Ы, включают методы обработки данных многих ранее су­ществовавших автоматизированных систем (АС), с другой обладают спецификой в организации и обработке данных

Вид материала

Документы

Содержание 6.3. Методы фотограмметрического проектирования ЦМ Модели данных Базисная модель. Реализация метода фотограмметрического проектирования Х2 базисных элементов и множе­ства связей объекта X3 Цифровые модели ГИС совершенствуются, появляются новые, на­пример цифровая модель явления. Метод фотограмметрического проектирования появился как раз­витие технологий цифрового моделирования в ГИС. Он имеет следую­щие о

Подобный материал:

• Методы анализа данных, 17.8kb.
• Методика определения актуальных угроз безопасности персональных данных при их обработке, 175.98kb.
• Понятия о базах данных и системах управления ими. Классификация баз данных. Основные, 222.31kb.
• Анализ и оценка дисциплин обслуживания требований (запросов) с учетом их приоритетов, 20.53kb.
• Программа дисциплины «Методы обработки экспериментальных данных», 318.77kb.
• «Прикладная информатика (по областям)», 1362.72kb.
• Методические указания к курсовому проектированию по курсу "Базы данных" Составитель:, 602.97kb.
• Концепция баз данных уже давно стала определяющим фактором при создании эффективных, 293.58kb.
• Доклад Тема: «Информационные технологии», 58.36kb.
• Рабочей программы дисциплины Структуры и алгоритмы обработки данных по направлению, 21.62kb.

6.3. Методы фотограмметрического проектирования ЦМ

Общие положения

ГИС в своей основе использует различные подходы и методы, свой­ственные другим автоматизированным системам. Поэтому встает прак­тическая задача интеграции этих технологий в единый цикл. Такой тех­нологией, порожденной концепцией ГИС, явилось фотограмметричес­кое проектирование - новый метод обработки пространственно-времен­ных данных и построения цифровых моделей. Рассмотрим подробно основы и принципы этой технологии. 1. Как автоматизированная информационная система ГИС объеди­няет и использует различные технологии других автоматизированных систем, ранее функционировавших независимо друг от друга.

2. Фотограмметрические методы сбора и обработки информации -одна из информационных технологий ГИС.

3. Методы и технологии систем автоматизированного проектирова­ния широко используются в ГИС для получения проектных решений.

4, Результатом сбора данных фотограмметрическими методами яв­ляются, как правило, точечные цифровые модели с большим числом связей между точками, что определяет значительный объем семанти­ческого моделирования.

5. Проектирование в САПР основано на использовании наборов ти­повых (графических и цифровых ) моделей и в большей степени решает задачи компоновки.

6. В ГИС, где обе технологии функционируют для решения общих задач, целесообразна разработка комплексной технологии, уменьшаю­щей их недостатки и суммирующей преимущества.

Сопоставительный анализ технологических процессов систем авто­матизированного проектирования и фотограмметрических систем по­казал различие в целях и методах получения моделей объектов. Так, если в САПР основная задача - оптимальная компоновка объекта на основе имеющихся базисных элементов, то в фотограмметрических техноло­гиях задача компоновки, как правило, решена и важнейшей является проблема декомпозиции.

При этом в фотограмметрических технологиях приходится иметь дело с информацией, содержащей погрешности, что требует проведе­ния дополнительной статистической обработки.

Использование методологии автоматизированного проектирования, применение общей теории систем, фотограмметрических методов об­работки данных и специальной методики цифрового моделирования позволило разработать новую технологию построения и конструирова­ния моделей объектов, изображенных на фотоснимках, - технологию фотограмметрического проектирования.

Ее реализация возможна только с использованием развитых инфор­мационных ресурсов, включая базу данных и систему моделей данных.

Главная цель фотограмметрического проектирования - оптималь­ное построение проектного решения на основе фотограмметрической и проектной информации.

Основными технологическими этапами фотограмметрического про­ектирования (рис. 6.4) являются: распознавание (дешифрирование), классификация по признакам (декомпозиция), предварительная коррек­ция, унификация входных данных, цифровое моделирование, коррекция моделей, представление информации.

Реализация такой технологии позволяет получать проектные реше­ния, основанные на построении цифровых моделей с использованием фотограмметрической информации и проектного задания.

Первые четыре этапа типичны для многих автоматизированных си­стем обработки пространственных данных.

Следует остановиться на особенностях этапа цифрового модели­рования. Как известно, в основе структуры и связей цифровой моде-пи может быть любая из известных структур: иерархическая, реляци­онная, "сущность-связь", сетевая, бинарная, семантическая сеть и др. Поэтому выбор структуры и соответствующей базовой модели для построения ЦММ важен при создании ГИС и ее информационной основы.

Модели данных

При организации системы моделей в технологии фотограмметри­ческого проектирования было выбрано четыре модели данных: базис­ная, агрегативная, обобщенная, объектная.

Базисная модель. Подход основан на использовании базы данных, в которой хранятся наборы базисных (атомарных) моделей данных. На­бор, или библиотека базисных моделей, создается до начала фотограм­метрического проектирования.

Базисные модели можно определить как группы точек (точка вхо­дит как частный случай), обладающих характерной структурой и про­порциями. В терминологии САПР такие базисные модели называются примитивами.

Базисные модели не несут самостоятельной информации о конкрет­ном объекте. Неполными аналогами таких моделей в картографии мо­гут служить условные знаки, которые в совокупности с дополнительной информацией дают картину, описывающую реальный объект. Базисные модели характеризуются наличием в них свободных параметров, кото­рые определяются в процессе измерений.





Базисными эти модели называются еще и потому, что играют роль базиса разложения исходных моделей объектов для последующего по­строения цифровых моделей.

Важная особенность этих моделей, которая часто ускользает от мно­гих специалистов, состоит в том, что они являются не только набором (данных) графических файлов. Они определены на множестве как ти­пов данных , так и правил преобразования этих моделей и построения на их основе сложных моделей.

В большинстве фотограмметрических систем обработки данных роль базовых информационных единиц играет логическая запись, за­даваемая только кодом и координатами точки трехмерного простран­ства. Набор структур базисных моделей и какая-либо топология от­сутствуют.

В силу произвольного расположения точек подобные технологии требуют при каждом построении модели определения и кодирования связей между точками. В свою очередь, это увеличивает объем семанти­ческого моделирования и затрудняет типизацию данных.

В отличие от примитивов типа "точка" базисные модели обладают элементарной структурой (топологией) и связями между точками, об­разующими базовую модель. Перед началом измерений масштаб их не установлен.

Применение базисных моделей требует дополнительной классифи­кации объектов на этапе дешифрирования снимков. При обработке сним­ков измеряется не каждая точка объекта, как в традиционной техноло­гии, а только ограниченное количество точек и параметров (новый вид измерений) объектов, состоящих из базисных моделей. Делается это для определения местоположения групп точек, образующих базисные мо­дели, и для определения их масштабов или пропорций.

Агрегативная модель. На первом и втором этапах фотограмметри­ческого проектирования исходная модель (изображение на снимке) пред­ставляется как агрегативный комплекс (составная модель), построенный на основе абстракции типа "агрегация". С использованием метода по­шаговой детализации эта сложная модель разлагается на более мелкие до тех пор, пока не будет представлена набором заданных в БД базис­ных моделей.

Полное разложение объекта на составляющие базовые модели и ус­тановление связей между ними определяет агрегативную модель. Дру­гими словами, агрегативная модель — совокупность базисных моделей с набором связей, описывающих реальный объект на логическом уровне.

Агрегативная модель представляет собой "каркас", или схему, объек­та. Она несет в себе индивидуальные топологические характеристики объекта, но не имеет полной метрической нагрузки.

Поскольку агрегативная модель организована на основе извест­ных (типовых) базисных моделей, которые определены на множестве типов данных и правил преобразования, то с организацией ее струк­туры одновременно определяется набор правил ее построения и пре­образования как подкласс общего класса преобразований базисных моделей.

Итак, агрегативная модель определяется как совокупность базис­ных моделей с набором связей между ними и набором правил построе­ния и преобразования некоего подкласса ( а не одного ) объектов.

Важная технологическая особенность фотограмметрического про­ектирования состоит в том, что процесс индивидуального измерения координат точек в традиционных технологиях заменяется процессом измерения параметров классифицированных групп точек.

Этот подход обеспечивает два заметных преимущества при сборе данных:

1) использование базисных моделей значительно уменьшает объем семантического моделирования при сборе информации об объекте и объем измерения координат точек;

2) повышается надежность измерений, так как наличие известной структуры позволяет корректировать измеренные координаты точек снимков до этапа вычисления по ним пространственных координат то­чек объектов.

Такой подход применим для всех геообъектов, имеющих структуру, которая может быть определена через набор структур базовых моделей.

На этапе цифрового моделирования при таком подходе используют­ся преимущества типового проектирования (на основе базисных моде­лей) перед индивидуальным проектированием (с применением множе­ства отдельных точек).

Дальнейший процесс проектирования происходит на третьем, чет­вертом и частично на пятом этапах (см. рис. 6.4).

На основе измерений снимка агрегативная модель дополняется не­обходимыми параметрами.

Целью первых четырех этапов проектирования является построе­ние цифровой модели (местности или объекта). Цифровая модель долж­на быть организована так, чтобы ее можно было многократно исполь­зовать при решении различных технологических задач, что потребует большего объема данных, чем для решения одной.

Обобщенная модель. Цифровая модель, сформированная на осно­ве агрегативной модели и множества измерений, должна обладать ин­формационной избыточностью по отношению к модели одиночного объекта. В ней должны храниться избыточные координатные данные и характерные для баз данных метаданные.

В процессе фотограмметрического проектирования создается избы­точная цифровая модель.

Обобщенная модель - информационно переопределенная (по от­ношению к одиночной) модель, построенная на основе агрегативной модели и множества измерений и определенная на множестве моделей представления и множестве правил построения.

Обобщенность модели выражается в том, что она, хотя и содержит все индивидуальные признаки объекта, изображенного на снимке, рас­полагает дополнительной информацией для описания и построения ряда подобных или близких моделей.

Объектная модель. На этапе представления информации создает­ся объектная модель, которая является описанием конкретного объекта моделирования или проектирования. Объектная модель определяется как форма реализации или представления обобщенной модели в цифро­вом, графическом или другом виде на основе задания на построение модели объекта.

Реализация метода фотограмметрического проектирования

Применяя системный подход, формализуем описанные технологи­ческие процессы. Будем обозначать переменной X входные величины , а переменной Y- выходные.

При фотограмметрическом проектировании входные величины в общем случае могут включать множество измерений Х1, множество ба­зисных элементов Х2, множество связей Х3 , множество элементов про­ектного задания Х4.

Выходные величины включают агрегативную (Y1 ), обобщенную (Y2 ), объектную (Y3) модели.

Для описания основных процессов достаточно трех формализован­ных выражений:

P1: (X2 x X3) Y1;

P2: (Y1 x X1)  Y2;

P3: (Y2 x X4) Y3,

где Р1 - построение агрегативной модели Y1 как отображения декартова произведения подмножества Х2 базисных элементов и множе­ства связей объекта X3;

Р2 - построение обобщенной модели Y2 как отображения декартова произведения подмножества Х1 реальных измерений и агрега­тивной модели Y1;

P3 - построение объектной модели Y3 как отображения декартова произведения подмножества Y2 элементов обобщенной модели и множества данных проектного задания Х4.

Такой подход к получению проектных решений в ГИС применим для широкого класса геообъектов, элементы которых имеют определен­ную структуру.

Принципиальным в данной технологии следует считать возможность получения проектных решений для двух классов задач: для объектов, полностью изображенных на снимках , и для объектов, изображенных частично или не изображенных на снимках.

В первом случае возможно построение статической модели объекта или при наличии набора снимков ( измерений, разделенных по времени) динамической модели изменения состояния объекта.

При построении статической модели используют набор снимков видимой части объекта при условии их получения в одно время.

Для построения динамической модели применяют снимки объектов, полученных в разное время. На основе набора снимков полу­чают либо картину развития процесса за период исследований, либо визуальное представление области изменения.

Во втором случае для объектов, изображенных частично или не изображенных на снимках, процесс получения модели возможен на ос­нове разложения объекта на базисные составляющие по видимой части фотографии и моделирования той части объекта, которая на снимках не показана.

Таким образом, технология фотограмметрического проектирования позволяет решать принципиально новый класс задач: построение черте­жей и моделей объектов, которые в явном виде на фотоснимке не изоб­ражены.





.






Следует отметить, что та­кие задачи решаются только для класса геоинформацион­ных объектов, которые с по­мощью процедур декомпози­ции могут быть разложены на полный набор базис­ных составляющих элементов и определены на множестве правил преобразования и по­строения.

В качестве примера при­менения фотограмметричес­кого проектирования можно привести построение проек­та фасадов Никольской церк­ви на Старом Ваганьково (ныне ДК им. П. Морозова, г. Москва) с использованием архивного снимка южного фасада.

При проведении комплек­са полевых работ были сдела­ны обмеры объекта по всем фасадам, что позволило со­здать обобщенную цифровую модель современного состоя­ния объекта, по которой были построены все четыре фасада.

На рис. 6.5, а показана объектная модель (чертеж южного фасада), созданная в результате обработки совре­менных снимков и построе­ния обобщенной модели.

Затем был использован единственный архивный сни­мок этого же южного фаса­да. На основе комплексной



Рис. 6.5. (окончание)

обработки данных со снимка и обобщенной цифровой модели совре­менного состояния объекта была построена новая обобщенная цифро­вая модель объекта до его реконструкции.

На рис. 6.5, б показана объектная модель этого же фасада, получен­ная путем синтеза современных снимков и одного архивного.

Поскольку обобщенная модель была определена на совокупности правил преобразования и построения, это дало возможность построить невидимый на снимке фасад, применяя эти правила к обобщенной мо­дели объекта.

На рис. 6.5, в показана объектная модель восточного фасада, пост­роенная на основе обобщенной модели объекта до периода ее реконст­рукции. Таким образом, с использованием концепций ГИС решена прин­ципиально новая задача - определение планов объекта, невидимых на фотоснимках.

ВЫВОДЫ

Цифровое моделирование является основой организации, хранения, обновления и представления пространственно-временных данных в ГИС.

Цифровые модели ГИС совершенствуются, появляются новые, на­пример цифровая модель явления.

Особенность формирования ЦММ в геоинформационных техноло­гиях заключается в создании их как структуры базы данных.

Информационно ЦММ в системе ГИС должна быть переопределе­на по отношению к модели одиночного объекта. Она должна содер­жать не только параметры объекта, но и свойства класса объектов, а также набор методов преобразования и построения объектов этого класса.

Метод фотограмметрического проектирования появился как раз­витие технологий цифрового моделирования в ГИС. Он имеет следую­щие основные преимущества'.

1. Уменьшение объема семантического моделирования при сборе информации за счет определения меньшего числа связей между элемен­тами объекта по сравнению с большим числом связей между множе­ством точек объекта.

2. Сокращение объема геометрического моделирования при сборе информации за счет измерения меньшего числа параметров элементов по сравнению с большим числом координат точек объекта.

3. Упрощение процесса построения реляционной модели базы дан­ных благодаря использованию более типизированной модели базисных объектов по сравнению со слаботипизированной моделью множества точек

4. Появление дополнительных возможностей контроля и коррек­ции метрических данных за счет использования известных свойств структур базисных моделей.

5. Расширение возможностей автоматизированного ввода инфор­мации (автоматизированное распознавание образов) благодаря исполь­зованию известного набора форм базисных моделей.

6. Более эффективное использование технологий САПР и получение проектных решений.

7. Более эффективное использование графических баз данных на этапе сбора информации, поскольку при разложении модели объекта применяются графические примитивы. При этом исключаются про­цедуры преобразования наборов точек объекта в элементы графичес­кой базы данных на этапе моделирования.