Высшее профессиональное образование основы геоинформатики вдвух книгах

Вид материала

Книга

Содержание Средства разработки и характеристика приложений Удаление чужеродных объектов на черно-белом растре (несня­тая сетка, реки, дороги). Фильтрация черно-белого растра (удаление случайного шума). Автоматическая векторизация. Сшивка концов полилиний. Удаление векторного «мусора». Оптимизация формы линий и уменьшение числа вершин. Контроль ошибок топологии. Коррекция ошибок. Присвоение значений высот изолиниям. RasterDesk, RasterDesk Pro

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.

о

Средства разработки и характеристика приложений

Таблица 9.1

Естественно, что гораздо удобнее выполнять настройку пара­метров операции цветоделения, имея функции предварительного просмотра. Например, в векторизатор Easy Trace начиная с вер­сии 7.3 интегрирован пакет цветоделения растра Rainbow. Это це­лый набор специализированных инструментов с возможностью предварительного просмотра результатов работы.

Удаление чужеродных объектов на черно-белом растре (несня­тая сетка, реки, дороги). На этой стадии удаляются объекты, не относящиеся к тематическому слою. В данном случае это следы сетки и надписей.

Разные векторизаторы имеют значительно отличающийся ин­струментарий для решения этой задачи. В векторизаторе R2V ис­пользуется Image Pixel Tool. С его помощью можно вручную осу­ществить попиксельное редактирование растра. Для реальных растров этот способ мало пригоден, так как требует очень боль­ших затрат времени. Значительно проще отредактировать ошибки в созданном при векторизации векторном слое.

В векторизаторе Easy Trace помимо инструмента «кисть», ана­логичного Image Pixel Tool, имеется инструмент вычитания век­торных данных из растра. Так, для удаления с растра следов коор­динатных сеток можно сначала векторизовать сетку по цветному растру, затем к полученной векторной сетке применить команду растеризации векторных данных и, наконец, выполнить вычита­ние растеризованной сетки из слоя горизонталей.

Аналогичным образом могут быть удалены следы других объек­тов (рек, дорог и др.).

Фильтрация черно-белого растра (удаление случайного шума). Для удаления случайного шума обычно используются фильтры — математические процедуры. Алгоритмы фильтрации, использован­ные в векторизаторе Easy Trace, не только удаляют шум, сохра­няя при этом тонкие линии, но и частично восстанавливают ра­зорванные линии и удаляют паразитные связи («мостики»). При этом пользователь может создавать наборы фильтров, оптимизи­рованные для конкретных растров.

Неправильный выбор фильтров может привести к утрате части информации, такой, как тонкие линии и т.п.

Автоматическая векторизация. Для качественной векторизации необходимо иметь возможность выполнить настройку векториза­тора на такие параметры автотрассировки, как преобладающие типы линий, средняя толщина линий на растре, размеры игнори­руемых пятен и каверн (отверстий) и длина игнорируемых шумо­вых векторных отрезков, а также точность векторизации (размер стрелы прогиба).

Сшивка концов полилиний. Полученные в результате автома­тической векторизации полилинии имеют разрывы в местах уда­ленной сетки и локальных дефектов растра. Автоматические век-

107

торизаторы должны иметь средства сшивки концов разорванных полилиний. Обычно это функция, соединяющая концы полили­ний, находящиеся друг от друга ближе, чем заданное пользовате­лем значение. Как правило, такая сшивка приводит к обилию не­корректных сшивок, в том числе оказываются сшитыми концы полилиний, находящихся на краях растра, т.е. изолинии с разны­ми отметками. При выполнении сшивки по описанному алгорит­му полностью игнорируются направления сшиваемых линий, а сшитые линии имеют изломы (не являются гладкими).

В векторизаторе Easy Trace реализован подход, который выпол­няет сшивку не только в пределах радиуса, указанного пользова­телем, но и с учетом направления сшиваемой полилинии, а сши­вающий сегмент интерполирует форму линии с учетом кривизны концов соединяемых линий. На краях поля проекта сшивка не выполняется.

Удаление векторного «мусора». Эта процедура заключается в удалении коротких полилиний, образованных при автоматиче­ской векторизации шумов на растре.

В некоторых векторизаторах реализована возможность построе­ния запросов по выбору полилиний для удаления по различным критериям, в том числе по количеству вершин. После выбора про­изводится удаление выбранных объектов.

Оптимизация формы линий и уменьшение числа вершин. По­лученные полилинии могут содержать избыточное число вершин, большая часть которых может быть удалена без искажения формы линий. Главное при этом не потерять точность и правильно пере­дать форму линии. Применяемые в некоторых случаях алгоритмы B-Spline-сглаживания, наоборот, приводят к появлению огром­ного числа дополнительных вершин.

В векторизаторе Easy Trace при оптимизации возможно задать тип формируемой линии и точность ее аппроксимации. Процеду­ра удаляет «лишние» точки, сохраняя форму линии на любых уча­стках. Возможно одновременное сглаживание с настройкой пара­метров для линий различного типа.

Контроль ошибок топологии. Топологическая корректность подразумевает выполнение таких условий, как отсутствие само­пересечений, пересечений внутренних областей замкнутых по­лилиний (полигонов) из одного слоя, отсутствие перехлестов или недоводов у таких объектов, как озера и впадающие в них реки, и т.д.

Например, Easy Trace автоматически выявляет 10 типов оши­бок топологии и помечает их значками, указывающими непос­редственно на места возникновения ошибок и их тип, что позво­ляет упростить их редактирование.

Коррекция ошибок. Обнаруженные на предыдущем этапе ошиб­ки топологии могут быть исправлены с помощью встроенных ин-

108

струментов редактирования топологии. При этом важно иметь инструмент, позволяющий следить за тем, чтобы были исправле­ны все ошибки.

Присвоение значений высот изолиниям. На этом этапе важно не только иметь возможность такого присваивания, но и наличие функций автоматического присваивания, а также проверки не­противоречивости выполненного присваивания.

Например, в Easy Trace значение Z-координаты можно при­своить полилиниям как вручную — с помощью редактора, так и в полуавтоматическом режиме. Ведется непрерывный контроль со­ответствия высот ранее присвоенным значениям. Контролировать процесс помогают цветовая гамма и индикация значений присво­енных высот.

При векторизации городских планов, топографических карт мелкого масштаба, геологических карт и других картографиче­ских произведений необходимо, чтобы векторизаторы позволяли осуществлять значительное количество дополнительных операций. Это функции настройки проекта векторизации (определение сло­ев, настройка визуализации, задание структуры баз данных и др.) и определения параметров векторизации для каждого слоя (тип линий; топологические условия — замкнутость, связность; гео­метрические условия: прямоугольность, вид графических прими­тивов), и задания параметров исходного картографического мате­риала (параметры эллипсоида, вид и параметры картографической проекции, точки регистрации растра), и наконец, задания фор­мата вывода результатов векторизации.

Среди наиболее распространенных в России векторизаторов наряду с уже упомянутым Easy Trace существуют такие системы, как MapEDIT, Spotlight Pro, Spotlight, RasterDesk, RasterDesk Pro и GeoDraw.

MapEDIT

Одной из самых популярных в России является программа ав­томатизированной векторизации картографических материалов MapEDIT (разработчик — ЗАО «Резидент»).

С 1993 до начала 2002 г. было выпущено пять версий векторизато­ра. В России выполнено около 750 ее инсталляций. Платформа, на которой функционирует последняя версия, — Windows 95, 98, NT, 2000.

Программа MapEDIT предназначена для создания и редакти­рования цифровых векторных карт с использованием в качестве основы растровых изображений обычных карт, космических и аэро­фотоснимков, схем и других картографических материалов.

Программа MapEDIT поставляется в двух версиях: MapEDIT PRO с возможностью фотограмметрической обработки аэро- и косми-

109

ческих снимков, включая обработку поля снимков и преобразова­ние в заданную картографическую проекцию, и MapEDIT — без фотограмметрической обработки.

Программа позволяет выполнить экспорт графических данных в форматы распространенных в России ГИС и САПР: DXF, MIF, GEN/GPN (ARC/INFO, ГеоГраф), Shape/SHX, ASC (WinGIS).

Программа может быть графическим редактором и с этой це­лью позволяет выполнить импорт графических данных из ГИС-форматов: MIF, GEN/GPN (ARC/INFO, ГеоГраф), ASC (WinGIS), TXT (для реперов привязки).

Достоинства системы:

• автоматический, полуавтоматический и ручной режимы трас­
  сировки растров любого диапазона цветности;
  
• работа с растрами более 40 форматов;
  
• ведение классификаторов;
  
• задание структуры и ввод атрибутивных баз данных;
  
• поддержка систем географических координат;
  
• сшивка растровых изображений;
  
• привязка растров и векторных карт с использованием про­
  извольной сети картографических реперов;
  
• поиск и исправление ошибок топологии, построение поли­
  гональных покрытий;
  
• сводка («сшивка») векторных карт;
  
• фотограмметрическая обработка аэро- и космических сним­
  ков, экспорт в форматы ГИС и САПР;
  
• импорт из форматов ГИС.
  

Easy Trace

Векторизатор Easy Trace (Easy Trace Group) — инструмент, позволяющий быстро и качественно создавать электронные кар­ты на основе их оригиналов (бумажные носители, растры и др.).

Разработчики Easy Trace пришли к следующим требованиям к этому программному продукту:

• поддержка всего цикла подготовки данных;
  
• возможность обработки реальных (низкокачественных и силь­
  но изношенных материалов);
  
• наличие средств распараллеливания работы с последующей
  гарантированной интеграцией данных в единое целое;
  
• необязательность высокой квалификации операторов;
  
• минимальные затраты на внедрение технологии ввода.
  

В основе технологии, реализованной в векторизаторе Easy Trace, лежит мозаичное растрово-векторное поле практически неограни­ченных размеров. Размеры отдельных растров могут превышать 2 Гб и иметь любую глубину цветности. Многослойная растровая мозаи­ка может состоять из произвольной комбинации растров различ-

110

ной цветности и масштаба. Количество векторных слоев не ограни­чено; в свою очередь, каждый слой может содержать до 1 млн объектов.

Основные возможности векторизатора естественно рассмат­ривать в рамках технологической цепочки переноса картографиче­ской информации с бумаги в цифровую форму представления. Для векторизатора Easy Trace характерны следующие возмож­ности:

1) сканирование и ввод растровой информации:

• сканирование непосредственно из векторизатора;
  
• поддержка произвольной совокупности растров различной
  глубины цветности и разных масштабов;
  
• поддержка наиболее распространенных растровых форма­
  тов - PCX, BMP, RLE, TIFF, JPEG, CALS, CIT, DIB;
  
• реализация работы с многослойными «прозрачными» рас­
  тровыми пакетами;
  

2) обработка (подготовка) растров:

• геометрическая коррекция и фильтрация растров;
  
• привязка растров;
  
• объединение растровых фрагментов;
  
• операция цветоделения и создания пакета тематических ра­
  стровых слоев для цветных растров;
  
• редактирование тематических растровых слоев;
  
• предпечатная подготовка;
  

3) векторизация:

• поддержка различных режимов векторизации: автоматичес­
  кий, полуавтоматический, ручной, ортогонализующий, линеа­
  ризующий, выделение границ заливок, восстановление границ
  заштрихованных областей;
  
• возможность сопровождения векторизации вводом атрибу­
  тивных данных;
  
• многокритериальный контроль и редактирование векторных
  примитивов;
  
• полуавтоматическая простановка высот (Z-координаты);
  
• поддержка цепочно-узловой структуры;
  
• интерактивное или автоматическое формирование вершин
  и узлов по таблице отношений;
  
• привязки «ближайшая точка/вершина», копирование участ­
  ка трассы, автоматическое замыкание;
  
• автоматический выходной контроль информации по храни­
  мому в проекте набору тестов;
  

4) редактирование, сшивка и верификация векторных данных:

• редактирование: интерактивное объектно-ориентированное,
  групповое, топологическое;
  
• объектно-ориентированный контроль и редактирование век­
  торных примитивов;
  

111

• импорт векторных фрагментов;
  
• генерация и заполнение таблиц баз данных в DBF-формате,
  отдельно для линий и точек каждого слоя;
  
• автоматическое объединение векторных фрагментов в еди­
  ное покрытие;
  

• контроль, выявление и пометка ошибок;
  5) экспорт материалов в ГИС:
  
• экспорт векторных данных и файлов регистрации растров;
  

— совместимость с ГИС: ARC\INFO, ArcView, AutoCAD,
Credo, Maplnfo, MicroStation, WinGIS и др.;

• векторные данные в форматах SHP, DXF, MIF, GEN, DGN,
  CSV, ASC, ТОР;
  
• файлы регистрации растров в форматах TFW, CPT, TAB;
  
• преобразование координат на основе контрольных точек при
  экспорте.
  

Spotlight, Spotlight Pro

Другим направлением разработки систем ввода информации для ГИС и САПР в нашей стране является создание гибридных графических редакторов. Основным разработчиком таких программ стала фирма Consistent Software. Первые версии гибридных гра­фических редакторов Spotlight Pro, Spotlight были введены в эксплуатацию в 1993 г. В 2002 г. на рынке пятая версия системы, функционирующая на платформах Windows 95, 98, ME, NT, 2000.

С помощью гибридного графического редактора можно произ­вести полную обработку растрового изображения, включая ска­нирование, фильтрацию, коррекцию линейных и нелинейных искажений, растровое редактирование, полуавтоматическую или автоматическую векторизацию, редактирование и создание век­торов, вывод на печать готового — растрового, векторного или гибридного — чертежа. Векторные объекты можно импортировать в программу и экспортировать из нее в различные системы САПР и ГИС. Есть экспорт информации как в векторные, так и в рас­тровые форматы: DXF, MIF, SHP, TIFF, RLC, CALS, PCX, TG4, С4, RAS, BMP, IMG.

Достоинства системы:

• работа с широким набором растровых форматов; поддержка
  TWAIN-совместимых сканеров; возможность обработки чертежей
  размером 65 тыс. х 10 млн растровых точек (250 м чертежа, отска­
  нированного с разрешением 1200 dpi);
  
• работа с несколькими растровыми изображениями одновре­
  менно, система растровых слоев; использование полноцветных
  фоновых изображений; большой выбор растровых фильтров;
  
• коррекция линейных и нелинейных искажений; автомати­
  ческое устранение перекоса растровых изображений; 26 способов
  

112

выбора растра, включая объектные; внесение изменений в рас­тровое изображение; поиск и замена растровых объектов;

• автоматическая векторизация всего растрового изображения
  или выбранного фрагмента произвольной формы; распознавание
  текстов с возможностью обучения программы по распознаванию
  новых символов; возможность обработки растровых файлов в па­
  кетном режиме без участия оператора;
  
• полуавтоматическая векторизация (трассировка); система век­
  торных слоев; редактирование и создание векторных объектов;
  
• объектная привязка к растровым и векторным объектам, сред­
  ства точного рисования; пользовательская система координат;
  
• импорт векторной информации из AutoCAD (*.dxf), импорт
  текста (*.txt); экспорт векторной информации в AutoCAD (*.dxf),
  ArcView (*.shp), Maplnfo (*.mif);
  
• одновременное использование нескольких библиотек рас­
  тровых, векторных и гибридных элементов; расслаивание цвет­
  ных растровых изображений для последующего редактирования и
  векторизации;
  
• поддержка OLE2 и DDE; многошаговое Undo и Redo; пла­
  вающие панели инструментов, подсказки, курсорные меню, кон­
  текстно-зависимая помощь.
  

RasterDesk, RasterDesk Pro

При массовом выполнении работ по вводу информации целе­сообразно выделить некоторые виды обработки в самостоятель­ные этапы. К таким этапам можно отнести создание и редактиро­вание растровых изображений. Для выполнения этих операций создаются специализированные программные продукты, к кото­рым относятся и растровые редакторы RasterDeskPro, RasterDesk фирмы Consistent Software.

RasterDeskPro работает в среде AutoCAD2000, 2002, LT2000, LT2002. Программа позволяет выполнить сканирование, фильтра­цию, коррекцию линейных и нелинейных искажений, растровое редактирование, автоматическую или полуавтоматическую век­торизацию растровых изображений, растеризацию векторов.

При обмене данными с ГИС и САПР система использует воз­можности AutoCAD или AutoCADLT соответственно.

Достоинства системы: работа с широким набором растровых форматов; поддержка TWAIN-совместимых сканеров; работа с несколькими растровыми изображениями одновременно; большой выбор растровых фильтров; коррекция линейных и нелинейных искажений; автоматическое устранение перекоса растровых изоб­ражений; внесение изменений в растровое изображение; поиск и замена растровых объектов; автоматическая векторизация всего растрового изображения или выбранного фрагмента произволь-

113

ной формы; использование готовых шаблонов распознавания для наиболее распространенных задач; распознавание текстов с воз­можностью обучения программы по распознаванию новых сим­волов; полуавтоматическая векторизация (трассировка) с распоз­наванием типа объекта или по указанному шаблону; трассировка с сохранением, стиранием или сглаживанием исходного растра; многошаговое Undo и Redo; объектная привязка к растровым объектам; расслоение цветных растровых изображений для после­дующего редактирования и векторизации.