УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБАТ

Полезная модель относится к области вычислительной техники, а именно, к устройствам построения изобат и может быть использована в гидрографии и картографии при отображении рельефа дна на морских картах.
На морских картах рельеф дна показывается отметками глубин и изобатами с постоянным сечением. Изобаты проводятся между точками рельефа дна с одинаковыми значениями глубин, называемыми изобатными точками (ИТ). При съемке рельефа дна в заданном районе измерение глубин проводят на линиях съемочных галсов в дискретных точках с их привязкой к географическим координатам. Для построения изобаты на основе входных данных необходимо найти последовательность управляющих ИТ, через которые надо провести плавную линию. Эта линия и будет изобатой.
При простом рельефе дна (нерасчлененные равнины и склоны) ИТ выделяют методом интерполяции между измеренными глубинами. При сложном рельефе дна для выделения ИТ и построения изобат используют устройства, реализующие различные алгоритмы геоморфологического анализа.
Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче к заявляемой полезной модели является устройство для построения изолиний, реализующее способ построения изолиний заданного параметра Z, описанный в (Переберин А.В. Построение изолиний с автоматическим масштабированием // Вычислительные методы и программирование, НИВЦ МГУ, 2001. Раздел 2, С.22-32). Для этого способа исходными данными является прямоугольная таблица значений параметра, для которого проводится изолиния.
Известное устройство для построения изолиний, при выборе в качестве параметра Z значений глубин, полученных при съемке рельефа дна на линиях съемочных галсов, содержит последовательно соединенные двухсторонними связями блок управления, блок памяти глубин на линиях съемочных галсов, блок
интерполяции значений глубин в узлы регулярной сетки, блок формирования управляющих ИТ на ребрах регулярной сетки и блок построения и сглаживания изобат.
При съемке рельефа дна с помощью эхолотов из-за не прямолинейности съемочных галсов и изменчивости глубины измеренные и регистрируемые значения глубин не укладываются в узлы регулярной сетки.
В этом случае при использовании известного устройства производится интерполяция значений глубин в узлы регулярной сетки, что снижает точность построения изобат. Кроме того, на точность построения изобат влияет размер регулярной сетки, которая снижается также из-за формирования управляющих ИТ только на ребрах регулярной сетки.
Задачей полезной модели является создание устройства для построения изобат непосредственно по значениям глубин, измеренным на линиях съемочных галсов.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящей полезной модели, заключается в повышении точности построения изобат.
Решение задачи достигается тем, что в устройство для построения изобат, содержащее соединенные двухсторонней связью блок управления и блок памяти глубин на линиях съемочных галсов (блок ПГ), а также блок построения и сглаживания изобат (блок ПСИ), выход которого является выходом устройства, введены связанные двухсторонней связью блок выделения изобатных точек на линиях съемочных галсов (блок ВИТ), вход которого подключен двухсторонней связью к выходу блока ПГ, и блок формирования управляющих ИТ на линиях съемочных галсов (блок ФУИТ), выход которого соединен двухсторонней связью с входом блока ПСИ.
Решение задачи достигается также тем, что блок ПСИ содержит последовательно соединенные блок определения принадлежности ИТ к изобатным линиям (блок ОПИТ), блок аппроксимации изобатных линий и блок вычисления координат ИТ на сглаженных изобатных линиях (блок ВКИТ), при этом входом и выходом блока ПСИ являются вход блока ОПИТ и выход блока ВКИТ соответственно.
Возможность построения изобат для рельефа дна любой структуры и сложности с обеспечением адекватности положения и конфигурации изобат значениям измеренных глубин обусловлена введением новых блоков, в которых для формирования ИТ на смежных галсах и в межгалсовых промежутках, построения и сглаживания изобат реализованы оригинальные алгоритмы логико-математического анализа, включающего элементы эвристического анализа, проводимого специалистами-гидрографами при решении этой задачи.
Полезная модель иллюстрируется чертежами:
на фиг.1 приведена структурная схема устройства для построения изобат;
на фиг.2 приведен пример представления построенных изобат.
Устройство содержит последовательно соединенные двухсторонними связями блок 1 управления, блок 2 ПГ, блок 3 ВИТ, блок 4 ФУИТ и блок 5 ПСИ, выход которого является выходом устройства. Блок 5 ПСИ содержит последовательно соединенные блок 5-1 ОПИТ, блок 5-2 аппроксимации изобатных линий и блок 5-3 ВКИТ, при этом входом и выходом блока ПСИ являются вход блока ОПИТ и выход блока ВКИТ соответственно.
Устройство может быть реализовано на микропроцессорных наборах БИС или на ПЭВМ.
Блок 1 управления обеспечивает управление вычислительным процессом, а также ввод и хранение следующих исходных данных:
из
сечения изобат Δ Z, заданных оператором;
S
S
W
ost
S
N
W
OST
координат границ района съемки (рамок планшета съемки): X, X, Y, Y где: X - южная граница, X - северная границ, Y - западная граница, Y - восточная граница;
число узлов К, заданное оператором, для вычисления изобатных точек методом интерполяции;
знаменатель С масштаба карты или планшета съемки;
X
Y
максимально допустимые расстояния ΔS.,ΔS между ИТ изобаты.
i
Блок 2 ПГ предназначен для ввода и хранения файла глубин Z, измеренных в процессе съемки, и координат точек Х;,У;, в которых измерены значения глубин.
Блок 3 ВИТ выполняет следующие вычислительные операции:
i
из
- определение номера r начальной изобаты из соотношения минимального значения измеренной глубины в районе Zmin и заданного сечения изобат ΔZ
с округлением модуля полученного числа до целого в большую сторону при Zmin>0 и в меньшую сторону при Zmin<0 (приливное море), но с сохранением знака соотношения;
1ИЗ
- определение значения глубины начальной изобаты Z
n
из
- определение номера r последней изобаты из соотношения максимального значения измеренной глубины в районе Zmax и заданного сечения изобат ΔZ
с округлением результата в сторону меньшего целого числа;
- определение значения глубины последней изобаты Znиз
ij
- расчет приращений ΔZ измеренных значений глубин над плоскостью заданного сечения, соответствующей заданной изобатной глубине Zиз (Zij: i-номер глубины Haj-том галсе)
1
2
- расчет координат изобатных точек Хит, Yht по координатам точек измерения двух глубин, имеющих приращения ΔZ и ΔZ, причем одно из приращений ΔZ>0,а другое ΔZr<0
В результате проведения вычислительных операций на выходе блока 3 ВИТ формируется файл всех ИТ на линиях съемочных галсов и межгалсовых промежутках.
Блок 4 ФУИТ принимает номера двух соседних галсов (предыдущего и последующего или первого и второго) с указанием ИТ на первом (или
1
2
предыдущем) галсе, которая является точкой входа (Итвх) на линии второго (или последующего) галса или вновь на линии первого галса при возврате линии изобаты. В блоке 4 ФУИТ осуществляется логико-математический анализ взаимного расположения ИТвых и точек Итн и Итк на обоих галсах, в результате которого определяются Итвх, а также две граничные точки Итг и Иг, которые дают возможность построить две граничные линии, разделяющие области существования изобатных точек в межгалсовом промежутке, относящихся к одной или другой близлежащим изобатным линиям одного значения Zиз. Алгоритм логико-математического анализа включает элементы эвристического анализа, проводимого специалистами-гидрографами при решении этой задачи, и обеспечивает возможность построения изобат для рельефа дна любой структуры и сложности (см. приложение).
Блок 5-1 ОПИТ обеспечивает:
1
2
- вычисление параметров для определения принадлежности ИТ в межгалсовом промежутке одной из двух линий изобат, имеющих одно и то же значение глубины Zиз. ИТ относится к отрезку изобаты, ограниченному точками ИТвых, Итг, Итг и Итвх, если одновременно:
1
2
2
1
d и d имеют одинаковые знаки или при любом знаке d-параметр d=0;
3
4
4
3
d и d имеют одинаковые знаки или при любом знаке d-параметр d=0
- вычисление параметров для определения принадлежности ИТ, выполняемое аналогично описанному выше, но в случае, когда ИТвых и ИТвых находятся на одном и том же галсе:
- проверка допустимости расстояний между смежными ИТ по абсциссе
ΔSx и ΔSy (ΔSx и ΔSy задаются в исходных данных)
Блок 5-2 аппроксимации изобатных линий обеспечивает:
-вычисление параметров аппроксимирующей кривой для расчета координат дополнительных ИТ на линии изобаты в случае выявления двух ИТ, между которыми не выполняются условия (7)
Х
Х
где К=1,2,3,...m
Y
Y
К=1,2,3,...m
-3
-3
ΔX=±2·C·10 ΔY=±2·C·10
ИТ
ИТi+1
ИТi
ИТШi+1
где в формулах при ΔХ и ΔY знаки «+» в случае, когда X<X и Y<Y.
C
C
С
Аппроксимирующая линия определяется координатами центра и радиусом X,Y и R:
1
1
где: X, Y - координаты i-той ИТ,
2
2
Х, Y - координаты (1+1)-ой ИТ,
3
3
Х, Y - координаты (1+2)-ой ИТ,
ΔХ и ΔУ - разность координат ИТ, номера которых указаны в подстрочных индексах;
где: значения Кх, Ку, ΔХ, ΔY - из формул (2.10.1) и (2.10.2). В блоке 5-3 ВКИТ производится:
k
k
- вычисление координат Х' и Y' и координат второй и предпоследней изобатных точек на сглаженной изобатной линии
n
n
где: X,Y - координаты последней ИТ на сглаженной изобатной линии.
На выходе блока 5 ПСИ формируется выходной файл, содержащий значения координат ИТ на линиях съемочных галсов и в межгалсовых
промежутках, определяющий положение сглаженных линий изобат, а также значения глубин в точках измерения.
На фиг.2 в качестве примера приведена форма представления рельефа морского дна изобатами на экране дисплея или графопостроителя по данным, сформированным в блоке 5 ПСИ.
Таким образом, при осуществлении заявляемого устройства в максимальной степени обеспечивается адекватность положения и конфигурации изобат значениям глубин, измеренным на линиях съемочных галсов.