WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Также большое внимание уделяется картографированию отдельно приполярных областей Луны. Во-первых, это БД, полученная Энтони Куком, и состоящая более чем из 90 000 точек, полученных вследствие анализа стереоизображений КА Клементина на приполярные области Луны, ограниченные параллелями ±60°. На основе цифровой модели были созданы подробные изображения приполярных областей с разрешением 1 км/пиксел. В качестве поверхности относимости для этих карт использовалась сфера, радиуса 1737,4 км. Высотная точность полученной БД оценивается авторами равной приблизительно 100 м.

Вторая БД на южную приполярную область Луны, созданная параллельно в USGS в 2000 г состоит из 29386 точек. На основе этой БД методом триангуляции была составлена гипсометрическая карта на южную приполярную область. Основой для этой карты также служила сфера, радиусом 1737,4 км.

Если гипсометрическое картографирование в США, в первую очередь, относится к видимой стороне Луны, то советские космические аппараты первыми получили изображения обратной стороны Луны. Одним из первых лунных каталогов в СССР, стал каталог, составленный в 1965-67 гг. на Главной астрономической обсерватории АН СССР (Пулково), состоящий из 500 точек, полученных и измеренных на обсерваториях в Голосеево (ГАО Укр. ССР) и Пулково. Точность измерения вертикальных координат этого каталога варьировалась от ±0,40 до ±2,50 км. В 1970 г в ГАИШ на основе 9 селенодезических каталогов высот была составлена единая система селенодезических координат, состоящая из 2900 точек.

В 1971 – 1972 гг. в МИИГАиК по материалам фотосъемки с КА Зонд-8 была составлена Фотокарта участка обратной стороны Луны в масштабе 1:1 000 000, дополненная горизонталями, проведенными через 0,5 км. Ошибка определения высот по снимкам Зонда-8 составляет ±0,2 км.

В начале 80-х годов в Советском Союзе была составлена гипсометрическая карта на видимое полушарие Луны на основе каталога высот Киев-4, составленного в 1977 г. и содержащего 4900 точек. Высоты отсчитаны от сферы 1738,0 км. Ошибка отображения высот на карте составляет ±0,18 – 0,30 км.

В конце 80-х – начале 90-х гг. в Атласе планет земной группы и их спутников была представлена Гипсометрическая карта Луны в масштабе 1:25 000 000. В качестве поверхности относимости для этой карты использовалась сфера, радиусом 1737,57 км.

При составлении гипсометрических карт планет и их спутников вообще и Луны, в частности, необходимо учитывать некоторые аспекты, осложняющие процесс составления и анализ поверхности, а именно:

1.Различие поверхностей относимости и уровней отсчета высот. На сегодняшний день, согласно постановлению Международного Астрономического Союза, для расчетов принято использовать радиус Луны, равный 1737,4 км. Часто в работах, выполненных ранее, использовались совсем другие значения, например 1736,7 км, 1737,57 км, 1738,0 км и др. То же самое можно сказать и о выборе нулевого уровня при составлении гипсометрических карт. Например, для тех же карт LAC уровень отсчета высот был выбран равным 1735,4 км, а на картах LTO – 1730,0 км. Подобные расхождения приводят к появлению ошибок при сравнительном анализе различных каталогов.

2.Неполнота данных. Наборы высотных данных, полученные в результате исследования небесных тел космическими аппаратами, часто отличаются дискретностью распределения по поверхности и неполнотой. Например, на некоторые участки поверхности Луны, имеются данные с очень высоким разрешением (до 5 м), например, на зоны посадок и пролетов КК Аполлон, но распределение этих данных по поверхности носит дискретный характер. Также существенным является и тот факт, что часто при составлении карт небесных тел приходится иметь дело с разновременными данными, имеющими различную точность и площадь покрытия.

3.Труднодоступность данных. Данная проблема свойственна сегодняшнему состоянию в России тематического картографирования планет и их спутников вообще и гипсометрического картографирования, в частности. В связи с отсутствием собственных космических аппаратов, получающих информацию о рельефе и других физических свойствах небесного тела, российские картографы вынуждены ждать поступления подобной информации от NASA, ESA и других зарубежных организаций. Часто это не первичные, а уже обработанные данные, что также осложняет работу с ними.

В результате при создании гипсометрической карты Луны были учтены вышеперечисленные особенности, а именно для создания карты использовались наиболее современные и покрывающие всю поверхность Луны высотные данные КА Клементина, привязанные к сфере радиусом 1737,4 км и с помощью разработанной методики, была успешно отчасти решена проблема труднодоступности данных.

Глава 2. Анализ существующего программного обеспечения

Одними из наиболее популярных на сегодняшний день ГИС-пакетов, кото­рые используются для изучения и обработки различных наборов географической информации, являются программы фирмы ESRI (ArcView и ArcGIS), а также ERDAS.

ArcView – нетребовательная к ресурсам компьютера геоинформационная система. Она имеет простой встро­енный язык программирования Avenue, что позволяет писать для нее специаль­ные подпрограммы-приложения или скрипты. ArcGIS – следующее поколение ГИС, значительно более требо­вательная к ресурсам компьютера. По сравнению с ArcView, ArcGIS предоставляет больше встроенных возможностей пользователю по анализу географической ин­формации и по оформлению карты. С другой стороны ArcGIS не ориентирован на создание дополнительных скриптов и встраивание их в тело программы. ERDAS IMAGINE программа для работы с растровыми изображениями (снимками), их координатной привязкой и фотограмметрической обработкой, созданная компанией ERDAS, Inc.

Помимо ГИС фирм ESRI и ERDAS, Inc., существуют и другие пакеты, в том числе и разработанные в России, позволяющие решать различного рода задачи, наиболее популярные из которых: MapInfo, AutoCAD и ГИС «НЕВА».

MapInfo – ГИС, разработанная компанией MapInfo Corporation, по своим функциям возможностям похожая на ArcView. AutoCAD GeoSyn, Civil – мощный пакет, разработанный фирмой Autodesk, Inc., используемый главным образом для автоматизированного проектирования и черчения. Являясь первоначально системой автоматизированного проектирования (САПР), сейчас AutoCAD по своим возможностям и семейству приложений и дополнительных программ является практически полноценной геоинформационной системой. ГИС «НЕВА» – это геоинформационная система, нетребовательная к ресурсам компьютера, разработанная в России и предназначенная для создания и редактирования электронных карт, решения типовых прикладных задач и разработки специализированных ГИС-приложений. Возможности ГИС «НЕВА» постоянно расширяются и имеют гибкую систему обновления, поскольку система позволяет создавать различные приложения и интегрировать их в программу.

В таблице 1 приведено сравнение по 5-балльной системе рассмотренных ГИС-пакетов по различным параметрам: стоимость, требования к ресурсам компьютера, возможности (способность самой ГИС выполнять различные функции (работа с математической основой пространственных данных, работа со

снимками, пространственный анализ и др.) сложность создания модулей и расширений, относительная скорость работы и распространенность форматов.

Анализируя таблицу, можно отметить, что в совокупности возможности продуктов фирмы ESRI очень высоки. ArcGIS позволяет выполнять огромное количество различных операций с векторными и растровыми данными, использовать большое количество проекций и поверхностей относимости, выполнять пространственный анализ, моделирование данных и поверхностей, оверлей, геокодирование и др. Существует также большое количество дополнительных модулей, разработанных для ArcGIS и значительно расширяющих возможности этой программы. Среди недостатков можно отметить высокие стоимость и требования к операционной системе, однако ArcGIS можно использовать вместе с ГИС ArcView, которая, хотя и является предшествующим поколением ГИС относительно ArcGIS, в то же время дает возможность создавать скрипты, позволяющие выполнять многие из операций ArcGIS, но при этом значительно дешевле и менее требовательна к ресурсам компьютера.

Пакет ERDAS является одним из наиболее мощных программ по обработке, трансформации, дешифрированию, привязке и различному виду анализа аэро- и космических снимков. Однако, поскольку в данной работе для получения исходных данных снимки КА Клементина не могли использоваться в силу отсутствия к ним свободного доступа, в работе с таким мощным и дорогим пакетом, как ERDAS не было необходимости. Тем более что все необходимые операции по привязке, векторизации и анализу растровых изображений, которые были заложены в разработанную методику, можно выполнить с помощью программ ArcView и ArcGIS, совокупная мощность и возможности которых это вполне позволяют.

ГИС-пакет MapInfo по своим возможностям и характеристикам напоминает ArcView. Однако, для выполнения всех видов работ по обработке данных и созданию гипсометрической карты Луны одного этого программного продукта, как собственно и исключительно ArcView, недостаточно.

AutoCAD по сути своей не является ГИС в полном смысле этого слова, хотя, некоторые из его приложений, разработанных компанией Autodesk, в особенности AutoCAD Map 3D позволяют говорить о том, что этот пакет можно использовать для большого спектра задач, решаемых геоинформационными системами. Однако, тем не менее, по своей изначальной и основной ориентации, AutoCAD является скорее очень развитой и многофункциональной системой автоматизированного проектирования (САПР), чем ГИС, поэтому решать задачи картографирования всей поверхности какого-либо небесного тела с помощью этого пакета представляется проблематичным, тем более что по возможностям пространственного анализа, AutoCAD также уступает остальным ГИС.

ГИС «НЕВА» по своим возможностям практически не уступает, а в некоторых аспектах и превосходит, зарубежные аналоги. С другой стороны, распространение файловых форматов НЕВЫ, вследствие недостаточной популяризации и рекламы, за границей практически отсутствует.

В результате вышеизложенного анализа различных ГИС-пакетов, можно сделать вывод, что с учетом поставленных задач наиболее удачным и оптимальным соотношением инструментария для работы с векторными и растровыми данными обладают ГИС фирмы ESRI.

Итак, основными ГИС-пакетами, используемыми в данной работе, являются программы фирмы ESRI – ArcGIS 9.0 и ArcView 3.3. Также для всех операций, связанных с построением цифровых моделей рельефа и изолиний, использовались модули Spatial Analyst и, помимо встроенных модулей, специально написанные скрипты.

Помимо ГИС-пакетов, для расчета статистики и корреляции использовался специальный статистический пакет R, а для объединения баз данных пакет GeoMerge – свободное программное обеспечение, т.е. программы, которые бесплатно распространяются через интернет и в создании которых участвует множество разработчиков со всего мира.

Глава 3. Разработка методики составления гипсометрической карты Луны

Лазерный альтиметр КА Клементина, запущенного 25 января 1994 года и вышедшего на полярную орбиту вокруг Луны 19 февраля 1994 года, получил радарные высотные данные с разрешением до 200 м. Также камерой, снимающей как в видимом, так и в ультрафиолетовом диапазоне, было получено при разных углах съемки около 600 тыс. изображений. Данные лазерного высотного альтиметра КА Клементина, покрывают всю поверхность Луны в пределах широт ±60, но практически отсутствуют на приполярные области Луны. Таким образом, при составлении полной гипсометрической карты Луны необходимо разработать методику получения и обработки данных КА Клементина на области высоких широт.

На данный момент существуют две основных методики обработки изображений КА Клементина и получения высотных данных. Автором первой из них является Э. Кук (Центр изучения Земли и планет, Национальный аэрокосмический музей, National Aeronautic and Space Museum, Вашингтон). Если имеются исходные данные зондирования поверхности Луны (космические изображения и данные лазерного альтиметрирования КА Клементина), то процесс составления Цифровой Модели Рельефа (ЦМР) включает в себя четыре стадии обработки таких данных:

  1. Выбор стереопар изображений для каждой орбиты;
  2. Создание ЦМР на определенную территорию;
  3. Объединение всех ЦМР, для создания единого ЦМР-покрытия на всю поверхность Луны;
  4. Объединение полученных данных с данными лазерного альтиметрирования.

На первой стадии используется специальный автоматический алгоритм для того, чтобы определить общие узловые точки для каждой стереопары. Когда такие точки найдены, из каждой пары изображений затем создается стереопара. На второй стадии обработки, полученные стереопары объединяются для того, чтобы создать ЦМР. Для расчета положения КА и ориентации камеры используется специальное программное обеспечение GOTCHA. Затем данные, объединенные в единое ЦМР-покрытие, соединяются с данными, полученными высотным альтиметром КА Клементина, т.е. каждая из полученных ЦМР, составляющих ЦМР-покрытие, добавляется к данным высотного альтиметрирования и этот процесс повторяется в интерактивном режиме. Именно вышеописанным методом в 2001 г. Э. Куком была создана карта приполярных областей Луны, которая использовалась в данной для получения необходимой высотной цифровой информации.

Автором второй методики обработки данных и составления карты является М. Розик (Американская геологическая служба, USGS, Флагстафф). Первоначальной задачей в этом методе является также создание единого покрытия на приполярные области. Для этого вручную находятся общие точки привязки, позволяющие вначале грубо «сшивать» соседние изображения и, в итоге, создать единое покрытие на приполярные области. Для того, чтобы создать вертикальную опорную сеть, на основе данных лазерного альтиметра строится ЦМР, на которую накладываются полученные точки привязки, в атрибутику которых записывается значение высоты, что, в свою очередь, обеспечивает построение начальной «грубой» сети опорных точек. После этого для более точной привязки с помощью фотограмметрической программы SOCET SET и специально разработанной программы ISIS последовательно проводится несколько стадий триангуляции, в процессе которых исправляются ошибки по высоте и каждое изображение разбивается на 9 равных частей, для каждой из которых автоматически генерируются дополнительные узловые точки.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»