Материал: 2338

очередь, это более высокая точность моделирования и обычно меньшие затраты памяти.

Рис. 3.11. Триангуляционная модель поверхности земли

Во-вторых, в триангуляционной модели можно в явном виде представлять резкие изломы поверхности, т.е. точки и линии, вдоль которых резко меняется кривизна поверхности (вершины гор, границы оврагов, обрывы рек, границы искусственных сооружений). В растровой модели предполагается, что вся моделируемая поверхность является гладкой поверхностью.

Исходными данными для построения триангуляционной модели поверхности служат высотные отметки, изолинии, а также различные структурные линии, меняющие форму поверхности. В основе триангуляционной модели данных лежит триангуляция – особая структура данных из вычислительной геометрии, определенная на плоскости. В самом общем понимании триангуляция – это пленарный граф, построенный на множестве заданных узлов и разбивающий всю плоскость на треугольники и одну внешнюю бесконечную фигуру.

Триангуляционная модель данных содержит 3 основных типа данных: узлы, ребра и треугольники (рис. 3.12). Узлы в триангуляции характеризуются координатами (х,у,г). Ребра в триангуляции являются отрезками, соединяющими два некоторых узла. Большинство рёбер в триангуляции в явном виде не представляются, т.к. их мож-

36

но всегда косвенно получить через треугольники. В явном виде представляются только особые ребра, для которых нужно хранить дополнительную информацию, например, признак структурности линии или то, что поверхность не сохраняет гладкость вдоль этой линии (см. рис. 3.12) [3, 5].

Рис. 3.12. Связи объектов в триангуляционной модели данных

Контрольные вопросы

1.Дать определение пространственного объекта.

2.Перечислить базовые типы пространственных объектов.

3.Что такое векторные объекты? В каких моделях они исполь-

зуются?

4.Что такое модель данных?

5.Привести примеры векторных моделей.

6.Перечислить преимущества векторных моделей.

7.Перечислить преимущества растровых моделей.

8.Что называют слоем карты?

9.Дать определение цифровой модели местности и цифровой модели рельефа.

10.Какие модели данных допустимы в шейп-моделях?

11.Для чего предназначена модель транспортной сети?

12.Что такое растровая модель данных?

13.Что подразумевается под процедурами векторизации и растеризации?

14.Для чего предназначена триангуляционная модель данных?

37

Лекция 4. СТРУКТУРА И ИСТОЧНИКИ ГЕОДАННЫХ

4.1. Источники пространственных данных

В качестве источников пространственных данных выступают аналоговые или цифровые данные, которые служат основой для создания моделей пространственных данных. Существуют несколько основных типов источников пространственных данных:

1.Картографические источники, в т.ч. карты, планы, атласы,

схемы и другие картографические изображения, нанесенные на бумагу, картон, пленку, пластик или иные носители. Такие данные должны быть вначале переведены в электронный вид с помощью сканирования или цифрового фотографирования. Полученные растровые изображения могут быть непосредственно использованы в качестве слоя карты в ГИС либо их можно векторизовать – перевести в векторный вид. Кроме современного метода «сканирование– векторизация», ранее широко (сейчас уже достаточно редко) использовался метод цифрования (дигитализации), когда векторные данные непосредственно «скалывались» специальным пером с твердой копии карты, уложенной поверх дигитайзера (цифрового планшета).

2.Данные дистанционного зондирования (ДДЗ), включая аэро-

икосмоснимки в видимом, инфракрасном, ультрафиолетовом, радиодиапазоне или во многих диапазонах волн сразу; результаты лазерного сканирования поверхности земли, а также другие данные, полученные неконтактным способом [3, 5]. Дистанционное зондирование – научное направление, основанное на сборе информации о поверхности земли без фактического контактирования с ней [4].

3.Данные полевых изысканий, полученные с использованием различных геодезических приборов (теодолиты, нивелиры, электронные тахеометры, лазерные сканеры) и приборов глобальной спутниковой навигации (GPS, ГЛОНАСС, Galileo).

4.Данные натурных наблюдений на гидрометеорологических и иных постах и станциях. Как правило, эти данные характеризуют распределение полей некоторых явлений на Земле, таких как температура, осадки, скорость и направление ветра и др. Эти данные обычно передаются в ГИС в виде точечных объектов (с координатами места наблюдения), которым заданы в виде атрибутов измеренные значения.

38

5. Статистические данные ведомственной и государственной статистики. Такие данные обычно помещаются в ГИС в виде атрибутов пространственных объектов.

Как правило, источники пространственных данных не могут быть непосредственно переданы в ГИС для использования [3, 5].

4.2. Векторизация

Процедура векторизации предназначена для перевода существующих картографических изображений из растрового в векторный вид.

Процедура векторизации разбивается на несколько основных этапов:

1.Геометрическая коррекция снимка. Необходимость этого этапа может возникать, например, из-за небольших погрешностей в работе механики сканера, что приводит к неравномерному движению сканирующей головки по противоположным краям сканируемого листа. В результате прямоугольник на карте может превратиться в трапецию в памяти компьютера. Если ввод данных в компьютер выполнялся с помощью цифрового фотоаппарата, то на этом этапе исправляются оптические искажения, вызванные оптикой объектива фотоаппарата.

2.Привязка к требуемой картографической проекции. На данном этапе определяется использованная в исходном изображении картографическая проекция и на растре отмечается некоторое число характерных точек, координаты которых можно точно установить из каких-то соображений. Такими характерными точками обычно выступают кресты координатной или картографической сетки и только при их недостаточном количестве – другие точечные объекты.

3.Склейка различных растров в единое полотно для сплошного покрытия территории. Для выполнения склейки на смежных растровых изображениях находятся общие объекты (например, дорога, проходящая через несколько листов карты), координаты которых должны быть совмещены на карте. После этого программа векторизации подбирает оптимальное преобразование (обычно кусочнолинейное или кусочно-квадратичное), позволяющее достичь заданных требований с минимальными искажениями растра.

По окончании первых трех этапов растр обычно преобразуется в новый, в котором исправлены все геометрические и проекционные искажения, а также данный растр увязан с другими, смежными.

39

4. Подготовка к векторизации. На данном этапе обычно последовательно выполняется корректировка яркости и контраста (ручным или гистограммным способом), удаление различных шумов (удаление очень мелких пятен, устранение маленьких разрывов линий и др.).

Кроме того, в связи с тем, что для печати карт обычно применяется небольшое количество различных цветов, каждый из которых используется для обозначения различного рода пространственных сущностей, на данном этапе растр может быть разделен по цветам на несколько отдельных растров. Например, на картах железные дороги могут быть отмечены черным цветом, красным цветом – автомобильные дороги государственного значения, а синим – автомобильные дороги местного значения. Поэтому для векторизации транспортных сетей имеет смысл разделить по цветам исходный растр на 3 разных.

5. Собственно векторизация. Существует 3 способа векториза-

ции: ручной, полуавтоматический и автоматический. При ручном способе пользователь самостоятельно отмечает координаты фигур пространственных объектов поверх растра с помощью компьютерной мыши. При полуавтоматическом способе пользователь отмечает объект, который предстоит векторизовать, а система предлагает векторный вариант (линию или полигон), который может быть принят пользователем, отвергнут или модифицирован. В автоматическом режиме программа анализирует сразу весь растр и выделяет все имеющиеся объекты. Главным недостатком автоматического режима является невысокая точность распознавания. Это связано как непосредственно с математическими и алгоритмическими проблемами решения задачи распознавания, так и с проблемой каскадных ошибок, когда один неверно распознанный объект может повлиять на распознавание следующего объекта. Поэтому после автоматического распознавания оператор вынужден визуально полностью проверять полученные результаты и вносить коррективы. В итоге общее время такой работы может превзойти время полуавтоматической векторизации. Поэтому на практике наибольшее распространение получили программы полуавтоматической векторизации, позволяющие гибко управлять процессом перевода растра в векторный вид [3, 5].

40