-лингвистического представления.

Растровая модель рельефа - предусматривает разбиение пространства на далее не делимые элементы (пиксели), образуя матрицу высот - регулярную сеть высотных отметок. Подобные цифровые модели рельефа создаются национальными картографическими службами многих стран. Регулярная сеть высот представляет собой решетку с равными прямоугольниками или квадратами, где вершины этих фигур являются узлами сетки (рис 1-3).

Рис. 1.2.1 Увеличенный фрагмент модели рельефа показывающий растровую структуру модели [1].

Рис. 1.2.2 Отображение регулярной модели сети высот на плоскости [1].

Рис. 1.2.3. Трёхмерная модель рельефа окрестностей пос. Коммунар (Хакасия), построенная на основе регулярной сети высот /1/

Одним из первых пакетов программ, в котором была реализована возможность множественного ввода различных слоёв растровых ячеек, был пакет GRID (перевод с англ. - решетка, сетка, сеть), созданный в конце 1960-х гг. в Гарвардской лаборатории машинной графики и пространственного анализа (США). В современном широко распространённом ГИС-пакете ArcGIS растровая модель пространственных данных также носит название GRID. В другой популярной программе для расчёта ЦМР - Surfer регулярная сеть высот также именуется GRID, файлы такой ЦМР имеют формат GRD, а расчёт подобной модели называется Gridding.

При создании регулярной сети высот (GRID) очень важно учитывать плотность сетки (шаг сетки), что определяет её пространственное разрешение. Чем меньше выбранный шаг, тем точнее ЦМР - выше пространственное разрешение модели, но тем больше количество узлов сетки, следовательно, больше времени требуется на расчет ЦМР и больше места на диске. Например, при уменьшении шага сетки в 2 раза объём компьютерной памяти, необходимой для хранения модели, возрастает в 4 раза. Отсюда следует, что надо найти баланс. К примеру, стандарт на ЦМР Геологической съемки США, разработанный для Национального цифрового картографического банка данных, специфицирует цифровую модель рельефа как регулярный массив высотных отметок в узлах решетки 30х30 м для карты масштаба 1:24 000. Путем интерполяции, аппроксимации, сглаживания и иных трансформаций к растровой модели могут быть приведены ЦМР всех иных типов. [4]

Среди нерегулярных сеток чаще всего используется треугольная сеть неправильной формы - модель TIN. Она была разработана в начале 1970-х гг. как простой способ построения поверхностей на основе набора неравномерно расположенных точек. В 1970-е гг. было создано несколько вариантов данной системы, коммерческие системы на базе TIN стали появляться в 1980-е гг. как пакеты программ для построения горизонталей. Модель TIN используется для цифрового моделирования рельефа, при этом узлам и ребрам треугольной сети соответствуют исходные и производные атрибуты цифровой модели. При построении TIN-модели дискретно расположенные точки соединяются линиями, образующими треугольники (рис 4).

Рис. 1.2.4. Условие триангуляции Делоне. [4]

В пределах каждого треугольника модели TIN поверхность обычно представляется плоскостью. Поскольку поверхность каждого треугольника задается высотами трех его вершин, применение треугольников обеспечивает каждому участку мозаичной поверхности точное прилегание к смежным участкам.

Рис.1.2.5. Трёхмерная модель рельефа построенная на основе нерегулярной триангуляционной сети (TIN). [1]

Это обеспечивает непрерывность поверхности при нерегулярном расположении точек (рис 5-6).

Рис. 1.2.6. Увеличенный фрагмент модели рельефа на рис. 5, показывающий треугольную структуру модели TIN. [1]

Основным методом расчёта TIN является триангуляция Делоне, т.к. по сравнению с другими методами она обладает наиболее подходящими для цифровой модели рельефа свойствами: имеет наименьший индекс гармоничности как сумму индексов гармоничности каждого из образующих треугольников (близость к равноугольной триангуляции), свойства максимальности минимального угла (наибольшей невырожденности треугольников) и минимальности площади образуемой многогранной поверхности.

