1. Лекция №2 Картографирование icon

1. Лекция №2 Картографирование


2 чел. помогло.
Смотрите также:
Рабочая программа дисциплины биогеохимическое картографирование направление ооп...
Тема: понятие ландшафта. Классификации ландшафтов лекция Трактовки понятия «ландшафт»...
Учебно-методический комплекс дисциплины ( сд. Р. 03 ) Экологическое картографирование и геодезия...
Вводный семинар, вводная лекция, занятия по целе-полаганию, лекция-беседа...
Исследование и картографирование подводного рельефа в познании природы Мирового океана...
Исследование и картографирование подводного рельефа в познании природы Мирового океана...
Картографирование территории республики камерун для целей геоэкологического мониторинга...
Картографирование с элементами...
Рабочая программа дисциплины картографирование с элементами структурной геологии и...
Картографирование загрязнения атмосферного воздуха приволжского федерального округа...
Председатель Ученого Совета...
Лекция 20. 03. 12. Модели для исследования и оценки в pr лекция 27. 03. 12...



Загрузка...
скачать

Основы геоинформатики. Лекция №2

1.Лекция №2 Картографирование.


Разработка ГИС – это та сфера научно-технического прогресса, развитие которой невозможно без опоры на картографирование и аэрокосмическое зондирование. Исторически ГИС – в современном их понимании развивалось на базе информационно-поисковых систем и позднее – картографических банков данных. Информационные системы рассматривались как первый этап автоматизированной картографии, затем в функции ГИС стали включать блоки математико-картографического моделирования и автоматизированного воспроизведения карт. Рассматривая карту как инструмент для географического анализа и выделяя подсистему пользователя, ГИС стали охватывать и область использования карт. Большинство ГИС включают в свои задачи создание карт и используют картографический материал как источник информации.

Само понятие ГИС достаточно характеризует ее сущность. Во-первых, речь идет о системе, то есть достаточно сложной многофункциональной структуре, обладающей внутренней организацией и действующей как единое целое. Во-вторых, подчеркивается информационное назначение этой системы, главной задачей которой является обеспечение функционирования информации в процессе решения научных и практических задач. В-третьих, система имеет дело с географической информацией, тематически разнообразной, сопоставимой, координированной, масштабированной и генерализованной в пространстве и времени.
^

1.1.Составные части ГИС


Базы данных являются обязательными компонентами ГИС, всегда имеющими два их типа – графические и тематические. В графических базах данных хранится то, что принято называть топографической основой, тематические содержат нагрузку карт и дополнительные данные, которые относятся к пространственным, но не могут быть прямо нанесены на карту.

Кроме того, любая ГИС имеет систему визуализации данных, выводящую на экран имеющуюся информацию в виде карт, таблиц, схем и т.п. и систему управления данными, при помощи которой происходит их поиск, сортировка, удаление, добавление, исправление и анализ (рис.2.1).




Рис.2.1. Обязательные компоненты ГИС


Системы ввода и вывода информации также являются обязательными компонентами ГИС.

Система ввода – это программный или аппаратно-программный блок, отвечающий за получения данных. Например, дигитайзеры, на котором осуществляется оцифровка карт, сканер, считывающий изображение в виде растра, электронные геодезические приборы. Информация может быть введена с клавиатуры, получена по сети. Ее источником может быть аэрофото и космические снимки, вводимые и обрабатываемые на специализированных рабочих станциях или персональных станциях приема спутниковых данных.


Система ввода:

  1. Клавиатура

  2. Внешние компьютерные системы (включая Интернет)

  3. Сканер

  4. Дигитайзер

  5. Электронные геодезические приборы

  6. Космические и аэрофотоснимки

Система вывода ГИС предназначена для представления результатов информации в удобном для пользователя виде. При помощи плоттера можно получить очень качественные карты. Используются также принтеры. Результаты могут быть представлены на видеофильмах, хранится на диске.

^

1.2.Геоинформационное картографирование


Геоинформационное картографирование - это результат взаимодействия картографии и геоинформатики. Оно формируется как узловая дисциплина на пересечении автоматизированного картографирования, аэрокосмических методов, включая дистанционное зондирование, де шифрование и цифровую фотограмметрию, и геоинформатику. Кроме того, сильное влияние оказывает методы и подходы системного картографирования.





Рис. 2.2. Геоинформационное картографирование (ГК)
как узловая картографическая дисциплина

АК автоматизированное картографирование; СК системное картографирование

АКМ аэрокосмические методы; ГИС геоинформационные системы

Геоинформационное картографирование можно определить как особое направление в картографии, суть которого составляет автоматизированное информационно-картографическое моделирование природных и социально-экономических геосистем на основе ГИС и баз географических- данных (геологических, экологических и др.) знаний.

Ряд факторов способствует формированию этого направления:

  1. развитие геоинформатики, как научной дисциплины, технологии и производства;

  2. практическая потребность в оперативном картографическом обеспечении принятия решений управленческого характера;

  3. внедрение в картографию компьютерного картосоставления и автоматических картографических систем как ядра ГИС;

  4. интеграция теоретических концепций картографии и возникновении на их основе новой геоинформационной концепции, в основу которой положены представления о системном информационно-картографическом моделировании и познании геосистем;

  5. включение в научно-практический оборот большого числа новых видов и типов карт, электронных карт, фотокарт, и космофотокарт, трехмерных картографических изображений и .т.п.

Геоинформационное картографирование - программно-управляемое картографирование, и это заставляет по иному взглянуть на многие традиционные проблемы, связанные с выбором математической основы и компоновки карт (возможность свободного перехода от проекции к проекции, свободное масштабирование, отсутствие фиксированной нарезки листов), введением новых изобразительных средств (например, мигающие или перемещающиеся на карте знаки), способами генерализации (использование фильтрации, сглаживания и т.п.).

Атласы - это по сути «ГИС до компьютерной эпохи», многие принципы и методы их создания вполне актуальны сегодня. Сходство между комплексными атласами и ГИС прослеживается по многим позициям. Те и другие имеют разный пространственный охват (от глобального до муниципального), тематику (геологические, экологические и др.), назначение (научно-справочные, учебные, навигационные и т.п.), они могут быть узко отраслевыми, иначе говоря, проблемно ориентированными. Общая структура ГИС, отдельных блоков и слоев цифровой информации во многом повторяют структуру атласов и их разделов.

Такое взаимодействие картографии и геоинформатики имеет глубокие корни. Топографические и тематические карты – это главный источник пространственной информации, поступающей в ГИС, а системы географических и прямоугольных координат и картографическая разграфка зачастую служат основой для привязки (географической локализации) всей информации, поступающей и хранящейся в ГИС. Кроме того, именно карты служат основным средством географической интерпретации и организации данных дистанционного зондирования, переписей, статистических сведений, метеорологических наблюдений и другой информации, поступающей в ГИС. Картографический анализ и математико-картографическое моделирование широко применяется для обработки и преобразования данных в процессе изучения структуры, связей и динамики геосистем. Это едва не главный инструмент, используемый для принятия решений, управления, проведения экспертиз, поиска альтернативных вариантов. Многие принципы и подходы системного и математико-картографического моделирования кладутся в основу экспертных географических систем и разработок в области искусственного интеллекта.

Наконец, картографическое изображение (компьютерные карты, трехмерные модели, дисплейфильмы и т.д.) – это наиболее удобная и целесообразная форма представления информации пользователям, а автоматическое изготовление карт – одна из функций ГИС.
^

1.3.Оперативное картографирование


Оперативное картографирование подразумевает создание и использование карт в реальном или в близком к реальному масштабе времени с целью быстрого (своевременного) информирования пользователей и воздействия на ход процесса. Реальный масштаб времени понимается характеристика скорости создания - использования карт, т.е. темпа, обеспечивающего немедленную обработку поступающей информации, ее картографическую визуализацию для оценки, мониторинга, управления, контроля каких-либо процессов и явлений, изменяющихся в том же темпе.

Оперативные карты предназначены для решения широкого спектра задач, прежде всего для инвентаризации объектов, предупреждения (сигнализации) о неблагоприятных или опасных процессах, слежения за их развитием, составления рекомендаций и прогнозов, выбора вариантов контроля, стабилизация или изменения хода процесса в самых разных сферах - от экологической ситуации до политических событий. При этом следует различать оперативность двух типов: одни рассчитаны на долговременное последующее использование и анализ (например, карты итогов голосования избирателей), а другие - кратковременного использования для незамедлительной оценки какой-либо ситуации (например, карты созревания с/х посевов).

Исходными данными для оперативного картографирования служат материалы аэрокосмической съемки, непосредственные наблюдения и замеры, статистические данные, результаты опросов, переписей, референдумов, кадастровая информация. Эффективность оперативного картографирования определяется двумя факторами:

  1. надежность автоматической системы, которая зависит от скорости ввода и обработки данных, организации баз данных, и системы доступа к ним, быстродействия вычислительных и периферийных устройств;

  2. хорошей читаемостью и воспринимаемостью самих оперативных карт, простотой их внешнего оформления, обеспечением эффективного зрительного восприятия в условиях оперативного анализа ситуаций.
^

1.4.Геоинформационная концепция в теории картографирования


В картографии долгое время (от 40 до 60-х годов) господствовала модельно-познавательная концепция. Ее основные положения сводятся к следующему:

  • Картография – наука о познании действительности посредством картографического моделирования;

  • карта – образно-знаковая модель действительности, картографическая генерализация – процесс целенаправленного отбора и обобщения показываемых объектов, способствующий более отчетливому проявлению основных элементов и связей, получению качественно новой информации;

  • основное направление исследований - системный подход в картографии, картографическое моделирование, использование карт, развитие теории географической картографии;

  • основные контакты – с географией и другими науками о Земле и обществе, с техническими науками, теорией и методологией познания

В 60-х годах возникла коммуникационная концепция, как отклик на внедрение в картографию информационных идей и компьютерных технологий и при этом удаление ее от материнской науки – географии. Коммуникационная теория трактует:

  • картографию как науку о передаче пространственной информации, как особую отрасль информатики;

  • карту рассматривает, как канал информации, средство коммуникации между создателем карты и ее потребителем.

  • Основные направления исследований ориентированы на разработку методов и правил отображения информации, на оценку неизбежных потерь информации в процессе коммуникации, на теорию автоматизации, проблем восприятия карт.

  • Главные контакты картографии смещаются в сферы автоматики, кибернетики, теории информации, семиотики, психологии восприятия.

В последнее десятилетия видное место в картографии заняла языковая концепция. Главные положения сводятся к :

  • Картография – это наука о языке карты, одна из отраслей семиотики.

  • Карта – особый текст, составленный с помощью картографической языковой системы.

  • Основное направление исследований – развитие и совершенствование языка карты, его грамматики, методов автоматизированного конструирования картографических знаковых систем и текстов

  • Главные внешние контакты сводятся к взаимоотношениям с семиотикой, лингвистикой, теорией информации, компьютерной графикой, с географическими науками.

