Стаття Технологія використання сканованих планшетів при побудові ГІС на базі програмних

Технологія використання сканованих планшетів при побудові ГІС на базі програмних продуктів AutoCAD Map та RasterDesk

Завантажити статтю у форматі PDF - 770 Кбайт

Міські організації, що використовують картографічну інформацію, все частіше замислюються про необхідність створення та впровадження сучасних геоінформаційних систем: потреби муніципальних служб в оперативному отриманні необхідної інформації постійно зростають. І тому, почувши привабливі слова "швидкий пошук об'єкта, отримання звіту ...", багато хто вирішує: "А чому б і нам цього не зробити?" Переваги очевидні та незаперечні — швидкий пошук вулиці чи будинку, з'ясування наслідків поломки водопроводу та планування заходів щодо її усунення, тривимірна побудова ландшафту…

На жаль, незабаром з'ясовується, що втілення заповітної геоінформаційної системи — справа тривала і потребує солідних витрат. В результаті, зваживши свої можливості, організації відкладають перехід на нові технології до кращих часів.

Чи є відповідне рішення, компроміс між бажаним та можливим? На нашу думку, реальніше розробити для себе такий технологічний процес, при якому можливий поступовий, поетапний перехід на повнофункціональну ГІС.

Розглянемо зразкові кроки побудови системи, яку можна назвати геоінформаційною:

Одержання вихідного матеріалу.
Вибір програмного продукту створення ГІС.
Сканування та організація архіву растрових планшетів. (У разі застосування дигітайзера етап виключаються.)
Редагування растрового матеріалу (калібрування, обрізання, фільтрація та ін.). (користувачі дигітайзера цей етап теж пропускають.)
Оцифрування вихідного матеріалу з дотриманням поділу натематичні верстви.
Перевірка векторних даних за допомогою топологічних функцій (жоден чоловік не застрахований від помилок).
Остаточна побудова топології кожного тематичного шару.
Класифікація об'єктів усередині кожного тематичного шару, присвоєння об'єкту унікального ідентифікатора та його зв'язок із семантичною інформацією.
Створення інструментів для роботи з векторними та семантичними даними.

Така послідовність не є обов'язковою: ми навели зразкову схему дій, необхідних для створення електронних карт з нуля, за повної відсутності будь-якої векторної та/або семантичної інформації.

Вся робота зі створення муніципальної ГІС починається з оцифрування наявної картографічної інформації, тобто паперових планшетів, кількість яких може коливатися від кількох сотень до десятків тисяч — залежно від масштабу зображення та розмірів території, що вони покривають.

Також слід зазначити, що багатьом міським організаціям у повсякденній діяльності потрібна не так геоінформаційна система, заснована на спільному використанні векторних та семантичних даних, як звичайні «викопування» з планшетів, за якими вони працюють. Таким чином, одночасно з'являється більш ніж важливе завдання ведення архіву растрових планшетів і постійного його оновлення. Зауважимо, що етапи розв'язання цього завдання збігаються з першими етапами побудови геоінформаційної системи. І, якщо дотримуватись наведеної схеми, ведення архіву відсканованих планшетів можливе вже на четвертому етапі створення ГІС.

На наступних етапах растрова підкладка може бути інформаційним тлом, у якому поступово оцифровуються в повному обсязі, лише необхідні об'єкти, що забезпечує отримання результатіввже у процесі роботи, не чекаючи повного її завершення.

Ця технологія значно знижує вартість робіт, дає можливість оптимально використовувати раніше накопичені матеріали та поступово переходити до нової системи.

Ведення растрового архіву є загальною частиною обох аналізованих завдань і, отже, вимагає особливої уваги. Далі мова піде в основному про технологію та розроблені інструменти для ведення растрового архіву та редагування растрових планшетів, торкнемося ми також інших кроків, описаних вище для того, щоб у читача склалося загальне враження про всю схему створення ГІС. Розглянемо коротко кожен етап її побудови.

Отримання вихідного матеріалу зазвичай відбувається над умовах вибору, а, за принципом «що є, те й беріть». Добре, якщо цей матеріал вже грамотно відсканований, але частіше він являє собою кальки, папір на твердій основі - причому не найкращої якості. На цьому етапі необхідно вибрати сканер, який відповідатиме формату, якості, товщині вихідного матеріалу.

При виборі програмного забезпечення слід врахувати співвідношення «ціна потреби замовника можливості продукту здатність виконавця-постачальника до проведення навчання, технічної та інформаційної підтримки». Також необхідно враховувати те, у яких системах працюють інші служби міста, які вже використовують електронні карти, чи існує можливість імпорту-експорту даних між системами.

Наступні етапи створення геоінформаційної системи розглянемо з урахуванням виконуваної нині роботи зі створення муніципальної ГИС. Як вихідний матеріал використовуються планшети міста масштабів М1:500 і М1:5000. Основне завдання при виконанні даної роботи полягає в тому, щоб одночасно матиобертання постійно оновлювані векторні та растрові дані.

Як програмне забезпечення було обрано продукти AutoCAD Map і RasterDesk. Вибір обумовлений:

можливістю одночасної роботи (RasterDesk є додатком для растрового, гібридного редагування та векторизації у середовищі AutoCAD);
можливістю створення та редагування як векторної, так і растрової графіки;
підтримкою найпоширеніших форматів (dwg, shp, mif, dgn, tif, rle);
наявністю зв'язку з базами даних;
виконанням основних топологічних операцій;
можливістю підвантаження даних із різних файлів за допомогою запитів;
можливістю створення власних програм.

У процесі роботи необхідно було вирішити такі завдання:

одночасне підвантаження великої кількості растрових планшетів по сітці;
генерація зарамного оформлення планшета при виведенні його на друк (т.к. після сканування та калібрування зарамкове оформлення обрізається);
актуалізація (редагування) растрових планшетів за новими даними геодезичної зйомки;
створення інструментів, що полегшують оцифрування (ручну векторизацію) даних.

Для вирішення було розроблено методику роботи з великою кількістю планшетів, систему їх зберігання, створено ряд інструментів, що доповнюють можливості програмних продуктів, що використовуються.

Оскільки вихідний матеріал, нагадаємо, як правило, буває не надто хорошої якості, після сканування необхідно покращити якість растрового зображення. На цьому етапі успішно застосовуються можливості, що надаються програмами RasterDesk та/або SpotLight (ці програми працюють від одного ключа апаратного захисту):

фільтрація растровогозображення із використанням фільтра видалення сміття;
усунення лінійних та нелінійних спотворень за допомогою калібрування;
обрізання растру строго по межі планшета з видаленням оформлення.

Фільтрування та калібрування проводяться у неробочий час у пакетному режимі, що дозволяє суттєво підвищити продуктивність оператора.

Далі вся робота ведеться у спільному середовищі AutoCAD Map та RasterDesk.

Робота над новим проектом починається з виконання одноразової операції зі створення планшетної сітки. Для вибраних масштабів сітка генерується автоматично (див. мал.1) після завдання вихідних параметрів сітки М1: 5000: ширина та висота сітки, номер нульового планшета (див. мал.2). Далі можливе видалення фрагментів сітки, для яких відсутні растрові планшети. В результаті готується основний файл проекту, в якому проводитиметься робота як з растрової, так і з векторною інформацією.

Зарамкове оформлення виконується за заздалегідь створеним шаблоном, розташованим у просторі аркуша AutoCAD Map (рис. 4). Координати та сітка суміжних планшетів обчислюються автоматично.

Редагування та векторизація планшетів виконуються як стандартними засобами AutoCAD/RasterDesk, так і спеціально розробленими інструментами, набір яких постійно поповнюється. Ці інструменти вирішують такі завдання:

активізація растру вказівкою миші у будь-якій точці планшета;
власний механізм ручної векторизації ортогональних об'єктів (будинків);
розтеризація певних типів векторних об'єктів на планшеті;
створення векторних об'єктів на основі даних геодезичної зйомки, одержаних із зовнішніх файлів різних форматів (txt, dbf, xls);
друк вибраного фрагмента як з одного, такта з кількох планшетів;
механізм створення аплікацій для оновлення растрової інформації (Після зміни на папері будь-якої ділянки міста ця ділянка сканується, калібрується, обрізається строго за заздалегідь нанесеними контрольними точками — «тиками» і далі вставляється у вказане місце з одночасним видаленням попереднього, вже неактуального фрагмента). ) і багато іншого.

Етап оцифрування за такого підходу (одночасна актуалізація растрових і векторних даних) стає невід'ємною частиною етапу редагування растрових планшетів і навпаки. p align="justify"> При створенні вектора було виділено кілька тематичних шарів (гідрографія, об'єкти топооснови, центральні лінії вулиць і доріг, об'єкти забудови та ін) для кожного типу векторних об'єктів (полігон, лінія, точка).

Відзначимо переваги векторизації в AutoCAD/RasterDesk: оцифровка ведеться не по окремих планшетах, а з підвантаженням суміжних планшетів, що дозволяє відразу коригувати лінії зшивки.

На етапі перевірки та побудови топології зазвичай виявляється безліч таких помилок, як перетягнуті або недотягнуті лінії, перетин дуг з появою дуже маленьких полігонів та інші. Були створені спеціальні інструменти для виявлення цих помилок та їх виправлення у покроковому режимі. Після виправлення створюється топологія кожного тематичного шару.

Етап класифікації векторних об'єктів та їх зв'язування з семантичною інформацією в даний момент знаходиться на етапі розробки, але кілька слів про технологію сказати слід. Розроблено структуру зберігання семантичної інформації на SQL-сервері та власний додаток для роботи з ним. При цьому векторний об'єкт у середовищі AutoCAD Map має свій унікальний ідентифікатор, за яким він пов'язаний з SQL-сервером, ікласифікаційний код, яким здійснюється створення тематичних карт.

Що стосується інструментів для роботи, то вони постійно поповнюються новими та видозмінюються відповідно до побажань операторів, зайнятих оцифровкою та редагуванням планшетів.

На закінчення хочеться відзначити, що, оскільки вихідним матеріалом всіх перерахованих вище операцій є растрові планшети і якщо оцифровка, введення семантичної інформації найчастіше виконуються попланшетно, має сенс організувати «попланшетну» технологію роботи. Тим більше, що створюючи єдиний проект, в якому цілком присутня вся векторна та семантична інформація, ми прирікаємо себе на постійне нарощування обчислювальних потужностей. Так, наприклад, при оцифровці Ярославля кількість лише полігональних об'єктів топооснови (квартали, дороги, зелені насадження та гідрографія) перевищує 80 000. При створенні загальної топології та її підвантаженні необхідний обсяг оперативної пам'яті досягає 220Мб, при підвантаженні об'єктів із шару будинків (а їх 60 000) потреба у пам'яті зростає до 320Мб, але ще необхідне підвантаження комунікацій, різних точкових об'єктів тощо. Після таких досліджень є сенс відмовитися від ведення загального вектора по всьому місту і перейти до попланшетного використання, зберігання, підвантаження та редагування векторів, тим більше, що весь необхідний інструментарій в AutoCAD Map присутній, залишається тільки зробити його більш зручним для оператора. Робота в цьому напрямі триває і вже дала результати.