ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Δημιουργία Ψηφιακού Μοντέλου Βυθού για τον κόλπο του Σαρωνικού, με τη χρήση Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΘΗΝΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑΣ & ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕ Κατεύθυνση Μηχανικών Τοπογραφίας και Γεωπληροφορικής ΤΕ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Δημιουργία Ψηφιακού Μοντέλου Βυθού για τον κόλπο του Σαρωνικού, με τη χρήση Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών Νικολάου Αθηνά Τζανιδάκη Καλλιόπη Επιβλέπων Καθηγητής: Κάτσιος Ι. Αθήνα, Μάρτιος 2016

2 Εισαγωγή Αντικείμενο: η δημιουργία και η αξιολόγηση δύο ψηφιακών μοντέλων βυθού του κόλπου του Σαρωνικού με τη χρήση Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών, μέσω των μεθοδολογιών Topo to Raster και TIN (Triangulated Irregular Networks). Σκοπός: η συγκριτική αξιολόγηση τους με τη χρήση τριών αλγορίθμων του λογισμικού ArcMap 10.3 (Profile, Viewshed, Slope).

3 Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών Τα Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών αποτελούν μια συνεχώς αναπτυσσόμενη τεχνολογία. Αναπαρίστανται με δύο βασικές δομές: τη διανυσματική δομή (δομή Vector) και τη ψηφιδωτή δομή (δομή Raster).

4 Ψηφιακά Μοντέλα Εδάφους Ψηφιακή απεικόνιση εδάφους συνήθως σε 3D, με τις συνέχειες και ασυνέχειες (brake lines) που τη διέπουν. Αξιοποίηση σε διαφορετικά είδη μελετών και επιστημονικών και τεχνικών αντικειμένων Μεγάλο πλήθος πληροφοριών και εφαρμογών που σχετίζονται με τα αντικείμενα των μηχανικών καθώς και με τις γεω-επιστήμες. Βασικές πηγές δεδομένων: επίγειες μετρήσεις, φωτογραμμετρική απόδοση, ψηφιοποίηση αναλογικών χαρτών Βασικοί τρόποι δημιουργίας: ισοϋψείς καμπύλες (Contours), σημειακά μοντέλα ή αλλιώς μοντέλα καννάβου (Grids), ακανόνιστος τετραγωνικός κάνναβος/ δίκτυο, τριγωνικό ακανόνιστο δίκτυο (μοντέλα ΤΙΝ).

5 Topo to Raster - Μοντέλα Καννάβου Η πιο συνήθης μέθοδος για την αναπαράσταση συνεχούς επιφάνειας. Αναπαρίσταται ως ορθογωνικός κάνναβος σημείων, τα οποία ισαπέχουν. Στις κορυφές του κανάβου υπάρχει τιμή υψομέτρου. Απαιτείται πυκνό δίκτυο σημείων για την όσο πιο ακριβή προσαρμογή των μοντέλων αυτών στην πραγματικότητα. Πλεονέκτημα : H απλότητα της αποθήκευσης των δεδομένων.

6 TΙΝ - Τριγωνικά Μοντέλα Η πιο χρήσιμη και κατάλληλη μέθοδος για την αναπαράσταση και ανάλυση συνεχούς επιφάνειας. Ακανόνιστο δίκτυο τριγώνων, αναπαριστούν μια επιφάνεια σαν ένα σύνολο γειτονικών τριγωνικών όψεων και μη κανονικών σχημάτων. Βασικά στοιχεία μοντέλου: Κόμβοι (με συντεταγμένες x, ψ, z), γραμμές (που συνδέουν τους κόμβους για το σχηματισμό των τριγώνων) και τα τρίγωνα που σχηματίζουν τη συνεχή επιφάνεια. Πλεονεκτήματα: 1. Αποτελεσματικότητα δομής δεδομένων ως προς την ανάλυση της επιφάνειας υπολογισμός χαρακτηριστικών σημείων. 2. Μεταβλητότητα του σχήματος και μεγέθους κάθε τριγώνου ανάλογα με τη μορφολογία εδάφους.

7 Περιοχή Μελέτης Σαρωνικός Κόλπος

8 Πρωτογενή Δεδομένα Χάρτης της Υδρογραφικής Υπηρεσίας Πολεμικού Ναυτικού κλίμακας 1: Υπόβαθρο του Ελλαδικού χώρου από το Εθνικό Κτηματολόγιο και Χαρτογράφηση Α.Ε.

9 Μεθοδολογία Μετασχηματισμοί συντεταγμένων (Μετασχηματισμός από το ED50 του χάρτη στο WGS84 του υποβάθρου) Γεωαναφορά (5 σημεία ελέγχου και αποθήκευση της νέας γεωαναφερμένης εικόνας) RMS (Μέσου Τετραγωνικού Σφάλματος) = 0.5 m

10 Δημιουργία Γεωγραφικής Βάσης (Geodatabase) (Δημιουργία τριών αρχικών feature classes για την ακτογραμμή, τα βάθη και τις ισοβαθείς) Ψηφιοποίηση (Μετατροπή των δεδομένων σε ψηφιακή μορφή, εισαγωγή πληροφορίας βάθους σε κάθε feature class)

11 Τοπολογία (Εισαγωγή γεωμετρικών κανόνων και διαδικασιών μοντελοποίησης των χωρικών σχέσεων)

12 Δημιουργία Ψηφιακών Μοντέλων Εδάφους - Topo to Raster Αλγόριθμος για δημιουργία υδρολογικά διορθωμένων ΨΜΕ (hydrological corrected) Σημειακά, γραμμικά και πολυγωνικά δεδομένα Δημιουργία πολυγώνου από την ακτογραμμή (Feature to polygon feature class AKTO2poly.shp )

13 Arc Toolbox 3D Analyst Tools Raster Interpolation Topo to Raster Παράθυρο Διαλόγου

14 Δημιουργία Ψηφιακού Μοντέλου Βυθού

15 - ΤΙΝ Ανάλυση και αναπαράσταση επιφάνειας Σημειακά, γραμμικά και πολυγωνικά δεδομένα Arc Toolbox 3D Analyst Tools Data Management TIN Create TIN Παράθυρο Διαλόγου

16 Δημιουργία Ψηφιακού Μοντέλου Βυθού

17 Αλγόριθμος Profile Αξιολόγηση DEM Κάθετο προφίλ (μηκοτομή): αλλαγές υψομέτρου κατά μήκος μίας γραμμής Δημιουργία σημειακού feature class (profile.shp) 3D Analyst Tools Interpolate Line (Σχεδιασμός γραμμής) 3D Analyst Tools Profile Graph (δημιουργία κάθετου προφίλ)

18 Κάθετο προφίλ για τη μέθοδο Topo to Raster

19 Κάθετο προφίλ για τη μέθοδο TIN

20 Αλγόριθμος Viewshed Χάρτης ορατότητας (αρχείο raster) Αποτέλεσμα: 2 τιμές: 1+=ορατό και 0=μη ορατό Το σημείο που βρίσκεται πάνω από τον τοπικό ορίζοντα, θεωρείται ορατό Μετατροπή του ΤΙΝ σε Raster (TIN to Raster) Arc Toolbox 3D Analyst Tools Visibility Viewshed

21 Παράθυρο διαλόγου Input raster: εισαγωγή του αρχείου raster που δημιουργήθηκε (TIN to Raster) Input point or polyline observer features: ως περιοχή θέασης επιλέχθηκε το σημειακό feature class (profile.shp) που είχε δημιουργηθεί για τον αλγόριθμο Profile

22 Αλγόριθμος Viewshed για τη μέθοδο Topo to Raster

23 Αλγόριθμος Viewshed για τη μέθοδο TIN

24 Αλγόριθμος Slope Κλίση εδάφους, ρυθμός μεταβολής υψομέτρου σε καθορισμένη τοποθεσία Μετριέται σε μοίρες ή ποσοστό Arc Toolbox 3D Analyst Tools Raster Surface Slope Παράθυρο διαλόγου: Εισαγωγή raster αρχείου, επιλογή μονάδων μέτρησης (ποσοστό)

25 Αλγόριθμος Slope για τη μέθοδο Topo to Raster

26 Αλγόριθμος Slope για τη μέθοδο TIN

27 Συμπεράσματα Αλγόριθμος Profile Περισσότερες μεταβολές στο μοντέλο ΤΙΝ κατά μήκος της γραμμής που χαράχτηκε περισσότερη πληροφορία από το μοντέλο Topo to Raster Αλγόριθμος Viewshed Περισσότερα ορατά σημεία στο μοντέλο ΤΙΝ Αλγόριθμος Slope Ίδιος αριθμός κλάσεων και στα δύο μοντέλα. Τελευταία κλάση Topo to Raster: 20.8% (το μεγαλύτερο ποσοστό κλίσης) Τελευταία κλάση TIN: 28.2% (το μεγαλύτερο ποσοστό κλίσης) Μοντέλο Topo to Raster περισσότερες πληροφορίες για την κλίση του βυθού από ότι στο μοντέλο του ΤΙΝ.

28 Καταλληλότερα για τις εργασίες αναπαράστασης της επιφάνειας της παρούσας εργασίας φαίνεται να είναι τα μοντέλα ΤΙΝ. Δεν υπάρχει κάποιο είδος ψηφιακού μοντέλου εδάφους που να υπερτερεί από τα υπόλοιπα κάθε δομή δεδομένων είναι κατάλληλη ανάλογα με την εφαρμογή, την επιθυμητή ακρίβεια κλπ. Συνεπώς, ιδιαίτερη βαρύτητα δυνατότητα μετατροπών από την μία μέθοδο στην άλλη και η ευελιξία του συστήματος δόμησης των μοντέλων. Χρήσεις του μοντέλου αυτού θα μπορούσαν να γίνουν: α) στην Αλιεία β) στη Ναυσιπλοΐα γ) σε Μελέτες (αναγλύφου βυθού) δ) σε Τεχνικά έργα (πόντιση καλωδίων, κατασκευή λιμένων κλπ)

29

30 Σας ευχαριστούμε πολύ για την προσοχή σας!!