Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
10. Современные методы гидрогеологического картирования, принципы использования ГИС-технологий, дистанционных методов и гидрогеологических баз данных. Географическая информационная система (сокращенно геоинформационная система, или ГИС) - система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных (географических и др.) данных и связанной с ними информацией о необходимых объекта.
Общая технологическая схема ввода, обработки и вывода данных в ГИС может быть представлена в виде набора функциональных групп:
1. Ввод и редактирование данных. Сюда входит аналого-цифровое преобразование данных, в том числе методы и технологии цифрования картографических источников с помощью цифрователей (дигитайзеров) с ручным обводом или путем сканирования аналоговых оригиналов с последующей векторизацией, а также импорт готовых цифровых данных, контроль ошибок цифрования, топологической и геометрической корректности и общая оценка качества получаемой цифровой модели.
2. Поддержка моделей пространственных данных. Полученная цифровая модель может существовать, храниться и обрабатываться в рамках определенных моделей (представлений); к ним относят растровую, векторную и иные двух- и трехмерные модели данных, которым соответствуют некоторые форматы данных.
3. Хранение данных. Проектирование и ведение баз данных (БД) атрибутивной информации ГИС, поддержка функций систем управления базами данных (СУБД), включая ввод, хранение, манипулирование, обработку запросов (в том числе пространственных), поиск, выборку, сортировку, обновление, сохранение целостности, защиту данных.
4. Преобразование систем координат и трансформация картографических проекций. Наиболее распространенные задачи — переход от условных декартовых прямоугольных координат источника в географические координаты, пересчет координат пространственных объектов из одной картографической проекции в другую.
5. Растрово-векторные операции. Обслуживают возможности совместного использования двух наиболее употребляемых моделей пространственных данных — растровой и векторной, экспорт и импорт в среду других программных продуктов, ввод или вывод данных. Автоматическое или полуавтоматическое преобразование (конвертирование) растрового представления пространственных объектов в векторное (векторизация) и наоборот (растеризация).
6. Измерительные операции и операции аналитической (координатной) геометрии. Вычисление длин отрезков прямых и кривых линий, площадей, периметров, объемов, характеристик форм объектов и т.п., автоматизация обработки данных геодезических измерений.
7. Полигональные операции. Включают определение принадлежности точки полигону, линии полигона, наложение полигонов (топологический оверлей), уничтожение границ и слияние полигонов и пр.
8. Пространственно-аналитические операции (операции пространственного анализа). Одна из базовых функциональных групп ГИС, включающая анализ близости (окрестности), расчет и анализ зон видимости/невидимости, анализ сетей (сетевой анализ), расчет и построение буферных зон (буферизация).
9. Пространственное моделирование (геомоделирование). Построение и использование моделей пространственных объектов, их взаимосвязей и динамики процессов (математико-статистический анализ пространственных размещений и временных рядов, межслойный корреляционный анализ взаимосвязей разнотипных объектов и т. п.) средствами встроенных функций пространственного моделирования или путем создания интерфейса с моделями вне среды ГИС.
10. Цифровое моделирование рельефа и анализ поверхностей. Создание и обработка цифровых моделей рельефа (ЦМР), расчет производных морфометрических характеристик (углов наклона, экспозиции и формы склонов), построение трехмерных изображений местности, профилей поперечного сечения, вычисление объемов, генерация линий сети тальвегов и водоразделов и иных особых точек и линий рельефа, интерполяция высот, построение изолиний по множеству значений высот.
11. Вывод данных. Генерация отчетов, документирование результатов в текстовой, графической (в том числе картографической), табличной формах с использованием различных графических периферийных устройств (принтеров, плоттеров и т.п.), экспорт данных.
Одним из основных источников данных для ГИС являются материалы дистанционного зондирования. Они объединяют все типы данных, получаемых с носителей космического (орбитальные станции, корабли многоразового использования типа «Шаттл» (Программа по созданию шаттлов завершилась в 2011 г., учебник написан в 2004 г., суки), автономные спутниковые съемочные системы и т.п.) и авиационного базирования (самолеты, вертолеты пр.). Есть контактные (наземные) виды съемок - способ получения данных измерительными системами в условиях физического контакта с объектом съемки – и неконтактные (дистанционные) - помимо аэрокосмических, это методы морского (наводного) и наземного базирования (фототеодолитная съемка, сейсмо, электромагниторазведка и пр. геофизические зондирования недр, основанные на регистрации собственного или отраженного сигнала волновой природы).
