Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекция 1. Введение в дисциплину. Цели, задачи, назначение.
Цифровые топографические карты (ЦТК) и цифровые планы городов (ЦПГ) являются одним из разделов государственных и муниципальных фондов пространственных данных. Данные цифровых топографических карт и планов предназначены для использования в геоинформационных системах.
Создание и обновление карт и планов выполняется на основе данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). ЦТК и ЦПГ описывают местность с детальностью и точностью, которые выбираются исходя из качества исходных материалов и экономической целесообразности. Детальность и точность создаваемых карт и планов должны быть не хуже, чем определяют требования к базовому масштабу для заданной территории. При необходимости по базовым масштабам создаются карты и планы производных более мелких масштабов с помощью технологии автоматизированной генерализации.
Цифровые топографические карты и планы должны содержать максимально точное описание расположения реальных объектов местности в принятой государственной системе координат и их семантических характеристик (свойств). Свойства объектов описываются с применением единых классификаторов (справочников), обеспечивающих автоматизированный обмен и обработку данных ЦТК и ЦПГ.
Элементы оформления бумажных топографических карт и планов (зарамочное оформление, линии сетки координат, подписи характеристик, линии рельефа, заполняющие условные знаки и т.д.) не входят в состав цифровых карт и планов, они создаются в автоматизированной технологии подготовки цифровых карт и планов к изданию.
Данный документ содержит описание технологии создания и обновления цифровых топографических карт и планов по материалам ДЗЗ.
Технология, разработанная КБ Панорама, основана на использовании программного обеспечения PHOTOMOD (разработчик компания «Ракурс») и ГИС Карта 2011 (разработчик ЗАО КБ «Панорама»). Также возможны различные варианты создания и обновления ЦК, с использованием различных программных продуктов, однако основные этапы технологии остаются неизменными.
Целью освоения дисциплины "Технология создания цифровых карт" является обучение студентов современным методам и технологиям создания, обновления и использования цифровых карт (ЦК).
Задачами дисциплины являются обучение и освоение технологии создания цифровых карт, умению практически использовать цифровые планы и карты в практической деятельности.
1 НАЗНАЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Технология создания и обновления цифровых топографических карт (ЦТК) и цифровых топографических планов (ЦПГ) предназначена для наполнения пространственными данными инфраструктуры пространственных данных на государственном (федеральном, региональном) и муниципальном уровне.
Инфраструктура пространственных данных - территориально распределенная система сбора, обработки, хранения и предоставления потребителям пространственных данных [1].
Инфраструктура пространственных данных обеспечивает создание, обновление пространственных данных, доступ к пространственным данным, содержащимся в информационных системах органов государственной власти и органов местного самоуправления, и состоит из следующих элементов [2]:
- координатной системы отсчета и координатной основы;
- государственных и муниципальных фондов пространственных данных.
Федеральный фонд и региональные фонды пространственных данных могут состоять из следующих разделов:
- реестр базовых пространственных объектов;
- реестр высот;
- реестр административных границ;
- реестр населенных пунктов;
- государственные ортофотокарты и ортофотопланы;
- государственные топографические карты и планы;
- реестр государственных геодезических сетей;
- реестр метаданных.
Для удостоверения местоположения базовых пространственных объектов (БПО) должен быть сформирован полный набор цифровых описаний следующих компонентов пространственных данных [3]:
- идентификатора БПО;
- координатных данных БПО;
- наименований, а при наличии, и адресных данных БПО;
- описаний топологических отношений БПО с другими БПО.
Таким образом, данные цифровых топографических карт и планов должны быть представлены в фондах в разделе государственные топографические карты и планы, так и частично в реестре базовых пространственных объектов, в реестре высот, реестре административных границ и реестре населенных пунктов.
При создании и обновлении цифровых топографических карт и планов все разделы фондов пространственных данных должны заполняться и обновляться синхронно в автоматическом режиме с сохранением идентификации существующих объектов баз данных.
Цифровые карты создаются следующими способами или их комбинацией (фактически способы сбора пространственной информации):
Определение понятия «карты» дано в отраслевом ГОСТе 21667-76 “Картография. Термины и определения”:
Карта - построенное в картографической проекции, уменьшенное, обобщенное изображение поверхности Земли, показывающее расположенные на ней объекты в определенной системе условных знаков.
В ГОСТе 28441-99 “Цифровая картография. Термины и определения” сказано, что такое цифровая и электронная карты. Так, под цифровой картой понимается цифровая картографическая модель (логико-математическое представление в цифровой форме объектов картографирования и отношений между ними), содержание которой соответствует содержанию карты определенного вида и масштаба.
Назначение. Цифровая карта является основой информационного обеспечения автоматизированных картографических систем (АКС) и географических информационных систем (ГИС) и может являться результатом их работы.
Цифровые карты могут непосредственно восприниматься человеком, при визуализации электронных карт (на видеоэкранах) и компьютерных карт (на твёрдой основе), а могут использоваться как источник информации в машинных расчётах без визуализации в виде изображения.
Цифровые карты служат основой для изготовления обычных бумажных и компьютерных карт на твёрдой подложке. Компактность хранения информации, оперативность ее обновления и широкий набор возможностей применения ее для решения различных задач - обязательные атрибуты цифровых карт. Существующие технические и программные средства позволяют просматривать и редактировать цифровую карту на экране дисплея, выполнять различные расчеты, готовить и выводить на принтер или плоттер необходимые документы.
Электро́нная ка́рта — картографическое изображение, сгенерированное на основе данных цифровых карт и визуализированное на видеомониторе компьютера или видеоэкране др. устройства (например, спутникового навигатора).
Являясь средством оперативного контроля, каждая конкретная электронная карта существует лишь в определённый момент времени, как правило непродолжительный, пока видна на устройстве отображения. В этом их главное отличие от прочих визуальных картографических материалов, визуализируемых на твёрдой подложке (бумага, пластик) средствами графического вывода (например, принтерами).
Это значение лучше всего согласуется с самим словом «электронная», то есть получаемая посредством движения электронов, что и происходит в работающем электронном устройстве.
Межгосударственный ГОСТ 28441-99 даёт такое определение:
Электронная карта (ЭК) — цифровая картографическая модель; визуализированная или подготовленная к визуализации на экране средства отображения информации в специальной системе условных знаков, содержание которой соответствует содержанию карты определенного вида и масштаба[1].
При этом система условных знаков электронной карты включает в себя и специальные шрифты, а классификация электронных карт соответствует общей классификации карт, например: электронная топографическая карта, электронная авиационная карта, электронная геологическая карта, электронная кадастровая карта и другие.
Электронная карта – это визуализированное или подготовленное к визуализации на экране средство отображения информации в специальной системе условных знаков, содержание которой соответствует содержанию карты определенного вида и масштаба. Таким образом, понятно, что электронная и цифровая карты в своей основе имеют обычную карту. Этот факт обусловливает двойственный характер электронной карты – ее следует рассматривать и как карту, и как базу данных.
Другие картографические продукты: планы, карты-схемы, атласы.
Согласно ГОСТ 21667-76 “Картография. Термины и определения” атлас – картографическое произведение, состоящее из многих карт, объединенных общей программой;
Атлас – систематическое собрание карт, выполненных по общей программе как единое целое произведение. В атласе карты тематически увязаны между собой, они взаимно согласованы и дополняют друг друга. Атлас характеризуется единым набором проекций и масштабов, которые, как правило, находятся в кратных соотношениях, что облегчает сопоставление карт. На картах атласа используют общие приемы генерализации, единые системы условных обозначений, шрифты, способы графического и цветового оформления. Атласы издают в виде книг или альбомов в общем переплете либо отдельными листами, помещаемыми в общую папку или коробку. Кроме карт, атласы часто содержат пояснительные тексты, справочные материалы, графики, связанные с тематикой карт, фотографии.
Электронный атлас – система электронных карт, созданных как целостное произведение с единой библиотекой условных знаков.
Топографический план - крупномасштабное знаковое изображение небольшого участка Земли или другого небесного тела, построенное без учета их кривизны и сохраняющее постоянный масштаб в любой точке и по всем направлениям. План обладает всеми свойствами карты и является ее частным случаем, и также обладает свойством картографической проекции.
Геоинформационная система (ГИС) — система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных[1] (географических) данных и связанной с ними информацией о необходимых объектах.
Понятие геоинформационной системы также используется в более узком смысле — как инструмента (программного продукта), позволяющего пользователям искать, анализировать и редактировать как цифровую карту местности,так и дополнительную информацию об объектах.
Цифровая карта - двухмерная визуальная модель карты или поверхности Земли, отображаемая с помощью средств компьютерной графики в заданной картографической проекции и обладающая возможностью ( в отличии от обычной карты) изменения масштаба отображения и изменением визуально отображаемых деталей. Цифровая карта может быть представлена в бумажном виде с помощью средств компьютерной полиграфии. Цифровая карта организована как совокупность слоев (покрытий, карт-подложек). Многослойная организация цифровой карты при наличии механизма управления слоями позволяет объеденить и отобразить не только большее количество информации, чем на обычной карте, но существенно упростить анализ пространственных объектов. Таким образом, разбиение на слои позволяет решать задачи типизации и разбиения данных на типы, повышать эффективность интерактивной обработки и групповой автоматизированной обработки, упрощать процесс хранения информации в базах данных, включать автоматизированные методы пространственного анализа на стадии сбора данных и при моделировании, упрощать решение экспертных задач. Цифровая карта может быть трехмерной моделью, но как карта она должна отвечать требованиям предъявляемым к картам. Цифровая карта наиболее удобна для простой визуальной обработки информации, так как по существу работает с двухмерными образами. Этот подход широко распространен на простых ГИС типа Maplnfo, ArcView и т.п. В отличии от цифровой карты цифровая модель представляет собой в общем случае трехмерную пространственную модель, не отягащенную специальными картографическими нагрузками и ограничениями. Цифровая модель может содержать и отображать криволинейное пространство, в то время как цифровая карта это модель, приводимая к определенной картографической проекции. Цифровую модель можно рассматривать как некий пространственный каркас, который служит основой для решения ряда задач, включая и построение карт. Цифровая модель может в большей степени соответствовать реальной поверхности по сравнению с картой. Однако возможны случаи построения цифровых моделей в заданных картографических проекциях. Цифровая модель имеет два основных вида. Первый вид цифровой модели данных ГИС можно назвать картографическим. Он привязан к картографической проекции и представляет собой двух или трехмерную карту и также имеет базовый масштаб, базовую проекцию. В отличие от цифровой карты цифровая модель позволяет строить трехмерные визуализации и перспективные виды. Такой тип цифровых моделей характерен дня крупных и средних масштабов. Другой вид цифровых моделей можно назвать пространственным. Он привязан только к референц-эллипсоиду или геоиду и строится в криволинейной систем координат. Пространственная цифровая модель, в случае привязки ее к картографической проекции, может служить средством для построения карты в выбираемой проекции и масштабе. Пространственная цифровая модель по существу может отображать криволинейную форму поверхности Земли. Поэтому для визуализации этого типа цифровых моделей необходимы аналитические проекционные преобразования. Этот тип цифровых моделей характерен для мелких масштабов, особенно для данных, получаемых в космических исследованиях. Хотя именно САПР использовались как первые ГИС они не в состоянии решать гисовские задачи. САПР решает локальные задачи и работает с данными в декартовой системе координат. При протяженностях до 20 км эти решения корректны. Однако при расстояниях сотни и тысячи километров САПР не дает корректных решений. Земная поверхность имеет форму неправильного эллипсоида, причем разные математические модели с разной степенью точности описывают ту или иную часть поверхности Земли. Как известно все карты содержат те или иные типы искажений, что естественно, при отображении криволинейной поверхности на плоскую поверхность. Проблема сведения объектов на поверхности Земли в единую систему впервые решена только в ГИС. Для этого используется специальная теория математической картографии. Это является качественным отличием ГИС от систем компьютерной графики и САПР. Обработка трехмерных цифровых моделей требует значительных вычислительных ресурсов и аналитических средств, обеспечивающих широкий набор проекционных преобразований. Такая обработка возможна с помощью многофункциональных инструментальных систем типа ЕгМаррег, ERDAS и др.
К настоящему времени уже определился круг проблем, при решении которых цифровым картам принадлежит решающая роль. Перечислим их:
Технологическая схема создания цифровой карты. В технологии создания топографических карт различают "чистое создание" и обновление. Образно говоря, топографическая карта устаревает уже в момент ее издания, так как ситуация на местности изменяется постоянно, а потому при накоплении определенного процента изменений карта подлежит обновлению и переизданию.
На начальном этапе большинство цифровых карт создавались методом дигитализации (координирования множества точек) по оригиналам обычных топографических карт; затем были внедрены более совершенные растровые технологии.
При «цифровании» существующих топографических карт возникает необходимость получения дополнительной информации о местности, которой на обычных картах просто нет, поэтому и здесь приходится выполнять некоторые процессы "цифровой топографии".
При издании цифровой карты на территории, где топографическая карта нужного масштаба отсутствует, и при обновлении цифровых карт применяется принципиально новая технология, в которой можно выделить следующие крупные процессы:
В каждом из перечисленных процессов имеется множество проблем, которые всегда возникают при отработке новых технологий. Применительно к цифровым картам это проблемы:
Исследования по решению перечисленных проблем выполняются как в специализированных научных организациях Роскартографии, так и в учебных заведениях геодезического профиля.