Принципы создания растровых ГИС для широкого круга пользователей на основе цифровых топографических карт (ЦТК) Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 528.9

А.И. Вдовин, С.С. Титов, П.П. Мурзинцев ВЕАГП, Минусинск, СГГА, Новосибирск

ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ РАСТРОВЫХ ГИС ДЛЯ ШИРОКОГО КРУГА ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ЦИФРОВЫХ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ (ЦТК)

Анализируются принципы и методика действий при обработке исходной информации для создания цифровых топрографических карт. Выявлена закономерность, позволяющая определить географические координаты любой точки растра.

A.I. Vdovin, S.S. Titov, P.P. Mursinzev Verhneeniseyskoe Aerogeodesic Enterprise (VEAE)

22 Tuvinskaya, Minusinsk, 662605, Russian Federation SSGA, Novosibirsk

PRINCIPLES OF CREATION OF RASTER GIS FOR A WIDE RANGE OF USERS

Article describes principles of creation of raster GIS, based on the digital topographic maps. Tiles making is described.

Наряду с традиционной для геоинформационных систем векторной формой хранения пространственных данных, всё большую популярность у рядового пользователя приобретают картографические сервисы, основанные на растровых данных («Google Maps», «Яндекс Карта» и т.п.). Подобная форма представления информации пользователю обладает рядом определенных преимуществ. Авторам данной статьи кажется целесообразным, точно так же применять растровую форму при предоставлении конечному потребителю цифровых топографических карт открытого пользования (ЦТК ОП), создаваемых по госзаказу.

Рядовому пользователю ГИС не требуется мощный инструментарий для решения прикладных задач. В подавляющем большинстве случаев, люди, не являющиеся специалистами в области картографии, воспринимают цифровую (векторную) карту, как «картинку», не вникая в принципы внутренней организации базы данных с пространственной привязкой, локализацией записей. Основные требования обычных пользователей можно свести к следующим:

- Детальность и полнота отображаемой информации;

- Читаемость подписей объектов; цветовая гамма, позволяющая различать объекты;

- Наличие генерализации объектов при масштабировании карты;

- Возможность подключения/отключения дополнительных слоёв поверх основной карты (например: границы субъектов, точки интереса и т.п.);

- Удовлетворительная скорость работы приложения; небольшой объем загружаемой информации при работе по сети;

- Наличие инструментов измерения длин и площадей;

- Возможность подключения GNSS-приемников для осуществления навигации.

Практически все вышеуказанные требования реализуемы в растровых ГИС.

В свою очередь, наряду с пожеланиями пользователей, существуют требования правообладателя картографического материала, предъявляемые к информационной системе. Организации, обладающие правами на ЦТК для территории РФ, в большинстве случаев, не заинтересованы в предоставлении векторных карт рядовым пользователям. Это связано как с противоречивыми требованиями к секретности топографических карт, так и с низкой культурой отношения к объектам чужой интеллектуальной собственности среди потребителей в целом. Решением данной проблемы отчасти является использование растровых данных, подвергнутых криптографической защите, в ГИС-приложениях с закрытым кодом. Подобный метод сведет к минимуму несанкционированное использование картографических материалов и исключит возможность воровства точной метрической информации об объектах ЦТК.

Таким образом, задачи, стоящие перед разработчиками растровых ГИС на основе цифровых топографических карт, сводятся к созданию форматов и принципов хранения картографической информации и написанию ПО, содержащего необходимый набор функций.

Ниже приведена последовательность действий при обработке исходной ЦТК.

ЦТК

цткоп

____ I ___________

согласование и коррекция цветов масштабного ряда

переход в

выбранную

проекцию

Рис. 1. Технологическая схема подготовки картографической основы для

растровой ГИС

На первом этапе с исходной ЦТК требуется убрать все секретные объекты и характеристики. Технология создания ЦТК ОП разработана ЗАО «Институт Телекоммуникаций» и применяется предприятиями -картосоставителями.

В случае расхождения цветовой гаммы одних и тех же объектов в различных по масштабу картах, требуется привести цвета к единому стандарту. Данная операция упрощает восприятие пользователем картографической информации при масштабировании.

Выбор оптимальной картографической проекции и переход к ней являются одними из важнейших этапов подготовки данных. Сохранение проекции Гаусса-Крюгера в неизменном виде не позволит отображать непрерывно более одной шестиградусной зоны. Таким образом, требуется глобальная цилиндрическая проекция, как наиболее удобная для восприятия пользователем. Обычно для подобных целей применяется равноугольная проекция Меркатора, являющаяся традиционной в некоторых странах. Но, при внимательном рассмотрении, главное достоинство проекции, выражающееся в сохранении углов, не имеет определяющего значения при автоматизированном проведении расчетов по карте, без применения традиционных измерительных инструментов. Существенным недостатком проекции является значительное искажение площадей у полюсов, приводящее к не совсем корректному восприятию карты пользователем. Так, например, визуально Гренландия в проекции Меркатора значительно превосходит по площади Австралию и соизмерима с Южной Америкой. Применение равновеликой цилиндрической проекции обладает схожими недостатками («сплющенность» у полюсов). Решением данной проблемы видится применение в растровых ГИС равнопромежуточной (прямоугольной) цилиндрической проекции.

Рис. 2. Цилиндрическая равнопромежуточная проекция (Cylindrical

Equidistant Projection) [2]

Эта проекция, наряду с удовлетворительным для пользователя внешним видом, обладает существенными преимуществами для разработчика ГИС. Географические координаты широта и долгота, представлены в прямоугольном виде, размеры градуса одинаковы по всей площади проекции, эта особенность позволяет разработчику четко и однозначно связать размерность битовой карты изображения с географическими координатами. Это сводится буквально к следующему: долготы - столбцы битовой карты,

широты - строки, величина градуса однозначно связана с величиной ячейки битовой карты изображения

N (°) = N* K (pixel),

где N - любое положительное число, K - масштабный коэффициент.

Вышеуказанная закономерность позволяет легко определить географические координаты любой точки растра, и свести все прикладные задачи по измерениям длин линий, площадей к классическим задачам геодезии на эллипсоиде с известными параметрами.

Растеризация векторных карт осуществляется штатными средствами ПО «Панорама». Благодаря предыдущему этапу номенклатурные листы топографических карт приобретают прямоугольную форму, вместо трапециевидной, что значительно упрощает всю последующую обработку.

Процедура нарезки растровых изображений номенклатурных листов на более мелкие элементы введена для ускорения работы программы по отображению данных. Фрагменты, получившиеся в результате нарезки растра (сгенерированного ПО «Панорама») имеют палитру от 1 до 16 различных цветов (в среднем 4). В качестве формата хранения изображений целесообразно применять форматы типа *.png и *.gif, структура указанных форматов позволяет оптимально сжимать растровые файлы с небольшой палитрой.

Для обеспечения защиты растровых файлов от несанкционированного использования без согласования с правообладателем, рекомендуется подвергнуть полученные в результате «нарезки» фрагменты криптографической защите. С последующим дешифрованием в ходе работы пользовательского приложения.

Структура программного обеспечения растровой ГИС не представляет особой сложности в реализации.

Рис. 3. Структура ПО растровой ГИС

Стоит отметить наличие модуля дешифрования в программном коде, благодаря которому криптографическая защита снимается с растра непосредственно перед его отображением.

Кроме того, рекомендуется использовать двукратные ступени при формировании масштабного ряда, т.е. 1:800000 (вместо 1:1000000), 1: 400000 (вместо 1:500000), 1:200000, 1:100000, 1:50000, 1:25000, 1:12500 (вместо 1:10000), 1:6250 (вместо 1:5000) и т.д. Благодаря такому подходу,

масштабирование представляет собой замещение одного фрагмента более мелкого масштаба ровно четырьмя фрагментами более крупного масштаба. Хотя, это и не является обязательным требованием.

Предложенные методы и рекомендации позволяют реализовать растровую геонформационную систему с четкой структурой и максимально автоматизировать конвертацию исходных ЦТК в конечный вид. Методику предлагается использовать, в первую очередь, для создания систем предоставления рядовым потребителям картографической продукции открытого пользования, создаваемой по госзаказу.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Инструкция Главного управления геодезии и картографии при Совете Министров СССР о порядке составления и издания планов городов и других населенных пунктов, предназначенных для открытого опубликования и с грифом "для служебного пользования" (СПГ-88)

2. http://mathworld.wolfram.com/topics/MapProjections.html - «Map Projections»

3. http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/059/563.htm - «Картографические проекции»

© А.И. Вдовин, С.С. Титов, П.П. Мурзинцев, 2010