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

8.1. Электронные карты

Цель создания. Развитие методов цифрового картографирования привело к появлению так называемых электронных карт (ЭК). Они пред­ставляют собой динамическую визуализацию цифровых карт при помо­щи видеомониторов и соответствующего программного интерфейса.

Основой для создания и обновления электронных карт являются изображения, которые получаются при съемке местности специальной аппаратурой, размещенной на борту воздушно-транспортных средств.

Применение ЭК вызвано необходимостью повышения эффективно­сти использования информации в различных областях (научные иссле­дования, навигация, социальное управление).

Электронную карту можно рассматривать как многокомпонентную модель реальности. Основными целями ее создания являются:

• графическая коммуникация пространственных отношений и рас­пределений;

• улучшение возможности анализа, обработки и отображения геоин­формационных данных;

• визуальное отображение цифровых моделей явлений, не видимых для человеческого глаза;

• автоматизация отображения и картографического анализа в систе­мах управления;

• исследование объектов, явлений и процессов с учетом динамики их развития и возможного использования;

• получение экспертных решений в графическом виде в режимах реального и разделенного времени.

Цифровая картографическая информация (ЦКИ) является частью информационной основы ГИС и обусловливает возможности ЭК при геомоделировании.

Визуализация пространственных данных в форме ЭК выполняет роль интерфейса, обеспечивающего пользователю динамическое двусторон­нее взаимодействие с базой пространственных данных .

Принципы построения. Свойства ЭК. Для электронных карт, как и для традиционных, характерны следующие принципы построения и свойства:

• пространственно-временное отображение геоинформационных объектов реального мира;

• системность отображения главных элементов с учетом генезиса, структуры и иерархии объектов;

• избирательность (синтетичность), раздельное представление или выделение характерных особенностей действительности, которые про­являются совместно или изолированно;

• метричность, обеспечиваемая математическими законами постро­ения, точностью составления и воспроизведения карты;

• наглядность, возможность зрительного восприятия пространствен­ных форм, размеров, связей, воспроизводимых с эффектами освещения и текстуры поверхности изображаемых объектов;

• обзорность, возможность охвата обширных пространств с выделе­нием главных элементов содержания при учете генерализации и взаи­мосвязей;

• возможность тематической направленности.

К электронной карте как средству, построенному на принципах циф­рового моделирования и использующему ЦММ, предъявляются следу­ющие требования:

• структурная определенность и моделепригодность;

• возможность многоцелевого использования;

• наличие набора форм представления графической информации;

• возможность построения динамических моделей и наличие анимационных свойств;

• формирование картографического изображения в интерактивном и автоматизированном режимах;

• возможность интеграции геоинформации с данными дистанцион­ного зондирования.

Электронная карта как автоматизированная система характеризует­ся качественно новыми свойствами при обработке пространственной информации:

• автоматическое поддержание информационного поля в различных временных режимах;

• комплексное изображение совместно обрабатываемых априорных и оперативных данных. Например, в навигационных системах на карто-основе могут отображаться данные координирования и радиолокацион­ная ситуация;

• оперативная селекция данных и построение изображения, синте­зированного на основе послойного представления данных;

• возможность создания оригинального дизайна пользователя. Он может добавлять или убирать информацию с экрана, менять масштаб и проекцию, получать псевдообъемные, псевдоцветные и динамические геоизображения, использовать дисплейные эффекты (мерцание, изме­нение цвета, яркости);

• автоматическая картометрия: определение координат и направле­ний, расстояний и длин, площадей и объемов; построение линий уров­ней и поверхностей.

Системы электронных карт можно рассматривать как специализи­рованные информационные системы, ориентированные на визуализа­цию картографических данных. Технологически такие системы могут функционировать независимо и образовывать некие специализирован­ные ГИС либо входить как подсистемы в глобальные ГИС.

Хотя электронные карты как модели картографической информации относятся к классу динамических моделей, они могут создаваться в двух режимах: в режиме разделения времени (например, электронные атла­сы) - аналоги обычных карт и в режиме реального времени (навигаци­онные системы).

Такие особенности электронных карт объясняются следующими

факторами:

1. Обычная аналоговая карта не допускает существенного ее изменения. Это обусловлено тем, что в ее основе заложена невариа-бельная статическая модель данных. В электронной карте форма и содержание визуализируемой информации варьируются неограниченно.

2. Электронная карта реализует мобильную или адаптивную модель данных, позволяющую настраивать состав, объем и форму отображае­мых данных в соответствии с запросами пользователя.

3. В отличие от обычных карт ЭК представимы в различных кар­тографических проекциях благодаря набору трансформационных методов, что создает возможность дополнительного анализа и сопо­ставления, т.е. повышает уровень автоматизации и производительно­сти исследований.

Как системы реального времени ЭК нашли большое применение в морской навигации. В частности, в Японии в 1984 г. системами электронных карт было оснащено 150 торговых и 4 тыс. рыболовецких судов.

Принципы работы системы отдаленно напоминают получение ра­диолокационного изображения. Однако электронные карты дают более подробное и качественное изображение.

Режимы реального масштаба времени являются основой в техноло­гиях электронных карт. Это накладывает повышенные требования к вычислительным ресурсам таких систем, а именно к компактности обо­рудования в сочетании с высоким быстродействием.

В отличие от многих ГИС в ЭК корректировка и визуализация дан­ных осуществляются без прямого участия человека-оператора.

Широкое применение электронные карты находят в автотранспор­те, в частности для определения местоположения движущегося транс­портного средства. В настоящее время система электронных карт на ав­томобилях имеет мощную поддержку систем спутниковой связи.

Метод создания ЭК. Основной метод создания электронных карт -математико-картографическое моделирование содержания, нагрузки и условных знаков с использованием визуальной оценки получаемого изоб­ражения.

Технология создания электронных карт зависит от их вида; требова­ний, предъявляемых к их точности, содержанию и условным знакам;

исходных картографических данных; снимков; структур входных/выход­ных информационных массивов.

Электронные карты можно сравнить с набором справочников, кото­рые должны храниться в библиотеках (банках данных), содержать под­робную информацию, занимать минимальный объем и быть доступны­ми в кратчайший период времени.

Примером коммерческого продукта электронной карты может слу­жить разработка фирмы ESRI Digital Chart of the World (DCW) - это цифровая карта мира (суши) в формате Arclnfo, созданная на основе тактических навигационных карт Министерства обороны США. Исход­ный масштаб 1:1 000 000, объем данных 1,7 Гбайта, носитель - четыре диска CD-ROM с книгой описания данных. Карта разбита на 2094 листа размером 5 х 5°. Число тематических слоев на лист: от 3 до 27 (для Рос­сии в среднем 17 слоев). Существуют версии DCW для UNIX-рабочих станций и для PC. Для просмотра и работы с картой можно использо­вать все ГИС-пакеты ESRI.

Основными процессами технологии создания электронных цифро­вых карт являются: подготовка исходных картографических материалов;

цифрование, обработка и редактирование цифровой картографической информации; формирование электронных, цифровых карт для хранения в архиве и выдачи их по запросам.

Электронные карты позволяют применять интерактивный режим работы с картографическими данными, описаниями и оперативной ин­формацией. Это создает возможность в процессе планирования или про­ведения исследований по картам оперативно вторгаться в процесс про­ектирования карты и задавать новые проектные критерии, решения или ограничивающие условия.

Особенностью электронной карты является то, что она может быть организована как множество слоев (покрытий). Слои являются типом картографических моделей, которые построены на основе объединения (типизации) пространственных объектов (или набора данных), имею­щих какие-либо общие свойства или функциональные признаки. Таки­ми свойствами могут быть: принадлежность к одному типу простран­ственных объектов (жилые здания, подземные коммуникации, админи­стративные границы и т. д.); отображение на карте одним цветом; пред­ставление одинаковыми графическими примитивами (линиями, точка­ми, полигонами) и т. д.

В качестве отдельных слоев можно объединять данные, получен­ные в результате сбора первичной информации. Принадлежность объекта или части объекта к слою позволяет использовать и добавлять группо­вые свойства объектам данного слоя. А как известно из теории обработ­ки данных, именно групповая обработка данных является основой по­вышения производительности автоматизированных систем.

Данные, размещенные на слоях, могут обрабатываться как в интерак­тивном режиме, так и в автоматическом. С помощью системы фильтров или заданных параметров объекты, принадлежащие слою, могут быть од­новременно масштабированы, перемещены, скопированы, записаны в базу данных. В других случаях (при установке других режимов) можно нало­жить запрет на редактирование объектов слоя, запретить их просмотр .

Многослойная организация электронной карты при наличии гибко­го механизма управления слоями позволяет объединить и отобразить не только большее количество информации, чем на обычной карте, но су­щественно упростить анализ картографических данных путем селекции данных, необходимых для текущего рассмотрения, и применения меха­низма "прозрачности" электронной карты.

Анализ выводимых на экран промежуточных результатов (слоев), учет динамики исследуемого процесса (или поиска), использование пра­вил пространственно-структурного анализа и образно-зрительных ас­социаций позволяют изменять ход обработки данных и приходить к ис­комому результату, не имея четкого начального плана исследования.

В будущем видеокарты можно устанавливать в городских центрах, на площадях и вокзалах, на наиболее выдающихся зданиях, гостиницах и т.п. Так, например, в вестибюле ООН можно будет получать на видео­терминале полную информацию о каждой из стран - участниц ООН: кар­ты, отражающие географию страны, историю, культуру, экономику и т.п. Теоретически можно предположить, что будут разработаны портатив­ные видеотерминалы для приема информации непосредственно с гео­стационарного ИСЗ.

Современные электронные карты используют набор возможностей мультимедиа, что придает им большую выразительность и наглядность

по сравнению с обычными картами. В качестве примера можно привес­ти поставляемый на компакт-диске 3D-Atlas (abc and Electronic Arts). Система может рассматриваться для демонстрации электронных карт и как неполная ГИС для обучения. В 3D-Atlas информационная основа интегрирована на атласе мира. Система позволяет осуществлять наблю­дение карт в разных масштабах и допускает трехмерную визуализацию.

Возможно перемещение над поверхностью (режим "Полет") с ви­зуальным эффектом полета в трехмерном пространстве.

Кроме наблюдения поверхности Земли в системе имеется возмож­ность просмотра глобальных карт: атмосферы, гидросферы, биосферы, геосферы, литосферы, часовых поясов и т.п. Система позволяет просмат­ривать атрибуты и проводить небольшие операции анализа данных.

Обмен данными. Существует большое количество форматов век­торных ЭК. Рассматривая эти форматы и способы их применения в Рос­сии, можно условно выделить два подхода к обмену данными.

Первый подход заключается в применении форматов, которые описывают разные виды объектов с помощью графических примити­вов, не используя системы классификации и кодирования объектов. На­пример, так применяется формат DXF. Он имеет простую структуру и поддерживается многими прикладными системами.

Второй подход состоит в применении системы классификации и кодирования, которая позволяет исключить описание внешнего вида объектов из файлов, предназначенных для обмена и хранения данных. Такой подход гарантирует однозначную интерпретацию объектов при конвертировании данных между этими форматами, в том числе когда используются разные классификаторы, но их содержимое (т.е. соответ­ствие кодов и объектов) известно.

Имеется определенная гибкость при конвертировании этих форма­тов в формат DXF, когда для одних и тех же объектов можно задать раз­ные графические примитивы по требованию пользователей информа­ции. Это обеспечивается применением таблиц, содержащих описание кодов объектов с помощью графических примитивов.