Dane punktowe- zbierane w terenie, mogą to być otwory, dane nad poziomem terenu.
Cyfrowy model terenu= cyfrowy model powierzchni terenowej.
Cechy: -dane zbierane w nieregularnej siatce punktów. Przeliczanie wartości w punktach. Atrybutem musi być liczba.
TIN-(trangulated irregular network) odpowiada systemowi wektorowemu w GIS-ie. Tworzona jest sieć trójkątów. Trójkąty powinny być w przybliżeniu równoboczne mieć max z możliwych powierzchni. Do stworzenia tego mamy algorytm. ALGORYTM TRIANGULACJI DELAUNEY'A w oparciu o poligony THIESSENA(tworzone są poligony oparte na normalnych) prowadzi do wyrysowania trójkątów.
System analizuje wszystkie pkt. Łączy pkt. z wszystkimi sąsiednimi pkt. a w ½ drogi do pkt. tworzy normalne. Wybierany jest zestaw odcinków najbliżej naszego pkt. Aby stworzyc taką siatkę potrzebny jest program obsługujący TIN.
Model cieniowany. Im większy kąt tym większy stopień szarości.
Blokdiagram- model drutowany.
Zalety: - wykorzystuje dane pomiarowe (takie jakie są), model najwierniej oddaje obraz danych, operuje grafiką wektorową(b. wysokiej jakości), b.czuły na nierównomierne rozmieszczone dane.
Wady: -wymaga skomplikowanych algorytmów, wycieniowanie modelu, b. dużo obliczeń
SURFER- program rastrowy.
Odpowiednik programu rastrowego -regularna sieć kwadratów
GRID- siatka o regularnych odstępach raster(regularna siatka kwadratów)
GRIDDING=gridowanie=interpolacja Gridding- nieregularnie rozmieszczone pkt., trzeba zmienic na regularnie rozmieszczone pkt zinterpolować. INTERPOLACJA- wyznaczanie wartości pomiędzy danym pkt a innymi pktami (war.: ciągły rozkład parametrów np.zaw.Pb w glebach)
Ta zamiana nieregular pkt na sieć regular. to griddowanie , a własciw interpolacja to obliczenie na podst.
+242- warst. pomierzone
+ wart. w węzłach siatki
piksel (X,Y,Z-atrybut)
z- wyliczanie na podst. polozonych w pobliżu węzła pkt pomierzonych określamy zasięg siatki, czyli X,Y max i min
Interpolacja obejmuje zatem dwie procedury: -zdefiniowanie siatki i właściwa interpolacja( dobór odpowiedniej metody jest b. ważny)
METODA TRIANGULACJI=INTERPOLACJ LINIOWEJ
- wykorzystuje triangulację DELAUNEY'A(tworzą trójkąty), musimy wyliczyć wartości wypadające na wszystkich węzłach., dany węzeł łączony z najbliższymi pkt-ami pomiarowymi (tworzone 3 trójkąty, których pole jest liczone) i liczona średnia ważona Zj=Z1P1+Z2P2 +Z3P3/P1+P2+P3 -tak liczone są wszystkie węzły , zakładamy ,że zmienność parametru zmienia się liniowo pomiędzy 2pkt, jest to b. dokładny interpolator, ale produkt nie jest produktem natury przyrodniczej.
