Investigación sobre métodos de aplicación de herramientas y software de uso común para la investigación de topografía y geomorfología.
(Servicio Geológico Marino de Guangzhou, Guangzhou 510760)
Acerca del autor: Luo Weidong, hombre, de Guangdong, maestría, ingeniero senior, dedicado principalmente al sector marino. levantamiento topográfico e investigación.
Correo electrónico: Luo @ 020-82250319, 13609057863.
Presenta las funciones básicas de la herramienta principal de software para la investigación del terreno y la geomorfología, desde navegar, editar, extraer y convertir datos del terreno, cuadricular datos, editar líneas de contorno y mapas base de sombras de color, y producir y obtener correcciones de color. Se discuten los métodos de aplicación del software de herramientas de investigación topográfica y geomorfológica en términos de tablero, producción de mapas topográficos y mapas tridimensionales, etc., lo que crea condiciones favorables para el desarrollo de la investigación topográfica y geomorfológica y mejora enormemente la eficiencia y calidad del trabajo. .
Palabras clave: método de aplicación de software de herramientas topográficas
1 Introducción
La investigación de estudios de topografía y geomorfología marinas es el contenido básico y el componente importante de la mayoría de las investigaciones de estudios marinos. Desde la introducción del sistema de batimetría de haces múltiples a principios de la década de 1990, mi país ha llevado a cabo estudios topográficos del fondo marino de haces múltiples e investigaciones exhaustivas en sus costas y aguas adyacentes, y ha acumulado una gran cantidad de datos y resultados de investigación. Mejorar el nivel de investigación y la eficiencia del trabajo de la topografía y los accidentes geográficos es una dirección que los investigadores continúan explorando. Las herramientas y el software comúnmente utilizados en la investigación de topografía y geomorfología desempeñan un papel importante, como el procesamiento de datos sin procesar, el cuadriculado de datos, la extracción de datos, la navegación de conversión, la cartografía, etc. , así como la pendiente del terreno, el cálculo de distancia y área, la extracción y producción del perfil del terreno, para facilitar la zonificación del terreno submarino, el análisis de características de distribución y la identificación de unidades geomorfológicas. Dominar las herramientas y el software comúnmente utilizados en la investigación geomorfológica es una habilidad básica para los investigadores. La selección razonable y la aplicación adecuada de herramientas y software son formas efectivas de mejorar la eficiencia del trabajo. Actualmente, existen muchas herramientas y software disponibles para la investigación de formas terrestres, como MapGIS, ArcGIS, Golden Software Surfer, CorelDRAW, Global Mapper, Fledermaus, GMT, MB-System, Caris Hips and Sips, etc. Los investigadores de topografía y geomorfología de nuestro país han acumulado cierta experiencia en el uso de software relacionado en el pasado, sin embargo, frente a una amplia variedad de herramientas software, no es fácil aplicarlas de manera correcta y razonable para mejorar la eficiencia y calidad del trabajo. En el trabajo real, a menudo nos encontramos con algunas dificultades porque no sabemos cómo utilizar el software o no sabemos cómo aprovechar al máximo las características de cada software, lo que reduce la eficiencia y la calidad del trabajo. Hacer pleno uso de las funciones existentes del software, desarrollar sus funciones potenciales, combinar el trabajo real, aprovechar las fortalezas y evitar las debilidades, y aplicarlo de manera integral, para que el software correspondiente pueda servir mejor a la investigación topográfica y de topografía y desempeñar un mayor papel. role.
2 Descripción general de las principales herramientas y software para la investigación geomorfológica
2.1 Descripción general de las funciones de MapGIS, ArcGIS y Golden Software Surfer
Estos tres software, especialmente MapGIS y Surfer se utilizan ampliamente en China y su uso y funciones se presentan en muchos artículos relacionados. La principal aplicación en la investigación topográfica y geomorfológica es utilizar MapGIS y ArcGIS para producir mapas topográficos estandarizados y mapas de accidentes geográficos. Las principales aplicaciones de Surfer son la producción de mapas de pendientes, mapas topográficos, mapas de accidentes geográficos y mapas tridimensionales.
2.2 Descripción general de las funciones GMT
GMT (Generic Mapping Tools) es un software de herramienta de mapeo geocientífico general que se ha utilizado ampliamente en la atmósfera, los océanos, los terremotos y otros campos de investigación. GMT es un software de línea de comandos completo que requiere que los usuarios ingresen comandos, sus datos de entrada y salida especificados y varios parámetros de configuración (como longitud, latitud, configuración de color, etc.) para operar. Aunque el funcionamiento de GMT es relativamente engorroso, su eficiencia de ejecución es alta. El formato principal para la salida de archivos gráficos es el archivo PostScript, que puede proporcionar impresión gráfica multiplataforma de alta calidad. Es por eso que GMT se usa ampliamente.
En aplicaciones prácticas, produce principalmente mapas de terreno bidimensionales y tridimensionales. Utilizando la potente reproducción de color y las funciones de salida de cuadros estándar de GMT, puede crear diagramas de sombras de colores, informes e ilustraciones en papel realistas. La función de cuadrícula con grandes cantidades de datos también es su punto fuerte.
2.3 Descripción general de las funciones de Global Mapper
Global Mapper (GM para abreviar) es un software de aplicación y gestión de gráficos simple y práctico desarrollado por American Global Mapper Company. Puede editar y convertir mapas de terreno rasterizados y vectoriales, dibujar mapas de terreno bidimensionales y tridimensionales, crear gráficos de puntos y líneas basados en proyecciones y coordenadas geográficas específicas, y tiene una buena interfaz de dibujo, edición, visualización y salida de datos. Sus principales características funcionales y aplicaciones prácticas incluyen los siguientes cuatro aspectos:
1) Explorar, sintetizar, ingresar, generar y mostrar los gráficos rasterizados, datos de elevación y vectores más populares.
En aplicaciones prácticas, se utiliza principalmente para abrir y explorar directamente varios tipos de archivos de cuadrícula, como cuadrículas de entrada y salida (rango específico) Surfer y GMT, archivos XYZ y archivos de puntos y líneas; Mismos archivos O de datos (cuadrícula, XYZ) de diferentes formatos y tamaños.
2) Tiene funciones de conversión, edición, empalme, impresión y conversión de proyección de datos y gráficos.
Convierta principalmente formatos de datos y gráficos, como convertir archivos de cuadrícula GMT a archivos de cuadrícula Surfer, volver a clasificar datos, convertir archivos XYZ en archivos de cuadrícula y convertir archivos de cuadrícula y XYZ. Convertir (salida) a imagen. Seleccione un perfil de terreno en una ubicación específica en el archivo de cuadrícula. Calcula pendiente, distancia y área. Establece, cambia y transforma la proyección de la imagen combinando mapas de diferentes ubicaciones geográficas.
3) Tiene función de información geográfica simple y función de recepción GPS dinámica.
Agregue información de coordenadas a imágenes sin información de ubicación. Todos los archivos abiertos en el mismo proyecto se mostrarán en el sistema de coordenadas geodésicas bajo la misma proyección.
4) En aplicaciones prácticas, GM también tiene algunas deficiencias: la función isóbata es simple y el espaciado de las etiquetas, el estilo de fuente y el tamaño no se pueden ajustar, el marco y la escala del mapa topográfico no están estandarizados; y el tamaño del texto y el etiquetado No ajustable.
2.4 Descripción general de la función Flightermaus
Fledermaus producido por la compañía canadiense IVS 3D es uno de los software comerciales líderes para la concretización tridimensional de datos de estudios oceánicos globales. Es un poderoso tres interactivo. -Datos numéricos dimensionales Sistema de realidad virtual. Puede ayudar a los usuarios a completar trabajos que incluyen estudios y mapeo de recursos marinos (costas, fondos marinos), evaluación de impacto ambiental, minería, estudios geológicos y diversos estudios. Fledermaus puede soportar directamente la entrada de una amplia gama de formatos de datos industriales. Se pueden importar, visualizar y analizar directamente mapas digitales del terreno, conjuntos de datos de puntos, líneas, polígonos e imágenes satelitales. El navegador iView4D puede explorar los resultados de los datos procesados o analizados en cualquier momento.
En aplicaciones prácticas, utiliza principalmente su función de visualización tridimensional y su módulo de edición de área compleja para importar archivos de cuadrícula, mostrar y operar datos tridimensionales en una forma de visualización tridimensional y puede observar las características del terreno. desde cualquier ángulo, lo que facilita la zonificación submarina, analizando características de distribución e identificando unidades geomorfológicas.
3 Aplicación integral del software de herramientas
El software de herramientas general juega un papel importante en la investigación geomorfológica. Existen muchos tipos de herramientas de software, cada una con sus propias ventajas y desventajas. Es difícil y innecesario para los investigadores científicos comprender plenamente sus funciones y métodos de funcionamiento. De acuerdo con las necesidades laborales reales, concéntrese en dominar varios software importantes, maximizar las fortalezas y evitar las debilidades, y aplicarlas racionalmente, siempre que la aplicación de otro software pueda satisfacer las necesidades laborales. Respecto al trabajo, la aplicación se explica principalmente desde los siguientes aspectos.
Figura 1 Ventana de interfaz principal del software GM
3.1 Explorar, editar, extraer y convertir datos del terreno
División del terreno del fondo marino, análisis de características de distribución y unidades geomorfológicas La identificación de es una de las tareas de la geomorfología. Estas tareas requieren explorar, observar y describir datos del terreno. En el pasado, se utilizaban generalmente mapas topográficos impresos y mapas topográficos tridimensionales para identificar y describir. Con el desarrollo de la tecnología de software y hardware, el método más científico actual es utilizar software de herramientas para completar el trabajo anterior, que también se puede combinar con la impresión de mapas. La observación con software de herramientas es más intuitiva, simple y eficiente. Puede importar y mostrar directamente mapas digitales del terreno, ajustar el color, el espaciado de las curvas de nivel y la relación vertical, calcular la pendiente, la distancia y el área del terreno, mostrar y extraer perfiles en ubicaciones específicas, hacer zoom y visualizar. a voluntad Profundidad del agua en cualquier ubicación, utilizando múltiples bordes para marcar puntos y líneas, etc. El software GM es poderoso en este sentido (Figura 1).
Combinando el software Fledermaus y Golden SoftwareVoxler, las funciones comunes anteriores se pueden realizar fácilmente, lo que mejora en gran medida la eficiencia del trabajo y es muy adecuado para la investigación del terreno y los estudios marinos.
El software GM puede abrir fácilmente archivos XYZ y de cuadrícula en varios formatos (incluidos archivos de datos grandes) y también puede convertir datos a su propio formato de cuadrícula Global Mapper Grid para su visualización. El archivo es pequeño, ocupa menos memoria y se puede manipular a voluntad, como acercar, alejar y editar. Esta es una de las características principales del software GM y tiene ventajas obvias sobre otros programas. Muestra mapas topográficos bidimensionales o tridimensionales, con la función de marcar contornos, líneas topográficas, marcar símbolos y vistas tridimensionales simples. Puede explorar el terreno desde varios ángulos y puede mostrar la profundidad del agua, la longitud y la latitud. la ubicación actual o especificada en tiempo real; puede generar la función de perfiles de terreno, puede seleccionar cualquier ubicación para extraer y hacer un perfil de terreno; puede calcular la pendiente, la distancia y el área del terreno; al aplicar la función de perfil de terreno, el cálculo y la visualización. La pendiente del terreno se puede ver en las opciones/mostrar detalles de la ruta de la ventana del perfil del terreno. Los perfiles topográficos se pueden generar en datos CSV o XYZ y los formatos de imágenes CSV o XYZ se pueden generar en perfiles a través de software profesional como Grapher. Los formatos de imagen se pueden importar directamente a CorelDRAW para editarlos. Para garantizar la calidad de la imagen de salida y el tamaño de fuente adecuado, preste atención a ajustar el tamaño de fuente al editar fuentes. La longitud de la imagen de salida debe ser de aproximadamente 2000 píxeles y el tamaño de fuente en Word después de la salida debe ser de aproximadamente 5. La vista en sección transversal se muestra en la Figura 2.
En términos de navegación y descripción de la microtopografía, se necesita un sistema de visualización tridimensional relevante. La función de vista tridimensional del software GM es simple y no puede cumplir con los requisitos de las aplicaciones prácticas. Actualmente, el mejor sistema de visualización 3D es Fledermaus, y el software dorado Voxler también tiene un buen rendimiento y debería utilizarse en aplicaciones prácticas.
Figura 2 Perfil topográfico típico
3.2 Grid de datos
Con el desarrollo de la medición topográfica del fondo marino con múltiples haces y la tecnología de investigación integral, la necesidad de investigadores Los requisitos son cada vez más altos, y los métodos de cuadrícula y transformación de datos se han convertido en una de las habilidades que los investigadores deben dominar. En el pasado, la idea de que el mallado de datos fuera realizado por procesadores especializados no era realista. Los investigadores no utilizan simplemente archivos de cuadrícula al realizar investigaciones. Las posibles aplicaciones incluyen: edición simple de datos; conversión de formato de datos (reordenación de archivos para generar archivos de cuadrícula con diferentes espacios de cuadrícula), etc.
Al cuadricular datos XYZ, diferentes métodos de cuadriculado (interpolación) tienen diferentes efectos de renderizado. Generalmente, varios programas proporcionarán a los usuarios múltiples métodos de cuadrícula para elegir, como los 12 métodos proporcionados por Surfer, los 4 métodos proporcionados por GMT y los 5 métodos proporcionados por ArcGIS. Una selección razonable de métodos de cuadrícula y software de herramientas puede mejorar eficazmente la calidad de la producción de mapas. El método de cuadrícula específico utilizado en levantamientos topográficos y cartografía debe analizarse en función de las características del entorno objetivo y los datos mismos para poder dibujar mapas precisos y significativos. En términos generales, el método de distancia inversa ponderada o el método de curvatura mínima es eficaz y eficiente para grandes datos, mientras que el método kriging se puede utilizar para datos pequeños. Una sola herramienta de software no puede satisfacer las necesidades reales. El software Surfer sólo es adecuado para datos de cuadrícula pequeños (archivos de datos de varios cientos de megabytes) y la eficiencia del trabajo es muy baja. El software GMT o MB-System se utiliza generalmente para big data de red; el software GM se puede utilizar para la exploración y conversión de datos.
Los comandos Gmtmbgrid y Surface se utilizan para el mallado GMT; el software del sistema MB utiliza el comando mbgrid sur-surface es un método de mallado de spline estirado que es un algoritmo de curvatura mínima estándar mejorado que permite a los usuarios introducir tensores en superficies. Antes de realizar procedimientos terrestres, los datos deben procesarse previamente para eliminar el alias. Los datos del terreno utilizan medianas de bloque para devolver la mediana en un cuadro espaciado por cuadrícula. El algoritmo Gmtmbgrid es el mismo que el comando mbgrid, utilizando interpolación de distancia inversa ponderada. Elija según las necesidades reales. El software MB-System y GMT se utilizan generalmente juntos. Los comandos específicos utilizados son los siguientes:
Nombre de archivo Blockmedian. XYZ-r 113/120/11/13-i200e-v > nave_ 5m XYZ
Nombre del archivo de superficie.
Nombre del archivo XYZ-r 113/120/113-i200e-g. grd.
Mbgrid -I nombre de archivo-0 nombre de archivo. GRD-r 113/120/113-A2-C2-E200/200-N-v
El software GM utiliza triangulación/interpolación lineal para el cuadriculado, lo que tiene una baja eficiencia en el procesamiento de big data y efectos de borde de datos deficientes. El proceso de operación específico es el siguiente: abra el archivo XYZ y aparecerá la ventana de opciones generales de importación de archivos de texto ascii. En la opción "Tipo de importación", seleccione "Cuadrícula de elevación a partir de datos de puntos 3D" y se pueden establecer otras opciones de forma predeterminada. Después de la confirmación, aparecerá la ventana de opciones de creación de cuadrícula de elevación, que le permitirá personalizar el tamaño de la cuadrícula en el espaciado de la cuadrícula. Después de la confirmación, se puede completar el proceso de cuadrícula y luego, en el formato de cuadrícula de elevación de archivo/exportación, seleccione el formato apropiado para generar los datos. La Figura 3 es la representación de cuadrículas y dibujos en diferentes software. La imagen de la izquierda se dibuja usando triangulación del software GM, la imagen del medio se malla usando el algoritmo de curvatura mínima estándar (comando de superficie) mejorado por el software GMT, y la imagen de la derecha muestra a Surfer usando el algoritmo de promedio ponderado. Se puede ver claramente en la figura que los mapas topográficos dibujados por los tres softwares tienen buena consistencia; el software GMT tiene el mejor efecto de cuadrícula y efecto de combinación de colores, que puede reflejar mejor la microtopografía y los colores son realistas.
3.3 Editar líneas de contorno y colorear mapas base de sombras, etc.
Después del posprocesamiento, la calidad de los datos multihaz generalmente puede cumplir con los requisitos. En casos especiales, se producirán datos de mala calidad en áreas pequeñas, lo que se reflejará directamente en mapas de sombras de color y contornos al mapear. En general, se debe editar para eliminar lo falso y preservar lo verdadero. En términos generales, GMT o Surfer se utilizan para crear mapas base sombreados en color, Photoshop o CorelDRAW se utilizan para editar mapas base sombreados en color y MapGIS, Surfer y GMT se pueden utilizar para generar líneas de contorno. MapGIS tiene una función de edición de contornos, que también se puede editar en CorelDRAW con buenos resultados. Al editar en CorelDRAW, generalmente se generan líneas de contorno*. El archivo de formato emf en Surfer se puede abrir en Corel-DRAW para editarlo. Al eliminar líneas de contorno, debe seleccionar la herramienta Eliminar segmento de línea virtual. CorelDRAW define todo el segmento de línea mostrado como compuesto por múltiples segmentos de línea virtuales. Después de utilizar la herramienta de eliminación de segmento de línea virtual para seleccionar todo el segmento de línea o una parte del segmento de línea, el programa eliminará automáticamente la parte seleccionada, lo cual es fácil de operar. Al agregar segmentos de línea, seleccione la herramienta a mano alzada, ajuste el grosor apropiado y dibuje curvas y líneas rectas. Al generar imágenes, también debe prestar atención a los ajustes de píxeles para garantizar que la calidad de la imagen y las fuentes sean apropiadas. La Figura 4 muestra la comparación de los mapas base de contornos y sombreado de colores antes y después de la edición. El mapa base fue creado por Surfer y el método de edición es el anterior. La imagen de la derecha es la situación después de la edición y el efecto es muy obvio.
Efectos de mallado y dibujo de diferentes software.
Figura 4 Comparación de líneas de contorno y mapa base de sombras de color antes y después de la edición
3.4 Producción y adquisición de la paleta de colores
La belleza del dibujo depende principalmente de El efecto colorante de la paleta y la producción de mapas hermosos y prácticos son la búsqueda incansable de los investigadores científicos. Elegir la herramienta de software adecuada y crear o hacer referencia a la paleta de colores adecuada según las necesidades reales son las cosas más importantes en el trabajo de dibujo. Diferentes herramientas y software tienen diferentes efectos de combinación de colores. En aplicaciones prácticas, el software GMT tiene el mejor efecto de coincidencia de color, Surfer, MapGIS y ArcGIS tienen efectos de coincidencia de color ligeramente peores, seguidos por GM. Ésta es también una de las principales razones por las que el software GMT se utiliza ampliamente. Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, los mapas oficiales y las ilustraciones del informe de resultados se pueden dibujar a través del software GMT, y también se pueden producir mapas sombreados en colores. El software GMT en sí proporciona muchas paletas únicas y populares en todo el mundo, y también proporciona los comandos correspondientes, como makecpt y grd2cpt, para crear paletas para datos específicos en función de las plantillas de paleta correspondientes, pero no puede satisfacer las necesidades de las aplicaciones prácticas. Por lo tanto, es factible fabricar u obtener una paleta de terceros.
Un método eficaz y factible para crear y gestionar plantillas de paleta: primero, de acuerdo con el trabajo real, determine varios tipos de datos del terreno comúnmente utilizados en el trabajo, como datos combinados de tierra y mar, datos de aguas poco profundas, y datos de aguas profundas, y apuntar a cada uno. Se desarrollan varios esquemas de color comúnmente utilizados para cada tipo de datos. Todos los esquemas de color se crean en un formato específico del software y se pueden citar directa o ligeramente.
Debido a que GMT es un software de línea de comandos completo, la creación de paletas no es tan intuitiva y conveniente como un software fácil de usar como Surfer. En términos generales, se utiliza la plantilla de paleta de colores que viene con GMT, se modifica ligeramente o se crea una paleta de colores directamente en el software Surfer, se exporta y luego se convierte en una paleta de colores en formato GMT.
Hay dos formas de obtener paletas de colores: una es obtener paletas de colores relevantes a través de sitios web profesionales. Los sitios web profesionales proporcionan las paletas de colores principales del mundo en múltiples campos y una gran cantidad de paletas de colores diseñadas por el usuario. . Otro enfoque es tener a mano sólo una imagen de mapa topográfico, sin la paleta de datos correspondiente. En este momento, la mejor manera es utilizar Photoshop y otro software relacionado u otro software con funciones de corrección de color para crear una paleta de colores. El efecto de coloración es básicamente el mismo que el de la imagen original.
3.5 Producción de mapas topográficos y mapas tridimensionales
Aproveche las ventajas del software cartográfico local y combine aplicaciones para crear mapas estandarizados y con los mejores efectos. Una sola herramienta y software no pueden cumplir con los requisitos formales de producción de mapas topográficos y mapas tridimensionales. El software Surfer tiene funciones completas, pero sus características no son obvias y no tiene función de proyección. Sus funciones de producción y edición de contornos son débiles. GMT tiene potentes funciones de cuadrícula y combinación de colores, y la producción de líneas de contorno también es buena, pero no tiene funciones de edición. Al crear mapas oficiales, puede utilizar el software GMT para crear mapas base sombreados en color de mapas topográficos y mapas tridimensionales, y luego importarlos a MapGIS o ArcGIS para crear mapas. Al hacer un mapa formal, se debe prestar atención a hacer coincidir el método de proyección. Al crear un mapa de sombras en color, debe elegir la proyección adecuada, convertir el archivo ps en una imagen BMP o JPG antes de importarlo y seleccionar los píxeles de salida adecuados según el tamaño de la imagen impresa. La Figura 5 es un mapa topográfico del Pacífico occidental. Es un mapa sombreado en colores producido por el software GMT e importado a MapGIS para anotaciones en chino. Las isóbatas del mapa oficial se pueden generar y editar directamente a través de MapGIS, o generarse e importarse a través de GMT.
4 Conclusión
Existen muchos tipos de herramientas y software comúnmente utilizados en la investigación de topografía y geomorfología, y sus funciones son muy poderosas. De acuerdo con las características y aplicaciones prácticas del software de herramientas de uso común, se resumen las características principales de este método de aplicación de software de herramientas: aplicar las ventajas de varios software al trabajo real, maximizar el servicio a la investigación topográfica y geomorfológica y mejorar la eficiencia y calidad del trabajo. Según Para aplicaciones prácticas, formular los procedimientos operativos correspondientes, utilizarlos de manera integral, simplificar las operaciones y mejorar la eficiencia, explorar nuevas herramientas y software, y aplicar el software GM al estudio de topografía y accidentes geográficos, que ha logrado buenos resultados de aplicación. Este método crea condiciones favorables para el desarrollo de la investigación topográfica y geomorfológica y mejora enormemente la eficiencia y calidad del trabajo.
Figura 5 Una vista en perspectiva tridimensional del Pacífico Occidental.
Referencia
[1] Doce métodos de interpolación en el dibujo de contornos de Surfer 8.0 por Chen Huanhuan y otros. Revista de Ingeniería Geofísica, 2007, 2.
[2] Liu, et al. Aplicación del sistema de mapeo global en el estudio de los océanos, 2011, 01.
Investigación sobre métodos de aplicación de software general para la investigación de topografía y geomorfología
Luo Weidong y Li Gang
(Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou, 510760)
Resumen: Se introducen las funciones básicas del software general para la investigación de topografía y geomorfología. Enfocado a la aplicación de software general para la investigación topográfica y geomorfológica en el escaneo, edición, recopilación y conversión de datos geográficos, cuadriculado de datos, edición de contornos y mapas base sombreados en color, producción y adquisición de paletas de colores, mapas topográficos, etc. , creando condiciones para el estudio de la topografía y los accidentes geográficos, y mejorando la eficiencia y la calidad de la investigación.
Palabras clave: métodos de aplicación de software de características topográficas y de relieve