Opracował: Marta Włodarczyk-Sielicka

NAWIGACJA

semestr VII

SYSTEMY INFORMACJI PRZESTRZENNEJ

Ćwiczenia laboratoryjne

Prowadzący: dr inż. Piotr Wołejsza

Dane do ćwiczenia: folder Metody Budowy DTM

Oprogramowanie: Surfer 10

Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami budowy DTM.
Przebieg ćwiczenia:

Proszę zgrać dane do swojego folderu.

WPROWADZENIE
W ćwiczeniu należy obliczyć błędy odwzorowania powierzchni. Na podstawie otrzymanych
wyników należy opracować sprawozdanie wg wytycznych podanych na końcu instrukcji.

OGÓLNY SCHEMAT BUDOWY DTM WYBRANĄ METODĄ I OBLICZEŃ BŁĘDÓW



Uruchomić program Surfer



Skopiować do swojego folderu pliki f2_100.dis f2_test.grd i f2_test.txt



Otworzyć nowy dokument i zapisać pliku XXX.srf (XXX – nazwa metody)



Wprowadzić dane do przetwarzania [grid  Data…] z pliku f2_100.dis



Ustawić parametry metody zgodnie z instrukcją



Na panelu Grid Line Geometry

ustawić parametry regularnej siatki grid na: Minimum = 1,

Maximum = 100, Spacing = 1, #of lines = 100

(dwa pozostałe parametry powinny ustawić

się automatycznie)



W polu Grid Output File

wpisać ścieżkę dostępu odpowiednią dla swojego katalogu i

zapisać pod nazwą XXX.grd (XXX – nazwa metody + opcja ustawień)



Dodać mapę 3D modelowanej powierzchni i powierzchni wzorcowej z pliku f2_test.grd i
XXX.grd (!!! w

przypadku kilku opcji ustawień dla badanej metody do dokumentu należy

dodać kilka map, zgodnie z instrukcją).



Obliczyć błąd i jego wartości maksymalne wg punktu Obliczanie błędu



Wpisać wartość błędu dla badanej metody w arkuszu Wyniki.xls w kolumnie Ex i Emax (x –
błąd dla kolejnych ustawień podczas budowy DTM)

OGÓLNY SCHEMAT OBLICZANIA BŁĘDU



Polecenie [Grid 

Residuals…], otworzyć plik *.grd aktualnie modelowanej powierzchni

oraz plik z punktami pomiarowymi, w których zostanie obliczony błąd (f2_test.txt). w wyniku
działania funkcji Residuals otrzymujemy różnicę pomiędzy wysokością w punkcie

f2_test.txt, a wysokością obliczoną w pliku grd. Różnice są ujemne i dodatnie, dlatego w

Opracował: Marta Włodarczyk-Sielicka

celu poprawnego obliczenia błędu niezbędne jest obliczenie wartości bezwzględnej z

otrzymanej kolumny różnic.



Chcąc obliczyć wartość bezwzględną należy skorzystać z funkcji wartości bezwzględnej,

która w Surferze określona jest jako: fabs. w Surferze, w arkuszu kalkulacyjnym [Data 
Transform]

i wpisać polecenie przekształcenia otrzymanej kolumny na wartość

bezwzględną.



Nastepnie korzystając z funkcji statystycznych (Data statistics) obliczyć wartość średnią i

maksymalną błędu. Wpisać w odpowiednie miejsce w stworzonym arkuszu Wyniki.xls.

USTAWIENIA W OPCJACH PRZESZUKIWANIA PUNKT

ÓW POMIAROWYCH

W przypadku przeszukania czterosektorowego, należy:



Wyłączyć opcję bez przeszukania (No Search);



W Advanced options Number of sectors to search

wpisać ilość sektorów (zawsze 4)



W Maximum number of data to use from ALL sectors

wpisać maksymalną liczbę

punktów (odczytać z poniższych tabelek)



W Maximum number of data to use from EACH sectors

wpisać liczbę punktów

przypadającą na jeden sector (np. w przypadku 16 punktów – 4 punkty na jeden sektor)



Dla każdej opcji badań należy ustawić promień przeszukiwania punktów na 50 (w naszym
przypadku będzie to odpowiadało 50 metrom)

Ćwiczenie 1. Budowa DTM metodą triangulacji (Triangulation)

Nazwy plików XXX – triangulation
Ilość modelowanych powierzchni: 1
Badanie wpływu parametrów: ustawienia domyślne

Badanie wpływu ilości punktów: brak
Nazwy błędów powierzchni w arkuszu kalkulacyjnym: E1 i E1max

Ćwiczenie 2. Budowa DTM metodą najbliższego sąsiada (Nearest Neighbor)

Nazwy plików XXX – NearNbor
Ilość modelowanych powierzchni: 1
Badanie wpływu parametrów: ustawienia domyślne

Badanie wpływu ilości punktów: brak
Nazwy błędów powierzchni w arkuszu kalkulacyjnym: E1 i E1max

Ćwiczenie 3. Budowa DTM metodą naturalnego sąsiada (Natura Neighbor)

Nazwy plików XXX – NaturalNbor
Ilość modelowanych powierzchni: 1

Badanie wpływu parametrów: ustawienia domyślne
Badanie wpływu ilości punktów: brak
Nazwy błędów powierzchni w arkuszu kalkulacyjnym: E1 i E1max

Ćwiczenie 4. Budowa DTM zmodyfikowaną metodą Sheparda (Modified Shapard’s Metod)

Nazwy plików XXX – MSM

Ilość modelowanych powierzchni: 1
Badanie wpływu parametrów: ustawienia domyślne

Opracował: Marta Włodarczyk-Sielicka

Badanie wpływu ilości punktów: brak

Nazwy błędów powierzchni w arkuszu kalkulacyjnym: E1 i E1max

Ćwiczenie 5. Budowa DTM metodą odwrotnych odległości (Inverse Distance to a Power)

Nazwy plików XXX – MOO;
!!!

(w przypadku plików *.grd dopisać do nazwy liczbę wg kolumny Ustawienia w poniższej tabeli,

np. MOO1.GRD dla ustawień nr 1)

Ilość modelowanych powierzchni: 4
Badanie wpływu parametrów: tak

Opcja badań Ustawienia Potęga odległości Ilość punktów Przeszukiwanie Nazwy błędów

I

1

2

8

czterosektorowe E1 i E1max

2

2

24

czterosektorowe E2 i E2max

II

3

1

16

czterosektorowe E3 i E3max

4

2

16

czterosektorowe E4 i E4max

Ćwiczenie 6. Budowa DTM metodą odwrotnych odległości z parametrem wygładzania (Inverse
Distance to a Power)

Nazwy plików XXX – MOOzPW;
!!!

(w przypadku plików *.grd dopisać do nazwy liczbę wg kolumny Ustawienia w poniższej tabeli,

np. MOOzPW1.GRD dla ustawień nr 1)
Ilość modelowanych powierzchni: 2
Badanie wpływu parametrów: tak

Ustawienia

Potęga odległości

Parametr
wygładzania

Ilość
punktów

Przeszukiwanie

Nazwy
błędów

1

2

2

16

czterosektorowe

E1

i

E1max

2

2

8

16

czterosektorowe

E2

i

E2max

Ćwiczenie 7. Budowa DTM metodą krigingu (Kriging)

Nazwy plików XXX – kriging;
!!!

(w przypadku plików *.grd dopisać do nazwy liczbę wg kolumny Ustawienia w poniższej tabeli,

np. Kriging1.GRD dla ustawień nr 1)

Ilość modelowanych powierzchni: 4
Badanie wpływu parametrów: tak

Opcja badań Ustawienia Semiwariogram Ilość punktów Przeszukiwanie Nazwy błędów

I

1

Liniowy

24

czterosektorowe E1 i E1max

2

Gaussa

24

czterosektorowe E2 i E2max

3

Sferyczny

24

czterosektorowe E3 i E3max

4

Logarytmiczny

24

czterosektorowe E4 i E4max

Ćwiczenie 8. Budowa DTM metodą RBF (Radial Basis Function)

Nazwy plików XXX – RBF;
!!!

(w przypadku plików *.grd dopisać do nazwy liczbę wg kolumny Ustawienia w poniższej tabeli,

np. RBF1

.GRD dla ustawień nr 1)

Opracował: Marta Włodarczyk-Sielicka

Ilość modelowanych powierzchni: 2

Badanie wpływu parametrów: tak

Ustawienia

Funkcja
bazowa

I

lość

punktów

Promień
(parametr)
funkcji

Nazwy

błędów

1

multiquadric

8

domyślny

E1

i

E1max

2

multiquadric

32

domyślny

E2

i

E2max

PRZYGOTOWANIE SPRAWOZDANIA:
W sprawozdaniu należy scharakteryzować każdą metodę wg następujących kryteriów:



Dokładność odwzorowania powierzchni (ocena wizualna – porównanie modelowanej

powierzchni z powierzchnią wzorcową); ocenić ogólny kształt modelowanej powierzchni,
charakterystyczne zniekształcenia, odwzorowanie na krawędziach i w rogach domeny
badanej powierzchni. Wyciągnąć wnioski.



Błędy odwzorowania powierzchni; przeanalizować zależność błędów od badanych ustawień
(jeżeli są), dołączyć odpowiednie wykresy (oddzielnie dla zaznaczonych opcji badań, jeśli
są); wybrać optymalne ustawienia, które minimalizują błąd odwzorowania powierzchni dla
każdej metody i zestawić na wspólnym wykresie. Wyciągnąć wnioski.



Ocenić wpływ struktury i ilości danych na dokładność odwzorowania powierzchni. W tym
celu przeprowadzić badania na danych z pliku (dla metody z najmniejszym błędem
średnim)

F2_196.dis (dane rozproszone, zbiór większy)

F2_100.pro (dane regularne, zbiór mniejszy)

F2_200.pro (dane regularne, zbiór większy)



Na podstawie przeprowadzonych badań i otrzymanych wyników przedyskutować wybór
metody optymalnej.