Элементы геоинформационных систем и технология создания цифровых мар

местить в структуре слоев верхним слой с полигоном белой закраски, чтобы преднамеренно скрыть допущенные огрехи или какой-либо временно не нуж­ ный объект (часть объекта, группу объектов)

1.5. Атрибутивная информация

Объекты реального мира не только существуют, но и обладают некото­

рой информацией. Так, у скважины имеются её номер, отметки устья и забоя, мощности пластов пород и их наименования. Оставляемый под ствол целик имеет площадь, мощность и запасы полезною ископаемого. Автодорога харак­ теризуется типом покрытия, протяженностью, шириной, минимальным и мак­ симальным уклонами Эти и другие атрибуты объектов карты хранггся в базе данных. Например, атрибуты горных выработок могут включать:

номер выработки - порядковый номер выработки; тип выработки: 1 - горизонтальная, 2 - вертикальная; 3 - наклонная; тип крепления: бетон, железобетон, дерево, метал;

тип сечения: арочное, круглое, прямоугольное, трапециевидное; ширина измеряется в метрах; площадь поперечного сечения - в м2;

число железнодорожных путей - количество путей; имя - наименование выработки.

Описание каждого участка выработки хранится в компьютере в виде

строки зафиксированного формата, например:

1 1 Бетон Арочное 4,6 13,4 1 Южный откаточны! штрек Так будет описан горизонтальный Южный откаточный штрек бетонного

крепления, арочного сечения, шириной 4,6 м,сечением 13,4 м2. Поскольку по­

тов. При связывании таблицы соединяются временно. Существует операция соединения, при которой таблицы сливаются.

После того как связь таблицы с координатами и таблицы с дугами

между картографическими объектами и записями в таблице атрибутов.

1.6. Картографические проекции и преобразования

Картографические объекты лежит на поверхности Земли, которая в пер­ вом приближении имеет форму сферы или эллипсоида вращения. На карте или экране монитора эти объекты отображаются на плоскости, поэтому возникает задана отобразить криволинейную поверхность на плоскости. Решается она с помощью картографических проекций. Картографическая проекция требует математического преобразования, которое ставит соответствие любой точке на поверхности Земли с географическими координатами (долготой и широтой) точку на плоскости карты в декартовых координатах X, У. При преобразовании форма Земли принимается за сферу или эллипсоид вращения.

Картографические проекции классифицируют по разным признакам:

- по характеру искажений проекции делятся на равноугольные, равнове­ ликие и равнопромежуточные по некоторому направлению. В первых проек­ циях сохраняется форма малых частей изображения, но сильно искажаются площади. В равновеликих проекциях сохраняется площадь любых участков. Равнопромежуточные проекции сохраняют масштаб длин по меридианам или параллелям;

- по виду сетки меридианов и параллелей проекции могут быть кониче­ скими, цилиндрическими, азимутальными, поликоническими и произвольны-

ми. В конических проекциях меридианы изображаются прямыми, сходящими­ ся в одной точке, а параллели - дугами концентрических окружностей с цен­ тром в точке пересечения меридианов; искажения в таких проекциях зависят от широты. В цилиндрических проекциях меридианы изображаются равноот­ стоящими параллельными прямыми, а параллели - прямыми ортогональными меридианам; Искажения в этих проекциях также зависят от широты. В азиму­ тальных проекциях меридианы изображаются прямыми, сходящимися в одной точке, а параллели - концентрическими окружностями с центром в точке пере­ сечения меридианов; искажения в таких проекциях зависят от широты. В поликонических проекциях параллели изображаются дугами эксцентрических окружностей, а меридианы - кривыми, симметричными относительно осевого меридиана и экватора.

Перед началом работы по оцифровке картографических объектов уста­ навливаются регистрационные реперы или тики. Некоторые ГИС —технологии предлагают сразу после этого выполнять оцифровку материала. При этом ко­ ординаты хранятся первоначально в единицах оцифровки. Чтобы представить оцифрованный материал в виде карты с известным масштабом, необходимо преобразовать первоначальные координаты в реальные координаты проекции исходной карты. Этот процесс именуется преобразованием покрытий. Разные ГНС поддерживают различные преобразования - проективные, аффинные и др. Подобная технология преобразования после оцифровки интегрирована в геоинформационных системах ARCINFO, GEODRAW/GEOGRAPH.

Другая технология предусматривает выполнение преобразований координаг сразу после установки тиков. При использовании растра в качестве под­ ложки после преобразования он будет изображаться в реальных координатах исходного картографического материала.

1.7.Технологии векторизации картографических материалов

Ввекторной форме картографические объекты могут быть получены следующими способами:

-с помощью дигитайзерной технологии;

-цифрованием в среде ГИС по растровой подложке или;

-конвертированием в ГИС из других программных продуктов. Дигигайзерная технология предполагает наличие прибора для считыва­

ния (скалывания) координат точек - дигитайзера. Простейший дигитайзер со­ стоит из тонкой сети проводников, встроенной в поверхность стола. Для циф­ рования карту закрепляют на поверхности стола дигитайзера и затем последо­ вательно обводят все объекты (точки и линии) курсором дигитайзера. В харак­ терных местах объектов нажимается кнопка дигитайзера, в этот момент ком­ пьютер, соединенный с дигитайзером, регистрирует координаты текущей по­ зиции перекрестия в единицах дигитайзера.

Сканерная технология предусматривает на первом этапе получение рас­ трового изображения. Растровое изображение загружается на нижний слой. На верхних слоях картографические объекты обводятся мышью и в характер­ ных местах объектов ставятся точки, координаты которых автоматически фик­ сируются компьютером. Координаты снимаются либо в системе координат по­ крытия, либо в реальной системе координат в случае предварительных преоб­ разований координат растра. Сканерная технология ввода картографических объектов позволяет автоматизировать процедуру векторизации растровых изо­ бражений. В настоящее время существует достаточно обширный рынок векто­ ризаторов, основной задачей которых является автоматическая векторизация.

Конвертировать векторную информацию можно не только из векториза­ торов, но и чертежных, САПРовских пакетов. При конвертировании могут возникнуть проблемы стыковки форматов файлов.

Сканерная и дигитайзерная технологии векторизации имеют свои досто­ инства и недостатки. Дигитайзерная технология эффективна при небольших объёмах работы - несколько листов в месяц. Сканерная технология, в свою очередь, предполагает повышенные начальные финансовые затраты.

1.8. Программные средства геоинформационных систем

Программные средства геоинформационных систем, представленные се­ годня на рынке,условно выделяют в шесть категорий:

■Инструментальные ГИС - системы с широкими возможностями, вклю­ чающие ввод, хранение, организацию сложных запросов, пространственный анализ, вывод картографического материала.

■ГИС-вьюеры - предназначены для просмотра введенной ранее информа­ ции. Они позволяют выполнять запросы к существующим базам данных, неко­ торые из них позволяют вывести картографический материал. Многие круп­ ные инструментальные ГИС имеют вьюеры (ArcView, GeoGraph, WinMap, WinPlan).

■Справочно-картографические системы (СКС) - по функциональным воз­ можностям похожи на ГИС-вьюеры, но предназначены для работы только со встроенной базой данных.

■Векторизаторы растровых картографических изображений - предназна­ чены для автоматического, полуавтоматического или ручного ввода векторных объектов с растрового изображения.

■Средства пространственного моделирования - ориентированы для реше­ ния частных задач моделирования процесса распространения загрязнений ок­ ружающей среды, моделирования геологических полей, моделирования и ана­ лиза рельефа.

■ £редства_обработки и дешифрирования данных дистанционного зондиров.авдя - предназначены для работы с изображениями земной поверхности, полученными с искусственных спутников или самолетов.

Инструменгальные ГИС по своим возможностям, стоимости и требова­ ниям к аппаратным средствам можно также разделить на классы.

1.9. Технологическая схема создания электронного планшета средствами MAPINFO

На рис. 10 приведена общая технологическая схема создания цифровых планов в MAPINFO, в которой можно выделить основные этапы: сбор данных и подготовка, формирование цифрового плана, связь цифрового плана с базами атрибутивных данных, вывод информации в файл или в виде твердой копии.

Анализ и подготовка. Проводится анализ исходных планшетов, выбороч­ ная проверка точности нанесения координатной сетки, разработка оптималь­ ной схемы сканирования планшетов, запись информации о планшете в ведо­ мость, выбор величины разрешения при сканировании и типа растрового изо­ бражения.

Сканирование. Устанавливаются опции для сканирования, выполняются сканирование, поворот растра (при необходимости), проверка перекрытия, об­ резка растра (при необходимости).

Привязка растровой подложки. Производится привязка всех растровых фрагментов по точкам пересечения координатной сетки. Выбранная коорди­ натная проекция план-схема. Единица измерения - метр. При привязке в страницы видимей должна остаться только одна текущая таблица. Привязка выполняется по 4 угловым точкам (тикам). В случае появления погрешности большой величины (более 0,2 мм в масштабе плана) привязываются и все внутренние тики.

Рис. 10. Технологическая схема создания электронного планшета

Анализ, растрового изображения. Создается таблица SETKA с готовой, созданной аналитической сеткой координат. Определяется погрешность рас­ трового планшета (процедура проверки описана выше). При большой величине погрешности в отдельных фрагментах (более 0,25 мм) соответствующий фраг­ мент снова отправляется на сканирование.

Послойная векторизация. Производится векторизация средствами MAPINFO согласно разработанной структуре слоев. Структура слоев, правила век­ торизации и последовательность описаны в соответствующем разделе.При векторизации в качестве подложки включается только один фрагмент растра.

Описание объектов в условных знаках. Используются линии, заливки и точечные знаки для удобства процесса векторизации, не соответствующие требованиям стандартов. Поэтому после оцифровки устанавливают описание картографических объектов или изменяют оформление линий, заливок и то­ чечных знаков.

Создание атрибутиш. Заполняются атрибутивные данные на каждый объ­ ект слоя отдельно. Атрибутика вводится в окне «информация» или в окне «таблица».

Создание подписей. Размещаются подписи на соответствующем слое. Часть подписей вводится из соответствующих полей базы данных.

Зарамочное оформление. Размещаются зарамочные подписи и схемы для каждого планшета на отдельном слое. Этот слой включается при .необходимо­ сти вывода планшета на плоттер.

КпиТроль данных. Проверяются полнота векторного изображения и его соответствие растровому оригиналу.

зо

2. СКАНИРОВАНИЕ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА РАСТРОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

2.1. Основные понятия и термины

Сканирование - процесс преобразования визуальной информации в циф­ ровую форму, которую могут использовать компьютеры. Все многообразие цифровых изображений можно разбить на два больших класса: векторные и растровые.

Векторные изображения - линии, эллипсы, прямоугольники, кривые и более сложные структуры, закодированные математическими формулами.

Растровые изображения - компьютерное представление рисунка, фото­ графии или иного графического материала в виде набора точек растра. Эти изображения состоят из сеток цветных, серых полутоновых или черно-белых пикселей (элементов изображения).

Каждый пиксель растрового изображения имеет четыре основные харак­ теристики:

1) размер: все пиксели одного изображения имеют одинаковый размер. Из­ начально размер пикселя определен разрешением, с которым было сканирова­ но изображение. Так разрешение в 600 пикселей на дюйм указывает, что раз­ мер каждого пикселя равен 1/600 дюйма (1 дюйм равен 2,54 см). При большем входном разрешении генерируются пиксели меньшего размера, что, в свою очередь, обеспечивает большее количество информации и вероятных де­ талей на единицу измерения, а также большую плавность тоновых переходов. И наоборот, при более низком разрешении пиксели имеют больший размер, наблюдается меньше деталей на единицу измерения и изображение имеет мо­ заичную структуру;

2) тоновое значение: сканеры присваивают определенное значение цвета или оттенка серого гаждому пикселю изображения. Эффект непрерывности