Создание и использование больших векторно-растровых карт

Возрастающие требования к эффективности управления инфраструктурой территорий со стороны органов власти, финансовой и хозяйственной деятельностью предприятий, инженерными сетями и коммуникациями предполагают непрерывное совершенствование систем информационного обеспечения. Предпосылкой к этому является возросший уровень вычислительной техники и информационных технологий. Только информационные системы, в которых используется грамотно построенная географическая информационная система (ГИС), призванная предоставлять достоверную информацию о пространственном положении объектов и их состоянии, способны эффективно справиться с поставленной задачей.

Структура ГИС для управления большими картами, включает четыре обязательные подсистемы:

Ввода данных, обеспечивающую ввод и/или обработку пространственных данных, полученных с карт, материалов ДЗЗ и т.д.;

Хранения и поиска, позволяющую оперативно получать данные для соответствующего анализа, актуализировать и корректировать их;

Обработки и анализа, которая дает возможность оценивать параметры, решать расчетно-аналитические задачи;

Представления (выдачи) данных в различном виде (карты, таблицы, изображения, блок-диаграммы, цифровые модели местности и т.д.)

В мировой и в отечественной практике, ГИС широко используются для подготовки карт к изданию и, в меньшей степени, для аналитической обработки пространственных данных. Под изданием, в данном случае, понимается получение твердой копии любым способом.

Использование ГИС в картопостроении порождает как новые возможности, так и новые проблемы. Традиционный способ подготовки карт к изданию включал несколько этапов коррекции и контроля качества, как содержания, так и формы представления (символизации). Само производство характеризовалось длительным сроком и высокой трудоемкостью. Все этапы контроля информации были ручными и требовали штата квалифицированных редакторов. На подготовку таких специалистов уходили годы. ГИС значительно ускоряет многие этапы подготовки карт.

Рассмотрим основные принципы использования геоинформационной системы K-MINE в вопросах создания картографических геопространственных данных и управления ими (на примере создания карты Украины).

K-MINE предоставляет для этих целей специальный модуль для работы с большими векторно-растровыми картами. В состав модуля входят подсистемы:

подготовки растровой основы;

отображения карт;

плоско-проекционного преобразования координат (прямого и обратного);

построения контуров и графических примитивов;

геометрических измерений.

Подсистема подготовки растровой основы состоит из модуля подготовки растров и визуализации растров в ГИС. С его помощью выполняются базовые операции с растрами (корректировка цветов, изменение яркости, контрастности изображения, калибровка по сети реперов для уменьшения искажений и др.). Для ускорения операций обработка выполняется в пакетном режиме.

Необходимые операции при создании растровой основы включают подготовку математической основы (проекции), базовых слоев (как правило, это элементы топографической основы) и тематических слоев. Обязательным условием получения качественной цифровой модели является наличие процедур автоматической верификации всех слоев (геометрии и атрибутики). То есть при составлении картографической информации добавляется атрибутивную часть (классификатор), и выполняется проверки на топологические соотношения различных слоев.

Подсистема отображения картографической информации содержит функции для работы с растровыми картами. Для визуализации карты Украины используются более 700 отдельных карт различных масштабов (1:100000, 1:200000, 1:500000, 1:1000000 и 1:1250000). Наиболее детальная информация содержится на 533 планшетах масштаба 1:100000 (рис. 1) (1). Кроме этого существует возможность расширять набор карт, повышая тем самым детализацию информации для отдельных районов, областей или Украины в целом. Загрузка карт в систему выполняется динамически при изменении масштаба отображения.

Вся территория Украины разделяется на несколько географических зон, по широте это зоны L, M, N, а по долготе – 34, 35, 36 и 37. В соответствии с этим разделением каждый планшет имеет свой уникальный идентификатор. При объединении в единую растровую подложку все планшеты были привязаны в систему координат СК-42 в проекции Гауса-Крюгера на прямоугольную сетку (рис. 2) (1). Важно отметить, что с увеличением масштаба карт прослеживается усиление искажений и в масштабе 1:1000000 достигало нескольких процентов.

При создании векторных карт выполняется назначение стилей отрисовки для различных картографических элементов и автоматическое присвоение стилей объектам карты в зависимости от атрибутов. Наличие фиксированных наборов символов для отображения картографических элементов, ускоряет получение макетов. Для символов, отсутствующих в стандартной поставке ГИС, используется специальный редактор.

Система позволяет объединять информацию из различных источников в единый информационный массив. Растровая карта Украины совмещается с векторной информацией об административно-территориального делении (рис.3) (1), что позволяет использовать функции, которые по атрибутивной информации выполняют операции быстрого поиска объектов.

Кроме этого, возможно совмещение под единой основой разнотипной растровой информации, например, одновременное отображение топографической и геологической основ на смежных планшетах (рис. 4) (1).

Цифровая модель и полотно карты для визуализации или печати – далеко не одно и то же. Поэтому в системе предусмотрен программный модуль для предпечатной подготовки карт и их изданию.

Форма Земли оказывает влияние не только на визуализацию картографической информации, но и на геометрические измерения в системе. Для выполнения измерений, которые учитывают форму Земли, используется специальный блок функций. Он учитывает параметры зонального искривления земной поверхности при расчетах, это дает возможность выполнять измерения с точностью до 0, 01 %. Подсистема позволяет выполнять следующие измерения:

расчет расстояний;

расчет длины линейных объектов;

расчет площади;

построение линейных объектов и полигонов на заданном расстоянии.

Подсистема преобразования координат позволяет выполнять перевод координат в различных системах. Подсистема включает в свой состав следующие функции:

преобразование координат из системы WGS-84 в СК-42 на проекции Гауса-Крюгера;

преобразование координат из системы СК-42 на проекцию Гауса-Крюгера в WGS-84;

построение объектов из системы WGS-84 на подготовленную карту.

Применение функций преобразования позволяет расширить функциональность системы и использовать ее как основу для визуализации данных, полученных с помощью средств спутниковой навигации. При этом в ГИС реализована возможность построения траекторий, контуров, точечных объектов или символов как напрямую из базы данных, так и из обменных файлов.

Использование ГИС K-MINE с большими векторно-растровыми картами позволяет работать со значительными объемами данных, начиная от уровня предприятия или организации и вплоть до масштабов целой страны. Модуль позволяет совмещать различную пространственную информацию с возможностью ее обработки. Актуальность работы модуля подтверждается при выполнении высокоточных измерений на карте, главным вопросом которых является снижение погрешностей вычислений, связанных с кривизной земной поверхности.

Автоматизация горных работ c ГИС K-MINE. – Режим доступа : URL : http://kai.com.ua. – Название с экрана.