КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет географии и экологии

Основы работы в программе «TAS»

Учебно-методическое пособие

Казань

Казанский государственный университет

2008

УДК - 502.171

ББК - 20.18

О – 18

Печатается по решению учебно-методической комиссии факультета

географии и экологии

Составитель: кандидат географических наук, К.А.Мальцев, С.В.Салун Основы работы в программе TAS: Учебно-методическое пособие / К.А.

Мальцев. – Казань: Казанский государственный университет им. В.И.

Ульянова-Ленина, 2008. – 24 с.

Программное обеспечение «TAS» разработанное Dr. John Lindsay предназначено для пространственного анализа растровых моделей рельефа.

Учебно-методическое пособие «Основы работы в программе Таs»

рекомендовано для освоения данного ПО студентами специальности экология, а также специальности природопользование и может быть использовано для обеспечения курсов «Математические методы в ландшафтной экологии» и «Спецпрактикум». Также данное пособие может понадобиться студентам выше указанных специальностей при подготовке своих курсовых и дипломных проектов.

Оглавление.

Раздел 1. Импорт - экспорт данных, настройки, трансформация проекций и систем координат, привязка фотографических данных

Раздел 2. Импорт и экспорт растровых и векторных данных

Раздел 3. Конвертация данных с произвольной системой

координат растровых карт

Раздел 4. Трансформация проекции

Раздел 5. Предобработка растровой модели рельефа

Раздел 6. Территориальный анализ.

Раздел 7. Гидрологический анализ водосборов

Раздел 8. Морфометрический анализ водосборов

Раздел 1. Импорт - экспорт данных, настройки, трансформация проекций и систем координат, привязка фотографических данных Работа в системе TAS начинается с настройки рабочей директории. Эта процедура осуществляется в пункте меню «File» -> «Set Working Directory», а также дублируется нажатием на кнопку. После этого появляется диалоговое окно «Set Working Directory», которое предлагает задать рабочую директорию.

Рис.1.

Затем необходимо задать некоторые настройки, используя подпункт меню «System Settings» пункта главного меню «File». Здесь (рис.1) можно задать палитры по умолчанию для отображения растровой и векторной информации в соответствующих блоках «Display Image Palette» и «Display Vector Palette», а также настройки принтера в правой части окна. Более подробно описывать данное окно нет необходимости, так как все сильно похоже на стандартные, написанные под ОС Windows программы.

Раздел 2. Импорт и экспорт растровых и векторных данных Импорт и экспорт растровых и векторных данных осуществляется через пункт главного меню «File» подпункт «Import/Export». В зависимости от того, какие данные векторные или растровые нужно конвертировать выбираем подпункты третьего уровня «Vector» или «Raster» данного пункта главного меню (пример, File->Import/Export->Vector). В результате этих манипуляций получаем диалоговое окно, представленное на рисунке 2.

В верхней левой строке «Input File Name» вводится имя исходного файла, а в строку «Output File Name» имя выходного файла. В блоках «Import Options» и «Export Options» можно задать те форматы данных, которые необходимо преобразовать.

Система конвертации геоинформационной системы позволяет импортировать следующие растровые форматы: «GRASS ASCII File», «Idrisi Binary File», «Idrisi ASCII File», «ArcView Binary Raster Format», «ArcView ASCII Raster Format», «Surfer ASCII Grid», «SRTM Data», «Divice Independent Bitmap», «Ordnance Survey Grid(ntf)» в формат данной геоинформационной системы. Экспорт осуществляется в несколько меньшее количество форматов: «Idrisi Binary File», «Idrisi ASCII File», «ArcView Binary Raster Format», «ArcView ASCII Raster Format», «ASCII XYZ».

Система конвертации геоинформационной системы позволяет импортировать следующие векторные форматы: *.shp файлы системы ArcView; ASCII файлы GRASS; *.vxp файлы в кодировке ASCII системы Idrisi; XYZ с разделителями (tab, space, comma). Экспорт осуществляется в несколько меньшее количество форматов: ASCII файлы GRASS; *.vxp файлы в кодировке ASCII системы Idrisi; XYZ с разделителями (tab, space, comma) (рис.3). Доступ к импорту и экспорту возможен также с панели инструментов в верхней части интерфейса через кнопку.

Раздел 3. Конвертация данных с произвольной системой Система TAS позволяет трансформировать системы координат векторных и растровых моделей. Осуществляется это через пункт главного меню «Pre-processing» подпункт «Coordinate System Transformations». В результате этих действий появляется диалоговое окно (рис.4).

В первой строке «File Type» задается тип данных, которые необходимо трансформировать (векторные или растровые). Вторая строка «File Name» – это имя файла, данные из которого необходимо конвертировать. Третий пункт «Ellipsoid» определяет, какой эллипсоид использует система координат исходных данных. В блоке «Output» в первой строке задается информация, как будет сохранен результирующий файл. В строке ввода «Desired Grid Resolution (approx)» указывается в метрах разрешение в новой растровой модели. В строке «Background Value»

вводится значение для узлов, где вычисление значения невозможно. В строке «Resampling Method» представлены два метода расчета значений в узлах сетки новой растровой модели: «Bilinear» - билинейная интерполяция;

«Nearest Neighboor» – метод ближайшего соседа. В последнем блоке «Projection Information» указывается, в какой проекции («Current Projection») представлена исходная информация, а в строке («Desired Projection») задается требуемая проекция.

Осуществляется трансформация через пункт меню «Pre-processing»

подпункт «Dutum Transformation». После выбора этого пункта меню появляется окно, представленное на рисунке 5. Данный интерфейс позволяет перевести данные, координаты которых представлены долготой и широтой (Lattitude/Longitude) или универсальной системой координат Меркатора (UTM) в одну из региональных систем координат, набор которых представлен в правой части окна.

Раздел 5. Предобработка растровой модели рельефа.

В данном разделе будут рассмотрены функции, которые реализованы в пункте меню «Pre-processing» и направлены главным образом на верификацию (ЦМВ) с гидрологической точки зрения. Это необходимо, например, для автоматического построения гидрографической сети.

Первый подпункт этого меню «Interpolation», реализует один метод интерполяции и построение TIN моделей.

Пункт «Remove Depression» предназначен для удаления локальных бессточных западин различными методами. Первый метод, расположенный в подпункте меню «Fill Single-Pixel Pits», удаляет локальные бессточные понижения размером в один пиксель. Удаление происходит путем изменения высоты этого узла на самую маленькую высоту 8 соседних узлов.

Подпункт меню «Fill All Depressions» заполняет все локальные топографические понижения до низшей отметки их границы. После выбора этого пункта меню появляется диалоговое окно (рис.6). Первая строчка «Input DEM» – это исходная ЦМВ, вторая строка «Output DEM Name» - это результирующая ЦМВ. В блоке «Elevation Units» задаются единицы, в которых измеряется высота. В блоке «Options» можно задать какую методику нужно использовать для заполнения локальных депрессий.

Методика, реализованная в первом пункте более эффективна, чем вторая методика. При заполнении локальных западин образуются абсолютно плоские поверхности, по которым вода в теории никуда не должна течь. Для устранения этого эффекта предусмотрен переключатель «Enforce drainage on flats». При его включении эта плоская поверхность незначительно наклоняется, что позволяет избежать областей с нулевым градиентом.

Подпункт меню «Selective Depression Filling» позволяет заполнять только локальные западины, удовлетворяющие определенным условиям.

После выбора данного пункта меню появляется окно, представленное на рисунке 7.

В верхнем левом углу в строках «Input Image» и «Output Image name» вводятся имена исходной растровой модели и результирующей. Блок «Filters» позволяет конструировать относительно сложные условия отбора депрессий для заполнения. Отбор может осуществляться по следующему набору критериев, характеризующих депрессию: количество узлов депрессии – «# of Cell»; «Area» - площадь; «Max Depth» - максимальная глубина; «Avg Depth» - средняя глубина; «Volume» - объем; «Elevation» - высота. Пример условия отбора можно увидеть на рисунке 7. После задания имен исходной и результирующей моделей необходимо нажать на кнопку «Continue» - TAS начнет поиск локальных депрессий на исходной модели и расчет параметров каждой депрессии. Эти расчеты могут занять от нескольких секунд до нескольких часов, все очень сильно зависит от размера файла исходной модели. Параметры каждой модели отображаются в таблице диалогового окна справа. Данная таблица позволяет оценить, какие же депрессии присутствуют на данной территории, а также помогает решить какие нужно убрать для дальнейшего анализа, а какие оставить. После анализа таблицы в блоке «Filters» задается условие и нажимается кнопка «Ок», которая появляется на месте кнопки «Continue». В результате будут заполнены только те депрессии, которые удовлетворяли условию. Результирующая модель будет записана в файл, который указан в строке «Output Image Name».

Следующий подпункт меню «Breach all Depression» позволяет в отличие от предыдущих пунктов меню не заполнить депрессии, а изменить ЦМВ таким образом, что появляется дренаж. Суть этой процедуры заключается в понижении значений в узлах сетки ЦМВ до уровня минимального значения узла в депрессии на протяжении от этого узла до узла, расположенного на границе депрессии и имеющего минимальную отметку, а затем от него до ближайшей узла за депрессией с меньшим, чем дно депрессии значением. При нажатии на этот пункт меню появляется диалоговое окно (рис.8). В первых двух строках «Input DEM» и «Output DEM Name» хранятся имена файлов исходной и результирующей модели. В блоке «Elevation Units» можно задать единицы измерения высоты ЦМВ. В блоке «Options» можно задать метод обработки ЦМВ. При выборе «Regular breaching» дренируются все депрессии. Метод занимает больше времени.

Второй метод быстрее, так как не происходит поиска минимальной отметки каждой депрессии водосборной площади и места стока депрессии. Однако быстрый метод довольно сильно изменяет ЦМВ в силу использования предварительного заполнения депрессии по методу Planchon и Darboux.

Здесь также есть возможность усилить дренаж на плоских территориях включив свойство «Enforce drainage on flats»

В подпункте меню «Constrained Breaching» реализована комбинированная методика, включающая как заполнение депрессий, так и разрушение их плотин. При этом разрушаются только плотины, имеющие ширину не более двух узлов регулярной сетки. То есть, если в самом низком месте водосбора депрессии сделать шаг размером в два узла перпендикулярно границе бассейна, мы найдем узел сетки со значением меньшим, чем отметка дна депрессии мы разрушаем плотину (делаем «Breaching»). Все остальные депрессии заполняются. После выбора данного пункта меню появляется диалоговое окно, в котором необходимо задать имена входного и выходного файлов.

В подпункте меню «Impact Reduction Approach» также реализована комбинированная методика, включающая как заполнение депрессий, так и разрушение их плотин. Первое, что делает данный алгоритм – это делает две копии ЦМВ. На одной копии заполняются все депрессии, а на другой разрушаются все плотины. Затем для каждой депрессии рассчитывается показатель, на основе которого принимается решение о заполнении депрессии или разрушении ее плотины. Таким критерием является степень изменения ЦМВ, обозначим его через «S». Для расчета этого критерия необходимо вычислить количество изменяемых узлов сетки при заполнении данной депрессии (a) и при разрушении ее плотины (a1), также нужно вычислить среднее по модулю значение, на которое были изменены узлы сетки входящие в депрессию при ее заполнении (b) и при разрушении плотины (b1). Если S больше или равно 1, то у депрессии разрушается плотина (выполняется «Breaching»), иначе выполняется заполнение.

При выборе данного пункта меню появляется диалоговое окно, которое показано на рисунке 9. Первые две строчки служат для ввода имен входного и выходного файлов. В блоке «Elevation Units» определяются единицы измерения высоты в узлах регулярной сетки. В блоке «Оptions» пользователь может задать, что использовать в качестве критерия число измененных узлов сетки - «Number of modified cells» или среднее по модулю значение - «Mean absolute elevation difference».

Следующий пункт меню «Remove spikes» реализует методику удаления пиков размером в один узел сетки. Если в ближайших 8 соседних узлах нет значения больше или равного значению текущего узла, то значению текущего узла присваивается наибольшее значение из 8 соседних узлов. При выборе этого пункта меню появляется диалоговое окно, в котором нужно задать имена входного и выходного файлов.

Пункт меню «Round Values» округляет значения в узлах регулярной сетки до целого значения. При выборе данного пункта меню появляется диалоговое окно, в котором нужно задать имена входного и выходного файлов.

Пункт меню «Change Pixel Value» дает возможность пользователю изменить значение в каждом узле сетки в соответствии с его представлениями. После нажатия на данный пункт меню появляется диалоговое окно (рис.10). В верхней части диалогового окна представлены две строки ввода: в первой отображается значение текущего узла сетки, а во второй отображается название файла ЦМВ. Задать файл ЦМВ можно нажатием на клавишу. Нажав на клавишу «Open», мы загрузим значения расположенные в узлах ЦМВ в сетку таблицы, которая расположена ниже.

После корректирования всех необходимых значений нужно нажать на кнопку «Save» для сохранения результатов работы в тот же файл.

Пункт меню «Pixel Aggregation» реализует методику сокращения детальности исходной ЦМВ. По сути, происходит объединение узлов нескольких ЦМВ в один. После отработки этой процедуры количество столбцов и строк растровой модели рельефа сокращается на n, где nReduction Factor» (рис.11). Значение, которое записывается в новый узел регулярной сетки, может вычисляться по - разному: 1)если выбрать пункт «Pixel Aggregation» в блоке «Output Options», то будет рассчитано среднее значение, 2) если выбрать пункт «Sub-grid Variability (RMS)» то в новом узле растровой модели будет рассчитано среднеквадратичное отклонение, 3) при условии что выбран третий пункт итоговая растровая модель будет иметь те же параметры, которые были у исходной модели, а в ее узлах будут записаны отклонения текущего узла от среднего значения.

Следующий пункт меню «Crop to Sub-Region» позволяет вырезать часть растровой модели по границам другой модели. В строке «Input Image»

задается исходная модель, которая будет обрезаться. В строке «Sub-Region Image» задается модель, по границам которой будет произведена обрезка, а в строке «Output Image Name» задается имя файла с выходной моделью.

Пункт меню «Crop to Object» производит вырезание по границе описывающего прямоугольника указанного объекта. После выбора данного пункта меню появляется диалоговое окно, которое представлено на рисунке 12. В первой строке блока «Object File» задается растровая модель с номинальными значениями. В строке «Object ID value» задается значение того объекта, по границам которого будет произведено вырезание. В строке «File to Crop» задается имя файла растровой модели, из которого будет вырезаться информация.

Широкий спектр задач территориального анализа реализованы в пункте меню «Terrain analysis». Здесь можно найти реализацию расчетов морфометрических коэффициентов, эрозионного потенциала рельефа, построение гидрографической сети, порядков потоков, границ водосбора и т.д.

Группа «Primary Terrain Analysis» объединяет пункты меню, которые реализуют расчет первичных характеристик рельефа. Эта большая группа методов разделена на подгруппы: 1 «Surface Derivative» - показатели, основанные на вычислении производной от поверхности; 2 «Local Neighborhood» – ряд показателей, для анализа которых используется локальное окружение узла растровой модели; 3 «Extended Neighborhood» ряд показателей, для анализа которых используется не только локальное окружение узла растровой модели.

морфометрических показателей, вычисления которых рассчитаны на атрибутах узлов растровой модели в локальной окрестности 3*3: «Maximum Downward Slope» рассчитывается между текущим узлом сетки и самым низшим узлом из локальной окрестности 3*3; «Slope» - уклон; «Aspect» экспозиция; «Shaded relief» -расчет карты аналитической отмывки; «Plan curvature» - плановая кривизна; «Profile Curvature» - профильная кривизна;

«Tangential curvature» - тангенциальная кривизна.

После нажатия на любой из этих пунктов появляется диалоговое окно, представленное ниже (рис.13). В строках «Input DEM Name», «Output Image Name» необходимо задать имена файлов исходной и результирующей растровых моделей. В блоке «Output» можно выбрать, какую величину мы будем рассчитывать. Блок «Options» предназначен для определения величины измерения уклона («Degree» - градусы или «Percent» - проценты).

Здесь в строке «Angle of sun above horizon» также можно задать угол источника света над модельной поверхностью для расчета аналитической отмывки. Строка «Window (kernel) size» отвечает за определение размера окна при вычислении «Surface curvature index».

Рассмотрим второй пункт подменю «Primary Terrain Attributes», который называется «Local Neighborhoods».

Первый пункт меню «Flow Direction» реализует алгоритмы позволяющие рассчитывать направления потоков из каждого узла сетки.

Выбираем данный пункт меню и перед нами появляется диалоговое окно (рис.14). Традиционно в верхнем левом углу располагается строка ввода, в которой указывается имя файла исходной модели. В блоке «Options»

располагаются три переключателя: 1 «Optimize for speed» - при его выборе максимально сокращается время расчета; 2 «Optimize for memory (for large DEMs)» - при выборе данного пункта расчет ведется таким образом, чтобы объем временных файлов был минимальным (рекомендуется для очень больших растровых моделей); 3 «Ln (catchment area)» - при выборе этого пункта рассчитывается не сама дренируемая площадь, а ее логарифм. При расчете направлений потока могут быть вычислены 3 характеристики, каждая из которых записывается в отдельный файл. В блоке «Outputs» есть переключатели, при выборе которых можно рассчитать эти три характеристики: 1- «pointer file» - в каждую ячейку данной растровой модели записывается кодированное значение одного из 8 соседних узлов растровой модели, в который направлен поток; 2 – «catchment area» - в каждую ячейку данной растровой модели записывается оценка дренируемой площади, причем в зависимости от того, что будет выбрано в строке «Outputs file»

результат будет разным. Если выбрать пункт «number of upslope elements(NUE)» - то будет записано число узлов сетки, поток из которых проходит через данный узел сетки; если выбрать «Total area (TA)», то в результирующий файл будет записана дренируемая площадь, которая равна NUE*площадь ячейки растровой модели; если выбрать пункт «specific area», то будет рассчитан показатель равный TA/размер ячейки растровой модели.

Второй пункт данного меню «Number of Downslope Neighbours»

рассчитывает количество ячеек растровой модели лежащих ниже центральной ячейки в окрестности 3*3.

Третий пункт данного меню «Number of Upslope Neighbours»

рассчитывает количество ячеек растровой модели, лежащих выше центральной ячейки в окрестности 3*3.

Четвертый пункт «Number of Inflowing Pixels» рассчитывает для каждой ячейки растровой модели количество вышележащих ячеек, поток из которых, используя алгоритм «D8», проходит через данную ячейку.

Пятый пункт меню «Maximum downslope elevation change»

рассчитывает разность между высотой в текущем узле сетки и высотой в самой низшей ячейки локальной окрестности 3*3.

Шестой пункт меню «Аverage downslope elevation change»

рассчитывает разность между высотой в текущем узле сетки и средним значением высоты, которое рассчитано по ячейкам локальной окрестности 3*3 лежащих ниже текущей ячейки.

Пункты меню с седьмого по девятый рассчитывают локальные статистики в окне 3*3: «Local Elevation Percentiles» - расчет процентилей;

«Difference from mean elevation» - расчет разницы между высотой в текущем узле сетки и средним значением высот в локальной окружности 3*3;

«Standard Deviation of Elevation» - рассчитывает стандартное отклонение в локальном окне 3*3.

Десятый пункт меню «Find Valley Bottom Pixels» находит такие ячейки, которые являются дном долины (фактически это тальвеги).

Следующим пунктом меню третьего уровня является «Extended Neighborhoods» - группа показателей, основанная на расчете дренажной сети алгоритмом «D8».

Группа «Compound Terrain Analysis» объединяет пункты меню, которые реализуют расчет вторичных характеристик рельефа, исходя из 2-х и более первичных характеристик. В некоторых случаях эти свойства могут быть автоматически подсчитаны на основе ЦМВ Вторичные характеристики системы, рассчитываемые TAS, включают в себя:

1. индекс влажности (или топографический индекс, Beven, Kirkly, 1979);

2. относительную силу потока (Moore et al, 1993);

3. потенциал стока взвешенных наносов (Burrough, McDonell, 1998);

4. химическое накопление;

5. классификация форм рельефа;

6. моделирование сложности рельефа.

При выборе пункта меню «Wetness Index» появляется диалоговое окно (рис. 15). Отметим, что с помощью данного диалогового окна также можно рассчитать следующие два пункта данного меню, такие как «Relative Stream Power» и «Sediment Transport Capacity Index».

Отметим, что нормальное значение для индекса влажности ранжируется в пределах от 0 до 20, однако, если ЦМВ содержит плоские области (даже если они «исправлены» под поток), изображение индекса влажности будет содержать очень большие значения из-за очень маленьких значений уклонов территории. Числовое значение для таких умеренно наклонных областей незначимы, но они могут наводить на предположение о большой насыщенности влагой таких областей.

Моделирование массопереноса осуществляется через пункт меню «Mass accumulation» (рис.16) и может быть использовано при моделировании геохимических потоков в пределах водосборного бассейна, построенного на основе ЦМВ, на загружаемом или на производительном изображении.

Производительное изображение – множитель со значением в пределах от до 100 %. Эта программа подобна алгоритму химического накопления в GRASS GIS, которая базируется на исследованиях Soranno, Hulber, Carpenter, Lathrop (1996).

Индекс влажности сети «Network Wetness Index» – это минимальное значение индекса влажности, встречающееся вдоль направления потока.

Данный процесс определяет, когда ячейка с нулевым или отрицательным дефицитом насыщенности соединяется с дренажной сетью. В терминах процесса предполагается, если локальный дефицит насыщенности равен или отрицательный, но область сбора потока не присоединяется к сети, то поток будет продлен к точке вдоль направления водотока, которая имеет положительный дефицит насыщенности.

Классификация очертаний рельефа «Landform Classification» основана на Pennock, Zebarth, DeJong (1987). Эта схема классифицирует отдельные ячейки, основываясь на локальных окнах 3*3 для значений уклона и кривизны. Исход данного модуля включает 7 численных ключей классификации.

Следующим пунктом в территориальном анализе является анализ депрессий «Depression Analysis». В данном модуле выполняются операции, характеризующие депрессии в ЦМВ, при этом обычно используют предположение, что все депрессии в ЦМВ – фактические особенности территории и любая аномальная впадина уже удалена. Практически во всех диалоговых окнах данного модуля требуется лишь имя исходной и результирующей растровой модели.

Первый пункт «Find Depressions» находит области в ЦМВ, которые локализованы в единичных депрессиях, заполняет их и сравнивает с оригиналом. Любые области, которые были изменены процедурой заполнения, приобретают значение 1, а все остальные – 0. Это эквивалентно заполнению ям, используя модуль «Fill All Depression» и идентификации ячеек, которые были заполнены, используя растровый калькулятор.

Второй пункт «Depth In Sink» может быть использован при измерении глубины депрессий или разницы между поверхностью и дном ямы. Antonuc, Hatic, Pernar (2001) нашли, что эта переменная оценивает пространственное распространение экологических явлений. Алгоритм заполняет депрессии в ЦМВ, используя метод Planchon, Darboux (2001), затем вычитает из заполненной ЦМВ оригинальную. Эта процедура может быть выполнена, используя растровый калькулятор.

