„От всички крачки най-трудна е първата.“

Характеристики на съществуващи цифрови модели на релефа на морското дъно. Терминът „характеристики на цифровите модели на релефа на морското дъно (ЦМРД)“ се отнася до наличието на някои проблемни моменти – недостатъци на моделите, дължащи се на подхода за обработка на първични данни, получени в резултат на разнородни проучвания на релефа на дъното. Първичните данни обикновено се представят чрез измервания на дълбочини, обработени в най-добрия случай до ниво на въвеждане на необходимите корекции.
В същото време авторите в никакъв случай няма да подценяват повечето от предимствата на общопризнатата ЦМРД, които са глобални по природа и са предназначени за решаване на малки по мащаб задачи (1: 5 000 000). Целта е да се идентифицират и анализират тези недостатъци и да се намерят начини за отстраняването им, за да се създаде глобални ЦМРД с по-високи нива на надеждност и информационно съдържание. Това ще даде възможност за решаване на напълно различни задачи, до мащабни, ако не в цялата зона на покритие на ЦМРД, то поне в частична версия, където има по-висока детайлност на изображението (плътност на информацията).

Проблемните моменти на най-известния ЦМРД ще бъдат разгледани на примера на IBCAO – международната батиметрична карта на Северния ледовит океан.
IBCAO се съставя въз основа на материали от разнородни изследвания на релефа на дъното, извършени в широк интервал от време (няколко десетилетия), от различни носители (надводни кораби, подводници, плаващи ледове), като се използват различни методи и инструменти, както за измерване и обвързване на дълбочините с мястото на измерване. При липса на първични данни за изследване на релефа на дъното, IBCAO за ЦМРД е създаден въз основа на цифровизация на батиметрични и морски навигационни карти с по-нататъшна интерполация на цифровизираните данни в мрежов масив – грид.

Интерполацията на резултатите от проучването от повечето изследователи се извършва с помощта на детерминирани интерполатори. Например при създаването на модела IBCAO v.3 е използвана бикубична сплайн интерполация. В този случай координирането на разнородни данни се извършва чрез въвеждане на корекции (въз основа на изследването на методологичните характеристики на проучванията), например, корекции за вертикалното сечение на скоростта на звука във водата, ако такива корекции не са били въведени по-рано. Освен това обикновено се прилагат няколко итерации на изглаждане.

Основните принципи за формиране на IBCAO са:
– създаване на „списък с приоритети“ (нива на достоверност) на резултатите;
– анализ на всеки отделен източник на батиметрични данни за грешки (като отклонения) и тяхната корекция;
– анализ на различни батиметрични данни в техните пресечни точки и определяне на причините за грешки въз основа на известни методи и условия за получаване на данни и тяхното коригиране;
– подреждане на коригираните данни;
– многоитерационна интерполация, гридиране и допълнително изглаждане на резултатите с помощта на операцията „изтриване-възстановяване“.
В резултат на това възникват следните „проблемни точки“:

Грешки при създаването на ЦМРД – „Грешки в методологията и модела“ (по-нататък – методологични грешки).
1. Грешки, в зависимост от метода на интерполация, гридиране и изглаждане на първичните данни
Авторите изчисляват методологичните грешки при конструирането на IBCAO.
Общата грешка се определя без разделяне на грешки на интерполация, гридиране и изглаждане. Действителната методологична грешка беше определена чрез сравняване на модела и първоначалната информация, използвана при изграждането на този модел. В нашия случай това са IBCAO и данни от изследване на релефа на дъното от изследователския ледоразбивач „Healy“ през 2003 г. В произволно взети точки от мрежата, изградена с помощта на софтуерния пакет CUBE – Combined Uncertainty and Bathymetry Estimator (Joint Uncertainty and Bathymetry Estimator), според първичните данни от изследването на релефа на дъното от изследователския ледоразбивач „Healy“. 2003 г. дълбочините бяха определени и сравнени с дълбочините на моделите IBCAO версии 2, 3SM и 3 RR, изградени на базата на тези данни в същите точки.
Както се вижда от табл. 1, дори най-малко изгладената версия на RR (използвайки техниката „премахване-възстановяване“) има относителна грешка близо до 4% от дълбочината.

Таблица 1 Статистически параметри на погрешността на IBCAO – Healy

Таблица 2 Статистически параметри на погрешност IBCAO – RBBD

Таблица 3 Статистически параметри на погрешност IBCAO – MBE

Поява на артефакти, свързани с методи за обработка на набори от данни, които са разнородни по плътност.
1. Артефакти, свързани с методите на интерполация.
По този начин, с бикубична сплайн интерполация, интерполираната повърхност е гладка, въпреки че ограничението за минимална кривина може да доведе до интерполационни артефакти под формата на изкуствени локални критични максимуми или минимуми между оригиналните данни. Тези флуктуации са силно зависими от местоположенията и стойностите на наблюденията и обикновено се появяват на места, където функцията показва силни вариации и наблюденията са оскъдни.
2. Артефакти от изкуствено терасиране в региони, където основният източник на батиметрична информация са дигитализирани изобати от отпечатани морски карти.

Рис. 1. Артефакти от изкуствено терасиране върху модела на релефа на морското дъно, създаден въз основа на интерполация на дигитализирани изобати

3. Промяна в процеса на интерполиране на оригиналните стойности.
В по-голяма степен този ефект се проявява при детерминирана интерполация – гридинг. Моделът във формата на триангулацията на Делон няма този недостатък.