Векторлық форматтағы бағдарлама

Масштабты тәуелсіз ГАЖ кеңістік нысандардың көптеген көріністерінің әсерінен пайда болған олар графикалық және картографиялық мәліметтердің  пайда болуын қамтамасыз етеді.

Кеңістік уақытша ГАЖ  – кеңістіктік уақытша мәліметтермен  айналысады. Бұл ГАЖ-дың құрылуы бірнеше этаптардан тұрады: жоба алды зерттеулер саны мен бірге қолданушылардың талаптары, қолданылатын бағдарламалардың функционалдық мүмкіншіліктері және т.б.

Геоақпараттық жүйелер –  кеңістік координаттық мәліметтерді жинайтын, сақтайтын, өңдейтін, көрсететін, тарататын ақпараттық жүйе. ГАЖ ғылыми және астарлы есептерді шешу үшін арналған сонымен қатар, қоршаған ортаға анализ жасайды, баға береді, болжам жасайды. ГАЖ-дың маңызын автоматтандырылған картографиялық жүйе құрайды, ал ақпараттың басты қайнар көзі ретінде әртүрлі геокөріністер болады.

Геоақпараттық картографиялау - картографияның бір саласы. Геопақпарттық  технологиялар және географиялық білім  барасы негізінде картаны қолданумен, құрастырумен, автоматтандырумен айналысады.

Геинформатика – географиялық ақпараттық жүйелерді өндіретін ғылым мен технология.

Геоақпараттық технологиялар  – геоақпараттық жүйелерді құрудың  технологиялық негізі. Олардывң функцияаналдық мүмкіндіктерін жарыққа шығарады.

 Геоақпараттық  анализ – кіргізу анализі, құрылымдар. Ақпараттық жүйелер – құжатттардың және ақпараттықтехнологиялардың реттелуі, сонымен қатар есептелінетін техникамен байланысты қолданылып, ақпараттық үрдістерді жүзеге асырады. 

Ақпараттық  жүйелер – сақтау, өңдеу, іздеу, тарату, ақпарат беру үшін арналған.

 

 

 

 

 

 

Негізгі бөлім

 

 Қазіргі  таңда сандық картография жан  – жақты ғылым саласында көптеген  жетістіктерге жетіп отыр. Соның  ішінде айта кететін болсақ  геология, геоморфология, экология, ландшафттану, әлеуметтік экономика  саласында анық байқалады. Геология ең алдымен жер туралы ілім. Ғылымның бұл саласы жер бетінде болып жатқан процестерді зерттейді. Ал геоморфология ғылымы негізінен бедердің құрылысын, жаралуын даму тарихын және қазіргі динамикалық жағдайын зерттейтін ғылым.  Бедерді модельдеу, анализ жүргізу және тұрғызылған модельдерді зерттеу біртіндеп Жер ғылымының ажырамас бөлігіне айналып отыр. Кеңістіктік деректерді, яғни, жер бетіндегі ластанудың таралуын, кен орнын модельдеу, сонымен қатар көптеген тұрақты дамыған  аумақтарды жобалауда компьютерлік өңдеу кеңінен қолданылады. Осы саладағы зерттеулерді  XIX ғасырда Александр фон Гумбольдтың жұмыстарынан көре аламыз. Қазіргі кездегі геоақпараттық және геостатикалық модельдеу өзімен бірге Жер ғылымын байланыстырады. Мысалы, батыста  бедердің сандық анализі, геоморфометриясы немесе сандық геоморфологиясы деп көрсетіледі. Массивті деректерге аймақ және бедердің сандық анализі бойынша компьютерлік өңдеу жұмыстарын жүргізіп, негізгі анализдеу және көзбен шолу топографиялық  модельдеу көзқарасын өзгертті. Осы бағытта пайда болған геоақпараттық  жүйелері мен технологиялар көп жетістіктерге жетіп, тақырыптық топографиялық емес деректермен модельдеудің нәтижелерін байланыстыруға мүмкіндік береді. Сандық модельдер ГАЖ ақпараттарын және кртографияны автоматтандыруда негіз болады. Географиялық обьектілерді сандық модельдеу мағынасының астарында алғашқы деректер мен құрылымдық сипаттаманың  нақты формасы түсіндіріледі. Өйткені  обьектіні қалпына келтіруге немесе есептеуге  интерполяцияны, аппроксимацияны және экстраполяцияны қолдануға мүмкіндік береді. Бедерге қатысты осындай модельдер бедердің сандық моделі деп аталады. Бедерді модельдеу айырмашылығын  білдіретін екі түбегейлі  тәсілдері бар.

Бірінші тәсілі қашықтықты барлап қарау және фотограмметрия әдістері, олар көптеген ізденістердің, әдістемелердің, нәтижелердің нақты болуын қадағалайды. Бірақ жоғарғы дәрежеде рұқсат етілген бедерді  модельдеу тәсілдері көптеген жағдайларда нақты қолданысын таппайды. Ресейдегі компьютерлік технологияларды орнату батысқа қарағанда жай қарқынмен жүріп отыр.  Бұл қиындықтар ұлттық және аймақтық деректер базасының жетік дамымағанында, әлемдік деңгейдегі бағдарламалармен қамтамасыз ету бағасының жоғары болуымен, ең жаңа радарлы және космосуреттерге қол жеткізе алмауымен байланысты. Сондықтан көптеген зерттеушілер бедердің сандық моделін қалыптастырғанда топографиялық карталарды қолдануға мәжбүр етеді. Модельдеу нұсқалары модельдеу принциптеріне байланысты топтастырылады. Бәрінен бұрын модельдеудің TIN түрінде ұсынылғанын ескеруге болады. Ол Делонның триангуляциясының негізінде құрастырылған. Осыған мысал ретінде Р.Латтуада мен Дж.Рейпер жұмыстарын алуға болады. Осындай модельдер GeoFrance3D зерттеулер тобының жобалауында қолданылады. Сонымен қатар интерполяциядағы жетіспеушіліктерге байланысты қосымша деректерді генерациялағанда TIN модельдері қолданылады. Осыған ұқсас техникаға жоба ретінде Д.Хейцингер мен Х.Кагер жұмыстарындағы бедердің сандық моделін алуда сандалған изосызықтарды қолданылады. Алғашқы деректердің ешқандай өзгертілуінсіз жасалуы тиангуляциялық модельдердің артықшылығы болып табылады. Бір жағынан осындай модельдер толық анализдерді қолданбайды. Бірақ басқа жағынан интерполяциялық әдіспен алынған модельдерде ендірілген қателіктердің жоқ екендігін зерттеуші біліп отырады. Интерполяция әдістерімен алынған онлайн және кригинг модельдері өзімен бірге үзілмейтін материалдық деректерді көрсетеді. Олардың  мұқиятты  анализдеуге ұшырауы мүмкін. Осы аймақтағы барынша қызықты және түйінді жұмыстар М. Хатчинсон , Дж. Вуд и П. Суал жұмыстарынан көре аламыз. Осы жұмыстардағы бедердің моделін анализдеумен қатар бедердің гидрологиялық дұрыс моделін алу және алғашқы материалдарда растрлы деректердің қолданылуымен қаратырылады. Осы жұмыстың мақсаты ретінде кеңістіктегі  беттің модельдеу әдістемелерін, яғни, бедер ерекшелігін ГАЖ ақпараттар жүйесін әзірлеу нәтижесі зерттелінетін аймақ бедерінің моделін дұрыс құрастыру. Осы мақсатқа жету үшін әр түрлі міндеттемелер шешіледі:

интерполяциядағы  түйінді мәселелердің шешілуі және бірдей алгоритмдердің іріктелуі;

төменгі жиіліктегі алғашқы деректерге қосымша деректерді енгізу технологиясын әзірлеу;

модельдеу нәтижелерінің  сандық және сапалық верификациясы;

бедер моделінің  морфотектоникалық анализін алу;

Бастапқы материалдар  ретінде зерттелінетін аймақтың 1: 50 000 масштабтағы бедердің 20 м қимасының топографиялық картасы. Олар зерттелінетін аймақ шекараларының бедерін, изосызықтардың гидрожиілігін, көлін сандауда негіз болды. Картаның  нақтылығы қағаз бетіндегі сызықтардың қалыңдығымен анықталады және карта масштабы 1 : 50 000 – 10 м тең болады. Бір жағынан обьектінің өлшемі 10 м төмен болса есепке алу  қажет емес, ал екінші жағынан болашақ бедердің сандық моделін рұқсат етілген  дәрежеде тағыда 10 м болуы тиіс.  Бұл жағдайда бастапқы деректер сапасы жағынан   талапқа сай болмайды. Векторлық деректер геокадрланып  UTM  проекциясына аударылады, өлшем бірлігі метр. Векторизатор орнына L-Track пакеті қолданылады, сканерленген растрларға grystal – ға  600 dpi рұқсат етілген дәрежеде және RCB қалдық және жартылай автоматтық режимде сандау жүргізіліп отырды. Осы кезде тура аймақтарда  горизонталь нүктелері сирек, ал иілу орындарында нығыз қойылады, оның мақсаты сызықтардың қисықтығын көрсету.

Сурет 1 қол режиміндегі  векторизацияда горизонталь     нүктелерінің орналасуы

 

Таңдалған аймақтың әдістемелік жұмыспен өңдеу  жас  таулы елдерге тән: кезектескен  тік баурайлар және жайпақ суайрықтар, тегіс аңғардың түбі. Осыдан басқа  аймақтың орталық бөлігінде Телец  көлі таулық жиектеуді үш бөлектенген учаскеге  бөліп орналасқан. Осындай құрылымдағы алғашқы деректерде артефактылар мен интерполяциялық қателіктің пайда болуы максимальды түрде болады. Алдын ала  алғашқы жүргізілген  құрылымдық геостатикалық аймақ шегіндегі учаскелер параметрлері жеті вариограмма тәртібі үшін модельдің сфералық табаны С = 213306; әсер ету радиусы А = 570; тік баурайлар аймағында С = 1600; А = 1900 жайпақ суайрықтарда тең болады. Анализ VarioWin 2.2 бағдарламасында жүргізіледі.

Бедердің сандық моделінн құрудағы негіз ретінде тұрақсыз орналасу нүктелердің жиыны болады. Осы кезде модельдеудің қандайда түрін таңдау туралы сұрақ туады? Триангуляциялық әдіспен тұрғызылған бет тегістелген болмай қыр түрінде болады. Морфотектоникалық  анализ мақсатында жүйелі түрде биіктік  матрицасының моделінің артықшылығы бар, өйткені, ол келесі анализдеуде үлкен жетістіктерді қамтамасыз етеді. Триангуляция және жүйелі түрдегі матрицаны біріктірген модель өзінің артықшылығын иемденеді. Осындай  модельдер алғашқы деректерді интерполяциялағанда беттің сынған жерлерін тығындауға мүмкіндік береді. Бедер моделінің сынған жерлерінде құлама жарлар, жарлы дөңестер және бедерге қатысты басқа формалар көрінуі мүмкін. Сөзсіз қызық болар еді, егерде бедердің осындай моделінің элементтерін біріктіргенде, бірақ триангуляция мен жүйелі түрдегі матрицаның бір модельде біріктіру GIS бағдарламасында қабылданбайды.  Сонымен қатар модельдеу кезінде масштабты ескеруіміз керек, айтылған жағдайда масштаб 1: 50 000 бедердегі кішкентай элементтердің елемеушілік модельдеуде үлкен рөл ойнамайды және үлкен қателіктер жіберілмейді.

GISARC/INFO (GRIDTools) бағдарламасындағы  беттегі интерполяцияны келесі  әдістемелер құруға мүмкіндік  береді:

арақашықтықты кері өлшеу әдісі

кригинг

онлайн

топогрид әдісі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет 2 беттің көлеңкелік бедері интерполяция әдістерімен алынған; орналасу орны азимут 3150, биіктік 45

 

Әртүрлі әдістемелермен алынған модельдердің анализдерінің  көрсеткіші бойынша TOPOGRID әдістемесінің  болашағы ерекше. Көптеген сандық қателіктер тегіс аймақтарда анықталады, олар нүктелердің тығыздығы көп емес жерлерде байқалады. Осы жағдайды алдын ала бағалағанда солтүстіктегі нүктелер саны  1 м шаршы = 1,83.10_4; орталығында 1, 58. 10_4; оңтүстігінде 1,70.10_4; Тәжірибелік жолмен бізге аймақтардағы қанықтыру алғашқы деректердегі нүктелердің тығызыдығындағы 2,0.10 4  тәртіп бойынша іздеу керек екендігі анықталады. Бедердің сандық моделін толық қамтамасыз ету мақсатында алғашқы топокартаға сәйкес рұқсат етілген дәрежедегі масштаб 1 : 50 000 сиретілген деректерге аймақты нүктелерді қосу әдістемесі өңделіп шығарылды.

Оның маңызды  тұсы ретінде меңгеру оңайлығы және  GISARC/INFO ArcView базаларында іске асыру  болып табылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет 3 аймақтарды тіреу нүктелерін қанықтыру әдістемелер деректері

 

Бұл құрал интерполяция кезінде модельді бедердің изосызықтары немесе деректер нүктесі арқылы құрастыруға  мүмкіндік береді. Интерполяциялық  параметрлердің іріктеп алынған  кезеңдерінде тұрғызылған модельдің  дұрыстығын интерполяцияланған беттік контурлы сызықтары бойынша анықталады. Олар формалардың тегістелген дәрежесі, сандалған изосызықтарға  жақындығымен және жақын изосызық белгілерінің мағынасы  идентификатор мағынасына нақтылы тура келеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет 4 интерполяцияланған беттің алғашқы изосызықтарымен және контурлы қосылыс көрсетілген фрагменті

 

Жоғарыда айтылған қосымша деректерді   TOPOGRIDTools алу  процедуралары орындалғаннан кейін  бедердің соңғы моделі құрастырылады.

Жалпы жағдайда нақты бағасы сапалы болуы мүмкін, яғни, салыстырмалы және нақты санды алғанда сандық модельдің нақты алынған параметрлерін көрсетеді.  GISARC/INFO(GRID Tools) салыстырмалы анализ жүргізеді. Осындай тәсілде бедердің соңғы модеінің верификациясы жүйелі түрдегі матрицамен және триангуляциялық жолмен алынған модельмен салыстырылады. Өйткені анализдерді салыстыруда  деректердің ешқандай өзгертулерсіз және бастапқы деректердің ығысуынсыз алынған моделі қажет. Профил   GISARC/INFO да StackProfile командасымен тұрғызылады. Бұл команда жай Profile – ге қарағанда бір мезгілде әр түрлі беттерге профиль құруға мүмкіндік береді. Олар жүйелі түрдегі матрицамен, триангуляциялық беттермен көрсетілуі мүмкін. Профиль модельдер бойынша салыстырмалы анализі өңделген  мағынасының шамасы Z практикалық бастапқыдан айырылмайтындығы  статикалық есептер бойынша бекітіледі. Кішкене айырмашылық айырмасы (45 м) бағыттауда және аңғарларда орын алады, көл бойынша айырмашылық айырмасы 1,2 м  TOPOGRID  интерполяция режимімен келі сілген, бірақ нақты топографиялық  картаның критерииларына  сай келеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет 5 Жүйелі түрдегі матрица(сұр түсті) және триангуляция моделі (қара түсті) көрсетілген  бедер моделінің профилдағы салыстырмалы анализі

GIS(ARCView) бағдарламасындағы  сандық анализ статистикалық  анализ үшін жазылған кеңейтулер көмегімен жүргізіліп, әдістеме мәні келесіге негізделеді. Бедердің алғашқы изосызықтарының биіктік ауытқу мағынасының және алынған модельдің есептері бойынша орташа квадрат қателігі есептелінеді, осыдан кейін осы екі параметрлер көлемінің жеткілікті дәрежедегі соңғы бедер моделінде көрсетілген қателігінің корреляция коэффиценті анықталады. Бедердің бастапқы изосызықтардың биіктіг ауытқуларының орташа квадрат қатесі  221,632; есептелген модель бойынша алынған бедердің изосызықтарының биіктіктерінің ауытқу орташа квадрат қатесі 225,218. Коэффицент корреляциясы 0,982514. Басқада статистикалық параметрлері алғашқы деректер бойынша биіктіктің орта мағынасы 873,835, интерполяциядан кейін биіктіктің орта мағынасы 867,789. Көріп  айтқандай келтірілген отчет бойынша корреляция коэффиценті арасында RMS алғашқы және өңделген деректер бойынша 0,982514. Осындай корреляция бізді қанағаттандырады, ол жалпы жіберілетін систематикалық қателіктен аспайды. Модельдің морфотектоникалық анализі Бедердің сандық моделін  жүргізу тематикалық анализдеуде ең маңыздысы, модельдегі ақпараттық сипаттамасындағы формализация кезеңі. Ол үшін қандай ақпарат анализ кезінде ақпаратты және оны  модельдеудегі ерекшеленген бөлігі барлық сипаттамасын сақтап қалу үшін дұрыс шығарылуын білу қажет. Морфотектоникалық анализдеуде біртұтас беттік тегістеудің құрылуы аумақтық тектоникалық даму сатысының жолында қирап, алғашқы  жағдайы болып табылады. Бірнеше кезеңдердің барысында неотектоникалық  активизациядағы қалдықтардың беттік тегістелу әртүрлі биіктікте тіркеледі. Қазіргі биіктік орнын орнықтырып неотектоникалық құрылымдардағы элементтерден блоктарды және жарылымдарды айтуға болады. Беттік тегістеудегі қалдықтар өзімен бірге беттік ылдилықтың бұрышы 8 аз емес  болып, суайрық жоталарда орналасу кей кезде жоталар баурайларында саты түрінде көрінеді. Неотектоникалық жыралар көбінесе керпештермен ерекшеленіп байқалады. Олар қирау кезінде иілу құламасы 25-40 немесе одан да көп құламаға айналады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет  6 тематикалық карта фрагменті

 

Бедердің сандық моделінің беттік бұрыштардың ылдилығы 8 аз болуы полигон түрінде көрсетілген  полигондар ауданы 5000 м кв аз болып  ақпаратты емес деп саналып өшіріледі. Бедер құрылымындағы анықталған полигонның анализі кезінде  соңғы беттік қалдықты тегістеулер анықталады. Неотектоникалық жарылымдарды белгіленген кезде картада құлама бұрыш ылдилығы, сонымен қатар картадағы беттік құлама анализделеді. 6 суретте аймақ фрагменті көрсетілген, ол жерлер қалдықты беттік тегістелу, жарылымдар бастапқы топографиялық фон көрсетіледі.

Көрсетілген бедердің сандық моделін құру әдістеме құрылысы қиын бедер бетін және таулы аймақтарды модельдеуге мүмкіндік береді. Сандық және сапалық бағалар нақты модельдеудің  біркелкілігін және статистикалық  деректердің жақсы сәйкестігін анықталған бедердің жайпақ  аумақтарын анықтайды. Модельдердің рұқсат етілген дәрежеде  алынуына топографиялық картаның нақтылығымен жауап береді және GIS қолданылады және содан кейінгі  анализдеуде тиімді модель болып саналады. Модельдеу технологиялары стандартты жинақ GISARC/INFO ArcView қолданыс аясынан шықпайды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды

 

       Қазіргі таңда технологияның  дамуына байланысты сандық картография  өз мүмкіндіктерін уақыт өткен  сайын үлкен жетістіктерге жеткізуде. Дүниежүзіндегі  мемлекеттер осы салада инвестициялық қорларын  арттырып жатыр. Мысалға алатын болсақ, дамыған АҚШ, Канада секілді елдер өздерінің картографиялық қызметіне ерекше мән беріп, әр бес жыл сайын жаңа ақпараттармен толықтырып, барлық деңгейдегі карталарын жаңартып отырады.

Болашақта жаңа ГАЖ бағдарламалық өнімдері қолданысқа шығарылуда. Ойымызды қорытындылай келе болашақта тек қана жоғарыда айтылып  кеткен ArcGis бағдарламасын ғана емес басқа да ГАЖ мүмкіншіліктерімен жұмыс жасайтынымызға сенімдімін.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

 

 

 Қолданылған әдебиеттер:

      1. Майкл Н Де Мерс. Географиялық  ақпараттық жүйе. Негіздер«Дата  +». М. 1999.

     2. Н.Б.Кабаев. Географиялық ақпараттық жүйе және түсті картография. Алматы 2004

      3. Е.Нусипов,А.В.Немченко .Геоақпараттық  жүйенің негізі. Алматы, 2004

      4. Интернет желісі

 

Интернет желісі http://www.brgm.fr/geofrance3d/geofrance3d.html