Để thực hiện việc tự động thành lập bản đồ địa hình bằng phơng pháp số từ dữ liệu đo đợc của các máy toàn đạc điện tử, chúng ta cần phải chuyển về một khuôn dạng nhất định. Các khuôn dạng chính của dữ liệu đo chi tiết là toạ độ vuông góc x, y, H và toạ độ cực.
Dữ liệu nhận đợc của các máy toàn đạc điện tử cũng đợc lu dữ dới hai dạng cơ bản đó là dạng toạ độ cực và dạng toạ độ vuông góc.
Đối với dạng dữ liệu toạ độ vuông góc chúng ta chuyển ngay về quy cách dữ liệu x, y, H để thực hiện việc số hoá bản đồ địa hình.
Đối với dữ liệu toạ độ cực thì cần phân tích cấu trúc dữ liệu đo đạc của từng loại máy, từ đó chuyển đổi về một dạng chung nhất, sau đó tính toán để đa về dạng X, Y và H theo một quy chuẩn chung.
Đối với dữ liệu toạ độ cực, khuôn dạng dữ liệu trong tệp tin sau khi chuyển đổi đợc thống nhất nh sau: Thứ tự, Kh_cách_nghiêng, Góc_bằng, Chênh_cao, Cao_mia, Ghi_chú
Đối với dữ liệu toạ độ vuông góc, khuôn dạng dữ liệu trong tệp tin sau khi chuyển đổi trực tiếp từ dữ liệu đo ngoài thực địa hoặc từ tệp dữ liệu toạ độ cực đợc thống nhất nh sau: Thứ tự, Toạ độ_X, Toạ_độ_Y, Độ_Cao_H, Ghi_chú
Để có cơ sở cho việc xây dựng các modul chơng trình, phải thực hiện việc phân tích các khuôn dạng dữ liệu cụ thể đối với từng máy toàn đạc điện tử.
Sơ đồ thuật toán
Hình 2.17 Sơ đồ thuật toán của máy toàn đạc điện tử
CHƯơng III: Giới thiệu chung về phần mềm surfer 8.0 III.1. Giới thiệu về phần mềm surfer 8.0
Surfer 8.0 là phần mềm chạy trong môi trờng Windows, là phần mềm dùng để tính và vẽ các đờng đồng giá trị (ví dụ: đờng đồng mức của địa hình, đờng đẳng cột nớc, đờng đẳng ứng suất, ), thể hiện ở trạng ở dạng mặt phẳng hoặc…
không gian 3 chiều. Ngoài ra, Surfer còn có thể tính khối lợng đào đắp của hố móng, xác định mặt cắt dọc của một tuyến ấn định trớc.
Surfer có thể kết hợp với AutoCAD để cho ta bộ bản vẽ hoàn thiện nhất về một công trình.
Hình 3.1 Giao diện của phần mềm Surfer 8.0
III.2. Cách vào số liệu trong Surfer 8.0
Surfer 8.0 cho phép vào số ở 2 dạng sau:
- Dạng file: Một file có ít nhất 3 cột: một cột có giá trị hoành độ OX, một cột là các giá trị tung độ OY và một cột là giá trị OZ; ngoài ra còn có thể có cột ghi tên điểm hoặc ghi chú của điểm.
- Dạng hàm số đã biết z = f(x,y)
III.2.1. Vào số liệu theo file
Hình 3.2 Cách tạo một file mới trong Surfer 8.0 Lúc đó sẽ xuất hiện cửa sổ
Làm việc với file đã vẽ
Vào số liệu tính toán
Khi chọn WorkSheet ⇒ OK, khi đó
Hình 3.3 Bảng số liệu mới trong Surfer 8.0
Cũng nh bảng tính của các phần mềm khác, cấu tạo của bảng tính điện tử gồm các hàng và các cột, tên của điểm đợc đánh số (1, 2, 3, 4), tên cột đợc đánh dấu bằng chữ (A, B, C, , AA, BB, CC ). Giao giữa một cột và một hàng ta đ… … ợc 1 ô. Nh vậy, tên của ô sẽ là: Chữ-số, ví dụ trên hình vẽ trên, con trỏ đang ở ô A1.
