В онлайне: 1 (гостей - 1, участников - 0)  Вход | Регистрация

 
УДК

Применение возможностей пакета SURFER для решения экологических задач


Туляков С.П., доцент, Еганов В.М., профессор, Мальченко С.А., студент 4-го курса, ТулГУ

Рассматривается методика решения некоторых экологических задач с использованием возможностей пакета SURFER

Изучение экологических вопросов неразрывно связано с применением компьютерных технологий. Сбор, обработка и анализ исходных данных, установление корреляционных связей и зависимостей, синтез на этой основе качественно новых данных - вот далеко не полный спектр применения этих технологий. На каждом этапе решения конкретной задачи встаёт вопрос выбора наиболее эффективных средств обработки информации. При этом часто отдаётся предпочтение так называемым "стандартным", широко распространённым пакетам и программам, которые, однако, далеко не всегда являются действительно эффективными. Причиной этого могут быть как недостаточная эффективность программного продукта, отсутствие интересующих пользователя режимов и возможностей, так и переизбыточность пакета, приводящая к завышенным требованиям к системе или оборудованию.

Так, при изучении дисциплины "Новые информационные технологии в экологии" особого внимания заслуживает вопрос преобразования таблиц исходных данных медико-экологического характера в карты-схемы, т.е. использование компьютерного картографирования. Как правило, компьютерное картографирование, являясь структурной частью геоинформационных систем, ориентировано на решение задач прикладного характера. При этом оно может быть аналитическим, комплексным или синтетическим. Диапазон применения картографирования весьма широк, его основными направлениями являются:

  • оценочное картографирование природных и социально-экономических условий формирования экологической обстановки;
  • картографирование антропогенных и техногенных воздействий на окружающую среду и прогноз их развития;
  • картографирование устойчивости окружающей среды в целом и по отдельным компонентам;
  • картографирование экологического состояния окружающей среды и степени ее нарушенности;
  • медико-экологическое и рекреационно-экологическое картографирование;
  • оценочно-прогнозное картографирование экономических и социальных последствий ухудшения экологическое ситуации;
  • прогнозно-рекомендательное экологическое картографирование.

Для решения полномасштабных задач подобного рода используется математическое и программное обеспечение геоинформационных систем типа ArcView, MapInfo, AutoCad, Easy Trace и т. п., для эффективного функционирования которых требуются мощные производительные компьютеры. В учебном же процессе применение такого рода программного обеспечения не оправдано или затруднено по следующим причинам:

  • предъявляемые высокие технические требования к оборудованию;
  • длительное время обучения приёмам работы с системой (пакетом);
  • высокая трудоёмкость подготовки и обработки информации.

Кроме того, как показывает практика, имеющихся функциональных возможностей в интегрированных пакетах-монстрах часто не хватает для решения конкретных специфических задач. С другой стороны, особенно в учебном процессе, с компактной системой всегда удобнее работать, не говоря уже о её более скромных запросах к мощности компьютера и о низкой цене. Поэтому одним из наиболее рациональных решением, с точки зрения авторов, является использование для учебных целей пакетов фирмы Golden Software SURFER и GRAPHER для Windows. Системные требования пакетов весьма скромны: IBM совместимый персональный компьютер с установленной системой Windows 3.1, Win95/98, или NT 4.0; 5 МБ свободного пространства жесткого диска; минимум оперативной памяти от 2 МБ и выше. В то же время впечатляют возможности этих пакетов, предназначенных первоначально для анализа наборов числовых данных. При этом выделяются два взаимосвязанных, и в то же время достаточно самостоятельных вопроса: математическая интерпретация исходных данных, а также редактирование и визуализация информации (как исходной, так и результатов).

Математическую основу пакета SURFER составляют восемь алгоритмов интерполяции двумерных функций в узлах регулярной сетки по исходным данным в произвольных точках области: крикинг, инверсные расстояния, минимизация кривизны, радиальные базовые функции, полиномиальная регрессия, метод Шепарда (комбинация метода инверсных расстояний со сплайнами), триангуляция. Эта база позволяет решать широкий круг задач. В частности, триангуляция может быть использована для построения трехмерной поверхности по точным значениям данных геодезической съемки, а алгоритм полиномиальной регрессии - для анализа тренда поверхности. Расчет регулярной сетки может выполняться для файлов наборов данных X, Y, Z любого размера, а сама сетка имеет размеры 10000 10000 узлов. Имеется возможность построения поверхности для функций, заданных в явном виде. При расчете поверхности и ее изображения можно определять границу территории произвольной конфигурации.

Ввод исходных данных возможен из файлов форматов *.DAT, .SLK или простого текстового ASCII-файла (*.TXT), а также из электронных таблиц Excel (.XLS) и Lotus (.WK1, .WKS). Имеется встроенный редактор для ввода и коррекции данных сеточной области, при этом пользователь сразу видит результаты своих действий по изменению карты изолиний. Для любого подмножества данных можно произвести статистические расчеты или математические преобразования, в том числе на основе функциональных выражений, задаваемых пользователем.

Для визуализации применяются два базовых способа: в виде карты изолиний или трехмерной поверхности. Следует отметить не только более простую "технологию" работы с графикой, но и то, что возможности работы с изображениями позволяют решать интересные исследовательские и прикладные задачи.

Очень удобен и многооконный режим работы сразу с несколькими разделами пакета. В основе построения изображений в пакете SURFER лежат следующие принципы:

  • получение изображения путем наложения нескольких прозрачных и непрозрачных графических слоев;
  • импорт готовых изображений, в том числе полученных в других приложениях;
  • применение специальных инструментов рисования, а также нанесение текстовой информации и формул для создания новых и редактирования существующих изображений.

В качестве основных элементов изображения используются следующие типы карт:

Карта изолиний (Contour Map). Наряду с традиционными средствами управления режимами вывода изолиний, осей, рамок, разметки, легенды и другими реализована возможность создания карты с помощью заливки ее зон цветом или различными текстурами. Кроме того, изображение плоской карты можно вращать и наклонять, использовать независимое масштабирование по осям X и Y.

Трехмерное изображение поверхности (3D Surface Map). Возможен выбор различных типов проекций, при этом изображение разрешается поворачивать и наклонять с помощью простого графического интерфейса. На него также можно наносить линии разрезов, контуры изолиний, устанавливать независимое масштабирование по осям X, Y, Z, заполнять цветом или текстурами отдельные сеточные элементы поверхности.
Карта исходных данных (Post Map, Classed Post Map). Используются для изображения точечных данных в виде специальных символов и текстовых подписей к ним. При отображении числового значения в точке можно изменять размер символа или применять различные символы в соответствии с диапазоном данных. Для построения одной карты могут использоваться несколько файлов.

Карта основы (Base Map). В этом качестве может быть использовано практически любое плоское изображение, полученное с помощью импорта файлов различных графических форматов: AutoCAD (.DXF), DOS SURFER (.BLN, .PLT), Atlas (.BNA), Golden Software MapViewer (.GSB), Windows Metafile (.WMF), USGS Digital Line Graph (.LGO), Bitmap Graphics (.TIF), (.BMP), (.PCX), (.GIF), (.JPG), (.DCX), (.TGA) и некоторых других. Карты основы используются не только для вывода изображения, но и для подавления вывода в некоторые области. Кроме того, при желании подобные карты можно применять для получения границ при выполнении расчётов преобразования поверхности, её рассечении и пр.

На рисунке приведен пример применения всех перечисленных видов карт. Верхняя карта получена совмещением в единую оверлейную структуру карт следующих типов: Base Map, Post Map, Contour Map, нижняя - карта типа 3D Surface Map.

Все типы карт допускается редактировать с помощью встроенных инструментов пакета SURFER, что принципиально важно, так как во многих предметных областях полученная компьютерным способом карта практически служит лишь основой для дальнейшей экспертной оценки. Благодаря разнообразным вариантам наложения основных видов карт, их различному размещению на одной странице достаточно просто получить разнообразные комплексные карты с совмещенным изображением распределения сразу нескольких параметров.

Пример представления данных в виде плоской (а) и трехмерной (б) карт

Рис.1 Пример представления данных в виде плоской (а) и трехмерной (б) карт


Очень эффектным и удобным для анализа является также представление нескольких карт в виде объемной "этажерки". Причем это может быть как различное представление одних и тех же наборов, так и серия разных наборов, в частности площадное распределение одного параметра на разные моменты времени или нескольких различных параметров. На рисунке 2 приведён типичный пример такого распределения.

Временное изменение распределения параметра

Рис.2 Временное изменение распределения параметра


Полученные графические изображения выводятся на любое печатающее устройство, поддерживаемое Windows, или в файл формата AutoCAD (.DXF), Windows Metafile (.WMF), Windows Clipboard (.CLP), а также HP Graphics Language (.HPGL) и Encapsulated PostScript (.EPS).

Одним из наиболее интересных свойств пакета SURFER для Windows является поддержка механизма OLE 2.0 Automation - формирование макрофайла, содержащего необходимые команды и их аргументы, и передачу его в приложение, поддерживающее этот протокол взаимодействия. В частности, с помощью набора макрофайлов могут быть выполнены в автоматическом режиме некоторые часто повторяющиеся задания. С другой стороны, такой файл может формироваться в процессе выполнения какой-либо прикладной расчетной программы, например, Excel, для автоматической обработки и визуализации ее данных.

Кроме того, пакет SURFER имеет собственный макроязык для создания управляющих запросов через. Этот язык фактически является разновидностью Visual Basic for Applications, программы на котором пишутся и создаются средствами специальной утилиты SG Scripter. При этом GS Scripter пригоден для управления и любыми другими программами, поддерживающими OLE 2.0 Automation (например, для работы с Microsoft Excel).

Таким образом, можно сделать вывод о том, что пакет Surfer for Windows в сочетании со стандартными программными средствами и возможностями операционной системы Windows является одним из наиболее оптимальных программных средств при изучении студентами элементов компьютерного картографирования.


 

Разделы конференции

  1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
  2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
  3. Комплексное использование природных ресурсов
  4. Современные вопросы геологии
  5. Физика горных пород
  6. Новые технологии в природопользовании
  7. Применение современных информационных технологий
  8. Экономические аспекты недвижимости
  9. Мониторинг использования объектов недвижимости

 

Проекту Kadastr.ORG требуются средства на хостинг и развитие

Сумма: руб.