Transcript prezentácia

DTM ako súčasť GIS
časť II – variogramové modelovanie
Cvičenie 2
DTM ako súčasť GIS

Ciele cvičenia

Zoznámenie sa s prostredím Surfer 8.0

Vizualizácia bodového poľa (Post Map)

Návrh variogramu



Jednoduché štruktúry
Kombinované štruktúry
Anizotropické modelovanie

Využitie navrhnutého variogramu pri modelovaní DTM

Vyhodnotenie výškovej presnosti


RMSE
Intervaly spoľahlivosti 95% a 99%
Prostredie Surfer

Komerčný softvér

Tvorca


Golden Software, Inc., 809 14th
Street, Golden, Colorado, USA
Aktuálna verzia




Golden Software má svoju
skupinu!!!
Funguje v OS

Windows

Užívateľsky príjemné GUI

Podporuje rastrové aj vektorové
štruktúry

Surfer 9
www.goldensoftware.com
Verzia na našej katedre


Surfer 8.0
Dostupná aktualizácia na
v8.09.2391
Začíname

Štart
 Golden
 Surfer
software Surfer 8
8
Opisná vs. priestorová štatistika

Majme dve sady údajov:

Opisné štatistiky týchto sád:
Sada
A
B
Úhrn
15251
15251
Priemer
100.00
100.00
Štand. odch.
20.00
20.00
Medián
100.35
100.92
10. percentil
73.89
73.95
90. percentil
125.61
124.72
A a B
Data A vs. Data B
B
3500
3500
3000
3000
2500
2500
F req u e n c y
Frequency
A
2000
1500
2000
1500
1000
1000
500
500
0
0
30
40
50
60
70
80
90
100 110 120 130 140 150 160
Data Values
170 180
30
40
50
60
70
80
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
Data Values
Data A vs. Data B
100
160
150
140
75
130
120
110
50
100
90
A
80
70
25
60
50
40
30
0
0
25
50
75
10 0
125
150
100
160
150
140
75
130
120
B
110
50
100
90
80
70
25
60
50
40
0
30
0
25
50
75
10 0
125
150
Data A vs. Data B
A
B
ExampleData Set B
Direction: 0.0 Tolerance: 90.0
ExampleData Set A
Direction: 0.0 Tolerance: 90.0
450
450
400
400
350
300
V ari ogram
Variogram
350
250
300
250
200
200
150
150
100
100
50
50
0
0
0
5
10
15
20
25
Lag Distance
30
35
40
45
50
0
5
10
15
20
25
30
LagDistance
35
40
45
50
Vizualizácia bodového poľa
 Nástroj
Post Map
Tvorba vlastného variogramu
 Nástroj
New Variogram
Tvorba vlastného variogramu
 Záložka
 Data

Data
Columns
nastaviť poradie stĺpcov X, Y, Z
 Duplicate

ak vznikli omylom duplikované body, nastavením prahu v
smeroch x a y, možno takéto body vylúčiť
 Data

Data
Exclusion Filter
možnosť odfiltrovať niektoré body a získať tak zmenšený
súbor bodov pre testovacie účely
Tvorba vlastného variogramu

Záložka General


Variogram Grid

nastaviť konečnú vzdialenosť po ktorú bude prebiehať meranie
variability (Max Lag Distance)
 Obvykle 1/3 diagonály územia

Nastaviť počet uhlových (Angular) a radiálnych (Radial)
oddielov (divisions)
 Viac oddielov znamená presnejšie vzorkovanie a
vernejšie zobrazenie krivky, ale aj dlhší výpočet!!!
Detrend

vo väčšine prípade necháme túto možnosť vypnutú
Prvý návrh variogramu
Column C
Direction: 0.0 Tolerance: 90.0
450
400
350
Variogram
300
250
200
150
100
50
0
0
5
10
15
20
25
30
Lag Distance
35
40
45
50
55
60
Úprava vlastností variogramu

Kliknúť na variogram ľavým tlačidlom, aby bol aktívny

Edit - Properties

Záložka Model



TEÓRIA
Upravuje vlastnosti a tvar modelovej (modrej) krivky
Záložka Experimental


SKUTOČNOSŤ
Upravuje zobrazenie experimentálnych (skutočných) údajov

HLAVNÝM cieľom je navrhnúť model tak, aby čo najviac
korešpondoval so skutočnosťou, t.j. vytvarovať modrú krivku TAK,
aby sa čo najviac podobala na čiernu lomenú čiaru a to VO
VŠETKÝCH SMEROCH !!!

Odchýlky medzi modrou a čiernou čiarou sa prejavia ako odchýlky
výšok vo výslednom DTM, preto je nutné dôkladne nastaviť všetky
parametre (nahradzujúcu funkciu, interpolačné váhy aj položky
týkajúce sa anizotropie) !!!
Teória - MODEL
Variogram Properties na záložke
MODEL
Vybrať vhodné funkcie, ktorými
 Vo
chceme nahrádzať skutočnosť.
Dá sa kombinovať aj viac funkcií
naraz.
Pre nugget efekt nastaviť vhodné
miery rozptylu (Variance). Ak sa
takýto efekt vyskytuje.
Pre ostatné komponenty
variogramu nastaviť správne váhy
LENGTH (A) a SCALE.
LENGTH = separačná vzdialenosť
(vodorovná os), kde variogram
dosiahne „rovinku“. Niekedy sa
nazýva aj RANGE.
SCALE = hodnota variogramu
(zvislá os), kde variogram
dosiahne „rovinku“. Niekedy sa
nazýva aj SILL.
Skutočnosť - EXPERIMENTAL
Variogram Properties na záložke
EXPERIMENTAL
Nastaviť toleranciu na 30°. Krok
 Vo
nastaviť takisto na 30°. Pomocou
tlačidiel pre rotáciu vyšetriť
priebeh variogramu v rôznych
smeroch (menší krok = plynulejšia
animácia). Vypnúť Auto Vertical
Scale pre stabilizáciu
experimentálneho variogramu.
Nájsť taký smer, kde variogram
dosiahne maximálnu koreláciu
(„rovinku“) pri čo najkratšej
separačnej vzdialenosti. Na tomto
variograme má modrá krivka
najstrmší sklon zo všetkých
smerov.
Anizotropické modelovanie
(tolerancia 30°)
Column C
Direction: 30.0 Tolerance: 30. 0
450
450
450
400
400
400
350
350
350
300
300
300
0°
250
Vari ogr am
500
30°
250
200
200
150
150
150
100
100
100
50
50
50
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Lag Distance
40
45
50
55
60
0
0
5
10
15
Column C
Direction: 90.0 Tolerance: 30. 0
20
25
30
35
Lag Distance
40
45
50
55
60
0
500
450
450
450
400
400
400
350
350
350
300
300
300
90°
250
Vari ogr am
500
200
120°
200
150
100
100
100
50
50
50
0
0
10
15
20
25
30
35
Lag Distance
40
45
50
55
60
20
25
3 0
35
Lag Distance
40
45
50
55
150°
200
150
5
15
250
150
0
10
Column C
Direction: 150.0 Tolerance: 30.0
500
250
5
Column C
Direction: 120.0 Tolerance: 30.0
Vari ogr am
Vari ogr am
60°
250
200
0
60
Column C
Direction: 60.0 Tolerance: 30. 0
500
Vari ogr am
Vari ogr am
Column C
Direction: 0.0 Tolerance: 30. 0
500
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Lag Distance
40
45
50
55
60
0
5
10
15
20
25
3 0
35
Lag Distance
40
45
50
55
60
Anizotropické modelovanie

Vo Variogram Properties na záložke
EXPERIMENTAL nastaviť smer s maximálnym
sklonom modelovej krivky

Vo Variogram Properties na záložke MODEL
nastaviť smer anizotropie tak, aby sa model kryl so
skutočnosťou najviac ako sa dá.

Vo Variogram Properties na záložke
EXPERIMENTAL nastaviť nový smer = smer s
maximálnym sklonom modelovej krivky + 90°

Vo Variogram Properties na záložke MODEL
nastaviť pomer anizotropie (Ratio) tak, aby sa model
kryl so skutočnosťou najviac ako sa dá.
Anizotropické modelovanie
 Skontrolovať
model otáčaním pomocou „Step
CW“ a „Step CCW“
 Konečné
doladenie sa dá dosiahnuť pomocou
funkcie „AutoFit“. Táto však vyžaduje
správne určené iniciálne hodnoty
interpolačných váh. AutoFit nie je spôsob ako
obísť navrhovanie variogramu a získať hotový
výsledok, bez predošlej analýzy.
Kriging

Grid - Data...

Advanced Options


Kriging Type



Rozlíšenie výsledného rastra v smeroch x aj y
Cross validation


None – väčšinou používame túto voľbu
Spacing


Point – ostrejšie výsledky
Block – zhladenejšie výsledky
Drift Type


Get Variogram
Výsledné odchýlky sa dajú uložiť do zvláštneho súboru pomocou tlačidla „Cross
validation“
Grid – Residuals...


Doplní stĺpec s odchýlkami do pôvodného textového súboru
Tieto môžeme potom ďalej vyhodnotiť pomocou RMSE, príp. inak
Dobré rady pri modelovaní...

Nevytvárajte príliš komplikované modely variogramov.
Najjednoduchší model, ktorý zohľadňuje podstatné
entity je najlepší model

Ak ste na pochybách, použite predvolený
variogramový model pre tvorbu Gridu/DTM.
Jednoduchý lineárny variogram obvykle generuje
prijateľný Grid/DTM.

Pri anizotropickom modelovaní používajte pomer
anizotropie max. 3:1. Ak model naznačuje, že je
potrebný vyšší pomer, zvážte možnosť odstránenia
trendu v údajoch
Vyhodnotenie presnosti

Grid

Residuals…

Zadať GRID súbor

Zadať pôvodný súbor s DVBP

Zadať stĺpec, do ktorého sa hodnoty odchýlok uložia

Otvoriť súbor s odchýlkami cez File – Open

V ponuke Data – Statistics vybrať požadované
štatistické miery (priemer, rozptyl, štand. odchýlka,
intervaly spoľahlivosti atď.) a zhodnotiť výsledky
Export do GRASSu
 File
 Open...
 Kliknúť
náš GRID
 File
 Save
 Zadať
 Zadať
As…
meno súboru
typ súboru
“GRD Surfer 6 Text
Grid”
r.in.ascii

Na záložke REQUIRED zadáme meno výstupnej
vrstvy, ktorá nám vznikne po importe do mapsetu

Na záložke OPTIONAL povolíme voľbu „Surfer
ASCII file will be imported“ a nižšie v políčku
„ASCII file to be imported“ sa doklikáme (cez
tlačidlo Browse...) k vstupnému *.grd súboru, ktorý
sme získali exportom so Surferu

Spustíme modul

Ďalej už môžeme s importovanou vrstvou pracovať
ako s bežnou GRASS rastrovou vrstvou