Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

1. KAM REIKALINGA RELJEFO INFORMACIJA: Augalijos pasiskirstymo dėsningumai nulemiami reljefo ypatumų Drėgmė, šiluma, apšviestumas – taip pat … Vienas iš pagrindinių parametrų erdviniame modeliavime: hidrologiniai reiškiniai augalija inžinerija dirvožemis geomorfologiniai procesai … Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

2. INFORMACIJA APIE RELJEFĄ NESUNKIAI PRIEINAMA: Dažnai jau sukaupta Aktualumas išsaugomas ilgą laiką Įvairiapusis panaudojimas Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

3. AR RELJEFAS TIKRAI VISKĄ NULEMIA? Dirvožemis (vanduo, temperatūra) Augmenija (vanduo, temperatūra, šviesa) Hidrologiniai procesai (krituliai, evapotranspiracija, nuolydis, augmenija, …) Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

4. Pagrindinės sintakse besiskiriančios SRM struktūros yra: 1. Linijų modelis; 2. Netaisyklingų trikampių tinklomodelis; 3. Rastrinis SRM modelis (angliškai atitinkamai line, triangulated irregular network, dažniausia užašomas TIN ir grid network) Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

5. Linijų modelyje reljefas atvaizduojamas izolinijų pavidalu, kurios kaupiamos kompiuterinėse duomenų bazėse kaip x,y koordinačių porų grandinės kiekvienai atitinkamai vienodo aukščio reikšmei. Paprastai skaitmeninių izolinijų duomenys naudojami sudėtingesnėms reljefo struktūroms generuoti, tačiau izolinijų duomenys, pavyzdžiui, tik įvesti pagal topografinį žemėlapį, kuria tai prasme gali būti naudojami aptariant vietovės reljefą. Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

6. Linijų modelyje reljefas atvaizduojamas izolinijų pavidalu, kiekviena jų jungia vienodos altitudės taškus Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

7. Sritys tarp gretimų izolinijų gali būti nudažomos viena spalva, kuri palaipsniui kinta keičiantis izolinijų altitudžių reikšmėms Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

8. NETAISYKLINGŲ TRIKAMPIŲ TINKLO modelyje paviršius suskirstomas į trikampes elementarias plokštumas Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

9. Atvaizduojant trikampės plokštumos gali būti nuspalvojamos pagal altitudę, Nuolydį ar ekspoziciją jose, taip pat modeliuojant apšviestumą Saulės spinduliais Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

10. 6 1 A K J 7 11 B C N 5 8 I L M 2 10 D H 9 E G F 3 4 Netaisyklingų trikampių tinklo modelyje paviršius suskirstomas į trikampes elementarias plokštumas Kiekvienas trikampis identifikuojamas raide, jų viršūnės (arba mazgai) - skaitmenimis. Koordinatės ir topologinė informacija kaupiama topologinėse lentelėse. Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

11. Netaisyklingų trikampių tinklo generavimo taisyklės: Kiekvienas duomenų taškas naudojamas kaip mazgas; Jei per 3 trikampio viršūnes nubrėžtume apskritimą, tai šio apskritimo viduje negali būti jokia kita trikampio viršūnė (mazgas) – Delaunay taisyklė. Pastaroji sąlyga didina trikampių vidaus kampus ir minimizuoja ilgiausios trikampio kraštinės ilgį. Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

12. Netaisyklingų trikampių tinklo generavimo taisyklės: Apie kiekvieną duomenų tašką galima generuoti Thiessen’o poligonus, kurių mazgai sutaps su apskritimų centrais Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

13. Netaisyklingų trikampių tinklo struktūrų privalumai: Trikampių forma ir dydis gali kisti priklausomai aprašomo reljefo ypatumų; Galimybė naudoti “lūžio linijas” - keliai, pylimai, hidrografiniai elementai - sutapatinant jas su trikampio kraštine; Gali būti apskaičiuojamas nuolydis, ekspozicija ir pan. (nors tai sudėtingesnis procesas kaip naudojant rastrinį modelį). Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

14. Rastrinis skaitmeninis reljefo modelis Privalumai: Duomenų kaupimo paprastumas; Panaudojimo analizėje lengvumas. Trūkūmai: Didelės duomenų apimtys; Pertekliniai duomenys lygaus reljefo teritorijose Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

15. Duomenys skaitmeniniams reljefo modeliams: 1. Natūros matavimai (problema – kaina) 2. Fotogrametriniai matavimai, atliekami rankiniu, pusiau automatizuotu ir automatiniu režimais (problema – atrankos schema) 3. Esamų kartografinės informacijos šaltinių digitalizavimas (problema – perteklius duomenų taškų ant izolinijų ir trūkumas tarp jų) 4. Kiti metodai – radaras, lazerinis altimetras, sonaras, gręžiniai, seismologiniai stebėjimai ir kt. Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

16. Paviršių generavimas NT Arc/Info Realizuoti šie paviršių generavimo algoritmai: Interpoliuoja pagal taškus: IDW EDW KRIGING SPLINE Interpoliuoja pagal taškus ir/arba izolinijas: TOPOGRID Algoritmų tinkamumas reljefo modeliams generuoti nevienodas Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

17. TOPOGRID Skirtas generuoti hidrologiškai korektiškus reljefo modelius santykinai nedidelės teritorijoms, kur turima pakankamai detali informacija apie vietovės reljefą (aprašomą altitudės izolinijomis ar/ir taškais) bei hidrografinį tinklą. TOPOGRID grindžiamas modifikuota SPLINE funkcija, atskirai vertinant teritorijas ties hidrografinio tinklo elementais, kur paprastai sutinkamas didesnis reljefo išreikštumas Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

18. TOPOGRID Pagrindiniai interpoliavimo principai: Pagrindinis vietovės reljefą formuojantis faktorius - paviršinis vanduo. Todėl vietovėje palyginus daugiau kalvų viršūnių (lokaliniai maksimumai) ir mažiau daubų (lokaliniai minimumai), kas sudaro sujungtą esamų ir potencialių vandens srautų mozaiką. TOPOGRID, visų pirma, užtikrina sujungtą hidrografinį tinklą. Visos lokalios reljefo įdubos turi būti pažymėtos iš anksto, kadangi interpoliavimo metu jos bus traktuojamos kaip pradinių duomenų klaidos ir todėl eliminuojamos. Reljefo izolinijos pradžioje naudojamos sukurti apibendrintą vietovės reljefo modelio skeletą. Nustačius apibendrintą paviršiaus morfologiją, izolinijų informacija naudojama apskaičiuoti kiekvienos pikselos altitudės reikšmes. Interpoliacija vykdoma iteracijomis, palaipsniui mažinant pikselos dydį. Paprastai negali būti sukuriami reljefo modeliai, turintys daugiau kaip 1.6 milijono pikselų. Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

19. TOPOGRID Interpoliavime naudojama informacija: Interpoliuojamos teritorijos riba (BOUNDARY) - Arc/Info sluoksnis, sritis, nusakanti analizuojamos teritorijos apimtis. Interpoliavime naudojamų altitudės duomenų tipas - izolinijos ar taškai (DATATYPE), kuriam turi būti teikiama interpoliavimo proceso metu pirmenybė. Hidrografinis tinklas - Arc/Info linijų sluoksnis (STREAM). Būtina salyga - linijos privalo būti įvestos tėkmės kryptymi. Izolinijų skluoksnio pavadinimas bei lauko, kuriame nurodyta izolinijos altitudė, pavadinimas atkarpų atributų lentelėje (CONTOUR). Aukščio taškų sluoksnio pavadinimas (jei taškai naudojami) bei lauko, kuriame nurodyta taško altitudė, pavadinimas taškų atributų lentelėje (POINT). Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

20. TOPOGRID Interpoliavime naudojama informacija: Ežerų padėtis - Arc/Info sričių sluoksnis (LAKE). Ežero paviršius generuojamas lygus. Žinomų įdubų padėtis (SINKS). Didesni kaip 1.6 milijono pikselų reljefo modeliai gali būti sukuriami sustatant sisteminį kintamąjį GRIDALLOCSIZE reikalaujamo dydžio (nurodoma prieš nutrūkstant interpoliavimo procesui) arba generuojami keletas mažesnės apimties modelių, naudojant nedidelį analizuojamų teritorijų persidengimą. Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

21. TOPOGRID Gautų rezultatų vertinimas: Generuoto reljefo modelio pagrindu apskaičiuojamos izolinijos, kurios sutapatinamos su pradinėmis izolinijomis. Generuoto reljefo modelio pagrindu apskaičiuojami potencialių srautų padėtis ir sulyginama su realiu hidrografiniu tinklu. Jei interpoliavime buvo naudotas esamas hidrografinis tinklas, sutapimas turi būti beveik idealus. Interpoliavime nenaudojama dalis pradinių taškų. Generavus reljefo modelį altitudės reikšmės juose atimamos iš interpoliuotų, apskaičiuojama vidutinė kvadratinė paklaida. Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

22. KRIGING, SPLINE Pastarieji algoritmai Arc/Info operuoja altitudės duomenimis, pateikiamais taškuose. Kadangi standartinėse GIS duomenų bazėse altitudės perteikiamos izolinijomis, o aukščių taškų informacija palyginus negausi, darbinis aukščio taškų sluoksnis gali būti sukuriamas šia tvarka: 1. Generuojamas norimo tankumo linijų tinklas (pvz. Arc/Info GENERATE FISHNET). 2. Tinklas sukertamas su izolinijomis. 3. Sankirtose suformuojami mazgai, kuriems suteikiama izolinijos altitudės atributo reikšmė. 4. Mazgų pagrindu suluriamas taškų sluoksnis, kuris gali būti naudojamas KRIGING ar SPLINE interpoliavime. ARBA (lengviau, tačiau nukenčia atrankos schema): 5. Naudojant Arc/Info konvertuoti linijas į taškus, paprastai panaudojant atkarpų viršūnes (ARCPOINT). Galima Internete rasti priemonių tam atlikti ir ArcView Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

23. KRIGING, SPLINE Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

24. KRIGING, SPLINE = Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

25. KRIGING, SPLINE Arba Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

26. Reljefo modelio generavimas ArcView • Neturint 3D Analyst modulio naudojami Spatial Analyst integruoti SPLINE, IDW arba KRIGING algoritmai. • 3D Analyst modulis leidžia generuoti TIN. Pastaruoju atveju nurodoma: • Altitudžių duomenys - izolinijos ir/arba aukščio taškai (Mass points); • Reljefo lūžio linijos, paprastai sutampančios su pylimais, keliais, hidrografiniais objektais (Hard ir soft breaklines); • Analizuojamas plotas (Clip polygon); • Plotai, paprastai turintys tą pačią altitudę - ežerai - (Replace polygon). • Kiekvienam objektui, naudojamam TIN generavime, gali būti nurodoma altitudė. TIN pagrindu gali būti apskaičiuotas rastrinis reljefo modelis. Svarbu parinkti optimalų pikselos dydį!!! Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

27. Dzūkijos kompleksiškojo monitoringo stotys GIS primonėmis generuojamų skaitmeninių reljefo modelių tikslumas Aptariami rastriniai reljefo modeliai Pristatomas darbas, kuriame įvairiais metodais bei pagal įvairius pradinius duomenis generuotas ir įvertintas Dzūkijos kompleksiškojo monitoringo stoties skaitmeninis reljefo modelis Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

28. GIS primonėmis generuojamų skaitmeninių reljefo modelių tikslumas Vertinti pradiniai reljefo informacijos šaltiniai GDB200 reljefo informacija - izolinijų laiptas 20 m. LTDBK50V reljefo informacija - izolinijų laiptas 10m. LTDBK50V izolinijos, papildytos pusinėmis izolinijomis - izolinijų laiptas 5 m. Digitalizuotos topografinio žemėlapio M1:10000 izolinijos - izolinijų laiptas 2 m. Minėtuose DB ir žemėlapyje kaupiami aukščio taškai. Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

29. GIS primonėmis generuojamų skaitmeninių reljefo modelių tikslumas Testuoti interpoliavimo algoritmai TOPOGRID (interpoliuota pagal izolinijas ir jų pagrindu generuotus taškus) SPLINE (REGULARIZED ir TENSION, pagal izolinijų pagrindu generuotus taškus). TREND (1-12 laipsnio polinomai, pagal izolinijų pagrindu generuotus taškus). IDW (pagal izolinijų pagrindu generuotus taškus). EDW (pagal izolinijų pagrindu generuotus taškus). KRIGING (7 algoritmo variantai, pagal izolinijų pagrindu generuotus taškus). Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

30. GIS primonėmis generuojamų skaitmeninių reljefo modelių tikslumas Kitos testavimo sąlygos Generuojamų reljefo modelių skiriamoji geba 5x5 m. TOPOGRID algoritmas naudotas interpoliuojant pagal visus pradinių duomenų variantus. Kiti algoritmai testuoti tik pagal 2 m izolinijų laipto duomenis. Taškai izolinijų pagrindu gauti sukirtus 20x20 m tinklą su izolinijomis ir sankirtos taškams suteikus izolinijos altitudę. Generuota apie 38 tūkst. taškų. Interpoliuojant pagal 2 m izolinijų laipto pradinius duomenis testuoti reljefo modeliai, sukurti papildomai naudojant ir nenaudojant aukščio taškų informaciją. Reljefo modelio tikslumas vertintas specialiai parinktuose duomenų taškuose, kurie interpoliavimo procese nedalyvavo - kontrolės taškai - bei aukščio taškuose. Vertinta vidutinė kvadratinė, sisteminė paklaidos, min ir max gautų reikšmių nukrypimai bei interpoliavimo trukmė ir proceso valdymo sudėtingumas. Naudota NT Arc/Info programinė įranga. Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

31. Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

32. GIS primonėmis generuojamų skaitmeninių reljefo modelių tikslumas Kai kurios išvados 1. Reljefo modeliai, kur nagrinėjamas plotas reikalauja išskirti mezoreljefo formas, turėtų būti generuojami TOPOGRID algoritmu, naudojant izolinijų duomenis linijų pavidalu. 2. Jei yra galimybė į reljefo generavimą įtraukti papildomą informaciją apie atskirų taškų altitudes (čia tiek pagal topografinius žemėlapius nustatomi aukščio taškai, tiek bet kokie kiti taškai, kurių x, y, ir z koordinatės yra žinomos ar nesunkiai gali būti nustatomos, pavyzdžiui naudojant radiolokacijos sistemų technologijas), tai izolinijų pagrindu turėtų būti generuoti specialūs interpoliavimui skirti aukščio taškai, informacija sujungiama ir skaitmeninis modelis generuojamas KRIGING algoritmu – jei tenkinamos edvinės autokoreliacijos bei atrankos schemos intensyvumo sąlygos. 3. Naudojant metodiškai priimtinus interpoliavimo algoritmus (TOPOGRID, KRIGING, SPLINE) gaunamų altitudžių įvertinimo vidutinė kvadratinė paklaida sudaro 30 % nuo pradinio informacijos šaltinio izolinijų laipto. 4. Tiksliausias Dzūkijos IMS reljefo modelis buvo gautas naudojant KRIGING algoritmą ir eksponentinį pusvariacijės išlyginimo metodą, į analizę įtraukiant topografinio žemėlapio M 1: 10000 aukščio taškus (VKP = 0,32m.). Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

33. Skaitmeninės reljefo informacijos vizualizavimas Izolinijų generavimas Originalus SRM Nuolydžio apskaičiavimas Ekspozicijos apskaičiavimas Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

34. Skaitmeninių reljefo modelių panaudojimas Geodezija ir fotogrametrija – dažnai tikslas yra paruošti informaciją kitoms pritaikymo sferoms, distancinio zondavimo vaizdų geometrinė ir radiometrinė korekcija Inžinerija – kelių, melioracijos sistemų, statinių projektavimas ir pan. Aukštas tikslumas, nedidelė apimtis Planavimas ir resursų valdymas – ekologinio poveikio analizė, erozijos modeliavimas, taršos sklidimo modeliavimas Žemės mokslai – geologija, geomorfologija, hidrologija, glaciologija … Karinė sritis – veiksmų planavimas, raketų valdymas, komunikacijos, treniruotės … Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

35. Skaitmeninių reljefo modelių panaudojimas Upių baseino ploto apskaičiavimas Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

36. Skaitmeninių reljefo modelių panaudojimas Potencialių vandens srautų apskaičiavimas (pvz. kanalų sistemos projektavimui) Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis

37. Skaitmeninių reljefo modelių panaudojimas … Reljefo modeliavimas GIS priemonėmis