v.surf.rstgrass - En ligne dans le Cloud

PROGRAMME:

Nom

v.surf.première - Effectue une interpolation de surface à partir de points vectoriels cartographiés par splines.
Approximation spatiale et analyse topographique à partir de données ponctuelles ou isolignes données dans un vecteur
format au format raster à virgule flottante en utilisant une spline régularisée avec tension.

MOTS-CLÉS

vecteur, surface, interpolation, 3D

SYNOPSIS

v.surf.première
v.surf.première --Aidez-moi
v.surf.première [-ctd] contribution=nom [couche=string] [colonne z=nom] [où=requête_sql]
[élévation=nom] [pente=nom] [d'aspect=nom] [courbure=nom] [courbure=nom]
[mcourbure=nom] [écarts=nom] [cvdev=nom] [arbreseg=nom] [surclasser=nom]
[masque=nom] [tension=flotter] [lisse=flotter] [colonne_lisse=string] [Segmax=int]
[npmin=int] [administrateur=flotter] [dmax=flotter] [échelle z=flotter] [thêta=flotter]
[scalex=flotter] [--écraser] [--vous aider] [--verbeux] [--calme] [--ui]

Drapeaux:
-c
Effectuer une procédure de validation croisée sans approximation raster

-t
Utiliser une tension dépendante de l'échelle

-d
Sortir les dérivées partielles au lieu des paramètres topographiques

--écraser
Autoriser les fichiers de sortie à écraser les fichiers existants

--Aidez-moi
Imprimer le récapitulatif d'utilisation

--verbeux
Sortie du module verbeux

--silencieux
Sortie module silencieuse

--interface utilisateur
Forcer le lancement de la boîte de dialogue GUI

Paramètres:
contribution=nom [obligatoire]
Nom de la carte vectorielle d'entrée
Ou source de données pour un accès OGR direct

couche=string
Numéro ou nom de la couche
Les entités vectorielles peuvent avoir des valeurs de catégorie dans différentes couches. Ce nombre détermine
quelle couche utiliser. Lorsqu'il est utilisé avec un accès OGR direct, il s'agit du nom de la couche.
Valeur par défaut: 1

colonne z=nom
Nom de la colonne d'attribut avec les valeurs à utiliser pour l'approximation
S'il n'est pas fourni et que l'entrée est une carte vectorielle 2D, les valeurs de catégorie sont utilisées. Si l'entrée est en 3D
carte vectorielle, puis les coordonnées z sont utilisées.

où=requête_sql
Conditions WHERE de l'instruction SQL sans mot-clé 'where'
Exemple : revenu < 1000 et hab >= 10000

élévation=nom
Nom de la carte raster d'élévation de surface en sortie

pente=nom
Nom de la carte raster de pente en sortie

d'aspect=nom
Nom de la carte raster d'aspect en sortie

courbure=nom
Nom de la carte raster de courbure du profil en sortie

courbure=nom
Nom de la carte raster de courbure tangentielle en sortie

mcourbure=nom
Nom de la carte raster de courbure moyenne de sortie

écarts=nom
Nom de la carte des points vectoriels des écarts de sortie

cvdev=nom
Nom de la carte des points vectoriels des erreurs de validation croisée en sortie

arbreseg=nom
Nom de la carte vectorielle de sortie montrant la segmentation quadtree

surclasser=nom
Nom de la carte vectorielle de sortie montrant les fenêtres qui se chevauchent

masque=nom
Nom de la carte raster utilisée comme masque

tension=flotter
Paramètre de tension
Valeur par défaut: 40.

lisse=flotter
Paramètre de lissage

colonne_lisse=string
Nom de la colonne d'attribut avec les paramètres de lissage

Segmax=int
Nombre maximum de points dans un segment
Valeur par défaut: 40

npmin=int
Nombre minimum de points d'approximation dans un segment (>segmax)
Valeur par défaut: 300

administrateur=flotter
Distance minimale entre les points (pour supprimer des points presque identiques)

dmax=flotter
Distance maximale entre les points sur l'isoligne (pour insérer des points supplémentaires)

échelle z=flotter
Facteur de conversion des valeurs utilisées pour l'approximation
Valeur par défaut: 1.0

thêta=flotter
Angle d'anisotropie (en degrés dans le sens inverse des aiguilles d'une montre depuis l'Est)

scalex=flotter
Facteur d'échelle d'anisotropie

DESCRIPTION

v.surf.première le programme effectue une approximation spatiale basée sur valeurs z (la carte vectorielle d'entrée est
3D et colonne z le paramètre n'est pas donné), catégories (la carte vectorielle d'entrée est en 2D et colonne z
le paramètre n'est pas donné), ou attributs (colonne z (le paramètre est donné) d'un point ou d'une isoligne
données données dans une carte vectorielle nommée contribution aux cellules de la grille dans la carte raster en sortie élévation
représentant une surface.

En option, simultanément à l'approximation, les paramètres topographiques pente, aspect,
courbure du profil (mesurée dans le sens de la pente la plus raide), courbure tangentielle
(mesurée dans la direction d'une tangente à la ligne de contour) ou la courbure moyenne sont calculées
et enregistrées sous forme de cartes raster spécifiées par les options pente, aspect, courbep, tcourbe, mcurv
respectivement. Si -d le drapeau est placé, v.surf.première génère des dérivées partielles fx,fy,fxx, fyy,fxy
au lieu de la pente, de l'aspect, du profil, des courbures tangentielle et moyenne respectivement. Si le
la carte vectorielle d'entrée a un horodatage, le programme crée un horodatage pour toutes les cartes de sortie.

L'utilisateur peut utiliser r.masquepour définir un masque ou spécifier une carte raster dans masque option, ce qui
être utilisé comme masque. L'approximation est ignorée pour les cellules dont la valeur est nulle ou nulle.
masque. Des valeurs nulles seront attribuées à ces cellules dans toutes les cartes raster en sortie. Points de données
sont vérifiés pour les points identiques et les points qui sont plus proches les uns des autres que les points donnés
administrateur sont supprimés. Si des contours ou des isolignes peu numérisés sont utilisés en entrée,
des points supplémentaires sont calculés entre chaque 2 points sur une ligne si la distance entre
eux est supérieur à celui spécifié dmax. Paramètre zmulti permet à l'utilisateur de redimensionner les valeurs
utilisé pour l'approximation (utile par exemple pour la transformation des altitudes données en pieds en
mètres, afin que les valeurs appropriées des pentes et des courbures puissent être calculées).

Une spline régularisée avec tension est utilisée pour l'approximation. tension réglages des paramètres
Le caractère de la surface obtenue, de la plaque mince à la membrane. Paramètre de lissage
lisse contrôle l'écart entre les points donnés et la surface résultante et il
peut être très efficace pour lisser les données bruyantes tout en préservant les propriétés géométriques
de la surface. Avec le paramètre de lissage réglé à zéro (lisse=0) la surface résultante
passe exactement par les points de données (une interpolation spatiale est effectuée). Lorsque
le paramètre de lissage est utilisé, il est également possible de générer une carte de points vectoriels écarts
contenant les écarts de la surface résultante par rapport aux données données.

Si le nombre de points donnés est supérieur à Segmax, un traitement segmenté est utilisé.
la région est divisée en segments rectangulaires basés sur un arbre quaternaire, chacun ayant moins de Segmax
points et une approximation est effectuée sur chaque segment de la région. Pour assurer une
connexion de segments la fonction d'approximation pour chaque segment est calculée en utilisant la
points dans le segment donné et les points dans son voisinage qui sont dans le
fenêtre rectangulaire entourant le segment donné. Le nombre de points pris pour
l'approximation est contrôlée par npmin, dont la valeur doit être supérieure à Segmax. Utilisateur
peut choisir de générer des cartes vectorielles arbreseg et surclasser qui représentent l'arbre quaternaire utilisé
pour la segmentation et les voisinages superposés à partir desquels des points supplémentaires pour
des approximations sur chaque segment ont été prises.

L'erreur prédictive de l'approximation de surface pour des paramètres donnés peut être calculée à l'aide de la
-c drapeau. Une procédure de validation croisée est ensuite effectuée à l'aide des données fournies dans le vecteur
plan contribution et les erreurs prédictives estimées sont stockées dans la carte de points vectoriels cvdev.
Lorsque cet indicateur est utilisé, aucune carte raster n'est calculée. Les surfaces anisotropes peuvent être
interpolé en définissant l'angle d'anisotropie thêta et facteur d'échelle scalex. Le programme
écrit les valeurs des entrées sélectionnées et des paramètres calculés en interne dans le fichier historique de
carte raster élévation.

L'utilisateur doit exécuter g.région avant le programme pour définir la région et la résolution pour
approximation.

NOTES

v.surf.première utilise une spline régularisée avec tension pour l'approximation à partir de données vectorielles.
le module ne nécessite pas de données d'entrée avec topologie, donc les deux niveaux 1 (pas de topologie) et
Les données ponctuelles vectorielles de niveau 2 (avec topologie) sont prises en charge. Des points supplémentaires sont utilisés pour
approximation entre chaque 2 points sur une ligne si la distance entre eux est supérieure à
spécifié dmax. Si dmax est petit (inférieur à la taille de la cellule), le nombre de points de données ajoutés peut
être très variable et ralentir considérablement l'approximation. L'implémentation a
procédure de segmentation basée sur des quadtrees qui améliore l'efficacité des données volumineuses
ensembles. Des tables de couleurs spéciales sont créées par le programme pour les cartes raster de sortie.

Les paramètres topographiques sont calculés directement à partir de la fonction d'approximation de sorte que
les relations importantes entre ces paramètres sont préservées. Les équations pour
le calcul de ces paramètres et leur interprétation sont décrits dans Mitasova et
Hofierka, 1993 ou Neteler et Mitasova, 2004. Les pentes et l'aspect sont calculés en degrés.
(0-90 et 1-360 respectivement). La valeur 0 est attribuée aux zones planes.
(avec une pente inférieure à 0.1 %) et vers des points singuliers d'aspect indéfini. Points d'aspect
en pente descendante et est de 90 au nord, 180 à l'ouest, 270 au sud et 360 à l'est,
les valeurs augmentent dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Les courbures sont positives pour les convexes et négatives pour les
Zones concaves. Les points singuliers dont la courbure est indéfinie se voient attribuer une valeur nulle.

La tension et le lissage permettent d'ajuster le caractère de la surface. Convient à la plupart des échelles de paysage.
Pour les applications, les valeurs par défaut devraient fournir des résultats adéquats. Le programme fournit
avertissement lorsque des dépassements importants apparaissent dans la surface résultante et une tension ou une
il faut utiliser un lissage.

Pour sélectionner les paramètres qui produiront une surface avec les propriétés souhaitées, il est utile de
sachez que la méthode dépend de l'échelle et que la tension fonctionne comme un paramètre de redimensionnement
(la haute tension « augmente les distances entre les points » et réduit la portée de l'impact
de chaque point, une faible tension « diminue la distance » et les points s'influencent mutuellement
sur une plus longue portée). Une surface dont la tension est trop élevée se comporte comme une membrane (caoutchouc)
feuille tendue sur les points de données) avec un pic ou une fosse (« cratère ») dans chaque point donné et
Partout ailleurs, la surface évolue rapidement vers une tendance. Si l'on utilise des contours numérisés comme données d'entrée,
données, une tension élevée peut provoquer des ondes artificielles le long des contours. Une tension plus faible et une tension plus élevée
un lissage est suggéré dans un tel cas.

Surface avec tension réglé trop bas se comporte comme une plaque d'acier rigide et des dépassements peuvent
apparaissent dans les zones où le gradient change rapidement et la segmentation peut être visible. Une augmentation
la tension devrait résoudre les problèmes.

Il existe deux options pour tension peut être appliqué en relation avec dnorm (dnorm redimensionne le
coordonnées en fonction de la densité moyenne des données afin que la taille des segments avec
segmax=40 points représentent environ 1 - cela garantit la stabilité numérique du calcul) :

1 Par défaut : le donné tension est appliqué aux données normalisées (x/dnorm), cela signifie que
les distances sont multipliées (remises à l'échelle) par tension/dnorm. Si la densité de points est
modifié, par exemple, en utilisant des valeurs plus élevées administrateur, la dnorm changements et tension doit être
modifié pour obtenir le même résultat. Parce que le tension est appliqué à la valeur normalisée
données, sa valeur appropriée se situe généralement dans la plage 10-100 et ne dépend pas de
l'échelle réelle (distances) des données originales (qui peuvent être en km pour les données régionales)
applications ou cm pour les expériences sur le terrain).

2 Drapeau-t: Le donné tension est appliqué aux données non normalisées (remises à l'échelle tension =
tension*dnorm/1000 est appliqué aux données normalisées (x/dnorm) et donc dnorm
s'annule) donc ici tension fonctionne réellement comme un paramètre de redimensionnement. Pour les régions
applications avec des distances entre points en km. la tension appropriée peut être de 500
ou plus, pour une analyse détaillée de l'échelle de champ, elle peut être de 0.1. Pour vous aider à sélectionner la quantité
les données doivent être redimensionnées, le programme écrit dnorm et tension rééchelonnée
fi=tension*dnorm/1000 au début de l'exécution du programme. Cette mise à l'échelle tension
devrait être autour de 20-30. Si elle est inférieure ou supérieure, la valeur donnée tension paramètre
devrait être modifié en conséquence.

