геоинформационные системы. Рабочая программа по дисциплине Цели и задачи освоения дисциплины
 Скачать 0.93 Mb.
|
|
Тема N7. «Порядок использования карт и планов в ГИС» Общие сведения о картах и планах Основными носителями информации в географии, картографии, а также компьютерной графике являются карты и планы. Графическая форма представления пространственных данных формируется на основе различных координатных систем, проекций, наборов условных обозначений, методов упрощения и генерализации. В геоинформатике используются карты и планы, отражающие содержание многих научных дисциплин, например, геологии, топографии, почвоведения и т. д. В дополнение к геологическим, топографическим, почвенным, кадастровым картам и планам, используемым в производственной деятельности, тематическое наполнение ГИС включает карты и планы для изучения растительного покрова, транспортных артерий, подземных и наземных коммуникаций, динамики застройки городов, а также для решения многих других производственных и научных задач. Перечисленные карты и планы имеют обычный вид. Однако могут быть использованы также нетрадиционные формы представления информации в виде блок-диаграмм, карт плотности населения, объемных карт и т. д. Любая геоинформационная технология базируется на растровых или векторных изображениях, обеспечивающих пространственную привязку объектов местности. Представление объектов может быть детальным или упрощенным. Это реализуется главным образом за счет выбора масштаба карты или плана, а также генерализации. География и картография формируют детальное представление о всех элементах, описывающих объекты создаваемой картографической продукции. В литературе специального характера Геоинформационные системы в бизнесе 53 читатель может найти много интересного и полезного по этой тематике. В данной работе приводятся лишь общие сведения, необходимые для наиболее полного восприятия излагаемого материала. Под картой понимается уменьшенное и обобщенное изображение земной поверхности в определенной картографической проекции с учетом кривизны Земли. Картографическая проекция – это способ представления поверхности земного шара на плоскости, при котором каждой его точке соответствует единственная точка на плоскости, называемая изображением. План, в отличие от карты, обеспечивает отображение на бумаге небольших по площади участков местности без учета кривизны земной поверхности. Таким образом, карта используется для представления практически не ограниченных по площади территорий, а план – для маленьких участков. Планы обычно создаются в масштабах 1 : 5 000 и крупнее, а карты – в масштабах 1 : 10 000 и мельче. Под масштабом карты или плана понимается отношение длины линии на карте (плане) к длине горизонтального проложения соответствующей линии на местности. Горизонтальное проложение представляет собой проекцию любого наклонного расстояния на горизонтальную плоскость. Поверхность земного шара делится параллелями и меридианами. При этом вся поверхность Земли разбивается на трапеции размером 4º по широте (ряды или пояса) и 6º по долготе (колонны). В основу разграфки положена карта масштаба 1 : 1 000 000. Для получения листов более крупного масштаба эти трапеции делятся в соответствии с определенными правилами по широте и долготе. Построенная таким образом сеть трапеций является основой для создания системы обозначений отдельных листов всего масштабного ряда, которая называется номенклатурой карт (планов). Исследование Земли посредством ГИС основывается на способности человека мыслить пространственно. Общий вид картографической формы представления информации зависит от типа решаемых задач, обеспечивающих, например, визуальный просмотр карты или анализ ее содержания в ГИС. При этом, в процессе ввода в геоинформационную систему информации о существующих картах, необходимо знать влияние на отображаемые объекты масштаба, генерализации, вида проекции и символики, то есть условных обозначений. Кроме этого, требуются знания характерных ошибок, возникающих в процессе отображения различных качественных и количественных характеристик объектов. Объекты на картах и планах могут быть представлены в виде отдельных точек, линий, полилиний и полигонов. Точечному объекту соответствует единственное место в пространстве. Примерами таких объектов являются отдельно стоящие деревья, опоры линий электропередач, перекрестки дорог, люки колодцев и т. д. Эти объекты обычно называют дискретными, поскольку каждый из них может занимать в любой момент времени определенную точку пространства. Поэтому их относят к объектам, не имеющим пространственной протяженности (то есть длины или ширины). Однако каждому из таких объектов присущи координаты, описывающие их местоположение. В действительности все точечные объекты имеют некоторую пространственную протяженность, иначе их невозможно было бы увидеть. Например, если смотреть на девятиэтажное здание с расстояния нескольких метров, то сооружение выглядит внушительным и имеет существенные длину, ширину и высоту. Вместе с тем, это представление меняется, если наблюдатель удаляется от здания. Таким образом, в зависимости от местоположения наблюдателя, объект может выглядеть