Алгоритмическое и программное обеспечение геоинформационной системы для анализа двумерных геополей

• Автор: Ковин, Роман Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 196 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ПРОСТРАНСТВЕННОГО АНАЛИЗА ДВУМЕРНЫХ ГЕОПОЛЕЙ

1.1. Задачи анализа двумерных геополей

1.2. Цифровые модели геополей.

1.2.1 Регулярная сеть

1.2.2 Триангуляционная сеть

1.2.3 Способы визуального представления геонолей.

1.3. Модели пространственных данных в современных ГИС.

1.3.1 Основные модели пространственных данных

1.3.2 Цифровые модели геополей в современных ГИС.

1.4. Задачи восстановления гсополя

1.4.1 Восстановление геополя по точечным данным
1.4.2 Восстановление геополя по изолиниям
1.5. Специальный анализ геополей
1.6. Применение существующих ГИС и ГИСтехнологий для решения задач анализа геополей
1.7. Цель и задачи исследования.
1.8. Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 2. ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ И СТРУКТУРА ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ГИС ДЛЯ АНАЛИЗА ГЕОПОЛЕЙ.
2.1. Требования к инструментальной ГИС
2.2. Принципы разработки инструментальной ГИС.
2.3. Обобщенная структура инструментальной ГИС
2.4. Создание проблемноориентированных ГИС.
2.5. Выбор базовой ГИС
2.6. Цифровые модели геополей инструментальной ГИС
2.6.1 Формат регулярной сети
2.6.2 Формат триангуляционной сети
2.7. Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ГИС
3.1. Требования к алгоритмам восстановления двумерных геополей по точечным данным.
3.2. Многоэтапный способ восстановления геополя по точечным данным
3.2.1 Загрузка исходных данных
3.2.2 Фильтрация исходных данных в признаковом пространстве.
3.2.3 Фильтрация исходных данных в ХУпространстве
3.2.4 Обработка совпадающих точек в ХУпространстве.
3.2.5 Поиск ближайших точек в локальных интерполяторах
3.2.6 Адаптивный алгоритм поиска ближайших точек
3.3. Восстановления геополя по изолинейным данным методом плавающих секущих.
3.3.1 Алгоритм восстановления геополя по изолиниям с использованием плавающих секущих.
3.3.2 Пространственная индексация
3.3.3 Многослойная пространственная индексация.
3.3.4 Исследование точности методов восстановления геополей по изолинейным данным.
3.4. Алгоритмы, используемые для формирования карт изолиний, изоконтуров и профилей.
3.4.1 Алгоритм формирования карт изолиний
3.4.2 Алгоритм формирования карт изоконтуров.
3.4.3 Алгоритм формирования профиля
3.5. Алгоритмы, используемые для специального анализа геополей
3.5.1 Алгоритм расчета уклонов и экспозиций
3.6. Редактирование регулярных сетей.
3.6.1 Требования к средствам редактирования
3.6.2 Способы деформации поверхности.
3.6.3 Алгоритмы деформации поверхности.
3.6.4 Редактирование регулярных сетей в задачах восстановления геополей
3.7. Основные результаты и выводы по главе.
ГЛАВА 4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ГИС И ПРИМЕРЫ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ.
4.1. Структура программного обеспечения инструментальной ГИС.
4.2. Программные модули нижнего уровня инструментальной ГИС
4.2.1 Библиотека с расчетными модулями бгпАР
4.2.2 Библиотека со сложными пользовательскими интерфейсами влЮШ.
4.2.3 Драйвер регулярной сети этСлс.
4.2.4 Библиотека трехмерной визуализации бгпЗО.
4.3. Программные модули среднего уровня инструмен тальной ГИС
4.3.1 Восстановление геополя по точечным данным
4.3.2 Программные модули формирования карт изолиний и изоконтуров .
4.3.3 Модули обработки карт изолиний.
4.3.4 Модули редактирования регулярных сетей.
4.3.5 Настройки при визуализации двумерных геополей
4.3.6 Модули специального анализа геополей.
4.3.7 Модуль трехмерной визуализации геополей
4.4. Особенности организации доступа к данным в инструментальной ГИС .
4.4.1 Доступ к регулярным сетям
4.4.2 Доступ к триангуляционным сетям
4.4.3 Доступ к векторным картам
4.5. Сравнительный анализ функциональных возможностей ГИС с аналогичными системами
4.6. Технология создания проблемноориентированных ГИС на основе инструментальной ГИС
4.6.1 Принципы создания
4.6.2 Интегрированная среда разработки проблемноориентированных ГИС .
4.7. Проблемноориентированная ГИС для построения структурных карт и геологических разрезов нефтегазовых месторождений
4.8. Проблемноориентированная ГИС для анализа результатов гидрогеохимических исследований подземных водных объектов
4.9. Проблемноориентированная ГИС для подсчета запасов нефтегазовых месторождений
4 Проблемноориентированная ГИС для построения карт радиационного гаммафона.
4 Корпоративная геоинформационная система для управления нефтегазодобывающим предприятием
4 Основные результаты и выводы по главе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Разработанное на основе известных методов алгоритмическое и программное обеспечение инструментальной ГИС позволяет эффективно решать ряд практически значимых задач анализа двумерных геополей. Созданные многоэтапный способ восстановления геополей по точечным данным, метод плавающих секущих и реализующие их алгоритмы позволяют более точно и эффективно решать практически значимые задачи восстановления двумерных геополей. Разработанные структура, алгоритмическое и программное обеспечение инструментальной ГИС и средства ее адаптации к решению конкретных задач анализа двумерных геополей позволяют создавать семейство проблемноориентированных ГИС. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору Н. Г. Маркову за большую помощь в щ подготовке диссертационной работы, ценные замечания и советы. Томского политехнического университета, кандидатов технических наук Е. А. Мирошниченко, Кудинова и Захарову, а также аспирантов кафедры вычислительной техники Томского политехнического университета Замятина и М. В. Копнова. ГЛАВА 1. Ниже приводится классификация задач, решаемых при анализе двумерных геополей. Рассматриваются проблемы автоматизации задач анализа таких геополей. Приводятся результаты анализа функционала современных ГИС применительно к решению задач анализа геополей. Существует большой класс пространственных объектов, получивших название геополя, и которые наряду с элементарными пространственными объектами изучаются в геоинформатике. Их главной особенностью является пространственная непрерывность, выражающаяся в том, что две близко расположенные точки поверхности скорее будут иметь и близкое значение геополя , , . Примерами таких объектов являются распределение в пространстве температуры и давления, содержание химических элементов в почве, рельеф местности и др. Такого рода объектыповерхности будем называть двумерными геополями , , если они представляют собой поверхности, однозначно описываемые функцией от двух пространственных координат х и у. Наиболее часто двумерные геополя далее просто геополя используются при обработке и интерпретации геологогеофизических данных, в задачах, связанных с анализом рельефа местности, в экологическом моделировании и т. Перечислим основные классы задач, решаемых при анализе двумерных геополей. Первый класс связан с представлением геополей на электронных цифровых картах, блокдиаграммах и др. При визуализации геополей на электронных картах возникают проблемы, связанные с тем, что размерность геополя больше размерности карты. Полностью отобразить геополе можно только в трехмерном пространстве. При представлении геополей на картах необходимо осуществлять их проецирование на плоскость. Использование электронных карт также предполагает отображение геополей на плоскости. В этом случае способов отображения геополей может быть больше. Ко второму классу относятся задачи восстановления геополей по различным исходным данным нерегулярной сети точек, профилей, контуров и изолиний. Как правило, исходные пространственные данные, описывающие геополя, характеризуют его лишь в некоторых участках. Когда необходимо определить значения уровней геополя в каждой точке говорят о восстановлении геоноля. В третий класс входят задачи специального пространственного анализа геополей. Анализ двумерных геополей предполагает использование различных методов и алгоритмов обработки геополей с целью выявления различных пространственных закономерностей, присущих исследуемым геополям. Также сюда входят задачи расчета вторичных признаков геополей уклоны, экспозиции, кривизна и т. Четвертый класс составляют задачи редактирования геополей. Результаты восстановления геополей часто не устраивают пользователей, возникает необходимость уточнения результата. Обычно это связано с тем, что используемые методы восстановления геополей не позволяет учитывать дополнительную информацию о геополе, часто слабо формализованную. Тогда пользователь вынужден корректировать полученные результаты. Очевидно, что задачи, связанные с геополями, целесообразно решать в рамках цифровых моделей.