Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии
Подождите немного. Документ загружается.
Базисными эти модели называются еще и потому, что играют
роль базиса разложения исходных моделей объектов для
последующего построения цифровых моделей.
Важная особенность этих моделей, которая часто ускользает от
многих специалистов, состоит в том, что они являются не только
набором (данных) графических файлов. Они определены на
множестве как типов данных , так и правил преобразования этих
моделей и построения на их основе сложных моделей.
В большинстве фотограмметрических систем обработки
данных роль базовых информационных единиц играет логическая
запись, задаваемая только кодом и координатами точки
трехмерного пространства. Набор структур базисных моделей и
какая-либо топология отсутствуют.
В силу произвольного расположения точек подобные
технологии требуют при каждом построении модели определения и
кодирования связей между точками. В свою очередь, это
увеличивает объем семантического моделирования и затрудняет
типизацию данных.
В отличие от примитивов типа "точка" базисные модели
обладают элементарной структурой (топологией) и связями между
точками, образующими базовую модель. Перед началом измерений
масштаб их не установлен.
Применение базисных моделей требует дополнительной
классификации объектов на этапе дешифрирования снимков. При
обработке снимков измеряется не каждая точка объекта, как в
традиционной технологии, а только ограниченное количество
точек и параметров (новый вид измерений) объектов, состоящих из
базисных моделей. Делается это для определения местоположения
групп точек, образующих базисные модели, и для определения их
масштабов или пропорций.
Агрегативная модель. На первом и втором этапах
фотограмметрического проектирования исходная модель
(изображение на снимке) представляется как агрегативный
комплекс (составная модель), построенный на основе абстракции
типа "агрегация". С использованием метода пошаговой
детализации эта сложная модель разлагается на более мелкие до
тех пор, пока не будет представлена набором заданных в БД базис-
ных моделей.
Полное разложение объекта на составляющие базовые модели
и установление связей между ними определяет агрегативную
модель. Другими словами, агрегативная модель - совокупность
базисных моделей с набором связей, описывающих реальный
объект на логическом уровне.
168
Агрегативная модель представляет собой "каркас", или схему,
объекта. Она несет в себе индивидуальные топологические
характеристики • объекта, но.не имеет полной метрической нагрузки.
Поскольку агрегативная модель организована на основе извест-
ных (типовых) базисных моделей, которые определены на
множестве типов данных и правил преобразования, то с
организацией ее структуры одновременно определяется набор
правил ее построения и преобразования как подкласс общего
класса преобразований базисных
моделей.
Итак, агрегативная модель определяется как совокупность
базисных моделей с набором связей между ними и набором правил
построения и преобразования некоего подкласса (а не одного)
объектов.
Важная технологическая особенность фотограмметрического
проектирования состоит в том, что процесс индивидуального
измерения координат точек в традиционных технологиях
заменяется процессом измерения параметров классифицированных
групп точек.
Этот подход обеспечивает два заметных преимущества при сборе
данных:
1) использование базисных моделей значительно уменьшает
объем
семантического моделирования при сборе информации об объекте и
объем измерения координат точек;
2) повышается надежность измерений, так как наличие известной
структуры позволяет корректировать измеренные координаты точек
снимков до этапа вычисления по ним пространственных координат
то
чек объектов.
Такой подход применим для всех геообъектов, имеющих
структуру, которая может быть определена через набор структур
базовых моделей.
На этапе цифрового моделирования при таком подходе
используются преимущества типового проектирования (на основе
базисных моделей) перед индивидуальным проектированием (с
применением множества отдельных точек).
Дальнейший процесс проектирования происходит на третьем,
четвертом и частично на пятом этапах (см. рис. 6.4).
На основе измерений снимка агрегативная модель дополняется
необходимыми параметрами.
Цепью первых четырех этапов проектирования является
построение цифровой модели (местности или объекта). Цифровая
модель должна быть организована так, чтобы ее можно было
многократно использовать при решении различных
технологических задач, что потребует большего объема данных,
чем для решения одной.
169
Обобщенная модель. Цифровая модель, сформированная на
основе агрегативной модели и множества измерений, должна
обладать информационной избыточностью по отношению к модели
одиночного объекта. В ней должны храниться избыточные
координатные данные и характерные для баз данных метаданные.
В процессе фотограмметрического проектирования создается
избыточная цифровая модель.
Обобщенная модель - информационно переопределенная (по
отношению к одиночной) модель, построенная на основе
агрегативной модели и множества измерений и определенная на
множестве моделей представления и множестве правил
построения.
Обобщенность модели выражается в том, что она, хотя и
содержит все индивидуальные признаки объекта, изображенного
на снимке, располагает дополнительной информацией для
описания и построения ряда подобных или близких моделей.
Объектная модель. На этапе представления информации
создается объектная модель, которая является описанием
конкретного объекта моделирования или проектирования.
Объектная модель определяется как форма реализации или
представления обобщенной модели в цифровом, графическом или
другом виде на основе задания на построение модели объекта.
Реализация метода
фотограмметрического
проектирования
Применяя системный подход, формализуем описанные
технологические процессы. Будем обозначать переменной X
входные величины, а переменной У-выходные.
При фотограмметрическом проектировании входные величины
в общем случае могут включать множество измерений X
1
,
множество базисных элементов Х
г
, множество связей Х
3
,
множество элементов проектного задания Х
4
.
Выходные величины включают агрегативную (Y
t
), обобщенную
(Y
2
), объектную (Y
3
) модели.
Для описания основных процессов достаточно трех
формализованных выражений:
P
1
:(X
2
хX
3
)->Y
1
;
P
2
:(Y
1
хX
1
)->Y
2
;
P
3
:(Y
2
xX
4
)->Y
3
,
где P
1
— построение агрегативной модели Y
1
как отображения
декартова произведения подмножества X
2
базисных
элементов и множества связей объекта Х
3
;
Р
2
- построение обобщенной модели Y
2
как отображения
декартова произведения подмножества X
1
, реальных
измерений и агрегативной модели Y
1
;
Р
3
- построение объектной модели К, как отображения
декартова произведения подмножества Y
2
элементов
обобщенной модели и множества данных проектного
задания X
4
.
Такой подход к получению проектных решений в ГИС
применим для широкого класса геообъектов, элементы
которых имеют определенную структуру.
Принципиальным в данной технологии следует считать
возможность получения проектных решений для двух
классов задач: для объектов, полностью изображенных на
снимках , и для объектов, изображенных частично или не
изображенных на снимках.
В первом случае возможно построение статической
модели объекта или при наличии набора снимков
( измерений, разделенных по времени) динамической модели
изменения состояния объекта.
При построении статической модели используют набор
снимков видимой части объекта при условии их получения в
одно время.
Для построения динамической модели применяют снимки
объектов, полученных в разное время. На основе набора
снимков получают либо картину развития процесса за период
исследований, либо визуальное представление области
изменения.
Во втором случае для объектов, изображенных частично
или не изображенных на снимках, процесс получения модели
возможен на основе разложения объекта на базисные
составляющие по видимой части фотографии и
моделирования той части объекта, которая на снимках не
показана.
Таким образом, технология фотограмметрического
проектирования позволяет решать принципиально новый
класс задач: построение чертежей и моделей объектов,
которые в явном виде на фотоснимке не изображены.
а
Рис. 6.5. Применение фотограмметрического проектирования для построения цифровой
модели объекта: а - вид современного южного фасада, построенный на основе обобщенной
цифровой
модели; б - вид южного фасада Никольской церкви на Старом Ваганьково, построенный
на основе обобщенной цифровой модели и архивного снимка; в - фотограмметрический проект
восточного фасада церкви, невидимого на снимке
б
Рис. 6.5. (Продолжение)
в
Рис. 6.5. (Окончание)
Следует отметить, что
такие задачи решаются
только для класса
геоинформационных
объектов, которые с по-
мощью процедур
декомпозиции могут быть
р а з л о ж е -н ы на полный
набор базисных
составляющих элементов и
определены на множестве
правил преобразования и
построения.
В качестве примера
применения
фотограмметрического
проектирования можно
привести построение
проекта фасадов
Никольской церкви на
Старом Ваганьково (ныне
ДК им. П. Морозова, г.
Москва) с использованием
архивного снимка южного
фасада.
При проведении
комплекса полевых работ
были сделаны обмеры
объекта по всем фасадам,
что позволило создать
обобщенную цифровую
модель современного
состояния объекта, по
которой были построены
все четыре фасада.
На рис. 6.5, а показана
объектная модель (чертеж
южного фасада), созданная
в результате обработки
современных снимков и
построения обобщенной
модели.
Затем был использован
единственный архивный
снимок этого же южного фасада. На основе комплексной
обработки
данных со снимка
и обобщенной
цифровой модели
современного
состояния
объекта была
построена новая
обобщенная
цифровая модель
объекта до его
реконструкции.
На рис. 6.5,6
показана
объектная модель
этого же фасада,
полученная путем
синтеза
современных
снимков и одного
архивного.
Поскольку
обобщенная
модель была
определена на
совокупности
правил
преобразования и
построения, это
дало возможность
построить
невидимый на
снимке фасад,
применяя эти
правила к
обобщенной мо-
дели объекта.
На рис. 6.5, в
показана объектная
модель восточного
фасада, построенная на
основе обобщенной модели
объекта до периода ее
реконструкции. Таким
образом, с использованием
концепций ГИС решена
принципиально новая
задача — определение
планов объекта, невидимых
на фотоснимках.
Выводы
Цифровое
моделирование является
основой организации,
хранения, обновления и
представления
пространственно-
временных данных в
ГИС.
Цифровые модели ГИС
совершенствуются,
появляются новые, на-
пример цифровая модель
явления.
Особенность
формирования ЦММ в
геоинформационных
технологиях заключается
в создании их как
структуры базы данных.
Информационно
ЦММе системе ГИС
должна быть
переопределена по
отношению к модели
одиночного объекта. Она
должна содержать не
только параметры
объекта, но и свойства класса объектов, а также набор методов
преобразования и построения объектов этого
класса.
Метод фотограмметрического проектирования появился как раз-
витие технологий цифрового моделирования в ГИС: Он имеет следую
щие основные преимущества:
1. Уменьшение объема семантического моделирования при сборе
информации за счет определения меньшего числа связей между
элементами объекта по сравнению с большим числом связей между
множеством точек объекта.
2. Сокращение объема геометрического моделирования при сборе
информации за счет измерения меньшего числа параметров
элементов по сравнению с большим числом координат точек
объекта.
3.Упрощение процесса построения реляционной модели базы
дан
ных благодаря использованию более типизированной модели
базисных
объектов по сравнению со слаботипизированной моделью
множества
точек.
4.Появление дополнительных возможностей контроля и
коррек
ции метрических данных за счет использования известных
свойств
структур базисных моделей.
5.Расширение возможностей автоматизированного ввода
инфор
мации (автоматизированное распознавание образов) благодаря
исполь
зованию известного набора форм базисных моделей.
6.Более эффективное использование технологий САПР и
получение
проектных решений.
7.Более эффективное использование графических баз
данных на
этапе сбора информации, поскольку при разложении модели
объекта
применяются графические примитивы. При этом исключаются
про
цедуры преобразования наборов точек объекта в элементы
графичес
кой базы данных на этапе моделирования.
Инструментальные
средства
ГИС
7.1. Назначение и возможности
Инструментальные пакеты программного обеспечения в
отличие от жестко функциональных систем (под ключ)
позволяют настраивать систему с учетом особенностей работы,
вида информации, методов ее обработки, хранения и
представления.
Серия модулей, составляющих большинство
инструментальных пакетов ГИС, обеспечивает, с одной
стороны, определенную свободу выбора технологии обработки,
с другой - решение достаточно общих задач: цифрование карт,
обмен данными в различных форматах, работа с реляционной
базой данных, наложение карт, визуализация карт на дисплее,
ответы на широкий набор запросов, интерактивное графическое
редактирование, поиск объектов по их адресам и анализ
линейных сетей с их оптимизацией.
В большинстве инструментальных ГИС осуществляется
комплексная обработка информации - от сбора данных до ее
хранения, обновления и представления. Такие системы
относятся к классу полных. Они включают технологии сбора
информации, используют максимальное количество методов
моделирования, автоматизированного проектирования и
решают ряд специальных проектных задач, которые в типовом
автоматизированном проектировании не встречаются.
Как системы представления информации ГИС являются
развитием автоматизированных систем документационного
обеспечения.
В последнее время более 100 организаций и фирм
распространяют в России зарубежные" системы для создания
ГИС-технологий. Эти системы отличаются как назначением, так
и требуемыми ресурсами. Например, версии AtlasGIS могут
функционировать даже на процессоре
-12-3
17
7