4.2 Хід роботи: розробка еколого-техногеохімічної карти

Починаючи від того, в якому місті які у Вас дані і закінчуючи в якій крапці який зміст. Все що розподілено в координатах Х-Y може бути оброблено з використанням цієї програми. Процес цей складний, оскільки мережі спостережень бувають рівномірні і нерівномірні, тому і методи побудови бувають різні. Частину питання спробуємо освітити в цих кроках (рис. 4.3).

Рисунок 4.3 – 3D модель

Перше, що потрібно знати, WinSurf працює в два етапи. Побудова будь-яких поверхонь в ізолініях стояться на основі рівномірної мережі. А Ваші дані можуть бути як в рівномірній мережі, так і ні. На рисунках нижче приведені приклади нерівномірної мережі (рис. 4.4).

Рисунок 4.4 – Приклади мережі

Не дивлячись на те, що друга мережа здається рівномірною, вона такою не є. Рівномірна мережа – це однакова відстань по X і У. WinSurf приводитиме Вашу мережу до рівномірної. Дана можливість знаходитися в меню Grid-Data (рис. 4.5).

Рисунок 4.5 – Меню Grid-Data

Не вдаючись поки в деталі, в результаті роботи даної частини WindSurf, у Вас буде одержаний GRD файл з рівномірною мережею (рис. 4.6).

Рисунок 4.6 – GRD файл з рівномірною мережею

І на основі цього GRD файлу у Вас є можливість відбудувати різні контурні або тривимірні карти. Дана можливість знаходитися в меню Map (рис. 4.7).

Рисунок 4.7 – Меню Map

Ось приклад побудова контурної карти (рис. 4.8).

Рисунок 4.8 – Контурна карта

Все працює в два етапи. Перший етап – перерахунок ваших даних в регулярну мережу (рівномірна), другий етап – побудова відображення (карти) на основі рівномірної мережі.

Отже, ми знаємо, що рівномірна мережа буде побудована з наших даних. Незалежно від формату даних, самі дані повинні бути приведені до вигляду (рис 4.9):

Рисунок 4.9 – Мережа

Далі, Ви повинні зняти координати кожної крапки. Перша колонка Х, друга Y, третя значення Z. Хоча колонок із значенням може бути багато. Головне, що перші дві – це координати. Хоча звичайно WinSurf дозволяє довільно вибирати, яка колонка за що відповідає, але все одно поки краще дотримуватися правил. Зайшовши в меню Grid – Data (рис. 4.10).

Рисунок 4.10 – Меню Grid – Data

Ви зможете подивитися, які формати підтримуються (рис. 4.11).

Рисунок 4.11 – Формати файлів

Особливо не вражає, оскільки немає DBF, ACCESS, зате є текст і EXCEL. Але з EXCEL потрібно бути обережним. Якщо у Вас EXCEL 97, то дані не прочитаються. Зберігайте у любій 4 версії. Якщо все успішно і дані вдалося відкрити, то Ви повинні побачити вікно, які зображено на рисунку 4.12.

Рисунок 4.12 – Вікно Data

Це говорить про те, що WinSurf готовий до роботи. Тут потрібно буде ввести настройки для перерахунку в GRD файлу.

Це найперша вкладка, яка Вам потрібна для приведення Ваших даних до регулярної мережі (рис. 4.13).

Рисунок 4.13 – Вікно Data

В випадаючому вікні Data Columns (рис. 4.14) потрібно вказати стовпці координат X і Y. Вони вибираються зі всіх стовпців Ваших даних.

Рисунок 4.14 – Випадаюче вікно Data Columns

А ось Z – це значення ознаки. Це значення може бути тільки одне, тобто не можна перерахувати за один захід декілька ознак. Якщо це потрібно, то доведеться стільки разів перераховувати, скільки ознак. Знизу знаходитися вікно статистики, з якого Ви можете дізнатися багато цікавого про Ваші дані. Наприклад, максимальне або мінімальне значення, діапазон і так далі. Корисне вікно і Duplicate, яке дозволяє встановити, що зробити якщо в початкових даних є крапки по одних координатах мають різні значення. Вибір великий (рис. 4.15).

Рисунок 4.15 – Вікно Duplicate

В даному випадку буде вибрано усереднити. Ось перший етап і пройдений. Ми вказали координати і значення ознаки, вказали що робити при повторі крапок.

Друга вкладка вимагаюча настройки (рис. 4.16).

Рисунок 4.16 – Вкладка General

Перше, на що потрібно звернути увагу, це на метод. Метод надзвичайно важливий для обробки – знаходитися вибір методу в списку Gridding Method (рис. 4.17).

Рисунок 4.17 – Gridding Method

Далі нас повинно цікавити, куди буде поміщене вихідне покриття, це ви можете побачити в полі Output Grid File. Поряд є значок відкритої папки, який можна використовувати для вказівки вихідного покриття. Натиснувши на нього, Ви можете просто ввести нове ім'я (рис. 4.18).

Рисунок 4.18 – Збереження Grid File

Ще один параметр – це Grid Line Geometry. Поки що можна залишити параметри по замовчуванню. По замовчуванню WinSurfer вибирає як межі мережі мінімальні і максимальні, значення X і У координат точок даних з XYZ файлу. Ви можете його вибрати в Gridding Method (рис. 4.19).

Рисунок 4.19 – Gridding Method

Давайте подивимося, як він працює. Тріангуляція з лінійним методом інтерполяції в Surfer використовує оптимальну тріангуляцію. Алгоритм створює трикутники, проводячи лінії між точками даних. Первинні крапки зв'язані у такий спосіб, що б уникнути перетин граней. Цей метод - точний інтерполятор (рис. 4.20).

Рисунок 4.20 – Тріангуляція з лінійним методом інтерполяції

Кожен трикутник визначає площину над вузлами сітки, що знаходяться усередині трикутника з нахилом і підвищенням трикутника, визначеного трьома первинними точками даних, визначаючими трикутник. Всі вузли сітки усередині даного трикутника визначені трикутною поверхнею (рис. 4.21).

Рисунок 4.21 – Визначення площі над вузлами сітки

У кожній крапці виходить значення шляхом витягання даних з трикутника нижче за крапку. Тріангуляція з лінійною інтерполяцією працює краще всього, коли ваші дані рівномірно розподілені над областю сітки. Набори даних, які містять розріджені області, приводять до трикутних граней на карті. Дивимося приклад нерівномірних даних (рис. 4.22).

Рисунок 4.22. – Нерівномірні дані

Ви можете узяти їх з проекту.

Ось результат побудови (рис. 4.23).

Рисунок 4.23 – Результат побудови

Як бачите, картинка вийшла дуже прямолінійна. Але за наявності достатньої кількості рівномірних даних, можна одержати цілком правильну картинку (рис. 4.24).

Рисунок 4.24 – Правильна картинка

Для цієї картинки те ж дані є в проекті - Data1.dat - ASCII формат. Проблеми цього методу в точності. Дійсно він може бути застосовний тільки в тому разі, якщо значення, на яких вироблялися побудови, максимально достовірні. Наприклад, побудова крівлі гранітного масиву за даними буріння (рис. 4.25).

Рисунок 4.25 – Данні буріння

Ми можемо точно знати глибину досягнення масиву. Чим точніше буде мережа, тим краще ми знатимемо форму тіла. Але ще раз побудова йде від крапки. Тобто значення в крапці реально характеризує майданчик (рис. 4.26).

Рисунок 4.26 – Зображення значення в крапці,

яке характеризує майданчик

Розуміння цього моменту дуже важливо. Значення їх крапки характеризує площу. Якщо дані в крапці достовірні, то Ви можете застосовувати цей метод. Наприклад, якщо узяти геофізику, то застосування методу лінійної тріангуляції цілком доречно. Адже дані є підсумовуваними, виходячи з теорії поля. Вектор напруженості в крапці є сумою векторів в цій крапці. Виходить, що дані в крапці у момент виміру вже характеризують деякий майданчик. Значить і зворотну операцію з крапки в майданчик проводять коректно. Але набагато гірші дані, наприклад, з геохімії. При отриманні геохімічної крапки не можна сказати, що проба характеризуватиме майданчик. Оскільки дані дуже мінливі, можна одержати зовсім іншу картинку. Подивіться на картинку нижче (рис. 4.27).

Рисунок 4.27 – Геохімічної майданчик

Реальне поле і одержане методами вимірів. Реальне поле дуже складне, а одержуємо ми просте зростання геохімічного поля. Хіба в даній ситуації можна застосовувати методи тріангуляції, якщо крапка не характеризує площу? Питання це складне. Треба чітко зрозуміти, якщо дані дуже точні або в процесі отримання містять інтегровані оцінки, то даний метод можна застосовувати, у всіх решті випадків – це прямий шлях до спотворення реальності.

На даному кроці спробуємо зробити все, про що говорили. Беріть з проекту sample.dat це звичний текстовий файл (табл. 4.1).

Таблиця 4.1 – Текстовий файл

X	Y	Z
0	0	513
0	182	502
2	374	438

На вкладці Data переконайтеся, що у нас правильно встановлені колонки X, Y, Z. На вкладці General потрібно вибрати метод лінійної тріангуляції. Після натиснення на кнопку OK Ви повинні побачити звіт про роботу (рис. 4.28, 4 29).

Рисунок 4.28 – Результати GRD файла

.

Рисунок 4.29 – Ярлики файлів

Після цього є можливість проглянути результуючий GRD файл. Для цього є GRID Node Editor (рис. 4.30).

Рисунок 4.30 – GRID Node Editor

Виберіть GRD файл і Ви зможете проглянути результат обробки даних (рис. 4.31).

Рисунок 4.31 – Результат обробки даних

Ви бачите і аномалії, що вже заздалегідь відмалюєте. Але їх можна включати і прибирати, це робиться в меню Опції (рис. 4.32).

Рисунок 4.32 – Меню Опції

Можна повернути все в текстовий формат, скориставшись меню File - SaveAs. Там є формат ASCII (рис. 4.33).

Рисунок 4.33 – Як зберегти файл

На основі одержаного GRD файлу можна побудувати контурну карту. Переходимо в меню MAP (рис. 4.34).

Рисунок 4.34 – Меню MAР

Побудова контурної карти. Нас попросять вказати GRD файл. Після цього з'явитися діалогове вікно (рис. 4.35).

Рисунок 4.35 – Діалогове вікно

У цьому вікні можна робити різні настройки, але ми поки зробимо все за умовчанням і натиснемо OK (рис. 4.35). В результаті у нас з'явитися наша перша контурна карта (рис. 4.36).

Рисунок 4.36 – Контурна карта

У минулому кроці ми зробили все за умовчанням. Але WinSurf дозволяє настроювати зовнішній вигляд карти. Знову дивимося діалогове вікно, яке з'являється після вибору GRD файлу. Нас зараз цікавить Filled Contours (рис. 4.37).

Рисунок 4.37 – Filled Contours

Вибір цих опцій дозволяє побудувати карту із закрашеними контурами (рис. 4.38).

Рисунок 4.38 – Побудова карти

Карта квадратна, але є область без значень. Управляє видом цієї області Blanked Region (рис. 4.39).

Рисунок 4.39 – Вікно Blanked Region

Поставте їх на малюнку і Ви чітко побачите області, у яких немає значень (рис. 4.40).

Рисунок 4.40 – Області, у яких немає значень

Поняття області без даних реально існує. Це та область для якої не одержаний результат. І звичайно вона кодується деяким прикордонним числом. Друга важлива вкладка це Levels (рис. 4.41).

Рисунок 4.41 – Вкладка Levels

Вона дозволяє указувати через який діапазон значень проводити контури значень. Перш ніж розв'язуватися на контури, необхідно вивчити дані в Grid Node editor, для того що б не вийшло ось такої картини (рис. 4.42).

Рисунок 4.42 – Не правильна картинка

При неправильному виборі рівнів проведення контурів, Ви пропускаєте аномальні ділянки. Тут можна додавати, видаляти значення, настроювати колір, наприклад, щоб підкреслити цікаві або небезпечні рівні.

Дуже часто буває корисним винести реальні дані в своїх крапках поверх перерахованої сітки. Наприклад, що б побачити дані з критичними відмітками або подивитися, як був вироблений перерахунок.

Побудуємо контурну карту. Дані можете узяти з проекту для даного кроку. Отже, вважатимете з цією задачею справилися і у нас є контурна карта. Для того що б нанести реальні дані у нас є пункт меню Post Map (рис. 4.43).

Рисунок 4.43 – Меню Post Map

Після його вибору потрібно вказати на початковий файл з даними (рис. 4.44).

Рисунок 4.44 – Початковий файл з даними

З'явитися діалогове вікно з настройками (рис. 4.45).

Рисунок 4.45 – Діалогове вікно з настройками

Тут немає чогось особливого окрім настройки значка. А ось вкладка Labels (рис. 4.46) може нас зацікавити, оскільки там можна вказати щоб значення по Z виводилися поряд із значком.

Рисунок 4.46 – Вкладка Labels

В результаті Ви побачите і контурну карту і початкові дані (рис. 4.47).

Рисунок 4.47 – Контурна карта і початкові дані

У минулому кроці ми дивилися, як можна вивести реальні дані. Але було б добре, якби кожному проміжку даних можна було указувати певний значок. Ми б бачили, як розподілені дані в деякому діапазоні. І це можна. Переходимо в New Classes Post Map меню (рис. 4.48).

Рисунок 4.48 – Map меню

Далі вибираємо файл, з'явиться діалогове вікно, але в ньому є цікавий пункт як classes.

Рисунок 4.49 – Classes Post Map меню

Тут ми можемо вказати діапазон значення і зробити відповідний значок. Ось приклад результату, коли максимальні значення червоні (рис. 4.50).

Рисунок 4.50 – Точки спостереження

Переходимо знову в меню View, але тепер WireFrame (рис. 4.51).

Рисунок 4.51 – Меню WireFrame

З'явиться знову знайоме вікно настройки (рис. 4.52).

Рисунок 4.52 – Вікно настройки

Параметрів тут достатньо багато для настройки відображення, натисніть ЗАСТОСУВАТИ для перегляду за умовчанням (рис. 4.53).

Рисунок 4.53 – 3D модель поверхні

Спробуйте побудувати креслення для того, що б показати ізолінії на об'ємній моделі (рис. 4.54). Даний вид відображення нагадує аерофотознімок який набагато легше для сприйняття.

Рисунок 4.54 – Ізолінії на об'ємній моделі

Переходимо в меню Map-Shaded Relief Map (рис. 4.55).

Рисунок 4.55 – Меню Map-Shaded Relief Map

Далі нам запропонують вибрати GRD файл і потім з'явитися вікно настройки (рис. 4.56).

Рисунок 4.56 – Вікно настройки

Після цього, ми можемо настроювати параметри відображення. Зробимо це, за умовчанням і просто подивимося що вийди (рис. 4.57).

Рисунок 4.57 –Відображення поверхні

Для вже одержаного зображення у будь-який момент можна поміняти властивості. Клацніть по ньому правою кнопкою мишки і виберіть Properties (рис. 5.58).

Рисунок 4.58 – Вибір Properties

Після цього знову з’явиться вікно настройки.

Можна поміняти кольори (рис. 4.59).

Рисунок 4.59 – Вікно настройки для зміни кольору

Натискаємо ЗАСТОСУВАТИ і дивимося (рис. 4.60).

Рисунок 4.60 – Відображення поверхні в червоному градієнті

Дуже зручно, що у будь-який момент Ви можете вибирати параметри і дивитися на результат, не закриваючи вікно настройки.

Не дивлячись на те, WinSurf підтримує інструменти редагування набагато зручніше готувати графіку для звітів, використовуючи один з повноцінних векторних редакторів. Для прикладу можна привести CorelDraw. Отже, питання в тому, як одержану карту перенести в Corel. Будуємо карту (рис. 4.61).

Рисунок 4.61– Побудована карти

Далі заходимо в меню File-Export (рис. 4.62).

Рисунок 4.62– Меню File-Export

Для експорту вибираємо WMF формат (рис. 4.63).

Рисунок 4.63 – Вікно Export

У Corel імпортуємо, вибираючи WMF формат (рис. 4.64).

Рисунок 4.64 – Програма Corel

Якщо потрібно щось підправити, то цей об'єкт можна розгрупувати і вже далі перетворювати (4.65).

Рисунок 4.65 – Редагування об’єктів

Завдання

▲ Розробіть карту фактичного матеріалу з геоекологічними полігонами.

▲ За допомогою топографітної карти визначте географічні координати та висоти геоекологічних полігонів.

▲ Розробіть тривимірну модель території.

▲ Об’єднайте за допомогою накладання тривимірну модель території з картою інтерполяції забруднення.