Аэрофотосъемки регулярно выполняются в нашей стране с 30-х годов и за прошедший период накоплен фонд снимков, полностью покрывающих страну, а для многих районов — с многократным перекрытием, что особенно важно при изучении динамики объектов. Материалы аэрофотосъемки используются в основном для топографического картографирования страны, также широко применяются в геологии (ну, и в любимой гидре).
Базовыми типами пространственных объектов, которыми оперируют современные ГИС, обычно считаются (в скобках приведены их синонимы): точка — 0-мерный объект, характеризуемый плановыми координатами; линия (полилиния) — 1-мерный объект, образованный последовательностью не менее двух точек с известными плановыми координатами; область (полигон) — 2-мерный (площадной) объект, внутренняя область, ограниченная замкнутой последовательностью линий и идентифицируемая внутренней точкой (меткой); пиксел — 2-мерный объект, элемент цифрового изображения, наименьшая из его составляющих, получаемая в результате дискретизации изображения (разбиения на далее неделимые элементы растра); ячейка — 2-мерный объект, элемент разбиения земной поверхности линиями регулярной сети; поверхность (рельеф) — 2-мерный объект, определяемый не только плановыми координатами, но и аппликатой Z, которая входит в число атрибутов образующих ее объектов; оболочка тела; тело — 3-мерный объект, описываемый тройкой координат.
Общее цифровое описание пространственного объекта включает:
— наименование (географическое наименование, его условный код и/или идентификатор, присваиваемый пользователем или назначаемый системой);
— указание местоположения (XYZ – позиционные свойства);
— набор свойств (соответствует атрибутам (это непозиционные свойства) объекта, качественным и количественным его характеристикам, которые приписываются ему в цифровом виде пользователем, могут быть получены в ходе обработки данных или генерируются системой автоматически (например, значения площадей и периметров полигональных объектов).
Управление атрибутивной частью данных обычно возлагается на средства систем управления базами данных (СУБД), встроенных в программные средства ГИС или внешних по отношению к ним. (Дальше было много непонятных слов, короче, атрибутивные данные хранятся в виде таблиц, номер скважины, её абс. отметка, замер уровня 5 дек 2023 г. и пр, особенность составления этих таблиц в том, что каждая запись уникальная, единственная в своем роде, то есть не может существовать две одинаковые строчки, иначе будет путаница, и программа будет ругаться. См. рисунок, там пример базы данных применимо к нашей лавли гидре).
Требования к базе данных. База данных должна быть:
— согласованной по времени;
— хранящиеся в ней количественные данные должны соответствовать определенному времени, быть актуальными;
— полной, достаточно подробной для предполагаемого создания ГИС или картографического произведения; категории данных и их подразделения должны включать все необходимые сведения для осуществления анализа или математико-картографического моделирования исследуемого объекта или явления;
— позиционно точной, абсолютно совместимой с другими данными, которые могут добавляться в нее;
— достоверной, правильно отражающей характер явлений. Для этого необходимо четко определить включенные в нее атрибуты явлений;
— легко обновляемой;
— доступной для любых пользователей (это большая проблема именно в нашей Раше, т.к. у нас очень любят гриф «секретно» и бабосы, в Америке вся гидроинформация в открытом доступе, ты можешь не просто тырить оттуда информацию, но и добавлять полученную тобой новую).
ГИС и геология. Типы пространственных задач, которые решаются в геологии с применением геоинформационных систем, можно условно разделить на пять групп: 1. Создание всех видов собственно геологических и тематических карт. 2. Решение задач геологического прогнозирования. 3. Создание карт распределения геологической продукции и информации: а) по административным районам; б) по геологическим структурам. 4. Создание двумерных и трехмерных моделей подсчета запасов полезных ископаемых и карт в изолиниях. 5. Мониторинг различных аспектов геологической среды.
Геологическая съемка. В состав подготовительных работ входит изучение и критический анализ фондовых и опубликованных текстовых и картографических материалов. Проводится сбор готовых цифровых карт по предшествующим работам и создание цифровых и электронных карт фактического материала. На карту фактического материала выносятся по координатам или визуально на экране монитора важнейшие метрические классы объектов — точечные, линейные и площадные: обнажения коренных пород, площади и линии детального изучения разрезов геологических подразделений, буровые скважины, профили геофизических наблюдений, пункты находок ископаемых остатков фауны и флоры, родники и колодцы, пункты отбора проб для определения химического состава подземных вод и пр. Содержательная информация (уровни, полученные характеристики фильтрационных свойств, минерализация, дебиты родников и пр.) привязывается в виде атрибутивных характеристик к соответствующим точечным, линейным и площадным объектам и может быть в любой момент востребована в ГИС. Создается комплекс цифровых баз данных поисковой изученности района работ.
Важное значение при производстве современных геолого-съемочных работ приобретает дешифрирование материалов аэро- и космической съемки (МАКС). В настоящее время их дешифрирование производится традиционными методами, результаты дешифрирования переводятся в цифровую форму с помощью дигитайзера (цифрователей). Растровая основа, привязанная к системе координат карты, дешифрируется вручную на экране ПК. Цифровые карты геофизических полей традиционно обрабатываются для пересчета полей, выделения аномалий и т.д. Результаты дешифрирования представляются в виде самостоятельных слоев в ГИС. Полевые исследования осуществляются путем проведения поисково-съемочных и поисковых маршрутов, аэровизуальных наблюдений, геофизических, геохимических, геоморфологических, гидрогеологических(!), петрографических, палеонтологических, стратиграфических и других исследований, проходки и геологического изучения буровых скважин и горных выработок, выполнения различных видов опробования и полевых аналитических работ.
Геологические карты. Одной из основных задач использования ГИС-технологий является составление цифровой модели (ЦМ) геологической карты с последующим выводом ее на печатающее устройство в виде традиционной карты. Плюсы цифровых геологических карт: 1. полная систематизация имеющегося картографического материала; 2. доступ к программным средствам, автоматизирующим рутинные операции по составлению карт и вплоть до увязки соседних профилей, горных и буровых выработок, дешифрирования аэро- и космоснимков; 3. возможности оверлея (наложения друг на дружку) различных слоев; 4. редактирования и внесения правки при появлении новых данных; 5. возможность использования геологической графики в любом виде, быстрой смены легенды и раскраски карт, изменения значков на карте; 6. упрощается издание карт; создание производных тематических карт; 7. реализация стандартных операций со слоями: сложение, объединение, анализ различий; 8. упрощается переход от масштаба к масштабу и пр.
Как правило, большинство геологических карт в настоящее время по-прежнему создается в ручном режиме на бумажном носителе (в полевых дневниках, в различных журналах опробования) с последующей оцифровкой. Ключевыми при переводе процесса геологического картографирования в автоматизированный режим с применением компьютерных технологий остаются проблемы иерархии, структурирования и формализации геологической информации. Результатом геологической съемки являются текст геологического отчета, комплект обязательных и специальных карт и других графических приложений (геологические разрезы, документацию и зарисовки керна буровых скважин, документацию и зарисовки горных выработок (канав, шурфов, скважин), текстовые приложения, отдешифрированные и аннотированные аэрофотоснимки и космоснимки. Все эти документы начинают представляться в цифровом виде.
В настоящее время в геологических работах применяются в основном программные продукты компании ESRI, Inc.: ArcView, Maplnfo, Arclnfo.
Карты изолиний, площадные и объемные модели. В этой области применения ГИС-технологий в геологии можно выделить два класса задач поверхностного и объемного моделирования: простые и сложные. К группе простых геологических задач относится проблема моделирования поверхности, построенной по данным наблюдений по нерегулярной сетке точек. В качестве показателей здесь могут выступать химические составы подземных вод, абсолютные отметки подошвы или кровли геологических тел, глубина залегания, коэффициент фильтрации в точках опробования, температура, давление и др. Обычно поверхность представляется в виде функции от двух переменных: P=f(х,у), где Р — значение показателя в точке с координатами (х и у). При компьютерной обработке данных создается цифровая модель (ЦМ) поверхности, в которую входит форма представления исходных данных и способ, позволяющий вычислять значение функции в заданной точке путем интерполирования, аппроксимации или экстраполяции. Основные способы пространственного моделирования: интерполяция на основе триангуляции Делоне, интерполяция с помощью аналитических сплайнов (D-сплайнов), обобщенная средневзвешенная интерполяция, кусочно-полиномиальное сглаживание, кригинг (программное обеспечение: SURFER, MAG и др).
Дистанционное зондирование при геологической съемке и решении других задач. Основной целью обработки дистанционных материалов в процессе создания геолкарты является выделение площадных и линейных структур в рисунке земной поверхности на снимках из космоса, их геоморфологическая и ландшафтная интерпретация. Основной методический подход достижения этой цели базируется на сочетании экспертных и компьютерных методов обработки. Наиболее уверенно по данным дистанционных съемок фиксируются морфоструктурные или геоморфологические элементы рельефа, такие, как массивы, хребты, гряды, межгорные и предгорные депрессии и впадины, поверхности выравнивания, а также глубинные разломы (линеаменты) и кольцевые структуры. Дешифровочными признаками линеаментов являются спрямленные границы участков с различным рисунком и тоном изображения, прямолинейные формы рельефа, закономерно ориентированные и сгруппированные в зоны, спрямленные участки эрозионной сети, узкие зоны аномального тона изображения, связанные с особенностями почвенно-растительного покрова и т.д. Особый интерес при дешифрировании материалов дистанционных съемок представляют кольцевые, дугообразные, изометричные формы рельефа и гидросети, отражающие кольцевые структуры.
Дополнения:
ГИС – компьютерная система сбора, проверки, интеграции и анализа информации, относящейся к земной поверхности. Если простыми словами, то это электронная карта, свойства (атрибуты) каждого объекта которой записаны в связанной с картой таблице.
Первые ГИС появились в конце 60-х в Канаде и применялись для учета и анализа природных ресурсов страны (Де Мерс, 1999). Широкое применение ГИС связано с высокой эффективностью этих систем и результатами анализа, которых нельзя достичь ни простым анализом карт, ни анализом таблиц данных.
Этапы создания ГИС в геологии
В процессе создания геологической ГИС геолог сталкивается с огромным количеством инфо:
+ существуют координаты точек наблюдения, данные по буровым скв., отчеты о работах предыдущих геологов, изучавших эту терр-ию, опубликованные статьи по проблемам геологии изучаемых объектов.
Как всё это поместить в ГИС? Здесь проявляется одна из характерных черт ГИС – они способны понимать практически любые типы компьютерной инфо, так что для загрузки всей инфо необходимо просто перевести ее в компьютерный вид. Описания точек и отчеты преобразуются в текстовые файлы, фото и зарисовки сканируются, и файлы изображений переименовываются в соответствии с номерами точек наблюдения. Вся табличная инфо преобразуется к единой форме.
Геол-ая карта преобразуется к векторному изображению с помощью дигитайзера или сканера и программы-векторизатора. При векторизации она позволяет геологу связать полученные векторные объекты с таблицами баз данных (что будет отличать полученное векторное изображение для ГИС от простого векторного рисунка) + векторизатор делает привязку карты в реальных географ-х координатах (указав на карте характерные точки с координатами, снятые по GPS-у в полях).
Хранение данных
По окончании подготовительного этапа мы имеем несколько наборов данных:
Токи наблюдения имеют уникальный неповторимый идентификатор – номер точки, который также встречается в таблицах хим-х анализов, текстовых файлах и номерах фото, поэтому геоинформационной системе легко связать объекты на карте с соответствующими табличными, текстовыми или графическими данными (при щелчке мышки по объекту на карте вылезает таблица с расширенной инфо, либо текст, либо изображение).
Промотр данных
Очень удобно – слоистая организация карты. Векторная карта, изображения точек наблюдения или растр представлены отдельным слоем, который можно вкл и выкл. Широкие возможности по поиску и выборке объектов исходя из табличных данных.
Существующие ГИС в геологии
ArcGIS - позволяет визуализировать (представить в виде цифровой карты) большие объёмы статистической информации, имеющей географическую привязку.
В состав ArcGIS входит следующий набор программ:
В пакете ArcView, по большому счету, есть только одна программа – ArcView, кроме того, как отдельные модули вынесены несколько программ преобразования данных и преобразования проекций.