III.2.2. Một số chức năng của Menu:
File
Tạo file mới
Mở file dữ liệu đã có (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đóng file dữ liệu đang làm việc Ghi vào file hiện hành
Ghi file đang làm việc với tên khác Thoát khỏi Surfer về Window
Edit
Format
Những thuộc tính của ô Thay đổi độ rộng của cột Chiều cao của hàng
Data
Loại dữ liệu
Tính toán giữa các hàng, cột trong bảng Thống kê dữ liệu
Bảng tính của Surfer chủ yếu dùng để soạn file dữ liệu, khả năng tính toán giữa các hàng, cột và các ô rất hạn chế.
Khi vào số liệu, nên vào theo kiểu: - Cột A: tọa độ X của điểm - Cột B: tọa độ Y của điểm - Cột C: tọa độ Z của điểm
- Cột D: tên của điểm ( cột này có thể có hoặc không) Sau đó vào file → Save, đặt tên cho file muốn lu.
Surfer còn cho phép đọc một file của một phần mềm khác để làm số liệu của Surfer bằng cách: vào File → Open:
Hình 3.4 Cách mở một file số liệu trong Surfer 8.0 Sau khi chọn Open ta đợc bảng sau:
Hình 3.5 Mở bảng số liệu đã có
Trong file số liệu qunlan.txt số liệu đợc vào: - Cột A: thứ tự điểm
- Cột B: tọa độ X của điểm - Cột C: tọa độ Y của điểm - Cột D: tọa độ Z của điểm - Cột E: ghi chú điểm
Ta cũng có thể vào số liệu theo hàm hồi quy z = f(x,y). Khi vào số liệu theo khuôn dạng này, không cần vào WorkSheet mà vào trực tiếp (vào GRID, trong Function) với điều kiện phải biết hàm z = f(x,y) và giới hạn của vùng vẽ.
III.3. Nội suy lới điểm
Từ file số liệu ngời dùng (*.DAT) , Surfer không vẽ ngay mà phải qua bớc trung gian "tính toán, nội suy lới điểm", (từ file *.DAT sau khi tính toán, nội suy lới điểm sẽ cho ra file *.GRID), sau khi nội suy lới điểm, Surfer mới có thể vẽ đợc ở dạng đờng đồng mức hoặc dạng bề mặt ( từ file *.GRID thành file *.SRF)
Cách tạo lới điểm nh sau: Surfer chia vùng vẽ thành một lới hình chữ nhật đều, mục đích của nội suy lới điểm là từ số liệu của các điểm đã có, xác định giá trị OZ tại từng điểm nút của lới chữ nhật đó.
Muốn nội suy lới điểm, vào chức năng GRID trong thanh Menu ngang, chọn DATA, xuất hiện cửa sổ:
Hình 3.6 Mở file số liệu khi nội suy
Chọn quanlan.DAT, chọn OK. Xuất hiện tiếp cửa sổ về nội suy số liệu:
Hình 3.7 Cửa
Data Columns: các cột số liệu, Surfer mặc định cột đầu tiên thờng là cột A, nhng trong số liệu này ta bắt đầu chọn từ cột B chứa các tọa độ X, lần lợt các cột tiếp theo chứa các tọa độ Y, Z
Grid Line Geometry: các thông số hình học của lới , bao gồm:
- X Direction (phạm vi khống chế của X): bé nhất (Minimum); lớn nhất (Maximum); Spacing (khoảng cách ∆X của lới); # of Lines ( số đờng kẻ lới theo phơng OX); ta có thể cho giá trị của Spacing hoặc # of Lines.
- Y Direction (phạm vi khống chế của Y): bé nhất (Minimum); lớn nhất (Maximum); Spacing (khoảng cách ∆Y của lới); # of Lines (số đờng kẻ lới theo phơng OY); ta có thể cho giá trị của Spacing hoặc # of Lines.
Output Grid File: tệp kết quả của việc nội suy lới điểm; những tệp này th- ờng có kiểu mặc định là *.GRID, có thể vào Change để thay đổi.
Gridding Method: (phơng pháp nội suy) đây là điểm quan trọng nhất khi nội suy lới điểm, việc chọn phơng pháp ảnh hởng rất lớn đến kết quả vẽ. Khi số liệu vào là các điểm rời rạc, cùng một số liệu, chọn phơng pháp nội suy khác nhau sẽ cho kết quả khác nhau. Cơ sở của việc chọn phơng pháp là sự phân bố và mật độ các điểm đo. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Với mỗi phơng pháp nội suy, sẽ có một cặp Options (tham số tùy chọn) t- ơng ứng
Sau khi chọn đợc phơng pháp với Options và Search hợp lý, chọn Ok, chơng trình sẽ tính toán để cho ra kết quả.
III.3.2. Các phơng pháp nội suy
Trong Surfer 8.0 có 12 phơng pháp nội suy:
- Inverse Distance to a Power (tỷ lệ nghịch khoảng cách) - Kriging (phơng pháp Kriging)
- Minimum Curvature (độ cong tối thiểu) - Plynomial Regression (hàm hồi quy đa thức) - Modified Shepad’s Method (phơng pháp Shepard)
- Triangulation with Linear Interpolation (nội suy tam giác) - Radial Basis Functions ( hàm số cơ bản tia)
- Natural Neighbor - Nearest Neighbor - Moving Average - Data Metrics - Local Polynomial
Các phơng pháp này đều sử dụng thuật toán nội suy theo trọng số. Giả sử có N điểm với giá trị là:
(Z1, Z2, Z3 , Z… 4)
thì giá trị nội suy tại điểm nút lới (ví dụ G) đợc tính nh sau: G = ∑ − N i i i Z W 1 . Trong đó:
G – giá trị cần nội suy tại một điểm nút lới N – số điểm làm cơ sở nội suy
Wi – trọng số của điểm thứ i đối với điểm cần nội suy Zi - giá trị tại điểm thứ i
Trọng số Wi đợc chọn 0 <= Wi <= 1 và phụ thuộc vào khoảng cách giữa điểm cần nội suy và điểm thứ i đó (điểm càng gần thì Wi gần với 1, điểm càng xa Wi gần với 0), phụ thuộc vào phơng pháp nội suy.
Lu ý rằng số điểm N luôn nhỏ hơn hoặc bằng số điểm đo bởi khi nội suy lới điểm, Surfer cho phép ta đặt cách tìm kiếm (Search): tìm kiếm trên toàn bộ dữ liệu (khi đó N = số điểm đo) hoặc chỉ một số điểm xung quanh điểm nội suy.
- Phơng pháp tỷ lệ nghịch khoảng cách (Inverse Distance to a Power) nhanh nhng phát sinh xu hớng "bull’s eye" – hay xuất hiện các đờng đồng tâm xung quanh điểm đo.
- Phơng pháp Kriging là một trong những phơng pháp rất mềm dẻo, dùng đ- ợc với hầu hết các số liệu, rất hiệu quả. Đây là phơng pháp thờng đợc dùng nhất. Vì vậy, phơng pháp nội suy mặc định của Surfer là Kriging.
- Phơng pháp độ cong tối thiểu (Minimum Curvature) là phơng pháp nội suy cho kết quả khá trơn, tính rất nhanh nhng ít chính xác, nên dùng khi các giá trị ban đầu phân bố rất đều đặn.
- Phơng pháp hồi quy đa thức (Plynomial Regression) thờng đợc sử dụng cho khuynh hớng phân tích bề mặt (dùng để vẽ dạng bề mặt 3 chiều Surfer 3D). Đây là phơng pháp tính rất nhanh nhng xuất hiện xu hớng cục bộ không sát thực tế trong lới điểm.
- Phơng pháp Radial Basis Functions là một phơng pháp khá linh hoạt nh Kriging. Kết quả nội suy gần giống với kết quả nội suy theo Kriging.
- Phơng pháp Shepard (Modified Shepard’s Method) tơng tự phơng pháp tỷ lệ nghịch khoảng cách nhng ít xuất hiện xu hớng "bull’s eye" hơn, nhất là khi làm trơn lới.
- Phơng pháp nội suy tam giác (Triangulation with Linear Interpolation) tính nhanh nhất. Là phơng pháp nội suy tuyến tính nên kết quả nội suy không trơn, hay xuất hiện các đoạn thẳng giữa các điểm đo. Khi nội suy một điểm nào đó, chỉ dựa vào 3 điểm lân cận.
Dới đây là hình vẽ khi thực hiện nội suy với một số phơng pháp khác nhau:
Hình 3.8 Inverse Distiance to a Power ( tỷ lệ nghịch khoảng cách)
Hình 3.10 Minimum Curvature (độ cong tối thiểu)
Hình 3.12 Triangulation with Linear Interpolation (nội suy tam giác)
Hình 3.13 Modified Shepad’s Method (phơng pháp Shepard)
Surfer cho phép làm trơn các đờng cong của bản vẽ trên lới *.GRD, có hai phơng pháp nội suy: Spline hoặc Matrix. Thông thờng hay dùng phơng pháp Spline. Có thể làm trơn trong phạm vi ấn định. Cách làm nh sau:
Vào GIRD chọn Spline Smooth
Hình 3.14 Mở file số liệu cần làm trơn Sau khi chọn xong, nhấp chuột vào Open (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.15 Các thông số khi làm trơn
III.5.1. Vẽ đờng đẳng trị
Ta đã có tệp quanlan.GRD, vào Map chọn Contour Map chọn tiếp New Contour Map
Khi đó sẽ hiện ra bảng
Hình 3.16 Mở tệp tin cần vẽ đờng bình độ
Hình 3.17 Nội suy bằng phơng pháp Kriging Sau đó ta kick đúp chuột vào bản vẽ sẽ hiện ra bảng
Hình 3.18 Bảng thông số vẽ đờng đẳng trị Chọn General
Level: trị số của đờng đẳng trị
Line: kiểu đờng đẳng trị
Fill: màu tô (chỉ có ở chế độ Fill Contour)
Hach: có hiện nét chải của đờng đẳng trị đó không
III.5.2. Xem bản vẽ
Surfer cho phép xem ở nhiều chế độ, những chế độ xem đó đều nằm trong chức năng View: Xem tổng quan Xem đầy màn hình Xem với tỷ lệ 1:1 Dành toàn bộ màn hình để xem bản vẽ Vẽ lại Tự động vẽ lại
Fill to Window: Khi vào chức năng này, Surfer sẽ cho hiện phạm vi bản vẽ kín màn hình làm việc
Page: cho phép hiện toàn bộ trang làm việc (lề trái, phải, trên, dới), bản vẽ nằm trong trang làm việc đó
Actal Size: Xem bản vẽ ở chế độ 100% (tỷ lệ 1cm trên màn hình = 1cm trong bản vẽ)
III.6. Tỷ lệ bản vẽ
Trớc tiên, ta lu ý rằng tỷ lệ bản vẽ không phải áp đặt cho toàn bản vẽ mà chỉ cho từng đối tợng lựa chọn.
Trong các đối tợng, Surfer không cho phép đặt tỷ lệ cho các đối tợng vẽ bằng tay và văn bản (sử dụng thanh công cụ vẽ các hình chữ nhật, elip, đoạn thẳng ).…
Cách làm nh sau:
- Dùng chuột để chọn đối tợng cần đặt tỷ lệ (nhấp chuột vào vùng đối tợng cần chọn)
- Vào Map → Scale (lu ý rằng nếu cha chọn đợc đối tợng hoặc chọn đợc đối tợng nhng đối tợng đó thuộc loại không áp đợc tỷ lệ thì chức năng Scale bị mờ, không có áp dụng):
X Scale: tỷ lệ theo phơng ngang OX
- 1cm = ? Map units (đơn vị bản vẽ)
tức là 1cm trong bản vẽ in ra – bằng bao nhiêu (?) đơn vị thật. Ví dụ, tọa độ của các điểm đo đạc khi vào số liệu tính theo mét, khi in ra giấy muốn có tỷ lệ 1/200 (1cm trong bản vẽ = 2m trong thực tế thì (?) = 2
- Length: chiều dài theo phơng ngang OX của đối tợng khi in ra giấy. Nh vậy, Length phụ thuộc vào (?) và ngợc lại
Thông thờng, trong kỹ thuật ta hay ấn định tỷ lệ, khi đó chiều dài OX Length có thể nằm trọn trong bản vẽ, nhng cũng có khi vợt ra ngoài khổ bản vẽ.
Proportional: nếu có dấu x thì xác định tỷ lệ đối tợng theo OX thế nào, theo OY cũng nh thế
Z Scale: tỷ lệ của giá trị OZ (chỉ dùng trong trờng hợp vẽ ở dạng không gian 3 chiều – Surfer 3D) – cách làm cũng tơng tự nh X Scale.
III.7. Bổ sung cho bản vẽ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
III.7.1. Hiện thanh tỷ lệ
Muốn hiện thanh tỷ lệ của một bản vẽ, tuần tự các bớc nh sau:
- Nhấp chuột và khu vực bản vẽ để xuất hiện 8 ô vuông ở 4 góc và trung điểm cạnh
- Vào Menu → MAP, chọn Scale Bar (nếu không có thao tác nhấp chuột nh trên chức năng này sẽ bị mờ, không có tác dụng), xuất hiện khung hội thoại:
Cycle Spacing: độ dài thật của đơn vị thớc đo tỷ lệ (một khoảng trắng hoặc một khoảng đen)
Label Increnment: bớc nhảy (số gia) của nhãn thanh tỷ lệ (ví dụ nếu bằng 1 nhãn thanh tỷ lệ là: 0.00, 1.00, 2.00, 3.00, 4.00 ; nếu bằng 2: 0.00, 2.00, 4.00,…
6.00, 8.00,…
Thông thờng, nên chọn Cycle Spacing = Label Increment
Font, Format: chọn kiểu chữ và dạng hiển thị nhãn của thanh tỷ lệ
Là thao tác với đối tợng (là bản vẽ) nên trớc khi chọn chức năng này, phải nhấp chuột vào khu vực bản vẽ để xuất hiện 8 ô vuông ở 4 góc và trung điểm 4 cạnh. Sau khi nhấp chuột sẽ hiện ra bảng
Ta chọn Background. Sau đó ta chọn màu của vùng và màu của đờng thẳng, nhấp chuột vào OK
III.7.3. Vẽ đờng gấp khúc khép kín (polygon)
Nhấp chuột vào biểu tợng trong thanh công cụ, khi đó, mỗi lần nhấp chuột sẽ có một điểm gãy, nếu giữ chuột trái thì khi rê chuột đến đâu con trỏ chuột sẽ nối tới đó (lúc này đờng gấp khúc nhìn khá trơn).
Khi đang rê chuột, nếu:
- Nhấp chuột phải, kết quả sẽ Undo lại một bớc (điểm gãy cuối cùng) - Nhấn phím ESC, sẽ hủy bỏ lệnh trên
- Nhấp đúp chuột, kết thúc thao tác vẽ này, điểm cuối cùng sẽ tự động nối với điểm đầu tiên để trở thành đờng khép kín
III.7.4. Vẽ đờng gấp khúc (polyLine)
Nhấp chuột vào biểu tợng trên thanh công cụ, các thao tác cũng tơng tự nh trên nhng khi kết thúc (nhấp chuột trái) điểm cuối cùng sẽ không nối với điểm đầu tiên
III.7.5. Thêm biểu tợng (Symbol)
Dùng biểu tợng ta có thể thêm biểu tợng vào một vị trí nào đó trên bản vẽ (cũng giống nh Symbol của điểm). Nếu muốn thay đổi hình dạng, nhấp đúp chuột vào biểu tợng đó để chỉnh sửa
III.7.6. Thay đổi thuộc tính
Khi muốn thay đổi thuộc tính (đôi khi cả tùy chọn) của một đối tợng, hãy nhấp đúp chuột vào biểu tợng đó. Tùy theo loại đối tợng ta sẽ có một bảng hội thoại tơng ứng, cho phép ta thay đổi các thuộc tính của đối tợng
Các thuộc tính có thể thay đổi đợc là: