3.Моделювання рельєфу Грибовицького полігону тпв за архівними даними.
3.1. Обґрунтування вибору пз для виконання даної роботи.
ArcGIS Desktop є програмним забезпеченням що дозволяє знаходити неявні структури, зв'язки й тенденції даних прихованих у надрах баз даних, електронних таблиць і статистичних пакетів. Крім відображення даних у вигляді точок на карті, ArcGIS Desktop дозволяє управляти даними й інтегрувати їх, виконувати розвитий аналіз, моделювати й автоматизувати операційні процеси й виводити результати у вигляді карт професійнї якості.
Базовий модуль пакетів ArcGIS Desktop має уніфікований інтерфейс та архітектуру і в попередніх версіях (до версії 8.3) мав інтегрований набір компонентів (applications) ArcMap, ArcCatalog і ArcToolbox.
ArcMap дає можливість створювати електронні карти і маніпулювати ними З використанням даного додатка можна:
- створювати карти на основі інтегрування даних, які зберігаються в різних форматах, включаючи шейп-файли (shapefiles), покриття (coverages), таблиці (tables), наземні і космічні знімки (images) та трикутні нерегулярні мережі (triangulated irregular networks - TINs);
- подавати просторові дані у вигляді карт із використанням широкого спектра картографічних можливостей;
- аналізувати просторові дані з метою знаходження об'єктів або встановлення зв'язків між ними;
- складати графіки і звіти, що відображують результати виконаних досліджень.
Таблиці АrcMap можуть містити
- точкові просторові об’єкти
- лінійні просторові об’єкти
- площинні просторові об’єкти
Кожен рівень містить два вида інформації. Просторова інформація описує місцеположення і форму географічних об’єктів. Атрибутивна інформація повідомляє нам про інші характеристики просторових об’єктів.
Шейпфайли (Shapefiles) корисні для картографії та деяких видів аналізу. Кожен шейпфайл зберігає просторові об’єкти, які належать одному класу просторових об’єктів. Шейпфайли містять два види точкових об’єктів: точки і мультиточки. Вони мають лінійні просторові об’єкти, які можуть бути прості лінії і полілініями. Вони також мають площинні об’єкти, які являються простими та багаточастними областями, які називаються полігонами.
ГІС АrcMap використовує такі формати файлів які містять такі дані: .shp, .dxf, .dbf та інші.[http://helpiks.org/4-23983.html]
ArcCatalog дає можливість знаходити, переглядати, документувати й організовувати географічні дані, а також створювати власні бази даних для їх збереження, використовуючи при цьому набір інструментів для створення або імпорту класів об'єктів і таблиць.
ArcToolbox містить набір інструментів для конвертації, аналізу і керування даними. Нескладні завдання реалізуються на основі робочих форм (таблиць), у яких необхідно заповнити порожні поля. Більш складні операції виконуються за допомогою відповідних «майстрів». У сучасних версіях програмних продук- тів сімейства ArcGIS Desktop виконано уніфікацію цього компонента, при цьому модуль ArcToolbox пакета ArcView є, по суті, полегшеною версією ArcToolbox'a пакета Arclnfo. Так, у ArcGIS Desktop версії 8.3 модуль ArcToolbox пакета ArcView містить близько ЗО операторів (інструментів геообробки), повна ж версія модуля ArcToolbox, яка використовується в пакеті Arclnfo, містить близько 170 операторів. Для версії 9.0 ці цифри становлять 40 і 200 операторів відповідно.
[ file:///D:/Cut/Svitlychnyj%20O.%20Osnovy%20geoinformatyky.pdf.pdf]
Для функції побудови та аналізу ЦМР в ArcGIS підтримується відображення растрових і TIN моделей поверхні, і надає інструменти аналізу в додаткових модулях Spatial Analyst, 3D Analyst і Geostatistical Analyst для створення, аналізу і добування інформації з поверхонь.
Поверхня представляє собою явища, які мають певні значення в кожній точці по всій області їх залягання. Значення нескінченної кількості точок по всій поверхні витягуються з обмеженого набору вихідних значень. Значення нескінченної кількості точок по всій поверхні витягуються з обмеженого набору вихідних значень. Вони можуть бути засновані на прямих вимірах, наприклад, значних висоти рельєфу або значних температур для температурних поверхонь; значення для поверхні, розташовані між точками вимірювань, присвоюються шляхом інтерполяції. Поверхні можуть бути також математично розраховані на підставі інших даних, наприклад, поверхні ухилів або експозицій, отримані на підставі даних поверхні рельєфу, поверхня відстаней від автобусних зупинок в місті або поверхні, що показують концентрацію кримінальної активності або можливість виникнення страйків.
Поверхні можуть бути представлені за допомогою горизонталей або ізоліній, масивів точок, моделей TIN і растрів; проте більшість аналізів поверхонь в ГІС робиться на растрових даних або даних TIN.
Ізолінії являють собою набори ліній однакових значень по всій поверхні. Вони часто створюються для представлення поверхонь на карті.
Точки можуть розподілятися по поверхні регулярно або нерегулярно. Зазвичай вони використовуються як вхідні дані для інструментів інтерполяції, крігінга або тріангуляції для створення растрових поверхонь або TIN-моделей, хоча вони також іноді використовуються для картографічного представлення поверхні, наприклад, для відображення прапорів напрямку вітру або стрілок напрямку маршрутів з найменшою вартістю.
TIN являють собою мережі тріангуляційних границь, які визначаються вузлами і ребрами, які покривають поверхню. TIN створюються на підставі набору відомих значень або висотних точок, які були використані як вихідні вузли в тріангуляції. Лінії, де форма поверхні різко змінюється, наприклад, гірські хребти, водні потоки або дороги, можуть бути включені в TIN-моделі як лінії перегину, а області, які поділяють якесь значення, можуть бути представлені у вигляді заповнених полігонів. Значення для місць, розташованих між вузлами, можуть бути отримані для TIN-моделей за допомогою лінійної інтерполяції на основі значень найближчих вузлів. TIN-моделі зазвичай використовуються для представлення поверхонь рельєфу в інженерних додатках, оскільки позначки висот можуть бути розподілені нерегулярно для точного моделювання областей поверхні з великим перепадом значень висот, і вихідні значення точок та їх точна прив'язка на місцевості зберігаються в якості вузлів в цій TIN-моделі .
Растри являють собою прямокутні масиви осередків (або пікселів), що зберігають значення для тієї частини поверхні, яку вони покривають. Кожна комірка містить тільки одне значення, тому ступінь деталізації, з якою поверхня може бути представлена, визначається розмірів растрових осередків. Растри є найбільш часто використовуваними моделями поверхні в ArcGIS. Простота структури растрових даних дозволяє робити обчислення по растру (чи порівняння з іншими растрами) швидше, ніж з використанням інших форм представлення поверхонь. Растри також використовуються для зберігання знімків, відсканованих карт і спеціальної інформації, наприклад, про клас землекористування, яку часто отримують з знімків.
У ArcGIS є інструменти для створення поверхонь з векторних об'єктів або з інших поверхонь. Існує кілька способів створення поверхонь, у тому числі інтерполяція значень, що зберігаються в точках виміряних значень, інтерполяція поверхні щільності певного явища або типу об'єкта із заданого кількості об'єктів в області, отримання поверхонь відстаней (або напрямів) з об'єкта або об'єктів, і створення поверхні з іншої поверхні (растр ухилів з рельєфу) [http://resources.arcgis.com/ru/help/main/10.1/index.html#//018p00000008000000].
В Arc Map є можливість обчислювати об’єми за допомогою інструменту Surface Volume. Цей інструмент обчислює об'єм між заданими поверхнями. Поверхня може бути растром, TIN або terrain. Результати записуються в текстовий файл з роздільниками.
Якщо Вхідна поверхню (Input Surface) - набір даних TIN або terrain, аналізується внесок кожного трикутника в загальну площу і об'єм. Вихідним значенням буде сума цих частин. Якщо Вхідна поверхню (Input Surface) - растр, центри пікселів растра з'єднуються в трикутники. І такі трикутники обробляються за аналогією з TIN.
Вихідний текстовий файл (Output Text File) - це ASCII текстовий файл з роздільниками-комами, в який записуються результати роботи інструменту. Якщо файл існує, дані будуть дописані в нього. Перший рядок файлу містить назви полів. Це: Набір даних (Dataset), Висота площині (Plane_Height), Базова площину (Reference), Коефіцієнт Z (Z_Factor), Площа 2D (Area_2D), Площа 3D (Area_3D), Об'єм (Volume). Решта рядків містять значення.
Висота площини (Plane Height) або {base_z} в python являє собою висоту горизонтальній площині, використовуючи яку робляться обчислення. Це значення потрібно вказувати в вихідних одиницях. Воно не буде множитися на Коефіцієнт Z (Z Factor). За замовчуванням Висота площини (Plane Height) визначається параметром Базова площина (Reference Plane). Якщо значення Базова площина (Reference Plane) задане ABOVE, встановлюється значення Висота площини (Plane Height), рівне мінімальній висоті площини. Якщо ж воно дорівнює BELOW, за замовчуванням встановлюється значення Висоти площині (Plane Height), рівне максимальній висоті площині.
В такому випадку будуть обчислюватись площа і об'єм, що знаходиться між базовою площиною і поверхнею. Аргумент Базова площина (Reference Plane) визначає, чи вважатиметься об'єм "вище" або "нижче" поверхні. Використовуючи ключові слова ABOVE (ВИЩЕ) або BELOW (НИЖЧЕ) для вибору потрібного варіанту. За замовчуванням Базова площина (Reference Plane) розташовується вище поверхні (значення ABOVE).
При встановленні значення Базова поверхня (Reference Plane) ABOVE (ВИЩЕ), будуть обчислені площа проекції і площа поверхні для частини поверхні, яка знаходиться над зазначеної Висотою поверхні (Plane Height). Об'єм буде підрахований для знаходження над зазначеною висотою частини поверхні.
Наступні два приклади відповідають призначенням Базовою площині (Reference Plane) ABOVE (ВИЩЕ) і Висоті площині (Plane Height), що відповідає розташуванню площини нижче поверхні і перетинанню площиною поверхні(рис 3.1,3.2).
Рис. 3.1. Базова площина знаходиться вище поверхні
Рис. 3.2. Базова площина знаходиться вище поверхні і її перетинає
У випадку встановлення Базової площині (Reference Plane) BELOW (НИЖЧЕ) обчислюється площа проекції і площа поверхні для її частини, розташованої нижче зазначеної Висоти площині (Plane Height). Об'єм буде підрахований для знаходження під вказаною висотою частини поверхні. У наступному прикладі показано використання базової поверхні BELOW (НИЖЧЕ).
Наступні два приклади відповідають призначенням Базової площині (Reference Plane) BELOW (НИЖЧЕ) і Висоті площині (Plane Height), що відповідає розташуванню площини вище поверхні і перетинанню площиною поверхні (рис. 3.3,3.4).
Рис. 3.3. Базовою площиною встановлюється нижче поверхні.
Рис. 3.4. Базовою площиною встановлюється нижче поверхні і її перетинає.
Отже, якщо взяти до уваги коефіцієнт Z (Z Factor) використовується для конвертації значень Z в інші одиниці виміру (наприклад, з футів в метри). Значення висот поверхні будуть помножені на це число. Щоб отримати коректні результати, одиниці виміру X, Y і Z повинні бути однаковими. Інструмент спробує обчислити відповідний Коефіцієнт Z (Z Factor). Він зможе це зробити тільки у випадку, якщо вказана просторова прив'язка, використовується система координат проекції (а не географічна) та визначено одиниці виміру x, y і z.
[http://resources.arcgis.com/ru/HELP/MAIN/10.1/index.html#/na/00q900000037000000/]