Курсовая работа (т): Технология создания цифровых топографических карт и планов

Рис. 5. Пример автоматической векторизации изображений растительного покрова и рельефа

Рис. 6. Пример автоматизированной структуризации рельефа

. Автоматический контроль ЦКМ. В средства контроля включены операции структурного контроля, контроля корректности метрического и семантического описаний объектов, правильности присвоения высот горизонталям, правильности направления цифрования объектов и некоторые другие виды контроля. Средства контроля обеспечивают, если это возможно, автоматическую коррекцию ЦКМ. В противном случае формируется протокол ошибок, который затем обрабатывается картографическим редактором.

. Редактирование ЦКМ. Операции редактирования выполняются с помощью специализированного картографического редактора, который включает в свой состав более 100 функций. Редактор является универсальным комплексом и используется не только в технологии создания цифровой информации о местности, но и в технологиях обновления ЦКМ и подготовки карт к изданию.

. Формирование выходной структуры ЦКМ. Включают операции учета деформации исходного материала, фильтрации, сжатия, формирования различных служебных признаков.

. Сервисная обработка ЦКМ. Сюда включены операции печати протоколов, слияния отдельных цифровых моделей в единую модель, получения символизированных и несимволизированных графических копий, построения матрицы высот рельефа и др.

2.1 Создание цифровых карт по материалам полевых измерений

Исходными материалами при создании топографических карт и планов являются материалы наземной, аэро - или космической съемки (черно-белые, цветные или спектрозональные изображения), материалы планово-высотной подготовки снимков. Могут использоваться и другие дополнительные материалы (топографические и специальные карты и планы смежных масштабов, эталоны дешифрирования, справочники, словари, схемы, протоколы-описания, ведомости, лоции и т.п.).

Сбор данных - первый и, наверное, самый важный этап создания цифровых карт. Ошибки этого этапа обходятся дорого, поэтому стоит использовать электронные геодезические приборы (GPS-приемники, тахеометры, цифровые нивелиры), которые позволяют исключить такие характерные для работы с оптическими приборами источники ошибок, как снятие отсчета, диктовка, запись, перенос данных из полевых журналов в вычислительную ведомость, вычисления.

Первое необходимо создавать и развивать геодезические сети как обоснование для дальнейших тахеометрических съемок. В этих целях применяются GPS-приемники геодезического класса. Использование таких приборов в режиме статики (прибор-"база" находится на закрепленной точке с известными координатами, а "мобильный" прибор перемещается по определяемым точкам, производя измерения на каждой в течение нескольких часов), позволяет получать координаты пунктов с миллиметровой точностью.

Используя поставляемое с приборами GPS программное обеспечение, вы можете обработать результаты измерений, уравнять полученные геодезические сети и вычислить координаты пунктов для последующих тахеометрических съемок.

После измерения координат точек геодезической сети, ее уравнивания и получения ведомости координат переходят к съемке местности. Максимально сократить издержки и повысить производительность труда при топографических съемках позволяют электронные тахеометры: с их помощью можно не только измерять углы и расстояния, но и кодировать полевую информацию, как бы "оцифровывая" объекты на поле. Определив перечень объектов, подлежащих картографированию, создают таблицы, в которых каждый объект получает уникальный идентификатор. Для сохранения достоверности и актуальности информации, содержащейся на карте, необходимо ее постоянное обновление. При глобальных изменениях территории может потребоваться повторная тахеометрическая съемка отдельных ее участков.

Слово "тахеометрия" в переводе с греческого означает "быстрое измерение". Быстрота измерений при тахеометрической съемке достигается тем, что положение снимаемой точки местности в плане и по высоте определяется одним наведением трубы прибора на рейку, установленную в этой точке. Преимущества тахеометрической съемки по сравнению с другими видами топографических съемок заключаются в том, что она может выполняться при неблагоприятных погодных условиях, а камеральные работы могут выполняться другим исполнителем вслед за производством полевых измерений, что позволяет сократить сроки составления плана снимаемой местности.

Топографические карты по аэрофотоснимкам создаются комбинированным и стереоскопическими методами.

При комбинированном методе контурная часть плана создается с использованием аэрофотоснимков в камеральных условиях, а рельеф снимается в поле при помощи мензулы.

Съемка рельефа выполняется на фотопланах, фотосхемах и на отдельных снимках. Предварительно создается высотное съемочное обоснование, для чего определяются высоты плановых опорных знаков или четких контуров. Параллельно со съемкой рельефа может выполняться дешифрирование.

