WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

По оценкам самих авторов второго метода, имеются расхождения между их высотами и высотами, полученными методом Э. Кука. Высоты в районе южного полюса, определенные Розиком, в среднем на 1 – 2 км ниже высот Кука, причем сами авторы метода причиной ошибки считают недоработки в их внутренней программе ISIS. Автором данной работы также было проведено сравнение высотных профилей, построенных на основе растровых моделей, полученных обоими методами, проходящих вдоль меридианов 90° и –90°, которое подтвердило указанное расхождение.

Несмотря на все преимущества, использование методов, описанных выше, не представлялось возможным по двум причинам:

  1. отсутствие свободного доступа к стереоизображениям КА Клементина, которые могли бы быть использованы для составления ЦМР;
  2. отсутствие специально разработанного программного фотограмметрического обеспечения, подобного тому, которое использовалось американскими специалистами (например, GOTCHA или ISIS).

Однако имеющиеся аппаратные возможности (см. гл. 2), а также опыт составления автором гипсометрической карты Венеры позволили разработать метод, позволяющий создать ЦМР на приполярные области Луны без обработки стереоизображений. Для этого в качестве исходных данных для создания гипсометрической карты Луны использовались:

1) данные высотного альтиметра КА Клементина, представляющие собой набор из более 1 млн. точек, отстоящих друг от друга на 0,25°, и в атрибутах которых содержатся значения координат и абсолютных высот. Однако, как уже было указано, приполярные области не обеспечены такими данными в полной мере, поэтому для приполярных областей был необходим дополнительный источник информации, а именно

2) растровые изображения приполярных областей Луны, полученные Э.Куком, на которых высота каждого пиксела находится в определенной зависимости от его яркости.

Точность этих моделей рельефа составляет около 1 км/пиксел. Абсолютные ошибки высот, вычисленные по стандартному отклонению между точками лазерного альтиметрирования КА Клементина и цифровой моделью высот, составляют ±0,4 км для северной приполярной области и ±0,7 км для южной приполярной области. В приполярных областях выше 80-х параллелей ошибки высот могут составлять ±1,0 км. Поскольку длина радиуса Луны, равная 1737,4±1 км, официально считается Международным астрономическим союзом наиболее корректной, то при создании гипсометрической карты Луны использовалась рефернц-поверхность, представляющая собой шар с радиусом 1737,4 км.

Итак, отсутствие снимков КА Клементина и необходимого программного обеспечения для составления и выполнения анализа стереоизображений, потребовало разработки специальной десятиэтапной методики обработки данных и составления гипсометрической карты Луны (схема 1), каждый из этапов которой раскрывается в последней главе диссертации.

Глава 4. Составление полной гипсометрической карты Луны с использованием двух типов исходных данных

На первом этапе были получены данные на области высоких широт Луны, которые не покрываются данными высотного альтиметра КА Клементина. Для этого использовались растровые изображения, составленные Э. Куком, на северную и южную приполярные области и ограниченные параллелями ±60. На этом этапе выполняется так называемый обратный анализ изображений с последующим пересчетом значения яркости в высоту. Эта работа выполнялась с помощью программы ArcView, а также с использованием дополнительного написанного модуля – скрипта.

Затем, поскольку на используемых растрах находились «черные области» с яркостью 0, в которых отсутствовали данные, на втором этапе работы необходимо было удалить точки, содержащие в себе информацию о «черных» пикселах, а также точки, содержащие в себе информацию о пикселах с «переходной яркостью», т.е. находящихся на границе «черных» зон. Эта было выполнено путем построения буферных зон вокруг «черных» пикселов.

На третьем этапе, были выбраны проекция (равновеликая азимутальная проекция Ламберта) и масштаб карты (1:13 000 000). Азимутальная равновеликая проекция Ламберта позволяет отобразить полушария Луны и провести некоторый анализ созданной гипсометрической карты, например, измерение площадей высотных уровней и различных форм рельефа Луны. Масштаб карты был выбран равным 1:13 000 000, т.е. диаметр полушария, с учетом использования равновеликой азимутальной проекции Ламберта, составляет 37,81 см. Несмотря на то, что такой масштаб является обзорным, при печати с разрешением 300 dpi и достаточно подробной базе данных, на основе которой строилась карта, на ней можно отобразить высотные уровни и кратеры диаметром до 6400 м. Карта полушарий в масштабе 1:13 000 000 вписывается в лист размером 59,4Н84,1 см (А1). Именно в таком формате издается серия гипсометрических карт планет, в рамках которой уже изданы гипсометрические карты Марса и Венеры.

Установив, что высота пиксела растрового изображения, находится в следующей зависимости от его яркости: h = 75·I 9600, где h – высота точки, а I – яркость, значения яркости в полученной ЦМР на приполярные области были пересчитаны в высоты. В свою очередь, прямоугольные координаты, которые первоначально были в атрибутивной таблице, были пересчитаны в сферические координаты по алгоритму, представленному в приложении 1, и требуемая база данных приобрела законченный вид.

На четвертом этапе с помощью статистического пакета R была рассчитана корреляция между полученной ЦМР на приполярные области и ЦМР, созданной по данным высотного альтиметра КА Клементина. Алгоритм расчета корреляции представлен в Приложении 2. Значение корреляции было получено равным приблизительно 54%. Учитывая, что точность и количество данных высотного альтиметра на приполярные области невысоки, (что и было подтверждено невысоким значением корреляции), было принято решение не «накладывать», а «сшить» ЦМР созданные на приполярные области и ЦМР высотного альтиметра по параллелям ±60.

На пятом этапе, поскольку интервал между полученными точками приполярных областей, намного меньше интервала между точками ЦМР, созданной по данным высотного альтиметра КА Клементина (0,06 и 0,25 соответственно), требуется выполнение генерализации точек приполярных областей, которая производилась путем осреднения значений высот точек, находящихся в определенной окрестности. Для этого разработан специальный метод – генерализация полигональной сеткой. Смысл этого метода состоит в том, что после наложения полигональной сетки, точки генерализуемого слоя будут перекрыты квадратами сетки. Все значения высоты точек, «попавших» в квадрат, будут осреднены. И это новое среднее значение высоты будет присвоено каждому полигону сетки. Затем рассчитываются координаты центроида каждого квадрата (полигона) сетки. В результате координаты центроида и среднее значение высоты и будут новыми координатами генерализованной ЦМР. Для создания сетки использовался модуль ArcGIS Fishnet, а для выполнения самой – генерализации специальный, написанный для ArcView, скрипт. Учитывая то, что если на экваторе Луны один градус составляет 30,32 км, а на широте ±60– 15,16 км, т.е. в два раза меньше, ЦМР генерализовалась на приполярные области не до 0,25, а до 0,5. Алгоритм автоматизированной генерализации точечных данных полигональной сеткой представлен в Приложении 3.

На шестом этапе необходимо «сшить» 2 типа данных, для чего используется программа GeoMerge, и затем поделить весь массив точек на два больших блока для видимого (долготы от -90° до +90° с запада на восток, центральный меридиан 0°) и обратного полушарий (долготы от +90° до -90° с запада на восток, центральный меридиан 180°).

На седьмом этапе, способом, описанным в Приложении 2, была посчитана корреляция между объединенной и генерализованной ЦМР и наиболее точной и современной на сегодняшний день сетью ULCN 2005. Корреляция рассчитывалась отдельно для видимого и обратного полушария Луны. После проведения расчетов, для видимого полушария была получена корреляция равная 83,77% и для обратного полушария – 94,26%, что позволяет говорить о хорошей надежности использования разработанной методики, и дает возможность перейти непосредственно к составлению карты.

Далее, на восьмом этапе, начинается непосредственно составление карты, для чего используется модуль ArcGIS Spatial Analyst, с помощью которого строится изолинейный растр, а затем и сами векторные контура. Для построения изолинейного растра использовался метод регулярной сплайн-интерполяции, в процессе которого создается гладкая постепенно изменяющаяся поверхность.

Размер ячейки создаваемого растра был выбран равным 1530 м, исходя из того, что, в среднем, принтер или плоттер печатает 120 точек на сантиметр. Но, поскольку на карте Луны в проекции Ламберта и масштабе 1:13 000 000 1 см на экваторе составляет приблизительно 92 км, то, соответственно, размер ячейки растра ([92/120]Н1000) должен быть выбран равным 767 м. Обычно, во избежание погрешностей и брака печати, математически рассчитанный размер ячейки умножают на 2, т.е. приблизительный размер пиксела должен составлять 1530 м, что и указывается при выполнении сплайн-интерполяции. При выполнении затем генерализации контуров и выборе ценза отбора, опять же во избежание погрешностей печати, значения ячейки растра умножают еще на 4, получая таким образом значение 6120 м. Соответственно, с карты снимаются все контура площадью менее 37 454 400 м2. Генерализация выполняется в ArcGIS с помощью модуля Eliminate. Алгоритм выполнения этой операции представлен в Приложении 4.

При разработке высотной шкалы карты учитывалось восприятие Луны наблюдателем с Земли, т.е. при отображении таких глобальных форм рельефа как моря, наблюдаемые с Земли как серо-зеленые пятна, и возвышенные светлые области, использовалась серо-зеленая и светло-желтая гамма цветов, сделавшая восприятие карты читателем более привычным. Также при разработке шкалы учитывались глобальные свойства лунной поверхности, что отразилось в выборе высотных интервалов – от –4 км до +4 км – через 500 м, и выше +4 км и ниже -4 км – через 1000 м. Это дало возможность подробно отразить на карте и структуру плоских морей Луны, высотную поясность и многочисленные кратеры.

На девятом этапе автоматизированным способом с помощью инструмента hillshade модуля Spatial Analyst на карту добавлялась светотеневая отмывка. Поскольку размер пиксела при создании изолинейных растров был выбран равным 1530 м, с помощью отмывки были выразительно подчеркнуты все основные формы рельефа Луны, а также отображены многие объекты (например, кратеры и горные пики), не выраженные на карте изогипсами, что, в свою очередь, добавило карте наглядности.

На десятом, завершающем, этапе разрабатывается компоновка карты и выполняется ее печать.

Заключение

Основным результатом работы является созданная автоматизированная методика получения и обработки данных на приполярные области Луны и впервые в новейшей истории России составленная и подготовленная к изданию полная гипсометрическая карта Луны (рис.1).

Рис.1. Гипсометрическая карта Луны

В итоге получены следующие результаты, обладающие научной новизной:

  1. Перед составлением карты по нескольким параметрам был проведен экспертный анализ различного геоинформационного программного обеспечения, и по результатам этого анализа были выбраны наиболее подходящие для решения поставленных задач продукты.
  2. Несмотря на неполноту и труднодоступность исходных данных и программного обеспечения, разработанная методика позволила получить БД на приполярные области Луны, состоящую из более чем 9 миллионов точек поверхности на каждую из приполярных областей, отстоящих друг от друга на 0,06°.
  3. Для составления карты использовалась наиболее современная основа, имеющаяся на сегодняшний день – данные КА Клементина, причем в процессе получения ЦМР было осуществлено так называемое data fusion, т.е. объединение двух типов данных, а именно полученной ЦМР и данных высотного альтиметра KA Клементина, что позволяет говорить о более объективном отображении рельефа. Высокие значения корреляции между полученной ЦМР и наиболее современной и точной на данный момент высотной сетью ULCN 2005 позволяют говорить о высокой надежности использования разработанной методики.
  4. В процессе составления карты и обработки данных были разработаны и описаны 2 метода автоматизированной генерализации векторных объектов, а именно точек и полигонов, причем для генерализации точечных данных использовался специально разработанный метод генерализации полигональной сеткой.
  5. Цветовое решение высотной шкалы гипсометрической карты было выбрано с учетом визуального восприятия Луны наблюдателем с Земли, а используемые высотные интервалы позволили отобразить различные формы рельефа Луны от глобальных (морей и горных цепей), до отдельных кратеров, которые были подчеркнуты добавлением светотеневой отмывки.
  6. В процессе работы над картой, в качестве приложения было составлено подробное пошаговое описание (manual) некоторых наиболее важных при составлении операций, которое можно использовать при работах по составлению гипсометрических карт не только Луны, но и других небесных тел и земной поверхности. Методы генерализации, описанные в приложении, уже размещены в качестве интернет-статей на некоторых геоинформационных ресурсах сети Internet, в частности gis-lab.info, и могут свободно применяться и уже применяются пользователями как для составления гипсометрических, так и при составлении других тематических карт.

Работы, опубликованные по теме диссертации:

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






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