46358 (Автоматизированные информационные системы кадастра), страница 4

5.1. Ручная дигитализация.

Из всех методов дигитализации ручной возник самым первым, что является совершенно логичным следствием развития техники и технологии. Вместе с тем, он же является и наиболее употребимым в настоящее время. Правда, со времени своего возникновения эта технология претерпела некоторые изменения. В отличие от традиционного способа дигитализации при помощи физического устройства (дигитайзера) появился альтернативный способ, связываемый с некоей программой, позволяющей оцифровывать изображение, наблюдая его на экране. Благодаря чему эту программу часто называют "экранным дигитайзером", а всю схему обозначают термином "heads-up" (с поднятой головой).

По своей сути, не меняя весь смысл метода ручной дигитализации, этот способ добавил множество преимуществ. Перечислим основные из них. Первое - это то, что появилась возможность более точно наводиться на объект, так как появилась возможность увеличить масштаб изображения, т.е. как бы увеличить картинку, приблизить ее. Это кроме непосредственной выгоды дает и то, что теперь уменьшается нагрузка на зрительную систему оператора, т.к. с крупными объектами работать легче. А это уже в свою очередь уменьшает ошибки дигитализации, повышает производительность труда. Вторым преимуществом является возможность визуального контроля за выходной информацией, т.к. оператор может наблюдать след, оставляемый векторной линией, т.е. посмотреть, как точно получаемые вектора описывают исходное растровое изображение, выступающее в качестве подложки, путем одновременного совмещения их на одном экране или в окне.

Другие преимущества нельзя было бы отнести непосредственно к экранной дигитализации, как к методу цифрования, но некоторый анализ показывает, что часто это становится стандартными элементами "экранной" технологии. Речь идет прежде всего о функциональных возможностях программных средств, применяемых при работе.

Технологическая схема фирмы INTERGRAPH предполагает использование для такого вида работ продукт MicroStation I/RAS B. В этом случае создание самого векторного изображения происходит посредством базового графического редактора среды MS, а возможность работы с растром представляет пакет I/RAS B. Он позволяет загружать до 64 индивидуальных растровых файлов в качестве подложки и визуализировать их любым цветом из палитры в 254 цвета, а также отключать вообще.

После того, как необходимые файл или группа файлов загружены, оператор может начинать дигитализацию, пользуясь устройством ввода типа "мышь". Как и при работе с дигитайзером ввод информации осуществляется указанием вершин графических примитивов при непосредственно визуальном распознавании объектов, которые они описывают. Но если в первом случае такими объектами зачастую являются линия (отрезок) и общий случай полилинии (ломаной), то в последнем - существует большое число графических примитивов, ввод которых не возможен при использовании классического дигитайзера. Приведем несколько примеров.

При вводе полилинии можно указать, что угол между ее сегментами является фиксированной величиной и равен 90 градусов, что очень часто требуется при оцифровке антропогенных объектов (контура зданий, кварталов в городах и т.д.). При оцифровке объектов, имеющих смежную границу, вновь изображаемая векторная линия может точно повторить другую, которая уже относится к какому-либо объекту посредством привязки ее вершин к вершинам уже существующей.

Количество примеров, конечно, не ограничивается только этими двумя, потому что базовый графический редактор среды MicroStation является одним из наиболее мощных векторных графических редакторов, применяемых в промышленности сегодня.

5.2. Интерактивная дигитализация.

Дальнейшим развитием технологии дигитализации растровых изображений стало появление ПО, позволяющего работать в полуавтоматическом интерактивном режиме. Облегчая векторизацию линейных элементов карт, такие пакеты позволили увеличить скорость растрово-векторного преобразования и избавить человека-оператора от утомительной процедуры ручной дигитализации.

На сегодняшний день такие пакеты являются наиболее часто используемыми, благодаря своей универсальности. Большинство не предлагают аналогичные услуги, отличаясь интерфейсом, заложенными алгоритмами, точностью преобразования, способностью разбираться в сложных ситуациях и скоростью работы.

Таким продуктом из серии приложений, предлагаемых известной фирмой, является пакет I/GEOVEC. Его работа базируется на MicroStation и I/RAS B или I/RAS 32.

C его помощью можно, используя технику "heads-up digitizing", интерактивно вводить векторные данные поверх существующего растрового изображения. Для этого достаточно визуально идентифицировать растровый объект на экране и поставить первую точку рядом с ним. I/GEOVEC отслеживает растровую линию, пока она не закончится или он не достигнет точки, требующей дальнейших инструкций оператора.

Пользователь может установить параметры отслеживания для преодоления некоторых трудностей (разрывов в растре, пересечений с др. линиями, развилок, касаний контуров и наложений текста). Отслеженную линию можно подвергнуть фильтрации и сглаживанию для спрямления векторов с малым углом расхождения, удаления избыточных узлов и скругления резких перегибов. Эти операции также доступны, как постпроцесс, запускаемый в пакетном режиме. I/GEOVEC позволяет вводит криволинейные изображения объектов в 4 или 5 раз быстрее и более точно, чем при ручном методе.

Функция REVERS VIDEO позволит отслеживать не сам растр, а фон, считая его как бы изображением. Эта возможность не заменима при обработке дорог, которые изображаются двумя параллельными линиями.

Настроив параметр "величина разрыва в растре" и "угол обзора", можно заставить приложение отслеживать линии, состоящие из точек или штрих-пунктирные линии, что применимо при вводе контуров растительности и разнообразных границ. При встрече пересекающихся линий (развилок) есть возможность установить действие программы по умолчанию - останавливаться, поворачивать налево или направо, следовать прямо, присоединиться к пересекаемой векторной линии, присоединиться и разорвать пересекаемую векторную линию для создания узла.

Довольно уникальной для такого рода ПО является способность I/GEOVEC распознавать текст и одиночные условные знаки. Этот пакет увеличивает эффективность работы, расширяя набор инструментальных средств другими менее часто используемыми, но полезными функциями, ускоряющими процесс преобразования и позволяющими его контролировать.

В настоящее время существует версия только для UNIX(CLIX). В скором времени ожидается выход версии для другой известной ОС - Microsoft Windows NT.

5.3. Автоматическая дигитализация.

Как известно, до сих пор не создано программы, позволяющей полностью в автоматическом режиме осуществлять ввод обычных топографических карт. Это происходит по целому ряду причин, здесь нами нерассматриваемых. Поэтому, говоря об автоматической дигитализации, следует сразу же оговориться, что речь идет о линейных элементах карт.

Уже из того, что речь идет об автоматической дигитализации, следует то, что программа должна работать в пакетном режиме. Отсюда получаем, что, скорее всего исходными данными для такой программы будут изображения с простой топологической структурой. Например, рисунок горизонталей. Причем эти случаи имеют место только в 10% всех задач дигитализации.

Для решения таких задач по векторизации растровых изображений INTERGRAPH предлагает пакет I/VEC. Этот продукт конвертирует бинарные растровые данные в векторные данные (полилинии, точки и контуры многоугольников). Базовые функции векторной графики основываются на MicroStation 32, а функции растрового редактирования - на пакете I/RAS 32. Функционально I/VEC делится на три этапа: предобработку, обработку и постобработку, каждый со своими специфическими установками, управляемые пользователем. Все вместе это в себя включает:

- преобразование линейных растровых объектов в векторный формат в пакетном режиме;

- манипуляции с введенным изображением или указанной пользователем области;

- вывод полученных векторных данных по сети;

- функции постобработки: генерирование соединений векторных полилиний, сжатие данных, удаление висячих концов, заполнение разрывов, автоматическое обнаружение и коррекция ошибок, генерация очереди нерешенных проблем (предлагается пользователю);

- специальные параметры для обработки упакованных пакетов данных;

- миграцию отсканированных данных в другое Intergraph'овское картографическое ГИС приложение (MGE);

- экспорт в другие, стандартные для индустрии платформы САПР.

5.4. MicroStation MDL, как среда разработки пользовательских приложений.

MicroStation - это векторный графический редактор и одновременно программная среда для исполнения и создания приложений. Она включает полный набор средств разработки, состоящий из компилятора, полностью поддерживающего стандарт ANSL, редактора связей, символьного отладчика и утилиту make.

Она имеет встроенный язык разработки приложений - MDL. Это полная реализация языка С внутри MicroStation. Фактически все функции MicroStation могут быть вызваны из MDL. Предлагаемый API обеспечивает доступ к более, чем 1000 функций для создания и модификации векторных данных. MicroStation является событийно-ориентированной программной средой, что требует принципиально нового подхода к программированию. Но, предлагаемый API, набор средств для создания элементов интерфейса (диалоговых окон, выпадающих меню, палитр кнопок с пиктограммным обозначением и т.д.), который выполнен в стандарте Motif, обеспечивает программистам создание приложений с укороченным циклом разработки.

