CC BY
16
Система учета и классификации
видов земель и объектов недвижимого имущества
Классификация земель по видам - основа ведения государственного земельного кадастра, определяющая организацию эффективного территориального планирования, объемы сбора налогов и арендной платы и др. Учет земель и их переведение в другие виды осуществляются по мере фактического изменения состояния и характера их использования. Как показывает мировой опыт, успешно проводить такую деятельность невозможно без использования данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).
Интегрированная геоинформационная система (ИГИС) распознавания и классификации видов земель и объектов недвижимого имущества на основе данных ДЗЗ разработана в Объединенном институте проблем информатики НАН Беларуси в рамках выполнения научно-технической программы «Космос-НТ». В основу положен эффективный интеграционный подход - в одном программном комплексе совмещены средства обработки информации, полученной с помощью ДЗЗ, цифровых карт местности (ЦКМ), пространственных моделей территории и тематической информации.
ИГИС на основе данных ДЗЗ позволяет решать две основные задачи по регистрации недвижимого имущества Республики Беларусь: выделять на цифровых снимках (ЦС) объекты и присваивать им геокоды; распознавать и классифицировать виды земель. ИГИС обеспечивает первичное изменение ЦС; тематическую обработку данных ДЗЗ (цель -собрать первичную информацию для решения задач системы); автоматизированную классификацию видов земель; выделение капитальных строений и геокоди-
рование объектов недвижимого имущества; создание тематических цифровых карт и фотодокументов на основе тематической и целевой обработки ЦС; геоинформационную поддержку решения тематических задач.
Выполнение перечисленных функций обеспечивают программные блоки:
■ геоинформационного анализа и моделирования;
■ управления процессами обработки ЦС, ЦКМ и тематической информации;
■ первичной обработки данных ДЗЗ;
■ привязки и трансформирования изображений;
■ тематического дешифрирования ЦС;
■ формирования тематических графических документов.
Блок геоинформационного анализа и моделирования включает формирование и воспроизведение в различных режимах синтезированных изображений на основе ЦС, ЦКМ и тематической информации, создание и редактирование тематических объектов, построение буферных зон, управление картографической графикой, измерительные и информационно-аналитиче-
ские операции, экспорт-импорт файлов форматов 8ХБ, 8ЬареИ1е, МГО/М1К
Программные средства блока управления процессами обработки ЦС и ЦКМ нужны для доступа к базам последних, загрузки данных в ИГИС и формирования сценария обработки ЦС. В состав подсистемы пакетной обработки изображений входят блоки управления файлами пакета (основной) и сценарием. Первый отвечает за то, чтобы загружать файлы, обрабатывать их по сценарию, сохранять результаты, отменять внесенные изменения, предварительно просматривать изображения пакета, редактировать список файлов, входящих в него. Второй блок нужен для того, чтобы формировать историю текущего изображения, записывать в нее все производимые над изображением операции, сохранять ее в файл, загружать сценарий из файла, выдавать по запросу блока управления файлами пакета очередную команду сценария на изменение текущего изображения. Разработанная модель пакетной обработки предусматривает создание для каждого изображения собственной истории в момент его загрузки.
Александр Крючков,
завлабораторией картографических систем и технологий Объединенного института проблем информатики НАН Беларуси
Леонид Соболь,
главный
конструктор проекта лаборатории картографических систем и технологий Объединенного института проблем информатики НАН Беларуси
Елена Сотикова,
главный
конструктор проекта лаборатории картографических систем и технологий Объединенного института проблем информатики НАН Беларуси
Тема номера
Рис. 1.
Автоматизированное выделение и геокодирование объектов недвижимости
о х
X
5
X
Блок первичной обработки данных ДЗЗ предназначен для предварительного и специального изменения ЦС, привязки ЦС к ЦКМ, создания мозаики из блока ЦС, формирования синтезированных многозональных изображений. Средства предварительной обработки ЦС используются для геометрических преобразований (масштабирования, поворота, инверсии и зеркального отражения (горизонтального/вертикального) изображения), коррекции (компенсации линейных и нелинейных искажений), подавления шумов. Чтобы фильтровать и сглаживать низкочастотный шум, маскирующий изображения ЦС, применяют стандартные методы цифровой обработки, основанные на операциях свертки с шумопо-давляющими фильтрами, а также нормирование яркостно-контраст-ностных характеристик.
Средства специальной обработки нужны для того, чтобы автоматически оценивать качество снимков (классифицировать их по динамическому диапазону изменения яркостей и уровню шума, определять величину облачности); исключать облачные образования; компенсировать линейные искажения полутоновых изображений; обрабатывать многозональные снимки; проводить стереобработку изображения.
Блок привязки и трансформирования предназначен для того, чтобы составлять математи-
ческую модель пространственного преобразования изображений ЦС и ЦКМ в системы координат друг друга по опорным точкам, положение которых известно. В качестве последних используют искусственные сооружения, четкие контуры и другие элементы местности, хорошо опознающиеся на изображениях ЦС и ЦКМ.
С помощью программных средств блока тематического дешифрирования можно выполнять автоматическое, полуавтоматическое и интерактивное выделение и классификацию объектов изображения, формировать тематические слои их классов, включающие метрическое и семантическое описание, а также обрабатывать изображения так, чтобы на них было удобно искать объекты. Функции блока охватывают арифметические и логические операции, контрастирование, элементарные операции математической морфологии (вычисление эрозии, дилатации, отмыкания, замыкания, утонь-шения).
Задачи блока - автоматическое дешифрирование площадных объектов класса «водоемы» и линейных объектов класса «дорожная сеть»; полуавтоматическое дешифрирование объектов заданного класса методом «по подобию»; интерактивное дешифрирование площадных и линейных объектов; автоматическое дешифрирование площадных
объектов по заданному текстурному шаблону; автоматизированное определение семантических признаков объектов заданного класса; автоматизированное измерение и вычисление метрических параметров выделенных объектов.
Автоматическое дешифрирование реализуется с помощью искусственных нейронных сетей и предназначено для выделения площадных объектов «леса», «озера» и «поля/луга», а также линейных протяженных объектов типа «дорога» разных классов, объектов гидрографии «реки», «каналы». Этот вид дешифрирования предполагает автоматический поиск, локализацию, коррекцию промежуточных результатов и преобразование контуров найденных объектов в векторный вид.
При определении порога яркости площадные объекты идентифицируются автоматически (единственные объекты, яркость которых выражена равномерно, -водные поверхности). Чаще всего применяется пороговая сегментация, основная задача которой -установление порога, определяющего разбиение функции яркости на два или более уровня. Его рациональный выбор позволяет свести шумы и помехи к минимуму. Порог может быть постоянным и адаптивным (изменяющимся в пространстве). В первом случае он фиксируется заранее в виде некоторого значения, не зависящего от свойств анализируемого изображения, и постоянен по всему снимку (такой порог обычно определяют из гистограммы уровней яркости изображения: это удобно, если объект и шум имеют разную интенсивность). Во втором случае пороговые значения могут интерактивно задаваться пользователем и автоматически устанавливаться с помощью анализа гистограммы полутоновой величины, некоторых статистических методов или посредством задания определенных параметров.
Полуавтоматическое дешифрирование реализуется на основе сопоставления с эталонами и текстурного анализа (поиска
площадных объектов по подобию). Данный режим дает пользователю возможность при поиске задавать в качестве эталона некоторый объект и автоматически определять его класс, просматривать и модифицировать характеристики поиска.
Автоматизированное дешифрирование включает в себя нахождение контуров объектов при указании оператором одной или нескольких принадлежащих им точек; преобразование контуров в векторный вид с последующей корректировкой результатов для площадных объектов классов «озера» и «древесная растительность».
Полуавтоматическое выделение объектов выполняется на основе полутоновых характеристик определенной области. Оно опирается на алгоритм анализа и установления связанных компонентов, прилегающих к указанному региону по сходству полутоновых свойств (в случае совпадения компоненты присоединяются к нему).
Интерактивное дешифрирование предназначено для выделения и векторизации объектов. Сначала автоматически устанавливаются контуры площадных объектов по их одной или нескольким точкам, указанным оператором, потом области или сегменты объектов автоматически сливаются, затем происходит векторизация. По результатам обработки формируются тематические слои с заданным классом объектов в векторном формате, которые можно редактировать в специальном графическом редакторе.
Этот вид дешифрирования включает в себя средства интерфейса, а также комплекс алгоритмов для выделения, векторизации контура или скелета объекта (площадного и линейного соответственно), обработки результатов оператором. Векторизация проходит в три этапа. Сначала в интерактивном режиме объект представляется как бинарный растр. При необходимости границы объекта можно настроить с помощью порога и методов математической морфологии.
На втором этапе производится автоматическая векторизация выделенного объекта. В зависимости от типа последнего получается его контурное или линейное представление. На третьем этапе объектам присваиваются семантические признаки.
Помимо основных средств дешифрирования, ИГИС предоставляет средства ручного цифрования метрики по изображению ЦС, имеющие дополнительные функции.
Блок формирования тематических графических документов обеспечивает организацию фотосхем, фотокарт и фотопланов на основе обработанных ЦС, картографической информации, результатов дешифрирования, элементов картографической графики (зарамочное оформление, легенда, подписи и картографические условные знаки). Для оперативного изменения текстовой и векторной нагрузки изображения применяется специализированный картографический редактор. Средства блока обеспечивают также создание тематических карт на основе ЦКМ и результатов тематического дешифрирования, отбор объектов из ЦКМ, нанесение километровой и градусной сеток, формирование легенды, редактирование и использование элементов картографической и деловой графики.
Программные средства ИГИС представляют собой приложения
и библиотеки, реализованные в Microsoft Visual C++ версии 6.0, в операционных средах Windows NT версии 4.0, Windows XP. Для развертывания программных средств ИГИС требуется ПЭВМ класса Pentium IV, с RAM не менее 1 ГБ; HDD не менее 120 ГБ; монитор с видеокартой Color SVGA (128 MB или более). Все технологии по обработке и созданию информационных продуктов опираются на технологическую базу данных, которая включает базы эталонов, классификаторов объектов местности, условных знаков и шрифтов, дешифровоч-ных признаков и др.
Предложенная ИГИС разрешает эффективно обрабатывать данные ДЗЗ на разных уровнях и обеспечивать пользователей информационными продуктами как в цифровом, так и в аналоговом виде. Совместимость компонентов системы, модульные принципы их построения позволяют наращивать функциональные возможности, не переделывая программные блоки существенно.
Технологии, реализуемые с помощью ИГИС, имеют значительные преимущества в производительности, достоверности, оперативности и уровне автоматизации обработки данных перед технологиями разделения земель на виды в земельно-информационных системах, которые в настоящее время используются в Республике Беларусь. ■
Рис. 2.
Выделение и классификация видов земель
о х
X
5
X
