Высшее профессиональное образование основы геоинформатики вдвух книгах

Вид материала

Книга

Содержание ГИС для публикации карт и работы с ними в Интернет ГеоКонструктор Web-сервер Autodesk MapGuide Autodesk OnSite Enterprise Internet CSI-MAP Server Программное обеспечение для обработки данных дистанционного зондирования Земли Специфика аппаратного и программного обеспечения для обра­ботки ДДЗ.

Подобный материал:

• Должностная инструкция менеджера по персоналу 00. 00. 0000, 61.54kb.
• Наименование реализуемых программ, 40.13kb.
• Учебное пособие практикум по конкурентным стратегиям, слияниям и поглощениям Кафедра, 1849.76kb.
• Утверждено ученым советом дгу 26 января 2012 г., протокол, 78.34kb.
• Программа вступительных испытаний по литературе на экзамене по литературе поступающий, 270.11kb.
• Апк агропромышленный комплекс; впо высшее профессиональное образование; гоу государственное, 760.98kb.
• Высшее экономическое образование за 3 года 4 месяца для лиц, имеющих среднее и высшее, 28.87kb.
• Учебно-тематический план для подготовки по специальности «Оператор ЭВМ с основами делопроизводства, 140.91kb.
• Учебно-тематический план для подготовки по специальности «Оператор ЭВМ с основами арм, 121.8kb.
• «Исследование природных ресурсов аэрокосмическими средствами», 30.45kb.

Color Processor

К более специализированным программным продуктам, ис­пользуемым для подготовки растровых изображений к векториза­ции или непосредственному использованию в ГИС, относится Color Processor (фирма Consistent Software).

Программа предназначена для повышения качества сканиро­ванных изображений и расслоения цветных и полутоновых изоб­ражений на несколько монохромных растровых слоев, позволяет регулировать яркость, контрастность, цветность, насыщенность, глубину цвета изображения; устранять его перекос; компенсиро­вать линейные и нелинейные деформации с помощью калибров­ки; распознавать цвета с автоматической настройкой зоны чув­ствительности; преобразовывать цветные изображения в один или несколько монохромных растровых слоев. Созданные программой многослойные растровые изображения можно экспортировать в Spotlight или RasterDesk для последующей автоматической и инте­рактивной векторизации и гибридного редактирования. Как было сказано ранее, аналогичные операции в разном объеме выполня­ют векторизаторы Easy Trace и R2V.

Достоинства программы:

• возможность изменения размера и глубины цвета изображе­
  ния (ВРР); коррекция по гистограмме и автоматическая коррек­
  ция цветового баланса;
  
• регулировка яркости, контрастности, цветности, насыщен­
  ности; широкий выбор цветных и монохромных фильтров: Blur,
  Unsharp Mask, Median, Speckle Remover, Hole Remover, Inversion,
  Smoothing, Thinning, Thickening, Contour;
  
• устранение перекоса изображения в автоматическом и руч­
  ном режимах; обрезка полей изображения в автоматическом и
  ручном режимах; автоматическое устранение наиболее часто встре­
  чающихся дефектов изображений с возможностью настройки;
  
• коррекция линейных и нелинейных искажений с помощью
  калибровки: возможность калибровки по сетке и произвольному
  набору калибровочных пар; 10 методов калибровки, включая аф­
  финный, билинейный, сплайновый и полиномиальный; предва-
  

114


рительная оценка точности выбранного метода, использование контрольных точек; автоматический подбор оптимального мето­да; сохранение калибровочных сеток и протокола калибровки; калибровка в пакетном режиме;

• калибровка по четырем точкам для коррекции размера и
  положения рамки изображения; уменьшение количества цветов
  изображения с автоматическим регулированием разбиения на зоны
  и адаптивной фильтрацией; расслоение цветного изображения на
  заданное число монохромных растровых слоев;
  
• бинаризация цветных изображений: создание монохромных
  слоев с использованием различных методов бинаризации;
  
• возможность сохранения и загрузки шаблона настроек для
  бинаризации;
  

— выполнение всех операций в пакетном режиме.
По-прежнему широко используются векторизаторы, имеющие

только ручной вариант ввода информации, но позволяющие не только создать векторную карту, но и выполнить построение то­пологии (цепочно-узловой), согласовать информацию в разных слоях, выполнить преобразование в нужную проекцию с учетом параметров земного эллипсоида. К разряду таких систем относит­ся система ввода и редактирования цифровых карт GeoDraw, раз­работанная Центром геоинформационных исследований Инсти­тута географии Российской академии наук (ЦГИ ИГ РАН). Первая версия этой системы появилась в 1991 г. На начало 2002 г. инстал­лировано более 3000 пакетов.

Система позволяет экспортировать созданные графические дан­ные в форматы распространенных ГИС и САПР: VEC (IDRISI), VEC/VEH (SPANS GIS), MOSS, GEN; MIF/MID, DXF.

Достоинства системы: простота освоения, невысокая стоимость, работа с различными форматами данных, поддержка топологи­ческой структуры пространственных данных, поддержка большо­го набора картографических проекций, параметров Земли и пре­образований плоскости.

Естественно, описанные здесь программы не исчерпывают всего разнообразия программ, которые можно отнести к классу векто­ризаторов или векторных, растровых и гибридных редакторов.

ГИС для публикации карт и работы с ними в Интернет

В последние годы XX в. практически все ГИС-фирмы разрабо­тали системы для работы с картами в Интернет или средства раз­работки Web-серверов, работающих с пространственной инфор­мацией. Среди систем западных фирм следует прежде всего назвать Autodesk MapGuide и Autodesk OnSite Enterprise (Autodesk, Inc.), GeoMedia Web Map и GeoMedia Web Enterprise (Intergraph Corp.), MapXtreme (Maplnfo Corp.), ArcIMS (ESRI).

115

MapXtreme

Программа разработана фирмой Maplnfo Corp.(США). Полное название системы — MapXtreme NT и MapXtreme Java Edition.

Система предназначена для создания WEB-серверов, работаю­щих с пространственной информацией, и управления ими. Она позволяет обеспечить полный доступ неограниченного числа пользователей сетей Интернет/Интранет к картографической ин­формации. В ее составе средство разработки Web-серверов, под­держивающих пространственную информацию, создание, запуск и поддержку серверов приложений и управление ими; среда раз­работки WEB-серверов и серверов приложений; расширенный язык разработки МарХ и MapJ — для разработки приложений, исполь­зующих пространственную информацию.

MapXtreme — это комплексное решение для создания и управ­ления Web-серверами в среде Интернет/Интранет. Встроенные средства разработки значительно облегчают работу по созданию приложений и включает в себя самое распространенное средство разработки и управления для серверов АрасЫ и Microsoft IIS.

ArclMS

ArcIMS — программа для быстрого и мощного картографиро­вания по сети Интернет, обеспечивающая готовое решение для создания, дизайна и управления Web-сайтами.

Уникальность ArcIMS заключается в том, что с его помощью обеспечивается доступ ко многим серверам в сети организации или по всему миру. ArcIMS позволяет увидеть и использовать ГИС-данные, расположенные как локально, так и в любом месте в Интернет по простым и разветвленным сетям, в том числе через Мировую паутину WWW. ArcIMS поддерживает распространение информации и в виде растра, и в виде потока векторных данных.

ArcIMS — это программное обеспечение, которое позволяет пользователям легко интегрировать локально хранящиеся данные с данными Интернет в рамках простого, но достаточно мощного интерфейса.

К главным свойствам ArcIMS следует отнести:

— встроенные мастера и шаблоны с понятными пошаговыми инструкциями проводят пользователя через все основные задачи, связанные с авторизацией и публикацией карт, — не требуется никакого дополнительного программирования. Достаточно про­сто создать карту, скомпоновать Web-страницу или выбрать ее ди­зайн из имеющегося набора шаблонов и затем опубликовать карту. Для более подготовленных пользователей доступны средства кон­фигурирования клиентских и серверных частей, обеспечивающих создание защищенных, надежных и масштабируемых в широких пределах сайтов;

116

• поддержание потокового режима векторных данных к разви­
  тым клиентам ArcIMS. Есть возможность выбора из набора гото­
  вых к использованию примеров приложений или средств простой
  для разработчика настройки клиентов ArcIMS с использованием
  средств VBScript или " onclick="return false">
• интеграция географических данных из многих источников
  для их отображения и анализа на настольном компьютере. ArcIMS
  может обеспечить одновременный доступ к данным, расположен­
  ным в сети Web, к расположенным локально шейп-файлам, сло­
  ям Spatial Database Engine (SDE) и растровым изображениям, т.е.
  это программное обеспечение предоставляет возможность работы
  с любой доступной по сети информации на любом персональном
  компьютере.
  

Дизайн ArcIMS обеспечивает возможности масштабирования от небольших сетей Интранет до полномасштабной Интернет и от единственного сервера до распределенной сети, включающей несколько серверов.

ArcIMS — решение для картографирования через Web, кото­рое оптимально использует данные в общепринятых промышлен­ных стандартах и не требует их преобразования в специальные форматы.

WebMap

Программа разработана ЗАО «Резидент» и является программ­ным обеспечением картографического Web-узла. Первая версия была выпущена в 2000 г.

Программное обеспечение картографического Web-узла пред­назначено для обеспечения работы пользователя с цифровыми векторными картами средствами стандартного Web-броузера.

В состав данного программного продукта входят следующие компоненты:

• программное обеспечение картографического сервера — рас­
  ширение стандартного Web-сервера;
  
• программное обеспечение клиентского рабочего места;
  
• утилита для подготовки карт к публикации на сервере.
  

Оно предоставляет быстрый доступа к картографическим дан­ным через Интернет/Интранет любому количеству пользователей, при этом сохраняется привычный интерфейс Web-броузера, в который встроены стандартные инструменты ГИС.

ГеоКонструктор Web-сервер

Программа разработана Центром геоинформационных иссле­дований Института географии Российской академии наук (ЦГИ ИГ РАН) в 2000 г.

117

Инструментальное средство предназначено для разработки ГИС-Интернет-приложений и позволяет осуществлять публика­цию интерактивных карт и баз данных ГИС в Интранет/Интернет. Технология обеспечивает максимально безопасное соединение (использование Java-applets, flash и др. не является необходимым условием; пользователи не получают непосредственного доступа к векторным картам для их копирования), рассчитана на низко­скоростные каналы соединений и большие объемы данных. Для помещения уже готовых карт в формате ГеоГраф не нужно про­изводить каких-либо изменений, загрузка их на Web-сервер осу­ществляется автоматически. Карты в форматах других ГИС могут быть оперативно перенесены с помощью утилит импорта. К кар­там, помещенным в Интранет/Интернет, возможно применение широкого спектра функций ГИС: управление картографическим изображением, работа со слоями, поиск по карте и в таблицах, нанесение на карту объектов непосредственно в Интернет/Ин­тернет с авторизацией и др.

Система имеет невысокую стоимость, возможность интеграции данных из разных ГИС, возможность реализации широкой гаммы приложений — от простых и недорогих до достаточно сложных, надежность в эксплуатации под высокой нагрузкой (подтверждена использованием на сайтах ведущих Интернет-компаний).

Autodesk MapGuide

Программа разработана фирмой Autodesk, Inc. (США). С 2001 г. поставляется 6-я версия системы. Она предназначена для обеспе­чения коллективной работы с интерактивными картами удален­ных баз данных в Интранет/Интернет.

Структура системы — Autodesk MapGuide (plug-in для Netscape Navigator и Microsoft Internet Explorer, Autodesk MapGuide Author, Autodesk MapGuide Server).

Основные достоинства системы: диалоговое управление слоя­ми и легендами; установка границ и масштабов карты; навигации Zoom Go To — показать выбранное; увеличение, уменьшение, прокрутка; вычисление расстояний; печать файлов; заметки на карте; поддержка доски объявлений; соединение с несколькими серверами; показ карт в режиме WYSIWYG; управление доступом к карте и ресурсам; управление отображением при масштабиро­вании; тематическое картографирование и симвология, Markup и Redline; полная настройка слоев; поддержка MDI, управление подписями при масштабировании; глобальные картографические настройки, включая проекции и границы; настраиваемое падаю­щее меню, связь объектов карты с приложениями Web.

Система поддерживает динамические многослойные, базиру­ющиеся на векторной графике карты. Архитектура клиент—сер-

118

вис, оптимизированная для Интранет/Интернет, обеспечивает мощные средства для многопоточной обработки данных, доступ к данным, расположенным в разных местах виртуального про­странства Интранет/Интернет. Архитектура распределенного дос­тупа позволяет оптимально распределять информацию, повышая уровень ее использования и обеспечивая всесторонний доступ к данным, без их размножения. Autodesk MapGuide дает возможность напрямую работать с СУБД Oracle. Система имеет развитые сред­ства создания клиентских приложений и защиты данных от не­санкционированного доступа к информации.

Autodesk OnSite Enterprise

Программа разработана фирмой Autodesk, Inc. (США). С 2001 г. поставляется вторая версия. Она обеспечивает работу с интерак­тивными картами удаленных баз данных в Интранет/Интернет непосредственно с места работы удаленного пользователя через стандарт TCP/IP. Программа состоит из нескольких компонент — Autodesk OnSite View, Design Publisher, Markup Publisher.

Autodesk OnSite Enterprise имеет:

• развитый интерфейс прикладного программирования (API);
  
• возможность работы в режиме on-line с удаленными источ­
  никами данных в форматах DWG/DWF и MWF через протокол
  TCP/IP;
  
• возможность быстро настраивать приложения для специфи­
  ческих целей компании;
  
• возможность поддержки многопользовательского окружения
  не ограниченного размера, легко масштабируется в рамках орга­
  низации;
  
• высокую надежность, которая обеспечивается автоматиче­
  ским дублированием данных в центральный сервер компании в
  формате RML, поддерживаемый любым AutoCAD-продуктом;
  
• интеграцию с линией ГИС-продуктов Autodesk и ГИС дру­
  гих компаний.
  

GeoMedia Web Map/GeoMedia Web Enterprise

Программа разработана фирмой Intergraph Corp. (США) в 1997 г. В 2003 г. начата поставка версии 5.1.

Программа является серверным приложением для публикации векторных и растровых геоданных в сетях Интернет/Интранет че­рез службу Web в целях организации широкого доступа к источ­никам географической информации. Это универсальный Web-шлюз для ГИС, позволяющий напрямую (без конвертации) подклю­чаться и работать с геоинформационными БД большинства инду­стриальных форматов, эффективно интегрируя геоданные в еди-

119

ную информационную систему масштаба от рабочей группы до предприятия.

Программа обеспечивает удобный доступ к геоинформацио-ным БД, ГИС-анализ, тематическое картографирование и дру­гие ГИС-функции любого уровня для различных областей при­менения.

Система имеет серверную часть — приложение для Web-узла и клиентскую часть — бесплатный модуль ActiveCGM Browser для браузеров Internet Explorer или Netscape Navigator.

GeoMedia Web Map/GeoMedia Web Enterprise — это средство для сетей Интернет/Интранет, предоставляющее возможность пуб­ликации геоданных в Web. Формат передачи векторных карт ActiveCGM. Карты в формате ActiveCGM создаются динамически на основе данных ГИС, а доступ к ним осуществляется с помо­щью стандартных браузеров и Web-серверов. ГИС-данные с атри­бутами (полигоны, линии, точки или тексты) могут быть «актив­ными» — при наведении курсора на такой активный графический объект в режиме реального времени извлекаются связанные с ним атрибуты. Поставщик данных полностью контролирует и назнача­ет права доступа в Web, а также управляет масштабом картогра­фического материала, публикуемого для открытого доступа. Кар­ты в формате ActiveCGM совмещают в одном активном окне векторную и растровую информации. Дешевое клиентское место за счет бесплатных модулей просмотра для Internet Explorer или Netscape Navigator, а также отсутствие технически обслуживае­мых компонентов ГИС на стороне клиента обеспечивают просто­ту использования и низкую общую стоимость владения системой. Продукт оптимизирован для работы с базами данных ARC/INFO, Arc View, Maplnfo, MGE, FRAMME, GeoMedia, CAD-файлами и др. Легко адаптируется для широкого круга приложений. Актив­ные картографические объекты позволяют связывать с ними до­полнительную информацию. Встроенный механизм увеличения масштаба позволяет различать мелкие детали на карте. Создание файла ActiveCGM «на лету» позволяет исключить предваритель­ную трансляцию файлов и минимизировать интерактивную пере­дачу полномочий на доступ к информации. При этом внешний вид файла ActiveCGM практически не отличается от оригиналь­ных ГИС-данных, а результат запроса отображает актуальную информацию.

Internet CSI-MAP Server

Программа разработана фирмой «КСИ Интернэшнл Софтвэр» в мае 1997 г. С ноября 2000 г. поставляется 4-я версия.

Internet CSI-MAP Server — клиент-серверное приложение для работы с электронными картами в Интернет.

120


В состав системы входят: набор Automation-компонентов (СОМ и IDispatch), оформленных в виде DLL; CGI-модуль в виде ЕХЕ для отработки CGI-запросов и формирования геозапросов; набор апплетов и классов Java; набор HTML-файлов; набор ASP-фай-лов для генерации фреймов из SQL-запросов к базе данных через ADO.

Таким образом, Internet CSI-MAP Server — интерактивное Ин­тернет-приложение, основанное на Java-технологии. Использует минимальный векторный формат данных для передачи информа­ции от сервера к клиенту. Позволяет подключать базы данных Интернет.

Программное обеспечение для обработки данных дистанционного зондирования Земли

Дистанционное зондирование Земли в широком смысле — это получение любыми неконтактными методами информации о по­верхности Земли, объектах на ней или в ее недрах, обычно в виде изображения земной поверхности в определенных участках элек­тромагнитного спектра [Геоинформатика, 1999]. Информация, полученная в виде фотографического, сканерного, радиолокаци­онного или иного изображения в цифровом либо аналоговом виде, получила название материалов дистанционного зондирования (МДЗ), данных дистанционного зондирования (ДДЗ) или мате­риалов аэрокосмосъемок (МАКС). В дальнейшем для обозначения такой информации будем пользоваться аббревиатурой — ДДЗ.

Системы обработки ДДЗ долгое время развивались отдельно и почти независимо от ГИС. Все 70-е годы и даже в начале 80-х основная деятельность по компьютерной обработке ДДЗ в мире была сосредоточена в ограниченном числе организаций. Как пра­вило, это были либо непосредственные поставщики данных (те, кто реально управлял спутниками и принимал с них информа­цию), либо крупные научно-исследовательские центры, связан­ные с космическими исследованиями Земли и общими пробле­мами обработки изображений.

Обработка изображений заключалась в массовой предваритель­ной коррекции снимков или в опробовании новых алгоритмов, по­пытках применения созданных методик для решения прикладных задач [А.С.Алексеев, В.П.Пяткин, В.Н.Деменьев и др., 1988].

Предварительная обработка ДДЗ осуществлялась в производ­ственных объемах, а тематическая носила характер научного экс­перимента. Соответственно и программное обеспечение имело черты уникальных комплексов, не предназначенных для широко­го применения [У.Прэтт, 1982; Цифровая..., 1991].

Однако большинство методов и приемов обработки изображе­ний, которыми оперируют современные программы, были зало-

121

жены именно в то время и в математическом смысле не претерпе­ли принципиальных изменений. Главное, что отличает современ­ное программное обеспечение для обработки ДДЗ, — это боль­шая ориентация на конечного пользователя-прикладника и, естественно, на совершенно другие классы компьютеров [Норма­тивно-правовая..., 1999; Э.А.Трахтенгерц, 1998].

Специфика аппаратного и программного обеспечения для обра­ботки ДДЗ. Аппаратной платформой для профессиональной рабо­ты с ДДЗ, как и для ГИС, являются рабочие станции RISC-UNIX и персональные компьютеры к операционным системам Windows 2000 и Windows NT.

Профессиональное программное обеспечение для обработки ДДЗ имеет определенные особенности, отличающие его от систем общего назначения, таких, как PhotoPoint, PhotoShop, и профес­сиональных систем обработки изображения, применяемых в на­учных исследованиях (типа пакета/языка IDL). И те, и другие ра­ботают с растровой моделью данных, используя или совершенно одинаковые, или опирающиеся на аналогичный математический аппарат методы обработки изображения. Основное объективное различие заключается в специфике самих данных зондирования.

Во-первых, ДДЗ — это значительные объемы файлов, для эф­фективной работы с которыми необходимы специальные сред­ства, в том числе иерархически сжатые форматы данных, более сложные, чем простой растр.

Снимок SPOT, изображающий территорию площадью 60 х 60 км с размером пиксела 10 м на местности, имеет размер примерно 35 Мбайт, а серое 8-битовое изображение, полученное камерой МК-4, при восьмиметровом пикселе занимает около 380 Мбайт.

При цветном или трехканальном представлении размеры фай­лов увеличиваются в 3 раза. Полный оцифрованный снимок каме­ры КВР-1000 при наилучшем разрешении на местности, состав­ляющем 2 м, требует 1,5 Гбайта машинной памяти. Для того чтобы выполнить обработку таких снимков, требуется минимум в 2 — 5 раз больше дискового пространства, чем занимает исходное изоб­ражение.

Во-вторых, ДДЗ — это часто многозональные съемки с числом зон более трех (иногда несколько десятков и даже сотен), кото­рые нельзя трактовать как изображения RGB True Color (24 бит/ пиксел), чем обычно исчерпываются возможности программного обеспечения общего назначения. При этом возникает задача оп­тимальной визуализации изображений, сравнительной информа­тивности разных зон, что совсем не характерно для обработки изображений в таких системах, как PhotoPoint или PhotoShop.

В-третьих, ДДЗ — это пространственная, географически при­вязанная информация, связанная с определенной территорией. Со­ответственно возникает геодезический аспект (картографические

122


проекции, координатные системы и т.п.), который полностью отсутствует в графическом программном обеспечении общего на­значения.

Имеется также множество других факторов, которые часто при­ходится учитывать, например влияние атмосферы или кривизны Земли.

В ДДЗ оказываются важными числовое, абсолютное или нор­мированное значения пиксела. В обычных системах обработки изоб­ражений точным значением каждого конкретного пиксела можно пренебречь из-за отсутствия задачи восстановления каких-либо характеристик снятого объекта по значениям соответствующих пикселов.

Важным свойством программного обеспечения обработки ДДЗ является возможность быстрого перехода от результатов тематичес­кого дешифрирования к выполнению операций моделирования и пространственного анализа средствами ГИС, что обеспечивается наличием формализованных алгоритмов пространственного анализа данных в растровом формате.

В 70 —80-е годы в геологии большие надежды возлагали на ма­шинное, автоматическое дешифрирование [А. С. Алексеев, В.П.Пят-кин, В.Н.Деменьев и др., 1988; Космическая геология, 1979; Кос­мическая информация..., 1983]. Считалось, что компьютерная обработка имеет объективный характер и дает стабильно надеж­ные результаты в противоположность субъективному дешифриро­ванию, производимому человеком. Но по существу один субъек­тивизм подменяется другим: вместо субъективного ручного дешифрирования — субъективный выбор алгоритма. Впечатление об объективном характере машинной тематической обработки и дешифрирования создалось на заре практического применения методов дистанционного зондирования и компьютерной обработки их результатов как раз за счет существовавших тогда барьеров между прикладными специалистами и специалистами по обработке изоб­ражения — математиками и программистами. Все это нанесло се­рьезный моральный ущерб применению методов дистанционного зондирования вообще и методов их компьютерной обработки, в частности. Главное достижение сегодняшнего программного обес­печения для обработки ДДЗ — доступность его для непосредствен­ной и интерактивной работы специалиста-прикладника, а не толь­ко компьютерщика.

Однако простота и удобство интерфейса, ликвидируя одну из методологических проблем, порождают новую — возможность огромного числа вариантов обработки при отсутствии, в боль­шинстве случаев, простых критериев сравнения их результатов. Видимо, оптимальным механизмом оценки результатов дешиф­рирования является сравнение их с имеющимися картографи­ческими данными посредством ГИС-технологий.

123