Картография, таким образом, предстает, с одной стороны, как наука о познании мира, с другой – как средство передачи информации, с третей – как особое языковое средство. А это свидетельствует о многогранности картографии

В последнее время наметилась конвергенция трех подходов и развитие геоинформационного картографирования. С точки зрения геоинформационной концепции:

  • Картография – это наука о системном информационно-картографическом моделировании и познании геосистем

  • Карта – образно-знаковая геоинформационная модель действительности;

  • Основное направление теоретических исследований – разработка теории геоинформационного картографирования, картографического моделирования, картографических знаковых систем, проблем распознавания образов.

  • Основные контакты картографии – с науками о Земле и обществе, информатикой семиотикой.


Тем не менее разные концепции продолжают свое развитие и не разрешили противоречий, существующих между ними.
^

1.5.Информационное обеспечение ГИС


Совокупность упорядоченной информации, используемой при функционировании системы, образует ее информационную базу.
^

1.5.1.Система классификации и кодирования


Система классификации и кодирования картографической информации служит для компактного представления пространственных данных с целью их дальнейшего описания на некотором формализованном языке. Главной функциональной задачей этой системы является однозначная идентификация каждого моделируемого объекта и его атрибута, обеспечивающая поиск необходимой информации в массивах пространственных данных. Существующие системы классификации и кодирования картографической информации отражают семантическую сторону объекта.

Информация об объектах включает семантическую часть (сведения о качественных и количественных характеристиках) и метрическую часть (данные о координатном положении). Для адекватного отражения в цифровом виде всем объектам местности присваиваются кодовые обозначения в соответствии с классификаторами. Кодирование картографической информации облегчает поиск и сокращает объем хранимых, обрабатываемых и передаваемых пространственных данных.
^

1.5.2.Средства формализованного описания


К средствам формализованного описания данных относятся взаимосвязанные информационные языки: запросов, ответов, описания данных, информационно-поисковый. Язык запросов применяется для связи потребителей с системой. Он описывает две группы запросов:

1. запросы о составе информационных баз;

2. запросы на картографические модели.

Функцию обеспечения обратной связи с потребителями выполняет язык ответов. Языки описания данных ориентированы на метрическое описание объектов, установление однозначного соответствия между объектами и условными знаками (посредством кода и необходимых семантических характеристик) и обеспечения максимальной идентичности в описаниях объектов, цифруемых в различных системах (правила цифрового описания картографической информации). Информационно-поисковый язык обеспечивает адресный поиск необходимых пространственных данных.
^

1.5.3.Пространственные данные и требования к ним


Массивы пространственных данных представляют собой совокупность поступающей в систему информации об элементах и объектах местности, их географических названиях, организационно-технической и сервисной информации. Массивы пространственных данных - понятие динамическое. Их динамику определяет частота обращения к массивам, период обновления и пополнения информации.

В основу их разработки положены следующие принципы:

  1. Системный подход как концептуальная основа создания и применения системы картографических моделей, как методология исследования и проектирования системы и как научный метод разработки эффективных компьютерных технологий.

  2. Принцип математико-картографического моделирования как способа отображения элементов и объектов местности.

  3. Принцип растрового ввода-вывода картографической информации, ее обработки и хранения в векторной форме.

  4. Принцип управляемости картографическими данными.

  5. Принцип предельно полного сбора, однократной исчерпывающей аналитико-синтетической обработки пространственных данных и их многократного использования многими потребителями.

Картографические модели формируются в виде структурированных данных в рамках номенклатурных листов карт отечественного издания. Структура их представления в массивах пространственных данных должна обеспечивать доступ к любому элементу и объекту, а также внесение изменений и дополнений.

Цифровая информация о местности должна удовлетворять следующим требованиям:

  • Формироваться в рамках номенклатурных листов базовой крупномасштабной топографической карты;

  • Создаваться в принятой системе координат и картографической проекции, например, в равноугольной поперечно-цилиндрической проекции Гаусса-Крюгера;

  • Иметь классификацию элементов и объектов местности, соответствующую классификации, принятой для базовой крупномасштабной топографической карты;

  • Иметь минимально необходимый для решения пользовательских задач объектовый состав;

  • Обеспечить возможность машинного определения данных о местоположении объектов и их характеристик;

  • Обеспечить сшивку изображения по элементам и объектам на отдельные участки (районы) местности и территории;

  • Иметь структуру представления, обеспечивающую возможность внесения изменений и дополнений без искажения имеющихся данных и ухудшения их точностных характеристик;

  • Обеспечивать преобразование программным путем информации из векторной формы представления в растровую и наоборот.
^

1.5.4.Электронные и цифровые карты. Предъявляемые к ним требования


Различные виды картографической продукции в виде электронных и цифровых карт широко используются при оперативном управлении промышленностью, транспортом и сельским хозяйством, анализе социальных ресурсов, планировании использования материальных и природных ресурсов, поиске полезных ископаемых, мониторинге экологической обстановки, принятии решений в чрезвычайных ситуациях. Эти средства картографического обеспечения позволяют получать новые знания о Земле, местности, характеристики ее элементов и объектов (например, плотность населения, густота дорожной или речной сети, количество объектов определенных классов, данные о расстояниях и площадях).

Различные карты являются отражением трехмерной местности. Изображение динамики происходящих событий, привязанное к карте имеет четвертое измерение – время. Таким образом, важнейшим преимуществом электронных карт является их способность передавать информацию об обстановке в режиме реального времени.