Поскольку и модель GRID, и модель TIN получили широкое распространение в географических информационных системах и поддерживаются многими видами программного обеспечения ГИС, то необходимо знать достоинства и недостатки каждой модели, чтобы правильно выбрать формат хранения данных о рельефе. В качестве плюсов модели GRID следует отметить простоту и скорость её компьютерной обработки, что связано с самой растровой природой модели. Устройства вывода, такие как мониторы, принтеры, плоттеры и пр., для создания изображений используют наборы точек, т.е. также имеют растровый формат. Поэтому изображения GRID легко и быстро выводятся на такие устройства, так как на компьютерах легко выполнить расчёт для представления отдельных квадратов регулярной сети высот с помощью точек или видеопикселов устройств вывода.

Благодаря своей растровой структуре модель GRID позволяет «сгладить» моделируемую поверхность и избежать резких граней и выступов. Но в этом кроется и «минус» модели, т.к. при моделировании рельефа горных районов (особенно молодых - например, альпийской складчатости) с обилием крутых склонов и остроконечных вершин возможна потеря и «размывание» структурных линий рельефа и искажение общей картины. В подобных случаях требуется увеличение пространственного разрешения модели (шага сетки высот), а это чревато резким ростом объёма компьютерной памяти, необходимой для хранения ЦМР. Вообще, как правило, модели GRID занимают больше места на диске, чем модели TIN. Чтобы ускорить отображение больших по объёму цифровых моделей рельефа применяются различные методы, из которых наиболее популярный - построение так называемых пирамидальных слоёв, позволяющих при разных масштабах использовать различные уровни детальности изображения. Таким образом, модель GRID идеально подходит для отображения географических (геологических) объектов или явлений, характеристики которых плавно изменяются в пространстве (рельеф равнинных территорий, температура воздуха, атмосферное давление, пластовое давление нефти и т.п.). Как было отмечено выше, недостатки модели GRID проявляются при моделировании рельефа молодых горообразований. Особенно неблагополучная ситуация с использованием регулярной сети высотных отметок складывается, если на моделируемой территории чередуются обширные выровненные участки с участками уступов и обрывов, имеющими резкие перепады высот, как, например, в широких разработанных долинах крупных равнинных рек (рис. 7). В таком случае на большей части моделируемой территории будет «избыточность» информации, т.к. узлы сетки GRID на плоских участках будут иметь одни и те же высотные значения. Но на участках крутых уступов рельефа размер шага сетки высот может оказаться слишком большим, а, соответственно, пространственное разрешение модели - недостаточным для передачи «пластики» рельефа.

Рис. 1.2.7. Фрагмент трёхмерной модели рельефа долины Томи (красной стрелкой показан уступ второй надпойменной террасы на левобережье, высокий уступ на правобережье - склон междуречной равнины). Вертикальный масштаб в пять раз крупнее горизонтального [2].

Подобных недостатков лишена модель TIN. Поскольку используется нерегулярная сеть треугольников, то плоские участки моделируются небольшим числом огромных треугольников, а на участках крутых уступов, там, где необходимо детально показать все грани рельефа, поверхность отображается многочисленными маленькими треугольниками (рис. 8). Это позволяет более эффективно использовать ресурсы оперативной и постоянной памяти компьютера для хранения модели.

Рис. 1.2.8. Нерегулярная сеть треугольников [1].

К числу «минусов» TIN следует отнести большие затраты компьютерных ресурсов на обработку модели, что существенно замедляет отображение ЦМР на экране монитора и вывод на печать, т.к. при этом требуется растеризация. Одним из решений этой проблемы может быть введение «гибридных» моделей, сочетающих структурные линии TIN и способ отображения в виде регулярного набора точек. Ещё один существенный недостаток модели TIN - «эффект террас»,выражающийся в появлении так называемых «псевдотреугольников» - плоских участков в заведомо невозможной геоморфологической ситуации (например, по линии днища V-образных долин) (рис. 9).

Одна из основных причин - малое расстояние между точками цифровой записи горизонталей в сравнении с расстояниями между самими горизонталями, что характерно для большинства типов рельефа в их картографическом отображении.

Рис. 1.2.9. «Эффект террас» в долинах малых рек, возникающий при создании TIN на основе горизонталей без учёта структурных линий рельефа (в данном случае - гидросети) [2].

«Псевдотреугольники» возникают там, где все три вершины треугольника лежат на одной горизонтали. Появление таких морфологических артефактов нарушает морфографию и морфометрию моделируемого рельефа и снижает точность и качество самой модели и ее производных. Один из способов значительного улучшения качества и морфологического правдоподобия ЦМР состоит в расширении модели TIN путем ее структурирования - введения в нее сети тальвегов, водоразделов и линий перегибов и разрывов (бровок, уступов террас и т.п.) [1].

1.3 Способы и методы создания ЦМР

С того момента, как появились первые карты, перед картографами стояла проблема отображения трехмерного рельефа на двухмерной карте. Для этого были испробованы различные методы. На топографических картах и планах рельеф изображался с помощью горизонталей -- линий равных высот. На общегеографических и физических картах давалась отмывка (штриховка) рельефа или определенной высоте рельефа местности присваивался цвет соответствующей тональности (шкала высот). В настоящее время с появлением цифровых карт и планов, увеличением быстродействия компьютерной техники появляются новые возможности представления рельефа местности. Все большую популярность приобретает трехмерная визуализация модели рельефа, так как она дает возможность даже профессионально неподготовленным людям, получить достаточно полное представление о рельефе. Современные технологии трехмерной визуализации позволяют «взглянуть» на рельеф местности из любой точки пространства, под любым углом, а также «полетать» над местностью [5].

С момента развития информационных систем и технологий, а так же развития спутниковой отрасли, появились различные методы и способы, дающие возможность построения ЦМР. Существует два кардинально различающихся способа получения данных для построения цифровых моделей рельефа.

Первый способ - это методы дистанционного зондирования и фотограмметрия. К таким методам создания ЦМР, относиться метод радиолокационной интерферометрии. Он основан на использовании фазовой компоненты радиолокационного сигнала, отраженного от поверхности Земли. Точность восстановления ЦМР интерферометрическим методом составляет единицы метров, причем в зависимости от характера местности и уровня шумов сигнала она меняется. Для сглаженной поверхности и для интерферограммы высокого качества точность восстановления рельефа может достигать нескольких десятков сантиметров. Так же существует метод стереоскопической обработки радиолокационных данных. Для работы модуля необходимо наличие двух радарных изображений снятых с разными углами наклона луча. Точность восстановления ЦМР стереоскопическим методом зависит от размера элемента пространственного разрешения снимка. Технология воздушного лазерного сканирования (ВЛС) - наиболее быстрый полный и достоверный способ сбора пространственно - геометрической информации о труднодоступных (заболоченные и залесённых) территориях. Метод обеспечивает получение точных и детальных данных и о рельефе и о ситуации. Сегодня технология ВЛС позволяет в кратчайшие сроки получить полную пространственно-геометрическую информацию о рельефе местности, растительном покрове, гидрографии и всех наземных объектах в полосе съёмки [6].

Второй способ - построение моделей рельефа путем интерполяции отцифрованых изолиний из топографических карт. Этот подход также не нов, имеет свои сильные и слабые стороны. Из недостатков можно назвать трудоемкость и порой недостаточно удовлетворительную точность моделирования. Но, несмотря на эти недостатки можно утверждать, что оцифрованные топографические материалы еще несколько лет будут безальтернативными источниками данных для подобного моделирования [7].

1.4 Национальные и глобальные ЦМР

Общедоступность данных и технологии построения ЦМР, дают возможность многим странам на создание национальных моделей рельефа используемых для личных нужд страны, примерами таких стран являются США, Канада, Израиль, Дания и некоторые другие страны. Одним из лидеров в сфере создания и использования ЦМР являются США. В настоящее время национальной топографо-картографической службой страны - Геологической съемкой США (U.S. Geological Survey) - производятся пять наборов данных, представляющих ЦМР в формате DEM (Digital Elevation Model) и различающихся по технологиям, разрешению и пространственному охвату. Ещё одним примером успешного опыта национальной ЦМР может служить ЦМР Дании. Первая цифровая модель рельефа Дании была создана в 1985 г. для решения задачи оптимального размещения трансляторов сети мобильной связи. Цифровые модели рельефа в форме матриц высотных отметок входят в состав наборов базовых пространственных данных практически всех национальных и региональных ИПД (информационно пространственных данных). На современном уровне развития технологий шаг сетки высотных отметок в национальных ЦМР достигает 5 м. ЦМР с подобным пространственным разрешением полностью готовы или будут готовы в ближайшее время для таких крупных территорий, как Европейский союз и США. Целесообразность установленного в нашей стране ограничения на детальность рельефа теряется в условиях, когда на мировом рынке можно приобрести свободно распространяемую глобальную ЦМР ASTGTM с шагом сетки высотных отметок около 30 м (одна угловая секунда). К тому же ожидается, что разрешение общедоступных ЦМР будет неуклонно расти. В качестве возможного временного решения проблемы предлагается сохранить режим секретности для наиболее детальной базовой ЦМР и свободно распространять менее детальные ЦМР, созданные на основе базовой; поэтапно снижать порог секретности ЦМР в зависимости от точности представления рельефа и площади покрываемого ею участка [8].

2. Данные SRTM

Shuttle radar topographic mission (SRTM) - Радарная топографическая съемка большей части территории земного шара, за исключением самых северных (>60), самых южных широт (>54), а также океанов, произведенная за 11 дней в феврале 2000г с помощью специальной радарной системы, с борта космического корабля многоразового использования «Шаттл». Двумя радиолокационными сенсорами SIR-C и X-SAR, было собрано более 12 терабайт данных. В течение этого времени с помощью метода называемого радарной интерферометрией, было собранно огромное количество информации о рельефе Земли, ее обработка продолжается до сих пор. Результатом съемки стала цифровая модель рельефа 85 процентов поверхности Земли (рис.9). Но определенное количество информации уже доступно пользователям. SRTM - международный проект, возглавленный Национальной Геопространственной Спецслужбой (NGA), НАСА, итальянским космическим агентством (ASI) и немецким Космическим Центром [9].

Рис. 2.1. Схема покрытия территории Земли съемкой SRTM [10].

2.1 Версии и номенклатура данных

Данные SRTM существуют в нескольких версиях: предварительные (версия 1, 2003 г) и окончательная (версия 2, февраль 2005 г). Окончательная версия прошла дополнительную обработку, выделение береговых линий и водных объектов, фильтрацию ошибочных значений. Данные распространяются в нескольких вариантах - сетка с размером ячейки 1 угловая секунда и 3 угловые секунды. Более точные односекундные данные (SRTM1) доступны на территорию США, на остальную поверхность земли доступны только трехсекундные данные (SRTM3). Файлы данных представляют собой матрицу из 1201?1201 (или 3601?3601 для односекундной версии) значений, которая может быть импортирована в различные программы построения карт и геоинформационные системы. Кроме того, существует версия 3, распространяемая в виде файлов ARC GRID, а также ARC ASCII и в формате Geotiff, квадратами 5?5 в датуме WGS84. Эти данные получены организацией CIAT из оригинальных высотных данных USGS/NASA путем обработки, которая обеспечила получение гладких топографических поверхностей, а так же интерполяцию областей, в которых отсутствовали исходные данные. [10]

Номенклатура данных производиться таким образом, название квадрата данных версий 1 и 2 соответствует координатам его левого нижнего угла, например: N45E136,где N45 является 45 градусов северной широты, а E136 является 136 градусов восточной долготы, буквы (n) и (e) в имени файла обозначают, соответственно, северное и восточное полушария.. Название квадрата данных обработанной версии (CGIAR) соответствует номеру квадрата из расчета 72 квадрата по горизонтали (360/5) и 24 квадрата по вертикали (120/5). Например: srtm_72_02.zip /крайне правый, один из верхних квадратов. Определить нужный квадрат можно используя сетку-разграфку (Рис.11.) [9].

Рис.2.1.1. Схема покрытия SRTM4 [9].

2.2 Оценка точности данных SRTM

Общедоступными являются значения высот в углах ячейки размером 3 на 3. Точность высот заявлена не ниже 16 м, но тип оценки этой величины - средняя, максимальная, средняя квадратическая ошибка (СКО) -- не пояснен, что и не удивительно, поскольку для строгой оценки точности необходимы либо эталонные значения высот примерно такой же степени охвата, либо строгий теоретический анализ процесса получения и обработки данных. В связи с этим, анализ точности матрицы высот SRTM проводился не одним коллективом ученых разных стран мира. По оценкам А.К. Корвэула и И. Эвиака высоты SRTM имеют ошибку, которая для равнинной местности в среднем составляет 2,9 м, а для холмистой -- 5,4 м. Причем значительная часть этих ошибок включает систематическую составляющую. Согласно их выводам, матрица высот SRTM подходит для построения горизонталей на топографических картах масштаба 1:50000 Но на некоторых территориях высоты SRTM по своей точности примерно соответствуют высотам, полученным с топографической карты масштаба 1:100000, а также может использоваться при создании ортофотопланов по космическим снимкам высокого разрешения, снятых с незначительным углом отклонения от надира [5].

2.3 Использование данных SRTM для решения прикладных задач

Данные SRTM могут решать в различные прикладные задачи, различной степени сложности, например: для использования их при построении ортофотопланов, для оценки сложности предстоящих топографо-геодезических работ, планирования их проведения, а также могут оказать помощь при проектировании расположения профилей и других объектов еще до проведения топосъемки, полученные по результатам радарной съемки SRTM значения превышений точек местности могут быть использованы для обновления топоосновы территорий, где отсутствуют данные детальных топографо-геодезических работ. Этот вид данных является универсальных источником для моделирования земной поверхности, главным образом для построения цифровых моделей рельефа и цифровых моделей местности, но вопрос применимости радарных высотных данных SRTM в качестве альтернативы стандартным методам построения цифровой модели местности и рельефа, на наш взгляд, должен решаться в каждом случае индивидуально, в зависимости от поставленной задачи, характеристик рельефа и требуемой точности высотной привязки [5].

3. Применение SRTM при создании геоизображений

3.1 Понятие геоизображений

Прогресс геоинформационного картографирования, дистанционного зондирования и средств познания окружающего мира. Съёмка в любых масштабах и диапазонах, с различным пространственным охватом и разрешением ведутся на земле и под землёй, на поверхности океанов и под водой, с воздуха и из космоса. Всё множество карт, снимков и других подобных моделей можно обозначить одним общим термином - геоизображение.

Геоизображение - это любая пространственно - временная, масштабная, генерализованная модель земных или планетных объектов или процессов, представленная в графической образной форме.

Геоизображения представляют недра Земли и её поверхность, океаны и атмосферу, педосферу, социально - экономическую сферу и области их взаимодействия.

Геоизображения подразделяют на три класса:

- Плоские, или двумерные, - карты, планы, анаморфозы, фотоснимки, фотопланы, телевизионные, сканерные, радиолокационные и другие дистанционные изображения.

- Объёмные, или трёхмерные, - анаглифы, рельефные и физиографические карты, стереоскопические, блоковые, голографические модели.

- Динамические трёх и четырёхмерные - анимации, картографические, стереокартографические фильмы, киноатласы, виртуальные изображения.

Многие из них вошли в практику, другие появились недавно, третьи ещё в стадии разработки. Вот и в данной курсовой работе нами были построены двумерные и трёхмерные геоизображения [11].

3.2 Построение цифровой модели рельефа на территорию Саратовского

и Энгельского района

Сначала скачиваем общедоступные данные SRTM дополнительной обработки версии 2, на открытом для любого пользователя сети Интернет-портале (http://gis-lab.info/qa/srtm.html). Скачивание производиться отдельно для каждого квадрата размером 3*3 угловых секунды по номенклатуре N51E46, где N51 - это 51 градус северной широты, а Е46 - это 46 градусов восточной долготы (данный фрагмент соответствует территории Саратова).

В дальнейшем открываем скаченный фрагмент в программе Global Mapper, выбираем функцию «File» дальше «Export Raster and Elevation Data» - «Export Dem» (Рис.12), данный ряд операций был проделан для того чтобы скаченные данные перевести в формат DEM, который доступен для чтения программой Vertical Mapper в которой и будет проводиться построение модели.

Рис.3.2.1. Экспорт файла в формат DEM, в программе Global Mapper [выполнено автором].

После экспорта данных открываем программу Vertical Mapper, в которой производим дальнейшие действия - Create Grid - Import Grid (Рис.13).

Рис. 3.2.2. Создание Grid - модели в программе Vertical Mapper [выполнено автором].

С помощью этих функций мы создаём GRID модель с которой в дальнейшем автором и проводились все операции по созданию ЦМР на территорию Саратовской области, по созданию изолиний и трёхмерной модели рельефа.

Заключение

Цифровая модель рельефа является важной моделирующей функцией в географических информационных системах, так как она даёт возможность решить задачи построения модели рельефа и её использования. Данный вид продукции является полностью трёхмерным отображением реального рельефа местности на момент проведения съёмочных работ, тем самым давая возможность для решения множества прикладных задач: определение любых геометрических параметров рельефа, построение профилей поперечного сечения; проведение проектно-изыскательских работ; мониторинг динамики рельефа. Кроме того, ЦМР широко используются для визуализации территории в виде трехмерных изображений, тем самым, предоставляя возможность для построения виртуальных моделей местности (ВММ).

Актуальность темы курсовой работы обусловлена широкой потребностью географических исследований данных о рельефе в цифровой форме, в связи с возрастающей ролью геоинформационных технологий при решении различных задач, необходимостью повышения качества и эффективности методов создания и использования цифровых моделей рельефа (ЦМР), обеспечения достоверности создаваемых моделей.

В настоящее время существует несколько основных источников данных для построения цифровых моделей рельефа - это путём интерполяции оцифрованных изолиний из топографических карт и метод дистанционного зондирования и фотограмметрия. Метод дистанционного зондирования набирает всё большую силу в решении многих географических задач, таких как построение рельефа по данным спутникового радиолокационного зондирования Земли. Одним из продуктов радиолокационного зондирования Земли, являются общедоступные и свободно распространяемые данные SRTM (Shuttle radar topographic mission), доступные на большую часть территории земного шара с разрешением модели 90 м.

В процессе написания курсовой работы была построена цифровая модель рельефа на территорию Саратовского и Энгельского районов, тем самым решив поставленные задачи построения и доказав возможность создания ЦМР по данным SRTM.

рельеф цифровой радарный геоизображение

Список использованных источников

1. Хромых В.В., Хромых О.В. Цифровые модели рельефа. Томск: ООО «Издательство «ТМЛ-Пресс», подписано к печати 15.12.2007 г. Тираж 200 экз.

2. Уфимцев Г.Ф., Тимофеев Д.А «Морфология рельефа». Москва: Научный мир. 2004 г.

3. Б.А. Новаковский, С.В. Прасолов, А.И. Прасолова. «Цифровые модели рельефа реальных и абстрактных геополей». Москва: Научный мир. 2003 г.

4. А.С. Самардак «Геоинформационные системы». Владивосток ДВГУ, 2005г.-124с.

5. Геопрофи [Электронный ресурс]: журнал по геодезии, картографии и навигации / Москва. - Электроный журнал. - Режим доступа: http://www.geoprofi.ru/ - журнал

6. Отрасли применения ГИС [Электронный ресурс]: база данных. -- Режим доступа :http://www.dataplus.ru/Industries/7ZOND/npomash2.htm

7. Вишневская Е.А., Елобогеев А.В., Высоцкий Е.М., Добрецов Е.Н. Объединённый институт геологии, геофизики и минерологи Сибирского отделения Российской Академии наук, Новосибирск. Из материалов международной конференции «Интеркарто - 6» (г. Апатиты, 22-24 августа 2000 года).

8. ГИС-ассоциация [Электронный ресурс]: база данных. -- Режим доступа: http://www.gisa.ru/61342.html

9. GIS LAB ассоциация [Электронный ресурс]: база данных. -- Режим доступа: http://gis-lab.info/qa/srtm.html

10. Jarvis A., H.I. Reuter, A. Nelson, E. Guevara, 2006, Hole-filled seamless SRTM data V3, International Centre for Tropical Agriculture (CIAT)

11. А. М. Берлянт, А.В. Востокова, В.И. Кравцова, И.К. Лурье, Т.Г. Сваткова, Б.Б. Серапинас «Картоведение». Москва: Аспект Пресс, 2003 г. - 477 с.

Размещено на Allbest.ru