METODA-ŚREDNIA WAŻONA ODWROTNOŚCI ODLEGŁOŚCI DO POTĘGI
-kosztem dokładności produkuje obraz b. zbliżony do natury przyrodniczej -założenie; im pkt pomiarowy bliżej położony węzła sieci tym ma on większą wagę w obliczeniu tej wartości -liczymy średnią z wszystkich pkt, które znajdują się w danej odległości od węzła(promień przeszukiwania
d- możemy definiować sami, automatycznie otrzymuje ono wszystkie pkt pomiarowe 1<=ß<=4 - tak liczone są wszystkiewęzły siatki - interpolator nie jest precyzyjny , ale model jest b. przyrodniczy (lagodne, wygładzone kształty, widoczne struktury linijne)
Parametry, które możemy zmienić: -promień przeszukiwania: określamy zasięg do jakiego te nasze średnie będą liczone - anizotropia: daje możliwość modelu
anizotropia różna od 1
Definiując anizotropię w ten sposób wskazujemy systemowi , że prawdopodobnie wystąpienie podobnych wartości wzdłuż osi dipsoidy jest niż poprzecznie
METODA KRIGINGU- dane w nieregularnej siatce GEOSTATYSTYCZNA METODA KRIGINGU- jako procedura interpolacyjna zaleta- daje oszacowanie wielkości błędu interpolacji
Sposób wyznaczania współczynników
`
Mapy o znaczeniu historycznym WIG(1925) 1:100 000, 1:10 000 -odwz.-elipsoida Bessela, pkt. przyłożenia-Borowa Góra, do roku 1952, układ Borowa-Góra
Układ 1942, w Pl wprowadzony po 52r., mapy „wojskowe” -skala podstawowa 1: 50 000, 1: 100 000, 1: 200 000 -elipsoida Krassowskiego -pkt przyłożenia Pułkowo - UKŁAD PUŁKOWO szczegółowa mapa geolog. Polski- na siatkę km
układ „65” -mapy topograficzne „1965” -skala 1:10000-podst. mapa topograficzna 1:25 000 1:50 000 CODGK w Warszawie- tu są wszystkie mapy PL WODGK- wojewódzkie dla PL mapa 5-cio strefowa południk centralny 18˚57'30'' -elipsoida Krassowskiego, 4 pkt przyłożenia+1 pkt-pośrednik środkowy - nie maja współrzędnych geograficznych , jest tylko siatka km.
UKŁAD WGS84=ELIPSOIDA GRS80: układ światowy, podst obliczeń GPS, stosowany niezależnie od pkt przyłożenia .Kilka układów geodezyjnych:
a)układ 1992 -jednostrefowy -odwzor. Gaussa-Knigera - odkszt:70cm/1km-skala 1:10 000, 1:25 000, 1:50 000 -ukł km nie przystaje do układu GPS- trzeba przeliczyć
b)układ 2000- elipsoida WGS84 -obejmuje 4 strefy w PL, południki centralne 15˚,18˚,21˚24˚ -dokładność poniżej 1 dm -UTM -podst dla układu -torzsamy dla układu WGS84
ORIENTACJA MAP=KALIBRACJA- jeśli mamy mapę zupełnie nie zorientowana
wybierany 3 pkt-referencyjne, niewspółliniowe, i niepokrywające
opisuje pkt referencyjne x1, x1; x2, y 2; x3, y3
nakładamy siatkę kwadratową
pkt musimy znać ich współrzędne na nowej mapie
jeśli mapa jest niedokładna, bez zorientowania -biorę 4pkt
błąd kalibracji -różnica między wartościami pkt -pkt min4 -metoda linijna ,powierzchniowa, sześcienny. Możemy kalibrowć mapy rastrowe i wektorowe błąd kalibracji dla każdego pktu
Przeliczanie pomiędzy układami -min 3 pkt odczytujemy, najczęściej w przecięciach siatki - wczytujemy do programu , on wylicza i zaznacza te pkt w nowym układzie
INSTRUKCJA GŁÓWNEGO GEODETY KRAJU- Instrukcja G-1.10,2001
-po raz pierwszy odtajnione informacje odnośnie układów( zakup -Urząd Marszałkowski)
-turystyka GPS
-kalkulator przeliczeń układów współrzędnych
Zdjęcie lotnicze , satelitarna BASE MAP mapa podkładowa (skanuje się ) i na jej podkładzie ładuje się mapę izoliniową , Skan mapy topograficznej, geologicznej, czy zdjęcia lotniczego jest rastrem i musi być skalibrowana (w tym samym układzie współrzędnym)
Taki raster,kt jest zorientowany w przestrzeni geograficznej georaster-(geo-tiff)-mapa rastrowa powstaje ze skanowania, mapa zorientowana w przestrzeni geogr.