как объемный, площадной или точечный. Линейными объектами являются дороги, реки, границы, ограждения и любые другие протяженные объекты. Масштаб определяет порог, после преодоления которого предметы местности условно относятся к объектам, не имеющим ширины, и отображаются внемасштабным условным знаком (например, мост через реку или отдельно стоящее дерево). Некоторые объекты, например административные границы, вообще не имеют ширины. Эти линии не являются материальными сущностями, а возникают как следствие территориальных соглашений. Размер линейных объектов на карте или плане, в отличие от точечных, можно указать посредством их длины. При этом необходимо знать координаты как минимум двух точек (начальную и Геоинформационные системы в бизнесе 54 конечную) для описания местоположения линейного объекта. Количество углов поворота определяет число точек для отображения полилинии, составленной из отдельных отрезков. Граница полигональных объектов начинается и заканчивается в одной и той же точке. По изображению объектов можно определить их форму, ориентацию, площадь. Если имеются данные о высотах точек, то представляется возможность формировать трехмерные поверхности. Такие поверхности позволяют определять объем какого-либо ресурса в замкнутом пространстве, например, запасы воды в водоѐме или количество выбранной породы в угольной шахте с открытой разработкой. Поверхности могут быть непрерывными, если точки распределены без разрывов, или дискретными, если это условие не соблюдается. Карты и планы являются абстрактными моделями пространственных объектов. Тем не менее, следует признать, что отображение всех объектов и их элементов невозможно. Следовательно имеются пределы, которые усложняют изображение информации на обычных картах и планах. Поэтому, несмотря на то, что карты и планы представляют собой наиболее удачный графический инструмент, созданный для передачи пространственной информации, возможности графических материалов в традиционной форме ограничены. В связи с этим создание электронных карт и планов является весьма существенным вкладом в процессы представления объектов, поскольку такие изображения можно легко масштабировать и редактировать. Кроме этого, они позволяют довольно просто решать задачи поиска объектов, вычислять расстояния, площади, углы. При этом никаких проблем, связанных с представлением информации на электронных картах и планах, не возникает. Карты и планы бывают различных видов и тематик. Общегеографические и тематические карты являются основными. Наиболее часто ГИС формируются по тематическим картам. Вместе с тем, общегеографические и топографические карты также используются для ввода информации в ГИС главным образом для того, чтобы сформировать основу для сложных тематических карт. Цифровые карты и планы Созданные с помощью ГИС-технологий карты и планы относятся к продукции нового поколения. На них можно нанести не только географические, но и статистические, демографические, технические и многие другие данные и проводить с ними разнообразные аналитические операции. По цифровым картам и планам можно осуществлять качественный анализ, например, определять какие угодья расположены на конкретном земельном участке, где функционируют наиболее опасные для здоровья человека предприятия и т. д. Кроме этого, карты и планы, созданные с помощью ГИС-технологий, позволяют довольно просто решать и более сложные задачи. Например, по координатам углов поворота земельного участка представляется возможность получить ряд количественных характеристик: размер площади занимаемой объектом территории, длины сторон и значения дирекционных углов. При этом можно также найти оптимальный путь к какому-либо объекту с учетом имеющейся дорожной сети, выявить места возможных затоплений территории, а также решать многие другие задачи. Для всех ГИС присущи уникальные возможности, заключающиеся в отражении скрытых взаимосвязей между объектами, которые трудно или невозможно заметить, используя обычные бумажные карты и планы. В связи с переходом на компьютерную технологию и потребностью ведения фонда материалов инженерных изысканий разработан документ, определяющий конкретные требования к формированию растровых и векторных форматов данных. На основании цифрового картографирования осуществляется ведение топографического плана масштаба 1 : 500, дежурного и адресного планов застройки масштаба 1 : 2 000, а также планов «красных» линий, подземных коммуникаций, кадастра объектов недвижимости и т. д. На каждый цифровой план составляется паспорт, в котором содержится информация об отделе, осуществляющем ведение плана, грифе секретности, системе координат и высот, номенклатуре и названии листов. В целях повышения уровня восприятия излагаемого материала, ниже приведены основные определения по данной тематике, используемые в специальной Геоинформационные системы в бизнесе 55 литературе. Цифровые карты и планы являются моделями обычных карт и планов и формируются средствами цифрового картографирования. Цифровая карта представляет собой цифровую модель обычной карты, сформированную в соответствии с законами картографической генерализации, в принятой проекции, системе координат и высот. Цифровой план – это цифровая картографическая модель, содержание которой соответствует содержанию обычного плана. Цифровые карты и планы обеспечивают представление реальных объектов местности в цифровом виде. Цифровая модель объектов местности представляет собой модель, отражающую информацию о плановом и высотном положении объектов местности. Цифровая модель рельефа местности – это трехмерная цифровая модель, включающая информацию о координатах и высотах характерных точек местности. Цифровые карты и планы хранятся в памяти компьютера в цифровом виде. Оператор работает с электронными картами и планами. Электронная карта (план) – это программно-управляемое картографическое изображение, сформированное на основе данных цифровых карт (планов) или баз данных ГИС, визуализированное с использованием программных и технических средств в принятой для карт проекции и системе условных знаков. Все объекты цифровой топографической карты (плана) должны быть описаны в цифровой форме. Цифровое описание картографической информации представляет собой набор символов, принятых для формирования объектов. Цифровое описание картографической информации должно обеспечивать: •• возможность представления на экране монитора любой информации, которая содержится в памяти компьютера; •• определение структуры и содержания картографической информации, по которой формируются цифровые топографические карты; •• включение в цифровое описание цифровой топографической карты данных о местоположении объектов и их смысловом содержании с точностью и полнотой, соответствующей действующим требованиям; •• однозначность интерпретации цифровой картографической информации при ее обработке; •• возможность автоматического внесения записей об объектах. Цифровое описание объекта цифровой топографической карты – это формализованное представление данных об объекте топографической карты в цифровом виде, которое включает в себя идентификатор, описание пространственного распространения объекта, его смысловое содержание и пространственно-логические связи с другими объектами. Пространственно-логические связи объектов цифровой карты (плана) включают совокупность данных о топологических отношениях между объектами. Каждому объекту цифровой карты (плана) и его характеристике назначается индивидуальный код (идентификатор) в виде цифровой или буквенно-цифровой комбинации. Для этих целей разрабатывается система классификации и кодирования объектов цифровой топографической карты (плана). Система классификации охватывает все принятые для классификации объекты, а также основные и дополнительные их характеристики. Система кодирования обеспечивает преобразование смыслового содержания каждого объекта цифровой топографической карты (плана) в соответствующее ему уникальное кодовое обозначение. Алфавит кода включает арабские цифры от 0 до 9, буквы латинского алфавита от A до Z и точки. Длина кода не должна превышать десяти символов. Представление объектов в ГИС осуществляется в математической, а не геодезической системе координат. К вышесказанному следует добавить еще несколько слов. Для того, чтобы импортировать объект, например, из геодезической системы координат в математическую, можно не вводить пользовательские системы координат, а только поменять местами координаты X и Y в процессе их ввода. Допустим, геодезисты определили координаты углов здания, которое нужно отобразить в ГИС. Оператору в процессе ввода координат достаточно поменять местами колонки X и Y. Если этого не сделать, то здание прямоугольной формы будет Геоинформационные системы в бизнесе 56 повернуто на 90 о В растровой форме представления карт и планов элементарными пространственными объектами являются ячейки квадратной или прямоугольной формы, которые (для любого растра) имеют некоторую площадь. Таким образом, точечные объекты перестают быть просто «точками», а представляются прямоугольными или квадратными ячейками. Линейные и площадные объекты также формируются набором ячеек растра. Поскольку реальные объекты могут иметь овальную форму, то их границы обычно не совпадают с отображаемыми на растре. Поэтому точность достигается подбором размеров ячеек растра. В растровой координатной системе пространственные данные, относящиеся к определенному району, распределяются по всему набору одинаковых по форме ячеек, составляющих этот район. Ячейки располагаются рядами и колонками таким образом, что каждая из них является смежной с другими ячейками. Растровое изображение напоминает лист клетчатой бумаги, на котором каждая клеточка закрашена черным или белым цветом. Ряд представляет собой группу ячеек, которые являются соседними по горизонтали (в направлении оси X), а колонки формируют объекты по вертикали (в направлении оси Y). Эти элементы необходимо учитывать при определении размерности матрицы. Таким образом, каждая ячейка единственным образом определяется заданием ряда и колонки. Это аналогично игре в «крестики-нолики». Ширина ячейки растра измеряется вдоль оси X, а ее высота – по оси Y. В данном случае речь идет о математической системе координат. Наиболее часто в растровом формате обрабатывается информация, полученная в результате аэрокосмической съемки. Это обусловлено как характером самой информации, так и технологией ее получения, обработки и передачи. В настоящее время используются технологии получения и обработки растровых карт (планов) по традиционным картографическим материалам. Однако полной автоматизации при этом добиться не удается. Следовательно, трудоемкость работ по формированию растровой и векторной технологии примерно одинакова. В мощных ГИС предусмотрены функции совмещенного преобразования, то есть используются гибридные технологии. Требования к электронным картам и планам Требования к электронным картам и планам установлены документом, обязательным для всех организаций, материалы которых поступают в территориальный фонд топографо-геодезических работ и инженерных изысканий, он является составной частью нормативных документов, регулирующих деятельность территориального фонда, и обеспечивает единые правила контроля качества продукции, поступающей от изготовителей. При этом определяются требования ко всем видам электронной картографической продукции различных масштабов в отношении точности, полноты и достоверности, способов контроля качества и методов учета картографических материалов. Детальное проектирование и эксплуатацию инженерных коммуникаций обеспечивают планы масштабов 1 : 200 и 1 : 500. Они создаются на основании выполненных полевых работ и имеющихся материалов. Геоинформационные системы в бизнесе 57 Планы масштабов 1 : 1 000 – 1 : 2 000 применяются для функционального и экономического зонирования территории, эксплуатации магистральных коммуникаций, организации городских (муниципальных) информационных систем и создаются на основании данных полевых работ, материалов аэрофотосъемки и имеющихся планов масштабов 1 : 500 – 1 : 2 000. Карты масштаба 1 : 10 000 и мельче используются главным образом в обзорных целях и для тематического картографирования. Они формируются по данным аэрофотосъемки и обновленным планам масштабов 1 : 2 000 – 1 : 5 000. Все материалы, подготовленные к передаче в территориальный фонд данных, должны представляться комплексно, в законченном виде, с сопроводительной документацией и пояснительной запиской. В сопроводительную документацию должны включаться сведения об организации, выполнявшей работу, о разрешении на данную работу, о территории работ и листах номенклатуры карт, о системе координат и высот, о грифе секретности информации, о каталогах координат и различная дополнительная информация (например, дата выполнения работ). Составными частями сопроводительной документации являются паспорт на каждый представляемый материал, а также акт внутриведомственной приемки. Пояснительная записка должна содержать сведения о составе и объеме выполненных работ, применявшихся технологиях, полученной и требуемой точности, а также данные о контроле и приемке работ. Растровые карты, передаваемые в территориальный фонд данных, должны быть: •• единообразными в отношении одного типа исходных материалов, то есть иметь одинаковые размеры в пикселях и сантиметрах, а также единую плотность сканирования; •• контрастными и читаемыми. Качество изображения не должно быть ниже качества, представленного в исходном материале; •• очищенными от имеющихся дефектов исходного материала и ошибок сканирования (то есть от «грязи» или «шумов»); •• обрезанными по внутренней рамке. Информация, вынесенная на исходном бумажном листе в зарамочное оформление, должна быть помещена в паспорт файла, который является составной частью сопроводительной документации. Для графических материалов масштабов 1 : 200, 1 : 500, 1 : 2 000, 1 : 5 000 и 1 : 10 000 при черно-белом сканировании плотность должна быть не ниже 150 точек на сантиметр (381 точка на дюйм). Средняя квадратическая погрешность нанесения векторных изображений не должна превышать 0.5 мм (без учета погрешности составления исходных планов). При этом векторные контуры должны максимально совпадать с исходными растровыми контурами. Векторные файлы, получаемые путем построения по результатам полевых съемок, должны содержать средние квадратические ошибки в положении на планах изображений предметов и контуров местности с четкими очертаниями относительно ближайших точек съемочного обоснования не более 0.5 мм, а в горных и залесенных районах – 0.7 мм. Предельные погрешности во взаимном положении на плане закоординированных точек и основных углов капитальных зданий (сооружений), расположенных один от другого на расстоянии до 50 м, не должны превышать 0.4 мм на плане. Точкам, относящимся к углам поворота капитальных зданий и сооружений, координаты которых получены аналитическим методом по результатам полевых работ (координирование, засечки, обмеры), присваивается код. На планах (кроме твердых копий), выдаваемых заказчикам, такие точки отображаются специальным условным знаком. Топографические карты и планы в векторной форме должны: •• иметь соответствующие кодификатору графические атрибуты. Основной формой представления и графической индивидуализации типа объекта служит слой (уровень); •• быть адекватны исходному материалу, если в техническом задании не оговорено иное; •• обеспечивать соответствие объекта на местности и на исходном графическом материале; |