Теоретическое обоснование структуры и функций блока моделирования рельефа в ГИС

Кошель, Сергей Михайлович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Теоретическое обоснование структуры и функций блока моделирования рельефа в ГИС
ВАК РФ 25.00.35, Геоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Теоретическое обоснование структуры и функций блока моделирования рельефа в ГИС"

На правах рукописи

КОШЕЛЬ Сергей Михайлович

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ФУНКЦИЙ БЛОКА МОДЕЛИРОВАНИЯ РЕЛЬЕФА В ГИС

25.00.35. - геоинформатика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 2004

Работа выполнена на кафедре картографии и геоинформатики географического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова

Научный руководитель:

доктор географических наук, профессор

И.К. Лурье

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

А.И. Мартыненко

кандидат географических наук, старший научный сотрудник

А.В. Кошкарев

Ведущая организация -

Тверской Государственный Университет, кафедра картографии и геоэкологии

Защита состоится " 28 " октября 2004 года в 15 часов на заседании диссертационного совета по геоморфологии и эволюционной географии, гляциологии и криологии Земли, картографии, геоинформатике (Д-501.001.61) в Московском Государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, аудитория 2109.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим отправлять по адресу: 119992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГУ, географический факультет. Факс: (095)939-38-01. E-mail: gislab@geogr.msu.ru

Ученый секретарь диссертационног

Автореферат разослан

профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Успехи внедрения ГИС и геоинформационных методов в практику географических исследований связаны с развитием геоинформатики как науки, бурным развитием автоматизации в картографии и математико-картографического моделирования геосистем. Одна из составляющих этого научного направления - моделирование рельефа, его картографическая визуализация и анализ на основе созданных моделей.

Актуальность темы диссертационной 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 эффективности методов создания и использования цифровых моделей рельефа (ЦМР), обеспечения достоверности создаваемых моделей.

Цель диссертации состоит в разработке и теоретическом обосновании структуры и функций блока ГИС, предназначенного для моделирования, отображения и анализа рельефа, а также его практического использования для обеспечения функций пространственного моделирования и анализа в ГИС.

Для достижения этой цели потребовалось решить следующие задачи: а выполнить сравнительный анализ и систематизировать методы создания, отображения и анализа цифровых моделей рельефа, применяемые в ГИС при решении географических задач; о теоретически обосновать оптимальный выбор методов, разработать новые алгоритмы и практические способы их реализации в ГИС для: • создания цифровых моделей рельефа по горизонталям, оцифрованным с

топографических карт; . эффективного вычисления координат изолиний по ЦМР на регулярной

. повышения достоверности определения по ЦМР производных морфо-метрических показателей (углы наклона, кривизна и др.) и качества автоматизированного картографирования линий тока и градиентного поля; а разработать и апробировать учебное и научно-исследовательское программное обеспечение блока моделирования и анализа рельефа в ГИС. Научная новизна работы заключается в следующем: а выполнены теоретическое обобщение и систематизация методов создания и использования цифровых моделей рельефа, разработана структура и определены функции соответствующего блока ГИС;

сетке;

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

а разработан новый алгоритм создания ЦМР по горизонталям, оцифрованным с топографических карт, обладающий высоким быстродействием, эффективностью, возможностью учитывать дополнительную информацию в виде объектов гидрографии и уникальной возможностью получать достоверные по высотам модели для любого типа рельефа, в том числе и практически плоского; а разработана серия новых алгоритмов и методик их применения для: . вычисления координат изолиний по сеточным ЦМР; . вычисления производных показателей по ЦМР с заданной площадью осреднения;

. автоматизированного картографирования градиентного поля и линий тока;

а разработан и создан оригинальный ГИС-пакет моделирования, отображения и анализа рельефа для использования как в научно-исследовательских, так и в учебных целях.

Практическая, значимость результатов работы состоит в том, что они существенно повышают достоверность пространственного моделирования в ГИС, уровень автоматизации и эффективность географических исследований, требующих использования данных о рельефе, а также способствует обеспечению подготовки специалистов-географов, владеющих методами создания и использования цифровых моделей рельефа.

Внедрение результатов работы. Выполненные исследования послужили основой для разработки методик и программного обеспечения для создания, отображения и анализа цифровых моделей рельефа, реализованных в работах лаборатории автоматизации кафедры картографии и геоинформатики Географического факультета МГУ по темам Теоинформационное картографирование" и "Картографирование геосистем на основе интеграции геоинформатики, телекоммуникации и аэрокосмического зондирования" (№ гос. регистрации 01.2.00.108036), программе «Университеты России», грантам НШ-1217.2003.5, РФФИ N02-05-64037. Разработанное программное обеспечение и методики активно используются на географическом факультете МГУ и в других университетах России (Саратовском, Казанском и др.), а также в ряде институтов и организаций (Институт Геоэкологии РАН, Зарубежводст-рой, ФГУП "НИИ ВОДГЕО", СГУ и др.) при выполнении научных и практических работ, а также при подготовке кандидатских и докторских диссертаций.

Методики и программное обеспечение внедрены при создании ГИС

"Черное море" в рамках международной программы по спасению Черного моря (BSEP - Black Sea Environmental Programme).

Выполненные исследования внедрены в учебный процесс - на их основе подготовлен раздел учебника "Оформление карт. Компьютерный дизайн" и организован соответствующий практикум. Теоретические основы моделирования, включая новые алгоритмы, представленные в диссертационной работе, и методические рекомендации по созданию цифровых моделей рельефа используются в курсах "Высшая математика с основами программирования" и "Геоинформационное картографирование".

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались: на региональной конференции Географического союза стран Тихоокеанского региона, Китай, 1990; на международном симпозиуме "Environmental Change and GIS" (INSEG'91), Япония, 1991; на международной конференции "Europe in Transition", Чехия, 1994; на международной конференции ""GIS Frontiers in Business and Science", Чехия, 1996; на Всероссийской научно-практической конференции "Геоэкологическое картографирование", Москва, 1998; на международной конференции Inercarto-5 "ГИС для устойчивого развития территорий", Якутск, 1999.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 научных работ.

Объем и структура работы. Структура диссертационной работы определяется сформулированными выше задачами. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы, приложений. Материал работы изложен на 112 страницах машинописного текста, содержит 1 таблицу, 27 рисунков, 1 приложение с цветными иллюстрациями. Список литературы насчитывает 153 наименования, из них 104 на иностранных языках.

Работа выполнена в лаборатории автоматизации кафедры картографии и геоинформатики Географического факультета МГУ. Автор искренне благодарит научного руководителя, профессора кафедры картографии и геоинформатики И.К. Лурье, заведующего кафедрой, профессора А.М. Берлянта, профессора кафедры Б.А. Новаковского, профессора кафедры геоморфологии и палеогеографии Ю.Г. Симонова, всех сотрудников лаборатории и кафедры за содействие и помощь в работе.

СОДЕРЖАНИЕ И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОТЫ Глава 1. Современное состояние и задачи создания и использования цифровых моделей рельефа в географических исследованиях и автоматизированном картографировании

Рельеф земной поверхности играет важнейшую роль при решении широкого круга географических задач (картографическая визуализация,. карто-метрический и морфометрический анализ, гидрологический анализ, моделирование климата, геоэкологические исследования и т.д.). Широкое внедрение ГИС и геоинформационных технологий в географические исследования предполагает использование данных о рельефе в цифровой форме - в виде цифровых моделей рельефа. В толковом словаре основных терминов геоинформатики под ред. Берлянта A.M. и Кошкарева А.В. цифровая модель рельефа определяется как "средство цифрового представления 3-мерных пространственных объектов (поверхностей, рельефов) в виде трехмерных данных как совокупности 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 (изо-гипс, изобат) или иных изолиний". Аналогичные определения приняты и в зарубежных источниках.

Для анализа на основе численных методов наиболее удобны две формы представления: в виде значений в узлах регулярной сетки {сеточные модели) и в виде значений в узлах нерегулярной треугольной сети {триангуляционные модели). Область определения в этих случаях разбивается на множество прямоугольных или треугольных ячеек, что позволяет легко восстанавливать значения высот в произвольной точке путем интерполяции, а также находить производные показатели и выполнять численный анализ. Каждая из указанных форм имеет свои достоинства и недостатки, однако триангуляционные модели применяются в основном для крупных масштабов, в то время как сеточные - для любых.

Блоки или программные модули для отображения и анализа рельефа стали неотъемлемой частью большинства геоинформационных систем (ГИС). Кроме того, существует и специализированное программное обеспечение, используемое самостоятельно или совместно с ГИС, которое ориентировано только на работу с цифровыми моделями географических полей (в том числе и рельефа), или даже только на один из аспектов этой работы, например,, создание виртуальных геоизображений, «облет» территории. Важность ЦМР для

современных геоинформационных методов исследований подчеркивает и тот факт, что во многих странах, наряду с цифровыми географическими данными, создаются национальные банки данных цифровых моделей рельефа, поддерживаемые на государственном уровне. Существуют и глобальные цифровые модели, покрывающие всю Землю, например, модель SRTM, созданная в результате обработки данных радиолокационной съемки комплексом SRTM с корабля-челнока "Индевор" в полете STS-99 (февраль 2000 г.). Такие модели хранятся в сеточной форме, легко доступны, в частности, через интернет, и имеют невысокую стоимость либо бесплатны.

Исследование современного состояния в области развития методов создания и использования ЦМР проводилось по наиболее популярным ГИС-пакетам, имеющим в своем составе такие модули (ArcGIS, GRASS, ILWIS, IDRISI, GeoMedia), специализированным программам (SURFER) и по научным публикациям на эту тему (см. Табл. 1). В области анализа приведены только базовые методы карто- и морфометрии, как наиболее часто используемые в большинстве исследований и составляющие основу многих других методов анализа.

Изучение возможностей перечисленных программных средств позволяет сделать следующие выводы.

1) Практически все без исключения блоки ГИС включают в свой состав большое количество методов тематического и статистического анализа ЦМР, в частности, гидрологического анализа. Многие методы анализа берут свое происхождение из методов обработки изображений, использующихся для снимков.

2) Методы визуализации основаны на растровом подходе, что существенно снижает картографическое качество изображений, кроме того, таких методов недостаточно (исключение - пакет SURFER).

3) Большинство блоков ГИС недостаточно оснащены методами моделирования (лидером здесь является ArcGIS), особенно по изолинейным исходным данным. Возможно, это связано с тем, что разработчики ГИС (как правило, это американские фирмы) ориентируются на использование готовых ЦМР. Во всех модулях предусмотрена загрузка моделей в форматах национальных банков данных ЦМР, в основном USGS DEM и DTED и многих пользователей, особенно в США, такой подход устраивает. Однако для российских пользователей это является существенным недостатком, поскольку на территорию России такие модели отсутствуют, пользователям приходится создавать их самим.

¿ТаблицаМетода^ОДелированияуотобра: :анадгаа;рельефа(наоснове а^тазадаубдмк граммных средств) ; '' • - кедия Hi-.; r адийипро-: GcoMedia SURFER СЛ С и ь < GRASS ILWIS IDRISI 1

Моделирование по данным в точках

Средневзвешенная интерполяция и аппроксимация Метод Шепарда Скользящие средние (в т.ч. линейные и квадратичные) Кригинг Радиальные функции, в том числе: сплайны минимальной кривизны ^ сплайны с натяжением ^ регуляризованные сплайны ^ регуляризованные сплайны с натяжением Сплайны с натяжением (численный подход) Иерархические В-сплайны Интерполяция на основе триангуляции, в том числе: ^ линейная интерполяция гладкая интерполяция •/ устранение граничных эффектов ^ экстраполяция за пределы выпуклой оболочки Многомерное моделирование 9 • • 3 9 • 9 • • • 9 • 9 • • • • 9 • 9 • 9 9 9 • 9 • 9 • 9 • • * i ■ic *:

Моделирование по изолиниям

Триангуляция с ограничениями Сплайны с натяжением (численный подход) с учетом объектов гидрографии Интерполяция по двум ближайшим горизонталям разного уровня (растровый подход) Интерполяция по профилям в восьми направлениях Авторский метод 9 • • • • • t i'--•»v ' у

Отображение

Способ изолиний, в том числе: автоматическая расстановка подписей сглаживание изолиний Послойная окраска Освещепные горизонтали Аналитическая отмывка Градиентное поле Линии тока Блок-диаграмма или трехмерный вид • • О 9 о • • • • 9 9 9 9 9 9 9 9 9' 9 9 9 * * * . T

Карто- и морфометрия

Углы наклона Экспозиция склонов Кривизны (продольная и поперечная) Вертикальная расчлененность Вычисление площади поверхности Вычисление объема 9 m 9 9 • • 9 • • 9 • • 9 9 9 • • 9 a • 9 9 9 • • 9 ■M 9i

Метод: • - реализован в полномг дбьеме; э>'реалиишан75астидар;:*- г усрвершенств6^; ; -вал иди. рщрабэтан:автороМ(С ; ; Г'; ; Л J ' ■ : "i -"i •* " ■

Глава 2. Новые алгоритмы и методики создания и использования цифровых моделей рельефа в ГИС

Проведенный в первой главе анализ возможностей существующего программного обеспечения показал его недостаточную оснащенность алгоритмами и методами для эффективного решения многих научно-исследовательских и практических задач. В связи с этим разработаны новые алгоритмы и методы в области моделирования, визуализации и анализа рельефа, модифицированы и усовершенствованы многие уже существующие алгоритмы, а также предложены методики их применения, выработанные на основе большого числа практических экспериментов.

Алгоритм создания ЦМР по горизонталям, оцифрованным с топографических карт

Для многих российских пользователей практически единственным источником получения ЦМР являются топографические карты. Таким образом, большое значение приобретают методы создания ЦМР по горизонталям, оцифрованным с топографических карт. Можно представить горизонтали как набор точек с высотами и использовать методы моделирования по точкам, однако при этом теряется большое количество информации, заложенной в самой структуре горизонталей как геометрических объектов. Для таких данных должны разрабатываться собственные методы, в полной мере учитывающие их специфику. Прежде всего, необходимо сформулировать требования, диктуемые свойствами исходных данных, по которым должно оцениваться качество методов.

В первую очередь, построенная модель была достоверной по высотам. Указывая точку на топографической карте, всегда можно точно определить, в каком диапазоне лежит значение высоты в данной точке, поскольку этот диапазон определяется сечением горизонталей. Кроме того, можно сказать, к какой границе диапазона будет ближе это значение, привлекая в расчеты близость той или иной горизонтали и проводя в уме линейную интерполяцию. Наиболее опытные специалисты могут учитывать также заложения и рисунок соседних горизонталей, выполняя, таким образом, нелинейную интерполяцию с учетом характера склона. Требование достоверности по высотам означает, что построенная данным методом модель в изложенном выше смысле полностью адекватна топографической карте. Говоря на более формальном языке, построенные по цифровой модели рельефа изолинии должны совпадать с исходными горизонталями с точностью, зависящей только от шага сетки ЦМР (отклонение не должно превышать шага сетки) и метода вычисления изоли-

НИИ.

Вторым требованием является структурная (топологическая) достоверность - должно соблюдаться соответствие между реальными и модельными структурными элементами рельефа. Оно труднее поддается формализации, соответствие этому требованию проверяется визуально по картам производных показателей, линий тока, структурных линий и элементов, аналитиче-

Рис.1. Район дельты Волги вблизи пос. Гандуршо, Камызякский р-н Астраханской обл. Горизонтали оцифрованы с топографической карты масштаба 1:50000

ской отмывке и др. На построенной модели не должны наблюдаться эффекты «террасности», не должно быть ложных локальных максимумов и минимумов или других аномалий. Структурная достоверность подразумевает и гидрологическую корректность модели (модель должна адекватно отражать флюви-альные формы и свойства рельефа). Как правило, создание структурно достоверных моделей невозможно без привлечения дополнительной информации в виде объектов гидрографии и отметок урезов воды.

Высота в метрах I I 3

ниже -25 -20 выше

Рис.2. Результаты моделирования по данным рис.1: а) авторский метод (время счета 0.7мин.); б) метод Хатчинсона (8 мин.).

На настоящий момент методов моделирования по изолиниям разрабо-

тано не очень много (см. Табл. 1), причем для некоторых типов рельефа (как правило, равнинных, с небольшим перепадом высот) ни один из них не позволяет построить модель, достоверную по высотам. Типичный пример такого рельефа приведен на рис.1. Сложность для моделирования состоит в том, что все горизонтали, за исключением двух, имеют один и тот же уровень. Ни один из известных методов не позволяет правильно моделировать области с высотами выше и ниже отметки -25. Без помощи подписей и бергштрихов это трудно сделать даже при визуальном анализе.

В работе предлагается алгоритм, позволяющий создавать достоверные по высотам ЦМР для любого типа рельефа, в том числе и представленного на рис.1. В своей базовой части (как и в пакетах GRASS и ILWIS) он основан на быстром вычислении расстояний до двух ближайших изолиний разного уровня (расстояния измеряются вдоль линий, не пересекающих горизонтали), и последующей линейной интерполяции. Главной особенностью алгоритма является интерпретация изолиний как векторных объектов, что позволяет корректно определять высоты на участках, ограниченных только изолинией одного уровня, исходя из значений на смежных участках. Поэтому для рельефа на рис.1 вполне достаточно двух горизонталей уровня -20, чтобы корректно определить высоты на участках, ограниченных только горизонталями уровня -25. Поскольку алгоритм опирается на топологическую структуру горизонталей, для его качественной работы необходимо правильно подготовить исходные данные. Оцифрованные изолинии не должны иметь разрывов, должны быть либо замкнутыми, либо начинаться и заканчиваться вне области моделирования.

Разработанный алгоритм имеет высокую эффективность с вычислительной точки зрения. Время его работы в основном зависит только от размерности сетки, зависимость от объема исходных данных незначительна. Дополнения к базовой части алгоритма позволяют учитывать при моделировании линии обрывов, границы оврагов, объекты гидрографии с отметками урезов воды. Рис.2 иллюстрирует качество и эффективность прелагаемого метода по сравнению с подходом, реализованном в модуле TOPOGRID ArcGIS (модель имеет 901*801 узлов).

Алгоритм вычисления координат изолиний по сеточной ЦМР

Способ горизонталей является наиболее широко используемым способом отображения рельефа и представляют собой метод количественной визуализации третьего измерения, обеспечивающий высокую метричность изображения. Геометрически горизонтали (изолинии) являются проекцией на ко-

ординатиую плоскость XY сечений поверхности рельефа горизонтальными плоскостями. Предлагаемый в работе метод вычисления координат изолиний предназначен для сеточных ЦМР и базируется на идее трассировки. Он обеспечивает более высокое быстродействие по сравнению с другими известными методами, поскольку не требует дополнительной триангуляции прямоугольных ячеек сетки. Количество точек ломаной, представляющей изолинию, при этом значительно уменьшается (минимум на 30 %), что позволяет существенно сократить время ее рисовки. Корректность проведения изолиний вблизи седловин обеспечивается дополнительным анализом значений в углах прямоугольной ячейки сетки, содержащей седловину. Кроме того, алгоритм определяет и ориентацию изолиний, что важно при последующей картографической визуализации (расстановка подписей и бергштрихов).

Аналитическая отмывка

Цифровые методы светотеневого оформления рельефа, получившие название аналитической отмывки, позволяют создавать объемное, пространственное изображение рельефа на плоскости, и в настоящее время широко используется в оформлении топографических, общегеографических и тематических карт и для визуального анализа форм рельефа.

В ходе экспериментов выяснилось, что для целей светотеневой пластики наиболее подходит простейшая модель освещенности Ламберта, в которой предполагается диффузное отражение, а интенсивность отраженного света прямо пропорциональна косинусу угла между нормалью к поверхности и направлением на источник освещения и может быть вычислена по формуле:

!Ч-К

где / — интенсивность отраженного света, в - угол между направлением на источник света и нормалью к поверхности

Сложные модели, учитывающие зеркальное отражение, а также зависимость интенсивности отраженного света от длины волны падающего света и свойств отражающей поверхности, более подходят для создания спецэффектов и реалистических изображений.

В проанализированных ГИС-пакетах реализован только метод с единственным постоянным источником освещения, причем разрешение создаваемого растрового изображения соответствует размерности сетки ЦМР. Для улучшения качества изображения предлагается использовать три дополнительных метода:

а) б)

в) г)

Рис. 3. Аналитическая отмывка: а) один источник освещения с азимутом 135° и вертикальным углом 45° (косое освещение); б) один источник освещения с вертикальным углом 90° (отвесное освещение); в) три источника освещения с азимутами 135°, 210°, 60°, вертикальным углом 45° и весами 2, 1, 1; г) комбинация косого (азимут 135°, вертикальный угол 45°, вес 2) и отвесного ('веотикальный vгoл 90°. вес 1) освешения.

1) с несколькими постоянными источниками освещения разной интенсивности и цвета;

2) с несколькими постоянными источниками освещения, интенсивность которых для каждой точки поверхности меняется в зависимости от экспозиции склона в этой точке;

3) с единственным источником освещения, положение которого локально изменяется согласно карте структурных линий (хребтов и тальвегов).

Ни один из указанных методов не является универсальным, дающим наилучший результат для любого типа рельефа, поэтому при создании аналитической отмывки необходимо подбирать метод индивидуально, исходя из требований, предъявляемых к результирующему изображению, и свойств самих методов. Для достижения лучшего качества можно также комбинировать методы между собой.

Создание карт градиентного поля Карта градиентного поля является средством визуализации не самой

земной поверхности, а производного показателя — градиента, с которым связаны многие важные характеристики рельефа (углы наклона, экспозиция склонов, направление и скорость потоков на поверхности и т.д.). Для визуального анализа градиентное поле лучше показывать в сочетании с горизонталями и/или послойной окраской.

Для создания карт градиентного поля предлагается использовать несколько вариантов, каждый из которых представляет собой значковый способ изображения, где точки привязки знаков располагаются в узлах регулярной прямоугольной сетки. Это позволяет отразить на карте сразу два показателя: направление стока и скорость потока, экспозицию склона и угол наклона, или любые другие возможные пары показателей, связанных с направлением и

длиной вектора градиента. Варианты отличаются используемыми картографическими знаками и способами их классификации. На рис.4 и рис.5 представлены два основных способа из предлагаемых трех.

Карты градиентного поля, выполненные первым способом (рис.4), наиболее полезны в задачах, связанных с изучением переноса вещества на земной поверхности, возникающих в гидрологии, гляциологии, геоморфологии, геохимии, экологии и др. Параметры градиента интерпретируются при этом как направление и скорость переноса вещества (потоков), а зависимость параметров стрелки от параметров градиента должна быть для таких карт непрерывной.

Во втором способе (рис.5), идею которого предложил С.Н.Сербенюк (1991), знаки представляет собой стрелки одинаковой длины, но разного направления и толщины. Наибольший интерес такие карты представляют в задачах, связанных с классификацией склонов по углам наклона и экспозициям. Зависимость параметров стрелки от параметров градиента должна быть дискретной, то есть экспозиция показывается по румбам, а толщина стрелки может принимать некоторый конечный набор значений, соответствующих попаданию угла наклона в тот или иной интервал задаваемой пользователем шкалы углов наклона (например, эрозионной или лавинной опасности). Такой способ отображения позволяет визуально проводить классификацию территории на основе указанных параметров, особенно при использовании в знаках цвета.

И первый, и второй способ изображения являются метрическими, то есть, позволяют проводить измерения по карте, основанные на данных, приведенных в легенде и с точностью, соответствующей выбранной шкале.

Важная роль при создании карт градиентного поля отводится цвету. Его использование в каждом из предлагаемых вариантов изображения позволяет либо усилить визуальное восприятие одного из показателей, либо отобразить другую трактовку (другой смысл, другую классификацию) направления и длины вектора градиента, либо отразить на карте еще один дополнительный показатель, не связанный непосредственно с градиентом (высота, кривизна, толщина снежного покрова, осадки и т.д.), но важный при решении конкретной задачи.

Создание карт линий тока

Карты линий тока (рис.6) тесно связаны с картами градиентного поля, поскольку касательной к линии тока в каждой точке является вектор градиен-

та. Линия тока выходящая из начальной точки (х0,}>0) вниз по

склону, является решением задачи Коши для системы дифференциальных уравнений первого порядка:

| ; л(0) = *о, Д'(0) = ,уо, для значений параметра ? > О,

где через обозначены модельная функция, описывающая рель-

еф, и ее частные производные.

В ГИС-пакетах для численного интегрирования приведенных уравне-

ний используется простейший метод Эйлера и растровый подход, при котором движение происходит только в восьми направлениях и вершинами ломаной, представляющей линию тока, являются узлы сетки. Получаемое таким образом изображение имеет низкое качество с картографической точки зрения. Значительно повысить точность интегрирования и получать линии хорошего с картографической точки зрения качества даже для сеток с большим шагом позволяет предлагаемый в работе векторный подход и метод интегрирования Рунге-Кутты-Фельберга четвертого-пятого порядка. Шаг интегрирования при этом выбирается адаптивно в зависимости от кривизны линии, масштаба, шага сетки и значений правой части системы уравнений, а сама линия тока отслеживается до тех пор, пока модуль градиента (уклон) не станет меньше некоторого числа, определяемого автоматически.

Карта линий тока может создаваться как в интерактивном режиме, так и в автоматическом. При автоматическом размещении начальных точек в узлах регулярной прямоугольной сетки, получаемые линии размещены на карте неравномерно, их сгущение отражает положение структурных линий поверхности - тальвегов, водоразделов, гребней и др.

Карты линий тока очень интересны с точки зрения структурного анализа поверхности. Поведение линий тока при движении вниз по склону можно разбить на три типа: конвергентное, когда соседние линии тока сближаются, дивергентное, когда соседние линии тока расходятся, и нейтральное, когда соседние линии тока остаются практически параллельными (сближаются или расходятся незначительно). Конвергентное поведение линий тока наблюдается вблизи структурных линий, являющихся потенциальными водотоками (тальвегами), около таких элементов поверхности линии тока при движении вниз по склону сходятся (собираются) в один пучок. Дивергентное поведение наблюдается вблизи таких структурных линий, как водоразделы, гребни, хребты. Степень концентрации линий тока около таких структурных линий отвечает степени выраженности соответствующих структурных элементов. Нейтральному поведению линий тока соответствуют простые ровные склоны, не имеющие достаточно выраженных структурных элементов.

На рис.6 можно наблюдать все приведенные случаи поведения линий тока: конвергентное, дивергентное, сильно и слабо концентрированные пучки линий тока, а также нейтральное поведение. Кроме того, хорошо заметны точки локальных максимумов и минимумов, расположенных в нижней части карты, в которых линии тока начинаются и заканчиваются.

При создании карт линий тока предусмотрена дополнительная возмож-

ность использования цвета. В частности, при окраске линий тока в три цвета в соответствии со значениями поперечной кривизны поверхности (в сечении нормальной плоскости, перпендикулярной градиенту), характер их поведения легко определяется визуально..

Глава 3. Функции и структура блока моделирования, отображения и анализа рельефа в ГИС, его использование в географических исследованиях и автоматизированной картографии.

На основе проведенного анализа существующих методов и программных средств, а также собственных алгоритмов и методик разработан программный комплекс МАГ (Моделирование и Автоматизация в Географии), предназначенный для создания, визуализации и анализа цифровых моделей рельефа. Идея его создания была выдвинута проф. С.Н. Сербенюком в 80-х гг., активное участие в разработке первой версии в начале 90-х гг. принимал О.Р. Мусин. Структурно-функциональная схема комплекса в его современном виде представлена на рис.7. Комплекс построен по модульному принципу и может быть легко встроен в любую оболочку ГИС, имеющую собственный язык программирования или объектную библиотеку для создания приложений.

Методы, реализованные в модулях комплекса МАГ, приведены в Таблице 1 в последней колонке. Звездочкой отмечены те из них, которые усовершенствованы или разработаны автором.

Например, моделирование на основе триангуляции Делоне реализовано практически во всех программах только в простейшем варианте путем линейной интерполяции на треугольниках. Это приводит к кусочно-линейной функции, имеющей разрывы производной на ребрах треугольников и, как следствие, получаемые по такой модели изолинии имеют качество весьма далекое от картографических стандартов. Существенным недостатком является также и то, что область моделирования ограничена выпуклой оболочкой исходного множества точек и наблюдаются значительные искажения в граничных треугольниках, ребра которых являются ребрами выпуклой оболочки. В комплексе МАГ реализованы возможности для устранения всех перечисленных недостатков: для моделирования могут быть использованы гладкие функции класса С1 и С2, не дающие осцилляции (это важно); граничные эффекты устраняются путем автоматического добавления дополнительных точек на выпуклой оболочке; возхможна экстраполяция на прямоугольную область моделирования.

