Цифровое изображене карт в MapInfo

Чтобы оценить точность изображения, для зарегистрированной в программе MapInfo растровой карты строим километровую и градусную координатные сетки. Для построения сеток используется модуль GridMaker. Чтобы запустить этот модуль, необходимо выбрать пункт «Каталог программ» из меню «Программы». В результате откроется диалоговое окно «Каталог программ» (рисунок 4). Из списка доступных модулей выбирается GridMaker и ставится напротив него галочка в графе «Загрузить».

 

 

Рисунок 4 – Окно каталога программ

 

Далее нужно нажать кнопку ОК. В результате появится дополнительная панель инструментов «Программы» (рисунок 5).

 

 

Рисунок 5 – Панель инструментов модуля GridMaker

 

Теперь, чтобы создать километровую сетку, нажимается пиктограмма «Создать сетку». После нажатия нужно выделить область, для которой будет строиться сетка. После того, как область была определена, открывается диалоговое окно «Создать сетку» (рисунок 6). Проекцию в этом случае выбирать не нужно, изначально установлена та проекция, в которой зарегистрировано изображение – Гаусса-Крюгера (Пулково 1942, GK зона 14),  и единицы измерения – метры. Чтобы создать километровую сетку, которая изображена на растре, в поля «Север», «Юг», «Восток», «Запад» вводятся соответствующие координаты. Восток и запад будут ограничены максимальными и минимальными соответственно координатами Х. Север и юг – координатами Y. Шаг линий составляет 4000 метров. Затем выбирается путь каталога, в который необходимо сохранить сетку, и нажимается кнопка ОК. Диалоговое окно с введёнными значениями представлено на рисунке 6.

 

 

Рисунок 6 – Окно создания километровой сетки

 

В результате на растровое  изображение карты ложится километровая сетка, состоящая из 289 ячеек. Но даже при масштабе 1:200000 видно, что в некоторых местах созданная сетка не совпадает с той, что изображена на растре. При 8-микратном увеличении несовпадения видны отчётливо (рисунок 7).

 

 

Рисунок 7 – Несовпадение цифровой километровой сетки с растровой при 8-микратном увеличении

 

Измерив инструментом «Линейка»  расстояние между цифровой координатной сеткой и растровым изображением этой же сетки, получилась погрешность, равная 185 м. При том, что допустимая погрешность составляет 40 м, можно сделать вывод, что растр имеет значительные искажения, и дальнейшая работа с ним невозможна, т.к. погрешность будет составлять больше допустимого значения. Для устранения искажений необходимо произвести калибровку растрового изображения. Калибровка – это устранение линейных и нелинейных искажений растрового изображения.

Для того чтобы окончательно убедиться в том, что калибровка необходима, построим также градусную координатную сетку. Для этого нужно выбрать меню «Программы», затем нажать «Создать градусную сетку» и выбрать пункт «Создать сетку». Откроется диалоговое окно, изображённое на рисунке 5. Чтобы создать градусную сетку, необходимо изменить проекцию. Нажатием кнопки «Проекция» открывается диалоговое окно «Выбор проекции» (рисунок 8). Необходимо выбрать из списка геодезическую систему координат «Долгота/широта (Пулково 1942)». Нажатием кнопки ОК сохраняются выбранные настройки.

 

 

Рисунок 8 – Окно выбора проекции

 

 Из списка, открывшегося нажатием кнопки раскрытия в поле выбора единиц измерения, нужно выбрать градусы. Т.к. на карте шаг линий градусной сетки составляет 1´, в поле «Шаг линий» вводится значение 0,0166667. Аналогично созданию километровой сетки, в поля «Север», «Юг», «Восток», «Запад» вводятся соответствующие геодезические координаты. Затем указывается путь каталога, в который нужно сохранить сетку, и вводится её имя. Диалоговое окно создания градусной сетки с введёнными значениями представлено на рисунке 9.

 

 

Рисунок 9 – Окно создания градусной сетки

 

После нажатия кнопки ОК на растровое изображение карты ложится градусная сетка, состоящая из 2460 ячеек. Так же, как и в случае с километровой сеткой, при 8-микратном увеличении несовпадения созданной градусной сетки с той, которая изображена на растре, видны очень отчётливо (рисунок 10).

 

 

Рисунок 10 – Несовпадение цифровой градусной сетки с растровой при 8-микратном увеличении

 

Измерив инструментом «Линейка» расстояние между цифровой координатной сеткой и растровым изображением этой же сетки, получилась погрешность, равная 166 м.

Таким образом, можно определить, что погрешность километровой сетки составляет около 140 метров, а погрешность градусной сетки – около 120 метров. Построив 2 координатные сетки – градусную и километровую – и увидев и оценив искажения, можно сделать вывод, что калибровка растрового изображения необходима.

 

2.3 Расчет калибровочных  пар

 

Для выполнения калибровки необходимо к уже известным точкам пересечений километровой сетки добавить точки пересечения градусной сетки с рамкой трапеции. Но для того, чтобы ввести эти точки, необходимо узнать их координаты в прямоугольной системе координат. Известны лишь их геодезические координаты. Для пересчёта геодезических координат углов рамки трапеции и точек пересечения осевого меридиана листа с верхней и нижней стороной трапеции в прямоугольную систему координат, используемую на обрабатываемой карте, можно использовать любую доступную программу вычисления координат. При выполнении курсовой работы использовалась программа PHOTOMOD GeoCalculator.

Для работы в данной программе необходимо сначала создать текстовый документ с расширением .txt, в котором введены  геодезические координаты пересечений градусной сетки с рамкой трапеции, углов рамки трапеции и центра листа карты. