CC BY
27
УДК 528.92
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАРТОГРАФИЧЕСКОЙ ПРОЕКЦИИ ПО ВИДУ КАРТОГРАФИЧЕСКОЙ СЕТКИ
Глеб Игоревич Загребин
Московский государственный университет геодезии и картографии, 105064, Россия, г. Москва, Гороховский пер., 4, кандидат технических наук, доцент кафедры картографии, тел. (499)267-28-72, e-mail: gleb@cartlab.ru
Дмитрий Сергеевич Логинов
Московский государственный университет геодезии и картографии, 105064, Россия, г. Москва, Гороховский пер., 4, аспирант кафедры картографии, тел. (499) 267-28-72, e-mail: loginov@cartlab.ru
Иван Евгеньевич Фокин
Московский государственный университет геодезии и картографии, 105064, Россия, г. Москва, Гороховский пер., 4, аспирант кафедры картографии, тел. (499)267-28-72, e-mail: hansfokin@gmail.com
Формализованы пути решения проблемы определения картографической проекции по виду картографической сетки. Предложены этапы разрабатываемой методики автоматизированного определения математической основы изданных карт.
Ключевые слова: картографическая проекция, картографическая сетка, автоматизация определения проекции.
THE PROBLEM OF AUTOMATION OF DEFINITION OF MAP PROJECTION BY REFERRING TO A GRATICULE
Gleb I. Zagrebin
Moscow State University of Geodesy and Cartography, 105064, Russia, Moscow, Gorokhovsky pereu-lok, 4, docent of Cartography Department, tel. (499)267-28-72, e-mail: gleb@cartlab.ru
Dmitriy S. Loginov
Moscow State University of Geodesy and Cartography, 105064, Russia, Moscow, Gorokhovsky pereu-lok, 4, postgraduate student of Cartography Department, tel. (499)267-28-72, e-mail: loginov@cartlab.ru
Ivan E. Fokin
Moscow State University of Geodesy and Cartography, 105064, Russia, Moscow, Gorokhovsky pereu-lok, 4, postgraduate student of Cartography Department, tel. (499)267-28-72, e-mail: hansfokin@gmail.com
Formalized ways of solving the problem of determining the map projection on the map grid. The proposed steps of the developed method for automated determination of the projection for the maps.
Key words: map projection, graticule, automation projection definition.
Для составления новых карт используются материалы с ранее изданных карт. В доцифровую эпоху при проектировании карт использовались методы переноса элементов содержания по клеткам картографической сетки, которую предварительно сгущали, либо трансформация изображения происходила при помощи довольно сложных технических решений (фотографических и механических). В этих методах не обязательно знать в какой картографической проекции и с какими параметрами выполнена трансформируемая карта. В геоинформационных системах необходимо точно знать в какой проекции создана карта. Разработанные методы привязки карт в современных ГИС-программах не позволяют быстро и точно определить картографическую проекцию, хотя и обладают возможностями построения этих элементов. Поэтому для определения проекций оператору-картографу необходимо достаточно много времени и знаний для выполнения этой задачи. При этом, часто вместо выбора проекции и дальнейшего аналитического трансформирования из одной проекции в другую, прибегают к более быстрому методу трансформирования полиномами больших степеней или аффинным трансформированием, что не может не сказаться на точности и корректности получаемых данных. Только для фундаментальных картографических произведений разработаны руководства, в которых дается полное описание их математической основы. Для большинства тематических карт таких руководств нет, хотя именно такие карты представляют наибольший интерес. Определение картографической проекции в значительной степени зависит от вида картографической сетки, нанесенной на мелкомасштабной карте. Также, при определении проекции необходимо учитывать деформацию бумаги или иного материала, на котором напечатана карта. Поэтому необходимо не только установить тип картографической проекции и ее параметров, но и преобразование изданной карты к эталону, чтобы устранить дефекты.
Как зарубежные, так и отечественные исследователи говорят о трудоемкости автоматизации процесса определения картографической проекции карт. Определение проекции основывается на опыте каждого конкретного профессионала-картографа. Зачастую, это приводит к отказу использовать изданные карты как исходный картографический материал, либо к использованию трудоемких и точных, а что еще хуже, быстрых и не точных методов привязки карт. Тем не менее, анализ опыта по определению математической основы позволил установить взаимосвязь картографической проекции и вида картографической сетки, и разработать соответствующий граф, который позволяет определить пользователю класс проекции, указав некоторые свойства картографической сетки (кривизна параллелей и меридианов, углы между параллелями и меридианами, вид полюса и экватора). Установленная взаимосвязь поможет автоматизировать процесс определения проекции, но не решает этот вопрос полностью. Помочь в решении данной проблемы может разработанная база знаний, которая включает в себя базу данных картографических проекций и базу метаданных математической основы изданных
карт. База данных картографических проекций включает в себя как всевозможные виды картографических проекций, так и именованные проекции с параметрами. Подобная структура частично реализована в базе данных систем координат Брайа-lreference.org, которая создавалась для получения полного списка мировых систем координат. Но для базы знаний только названия проекции и ее параметров недостаточно. Для целей автоматизации в разработанную базу данных были включены следующие поля: год создания проекции, временной период использования проекции, регион, для которого использовалась проекция, страна, в которой проекция применялась наиболее широко. Таким образом, определив в какое время, на какую территорию и в какой стране издана карта, мы сможем получить совокупность проекций, из которых целесообразно проводить дальнейший отбор.
К сожалению, не все известные картографические проекции реализованы в геоинформационных системах. Особенно это касается проекций, в которых выполнены отечественные картографические произведения. Анализ геоинформационных систем на предмет поддержки формул проекций выявил отсутствие таких отечественных проекций, как поликоническая ЦНИИГАиК, перспективные цилиндрические проекции и ряд других проекций, представленных в атласах картографических проекций. Решением проблемы геопривязки таких картографических изображений могут быть математические преобразования, а не аналитическое трансформирование [1].
Ошибки деформации бумаги можно учесть, используя полиномиальное трансформирование второго порядка. При этом подразумевается, что растр является качественным, и исключены грубые ошибки сканирования.
Методика автоматизированного определения картографической проекции изданных карт представлена на рис. 1. На начальном этапе методики используются специализированные атласы и базы данных картографических проекций, в которых каждой картографируемой территории соответствует проекция, либо несколько наиболее подходящих проекций. Поэтому первый шаг по определению проекции изданной карты является ее поиск в атласе (базе данных) проекций [2,3], и сопоставление вида сетки/контуров территории с изображением в атласе.
При отсутствии искомой территории/проекции в атласе, ее необходимо вычислить по точкам привязки. Для этого, вначале необходимо установить контрольные точки в узлах картографической сетки (либо на географических объектах, при отсутствии сетки) таким образом, чтобы математический аппарат мог точно вычислить проекцию и ее параметры. Например, в конических проекциях с разными параметрами картографические сетки у главных параллелей практически не различимы, в тоже время, у южной и северных рамок различия могут составлять большие величины (рис. 2). Поэтому точки необходимо расставлять не только в центральной части карты, но и у рамок карты.
Рис. 1. Методика автоматизированного определения математической основы
изданных карт
75° 75°
75° 90° 105° 120° 135°
Рис. 2. Совмещенное изображение региона в нормальной равнопромежуточной азимутальной (синий цвет) и косой перспективно-цилиндрической (красный цвет)
проекциях
Положение контрольных точек должно способствовать определению таких параметров, как кривизна линий сетки, на одной параллели/меридиане должно быть, как минимум три точки. Количество точек должно соответствовать типу трансформирования, и возможности провести контроль. При этом большое коли-
чество точек замедляет работу оператора/картографа по привязке карт. Далее уточняется список проекций по разработанному графу и по отличительным особенностям картографической сетки (кривизне линий, показу полюса и т.д.) в автоматическом (по контрольным точкам), либо в интерактивном режимах. Окончательное определение проекции из списка и расчет ее параметров происходит путем перебора всех возможных значений и расчета средней квадратической ошибки.
Практическая реализация представленной работы повысит оперативность создания общегеографических, тематических карт и атласов, сократит сроки и трудоемкость работ связанных с использованием исходных картографических материалов с увеличением точности картографических произведений. Данная разработка может применяться при интеграции большого объема изданных карт различного назначения, тематики масштаба и временного охвата в геоинформационные системы и геопорталы.
Работа проводится в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых МК-3319.2015.5.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Загребин Г.И. Исследование по геопривязке картографического изображения в геоинформационной системе // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2015. - Новосибирск: СГУГиТ, 2015. -Т. 1. -№2. -С. 26-28.
2. Гинзбург Г.А., Салманова Т.Д. Атлас для выбора картографических проекций // Тр. ЦНИИГАиК.-Вып.110.-М.: Геодезиздат, 1957.-239 с.
3. Иванов А.Г. Загребин Г.И. Атлас картографических проекций на крупные регионы Российской федерации: учебно-наглядное издание. - М.: МИИГАиК, 2012. - 19 с.
© Г. И. Загребин, Д. С. Логинов, И. Е. Фокин, 2016