В качестве другого примера можно привести методы вычисления про-

изводных показателей (углы наклона, экспозиция склонов, кривизны). В большинстве программ для нахождения частных производных используется центральный разностный оператор. В результате получаются средние значения производных, причем степень осреднения зависит от шага сетки. По-

скольку этот факт заложен в алгоритме неявно, скрыт от пользователя, ему обычно не придают значения. В некоторых случаях, однако, информацию о том, по площадке какого размера вычисляются средние уклоны, необходимо учитывать при дальнейшем анализе и выводах. В комплексе МАГ предусмотрена возможность вычислять производные показатели с любой заданной степенью осреднения исходя из конкретных требований к решаемой задаче. Эти же методы используются и при вычислении вектора нормали в алгоритмах аналитической отмывки.

Большинство модулей комплекса объединены также в самостоятельную программу MAGSURF, которая дает возможность работать с ними в автономном режиме вне ГИС-оболочки. Программой предусмотрена загрузка исходных данных в форматах наиболее популярных ГИС-пакетов (Maplnfo MIF/МШ, Arclnfo Shape) и картографического редактора DIGITMAP (разработка кафедры картографии и геоинформатики). Созданные цифровые модели могут быть сохранены как в собственном формате, так и формате GRD пакета SURFER фирмы Golden Software. В собственном формате вместе с матрицей высот и параметрами сетки сохраняются также заданная пользователем шкала сечений и цвета послойной окраски, что позволяет не тратить время на выбор этих параметров заново при последующей загрузке модели в программу. Интерфейс программы создан по принципу послойной организации информации. На слое могут размещаться данные для моделирования, цифровая модель рельефа или картографическая основа, причем координатные системы всех слоев должны быть согласованы. Для каждой из загруженных моделей может быть выбран свой способ отображения, что позволяет проводить визуальный анализ одновременно нескольких геополей.

Благодаря наличию в комплексе МАГ большого количества разнообразных методов моделирования его можно использовать для работы с любыми географическими полями, а не только с рельефом земной поверхности. Важным достоинством комплекса, отличающим его от многих других программ подобного рода, является и то, что многие методы реализованы не только для функций двух переменных (географических координат), но и нескольких. В частности, третьей переменной может быть время (динамические модели), глубина (моделирование температуры, плотности, солености воды в океане), высота и т.д. Возможно также моделирование и в пространстве признаков, не связанных с координатами, например, степени засоления почв в зависимости от уровня залегания грунтовых вод, их минерализации, состава почв, растительности и других показателей.

Большое внимание при разработке комплекса МАГ уделено картографической визуализации. В нем реализованы практически все способы, используемые в классической картографии, причем особое внимание уделено качеству создаваемых изображений. Кроме перечисленных в таблице 1 методов реализованы также способы наклонных горизонталей и освещенных горизонталей. Некоторые из предлагаемых методов либо отсутствуют в других программах, либо требуют выполнения нескольких последовательных манипуляций. Для удобства совместного использования с другими программами в комплексе предусмотрен экспорт изображений в различные растровые и векторные графические форматы и в форматы ГИС.

С помощью комплекса МАГ было выполнено большое количество научно-исследовательских и практических работ, связанных с созданием и анализом цифровых моделей рельефа и других географических полей, с разработкой ГИС природно-ресурсной, экологической тематики. Среди них можно выделить следующие:

• создание серии карт для изучения очага водоснежных потоков склона горы Айкуайвенчорр (Хибины), рис.3-5;

• создание ГИС «Черное море» в рамках международной программы Б8ЕР;

• создание базовых слоев (модели рельефа, углов наклона, экспозиции склонов, кривизны поверхности; карты с наложением послойной окраски и аналитической отмывки для визуального анализа) для региональной ГИС «Лавины Хибин»;

• создание базовых слоев ГИС г. Саратова;

• создание блока для моделирования уровня грунтовых вод на основе цифровых моделей рельефа и замеров в скважинах в программном комплексе «Мелиорация» (Зарубежвод строй);

• прогнозирование пространственно-временной динамики экосистем на примере Черных земель Калмыкии (здесь для создания карт динамики опустынивания использовалось многомерное моделирование).

Комплекс МАГ используется также как базовое программное обеспечение при подготовке студентов географических и экологических специальностей на Географическом факультете МГУ им. Ломоносова, а также в Саратовском и Казанском университетах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проведенных теоретических исследований и экспериментальных работ достигнута основная цель диссертации: теоретически обоснованы

структура и функции блока моделирования и анализа рельефа в ГИС, разработаны новые и усовершенствован ряд существующих методов моделирования и визуализации рельефа, и предложены способы их практического применения для решения географических задач с использованием геоинформационных технологий..

Результаты диссертационного исследования заключаются в следующем:

1) Систематизированы и проанализированы методы и программные средства создания и использования цифровых моделей рельефа, обобщены требования к ним по критериям эффективности их применения в географо-картографических целях.

2) Для дальнейшего совершенствования математического обеспечения впервые разработаны:

• эффективный алгоритм построения сеточной цифровой модели рельефа по горизонталям, оцифрованным с топографических карт, основанный на быстром вычислении сеточных расстояний до двух ближайших горизонталей разного уровня. Алгоритм позволяет в автоматическом режиме восстанавливать поверхность в области локальных максимумов и минимумов без ввода дополнительных точек, учитывать объекты гидрографии (озера) при моделировании. Отличительной особенностью разработанного алгоритма является его высокое быстродействие и возможность получать достоверную по высотам модель для любого типа рельефа, в том числе и равнинного (практически плоского). На основе алгоритма создано программное обеспечение и выработаны методические рекомендации по подготовке исходных данных для моделирования.

• метод вычисления изолиний по сеточным ЦМР, использующий идею трассировки, который без выполнения дополнительной триангуляции (что уменьшает количество точек, необходимых для представления изолинии) обеспечивает высокую скорость работы и корректность проведения изолиний вблизи седловин.-Алгоритм также позволяет получать ориентированные изолинии, что необходимо для автоматической расстановки подписей горизонталей и бергштрихов;

• метод вычисления линий тока, основанный на решении системы дифференциальных уравнений с адаптивным выбором шага интегрирования для получения гладких кривых в области быстрого изменения кривизны линии тока; а также способы создания карт линий тока в автома-

тическом режиме;

• способы создания и оформления карт градиентного поля поверхности, а также методические рекомендации по выбору способа изображения в зависимости от целей использования таких карт;

3) Разработаны методика, технология и программное обеспечение для автоматизированного создания карт с использованием светотеневой пластики. Технология основана на аналитической отмывке рельефа, получаемой по ЦМР.

4) Обосновано и разработано учебное программное обеспечение для подготовки студентов-географов в области создания и использования цифровых моделей рельефа, разработаны методические основы такой подготовки.

Основные научные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Creation and usage of geofields digital models // Regional Conference on Asian Pacific countries International Geographical Union. August 13-20, 1990, Beijing, China. Abstracts, vol.2, p. 13-22 (соавторы С.Н.Сербенюк, О.Р.Мусин).

2. Методы моделирования геополей по данным в нерегулярно расположенных точках // Геодезия и картография.-1990.-№7.-с.31-35 (соавторы СН.Сербенюк, О.Р.Мусин).

3. Программы МАГ для создания цифровых моделей геополей // Геодезия и картография. - 1991. - №4. - с.44-46 (соавторы СН.Сербенюк, О.Р.Мусин).

4. Digital models for studying of environmental change // Proc. of Int. Symp. on Environmental Change and GIS (INSEG'91), August 25-28, 1991, Asahikawa, Japan. -vol.2, - p.321-327 (соавтор О.Р.Мусин).

5. Опыт создания глобальной цифровой базы данных по гипсометрической карте мира в масштабе 1:15000000 // Геоморфология. - 1991.- №2 (Апрель-Июнь). -с.25-31 (соавторы А.М.Берлянт, О.Р.Мусин, И.А.Суетова) (переведена в журнале Mapping Sciences and Remote Sensing, 1992,29,2, pp. 146-154).

6. Автоматизированное картографирование по материалам фототеодолитных съемок // Геодезия и картография.-1992. - №8. - с.43-48 (соавторы БАЛоваковский, АА.Сучилин).

7. Автоматизированное создание карты высоты снежного покрова по материалам фототеодолитной съемки. // Геоинформационное картографирование. - Московский центр Русского Географического общества. - Москва. - 1993. - с. 166-181 (соавторы Б.А.Новаковский, П.С.Волков).

8. Spatial Modelling and Analysis for GIS // Int. Conf. "Europe in Transition" (GIS Brno 1994), August 28-31, 1994, Brno, Czech Republic, Abstracts, р.ЗО (соавтор О.Р.Мусин).

9. Surface modeling for contour data // Proc. of Int. Conference "GIS Frontiers in

Business and Science", April 20-24, 1996, Brno, Czech Republic, pp.II-2-5 (соавтор И.В.Калиникин).

10. Реализация проекта ГИС "Черное море" // Геодезия и картография.-1997.-№6.- с.34-40 (соавторы Берлянт А.М., Мамаев В.О., Мусин О.Р., Аляутдинов А.Р., Калинкин И.В).

11. Особенности использования цифровых моделей рельефа при компьютерном геоэкологическом картографировании // Всероссийская научно-практическая конференция "Геоэкологическое картографирование", 24-27 февраля 1998 г., тезисы докладов, ч.1, с.114-116 (соавторы Симонов Ю.Г., Кружалин В.И., Новаковский Б.А., Прасолов СВ., Переверзев М.В.).

12. Использование ГИС-технологий и цифровых моделей рельефа при решении геоэкологических задач // Экология и промышленность России, апрель 1998 г., с. 41-45 (соавторы Симонов Ю.Г., Кружалин В.И., Новаковский Б.А., Прасолов СВ.).

13.ГИС "Черное море", под ред. А.М. Берлянта, В.О. Мамаева, О.Р. Мусина, М.: Астрея, 1999,59 с. (соавторы Аляутдинов А.Р., Берлянт А.М., Калинкин И.В. и др.).

14. Картографическое обеспечение решения экологических задач: морфометри-ческие методы и геоинформационные технологии // Материалы межд. конф. Inercarto-5 "ГИС для устойчивого развития территорий", Россия, Якутск. 1999, с.142-150 (соавторы Кружалин В.И., Новаковский Б.А., Прасолов СВ.).

15. Цифровое моделирование и анализ геополей с помощью пакета "МАГ" // Взаимодействие картографии и геоинформатики (ред. А.М. Берлянт, О.Р. Мусин). -М.: Научный мир, 2000. - с. 41-49.

16. Методы цифрового моделирования: кригинг и радиальная интерполяция // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. - 2000. - №4(26)-5(27). - с.32-33; 2001. - №1(28). - с.58; 2001. - №2(29)-3(30). - с.23-24. (соавтор О.Р.Мусин).

17. Прогнозирование пространственно-временной динамики нарушенных экосистем методом универсального кригинга по аэрокосмическим снимкам // Доклады академии наук. Общая биология.-2000.-т.371.- №2.- с. 264-268 (соавторы Б.В. Виноградов, К.Н. Кулик, О.Р. Мусин, П.Б. Федотов) (переведена в журнале Doklady Biological Scienccs.-2000.-Vol.371 .-pp. 147-151).

^Прогнозирование пространственно-временной динамики экосистем методом универсального кригинга // Экология. - 2000. - №5. - с.323-332 (соавторы Б.В. Виноградов, К.Н. Кулик) (переведена в журнале Russian Journal of Ecology.-2000.-Vol.31.-No.5.-pp.293-302).

19. Оформление карт: Компьютерный дизайн: Учебник. Под ред. АВВОСТОКОВОЙ - М.: Аспект Пресс, 2002. - 208 с. (главы 3,4.6,10.7).

20. Моделирование локальных особенностей климата Северного Кавказа в рамках общей модели циркуляции атмосферы // Вестн. Моск. Ун-та. Сер.5, География. 2003. №1. - с.35-41. (соавторы Кислов А.В., Чернышев А.В., Розинкина И.А).

Подписано в печать 23.09.2004 Формат 60x88 1/16. Объем 1.0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 139 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119992 г.Москва, Ленинские горы, д. 1 Главное здание МГУ, к. 102

*1?49 f

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Кошель, Сергей Михайлович

Введение.

Глава 1. Современное состояние и задачи создания и использования ЦМР в ГИС и геоинформационном картографировании.

1.1. Роль ЦМР в решении географических задач на базе ГИС. Способы представления рельефа земной поверхности в цифровой форме.

1.2. Методы моделирования рельефа по данным в точках.

1.2.1. Средневзвешенная интерполяция и метод Шепарда.

1.2.2. Интерполяция и аппроксимация с помощью радиальных базисных функций, кригинг.

1.2.3. Интерполяция на основе триангуляции.

1.2.4. Интерполяция и аппроксимация на основе иерархических В-сплайнов.

1.3. Методы моделирования рельефа по изолиниям.

1.4. Визуализация цифровых моделей рельефа, использование в научных исследованиях и автоматизированной картографии.

1.5. Программные средства моделирования и анализа рельефа.

Глава 2. Новые алгоритмы и методики создания и использования цифровых моделей рельефа.

2.1. Алгоритм создания ЦМР по горизонталям, оцифрованным с топографических карт.

2.2. Вычисление координат изолиний по сеточной ЦМР.

2.3. Автоматизированное создание карт градиентного поля.

2.4. Автоматизированное создание карт линий тока.

3.1. Функции и структура программного комплекса моделирования и анализа рельефа в ГИС.

3.2. Методика и компьютерная технология создания карт с использованием светотеневой пластики.

3.3. Программная реализация, использование в практических и учебных целях.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Теоретическое обоснование структуры и функций блока моделирования рельефа в ГИС"

Актуальность темы диссертационной 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.

Для достижения этой цели потребовалось решить следующие задачи: выполнить сравнительный анализ и систематизировать методы создания, отображения и анализа цифровых моделей рельефа, применяемые в ГИС при решении географических задач; теоретически обосновать оптимальный выбор методов, разработать новые алгоритмы и практические способы их реализации в ГИС для: создания цифровых моделей рельефа по горизонталям, оцифрованным с топографических карт;

• эффективного вычисления координат изолиний по ЦМР на регулярной сетке;

• повышения достоверности определения по ЦМР производных мор-фометрических показателей (углы наклона, кривизна и др.) и качества автоматизированного картографирования линий тока и градиентного поля; разработать и апробировать учебное и научно-исследовательское программное обеспечение блока моделирования и анализа рельефа в ГИС. Научная новизна работы заключается в следующем: выполнены теоретическое обобщение и систематизация методов создания и использования цифровых моделей рельефа, разработана структура и определены функции соответствующего блока ГИС; разработан новый алгоритм создания ЦМР по горизонталям, оцифрованным с топографических карт, обладающий высоким быстродействием, эффективностью, возможностью учитывать дополнительную информацию в виде объектов гидрографии и уникальной возможностью получать достоверные по высотам модели для любого типа рельефа, в том числе и практически плоского; разработана серия новых алгоритмов и методик их применения для:

• вычисления координат изолиний по сеточным ЦМР;

• вычисления производных показателей по ЦМР с заданной площадью осреднения;

• автоматизированного картографирования градиентного поля и линий тока; разработан и создан оригинальный ГИС-пакет моделирования, отображения и анализа рельефа для использования как в научно-исследовательских, так и в учебных целях.

Практическая значимость результатов работы состоит в том, что они существенно повышают достоверность пространственного моделирования в ГИС, уровень автоматизации и эффективность географических исследований, требующих использования данных о рельефе, а также способствует обеспечению подготовки специалистов-географов, владеющих методами создания и использования цифровых моделей рельефа. Предложенные методические рекомендации облегчают практическое использование программного обеспечения, предназначенного для работы с цифровыми моделями рельефа.

Внедрение результатов работы. Выполненные исследования послужили основой для разработки методик и программного обеспечения для создания, отображения и анализа цифровых моделей рельефа, реализованных в работах лаборатории автоматизации кафедры картографии и геоинформатики Географического факультета МГУ по темам "Геоинформационное картографирование" и "Картографирование геосистем на основе интеграции геоинформатики, телекоммуникации и аэрокосмического зондирования" (№ гос. регистрации 01.2.00.108036), программе «Университеты России», грантам НШ-1217.2003.5, РФФИ N02-05-64037. Разработанное программное обеспечение и методики активно используются на географическом факультете МГУ и в других университетах России (Саратовском, Казанском и др.), а также в ряде институтов и организаций (Институт Геоэкологии РАН, Зарубежводстрой, ФГУП "НИИ ВОДГЕО", СГУ и др.) при выполнении научных и практических работ, а также при подготовке кандидатских и докторских диссертаций.

Методики и программное обеспечение внедрены при создании ГИС "Черное море" в рамках международной программы по спасению Черного моря (BSEP - Black Sea Environmental Programme).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 научных работ.

Объем и структура работы. Структура диссертационной работы определяется сформулированными выше задачами. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы, приложений. Материал работы изложен на 105 страницах машинописного текста, содержит 1 таблицу, 30 рисунков в тексте и 15 цветных рисунков в

Заключение Диссертация по теме "Геоинформатика", Кошель, Сергей Михайлович

Заключение

В ходе проведенных теоретических исследований и экспериментальных работ достигнута основная цель диссертации: разработаны и теоретически обоснованы структура и функции блока моделирования и анализа рельефа в ГИС, разработаны новые и усовершенствован ряд существующих методов моделирования и визуализации рельефа и предложены способы их практического применения для решения географических задач с использованием геоинформационных технологий.

Результаты диссертационного исследования заключаются в следующем:

1) Систематизированы и проанализированы методы и программные средства создания и использования цифровых моделей рельефа, обобщены требования к ним по критериям эффективности их применения в гео-графо-картографических целях.

2) Для дальнейшего совершенствования математического обеспечения впервые разработаны: эффективный алгоритм построения сеточной цифровой модели рельефа по горизонталям, оцифрованным с топографических карт, основанный на быстром вычислении сеточных расстояний до двух ближайших горизонталей разного уровня. Алгоритм позволяет в автоматическом режиме восстанавливать поверхность в области локальных максимумов и минимумов без ввода дополнительных точек, учитывать объекты гидрографии (озера) при моделировании. Отличительной особенностью разработанного алгоритма является его высокое быстродействие и возможность получать достоверную по высотам модель для любого типа рельефа, в том числе и равнинного (практически плоского). На основе алгоритма создано программное обеспечение и выработаны методические рекомендации по подготовке исходных данных для моделирования. метод вычисления изолиний по сеточным ЦМР, использующий идею трассировки, который без выполнения дополнительной триангуляции (что как минимум на треть уменьшает количество точек, необходимых для представления изолинии) обеспечивает высокую скорость работы и корректность проведения изолиний вблизи седловин.

Алгоритм также позволяет получать ориентированные изолинии, что необходимо для автоматической расстановки подписей горизонталей и бергштрихов; метод вычисления линий тока, основанный на решении системы дифференциальных уравнений с адаптивным выбором шага интегрирования для получения гладких кривых в области быстрого изменения кривизны линии тока, а также способы создания карт линий тока в автоматическом режиме; способы создания и оформления карт градиентного поля поверхности, а также методические рекомендации по выбору способа изображения в зависимости от целей использования таких карт;

3) Разработаны методика и технология для автоматизированного создания карт с использованием светотеневой пластики, основанная на аналитической отмывке рельефа, получаемой по ЦМР.

5) Разработан и создан оригинальный программный комплекс "МАГ" моделирования, визуализации и анализа рельефа, который может быть легко встроен в оболочку большинства ГИС, а также использоваться самостоятельно как для выполнения научно-исследовательских и практических работ, так и в учебных целях.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Кошель, Сергей Михайлович, Москва

1. Алберг Дж., Нилъсон Э., УолшДж. Теория сплайнов и ее приложения. -M.: Мир, 1972.

2. Аляутдинов А.Р., Берлянт A.M., Калинкин И.В., Кошель С.М. и др. ГИС "Черное море", под ред. A.M. Берлянта, В.О. Мамаева, O.P. Мусина. -М.: Астрея, 1999, 59 с.

3. Альбом образцов изображения рельефа на топографических картах. // Труды ЦНИИГАиК. 1968. Вып. 184. - 59 с.

4. Ананьев С.Н., Моисеенко A.A. Цифровая модель рельефа Украины масштаба 1:200000, методические и технологические аспекты создания // http://www.ecomm.kiev.ua/gis/p2002/docs/dem200.doc

5. Берлянт A.M. Картография: Учебник для вузов. М.: Аспект Пресс, 2002. - 336 с.

6. Берлянт A.M. Картографический метод исследования. М.: Изд-во МГУ, 2-е изд., 1988. - 254 с.

7. Берлянт A.M. Образ пространства: карта и информация. М.: Мысль, 1986. - 240 с.

8. Берлянт A.M., Мамаев В.О., Мусин O.P., Аляутдинов А.Р., Калинкин КВ., Кошель С.М. Реализация проекта ГИС "Черное море" // Геодезия и картография. 1997, N6, с.34-40.

9. Богомолов А.Л., Казанцева М.Н., Мусин O.P. Методика автоматизированного составления батиметрических карт // Вестн. Моск. ун-та. Сер. Геогр. 1990. №4. с.37-40.

10. Василенко В.А. Сплайн-функции: теория, алгоритмы, программы. Новосибирск: Наука, 1983.

11. Виноградов Б.В., Кошель С.М., Кулик КН. Прогнозирование пространственно-временной динамики экосистем методом универсального кригинга// Экология. 2000. - №5. - с.323-332.

12. Востокова A.B., Кошель С.М., Ушакова JI.A. Оформление карт. Компьютерный дизайн. M.: Аспект Пресс, 2002. - 288 с.

13. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов. A.M. Бер-лянт, A.B. Кошкарев — ред., М.: ГИС-Ассоциация, 1999. 204 с.

14. ГОСТ 28441-90. Картография цифровая. Термины и определения.16. де Бор. Практическое руководство по сплайнам. — М.: Радио и связь, 1985.-303 с.

15. Дэвис Дж. Статистический анализ данных в геологии. В 2-х томах. -М.: Недра, 1990.

16. Жуков В.Т., Новаковский Б.А., Чумаченко А.Н. Компьютерное геоэкологическое картографирование. — М.: Научный мир, 1999. — 128 с.

17. Завьялов Ю.С., Имамов А. . О вариационных задачах теории сплайнов // Математический анализ и смежные вопросы математики. Новосибирск: Наука, 1978. с.27-36.

18. Кислое A.B., Чернышев A.B., Розинкина И.А, Кошель С.М. Моделирование локальных особенностей климата Северного Кавказа в рамках общей модели циркуляции атмосферы // Вестн. Моск. Ун-та. Сер.5, География. 2003. №1. — с.35-41.

19. Кошель С.М. Цифровое моделирование и анализ геополей с помощью пакета "МАГ" // Взаимодействие картографии и геоинформатики (ред. A.M. Берлянт, O.P. Мусин). М.: Научный мир, 2000. - с. 41-49.

20. Кошель С.М., Мусин O.P. Методы цифрового моделирования: кригинг и радиальная интерполяция // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 2000. - №4(26)-5(27). - с.32-33; - 2001. - №1(28). - с.58; -2001. - №2(29)-3(30). - с.23-24.

21. Кошкарев A.B. Понятия и термины геоинформатики и ее окружения: Учебно-справочное пособие. — М.: ИГЕМ РАН, 2000. 76 с.

22. Кравченко Ю.А. Методы моделирования топографических поверхностей. М.: ЦНИИГАиК, 1984. Вып.1. - 67 с.

23. Ласточкин Ф.Н. Морфодинамический анализ. Л.: Недра, 1987.-256 с.

24. Лурье И.К Основы геоинформационного картографирования: Учебное пособие. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 2000. — 143 с.

25. Мальцев В.А. GST. Программный комплекс геостатистического моделирования и оценивания. Москва, 1993.- 153 с.

26. Мартыненко А.И. Картографическое моделирование и геоинформационные системы // Геодезия и картография.-1994.-N9.-c.43-45.

27. Мусин O.P., Новаковский Б.А., Сербенюк С.Н. Автоматизированное составление карт углов наклона и экспозиций склонов по аэрофотоснимкам // Геоморфология. — 1987. № 4. - с. 30-36.

28. Мусин O.P., Сербенюк С.Н. Цифровые модели "рельефа" континуальных и дискретных географических полей // Банки географических данных для тематического картографирования. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987.- с. 156-170.

29. Новаковский Б.А. Фотограмметрия и дистанционные методы изучения Земли: картографо-фотограмметрическое моделирование. — М.: Изд-во МГУ, 1997.-208 с.

30. Новаковский Б.А., Кошель С.М., Сучилин A.A. Автоматизированное картографирование по материалам фототеодолитных съемок. // Геодезия и картография.-1992.-Ы8.-с.43-48.

31. Петров П.В. Программное обеспечение для использования картографических банков данных при создании карт // Банки географических данных для тематического картографирования. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987.- с. 122-131.

32. Препарата Ф., Шеймос М. Вычислительная геометрия: Введение. — М.: Мир, 1989.-478 с.

33. Роджерс Д. Ф., Адаме Дж. Математические основы машинной графики. -М.: Мир, 2001. 604 с.

34. Родионов В.Ф. и др. Справочник по математическим методам в геологии. М.: Недра, 1987. - 367 с.

35. Свентэк Ю.В. Теоретические и прикладные аспекты современной картографии. М.: Эдиториал УРСС, 1999. - 80 с.

36. Сербенюк С.Н., Кошель С.М., Мусин O.P. Методы моделирования геополей по данным в нерегулярно расположенных точках // Геодезия и картография. 1990. - № 11. - с. 31-35.

37. Сербенюк С.Н., Кошель С.М., Мусин O.P. Программы МАГ для создания цифровых моделей геополей // Геодезия и картография. — 1991. № 4. -с. 44-46.

38. Сербенюк С.Н., Мусин О.Р. Автоматизированное построение изоли-нейных карт и производных от них изображений // Геодезия и картография. 1986. - № 7. - с. 42-45.

39. Сербенюк С.Н., Мусин О.Р. Математико-картографическое моделирование для автоматизированного решения карто- и морфометрических задач // Геодезия и картография. 1989. - № 5. - с. 42-46.

40. Симонов Ю.Г. Морфометрический анализ рельефа. — Москва-Смоленск: Изд-во СГУ, 1998. 272 с.

41. Симонов Ю.Г., Кошель С.М., Кружалин В.И., Новаковский Б.А., Прасолов С.В. Использование ГИС-технологий и цифровых моделей рельефа при решении геоэкологических задач. // Экология и промышленность России, апрель 1998 г. с. 41-45.

42. Скворцов А. В. Триангуляция Делоне и ее применение. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 2002.-128 с.

43. Справочник по специальным функциям. / Под ред. М. Абрамовица, И. Стиган. М.: Наука, 1979.

44. Стечкин С.Б., Субботин Ю.Н. Сплайны в вычислительной математике. М.: Наука, 1986.

45. Тикунов B.C. Моделирование в картографии: Учебник. — М.: Изд-во МГУ, 1997.-405 с.

46. Форсайт Дж., Малькольм М., Моулер К. Машинные методы математических вычислений. М.: Мир, 1980.

47. ФолиДж., вэнДэм А. Основы интерактивной машинной графики. В 2-х т. -М.: Мир, 1985.

48. Халугин Е.И., Жолковский Е.А., Жданов НД. Цифровые карты. М.: Недра, 1992.-416 с.

49. Agishtein М.Е., Migdal А.А. Smooth surface reconstruction from scattered data points // Computer & Graphics, 1991, vol.15, No.l, pp.29-39.

50. Akima H. A method of bivariate interpolation and smooth surface fitting for irregularly distributed data points // ACM Trans. Math. Software, 4,2 (June, 1978), pp. 148-159.

51. Alfeld P. Scattered data interpolation in three or more variables // Mathematical Methods in Computer Aided Geometric Design. Academic Press, Boston, 1989, pp. 1-33.

52. Anderson D.P. Techniques for reducing pen plotting time // ACM Transactions on Graphics, 1983, 2(3), pp.197-212.

53. Barnhill R.E., Dube R.P., Little F.F. Properties of Shepard's surfaces // Rocky Mt. J. Math., 1983, 13, 2, pp.365-382.

54. Batcha J.P, Reese J.R. Surface determination and automatic contouring for mineral exploration, extraction and processing // Colorado School of Mines Quarterly, 1964, 14(4), pp. 187-194.

55. Brandli M. A Triangulation-Based Method for Geomorphological Surface Interpolation from Contour Lines // Proceedings 3 rd European Conference and Exhibition on GIS (EGIS '92), Munich, 1992, Vol.1, pp. 691-700.

56. Brassel K. A model for automatic hillshading // The American Cartographer, 1974, 1(1), pp. 15-27.

57. Briggs I.C. Machine contouring using minimum curvature // Geophysics, 1974, v.39, pp.39-48.

58. Buys J., Messerschmidt H.J., Botha J.F. Including known discontinuities directly into a triangular irregular mesh for automatic contouring purposes // Computer & Geosciences, 1991, 17(7), pp.875-881.

59. Carter, J.R. The effect of data precision on the calculation of slope and aspect using gridded DEMs // Cartographica, Toronto, 1992, 29(1), pp.22-34.

60. Clarke A.L., Gruen A., Loon J.C. The Application of Contour Data for Generating High Fidelity Grid Digital Elevation Models // Proceedings of Auto-Carto 5, ACSM/ASP Conference, Crystal VA, 1982, pp. 213-222.

61. Cline A.K. Scalar- and Planar-Valued Curve Fitting Using Splines Under Tension // Comm. of the ACM, 1974, Vol.17, N4, pp.218-220.

62. Cole G., Macinnes S., Miller J. Conversion of Contoured Topography to Digital-Terrain Data//Computers & Geosciences, 1990, 16(1), pp. 101-109.

63. Douglas D.H. Collected Algorithms // Paper No.20, Laboratory for Computer Graphics and Spatial Analysis, Graduate School of Design, Harvard University, 1974.

64. Douglas D.H. The XYNIMAP Family of Programs for Geographic Information Processing and Thematic Map Production // Proceedings of Auto-Carto Six, Ottawa, 1983, Vol.11, pp. 2-15.

65. Doysther Y., Hall J.K. Interpolation of DTM using bi-directional third-degree parabolic equations, with FORTRAN subroutine // Computers & Geo-sciences, 1997, 23(9), pp. 1013-1020.

66. Duchon J. Interpolation des functions de deux variables suivant le principe de la flexion des plaques minces // R.A.I.R.O. Anal. Num., 1976, vol.10, pp.512.

67. Felicísimo A.M. Error propagation analysis in slope estimation by means of digital elevation models // Proceedings of the 17th International Cartographic Conference, 3-9 September, 1995, Barcelona, Vol.1, pp.94-98.

68. Forsey D.R., Bartels R.H. Surface Fitting with Hierarchical Splines // ACM Transactions on Graphics, Vol.14, No.2, 1995, pp. 134-161.

69. Franke R. Scattered data interpolation: tests of some methods // Math. Comput., 1982, v.38, pp. 181-200.

70. Franke R. Smooth interpolation of scattered data by local thin plate splines // Comput. Math. Applic., 1982, v.8, pp.273-281.

71. Franke R. Thin plate spline with tension // Comp. Aided Geom. Design, 1985, v.2, pp.87-95.

72. Fuchs H., Kedem Z.M., Uselton S.P. Optimal surface reconstruction from planar contours // Communications of the ACM, 1977,20(10), pp.693-702.

73. Ganthapy S., Dennehy T.G. A new general triangulation method for planar contours // ACM Computer Graphics, 1982, 13(3), pp.311-319.

74. Garcia M.A. Smooth Approximation of Irregular Triangular Meshes with G1 Parametric Surface Patches // Proc. Third Int. Conf. on Computational Graphics and Visualization Techniques, 1993, Alvor, Portugal, pp.380-389.

75. Gesch D.B., Oimoen M.J., Greenlee S.K., Nelson C.A., Steuck M., Tyler D.J. The National Elevation Dataset // Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 2002, vol.68, No.l, pp.5-12.

76. Gordon W.J., Wixom J.A. Shepard's method of "metric interpolation" to bivariate and multivariate interpolation // Math. Comput., 1978, 32, 141, pp.253264.

77. Gorte B.G.H., Koolhoven W. Interpolation between isolines based on the Borgefors distance transform // ITC Journal, 1990, 3, pp.245-247.

78. Gousie M., Franklin R. Converting Elevation Contours to a Grid. // Proceedings, Eighth International Symposium on Spatial Data Handling, 1998. T. Poiker and N. Chrisman, Eds., pp. 647-656.

79. Hardy R.L. Multiquadric equations of topography and other irregular surfaces //J. Geophysycal Res., 1971, v. 76, pp.1905-1915.

80. Hardy R.L. Theory and applications of the multiquadric-biharmonic method // Comput. Math. Applic., 1990, v. 19, pp. 163-208.

81. Heller M. Triangulation algorithms for adaptive terrain modelling // Proceedings 4th International Symposium on Spatial Data Handling, 1990, Columbus, Ohio, Vol.1, pp. 163-174.

82. Hutchinson M.F. Calculation of hydrologically sound digital elevation models // Proc. of the Third International Symposium on Spatial Data Handling, 1988, IGU, Columbus, Sidney, pp.117-133.

83. Hutchinson M.F. A new procedure for gridding elevation and stream line data with automatic removal of spurious pits. // Journal of Hydrology, 1989, 106, pp.211-232.

84. Hutchinson M.F. A locally adaptive approach to the interpolation of digital elevation models // Third International Conference/Workshop on Integrating GIS and Environmental Modeling, NCGIA, 1996, University of California, Santa Barbara.

85. Hutchinson M.F., Dowling T.I. A continental hydrological assessment of a new gridbased digital elevation model of Australia // Hydrological Processes, 1991, 5, pp. 45-58.

86. Ishii Masaharu. The reproduction of terrain models: from the geometrical arts to the geomorphological science // Proceedings of the 17th International Cartographic Conference, 3-9 September, 1995, Barcelona, Vol.1, pp.687-691.

87. Jenny B. An Interactive approach to Analytical Relief Shading // Cartographies Vol.38, No.l&2, 2001, pp.67-75.

88. Jones N.L., Kennard M.J., Zundel A.K. Fast algorithm for generating sorted contour strings // Computers & Geosciences, 2000, 26, pp.831-837.

89. Joumel A.G., Huijbregts C.J. Mining Geostatistics: Academic Press, 1978, 600 p.

90. ImhofE. Cartographic Relief Presentation. Ed. by H.J. Steward de Gruyter. Berlin-N.Y., 1982.

91. Kennelly P.J. Desktop Hachure Maps from Digital Elevation Models // Cartographic Perspectives, 2000, N37, pp.78-81.

92. Kennely P., Kimerling A.J. Modifications of Tanaka's Illuminated Contour Method // Cartography and Geographic Information Sciences, 2001, vol.28, No.2, pp. 111-123.

93. Kok R., Begin J. Evaluation of automatic contouring methods for drainage design // Transactions of the ASAE, 1981, 24(1), pp.87-96.

94. Koshel, S., Kalinkin, I. Surface modeling for contour data. // Proc. of Conference "GIS Frontiers in Business and Science", April 20-24, 1996, Brno, Czech Republic, pp.II-2-5.

95. Koshel S.M., Musin O.R. Digital models for studying of environmental change // Proc. of Int. Symp. on Environmental Change and GIS (INSEG'91), August 25-28, 1991, Asahikawa, Japan. vol.2, - p.321-327.

96. Krcho J. Morphometric analysis of relief on the basis of geometric aspect of field theory // Acta UC, Geogr. Physica 1, 1973, Bratislava, SPN.

97. Krcho J. Georelief as a subsystem of landscape and the influence of morphometric parameters of georelief on spatial differentiation of landscape-ecological processes // Ecology /CSFR/, 1991, v. 10, pp.115-157.

98. Lee S., Wolberg G., Shin S.Y. Scattered Data Interpolation with Multilevel B-Splines // IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, vol.3, No.3, 1997, pp.228-244.

99. Kubik K, Wu X. Mapping from SPOT Images Using Digital Photogram-metric Workstation // Proceedings of the 17th International Cartographic Conference, 3-9 September, 1995, Barcelona, Vol.1, pp.266-274.

100. Legates D.R., Wilmott C.J. Interpolation of Point Values from Isoline Maps // American Cartographer, 1986, Vol. 13, No.4, pp.308-323.

101. Lodwick G.D., Whittle J. A technique for automatic contouring field survey data // The Australian Computer Journal, 1970, 2(3), pp. 104-109.

102. Lukas K, Weibel R. Assessment and improvement of methods for analytical hillshading // Proceedings of the 17th International Cartographic Conference, 3-9 September, 1995, Barcelona, Vol.2, p.2231-2240.

103. Mark R.K. A multidirectional, oblique-weighted, shaded relief image of the island of Hawaii. US Geological Survey Open-File Report 92-422, U.S. Department of the Interior, 1992.

104. Matheron G. Principles of geostatistics // Economic Geology, 1963, v.58, pp. 1246-1266.

105. Matheron G. Splines and Kriging: their formal equivalence // Down to the earth statistics, D.F. Merriam (ed.), Academic Press, N.Y., Geology Contributions 8, 1981, pp.77-95.

106. Mitas L., Mitasova H. General variational approach to the interpolation problem // Comp. Math. Applic., 1988, v. 16, pp.983-992.

107. Mitasova H., Mitas L. Interpolation by regularized spline with tension: I. Theory and implementation // Mathematical Geology, 1993, v.25, pp.641-655.

108. Mitasova H., Hofierka J. Interpolation by regularized spline with tension: II. Application to terrain modeling and surface geometry analysis // Mathematical Geology, 1993, v.25, pp.657-671.

109. Moore I.D., Grayson R.B., Ladson A.R. Digital terrain modeling : a review of hydrological, geomorphological and biological applications // Hydrol. Processes, 1991, v.5, pp.3-30.

110. Muraki S., Yokoya N., Yamamoto K. Surface Reconstruction from a Contour Line Image by Regularization // Systems and Computers in Japan, Vol.23, No.2, April 1992, pp.81-91.

111. Muraki S., Yokoya N., Yamamoto K. 3D surface reconstruction from contour line image by a Regularization method // Proc. of SPIE Close-Range Pho-togrammetry Meets Machine Vision, September 1990, Vol. 1395, pp.226-233.

112. Neteler M.,Mitasova H. Open Source GIS: A GRASS GIS Approach. -2000.- Kluwer Academic Publishers, 434 p.

113. Nickerson B.G., JuddP.A., Mayer L.A. Data structures for fast searching of SEG-Y seismic data// Computers & Geosciences, 1999, 25(2), pp. 179-190.

114. Oimoen M.J. An Effective Filter for Removal of Production Artifacts in U.S. Geological Survey 7.5-minute Digital Elevation Models // Proc. of the Fourteenth Int. Conf. on Applied Geologic Remote Sensing, 2000, 6-8 November, Las Vegas, NV.

115. Phong Bui-Tuong. Illumination for computer generated images // CACM, Vol. 18(6), 1975, pp.311-317.

116. Renka R.J. Multivariate Interpolation of Large Sets of Scattered Data // ACM Transactions on Mathematical Software, 1988, Vol.14, No.2, pp. 139-148.

117. Renka R.J. Algorithm 790: CSHEP2D: Cubic Shepard Method for Bivari-ate Interpolation of Scattered Data // ACM Transactions on Mathematical Software, 1999, Vol.25, No.l, pp.70-73.

118. Renka R.J. Algorithm 791: TSHEP2D: Cosine Series Shepard Method for

119. Bivariate Interpolation of Scattered Data // ACM Transactions on Mathematical Software, 1999, Vol.25, No.l, pp.74-77.

120. Ripley B.D. Spatial statistics. N.Y., J. Wiley and Sons, 1981.-252 pp.

121. Schaback R. Creating Surfaces from Scattered Data Using Radial Basis Functions // Mathematical methods in CAGD III. M. Dahlen, T. Lyche, L.L. Schumaker (eds.), 1995, pp. 1-21.

122. Schneider B. Adaptive Interpolation of Digital Terrain Models // Proceedings of the 17th International Cartographic Conference, 3-9 September, 1995, Barcelona, Vol.2, pp.2206-2210.

123. Schneider B. Geomorphologically Sound Reconstruction of Digital Terrain Surfaces from Contours // Proceedings of the 8th International Symposium on Spatial Data Handling, IGU GIS Study Group, Vancouver 1998, pp.657-667.

124. Schweikert D. G. An interpolation curve using a spline in tension // J. of Math, and Physics, 1966, 45, pp.312-317.

125. Serbenyuk S.N., Koshel S.M., Musin O.R. Creation and usage of geofields digital models // Regional Conference on Asian Pacific countries Inter. Geogr. Union. August 13-20,1990, Beijing, vol.2, p. 13-22.

126. Shepard D. A two-dimensional interpolation function for irregularly spaced data // Proceedings, 23rd National Conference, Association of Computing Machinery, 1968, pp.517-524.

127. Smith W.H.F., Wessel P. Gridding with continuous curvature splines in tension // Geophysics, 1990, v.55, No.3, pp.293-305.

128. Tanaka K. The relief contour method of representing topography on maps // Gegraphical Revew, 1950, 40, pp.444-456.

129. Taud H., Parrot J., Alvarez R. DEM generation by contour line dilation // Computers & Geosciences, 1999,25, pp.775-783.

130. User's reference manual for synagraphic computer mapping 'SYMAP' version V. Laboratory for Computer Graphics, Harvard Univ., June 1968.

131. Vozenilek V. Generating surface models using elevations digitised from topographical maps // Proceedings 5rd European Conference and Exhibition on GIS (EGIS '94), Utrecht, 1994, Vol.1, pp.972-982.

132. Ware J.M. A procedure for automatically correcting invalid flat triangles occuring in triangulated contour data // Computers & Geosciences, 1998, 24(2), pp.141-150.

133. Watson D.F. Contouring: A Guide to the Analysis and Display of Spatial Data. Pergamon, Oxford, 321 pp.

134. Weibel R., Heller M. Digital Terrain Modeling // Geographical Information Systems: principles and applications, Maguire D.J., Goodchild M.F., Rhind W.D., eds., 1991, Longman, London, Vol.1, pp.269-297.

135. Wessel P., Bercovici D. Interpolation with splines in tension: A Green's function approach // Math. Geol., 1998, v.30, pp.77-93.

136. Yates S.R. CONTUR: a FORTRAN algorithm for two-dimensional high-quality contouring//Computer & Geosciences, 1987, 13(1), pp.61-76.

137. Yoeli P. The Mechanisation of Analytical Hillshading. // The Cartographic Journal, 1967, Vol.4(2), pp.82-87.

138. Yoeli P. Computer-aided relief presentation by traces of inclined planes // American Cartographer, 1976, Vol.3(l), pp.75-85.

139. Yoeli P. Computer-executed interpolation of contours into arrays of randomly distributed height-points // Cartographic Journal, 1977, Vol. 14(2), pp.103-108.

140. Yoeli P. Shadowed contours with computer and plotter // The American Cartographer, 1983, 10, pp. 101-110.

141. Yoeli P. Topographic relief depiction by hachures with computer and plotter // Cartographic Journal, 1985, 22, pp.111-124.

142. Yoeli P. Computer executed production of a regular grid of height points from digital contours // The American Cartographer, 1986, Vol.13, pp.219-229.

143. Zevenbergen L.W., Thorne C.R. Quantitative analysis of land surface topography // Earth Surface Processes and Landforms, 1987, v. 12, pp.47-56.

144. Zhang W., Tang Z, Li J. Adaptive Hierarchical B-Spline Surface Approximation of Large-Scale Scattered Data // Proc. Pacific Graphics '98, 1998, pp. 8-16.

145. Образец №109 из "Альбома образцов изображения рельефа на топографических картах" 3.

146. Аналитическая отмывка среднегорного рельефа (средний масштаб). Цифровая модель построена по изолиниям, оцифрованным с топографической карты масштаба 1:200000, методом, описанным в Главе 2, с помощью программы МАСЗиЯР.

147. Совмещение аналитической отмывки и послойной окраски (в шкале возрастающей насыщенности и теплоты цвета).

148. Аналитическая отмывка вулканического рельефа. Использована цифровая модель рельефа с шагом сетки 10 метров с интернет-сайта Геологической съемки США (USGS) на участок территории заповедника "Crater Lake", США.

149. Совмещение цветной аналитической отмывки с адаптивным увеличением контрастности (раздел 2.3) и послойной окраски.

150. Конвергентное и дивергентное поведение линий тока на тестовом участке (склон горы Айкуайвенчорр, Хибины, Рис. 2).

151. Конвергентное и дивергентное поведение линий тока (рельеф с ярко выраженными структурными линиями, Рис. 28).

152. Различные варианты аналитической отмывки горного рельефа (мелкий масштаб). Цифровая модель построена по изолиниям цифровой основы компании £57?/ масштаба 1:1000000, методом, описанным в Главе 2, с помощью программы кыозикр.

153. Совмещение послойной окраски, аналитической отмывки и векторного слоя гидрографии.

154. Карта градиентного поля для тестового участка (склон горы Айкуайвенчорр, Хибины, Рис. 2), выполненная вторым способом.

155. Направление стрелок изменяется дискретно по восьми румбам, цветом показана соответствующая экспозиция склонов. Толщина стрелок также изменяется дискретно в зависимости от углов наклона.1. Углы наклона

156. О более 45° О 30° 45° О 20° -30° а 12°-20° А 8°-12° Т 5°-8° менее 5°1. Экспозиция склоновс1. С-3 а С-Вя3 в ю-зю

157. Карта градиентного поля для тестового участка (склон горы Айкуайвенчорр, Хибины, Рис. 2), выполненная вторым способом.

158. Направление стрелки указывает направление стока

159. Совмещение аналитической отмывки с картой экспозиций склонов и базовыми слоями горизонталей и гидрографии (территория Сатинского учебного полигона).

160. ЦМР построена по изолиниям, оцифрованным с карты масштаба 1:5000 с помощью программы МАОБиЯР, шаг сетки модели 2.5 метра. Карта экспозиций, аналитическая отмывка создана с помощью пакета МАГ на основе построенной ЦМР.С

161. Примеры виртуальных геоизображений (территория Сатинского учебного полигона).

162. Примеры виртуальных геоизображений (территория Гленко (Glencoe), Шотландия).

163. Результат .моделирования рельефа по изолиниям авторским методом и методом Хатчинсона (район дельты Волги вблизи нос. Гандуриио, Камызякекий р-н Астраханской обл,. горизонтали ог{ифрованы с топографической карты масштаба 1:50000).

164. Послойная окраска выполнена по цифровым моделям рельефа, показаны также исходные изолинии, по которым выполнялось моделирование и объекты гидрографии.о еи13= Я1. ЬЙо о, о нк <1. Высота в метрахниже -25 -20 выше

Информация о работе

Кошель, Сергей Михайлович
кандидата географических наук
Москва, 2004
ВАК 25.00.35

Диссертация

Теоретическое обоснование структуры и функций блока моделирования рельефа в ГИС - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы