CC BY
10УДК 004.67
Дубатов Р.С.
бакалавр
Национальный Исследовательский Ядерный Университет МИФИ
(Россия, г. Москва)
Астапов Р.Л.
бакалавр
Национальный Исследовательский Ядерный Университет МИФИ
(Россия, г. Москва)
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ХРАНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ КАРТ
Аннотация: в данной статье рассматриваются преимущества и недостатки растрового и векторного формата хранения цифровых карт.
Ключевые слова: цифровые карты, растровые карты, векторные карты, GPS.
Первые экспериментальные разработки по созданию цифровых карт начались в 70-е гг. в военной отрасли. Из-за отсутствия единых требований к их структуре, возникло множество форматов хранения, которые использовались различными компаниями. Цифровые карты хранят в себе геоданные - данные, содержащие привязку к местности. Форматы представления карт разделяют на два основных типа: растровые и векторные.
Растровое изображение представляет собой упорядоченный набор пикселей. Одним из форматов хранения данного типа является битовый образ, хранимым в файле с расширением .bmp. Эти файлы быстро отображаются на экране, но имеют больший размер, по сравнению с другими форматами.
Картографическое изображение содержит большие участки с однородным фоном, которые можно легко сжать, уменьшив конечный размер файлов. Одним из популярных алгоритмов сжатия являлся алгоритм LZW (Lempel-Ziv-Welch), который использовался в формате GIF (Graphic Interchange Format). В 1995 году было запрещено использование данного алгоритма без лицензии, поэтому разработчики графических программ стали использовать менее эффективные, но бесплатные методы сжатия. Одним из таких алгоритмов является JPEG (Joint Photographic Experts Group), но он не очень подходит для карт, так как в процессе компрессии теряется четкость линий. Для решения этой проблемы был разработан формат PNG (portable network graphics), который использует сжатие без потерь, что позволяет сохранять качество изображений. Также возможно использование формата TIFF (Tagged Image File Format). Перед отображением на экране, сжатое изображение должно быть декодировано, что вносит дополнительные задержки в работу графических программ. [1]
Растровые изображения могут содержать в себе схематические или фотографические изображения карт и планов местности. На рисунке 1 представлен снимок местности, полученный со спутника. Одним из преимуществ использования растра является возможность создания цифровой карты, путем сканирования бумажного оригинала. Далее возможно
редактирование полученного изображений в графическом редакторе или добавление комментариев. Но при этом, растровые карты остаются обычной картинкой.
Рис. 1. Снимок города, полученный со спутника
Основным ограничением при использовании растров в качестве карт, является невозможность идентификации компьютером отдельных объектов. Изменение масштаба карты представляет собой увеличение или уменьшение изображения. Для улучшения детализации, некоторые программы, при изменении масштаба, заменяют текущую карту. Такой метод требует подготовки набора карт одного региона в разных масштабах, что является причиной увеличения количества файлов и их общего размера занимаемой памяти.
Для использования с GPS приемниками требуется предварительная калибровка карты. Калибровка позволяет преобразовать положение на карте, выраженное в пикселях, в значения широты и долготы, также возможен и обратный процесс, когда географические координаты преобразуются в пиксельные размеры и отображаются на карте.
Векторные карты, в противоположность растровым, не являются изображением и не содержат в себе картинки местности. Векторная карта хранит информацию о точках, линиях, соединяющих эти точки, и полигонах, которые являются замкнутой последовательностью линий. Каждый объект в карте может иметь дополнительные атрибуты, такие как цвет, название, комментарии. К примеру, объект типа «Здание» представляет собой замкнутый полигон, определенного цвета, хранящий в себе название, адрес, подтип объекта. Эти данные используются не только для отображения на карте, но и для различных алгоритмов поиска и сортировки. На рисунке 2 представлен скриншот из программы JOSM, работающей с векторными картами. [2]
Рис. 2. Карта района города
Пользовательское представление векторной карты генерируется в процессе её использования, в большинстве случаев программы преобразовывают векторную карту в изображение. При использовании в GPS приемниках на экран выводятся только объекты, расположенные в непосредственной близости от текущего местоположения. Перемещение приемника или изменение параметров карты сопровождается сменой изображения, происходит повторная генерация карты с учетом новых параметров. В зависимости от масштаба, объекты могут быть представлены в различном виде - схематически, подробно или отсутствовать. Это позволяет уменьшить время отрисовки карты. Каждое перемещение требует новой отрисовки карты и всех видимых объектов, следовательно, чем больше объектов и чем детальнее они представлены, тем больше времени уйдет на обработку. Поэтому на маленьком масштабе нет смысла детально отображать небольшие повороты дороги или изгибы реки, достаточно их общего представления. Также это касается домов в городах, при удалении они будут сливаться в единое пятно. При увеличении масштаба карты, улучшается её детализация и увеличивается количество отображаемых объектов. Задача представления объектов на определенном масштабе лежит на навигационной программе. [1]
По сравнению с растровыми, векторные карты имеют большее количество форматов. Некоторые карты могут быть представлены в единых
картографических форматах, другие хранятся в закрытом формате, с которым могут работать программы только одной компании. Наиболее популярными форматами являются KML, GPX, GeoJSON и OSM.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Форматы представления электронных карт - URL: http://yug-gps.narod.ru/docs/001 x/st010. htm
JOSM - URL: https://wiki.openstreetmap. org/wiki/RU: JOSM