Фотоплан (фотосхему или отдельный снимок) прикрепляют к планшету и определяют высоты характерных точек рельефа тригонометрическим нивелированием. При равнинном рельефе нивелирование выполняют горизонтальным лучом.

Фотоизображение помогает выбрать характерные точки. Кроме того, на хорошо видимые точки местности рейки не устанавливают, а углы наклона измеряют наведением центра непосредственно на точки.

Расстояние между станцией и характерной точкой определяют по масштабу фотоплана. После определения отметок характерных точек проводят горизонтали.

Съемка рельефа на фотопланах требует в два раза меньше времени, чем при обычной мензульной съемке.

При стереофотограмметрических методах рисовка рельефа выполняется в камеральных условиях. Стереоскопическую модель местности получают на специальных стереоприборах: измерительных стереоскопах, стереокомпараторах, универсальных стереофотограмметрических приборах, монокомпараторах и т.д., а также на экране монитора компьютера.

Различают два способа стереоскопической рисовки рельефа: универсальный и дифференцированный.

При универсальном способе при помощи перекрывающихся снимков на стереофотограмметрических приборах создается пространственная модель местности, по которой определяют координаты X, Y, Z любой точки местности. В результате измерений на стереомодели при универсальном способе горизонтали автоматически вычерчиваются на бумаге. Для этого используют приборы стереографы или стереометрографы топокарт.

Рис. 7. Стереограф

При дифференцированном методе единый процесс создания плана или карты местности разделяется на ряд этапов. Высоты точек рельефа получают камерально, путем измерений на стереомодели, после этого на снимках рисуют горизонтали, используя полученные высоты, как и при полевой съемке.

В последнее время широко стали использовать дигитайзеры - преобразователи графической информации в цифровую.

2.2 Цифрование картографического изображения

Цифрование - преобразование аналоговых графических и картографических документов (оригиналов) в форму цифровых записей, соответствующих векторным представлениям пространственных объектов.

По методу цифрование различают:

·              Цифрование с помощью дигитайзера с ручным обводом

·              Цифрование c использованием сканирующих устройств (сканеров) с последующей векторизацией растровых копий оригиналов;

·              ручное цифрование манипулятором типа "мышь" по растровой картографической подложке или полуавтоматическое видеоэкранное цифрование, а также гибридные методы.

В цифровую форму переводят существующие карты на бумажных носителях.

Как и в традиционной картографии, процесс создания карты начинается с редакционно-подготовительного этапа, который включает сбор картографических, съемочно-геодезических, литературных, статистических и других материалов, разработку редакционных указаний. Для компьютерных технологий характерно добавление новых специфических процессов: подготовка материалов для сканирования или цифрования; разработка макетов для составления на компьютере; изготовление или доработка имеющейся цифровой карты; составление, оформление и подготовка к изданию оригинала карты на экране компьютера; вывод цветоделенных позитивов (рис.8).

Рис 8. Схема основных этапов компьютерного создания карты.

Рассмотрим цифрование картографического изображения в программме CorelDRAW.представляет собой интегрированный объектно-ориентированный пакет программ для работы с векторной графикой.

Слова "интегрированный пакет" означают, что CorelDRAW представляет собой не отдельную программу, ориентированную на решение какой-либо одной четко поставленной задачи, а совокупность программ (пакет), ориентированных на решение множества различных задач, возникающих при работе пользователя в определенной прикладной области, а именно - в области иллюстративной графики.

Интегрированность пакета следует понимать в том смысле, что входящие в него программы могут легко обмениваться данными или последовательно выполнять различные действия над одними и теми же данными. Так достигается многофункциональность пакета, возможности разных программ объединяются, интегрируются в единое целое, представляющее собой нечто большее, чем сумма их составных частей.

Термин "объектно-ориентированный" следует понимать в том смысле, что все операции в процессе создания и изменения изображений пользователь выполняет не с изображением в целом и не с его мельчайшими, атомарными частицами (пикселами изображения), а с объектами - семантически нагруженными элементами изображения. Начав со стандартных объектов (кругов, прямоугольников, текстов и т.д.), пользователь может строить составные объекты (например, значок в рассмотренном выше примере) и манипулировать ими как единым целым. Таким образом, изображение становится иерархической структурой, на самом верху которой находится векторное изображение в целом, а в самом низу - стандартные объекты.

Вторая особенность объектной ориентации пакета заключается в том, что каждому стандартному классу объектов ставится в соответствие уникальная совокупность управляющих параметров, или атрибутов класса. Если мы говорим о прямоугольнике высотой 200 мм и шириной 300 мм, залитом синим цветом, обведенным желтой линией шириной 3 пункта, с центром, расположенным на расстоянии 150 мм по вертикали и 250 мм по горизонтали от левого нижнего угла страницы с углом наклона длинной стороны к горизонтали, составляющим 32°, мы имеем дело с экземпляром класса - объектом, для которого зафиксированы значения управляющих параметров.

Третьей особенностью объектной ориентации пакета является то, что для каждого стандартного класса объектов определен перечень стандартных операций. Например, можно разворачивать, масштабировать описанный выше прямоугольник, закруглять его углы, преобразовывать его в объект другого класса - замкнутую кривую.

Интерфейс Corel Draw состоит из элементов, похожих на элементы большинства других редакторов и отличаются спецификой обрабатываемых файлов. Тем, кто знает хотя бы один видео или графический редактор, без труда разберется с элементами интерфейса Corel Draw. Для тех, кто впервые сталкивается с мощными редакторами обработки изображений, приводится описание интерфейса данной программы. Функции и инструменты программы во многом напоминают элементы такого распространенного векторного редактора, как Adobe Illustrator.

Рис. 9. Окно редактора векторной графики Corel Draw

Интерфейс включает следующие элементы:

·        Рабочая среда программы состоит из панелей и окон, которые можно включать, выключать и перемещать.

·        Сверху расположена панель меню с большим набором выпадающих подменю с набором функций.

·        Ниже расположена стандартная панель инструментов, элементы которой примерно такие же, как в большинстве программ.

·        Под ней - панель свойств и атрибутов для настройки инструментов для каждого инструмента в панели набора инструментов рисования.

·        Слева набор инструментов для редактирования объекта.

·        В середине интерфейса расположена рабочая область или рабочий стол, в которой при работе с документом показывается печатная страница.

·        С правого края программы расположена палитра цветов. В нижнем правом углу находится навигатор.

·        Внизу программы находится строка состояния, на которой показывается информация об объекте и советы об инструментах.

·        Обычно справа в рабочей области располагается окно ДИСПЕТЧЕР ОБЪЕКТОВ. Это основное окно Corel Draw. Окна вызываются в основном меню программы в выпадающем меню ИНСТРУМЕНТЫ.

Рис. 10. Интерфейс Corel Draw

Для дальнейшей работы в Corel Draw была выдана подоснова карты, которую требовалось оцифровать.

В первую очередь на панели Object manager в докерном окне был создан слой "исходник", в который вошли исходные данные. В дальнейшем был создан новый слой для горизонталей. Они создавались при помощи инструмента . Кривая Безье - рисование плавных кривых по узелкам: щелчок приводит к появлению нового узелка, а узелки соединяются сегментами. Изменяя положение узелков и управляющих точек - регулировка кривизны и формы кривых. Затем их редактирование происходило при помощи инструмента Shape .

При помощи того же инструмента, Freehand Tool, а также инструмента Bezier Tool, были созданы все остальные объекты (леса, автодороги, здания). Каждому виду объектов соответствовал собственный слой. Текстовые надписи были нанесены с помощью инструмента Text Tool. А также при нанесении на карты зданий и лугов мною был использован инструмент Point Rectangle Tool.

Для некоторых условных обозначений был использован инструмент Ellipse tool. Для копирования большого количества однотипных элементов применялся инструмент Interactive Blend Tool . Еще раз обращаю внимание на то, что каждая группа объектов, объединенна общими характеристиками, создавалась на отдельном слое.

3. Прикладные задачи, решаемые с использованием цифровых и электронных карт

Различные виды картографической продукции в виде электронных и цифровых карт широко используются при оперативном управлении промышленностью, транспортом и сельским хозяйством, анализе социальных процессов, планировании использования материальных и природных ресурсов, поиске полезных ископаемых, мониторинге экологической обстановки, принятии решений в чрезвычайных ситуациях. Эти средства картографического обеспечения позволяют получать новые знания о земной поверхности, местности, характеристики ее элементов и объектов (например, плотность населения, густота дорожной или речной сети, количество объектов определенных классов, данные о расстояниях и площадях).