Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Лабораторна робота № 1. Тема: Аналогово-цифрове перетворення та кодування цифрових даних з використанням технічних засобів шифрування






Тема: Аналогово-цифрове перетворення та кодування цифрових даних з використанням технічних засобів шифрування.
Мета: засвоїти основні принципи шифрування картографічних даних. Ознайомитись з методикою моделювання в середовищі SURFER.

 

Короткі теоретичні відомості:

Перехід до цифрових методів формування та опрацювання картографічних матеріалів вимагає задання інформації про рельєф у цифровій формі. Під ЦМР розуміють таку сукупність відомостей, елементами якої є топографічна інформація про рельєф місцевості (як правило, це набір точок з відомими просторовими координатами) та правила її обробки, що дозволяють з необхідною точністю відображати рельєф місцевості або окремі його характеристики в будь- якій точці ділянки. Основу ЦМР складають масиви просторових координат певної кількості точок та аналітичні функції зв’язку між ними.

У залежності від способів розміщення опорних точок та порядку їх формування, ЦМР можна отримати у вигляді наступних моделей:

v Регулярна сітка з опорними точками у вершинах квадратів або прямокутників (GRID)

v Напіврегулярна сітка у вигляді системи взаємно паралельних профілів з розташуванням на них опорних точок у всіх місцях перегину рельєфу

v Система горизонталей з рівними інтервалами між опорними точками

v Система горизонталей з попарними точками в характерних місцях рельєфу

v Нерегулярна сітка з опорними точками в характерних точках рельєфу

v Мережа нерегулярних трикутників, апроксимуюча рельєф багатогранною поверхнею з висотними позначками у вузлах трикутної мережі

Найбільш вживаними є такі способи представлення даних про поверхню:

1) Нерегулярна модель, що частково враховує структуру рельєфу. Точки розташовано на горизонталях та фіксуються рівномірно із заданим кроком. Масив точок доповнюється позначками, взятими в характерних точках рельєфу.

2) Нерегулярна модель, що враховує структуру рельєфу. Точки розташовано на горизонталях та фіксуються з частотою в залежності від кривини горизонталі.

3) Напіврегулярна модель, що частково враховує структуру рельєфу. В одному з напрямків проводяться профільні лінії із заданим кроком. Точки розташовано на профілях в місцях їх перетину з горизонталями. Масив точок доповнюється позначками, взятими в характерних точках рельєфу.

Інтегрований пакет програм SURFER призначений для комп’ютерного моделювання поверхонь шляхом побудови інтерполяційної моделі за нерегулярною сіткою. При цьому можливе табличне або аналітичне задання даних про поверхню.

Технологію опрацювання даних можна представити як послідовність таких операцій:

1) Обробка даних про поверхню засобами спеціалізованого редактора WORKSHEET у випадку табличного задання даних або діалогу формування поверхні, заданої рівнянням виду z=f(x, y).

2) Створення регулярної сітки засобами GRID

3) Побудова карти засобами MAP та відображення поверхні в одному із видів – як масив точок із підписаними висотами (пікетів), у вигляді горизонталей заданого виду,

у вигляді гіпсометричного відображення поверхні, коли кожному діапазону висот відповідає певний колір, та у вигляді 3D-моделі поверхні ділянки.

4) Виконання спеціальних та інженерних завдань (оверлейні операції, розрахунок кількісних характеристик ділянок поверхонь).

5) Збереження результатів моделювання в обмінних форматах. Вивід зображення на друк.


Порядок виконання роботи

1. Встановити одиниці вимірів (см). В меню FILE – Preference вибрати опцію GENERAL – Page Units – centimeters.


2. Завантажити растрове зображення топографічної карти за меню MAP, опція Base Map.
Для цього слід вказати шлях розташування файлу растрового зображення в папці на дику.

 

 

На сторінці PLOT з’явиться відповідне зображення карти.

 

 

3. Клацнувши у полі зображення лівою клавішею миші, підтвердити вибір вихідної карти і це активізує опцію меню Digitize.

 


4. Разом з опцією Digitize активізується вікно редактора WorkSheet і з’явиться спеціальний курсор у формі невеличкого хрестика.

 

5. В середовищі табличного редактора WorkSheet виконуються послідовні записи даних – координат точок, на які наведений курсор.

 

 

6. Виконуємо записи кожної горизонталі окремо.

Після цього файли даних доповнюємо значенням Z у колонці С табличного редактора і зберігаємо за допомогою меню WorkSheet / File / Save as… у власну папку

       
   
 

з розширенням «. dat».

 


7. За допомогою функції Import з головного меню File об’єднуємо файли дігіталізації карти (Dat-файли) в один під назвою «VSE.dat».

8.Наступним кроком є створення регулярної ЦМР за допомогою меню GRID і визначення точності створеної регулярної сітки.
В меню GRID вибираємо опцію Data і вказуємо шлях розташування нашого DAT-файлу під назвою «Vse.dat»

 

У діалоговому вікні, яке з’явиться, слід встановити інтервал інтерполювання, кількість ліній сітки та вибрати метод інтерполювання. Після введення всіх необхідних даних і підтвердження змін почнеться процес побудови регулярної сітки. Файл сітки з розширенням «.GRD»буде розташовано в одному каталозі з вихідним DAT-файлом.


9. Після цього визначимо точність побудови регулярної сітки. В меню GRID опцією Residuals вибираємо два файли – вхідний DAT-файл і отриманий GRD. Програма дозволяє визначити розходження між висотами вихідного файлу та висотами, визначеними методом інтерполювання за GRID – поверхнею.
За формулою

 

 


Mz=

 

У формулі: Δ – відхилення, n – кількість точок.



За даними обчислення похибка становить 0, 00000523.
Можна зробити висновок про високу якість виконаної дігіталізації карти.

10. Наступним етапом є моделювання топографічної поверхні різними способами та оформлення отриманих цифрових карт.

В розділі меню Map вибираємо розділ Contour Map / New Contour Map для створення карти горизонталей за даними регулярної сітки (GRD-файлу). Вказуємо ім’я файлу «VSE.GRD».
Після цього появляється діалог Contour Map Properties, де слід обрати умови відображення поверхні в вигляді системи координат.



11. Виконуємо послідовно операції створення різних 3-D моделей, моделей тіней, моделей вододілу та векторних моделей заданого фрагменту поверхні. Виконуємо кольорове та естетичне оформлення зображуваної території. Різні способи виконання різних моделей показані на малюнках нижче.

Post Map Classed Post Map

 

Image Map Shaded Relief Map

 

3D Wireframe 3D surface


12. Кожну нову ЦМР зберігаємо, як окремий лист у власній папці на жорсткому диску за допомогою меню File / Save as…

 

Елемент цифрової карти, отриманої методом

дігіталізації фрагмента растрового зображення карти


Суцільні горизонталі проведені через 2, 5 м.

 

 

13. Наступним кроком буде створення ЦМР з різним розміром регулярної сітки та оцінка точності побудови моделей рельєфу.
Зокрема, створимо ЦМР з розміром GRD-сітки 50х50 та 25х25 і порівняємо з вихідними значеннями GRD-сітки 100х97.


Для цього використаємо функцію Grid і створимо нову ЦМР з розміром GRD-сітки 50х50.

 

Після цього визначимо точність побудови регулярної сітки. В меню GRID опцією Residuals вибираємо два файли – вхідний DAT-файл і отриманий GRD-файл.
Програма дозволяє визначити розходження між висотами вихідного файлу та висотами, визначеними методом інтерполювання за GRID – поверхнею.
За формулою

 

 


Mz=

 

У формулі: Δ – відхилення, n – кількість точок.

Точність створеної моделі = 0.74 при допуску 0.82.
Отже, така густина сітки допустима для виконання дігіталізації.

 

14. Далі використаємо функцію Grid і створимо нову ЦМР з розміром GRD-сітки 25х25.

 

 

 

Після цього визначимо точність побудови регулярної сітки. В меню GRID опцією Residuals вибираємо два файли – вхідний DAT-файл і отриманий GRD-файл.
Програма дозволяє визначити розходження між висотами вихідного файлу та висотами, визначеними методом інтерполювання за GRID – поверхнею.
За формулою

 

 


Mz=

 

У формулі: Δ – відхилення, n – кількість точок.

 

 

Точність створеної моделі = 2, 34 при допуску 0.82.
Отже, така густина сітки недопустима для виконання дігіталізації.

 

15. Порівняємо дані обчислення точності побудови GRD-сітки з густиною 100х97
і двох інших GRD-сіток густиною 50х50 і 25х25.

 

  100х97 0, 00000523
  50х50 0, 74
  25х25 2, 34

 

З наведеної таблиці можна зробити висновок, що зі зменшенням кількості вузлових точок зменшується точність виконання дігіталізації. Допустимим розміром сітки в нашому випадку є розмір 50х50 і більше.

 

16. Для візуального порівняння впливу розміру GRD-сітки на точність побудови ЦМР побудуємо різні моделі рельєфу з різною кількістю вузлових точок:

1. Створимо нову контурну модель фрагменту карти

 

Розмір сітки 25х25 Розмір сітки 50х50

 

Розмір сітки 100х100

 

2.Створимо нову каркасну 3d модель фрагменту карти

Розмір сітки 25х25

 

Розмір сітки 50х50

 

Розмір сітки 100х100

 

3. Створимо нову векторну модель фрагменту карти

Розмір сітки 25х25

Розмір сітки 50х50

Розмір сітки 100х100

З вищенаведених малюнків можна побачити чітку залежність між деталізацією дігіталізованого

фрагмента карти та кількістю вузлових точок GRD-сітки. Чим більшою є кількість вузлових точок, тим детальнішою і точнішою є створена ЦМР. Наприклад, з розміром сітки 100х98 чітко виділяються такі елементи карти, яких при розмірі сітки 25х25 немає. Найліпше це можна побачити по проведених горизонталях: при допустимій кількості вузлових точок 50х50 і більше горизонталі є плавними, а при кількості вузлових точок 25х25 горизонталі стають більш різкими, схожими на прямі лінії, з’єднані між собою. Такий вигляд горизонталей є неприпустимим при створенні карт.
Тому для якісного виконання дігіталізації рекомендовано використовувати густішу GRD-сітку та більшу кількість вузлових точок.

 


Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.015 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал