Геоинформационные технологии. Создание электронных карт

      Второй  вид – растровый, отображающий непрерывно изменяющиеся свойства объекта (поисковой площади, экологического полигона и др.); графические данные описываются в поле сетки из столбцов и строк набором ячеек (пикселов) с уникальными значениями.

      Растровые описания графики группируются в четыре класса: монохромные, псевдоцветные, в градациях серого, истинно цветные. Монохромные растры определены как один бит на пиксел; псевдоцветные являются типичными растровыми описаниями графической информации, используют 4 или 8 бит на пиксел, причем последний наиболее используемый вариант; в растрах с градациями серого цвета значения пиксел интерпретируется как оттенки серого (обычно их 256). Истинные цветные используют 24 бита на пиксел; каждый пиксел состоит из трех 8-битных групп, представляющих красный, зеленый и синий цветовые компоненты.

      Растровые форматы: .BMP, .TIFF, .TIFF/LZW, .GeoTiff, .PCX, .GIF, .TAGRA, JPEG, .DCX, .EPS, .WMF, .WPG, .PICT, .CALS-1, .FLIC, .G3, .G4, .Geospot, .IG4, .IGS, .JFIF, .PICT, .PNG, .PSD, .Photo CD, .RLC 1, .RRLC 2.

2. Содержание  векторной карты

      Начало  создания электронной векторной карты – это разработка ее проекта. В нем отражается назначение, вид, тип, математическая основа карты, принципы картографической генерализации, содержание всей тематической информации и технология ее представления на карте; процедуры составления и редактирования карты.

      Необходимо  сформулировать название карты, которое  бы наиболее емко отражало ее содержание, детально разработать легенду карты.

      Обосновывается масштаб карты исходя из детальности изображения всех ее составляющих; оценивается ее точность. Каждую новую карту необходимо сопоставить с разработанными ранее элементами ряда масштабной генерализации карт сходного содержания: как отображаются проектируемые данные на обзорных мелкомасштабных, детальных картах, какие различия с картами одинаковой детальности, в каком направлении выполнена детализация на крупномасштабных картах.

      Необходимо предусмотреть приемы отображения содержания проектируемой карты в ряду существующих карт. Исходными данными (источниками информации) может быть разнообразный по форме представления и разноплановый по содержанию набор информации.

      Для создания и оформления карт можно использовать электронные карты, входящие в состав графических баз данных организаций или индивидуальных исполнителей; они предоставляются на условия, определенных владельцами графических продуктов.

3. Пакеты  программ для создания карт

      В настоящее время для создания электронных цифровых карт и графических баз данных используется большое количество программных средств – графических векторных редакторов и ГИС-систем.

      Графические программы работают на платформах PC (Windows 95/98/2000/XP/NT), Sun Solaris, Silicon Graphics, Unix. Среди программных средств для создания графики выделяется несколько групп:

1. Универсальные, мощные, многофункциональные географические информационные ГИС-системы: ArcInfo (дополнительные модули GRID, TIN, ArcIMS, ArcSDE, ArcExplorer, ArcLogistics Route), InterGraf, MapInfo, MicroStationGeoGraphics (MicroStation фирмы Bentley). Они наиболее эффективно используются на устройствах типа WS.
2. Редакторы системы автоматического проектирования (САПР): AutoCad, CADdy.
3. Графические редакторы и ГИС-системы, успешно работающие на PC, включающие все необходимые функции для создания и оформления электронных цифровых карт (обладающие меньшей мощностью, чем системы перечисленных групп):

• ArcView v.3.x (дополнительные модули Image Analysis, Spatial Database Engine, Spatial Analyst, 3D Analyst) – широко используются в самых различных областях;
• ArcGIS 8.1 – разработка последних лет (c 2000 г.), семейство программных продуктов, составляющих геоинформационную систему, основанную на отраслевых стандартах; включает Arcinfo-ArcEditor-ArcView (ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox); для выполнения более глубокого анализа можно подключить дополнительные модули: ArcGIS Geostatistical Analyst и др.; пакет разработчика ГИС-приложений MapObjects; серверные приложения ArcSDE, ArcIMS;
• GeoGraf/GeoDraw, WinGIS, SiGraf, DigiMap, Atlas GIS, «Панорама» и др.

4. Прикладные информационные технологии, применяемые для создания, анализа и обработки графической информации. 
   

2. Этапы создания цифровых карт

1. Модель  электронной карты

      Разработка модели карты основывается на понятиях «слой», «графический примитив», «графический объект».

      В соответствии с проектом карты составляется первый элемент модели – перечень слоев. Слои группируются по тем или иным критериям – значимости, назначению, тематике. Среди основных слоев выделяются группы: векторные слои топографической основы; векторные тематические слои; слои с растровым (непрерывным) описанием объектов. Среди вспомогательных слоев – вспомогательные векторные, вспомогательные растровые слои, вспомогательные слои с текстовыми элементами.

      Группы  слоев, как правило, обособляются в самостоятельные объекты графической системы (например, в виды). В свою очередь группы слоев объединяются в электронные атласы (проекты).

      Второй  элемент модели – графические объекты каждого слоя. Определяется тип графического примитива (объекта) – точка (объект с дискретным характером локализации), линия (объект с линейным характером локализации), площадной примитив, полигон (объект с площадным характером локализации), объект с неопределенным характером локализации; выполняется классификация графических объектов по степени их значимости на карте (ГОСТ Р 50828-95). Основным графическим объектам присваиваются названия.

      Обязательным  условием разработки качественной цифровой модели должна быть процедура автоматической верификации каждого слоя, топологического соотношения различных слоев.