Требования к электронным и цифровым картам, используемым в ГИС, вытекают из перечня решаемых в ней задач. Картографическое обеспечение системы создается как единая информационная база на всю территорию страны или отдельные регионы. Включение в нее данных о текущих изменениях объектов и явлений делает систему пространственно-временной (многомерной).

Картографический способ передачи информации о местности должен обеспечивать не только изучение территории страны и ее регионов, но и выполнение расчетов и моделирование ситуаций. Картографические проекции, применяемые при создании карт, должны обеспечивать сплошное (без разрывов) картографирование отдельных регионов, а также максимально возможной для отображения на плоскости части земной поверхности с минимальными искажениями углов, линий и площадей. Масштабный ряд карт должен обеспечивать отображение местности с детализацией и точностью, необходимой для решения задач всеми пользователями.

В целях упрощения обмена информацией между различными пользователями, система карт должна быть согласована по содержанию и унифицирована по математической основе, условным знакам и форматом листов.

С позиции теории познания, электронная и цифровая карты должна рассматриваться как пространственная, математически определенная и генерализованная образно-знаковая модель действительности. В качестве модели она должна служить средством познания структуры изображаемых на ней явлений и процессов, их взаимосвязи, динамики во времени и пространстве.

Содержание карт должно быть полным, достоверным, современным, точным и обеспечивать решение задач в интересах многих пользователей.

Полнота содержания карт означает, что на них должны быть изображены все типичные черты и характерные элементы и объекты местности. Существенное значение для полноты содержания карт разных масштабов имеет согласованный показ на них подробностей местности, а также подписей названий объектов. Карты крупного масштаба должны содержать все элементы, объекты и подписи, имеющиеся на картах более мелкого масштаба.

Достоверность (правильность сведений, изображенных на карте на определенное время) и современность (соответствие современному состоянию отображаемых объектов) карты означают, что содержание карты должно соответствовать местности на момент ее использования.

Требование точности карты (степени соответствия местоположения объектов на карте их местоположению в действительности) состоит в том, что изображенные на ней объекты должны сохранять точность своего местоположения, геометрического подобия и размеров в соответствии с масштабом карты и ее назначением.

Эффективность передачи содержания карты, ее чтения и визуальной оценки информации о местности зависит от используемой системы изобразительных средств - условных знаков. Основным требованием, предъявляемым к условным знакам, являются: передача максимального объема информации об изображаемых на картах объектах и явлениях минимальным количеством условных знаков; достижение наибольшей точности и подробности, наглядности картографического изображения и легкости его запоминания; обеспечения автоматизированного считывания, обработки и воспроизведения картографического изображения.

Важным средством повышения наглядности картографического изображения служит цвет. Цветовое оформление карт осуществляется с учетом требований потребителя и законов психологии восприятия сочетаний цветов на карте. Используемые на карте цвета должны способствовать максимальному расчленению различных объектов.
^

1.6.Математическое обеспечение ГИС


Математическое обеспечение системы – это совокупность математических методов, моделей и алгоритмов обработки пространственных данных, прежде всего, распознавание и генерализация картографических изображений.

Математическое обеспечение системы подразделяется на внутреннее и внешнее . Внутреннее математическое обеспечение включает операционную систему и алгоритмы ввода, обработки и вывода картографической информации, а также ее накопления, систематизации и хранения. Основу внешнего математического обеспечения составляют программные средства дальнейшей обработки пространственных данных для решения задач отображения, документирования, а также информационных и расчетных задач на основе использования алгоритмических языков, трансляторов различных уровней и соответствующих интерпретирующих систем.
^

1.6.1.Распознавание картографического изображения


При машинной обработке пространственных данных существенное значение имеют идентификационные признаки, характеризующие принадлежность любого элемента или объекта к конкретному классу и его значение в границах определенных территории. Задачу распознавания образов, которую картографы решает своим интеллектом, ЭВМ может выполнять только на основе идентификационных признаков. Эти признаки подразделяются на три группы:

  1. признаки, определяющие класс элемента или объекта и его характерные черты;

  2. признаки, уточняющие количественные и качественные характеристики;

  3. признаки, выражающие связь между данными в цифровой форме и соответствующими условными знаками.

Человек способен решать самые разнообразные задачи с умением открывать общие закономерности по малому числу признаков. Эту способность человека находить принцип классификации условных знаков на небольшом материале обучения удобно реализовать в ЭВМ посредством алгоритмов классификации «с учителем» и «без учителя». Полезен структурный подход к распознаванию образов, основанный на непрерывном сравнении анализируемого картографического изображения с имеющимися эталонами условных знаков. При этом используется топологические отношения между двумя объектами (смежность, соседство, наложение, пересечение, примыкание) или множеством объектов (ареал, линейная последовательность, сеть).

Один из возможных методов распознавания образов состоит в построении и анализе вероятностно-статической модели картографического изображения на основе теории марковских процессов.

Машинное распознавание и выделение элементов и объектов картографического изображения по цифровым данным растрового сканирования производится на основе установленной зависимости между способами представления информации в растровой и векторной формах. Технология автоматизированного ввода и распознавания картографического изображения включает два этапа:

  1. подготовительные работы;

  2. ввод и предварительная обработка цветоделенной информации.

На первом этапе выполняется подготовка исходной картографической и текстово-табличной информации к вводу в ЭВМ. При этом могут создаваться специальные графические оригиналы, используемые при распознавании условных знаков и генерализации (составлении) картографических изображений. На втором этапе производится сканирование тиражного оттиска карты с цветоделением. Одновременно может производится ввод текстово-табличной информации, дополняющий полученные цифровые данные необходимыми семантическими характеристиками. Затем проводится окончательная сегментация цифровой картографической информации на точечные (внемасштабные) линейные и площадные условные знаки. Дальнейшая обработка ведется в пределах массивов цифровых данных, соответствующих одному цвету на исходном тиражном оттиске карты. Формирование элементов и объектов картографического изображения основывается на построении по эвристическим правилам логико-математической последовательности операций обработки пространственных данных путем выявления их идентификационных признаков, позволяющих различать условные знаки. Процесс распознавания картографического изображения осуществляется в автоматическом и интерактивном режимах.
^

1.6.2.Генерализация картографического изображения


Предпосылкой автоматизации технологии создания картографических моделей служит алгоритмизация операций генерализации картографического изображения. Ее основа – теоретически обоснованные и математически определенные правила отбора и обобщения. Отбор и обобщение картографической информации требуют автоматического определения значения (веса) и размеров объекта и их деталей., сравнения полученных результатов с установленными цензами и принятия решения об исключении, упрощении очертаний, преувеличении, объединении, сглаживании или неизменном сохранении условных знаков.

Из-за сложности формализации операции генерализации на практике целесообразно сочетать автоматические и интерактивные режимы обработки картографической информации. В автоматическом режиме выполняются классификации объектов, их цензовый и нормативный отбор, обобщения изображения линейных объектов и контуров площадных картографических изображений. Интерактивный режим применяется для обработки дополнительной информации, доработки и контроля результатов автоматического составления.

Наиболее перспективным представляется решением проблем генерализации картографического изображения с использованием картографических экспертных систем, построенных на материалах анализа, имеющихся карт и формализованных правилах.
^

1.7.Техническое обеспечение ГИС

1.8.Система электронных карт


Новым мощным средством повышения эффективности применения автоматизированных систем управления народным хозяйством, решения многочисленных прикладных , расчетных и информационных задач на основе ГИС являются электронные карты (ЭК).

Система электронных карт представляет собой набор ЭК, объединенных общим замыслом, упорядоченную и согласованную по масштабам, системам координат, содержанию и условным знакам. Она формируется в растром и векторном виде на магнитных (оптических и др.) носителях программными и техническими средствами с использованием существующих карт, космических снимков или другой информации.

Содержание системы ЭК составляют:

  1. цифровые карты (модели) местности.

  2. Система условных знаков

  3. Аэро- космические снимки

  4. Справочная (текстовая) аудио- видеоинформация

  5. Программные средства отображения ЭК на экранах совместно со специальной информацией.

Основное преимущество ЭК перед бумажным вариантом состоит в том, что ЭК обеспечивает возможность в реальном времени отображать любой участок местности и с любой степенью детализации, получать справки о местности, наносить и корректировать специальную информацию, решать расчетные и информационные задачи и отображать результаты их решения на картографическом изображении.
^

1.8.1.Классификация ЭК


ЭК классифицируются:

  1. по видам использующих их автоматизированных систем:

  • для использования в автоматизированных системах управления (АСУ)

  • в автоматизированных системах народно-хозяйственного значения (АСН)

  1. по назначению

  • для решения расчетных задач отображения и моделирования оперативной информации и местности

  • для задач отображения обстановки и местности на экранах коллективного и индивидуального пользования

  1. по видам и масштабам:

  • электронные планы городов масштабов 1:10 000, 1:25 000;

  • электронные топографические карты масштабов 1:25 000, 1:50 000, 1:100 000, 1:200000, 1:500 000, 1:1 000 000;

  • электронные авиационные карты масштабов 1:500 000, 1:1 000 000, 1: 2 000 000, 1:4000000.

  • Электронные тематические карты

  1. по способам представления информации:

  • двухмерные модели (x,y)

  • трехмерные иодели (x,y,H)

  • четырехмерные модели (пространственно-временные) (x,y,H,t)

  1. по формам представления:

  • векторные

  • растровые.

Под векторной формой понимается способ представления метрической картографической информации в виде набора векторов заданной длины и ориентации.

Под растровой формой понимается способ представления картографической информации в виде матрицы, элементами которой являются значения кодов цвета карты.

Растр – это набор клеток, сориентированных относительно выбранной системы координат, каждая из которых независимо от другой имеет значение свойства. Вектор – это набор взаимосвязанных координат, которые могут быть соотнесены с соответствующими характеристиками. Растровый и векторный способы организации структур пространственных данных представляют собой совершенно различные подходы к моделированию географической информации, но не взаимоисключающие друг друга. И тот и другой имеют как преимущества так и недостатки. В зависимости от целей исследования, типа изучаемых объектов следует в каждом отдельном случае выбирать ту структуру, которая позволяет решать задачу наиболее быстро и эффективно. При этом возможно сочетание обеих структур, использование алгоритмов перехода от растровой к векторной модели и обратно.

Векторные модели данных строятся на векто­рах, занимающих часть пространства в отличие от занимающих все про­странство растровых моделей. Это определяет их основное преимуще­ство - требование на порядки меньшей памяти для хранения и меньших затрат времени на обработку и представление.

При построении векторных моделей объекты создаются путем со­единения точек прямыми линиями, дугами окружностей, полилиниями. Площадные объекты - ареалы задаются наборами линий. В векторных моделях термин полигон (многоугольник) является синонимом слова ареал.

Векторные модели используются преимущественно в транспортных, коммунальных, маркетинговых приложениях ГИС. Системы ГИС, рабо­тающие в основном с векторными моделями, получили название век­торных ГИС.

В растровых моделях дискретизация осуществляется наиболее про­стым способом - весь объект ( исследуемая территория) отображается в пространственные ячейки, образующие регулярную сеть. При этом каж­дой ячейке растровой модели соответствует одинаковый по размерам, но разный по характеристикам (цвет, плотность) участок поверхности объекта. В ячейке модели содержится одно значение, усредняющее ха­рактеристику участка поверхности объекта. В теории обработки изоб­ражений эта процедура известна под названием пикселимция.

Если векторная модель дает информацию о том, где расположен тот или иной объект, то растровая - информацию о том, что расположено в той или иной точке территории. Это определяет основное назначение растровых моделей - непрерывное отображение поверхности.

В растровых моделях в качестве атомарной модели используют двух­мерный элемент пространства - пиксель (ячейка). Упорядоченная сово­купность атомарных моделей образует растр, который, в свою очередь, является моделью карты или геообъекта.

Векторные модели относятся к бинарным или квазибинарным. Рас­тровые позволяют отображать полутона.

Как правило, каждый элемент растра или каждая ячейка должны иметь лишь одно значение плотности или цвета. Это применимо не для всех случаев. Например, когда граница двух типов покрытий может проходить через центр элемента растра, элементу дается значение, характе-ризующее большую часть ячейки или ее центральную точку. Ряд систем позволяет иметь несколько значений для одного элемента растра. Характеристики растровых моделей. Для растровых моделей су-ществует ряд характеристик: разрешение, значение, ориентация, зоны, пожение.


В народнохозяйственных системах ЭК должны обеспечивать оперативное управление народнохозяйственным комплексом в целом по отраслям, планирование использование материальных и природных ресурсов страны, анализ социальных процессов, моделирование управления ресурсами и принятия решений при действиях в экстремальных ситуациях, мониторинг экологической обстановки, создание и ведение кадастров.

В АСУ ЭК должны позволять в реальном времени оценивать обстановку и принимать решение, ставить задачи и организовывать взаимодействие, изучать географические особенности регионов, территорий и местность, а также выполнять необходимые расчеты при оценке обстановки, планировании, определении свойств местности, определении координат объектов на местности.

В АСН ЭК должны обеспечивать наземную , воздушную и космическую навигацию.
^

1.8.2.Методы создания ЭК


Процесс создания ЭК включает следующие основные этапы:

  1. автоматизированное преобразование исходной картографической информации в цифровую форму.

  2. Символизация цифровой картографической информации (ЦКИ) и автоматизированное составление ЭК.

  3. Разработка пользовательской системы управления базами данных (СУБД) для работы с ЭК.

На первом этапе решается задача получения на основе имеющихся исходных картографических материалов (аэрокосмических снимков, цветных тиражных оттисков) векторной цифровой модели карты – основы ЭК.

Эта задача решается следующими основными методами:

  1. методами цифрования исходных картографических материалов на планшете путем отслеживания контуров объектов, подготовки и ввода семантики, структуризации цифровой информации;

  2. методом сканирования исходных картографических материалов с последующей автоматической или интерактивной векторизацией и распознаванием растрового изображения на экране дисплея, ввода требуемой семантики и структуризации цифровой информации.

Для автоматизации распознавания и векторизации растровых изображений целесообразно использовать картографическую экспертную систему. Реализуемые в настоящее время сканерные технологии автоматизированного получения векторной цифровой информации обеспечивают автоматизацию распознавания порядка 90% по рельефу, 50-60% по гидрографии и растительному покрову при использовании издательских оригиналов карт.

На втором этапе решаются задачи:

  • Символизации векторной модели

  • Составление ЭК по уровням нагрузки

  • Контроля и редактирования символизированных ЭК

  • Получения архивной графической символизированной копии ЭК

Сущность процесса символизации состоит в присвоении каждому объекту кода (N) соответствующего условного знака из библиотеки условных знаков по классификационному коду, характеристикам объектов и их значений. Этот процесс выполняется автоматически в зависимости от масштаба и вида ЭК. При этом создается унифицированная библиотека условных знаков и шрифтов.

Каждый условный знак имеет свое цифрове описание – векторное или (и) растровое. Кроме того, для последующей визуализации готовится массив последовательности вывода графического изображения.

Одной их существенных характеристик ЭК является уровень нагрузки. Исходное изображение, например, для ЭК масштаба 1:50000 принимается за базовое. Далее каждому объекту в зависимости от его значимости присваивается один из уровне нагрузки (1,2,3,4). Такой подход обеспечивает читаемость картографического изображения при любом территориальном охвате.

Составление ЭК по уровням нагрузки реализуется на экране в интерактивном режиме по окнам от наименьшего окна, в пределах которого читаются все объекты, с последующим увеличением размеров окон по методу квадродерева. При этом обеспечивается нагрузки и сводка объектов между окнами как в пределах одного номенклатурного листа (НЛ), так и между соседними НЛ для каждого уровня нагрузки. Для решения этой задачи целесообразно использовать аппарат экспертных систем для принятия решения по оптимизации отбора объектов по уровням нагрузки с учетом целого ряда факторов. При этом требуется аппарат установления пространственно-логических связей.

В процессе составления ЭК по уровням нагрузки осуществляется программный и визуальный контроль и редактирование информации, которое сводится в размещению подписей объектов. Процесс создания ЭК завершается получением символизированной графической информации последовательно для каждого уровня нагрузки, начиная с 1-го (с наиболее значимых объектов).

Информационное обеспечение технологии создания системы ЭК включает:

  • Систему классификации и кодирования картографической информации

  • Правила цифрового описания картографической информации

  • Систему (библиотеки) условных знаков ЭК

  • Формат данных ЭК

К основным методам создания ЭК относятся:

  • Методы автоматического распознавания образов (растровых изображений, получаемых при сканировании)

  • Методы картографической генерализации с использованием теории графов и логико-процедурного подхода, аппарата экспертных систем;

  • Методы мультимедийного программного обеспечения

  • Методы экспертных систем

  • Методы установления пространственно-логических связей

Наряду с ЭК пользователю может выдаваться СУБД К, которая реализует следующие основные задачи:

  1. Создание и ведение базы данных ЭК

  2. Работа с картографическими изображениями:

  • Отображение, масштабирование, перемещение картографического изображения в произвольном направлении

  • Управление динамическим окном, уровнями нагрузки визуализируемого изображения;

  • Получение справок об объектах местности;

  • Редактирование изображения;

  • Ведение классификатора и библиотеки условных знаков

  • Формирование, хранение, нанесение на ЭК пользовательских слоев и их редактирование

  • Ведение пользовательских классификаторов о библиотеки условных знаков (например, библиотеки специальных условных знаков);

  • Вывод картографического изображения совместно со спецнагрузкой на графопостроители и другие устройства.

  1. связь со стандартными базами данных

  2. пользовательский интерфейс по решению прикладных информационных и расчетных задач (расчет матрицы высот рельефа, построение профилей местности, зон видимости, определение координат и высот в точке, расстояний, азимутов).
^

1.9.Пространственные трехмерные модели местности


Трехмерные картографические изображения являются ЭК более высокого уровня и представляют собой визуализированный на средствах компьютерных систем моделирования пространственные образы. Они предназначены для использования в системах управления и навигации, при решении расчетных задач и моделировании, проектировании инженерных сооружений, мониторинга окружающей среды.

Технология моделирования местности позволяет создавать наглядные и измеримые перспективные изображения весьма похожие на реальную местность. Это позволяет увидеть местность с разных точек съемки, в различных условиях освещенности, для различных времен года и суток (статическая модель) или «пролететь» над ней (динамическая модель).

Цифровые пространственные модели местности (ПММ) по своей сущности представляют собой совокупность цифровых семантических, синтаксических и структурных данных, записанных на машинный носитель, предназначенных для визуализации объемных образов местности и топографических объектов с заданными условиями наблюдения земной поверхности.

Исходными данными для создания цифровых ПММ могут служить фотоснимки, картографические материалы, топографические и цифровые карты, планы городов и справочная информация. Полнота ПММ будет определяться информативностью фотоснимков, а точность – точностью исходного картографического материала.
^

1.10.Стандарт передачи пространственных данных, цифровых и электронных карт


Для обмена электронными и цифровыми картами разработан стандарт «Пространственные данные, цифровые и электронные карты» с его техническим описанием (объемом 400 стр.). В стандарте изложены область применения, нормативные ссылки, определения, обозначения и сокращения, требования к системе классификации и кодирования, требования к цифровому описанию, требования к форматам обмена данными, требования к системам условных знаков и библиографические данные.

Содержание стандарта отражает следующие основные моменты:

  • Концептуальную и логическую модели данных электронных и цифровых карт, положенные в основу методов представления данных

  • Описание используемой терминологии, видов электронных и цифровых карт, масштабного ряда, проекций, разграфки и систем координат;

  • Правила классификации, кодирования и цифрового представления картографической информации

  • Способы представления и кодирования информации о качестве данных (точности, полноте, непротиворечивости) и информации, описывающей сами цифровые данные (метаданные).

  • Описание типов используемых пространственных и непространственных примитивов, а также способы их кодирования

  • Описание структур данных и структур обменных файлов

  • Перечень используемых носителей данных и описание механизме протокола обмена данными между потребителями.
^

1.10.1.Классификация топографической информации


Классификатор топографической информации предназначен для использования в автоматизированных системах обработки картографической информации и служит для формализованного представления данных об элементах и объектах местности, отображаемых на топографических картах масштабов 1:25 000-1:1 000 000.

Информация на высшей тсупени иерархии разделена на 8 калссов:

  • Математические элементы и элементы плановой и высотной основы;

  • Рельеф суши;

  • Гидрография и гидротехнические сооружения;

  • Населенные пункты

  • Промышленные, с/х и социально-культурные объекты;

  • Дорожная сеть и дорожные сооружения;

  • Растительный покров и грунты

  • Границы, ограждения и отдельные природные явления

Дополнительным классом являются «подписи на карте». Максимальное число классификационных группировок на одном уровне – 35.
^

1.10.2.Правила цифрового описания


Правила цифрового описания картографической информации устанавливают зависимость между объектом, показываемом на топографических картах масштабом 1:25 000-1:1 000 000 с помощью условного знака, и его цифровым представлением. Правила разрабатывались на основе системы отечественных условных знаков, а также методов и технологий создания и применения топографических, электронных и цифровых карт.

Ведущими параметрами для цифрового описания являются: код объекта, метрическое описание, характер локализации объекта на топографической карте данного масштаба и частично семантика объекта.

Код объекта устанавливается в соответствии с Классификатором топографической информации. Метрическое описание выполняет две функции:

  • Фиксации пространственного положения объекта

  • Обеспечение дополнительной информацией (задаваемой направлением обхода объекта, например, таким образом отмечается верховье водотока, направление ската местности).

В зависимости от характера локализации объекты описываются:

  • Дискретные объекты – одной точкой

  • Условно-линейные объекты – двумя (один объект тремя) точками;

  • Линейные и площадные объекты – последовательностью координат; при этом для всех площадных и замкнутых линейных объектов последовательность замкнутая: последняя точка с метрике объекта является в то же время первой.

В зависимости от задания направления обхода линейные объекты подразделяются на две группы:

  • С произвольным направлением обхода (например, дорога);

  • С фиксированным направлением обхода (например, горизонталь – правило «большая высота слева», водоток – правило «первая точка имеет большую высоту»).

Площадные объекты описываются последовательностью координат граничных точек, которыми могут быть:

  • Точки контура (например, лесного массива);

  • Граничные точки заливки (сетки) объекта при бланкировании данного объекта (например, лесного массива):

  • Точки осевой линии линейного условного знака, бланкирующего контур данного объекта (например, точки осевой линии автомагистрали, проходящей по краю объектов растительного покрова);

  • Граничные точки крайних элементов заполнения объектов или заливки объектов, у которых контур не отображается (например, луг, болото или поросль леса, не имеющие контуров);

  • Граничные точки крайних элементов объекта, образующих сложный составной объект.

Подписи, наряду с условными знаками, используются для передачи:

  • Сведении о географическом наименовании объекта

  • Качественных и количественных характеристиках объектов, изображаемых условными знаками

  • Самостоятельных сведений пояснительного и справочного характера.

Имеют место два основных типа подписей, учитывающих их пространственное расположение на плоскости листа карты:

  • Стандартные подписи характеризуются размещением символов вдоль прямой линии без разрядки (максимальные расстояния являются только функцией конкретного типа шрифта подписи). Метрическое описание стандартной подписи состоит из двух пар координат (x,y) левого нижнего и правого верхнего углов для габаритных рамок каждого символа подписи.

  • Нестандартные подписи характеризуются произвольным расположением символов (вдоль плавных кривых, в разрядку). Метрическое описание нестандартных подписей – набор двух пар координат (x,y) левого нижнего и правого верхнего углов для габаритных рамок каждого символа подписи.
^

1.10.3.Формат обменного файла


Формат обменного файла представляется в виде последовательности массивов цифровой информации , организованных в соответствии с функциональным назначением цифровых данных. Основной структурной единицей обменного файла является сегмент данных. Формат обменного файла обеспечивает следующие возможности передачи картографических данных:

  • Поддержка двух и трехмерной системы координат

  • Возможность передачи информации в декартовой, геодезической, полярной и геоцентрической системах координат

  • Передача цифровых данных в различных картографических проекциях

  • Передача векторно-оринетрированных, матричных и растровых цифровых данных

  • Передача данных о пространственно логических отношениях между объектами цифровых и электронных карт

  • Передача сложных конструкций цифровых данных (слоев данных, составных объектов)

  • Возможность включения в набор данных пользовательской и специальной информации, не описываемой Классификатором картографической информации.

Основной структурной единицей ЭК является сегмент данных, объединяющий в себе информацию о карте и объектах местности, а также данные, необходимые для процесса обмена в соотвествии с их логическим и функциональным назначением.

Обменный файл включает в себя следующие основные компоненты:

  • Сегмент начальной информации;

  • Сегмент каталога обмена;

  • Сегменты(ы) картографических данных;

  • Сегмент дополнительных данных (метаданных)

  • Сегмент словаря данных;

  • Записи контрольной точки (рестрарта).

Наличие сегментов начальной информации и картографических данных является обязательным. Остальные сегменты и записи рестарта могут включаться в набор данных при необходимости.

1.11.Резюме

^

1.11.1.Картографические объекты


Информация на карте представляется графически в виде набора компонентов карты. Позиционная информация представляется точками для объектов типа скважин или телефонных столбов; линиями для объектов типа дорог, водотоков или трубопроводов; ограниченными фигурами – для объектов типа озер, границ административных округов или участков переписи населения.

^ Точечные объект

Точечные объект представляется отдельной дискретной позицией и определяет объект карты, который слишком мал, чтобы показать его линией или контуром. Или такой объект может представлять точку, вообще не имеющую площади, например, высоту горной вершины. Точечный объект обычно описывается условным знаком или меткой (подписью).

^ Линейный объект

Линейный объект представлен упорядоченным набором координат, которые будучи соединены, представляют продольную форму объекта, слишком узкого, чтобы можно было отобразить его площадь. Или это может быть объект вообще не имеющий ширины, например, изолиния. Иногда это называется дугами.

Площадный объект

Площадный объект – это замкнутая фигура, ограничивающая однородную территорию, например, штат, округ или водоем.
^

1.11.2.Пространственные связи


Пространственные связи между объектами также изображаются на карте графически, но их интерпретация зависит от человека, читающего карту. Например, можно посмотреть на карту и сказать, расположен ли город вблизи озера, найти относительное расстояние между городами по дорогам, а также самое короткое расстояние, найти ближайшую больницу и по какой улице к ней ехать, оценить высоту уровня озера по окружающим линиям уровня и т.д. Подобная информация не отображается на карте непосредственно. Нужно устанавливать или интерпретировать эти пространственные связи, исходя из графика карты.

1.11.3.Условные знаки и надписи выражают относительную информацию


Как графические средства, карты представляют положения объектов и свойства наглядно, чтобы обеспечить интерпретацию. Характеристики объектов карты (т.е. из атрибуты) изображаются условными знаками (обозначениями). Например, разные типы дорог изображаются линиями различной толщины, типа, цвета и снабжаются надписями.









Скачать 314,25 Kb.
оставить комментарий
Дата30.11.2011
Размер314,25 Kb.
ТипЛекция, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

плохо
  2
хорошо
  1
отлично
  6
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх