2.4 Структура набору геопросторових даних для задач народного господарства
Створення єдиного інформаційного простору може бути вирішене тільки на основі використання узгодженої методологічної та технологічної бази, яка повинна будуватись на основі сучасних інформаційних технологій з максимальним використанням існуючих інформаційних ресурсів, баз даних та технічних засобів.
Інфраструктура просторових даних – це, перш за все, принципи, на основі яких мають бути побудовані сучасні ГІС, це концепція, в якій має бути закріплено впровадження стандартів обміну геоданими і створення загальнодоступного каталогу геоінформаційних ресурсів і служб.
Набір геопросторових даних для вирішення задач народного господарства представленний діаграмою класів (рис. 2.9).
Р
исунок
2.9 – Набір геопросторових даних
Він повинен включати інформацію про:
гідрографію (глибина, тип дна);
рослинність (вид рослинності, основні характеристики);
ґрунтові умови (тип грунту, фізико – механічні характеристики, тощо);
рельєф території (висотні відмітки);
територіальне положення;
дорожню мережу.
Проаналізувавши набір геопросторових даних, можна сказати, що дані про гідрографію потрібні для визначення межі водозбірних басейнів, моделювання зон затоплення. За даними про ґрунтові умови, можна побудувати картограму агровиробничих груп ґрунтів. Дані про рельєф території можна отримати з наземного знімання та автоматизованих супутникових систем, на основі цих динних можна вирішити такі задачі:
побудова горизонталей;
визначення ухилу;
визначення експозиції схилу;
побудова картограми крутості схилів;
визначення зон покриття радіочастотної вишки.
Для моделювання задач будівництва (планування лінійних споруд – дорожна мережа, трубопроводи) потрібно використати дані про рельєф, дані про будівлі та споруди, дані про дорожню мережу, дані про ґрунтовий склад.
Висновки після розділу 2
В даному розділі обгрунтовано необхідність впровадження геоінформаційного забезпечення для вирішення задач народного господарства.
Детально описано обробку даних SRTM та ASTER GDEM в програмному комплексі ArcGIS, починаючи від скачування даних, і закінчуючи класифікацією за значенням висоти.
Представлено основні завдання, в концепції запроектованої геоінформаційної системи, у вигляді діаграми сценаріїв виконання UML. За допомогою синтаксису мови концептуального моделювання IDEF0, побудовано концептуальну модель використання даних глобальних ЦМР при побудові картограми екологічної придатності земель.
Визначено елементи набору геопросторових даних, та розроблено модель набору геопросторових даних для геоінформаційного розв’язання задач народного господарства, яка включає дані про рельєф території, гідрографію, рослинність, дорожню мережу, територіальне положення, дані про будівлі і споруди, грунтові умови, дані геодезичних знімань, аеро та супутникові знімки, дані АСС.
Розділ 3 практична реалізація запропонованої системи
3.1 Побудова картограми крутості схилів на територію Дубенського району за даними srtm та aster gdem
Для оцінювання можливості використання даних глобальних ЦМР у задачах землеустрою необхідно створити і порівняти дані, що містять висотну інформацію, отриману традиційним шляхом та за допомогою супутникових комплексів. Зокрема, для перевірки точності отриманих даних використовується їх порівняння з векторизованими горизонталями та ЦМР на територію окремого адміністративного району (Дубенський район Рівненської області) (масштаб 1:50000). Такий масштаб картографічного матеріалу використовується при розробці програм використання земельних ресурсів району.
В якості «підкладки» для дослідження використано знімок території Дубенського району завантажений з програми SAS.Планета та імпортований у програмне середовище ArcGIS (Рис 3.1).
SAS.Планета - вільна програма, призначена для перегляду і завантаження супутникових знімків високої роздільної здатності та звичайних карт, що представляються такими сервісами, як Google Earth, Google Maps, Bing Maps, DigitalGlobe, " Космоснімки", Яндекс.Карти, Yahoo! Maps, VirtualEarth, Gurtam, OpenStreetMap, eAtlas, iPhone maps, карти Генштабу та ін., але, на відміну від цих сервісів, всі викачані карти залишаться на комп'ютері, і користувач має змогу їх переглядати навіть без підключення до інтернету. Крім супутникових карт можлива робота з політичною, ландшафтною, поєднаною картами, а також картою Місяця і Марса. Завантаження карт здійснюється як виділенням деякій області (можливо не прямокутної ) , так і в процесі переміщення по карті. Карти часто оновлюються - програма дозволяє завантажити лише найновіші[17].
Рисунок 3.1 - Знімок території Дубенського району завантажений в ПС ArcGIS
Межу району і горизонталі, створені способом ручної векторизації в програмному комплексі AutoCAD, імпортовано за допомогою інтегрованого додатку ArcToolbox.
По-етапно буде створена цифрова модель рельєфу, яка заснована на TIN. TIN - це модель просторових даних, що являє собою сукупністю з'єднаних між собою плоских трикутних граней, що спираються на нерівномірно розміщену в просторі мережу точок з відомими відмітками топографічної поверхні. У TIN-моделі може зберігатися інформація тільки про відмітки характерних точок поверхні, розміщених на структурних лініях рельєфу, - вододілах, тальвегах, а також переломах поздовжнього і поперечного профілів схилів. У зв'язку з цим цей різновид ЦМР може забезпечити дуже компактне і досить ефективне і для візуального представлення, і для виконання багатьох аналітичних процедур (обчислення відхилень, експозицій та ін ) зберігання інформації про рельєф даної території[16].
Після опрацювання даних вручну, перевірки їх коректності та внесення необхідної атрибутивної інформації про кожен елемент одержано вихідні дані, з якими порівнювалися результати дослідження. За одержаними горизонталями побудована ЦМР.
Спочатку, за допомогою модуля 3D Analyst, була створена TIN – модель за значеннями висоти горизонталей(Рис.3.2).
Рисунок 3.2 – Створення TIN - моделі
Д
ля
подальшої роботи, отриману TIN
– модель потрібно конвертувати в
растр(Рис.3.3)
Рисунок 3.3 – Конвертація TIN – моделі в растр
З отриманої ЦМР, за допомогою модуля 3D Analyst, створюємо картограма крутості схилів для масштабу 1:50000 (рис.3.5а – 3.6а).
Подальша робота полягає у скачуванні глобальних ЦМР за даними SRTM (рис.3.5б) та даними ASTER GDEM (рис. 3.5в), створенні картограм крутості схилів для досліджуваної території (рис.3.6б та рис. 3.6в), та побудові горизонталей з перерізом 20 м, як на вихідному матеріалі (рис 3.4б та 3.4в).
а б в
Рисунок 3.4 – Межа та горизонталі Дубенського району: (а) – оцифровані вручну, (б) – побудовані за даними SRTM,
(в) - побудовані за даними ASTER GDEM
а б в
Рисунок 3.5 – Відображення цифрової моделі рельєфу:
(а) – за даними оцифрованими вручну, (б) – за даними SRTM, (в) - за даними ASTER GDEM
а б в
Рисунок 3.6 – Ухили побудовані для території Дубенського району:
(а) – за даними ЦМР після оцифрування вручну,(б) – за даними SRTМ, (в) - за даними ASTER GDEM
З візуального порівняння результатів видно, що загальна характеристика форм рельєфу повторюється на всіх матеріалах, однак найкраща вираженість дрібних форм рельєфу спостерігається у моделях отриманих за даними ASTER.
Для визначення числових характеристик точності отриманих поверхонь обчислено різницю поверхонь ЦМР у метрах (рис 3.7-3.10).
Як видно з рис. 3.8 та 3.10 СКП відхилення ЦМР SRTM та ASTER від вихідної ЦМР, одержаної за відвекторизованими горизонталями, становить 12,5 та 15,1 м відповідно. Тобто відхилення менші від використаного вихідного перерізу горизонталей, що свідчить про можливість використання даних глобальних ЦМР для вирішення представленої задачі.
Рисунок 3.7 – Розрахунок різниці поверхонь ЦМР території Дубенського району отриманих класичним способом та за даними SRTM
Рисунок 3.8 – Класифікація розрахунку різниці поверхонь ЦМР для території Дубенського району, отриманих класичним способом та за даними SRTM
Рисунок 3.9 – Розрахунок різниці поверхонь ЦМР території Дубенського району отриманих класичним способом та за даними ASTER GDEM
Рисунок 3.10 – Класифікація розрахунку різниці поверхонь ЦМР для території Дубенського району, отриманих класичним способом та за даними ASTER GDEM
Виходячи з одержаних результатів, для вирішення землевпорядних задач, які розв’язуються в межах території району (де використовуються картографічні матеріали у масштабі 1:50000 й переріз горизонталей 10-20 метрів), використання даних SRTM та ASTER GDEM цілком прийнятне.
Середнє квадратичне відхилення різниць поверхонь ЦМР на територію Дубенського району, отриманих класичним способом та за даними SRTM становить 12,5 м, а отриманих класичним способом та за даними ASTER GDEM 15,1 м, що менше використаної для порівняння висоти перерізу рельєфу.
Крім того, з результатів візуального порівняння рисунків 3.4-3.5 очевидно, що дані SRTM та ASTER GDEM дозволяють виявити та врахувати дрібніші форми рельєфу, ніж ті, що виражаються горизонталями з перерізом 20 м. Виходячи з цього, вважаємо, що використання даних SRTM та ASTER GDEM для вирішення землевпорядних задач, які використовують картографічні матеріали масштабу 1:50000, можливе і дозволяє зекономити час на виконання робіт.
При цьому, за даними відхилень дещо кращу точність демонструють дані SRTM, що не зовсім відповідає візуальним оцінюванням якості одержаних ЦМР. Це може пояснюватися тим, що вихідні дані, використані для порівняння точності (і які використовуються для побудови картограм традиційними методами) є нижчої точності від даних глобальних ЦМР. Для перевірки цієї думки необхідно провести додаткові дослідження, наприклад, виконати подібне порівняння на територію сільської ради, для якої традиційно використовуються картографічні матеріали масштабу 1:10000 з перерізом рельєфу 2,5 метрів.