      Могут быть сформированы ассоциации объектов или составные объекты, объединяющие простые объекты по содержательному принципу. Линейные объекты могут быть ассоциированы в геометрические Сети. Отслеживается корректная топология между классами объектов, прописываются правила проверки правильности взаимоотношения между простыми и составными объектами. Задается детальность отображения, система координат, картографические единицы, если необходимо – картографической проекции (для обзорных карт крупных частей Земли) и все другие параметры изображения графической информации (например, цвета фона экрана и цвета изображения графических примитивов). Эта процедура может начинаться и с загрузки существующей карты для преобразования ее в новый проект.

      Разрабатывается перечень атрибутов графических  объектов каждого слоя в проектируемой карте. Определяется место размещение атрибутов: в атрибутивных таблицах графических объектов или внешних БД. Определяются тип и вид легенды слоев с изображением распределения атрибутов графических объектов.

      Рационально упорядочить файловую структуру  проекта карты. Она включает файл проекта карты, который хранится в корне логического диска. Файлы векторных слоев карты, файлы растровых изображений, файлы текстовых записей помещаются в отдельные папки и хранятся на следующем уровне файловой структуры.

      Ввод  тематических данных производится несколькими способами.

      1. Ввод данных с твердой копии дигитайзером - оцифровка. Оцифровка – это процесс преобразования объектов на бумажной карте в векторный формат. Операция выполняется с помощью дигитайзера, соединенного с компьютером. Координаты X, Y цифруемых объектов автоматически записываются и хранятся как пространственные данные.

      На  бумажной карте необходимо иметь  регистрационные точки с известными географическими координатами (узлы координатной сетки, специально обозначенные точки, дополнительно помеченные точки). Они необходимы для привязки цифруемых объектов к географическому пространству слоя. При необходимости нужно установить вид и параметры картографической проекции слоя. Точки с известными географическими координатами необходимо ввести в компьютер в соответствующем окне ГИС – зарегистрировать их. После регистрации точек по их географическим координатам будет установлена соответствующая картографическая проекция и все цифруемые объекты будут размещаться в установленном географическом пространстве.

      Если  цифруется карта с известной  картографической проекцией, то результирующая карта также будет иметь свойства этой проекции. Можно цифровать объекты бумажной карты в координатах дигитайзера (дюймах, метрах); в этом случае они не впишутся в картографическое пространство слоя, определенное картографической проекцией.

      2. Преобразование растрового описания графики в векторное (векторизация графических объектов сканерных снимков). Графическую информацию, изображенную на бумаге, сканируют и записывают в растровом изображении определенного вида. Вид его должен быть согласован с соответствующими параметрами векторизатора. Полистные растровые изображения «сшиваются» в одном из редакторов. Далее используется векторизатор того или иного типа – как один из блоков ГИС, или как самостоятельный программный пакет (Easy Trace).

      Основным  рабочим инструментом трассировки (прослеживания) является ручной, полуавтоматический или автоматический трассировщик сплошных и пунктирных линий, сложных ломаных линий (линий геологических, геофизических профилей, транспортных маршрутов и так далее), полилиний, состоящих из ортогональных полилиний; точечных линий; залитых областей (пятен); объектов, отображаемых на картах совокупностью штриховых линий (солончаки, болота) и других объектов.

      Для размещения векторизованного описания объектов в необходимой картографической проекции можно импортировать в проект векторизатора слои цифровой топоосновы (координатную сетку, точки с известными координатами). Одноименные элементы растра совмещаются с элементами векторного описания и растр таким образом размещается в картографической системе.

      Для ориентировки векторизуемого участка  в картографической системе можно воспользоваться специальными функциями графического пакета или ГИС-системы.

      3. Конвертация форматов графических продуктов. Если для создания графических объектов на ЭВМ используются существующие электронные карты, часто требуется процедура конвертации форматов или видов представления графики. Векторные карты можно представить в ином векторном или в растровом форматах; форматы одних графических редакторов можно представить в форматах других редакторов. Программы – конверторы находятся в составе графических пакетов или являются самостоятельными программами.

2. Системы координат и картографические проекции

      Система координат определяется, как правило, картографической проекцией, параметрами сфероида (эллипсоида), датумом, одной или несколькими стандартными параллелями, стандартным меридианом.

      Картографические  проекции объединяются в несколько  крупных групп, указанных на рисунке 3. 

Рисунок 3 – Картографические проекции 

      Азимутальные  проекции классифицируются по точкам перспективного обзора. Гномоническая проекция изображает поверхность из центра Земли; стереографическая проекция изображает ее «from pole to pole»; ортографическая проекция изображает поверхность Земли «rom an infinite point»  – рисунок 4. 

      Рисунок 4 – Азимутные проекции

3. Масштабирование карт

      Векторные карты изображаются в масштабе. Масштаб  задается специальной командой. Он соответствует детальности изображения объектов. Вместе с тем, объекты карты можно представить и в масштабе обзорном, при генерализации крупномасштабных карт.

4. Создание  картографических объектов

      Для создания графических объектов карты  используется обширный набор компьютерных инструментов, который содержат современные графические редакторы и системы ГИС. Это вычерчивание базовых графических примитивов: точек, линий (полилиний, дуг, сплайнов), полигонов (замкнутых линий и сплайнов) в их семантической взаимосвязи; редактирование, изменение графических примитивов: изображение их различными типами точек, линий, толщиной и цветами из наборов редактора, объединение примитивов в группы и разгруппирование, удаление всего графического объекта или его части, выполнение подписей к графическим объектам, перемещение, копирование, запись в блоки файлов и отдельные файлы, экспорт блоков и файлов.