Особым пунктом данного меню является анализ случайной формы «Stochastic Shape Analysis» (рис.17). Данная операция проводит тест МонтеКарло для идентификации наиболее вероятной формы депрессий в ЦМВ, основываясь на известных ошибочных отклонениях. Анализ случайной формы может также использоваться, чтобы идентифицировать в какой части местности по всей вероятности происходит прерывание дренажной сети из-за аномальных ям. Эта программа по существу добавляет поле со случайной ошибкой в ЦМВ, затем находит результирующие ямы или плоскости. Этот процесс повторяется многократно, таким образом, измеряется вероятность того, что ячейка находится во впадине или на плоской области в процессе моделирования.

Ошибочное поле – это случайные проявления гауссовского (т.е.

нормального) распределения со среднеквадратичным отклонением равным среднеквадратичной ошибке.

В зависимости от размера ЦМВ и числа повторений, программа может работать очень долго. Возможны 2 случая остановки процесса. Во-первых, пользователь может указать число повторений «Maximum number of realuzations»(по умолчанию – 1000). Во-вторых, в качестве останавливающего условия используется понятие конвергенции «Use a convergence threshold». Пороговое значение корня среднеквадратичного отклонения между вероятными изображениями установлено по умолчанию как 0.001. Когда корень среднеквадратичного отклонения между двумя последовательными вероятными изображениями в моделировании падает ниже этого порога, то полагается, что устойчивое решение найдено и моделирование закончено. Продолжение моделирования после конвергенции не приведет к значительному изменению результирующей картины. Если пороговый корень среднеквадратичного отклонения слишком низкий, то моделирование может не достичь конвергенции в течение максимального числа повторений. С установленным по умолчанию порогом конвергенция обычно происходит между 200 и 400 повторениями в зависимости от ЦМВ и ошибочного распространения. Строка состояния будет показывать производительность относительно максимального числа повторений.

Поэтому, если конвергенция – останавливающее условие, то далее повторения не будут идти, что отразит строка состояния. Появится текстовое окно, которое сообщит текущий номер повторения, число ячеек, испытавших хотя бы одно применения ямы или плоской области и текущий корень среднеквадратичного отклонения. Это может помочь оценить, насколько долго будет идти моделирование. Выбрав конвергенцию как останавливающее условие, моделирование может идти несколько дольше, чем используя просто максимальное число повторений, т.к. дополнительное время нужно для расчета корня среднеквадратичного отклонения для каждого случая. Однако это дополнительное время обычно компенсируется тем, что конвергенция может наступить до достижения максимального по умолчанию числа повторений. Известно, что ошибки высот пространственно автокоррелированы, т.е. ошибки чаще всего подобны окружающим. На ошибочных полях можно установить степень пространственной автокорреляции «Degree of spatial autocorrelation» такую как: нет, низкая, средняя, высокая. Выбрав «нет» - результаты приводят к стационарной степени автокорреляции, для низкой – используется фильтр Гаусса 5х5 для стационарных ошибочных полей и повторное вычисление результирующего распространения такое, что оно имеет указанный корень среднеквадратичного отклонения. Средняя и высокая степень используют фильтры 9х9 и 15х15. Случайный анализ предназначен для работы с низкой степенью автокорреляции.

Четвертым пунктом данного меню является морфометрия и связь депрессий «Morphometrics and Connectivity». Эта операция идентифицирует каждую депрессию, в т.ч. вложенную, в ЦМВ.

Дополнительно, эта программа создает текстовый файл, который описывает связь между ямами и высоту заполнения. Если у вас сложная ЦМВ с множеством депрессий, программа будет работать очень долго и может вывести множество данных. Удалив одиночные ямы. можно сократить время выполнения. Если вы просто пробуете идентифицировать ячейки вашей ЦМВ, которая содержит ямы, то лучше использовать «Find depressions» в меню «Depression Analysis».

Пятый пункт меню «Find Depressions in Contours» может использоваться, чтобы идентифицировать контурные линии внутри покрытия, которое расположено в топографических депрессиях.

Раздел 7. Гидрологический анализ водосборов Операции данного пункта меню используются для выполнения ряда задач анализа гидрологической сети. Все эти программы используют метод D8 для моделирования дренажного пути в ЦМВ.

Начинается данное меню с построения речной сети «Derive Stream Network» (рис. 18). В верхнее левое поле вносят название ЦМВ. В правое поле вносят изображение, построенное ранее при помощи пиктограммы на панели инструментов. Ниже, в поле «Output File Name», вносят имя результирующего файла. В поле «Method of Channel Delineation» выбираем метод построения. В пункт «Options» вносят минимальное число ячеек, используемое при моделировании («Min stream length») и пороговое значение из файла D8 SCA, используемого выше.

Следующим пунктом данного меню является «Strahler Stream Order».

При помощи данной операции определяется порядок водотока, используя метод Стралера-Философова. Также эту операцию можно выполнить, используя пиктограмму на панели инструментов. При этом появляется диалоговое окно (рис. 19), в которое вносится исходная ЦМВ, имя результирующего файла и исходный файл речной сети.

Также одним из наиболее важных пунктов данного меню является «Convert Streams to Vector». Этот пункт меню конвертирует водотоки из растровой модели в векторный формат.

После построения речной сети может быть выполнен следующий пункт основного меню – анализ дренажного пути «Drainage Path Analysis».

Входные изображения – ЦМВ и начальное изображение. Файл начального изображения – это двоичный файл (1 - начальные области) Выходное изображение содержит дренажные пути от каждой исходной ячейки начального изображения, которые определяются, используя алгоритм D8.

Для построения водосбора нужно воспользоваться пиктограммой на панели инструментов, при этом появляется диалоговое окно (рис.20).

В данном диалоговом окне вносится название исходной ЦМВ, название результирующего файла, единицы измерения и способ построения водосборного бассейна. Используя метод, установленный по умолчанию «Digitize seed points», пользователю необходимо самостоятельно определить точку, относительно которой строится водосбор. Координаты данной точки вносятся в правое окошко. Их можно сохранить или удалить, а окошко можно почистить, либо координаты могут быть открыты из уже имеющегося файла координат.

Остальные методики используются в зависимости от целей пользователя.

Раздел 8. Морфометрический анализ водосборов Операции в меню «Basin Morphometry» используются в исследованиях геоморфологических характеристик водоразделов. Водораздел – это фундаментальная единица в геоморфологии, в которой могут быть изучены взаимоотношения между очертаниями суши и процессами, которые их формируют. Изучение морфометрии бассейна помогает связать бассейн и геометрию речной сети с учетом переноса воды и взвешенных частиц через территорию водосбора. В данном пункте можно рассчитать следующие характеристики водосбора:

A = площадь бассейна L = длина бассейна P = периметр бассейна Фактор формы (F) = A / L2 (Horton 1932; Selby 1985) Форма бассейна (S) = L2 / A (US Corps of Engineers; Selby 1985) Длина-Площадь = 1.4A0.6 (Strahler 1958; Ritter, Kochel, and Miller 1995) Кругообразность (C) = А / площадь круга с таким же периметром Удлинение (E) = диаметр круга с такой же площадью как и бассейн/L Lemniscate соотношение (K) = L / 4A (Chorely et al. 1957; Selby 1985) Изрезанность бассейна (H) = самая высокая точка бассейна – самая низкая Divide averaged relief = average divide elevation - mouth elevation (Ritter, Kochel, and Miller 1995) Relief ratio = H / максимальная длина потока (modified from Schumm 1956 and Ritter, Kochel, and Miller 1995) Относительность рельефа = H / P (Ritter, Kochel, and Miller 1995) Также одним из интересных пунктов данного меню является последний - «Flowpath and Stream Profile». Данный пункт меню позволяет строить продольный профиль водотока, при этом создается график профиля и текстовый файл, содержащий координаты профиля, т.е. его высоту и длину водотока.