La valeur par défaut est un choix recommandé, cependant pour les applications où l'utilisateur doit
modifier la densité des données et préserver le caractère d'approximation -t le drapeau peut être
utile.

Les données anisotropes (par exemple les phénomènes géologiques) peuvent être interpolées à l'aide thêta et scalex
définir l'orientation et le rapport des axes perpendiculaires placés sur le côté le plus long/le plus court
de la fonctionnalité, respectivement. Theta est mesuré en degrés à partir de l'est, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
Scalex est un rapport entre les tailles des axes. Réglage scalex dans la plage 0-1, donne un motif
prolongé dans la direction définie par thêta. Scalex la valeur 0.5 signifie que la fonction modélisée
est environ 2 fois plus long dans le sens de thêta que dans la perpendiculaire
direction. Scalex la valeur 2 signifie que le rapport des axes est inversé, ce qui donne un motif
perpendiculaire à l'exemple précédent. Veuillez noter que l'option d'anisotropie n'a pas été
largement testé et peut inclure des bugs (par exemple, les paramètres topographiques peuvent ne pas être
calculé correctement) - s'il y a des problèmes, veuillez les signaler au bugtracker GRASS (accessible
à partir de http://grass.osgeo.org/).

Pour les données dont les valeurs varient sur plusieurs grandeurs (parfois la concentration ou
données de densité), il est suggéré d'interpoler le logarithme des valeurs plutôt que le
ceux d'origine.

v.surf.première vérifie la stabilité numérique de l'algorithme en calculant les valeurs dans
points donnés et imprime l'écart quadratique moyen (rms) trouvé dans le fichier historique
de carte raster élévationPour un calcul avec un lissage défini sur 0, rms doit être 0.
Augmentation significative de tension est suggéré si la valeur efficace est étonnamment élevée pour cette
cas. Avec un paramètre de lissage supérieur à zéro, la surface ne passera pas exactement par
les points de données et plus le paramètre est élevé, plus la surface sera proche de la tendance.
La valeur efficace moyenne représente alors une mesure de l'effet de lissage sur les données. Une analyse plus détaillée de
les effets de lissage peuvent être effectués à l'aide de l'option d'écarts de sortie.

v.surf.première écrit également les valeurs des paramètres utilisés dans le calcul dans la partie commentaire
du fichier historique élévation ainsi que les valeurs suivantes qui aident à évaluer la
résultats et choisissez les paramètres appropriés : valeurs z minimales et maximales dans le fichier de données
(zmin_data, zmax_data) et dans la carte raster interpolée (zmin_int, zmax_int), remise à l'échelle
paramètre utilisé pour la normalisation (dnorm), qui influence la tension.

Si une connexion visible de segments apparaît, le programme doit être réexécuté avec une valeur supérieure. npmin
pour obtenir plus de points du voisinage d'un segment donné et/ou avec une tension plus élevée.

Lorsque le nombre de points dans une carte vectorielle n'est pas trop grand (moins de 800), l'utilisateur peut
ignorer la segmentation en définissant Segmax au nombre de points de données ou segmax=700.

v.surf.première donne un avertissement lorsque l'utilisateur souhaite interpoler en dehors du rectangle donné par
coordonnées minimales et maximales dans la carte vectorielle, zoomez sur la zone où se trouvent les données données
sont suggérés dans ce cas.

Quand un masque est utilisé, le programme prend tous les points de la région donnée pour l'approximation,
y compris ceux dans la zone masquée, pour assurer une approximation appropriée le long de la
bordure du masque. Il ne masque donc pas les points de données, si cela est souhaitable.
il faut le faire dehors v.surf.première.