MAPY CZARNO-BIAŁE: 2 kolory lub odcień szarości , każdemu pikselowi przypisuje się 8 bitów pamięci(0-255 liczb lub 256 stopni szarości, gdzie 0-biały, 255-szary) tzw 8-bitowe kodowanie
MAPY KOLOROWE:
1)kodowanie kolorów może być: -rzeczywiste kodowanie barw RGB(zielony, czerwony, niebieski) grafika 24 bitowa, bo każdej barwie przypisywane 8bitów (256 odcieni barw) czyli mamy 256³ kolorów- tzw pełne kodowanie
2)paleta barw- każdemu pikselowi przypisuje się 8 bitów (256 odcieni) 0-biały 256-czarny, nie ma odcieni szarości, ale różne kolory Jest to wystarczające kodowanie 8 bitowe dla map satelitarnych, topograficznych , geologicznych, zwykłych topograficznych kolorowych Z={0;255) współrzędne x, y od 0 do n
Aby zrobić GEO-TIFF z tak zdefiniowanego rastra należy go właściwie zdefiniować
GPS=GLOBAL POSITIONING SYSTEM
system satelitarny oparty o 24 satelity o nazwie NEWSTAR, krążące na wysokości ~20200km nad pow Ziemi
nie są to satelity geostacjonarne
satelity krążą po orbitach nachylonych 55° do płaszczyzny równika
tych orbit jest 6 (po każdej krążą 4 satelity)
rezeltutat jest taki, że w strefie umiarkowanej szerokości pokrycie ich jest największe ,ku równikowi najmniejsze
system GPS jest systemem biernym, gdyż satelity wysyłają sygnał radiowy. Ten sygnał radiowy jest odbierany przez odbiorniki na powierzchni w sposób bierny
satelity GPS są satelitami wojskowymi
DZIAŁANIE SYSTEMU GPS
na satelicie znajduje się bardzo precyzyjny zegar atomowy z nadajnikiem
wysyla sygnały BINARY(0-1)(bo łatwiej wyławialne 2 tła)
każdy satelita(z24) emituje sygnał swoisty dla danego satelity. Ten sygnał wędruje do odbiornika z prędkością zbliżoną do prędkości światła w próżni ~300 000km/s
sygnał dociera do odbiornika
odbiornik synchronizuje własny zegar z zegarem satelity, bo sygnał dociera z opóżnieniem czasowym. Na podstawie tego opóźnienia liczy się jaką ma odległość od satelity( liczy czas jaki upłynął od wysłania sygnału z satelity)
do określenia pozycji płaskiej potrzebne są dane od 3 satelitów
dla uzyskania pozycji trójwymiarowej (łącznie z wysokością)- 4 satelity (jeden satelita więcej dla synchronizacji zegara
-GPS-oporte o dokonanie przestrzennej triangulacji tzw. WCIĘCIE WSTECZNE
CZYNNIKI WPŁYWAJ NA DOKŁADNOŚĆ LOKALIZACJI:
S.A Selective Availability- selektywna osiągalność błąd celowo wprowadzany przez departament obrony USA zniesiony 01.05.2001r. co dało zwiększenie dokładności 10-krotnie
odchyłka konstelacyjna PDOP polegająca na tym, że nie każda konstelacja satelitów na niebie jest korzystna dla pomiarów; przyjmuje wartości [1-∞] optymalnie [1-4]
Vmax/Vt= PDOP w praktyce [1, xx] PDOP>6-dyskwalifikuje pomiary
odchyłka topograficzna-powoduje, że nie w każdym terenie można wykonywać pomiary; skład się na nią 2 elementy: przeszkody topograficzne zasłaniają satelity (odbicie sygnału) PDOP b.duża najwięcej satelitów widocznych na S (ciężko wykonać pomiar w dolinach o nachyleniu k N i stromych zboczach)
odchyłka wielodrożności =MULTI-PATH
moc sygnału- odbiornik rejestruje sygnał binarny, czyli najmniejszy sygnał jest odbierany S/N, SN
opóżnienie(=rozproszenie) atmosfer- polegające na tym, że prędkość propagacji satelitów(300 000km/s) w próżni), a sygnał nie przemieszcza się w próżni lecz w atmosferze (pyły, gazy, zanieczyszczenia opóżniają sygnał)
błędy związane z aparaturą, mogą być różnego rodzaju;1generowane przez satelite 2wynikające z odbiornika GPS
KOREKCJA RÓŻNICOWA: Wykorzystanie odchyłki przy pomiarach GPS-em to korekcja różnicowa, powodująca wzrost dokładności pomiarów
Istnieje kilka możliwości transmisji tych poprawek do odbiornika:
-przez sieć, dysponując komputerem odległość stacji bazowej od odbiornika nie powinna być większa niż 500km (w praktyce <200km)
-rozsyłanie przez sieć za pomocą własnej anteny z odbiornika(od stacji bazowej) do odbiornika (dekoder)
-odpowiednie satelity wysyłające drogą radiową wyliczone przez siebie poprawki do odbiorników (można je odbierać za pomocą dekodera, są 3 te systemy na świecie -w Ameryce N WAAS - w Europie EGNOS -w Japonii
Stosowanie poprawek korekcyjnych eliminuje wielodrożność , a także opóżnienie atmosferyczne.
PRZYDATNOŚĆ GPS:
-tereny geologiczne niekorzystne do badań GPS-em(lasery ułatwiają pracę- celowniki laserowe); anteny zewnętrzne z gniazdem do anteny wewnętrznej GPS-u)
-nie nadaje się do pomiaru wysokości (obarczony dużym błędem)
CMT-(cyfrowy model terenu):
blokdiagramy nałożenie innej mapy na CMT
obliczenia objętości, kątów i kierunków nachylenia zboczy; -tworzenie przekrojów geologicznych;
określanie widoczności pomiędzy dwoma pkt (istotne dla planowania przestrzennego)
MODELOWANIE ZJAWISK PRZYROD:
Modelowanie przy użyciu CMT: szerokie zastosowanie (projektowanie ,wysypiska, hałdy, widoczność np. masztów telefonii cyfrowej)
METODA ANALIZY WIELOCZYNN: MCE(Multiple Criteria Evaluation) (operuje na mapach!) lub GWR(Geographically Weighed Regression) regresja ważona przestrzennie
1-poszukiwanie i zdefiniowanie czynników przestrzennych od których końcowy poszukiwany obraz zależy (odrzuceni tych, które nie odgrywają roli)
2-klasyfikacja-przypisujemy poszczególnym wydzieleniom odpowiednich wartości( tym wyższą liczbę im wartość poszukiwanego atrybutu np. zawartość metali ciężkich jest większa)-klasyfikacja rangowa
3-testowanie klasyfikacji ekstrakcja wartości statystycznych
ekstrakcja statystyczna- wskażnika np. zawartości metali ciężkich na obszarze encji(entinity) np.zabudowa niska(wartości minimalne ,maksymalne odchylenie standardowe, wariancja) To samo robimy dla pozostałych encji np. zabudowa średnia, wysoka, bez zabudowy, stare centrum Dane umieszczone w tabelce pozwalają na interpretacje wyników- wysunięcie wniosków na temat stopnia uzależnienia badanego parametru, od poszczególnych czynników przestrzennych(im wyższa wartość wariancji tym większe uzależnienie Wszystkie czynniki przestrzenne zostały sklasyfikowane w ten sposób
4-określenie siły wpływu czynników poprzez badanie korelacji(współczynnik korelacji) i badani regresji
5- model podatności(np.gleb na zanieczyszczenie met.cięż)
Zdef czynn przestrz, kt mogły wpływać na proces sedymenyt aluwiów w dolinie Wisły: (pomierzone dla każdego złoża)
długość drogi transportu
odl od podnóży stoków
odl od koryta rzeki- związane z meandrowaniem
miąższość warstwy żwirów
miąższ glin napływowych
skł granulometr żwirów (zawart żwirów, otoczaków, piasków, ilastych)
skł petrograf żwirów (skł składn szkodliwych, np. warstwa wapieni)
CZYNNIKI PRZESTRZENNE: w [m] odl od koryta, odl od stoków, odl wzdłuż doliny
PARAM ZŁÓŻ: miąższość [m] żwiru, piasku, nadkładu
Zawart w żwirze[%] :piasku, pyłu, otoczaków, wapieni
Dla tego wszystkiego- liczona statystyka i przedstawienie zależności
ODWZOROWANIE KARTOGRAFICZNE- odwzorowanie pow. Ziemi, temu celowi służą:
GEOIDA (MSL= mean sea level) -odzwierciedla średni poziom oceanu światowego -jej cechą charakterystyczną jest ,że siła ciężkości w geoidzie jest prostopadła w każdym pkt do jej pow.
B) ELIPSOIDA- definiuje ją stosunek a:b
- dla celów kartograficznych przyjmuje się model elipsoidy( obrót wzdłuż osi krótszej) , większość elipsoid to e. lokalne(niegeocentryczne) Najlepiej wybrać środek elipsoidy tak, by był w środku siłyciężkości. Na obszarze PL do odwzorowywań kartograficznych stosowane były 3 elipsy: I najstarsza : elipsoida BESSEL'A była stosowana w przedwojennych mapach wig-u(wojskowy instytut geograficzny) lata 20,30-ste, technika 5 kolorowa ,e. lokalna
pkt przyłożenia w Borowej Górze k. W-wy szerokie zastosowanie w krajach byłego cesarstwa austriackiego.
Mapa odwzorowana w układzie Bassel'a:
1)układ odniesienia(DATUM)- zdefiniowanie modelu powierzchni(najczęściej elipsoida) 2)układ współrzędnych(GRID)-są zasadniczo2:
a)geodezyjne(geograficzne) jest to dł, szer geog i wysokość= układ współrzędnych elipsoidalnych( równoleżniki i południki są zdjęte z elipsoidy)
b) kartezjański(współ. płaskie) lub siatka km Współrzędne elipsoidowe stosowane są w 2 przypadkach:- na mapach o małej podziałce od 1:500 000 i w dół - na wszystkich bardziej skomplikowanych opracowaniach GIS-u(niezaleznie od skali)- potrzeby geodezyjne Siatki elipsoidalne są trudne w użyciu. We wszystkich pozostałych opracowaniach bardziej użyteczna jest siatka km( ma zasięg lokalny ,regionalny). Powst siatki km:1) definiowany początek x=0, y=0 2) orientacja oś odwrotna
3) definiujemy rotacje(obrót o kąt φ)
W PL powst kilkanaście siatek km: jeżeli opis siatki zrobiony jest liczbami całkowitymi-jest to siatka km(opisane narożniki mapy) Siatki km , z wyłączeniem jednej są ukł. lokalnymi
I-elipsoida Bessel'a
II- elipsoida KRASSOWSKIEGO 1942 w ZSSR zdefiniowana(tzw. układ 1942)”42”, lokalna ,pkt przyłożenia Borowa Góra w oparciu o elipsoide KRASSOWSkIEGO- zdefin. siatka km w układzie 42
III-elipsoida GRS-80 światowa. Sposób odwzorowania elipsoidy na płaszczyżnie mapy:- przyłożenie stereograficzne (istotny pkt. styczności, kt leży na którymś południku przyłozenia)
UKŁAD 42: -południki środkowe: 1942/15, 1942/21 -granice stref
W oparciu o układ 42 wydawane są mapy geologiczne, topograficzne. Jest to tzw. układ wojskowy(nie są ogólie dostepne), przemijający, bo oparty o elipsoidę Krassowskiego nie jest współkoncentryczna ze współczesnymi elipsoidami(przeliczanie obarczone dużym błędem) przechodzi do historii.
Elipsoida GRS-80:=WGS84- są elipsoidami geocentrycznymi(=środek elipsoidy pokrywa się ze środkiem ciężkości)
Odwzorowanie stereograficzne(pkt przyłożenia, odrzutowanie przez poszczególne pkt powierzch na mapię): -płaszczyznę odniesienia przykładamy w którymś pkt interesującego nas obszaru -ze środka dokonujemy odrzutowań -pkt przyłożenia-odkształcenie=0 odkształcenie mierzone w mm(cm)/km odległości. Skala w pkt0 =1
Sieczne-część płaszcz przebicia poniżej, część powyżej, obszar o 0 odkształ będzie miał kształt elipsoidy
Odwzorowanie MERCATOR'A- pow. elipsoidy na pow. walca na połudn. stycznym odwzorow na pow walca= 0 im dalej od południka odchyłka 0>0 3˚,6˚ czasem 9˚,15˚ dla odwzor. wielkoskalowych, odwzor. wiernokątne: Najlepiej 3˚ strefy dla dużoskalowych map
Dla każdej strefy 3˚,6˚ można wprowadzić siatkę płaską. Zniekszt. największe przy granicach stref(20-70km) wada-niezgodność kontaktu stref
UTM=system podst dla GPS
Obowiązujący system odwzorowania map WGS84 UTM
System 2000 podobny do WGS84 3elementy przy odwzorowaniu mapy:
1)dobór elipsoidy- WGS84(lub GRS 80) elipsoida Krassowskiego
2) system projekcji(odrzutowanie elipsoidy na powierzchnię)- odwzor. Mercatora lub Gaussa-Knigera(walcowe) poprzeczne (normalne na równiku(pion), skośne, poprzeczne) odwzor. Mercatora- dla map morskich, wielkoskalowych, odwzor, równokątne
3)wybór układu współrzędnych
4)współrzędne geodezyjne geograficzne- zależą od dł, szer geograficznej