CC BY
202
УДК 004.9, 378.147.88
Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2014. Вып. 4
А. А. Заболотский
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТКРЫТОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ И ПЛАНОВ МАСШТАБОВ 1:500-1:10 000 НА ПРИМЕРЕ СОЗДАНИЯ ГИС «САБЛИНО»
Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9
В статье рассматриваются возможности использования открытого программного обеспечения при создании электронных топографических планов. Подробно описана технология создания стилей условных знаков в программе QGIS в соответствии с требованиями технической документации. Библиогр. 6 назв. Ил. 4. Табл. 1.
Ключевые слова: УНС «Саблино», ГИС, открытое программное обеспечение, программа QGIS, ортофотоплан, БПЛА.
USE OF OPEN SOURCE SOFTWARE TO PRODUCE DIGITAL TOPOGRAPHIC MAPS AND PLANS SCALED 1:500-1:10 000 THROUGH THE EXAMPLE OF GIS «SABLINO»
A. A. Zabolotskij
St. Petersburg State University, 7/9, Universitetskaya nab., St. Petersburg, 199034, Russian Federation
This article discusses the possibility of using open source software to create electronic topographical plans. It describes in detail the technology of creating styles of symbols in QGIS in accordance with the technical documentation. Refs 6. Figs 4. Table 1.
Keywords: Educational scientific station «Sablino», Geographic Information System (GIS), open sourse software, QGIS program, ortofotoplan, UAV.
Топографические карты и планы являются основой и отправной точкой практически любого научного или прикладного исследования пространственных явлений.
В настоящее время традиционные бумажные карты продолжают стремительно уступать место картам электронным. Хранение картографической информации в электронном растровом виде дает возможность просматривать материалы на множестве электронных устройств, легко их переносить, а также мгновенно создавать их копии. Однако растровые данные медленно обрабатываются, занимают много места на жестком диске. Кроме того растровая модель данных не располагает широким спектром возможностей взаимодействия с отдельными объектами.
В отличие от растровых данных, пространственные данные в векторном формате имеют значительные преимущества в скорости поиска необходимых объектов и их атрибутов, в их выборке и нахождении пространственных зависимостей между различными явлениями и объектами, а также в оперативном обновлении информации.
Учебно-научная станция «Саблино» обеспечивает образование широкого круга специалистов, изучающих науки о Земле, для которых пространственный фактор является основным в научной деятельности. Данное обстоятельство подчеркивает необходимость создания надежной и актуальной топографической основы на всю территорию учебного полигона Саблинской станции.
Геоинформационная система (ГИС) «Саблино», о задачах которой подробнее говорилось в предыдущей статье [1], призвана создать условия для комплексного изучения Саблинского памятника природы и вывести образовательный процесс
полевых учебных практик на более современный уровень. ГИС «Саблино» будет использована в качестве основного инструмента преподавателя при проверке студенческих работ, оценке их точности и достоверности.
С помощью ГИС материалы, накопленные в результате летних полевых практик, будут храниться в единой системе, что позволит использовать их для достижения научных результатов и написания любых работ.
Основной инструмент для работы с пространственной информацией ГИС «Саблино» — открытый программный продукт QuantumGIS.
Quantum GIS (QCIS) — свободная кроссплатформенная геоинформационная система, работа над которой началась в мае 2002 г. Цель создания QGIS сделать использование геоинформационных систем легким и понятным для пользователя, чего создатели программы отчасти добились: интерфейс Quantum GIS в некоторых аспектах превосходит широко распространённые проприетарные ГИС [2].
Программа Quantum GIS позволяет просматривать и накладывать друг на друга векторные и растровые данные в различных форматах и проекциях без преобразования во внутренний или общий формат.
С помощью удобного графического интерфейса можно создавать карты и исследовать пространственные данные. Графический интерфейс включает в себя множество полезных инструментов, например:
• перепроецирование «на лету»;
• компоновщик карт;
• панель обзора;
• пространственные закладки;
• определение;
• выборка объектов;
• редактирование атрибутов;
• просмотр и поиск атрибутов;
• подписывание объектов;
• изменение символики векторных и растровых слоёв;
• добавление слоя координатной сетки;
• добавление к макету карты стрелки на север;
• линейки масштаба и знака авторского права;
• сохранение и загрузка проектов, а также многое другое.
В настоящее время QGIS предоставляет возможность использовать инструменты анализа, выборки, управления геометрией и базами данных.
Quantum GIS обладает расширяемой архитектурой модулей, которые могут быть добавлены из репозитория либо созданы пользователем с помощью предоставляемых программой библиотек. Кроме того, существует возможность создавать отдельные приложения, используя языки программирования C++ или Python.
Для обеспечения распределенного доступа к ГИС «Саблино» было принято решение о размещении материалов в базе данных на едином сервере. В качестве системы управления базами данных (СУБД) была выбрана PostgreSQL — свободная объектно-реляционная СУБД.
Сильными сторонами PostgreSQL считаются:
• поддержка БД практически неограниченного размера;
• мощные и надёжные механизмы транзакций и репликации;
• возможность писать процедуры практически на любом языке, мощный внутренний язык PL/pgSQL;
• наследование [3].
В качестве исходных данных использовались ортофотопланы в формате Geo-TIFF на территорию Саблинского полигона с пространственным разрешением 1 м и 0,064 м, охватывающие территорию около 17 квадратных километров. Съемки производились компанией «Геоскан» в конце мая — начале июня 2012 г. с помощью аэрофотосъемочного комплекса Geoscan 101. Ортофотопланы были привязаны в Поперечно-цилиндрической проекции Меркатора эллипсоида WGS-84 (зона 36 N).
Ортофотопланы с разрешением 1 м использовались для основного объема работ, так как небольшое разрешение быстрее обрабатывается техникой и вполне достаточно для предварительной векторизации. Впоследствии границы объектов уточнялись с помощью ортофотопланов с разрешением 0,064 м.
Основой для создания набора стилей условных знаков послужили шаблоны в формате SVG, выложенные в свободном доступе на сайте ГИС Ассоциации.
Условные знаки создавались в соответствии с требованиями ГОСТ P 50828-95 «Геоинформационное картографирование. Пространственные данные, цифровые и электронные карты» для составления электронных карт всего масштабного ряда [4].
Предварительная классификация и векторизация объектов производились студентами второго курса обучения кафедры землеустройства и кадастра в качестве практической работы в рамках курса «Информатика с основами ГИС».
Ортофотоплан был поделен на девять частей по числу студентов в группе.
В задачи студентов входило:
• создание набора слоев для элементов общегеографического содержания;
• визуальная классификация объектов местности;
• векторизация объектов местности;
• создание стилей условных знаков для масштаба 1:10000.
В результате было получено девять проектов в программе QGIS, которые содержали в себе около 170 слоёв в формате Shapefile.
Студенческие работы нуждались в уточнении, исправлении и сведении в единый проект. В параметрах слоев некоторых работ была неверно задана система координат, что существенно осложнило объединение пространственных данных. Наиболее трудоемким процессом стало исправление ошибок классификации и локализации объектов. Кроме того, приходилось исправлять многочисленные несоответствия на стыках участков выполненных студентами работ, а также заново векторизовать крупные объекты, фрагментированные по причине их принадлежности к нескольким участкам одновременно.
Проект, полученный по итогам сведения студенческих работ, содержит 22 слоя и около трех тысяч объектов (рис. 1).
Для корректного отображения картографических данных необходимо было создать набор стилей условных знаков. Разработка стилей производилась в соответствии с требованиями к условным знакам электронных карт и планов.
Большинство стилей условных знаков многослойны и создавались вручную в редакторе стилей Quantum GIS.
Так как масштабирование условных знаков в QGIS происходит некорректно, было принято решение создать отдельное правило отображения стиля для каждого
Слои
В X ¿f населенный пункт
S X С здания [1708] [1711] И X' пашня/огород [163] И X заборы [451 □ X ^ коммуникации
S X V Трубопроводы [2] В X V ЛЭП [0] В X м дороги/тропы 0 X V Шоссе [4]
В XV полевые/лесные дороги [47] В X V Ж/д пути [2] В х V Улицы [183] В X V тропы [211] В X гидрография В х V канавы [50] В X V реки (линейные) [4] В X С-' реки/озера (полигональные) [54] В х С болота [0] S X | прочее В X растительность
В X отдельностоящие кустарники [175] В XV лесополоса [38] 0X1/ кустарники [106] В X С~ лесная растительность [100] В X Отдельностоящие деревья [39] В X С луговая растительность [1] Е) X кварталы [4]
Sabiino_orto_300m_lm
Рис. 1. Набор слоев проекта ГИС «Саблино»
масштаба в отдельности. Размеры условных знаков, заданные в единицах карты, с масштабированием не изменяются и, следовательно, наилучшим образом подходят для создания независимого масштабного ряда.
Для соответствия условных знаков требованиям оформления топографических карт и планов их размеры на экране вычислялись по формуле:
Ь
a =-х c,
1000
где а — размер условного знака в единицах карты (метрах); Ь — знаменатель масштаба; о — размер условного знака согласно требованиям ГОСТ Р 50828-95 в миллиметрах.
Каждый файл в формате QML содержит стили объектов для нескольких масштабов одновременно. Условный знак заданного масштаба отображается в пределах определенного диапазона (табл. 1).
Таблица 1. Диапазоны отображения условных знаков
Масштаб условного знака Масштабы отображения в QGIS
1 : 500 1:1 - 1:999
1 : 1 000 1 : 1 000 - 1 1 999
1 : 2 000 1 : 2 000 - 1 4 999
1 : 5 000 1 : 5 000 - 1 9 999
1 : 10 000 1 : 10 000 - 1 24 999
1 : 25 000 1 : 25 000 - 1 49 999
На рисунках даны примеры отображения условных знаков при масштабах 1 : 500, 1 : 2000 и 1 : 10 000 (рис. 2, рис. 3, рис. 4).
Рис. 2. Фрагмент электронного плана масштаба 1 : 500
Рис. 3. Фрагмент электронного плана масштаба 1 : 2000
Рис. 4. Фрагмент электронного плана масштаба 1:10000
В результате работы были созданы топографические планы масштабов 1 : 5001 : 25 000 на территорию Саблинского полигона, отображаемые в соответствии с требованиями технической документации и удовлетворяющие потребностям ГИС «Саб-лино».
Проделанная работа не только упрощает визуальное восприятие пространственной информации о Саблинском учебно-научном полигоне, но и является картографически грамотным произведением, созданным с помощью программного продукта с открытым исходным программным кодом.
Литература
1. Заболотский А. А. Совершенствование учебного процесса с помощью геоинформационных технологий при проведении полевых учебных практик на территории УНС «Саблино» // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 7. 2013. Вып. 4. С. 175-182.
2. Quantum GIS // Википедия — свободная энциклопедия. URL: ru.wikipedia.org/wiki/QGIS (дата обращения: 02.04.2014).
3. PostgreSQL // Википедия — свободная энциклопедия. URL: ru.wikipedia.org/wiki/PostgreSQL (дата обращения: 02.04.2014).
4. ГОСТ Р 50828-95. Геоинформационное картографирование. Пространственные данные, цифровые и электронные карты. Введ. 18.10.95. М.: Изд-во стандартов, 1996.
5. Геоскан // Беспилотные аэрофотосъемочные комплексы. URL: www.geoscan.aero (дата обращения: 05.04.2014)
6. Лурье И. К. Геоинформационное картографирование. М.: Изд-во «КДУ», 2009. 424 с.
Статья поступила в редакцию 28 июня 2014 г.
Контактная информация
Заболотский Андрей Андреевич — ассистент; [email protected]
Zabolotskiy Andrey A. — Assistant Professor; [email protected]
