Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии
Подождите немного. Документ загружается.
жет применяться для создания дополнительных графических
элементов с целью составления карт высокого качества с
использованием модуля ArcPlot.
Редактор ArcEdit соединяет все удобства системы ADS модуля
Starter KIT по цифрованию покрытий с более широким набором
средств графического редактирования. В частности, он позволяет
редактировать сопряженные характеристики, добавлять надписи
высококачественными шрифтами, использовать другие слои
(покрытия) из базы данных в качестве фона, а также легко
диагностировать и исправлять ошибки ввода.
В среде ArcEdit можно работать только с графическим
монитором и клавиатурой либо применять мышь или дигитайзер
для цифрования/указания точек на карте. Кроме того, можно ввести
команду или последовательность команд выбором графического
меню, установленного на дигитайзере.
Обмен данными
Программа Data Conversion обеспечивает преобразование
данных формата Arclnfo во множество других форматов
географических данных и обратно, что позволяет интегрировать в
ГИС данные из самых различных источников, включая растровые и
векторные форматы.
Векторные форматы данных, поддерживаемые Data Conversoin,
включают в себя набор форматов: Initial Graphics Exchange
Specificaton (IGES), AutoCAD Drawing Exchange Format (DXF), U.S.
Bureau of the Genus GBF/DIME.
Точечные, линейные и полигональные покрытия Arclnfo могут
быть преобразованы в сеточные форматы, совместимые с
Grid/GridTopo программными модулями ESRI (работающими в
среде версии Arclnfo для мини-компьютеров и рабочих станций),
системой обработки изображений ERDAS и системой EPPL-7.
Программа Data Conversion позволяет конвертировать один
растровый формат в другой. Таким образом, данные, полученные в
одной растровой системе, могут быть непосредственно
преобразованы в форматы, совместимые с другой растровой
системой.
Эта программа обеспечивает конвертацию форматов Arclnfo в
форматы других автоматизированных систем и обратно.
208
\
База данных
\ В состав Arclnfo включены полная реляционная база данных
и язык \ программирования четвертого поколения для
обработки табличной информации. Процедуры базы данных
позволяют осуществлять манипулирование данными,
включая ввод, обработку и анализ данных, арифметические и
логические операции, и подготовку итоговых документов.
Табличные данные, характеризующие объекты
покрытий в системе Arclnfo, хранятся в формате dBase.
Система Arclnfo контролирует и обновляет таблицы
сопряженных характеристик в dBase-совместимых
форматах.
Система поддерживает соответствие между каждым
объектом картографического покрытия и табличными
данными. Формат dBase можно использовать для обработки
и обновления любых характеристик объектов в процессе
выполнения логических или арифметических операций над
строками, столбцами или блоками реляционных таблиц.
Реляционная модель базы данных позволяет создавать
сложные таблицы, входящие одна в другую. Одновременно
может быть связано между собой до десяти таблиц
сопряженных признаков, что дает возможность
использовать до 4 000 знаков для описания каждого
картографического объекта.
При этом применяется разделенная технология работы.
Так, для создания объектов картографических покрытий
используются средства Arclnfo, а для анализа табличных
сопряженных данных - dBase.
В качестве сопряженных характеристик объектов могут
быть использованы данные самых разных типов: целые и
дробные числа, буквенные и цифровые символы, даты.
Средства пространственного и логического анализа Arclnfo
позволяют с использованием СУБД dBase решать различные
прикладные задачи:
• идентификация всех частных владений в заданных
пределах от
данного участка;
• распечатка почтовых наклеек всем владельцам
выбранных объек
тов;
• оценка лесных ресурсов и ожидаемый выход деловой
древесины
определенного типа на данном участке за определенный
промежуток
времени;
• расчет налогов для землепользователей по налоговым
ставкам.
База данных dBase обеспечивает возможности работы с
различными форматами данных и использования существующих
файлов данных, ввода, корректировки, сортировки и анализа
информации. База данных
-*«
209
является также основой подсистемы документационного
обеспечения. Она позволяет составлять итоговые документы на
основе методов автоматизированной обработки за счет
использования развитого языка программирования. Документы
могут включать расчет общих итоговых сумм' и пяти
промежуточных итогов, формы заголовков и столбцов таблиц
длиной до пяти строк. Язык программирования содержит условные
и логические переходы, циклы, ветвления и допускает
использование локальных переменных.
Табличные данные, сопряженные с графическими данными,
хранятся в dBase-совместимом формате, поэтому любая dBase-
совместимая система хранения данных или БД совместима с
набором данных Arclnfo.
Специализированный интерфейс анализа
геоинформации
В отличие от графического редактора ArcEdit, который во
многом повторяет известные методы редактирования пакетов в
САПР и даже во многом уступает им, в ГИС должен быть встроен
специализированный интерфейс для работы с графическими
данными. В Arclnfo такой интерфейс создается с помощью пакетов
Overlay и Network.
Пакет Overlay. Он обеспечивает средства анализа и
использования географической информации, включая
взаимоналожение полигональных, точечных и линейных покрытий,
создание буферных зон, объединение полигонов и ряд других
функций, основанных на пространственной и топологической
взаимосвязи данных.
Overlay предоставляет разнообразные средства обработки и
анализа географической информации. Шесть оверлейных команд,
каждая из которых выполняет определенную функцию,
обеспечивают максимальную гибкость пространственного анализа.
Это команды: CLIP, ERASE, IDENTITY, INTERSECT, UNION и
UPDATE. При наложении картографических покрытий в
результате пересечений границ полигонов образуется новый набор
объектов покрытия. Характеристики новых полигонов
определяются характеристиками исходных, что создает новые про-
странственные и признаковые взаимосвязи данных.
Для табличного анализа-данных, полученных с использованием
пакета Overlay, можно использовать dBase-совместимую систему
хранения и анализа данных. Так, можно классифицировать участки
территории для выбора оптимальных мест строительства объектов
жилых домов, основываясь на таких критериях, как характеристики
фунтов, ук-
210
лоны, близость к зонам затопления и т.п. Можно также соединить
сетку административных районов, коммуникационные линии,
зоны затопления, статистику преступности и другую информацию
о городской среде для каждодневного анализа различных аспектов
жизни большого города.
В пакете Overlay содержится команда BUFFER для создания
буферных зон, т. е. зон, границы которых удалены на известное
расстояние от любого объекта на карте. Буферные зоны различной
ширины могут быть созданы вокруг выбранных объектов на базе
таблиц сопряженных характеристик.
Например, ширина лесных защитных полос вдоль дорог или
водотоков может автоматически задаваться в соответствии с
классом дорог или расходом водотока. Пакет Overlay позволяет
автоматически объединять друг с другом буферные зоны, удаляя
лишние внутренние границы. Он обеспечивает пользователя
средствами обработки разноплановых источников информации. В
пакете Overlay содержатся группа команд MAP JOIN для
соединения смежных листов карты в единое картографическое
покрытие и команда SPLIT для разбиения большого покрытия на
более мелкие.
Команды DISSOLVE и ELIMINATE позволяют объединять
выбранные полигоны в одном картографическом покрытии для
создания новых полигональных объектов. В частности, команда
ELIMINATE может использоваться для удаления внутренних
фрагментарных полигонов, возникающих при наложении двух
карт.
Команда RESELECT дает возможность выбирать объекты
картографических покрытий в соответствии с пространственными
или логическими критериями, заданными пользователем новых
полигональных объектов.
Команда INTERSECT соединяет две карты, оставляя только
общие для обеих карт участки.
Команда CLIP удаляет все объекты, которые оказываются за
пределами указанных пользователем границ.
Команда SPLIT разбивает картографические покрытия на
покрытия меньшего размера.
Пакет Network. Это аналитическое средство для
моделирования реальных сетей, таких, как улицы, водотоки,
телефонные линии и линии электросвязи, для поиска объектов по
его адресу (например, привязка табличных данных к
географическим объектам с использованием файлов формата
TIGER.). Пакет обеспечивает выполнение двух основных
категорий функций: анализ географических сетей и поиск объекта
по его адресу.
211
14*
Пакет Network позволяет рассчитывать оптимальные маршруты
движения транспорта, места размещения объектов, оптимизировать
районирование. Точность моделирования реальных сетей при
использовании пакета высока, так как различная информация типа
направления и стоимости передвижения или перемещения грузов
может храниться в таблицах сопряженных характеристик для
каждой линии в сети. Анализ сетей включает в себя три функции:
поиск путей, аллокацию и районирование.
Поиск путей обеспечивает оптимизацию перемещения
ресурсов по сети, например помогает выбирать альтернативные
маршруты движения машин аварийных служб в периоды
максимальной загруженности транспортных магистралей.
Аллокация позволяет отыскать ближайшие центры
(минимальную стоимость перемещения) для каждой точки сети в
целях оптимизации функционирования последней. Например,
аллокация может использоваться при поиске ближайшей станции
пожарной охраны для каждой улицы или ближайшей школы для
каждого конкретного школьника.
Районирование включает в себя группирование участков,
ограниченных элементами сети, например городских кварталов,
офаниченных улицами. Это средство ценно при планировании. Так,
районирование может использоваться для определения границ
участков доставки газет.
Если организация использует информацию, содержащую
уличную адресацию, то применение средств Network позволяет
определить характеристики объекта по его адресу. Система
геокодировки дает возможность соединить табличные данные
адресных файлов с геофафическим положением объектов в
форматах ЕТАК, TIGER или Arclnfo.
При использовании покрытий с адресацией все данные могут
анализироваться и наноситься на карту любым набором
программных средств Arclnfo.
Пакет Network полностью поддерживает выполнение таких
прикладных задач, как маркетинговые исследования, оптимизация
размещения сервисных центров по адресам клиентов, компоновка
списков расселения, распределение детей по школам, направление
машин аварийных служб, картографирование мест совершения
преступлений и др.
Успешный анализ сетей возможен только при наличии
качественных обобщенных моделей сетей и движения потоков по
ним. Структура данных системы Arclnfo, средства анализа и
отображения, содержащиеся в пакете Network, обеспечивают такую
возможность.
Особенностью системы Arclnfo является то, что она может
работать монопольно или в качестве терминала сети.
212
7.14-. Система электронных карт
"Панорама"
Отечественная разработка "Панорама" представляет собой
инструментальные средства для построения и обработки
цифровых и электронных карт на основе современных ГИС-
технологий. Система позволяет осуществлять:
• ведение картографической базы данных;
• ведение атрибутивной (семантической) базы данных;
• установление и поддержание связей между картофафическими
объектами и атрибутивными (семантическими) базами данных;
• ведение классификаторов и справочников;
• формирование и вывод отчетных, аналитических и
презентацион
ных материалов.
Технологическое обеспечение
Технология работ включает следующие этапы:
• создание и ведение классификатора RSCEdit (выполнение
подго
товительных работ, описание слоев карты, описание атрибутов
объек
тов, описание цветовой палитры, описание объектов карты);
• конвертирование растрового изображения из формата PCX во
внут
ренний формат RST системы "Панорама";
• создание паспорта проектируемой карты;
• открытие растрового файла;
• векторизация по растру;
• редактирование карты;
• проекционные преобразования;
• представление данных в заданных формах вывода.
Редактор ресурсов RSCedit. Он представляет собой профамму,
позволяющую создавать и редактировать файл ресурсов-
классификатор.
Создание паспорта карты. Оно заключается в задании
начальных параметров района работ и отдельных его листов:
название района, масштаб создаваемой карты, дискретность
цифрования, имя файла ресурсов пользователя, условный тип
карты, единицы измерения в плане и в высоте, вид эллипсоида,
система высот, система координат, проекция исходного материала,
вид рамки.
Кроме данных НЕ весь район работ необходимо завести
паспортные данные на каждый отдельный лист района работ (в том
числе и для случая, когда имеется только один лист). Эти данные
включают в себя коор-
213
динаты углов рамки данного листа, имя файла заголовка листа, вид
исходного картматериала, тип исходного картматериала.
Ведение некоторых паспортных данных контролируется на
этапе ввода.
Векторизация. Графическая информация в системе может
иметь растровую или векторные формы представления. Для
векторных данных имеется возможность послойного
представления. Набор слоев может содержать до 255 слоев, каждый
из которых содержит определенный набор векторных объектов
(всего до 65 535 видов объектов). Наборы геообъектов образуют
картографические композиции, которые отображаются принятыми
условными знаками соответствующего масштаба. К каждому
объекту может быть привязана определенная атрибутивная
информация (до 65 535 характеристик). Вся информация об услов-
ных знаках содержится в классификаторе, который может
редактироваться пользователем.
Для получения векторной формы осуществляется
векторизация, производимая по растровому изображению
(форматы PCX, TIFF, RST).
Растровые данные получают сканированием картографических
материалов или фотоснимков. Следует отметить возможность
обработки растра с помощью функций "ластик" и "перо". Растровое
изображение может быть черно-белым, 4-битным цветным или 16-
битным серым. Перед началом векторизации возможно
трансформирование растрового фона, полученного с
картографического материала по точкам рамки листа.
Векторизация осуществляется набором следующих технологий:
• ручная дигитализация объектов по растровому изображению;
• полуавтоматическое отслеживание объектов растровой карты;
• автоматическая векторизация растровой карты (по
расчлененным
оригиналам заливок);
• ввод данных с клавиатуры;
• формирование объектов векторной карты по заранее
созданным
файлам, содержащим координаты создаваемых объектов.
При создании объектов векторной карты возможно получение
динамически изменяющейся информации о длине, площади
объекта и ди-рекционном угле в сравнении с предыдущей
созданной точкой.
ГИС "Панорама" позволяет объединять отдельные
номенклатурные листы в район (до 255 листов в одном районе).
При ведении картографической базы данных решена проблема
расположения частей одного объекта на нескольких планшетах,
возникающая при ведении больших картографических баз данных.
214
Ввод атрибутивных данных осуществляется в поля таблиц,
определяемые при создании или редактировании классификатора.
Данные вводятся в трех режимах:
• после создания каждого объекта;
• после создания карты;
• путем редактирования ранее введенных данных.
В процессе создания картографических композиций решаются
вопросы генерализации.
Вся картографическая и семантическая информация хранится в
обменном формате DXF, который в 4 - 6 раз компактнее
аналогичных форматов хранения данных о местности в таких
системах, как AutoCAD, Arclnfo и т.д. Возможна конвертация
данных в обменные форматы других систем: Fl, F20V, DXF, HP-
GL/2, F20S, PCX и т.д.
Достоинством ГИС "Панорама" является наличие специаль-
ного интерфейса поиска объектов электронной карты по
характеристикам баз данных.
Редактирование карты. На уровне баз данных система
позволяет организовать редактирование, хранение и логическую
связь с базами данных типа DBF или Hi Tech.
Аналитическое обеспечение
Аналитический аппарат ГИС "Панорама" включает в себя
более десяти прикладных задач, реализованных на базе
электронной карты. Рассмотрим некоторые из них.
Система учета и регистрации землепользователей (СУРЗ).
Она основана на использовании ряда dbf-файлов.
Система СУРЗ позволяет осуществлять ведение баз данных:
• земельных участков с их основными.свойствами
(обременение,
ограничение на использование и т.д.) - реестр землевладений;
• владельцев земельных участков - реестр землепользователей;
• земельных отношений - реестр земельных отношений.
Построение матрицы высот. Матрица может содержать
высоты,
отражающие абсолютный или суммарный рельеф местности.
Абсолютный рельеф строится на основе данных о поверхности
земли, представленных горизонталями, отметками высот, урезами
воды и т.д. Суммарный рельеф создается на основе абсолютного
рельефа с учетом данных об объектах местности (леса, населенные
пункты, линии электропередач и т.д.).
215
Матрица высот формируется на отдельный лист, район работ
или участок местности. Отображение матрицы высот возможно в
виде 2D-или ЗО-представлений. Данная процедура служит основой
решения задач прогнозирования затопления и осушения
территорий.
Комплекс "Геодезия". Это специализированный комплекс для
решения прикладных задач и обработки данных полевых
наблюдений. Он предназначен для автоматизированной обработки
данных полевых геодезических работ и последующих вычислений,
а именно для построения и уравнивания данных
полигонометрических и теодолитных ходов. Комплекс позволяет
решать следующие задачи:
• автоматизированный ввод заранее подготовленных измерений
те
одолитного хода с экрана монитора;
• уравнивание точек теодолитного хода;
• отображение уравненного теодолитного хода на электронной
карте;
• возможность ввода произвольных точек, привязанных к
конкретным
объектам карты, и построение расчетных точек методом прямой
засечки;
• создание новых объектов по уравненным и произвольно
введен
ным точкам;
• формирование отчетов по результатам уравнивания, где
отражены
названия и номера точек теодолитного хода, их
откорректированные углы
и координаты.
Все действия происходят в системе электронной карты и
позволяют визуально отслеживать местоположение реальных
теодолитных ходов на местности, их полноту и корректность.
ГИС "Панорама" обеспечивает вывод изображения
электронной карты в заданном масштабе, составе, размере на
принтер как непосредственно из программы, так и из MS Windows
в формате PCX. Предусмотрена возможность вывода
картографического материала на монохромный или цветной
плоттер со стандартным зарамочным оформлением.
Достоинство системы "Панорама" - применение достаточно
простых средств для ее реализации. Для ведения кадастровых баз
данных необходим компьютер с процессором 386 и оперативной
памятью 4 Мбайта.
7.15. Система ERDAS Imagine
ERDAS Imagine занимает в области систем обработки
аэрокосмос-нимков примерно такое же ведущее положение, что и
Arclnfo в области ГИС. Это признанный мировой лидер, но в России
возможность познакомиться с ним появилась только в 1994 г. Это
модульная система, и на
216
разных платформах число модулей может различаться (некоторые
модули в настоящее время доступны не на всех платформах).
Система имеет современный графический интерфейс и,
несмотря на очевидную сложность многих выполняемых ею
функций, она проста в обучении. В комплект поставки входит
обширная гипертекстовая система Help (диалоговая
документация).
Система обладает широкими возможностями импорта и
экспорта в разные форматы. Она работает под управлением
лицензионного менеджера и имеет два варианта базового
комплекта: Imagine Vista - минимальный, Imagine Production -
стандартный.
Комплект Imagine Vista
Комплект включает в себя программу просмотра Viewer,
редактор оформления карт Map Composer и средства
импорта/экспорта. Viewer служит функциональным ядром
системы ERDAS Imagine.
Viewer. Программа реализована в виде окна на экране для
вывода растрового изображения, векторной графики и аннотаций.
Как в любой современной системе, размеры и конфигурацию этого
окна легко изменить. Можно одновременно открыть много окон,
загрузив в них один и тот же или разные объекты (снимки).
Программа Viewer включает набор функций, отнюдь не
ограниченных только просмотром снимка. Эти функции доступны
через меню, пиктограммы и клавиатурные комбинации. В
частности, в возможности Viewer входит синтезирование
мультиспектрального изображения.
В ней может быть открыто одновременно несколько растровых
и векторных слоев, перекрывающихся полностью или частично.
Есть возможность регулировать степень прозрачности слоев,
разными способами управлять масштабом изображения: задавая
число пикселей исходного изображения, приходящихся на один
пиксель экрана (zoom-ratio), указывая непосредственно
знаменатель масштаба, вписывая изображения в данный размер
окна и т.д.
Во Viewer есть средство для геометрических измерений
координат точек, длины линий, периметров и площадей
произвольных фигур. Результаты измерений направляются в
открывающееся окно текстового редактора, где они
накапливаются и могут быть сохранены в файле.
Важной функцией Viewer является работа с AOI (Area of
Interest) -рабочими областями. Многие операции над растром в
ERDAS Imagine
217