Cross validation procédure
Les paramètres d'approximation « optimaux » pour les données données peuvent être trouvés à l'aide d'un
procédure de validation croisée (CV) (-c(drapeau). La procédure CV est basée sur la suppression d'une entrée
point de données à la fois, en effectuant l'approximation de l'emplacement du point supprimé
en utilisant les points de données restants et en calculant la différence entre les valeurs réelles et
valeur approximative du point de données supprimé. La procédure est répétée jusqu'à ce que toutes les données
point a été, à son tour, supprimé. Cette forme de CV est également connue sous le nom de « laisse-un-de-rire » ou
Méthode du « jack-knife » (Hofierka et al., 2002 ; Hofierka, 2005). Les différences (résidus)
sont ensuite stockés dans le cvdev Carte vectorielle de sortie. Veuillez noter que pendant la procédure CV
aucune autre carte de sortie ne peut être définie, l'approximation est effectuée uniquement pour les emplacements définis
par données d'entrée. Pour trouver les « paramètres optimaux », la procédure CV doit être itérative.
effectuée pour toutes les combinaisons raisonnables des paramètres d'approximation avec de petites
étapes incrémentales (par exemple tension, lissage) afin de trouver une combinaison avec un minimum
erreur statistique (également appelée erreur prédictive) définie par l'erreur quadratique moyenne
(RMSE), erreur absolue moyenne (MAE) ou autres caractéristiques d'erreur. Un script avec des boucles pour
les paramètres RST testés peuvent faire le travail, les statistiques nécessaires peuvent être calculées en utilisant par exemple
v.univarIl convient de noter que la validation croisée est une procédure qui prend du temps, généralement
raisonnable pour plusieurs milliers de points. Pour des ensembles de données plus importants, le CV doit être
appliquée à un sous-ensemble représentatif des données. La procédure de validation croisée fonctionne bien.
uniquement pour les phénomènes bien échantillonnés et lorsque la minimisation de l'erreur prédictive est l'objectif.
les paramètres trouvés en minimisant l'erreur prédictive (CV) peuvent ne pas être les meilleurs pour
phénomènes mal échantillonnés (le résultat pourrait être fortement lissé avec des détails perdus et
fluctuations) ou lorsqu'un bruit important est présent et doit être atténué.

EXEMPLE

Le où paramètre, l'interpolation peut être limitée à n'utiliser qu'un sous-ensemble du
vecteurs d'entrée.

Exemple de Spearfish (nous simulons des mesures d’élévation distribuées aléatoirement) :
g.region raster=élévation.10m -p
# extraction d'élévation aléatoire
r.altitude aléatoire.10m vector_output=elevrand n=200
v.info -c elevrand
v.db.select elevrand
# interpolation basée sur tous les points
v.surf.rst elevrand zcol=valeur elevation=elev_full
r.colors elev_full rast=élévation.10m
d.rast elev_full
d.vect elevrand
# interpolation basée sur un sous-ensemble de points (uniquement ceux au-dessus de 1300 m/asl)
v.surf.rst elevrand zcol=valeur elevation=elev_partial où="valeur > 1300"
r.colors elev_partial rast=élévation.10m
d.rast elev_partial
d.vect elevrand où = "valeur > 1300"

Références

· Mitasova, H., Mitas, L. et Harmon, RS, 2005, Approximation de splines simultanées
et analyse topographique des données d'élévation lidar dans les SIG open source, IEEE GRSL 2
(4), 375-379.

· Hofierka, J., 2005, Interpolation des données de radioactivité à l'aide d'une spline régularisée
avec tension. SIG appliqué, vol. 1, n° 2, pp. 16-01 à 16-13. DOI :
10.2104/ag050016

· Hofierka J., Parajka J., Mitasova H., Mitas L., 2002, Interpolation multivariée
de précipitations à l'aide d'une spline régularisée avec tension. Transactions dans les SIG 6(2),
p. 135-150

· H. Mitasova, L. Mitas, BM Brown, DP Gerdes, I. Kosinovsky, 1995, Modélisation
phénomènes distribués spatialement et temporellement : nouvelles méthodes et outils pour GRASS
SIG. Revue internationale des SIG, 9 (4), numéro spécial sur l'intégration des SIG et
Modélisation environnementale, 433-446.

· Mitasova, H. et Mitas, L., 1993 : Interpolation par spline régularisée avec
Tension : I. Théorie et mise en œuvre, Géologie mathématique, 25, 641-655.

· Mitasova, H. et Hofierka, J., 1993 : Interpolation par spline régularisée avec
Tension : II. Application à la modélisation de terrain et à l'analyse de la géométrie de surface,
Géologie mathématique 25, 657-667.

· Mitas, L., et Mitasova H., 1988, Approche variationnelle générale de la
problème d'approximation, Informatique et Mathématiques avec Applications, v.16, p.
983-992.

· Neteler, M. et Mitasova, H., 2008, SIG Open Source : une approche SIG GRASS, 3e
Édition, Springer, New York, 406 pages.

· Talmi, A. et Gilat, G., 1977 : Méthode d'approximation lisse des données, Journal
de physique computationnelle, 23, p.93-123.

· Wahba, G., 1990, : Modèles splines pour données d'observation, CNMS-NSF Regional
Série de conférences en mathématiques appliquées, 59, SIAM, Philadelphie, Pennsylvanie.

Utilisez v.surf.rstgrass en ligne à l'aide des services onworks.net