Тесное соединение между MicroStation и приложениями, создаваемыми через MDL, означает, что программисты могут объединять свои команды прозрачно в среде MicroStation. Множественные MDL-приложения могут работать одновременно. Это позволяет разработчикам создавать интегрированные тесносвязанные решения прикладной специфики. MicroStation поддерживает наиболее совершенные сети и позволяет нескольким разработчикам работать над проектом одновременно. Пользователи DOS, Macintosh, UNIX, Windows NT и VAX операционных систем могут интерактивно разделять данные. Это возможно благодаря тому, что файлы данных MicroStation двоично совместимы между множественными платформами, допускающими передачу файлов без перекодировки.

Благодаря тому, что MDL - встроенный язык, а программа компилируется и собирается средствами, предлагаемыми разработчиками MicroStation, она практически получает аппаратную независимость. Т.е. может выполняться на всех типах вычислительных систем и в тех операционных системах, для которых доступна сама система MicroStation.

Контрольные вопросы:

Методы векторизации карт.

Программные продукты для векторизации картографических документов.

Пути расширения возможностей среды MicroStation/

Глава VI. Хранение и обработка кадастровой информации.

6.1. Основные понятия.

Эффективное использование цифровых данных предполагает наличие программных средств, обеспечивающих функции их хранения, описания, обновления и т.д. В зависимости от типов и форматов их представления, от уровня программных средств ГИС и некоторых характеристик среды и условий их использования могут быть предложены различные варианты организации хранения и доступа к пространственным данным, причем способы организации различаются для позиционной (графической) и семантической их части.

В достаточно простых программных средствах ГИС, отсутствуют специфические средства организации хранения, доступа к данным и манипулирования или эти функции реализуется средствами операционной системы в рамках ее файловой организации.

Большинство же существующих программных средств ГИС используют для этих целей достаточно изощренные и эффективные подходы, основанные на организации данных в виде баз данных (БД), управляемых программными средствами, получившими название систем управления базами данных (СУБД). Под базой данных принято понимать “совокупность данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, независимую от прикладных программ”, а под СУБД - “ комплекс программ и языковых средств, предназначенных для создания, ведения и использования баз данных”.

Современные коммерческие СУБД, в том числе те, что использованы в программном обеспечения ГИС, различаются по типам поддерживаемых моделей данных, среди которых выделяются иерархические, сетевые и реляционные и соответствующие им программные средства СУБД. Особое широкое применение при разработке программного обеспечения ГИС получили СУБД.

СУБД реляционного типа позволяют представить данные о пространственных объектах (точках, линиях и полигонах) и их характеристиках (атрибутах) в виде отношения или таблицы, строки которой - индексированные записи - соответствуют набору значений атрибутов объекта, а колонки (столбцы) обычно устанавливают тип атрибута, его размер и имя атрибута. В число атрибутов не входят геометрические атрибуты, описывающие их геометрию и топологию. Векторные записи координат объектов упорядочиваются и организуются с использованием особых средств. Связь между геометрическим описанием объектов и их семантикой в реляционной таблице устанавливается через уникальные номера - идентификаторы.

Удобство манипулирования данными в БД существенно зависит от языковых средств СУБД. Широкие возможности предоставляются пользователю СУБД, в которых реализован язык обработки запросов SQL, и его расширения, адаптированные к описанию пространственных запросов к БД ГИС и содержащие конструкции, включающие пространственные переменные и условия.

Одним из главных мотивов, определяющих необходимость использования технологии баз данных при создании ГИС в настоящее время, является поддержка современными СУБД сетевых возможностей хранения и использования технологий локальных сетей (LAN) и удаленных сетей в так называемых распределенных БД. Тем самым достигается оптимальное использование вычислительных ресурсов и возможность коллективного доступа пользователей к запрашиваемым БД.

6.2. Анализ данных и моделирование.

Блок анализа данных, являясь одним из трех крупных модулей ГИС (ввода, обработки и вывода), составляет ядро геоинформационных технологий, все остальные операции которых с некоторой точки зрения могут представляться сервисными, обеспечивающими возможность выполнения системой ее основных аналитических и моделирующих функций. Содержание аналитического блока современных программных средств сформировалось в процессе реализации конкретных ГИС, выкристаллизовавшись в форме более или менее устоявшегося набора операций или групп операций, наличие, отсутствие или эффективность (неэффективность) которых в составе данного продукта может служить надежным индикатором его качества.

Существуют различные классификации позволяющие сгруппировать элементарные операции аналитического характера или их последовательности в группы. Обобщая некоторые из них, и опираясь на состав и структуру аналитических модулей, можно выделить следующие их группы:

1.Операции переструктуризации данных.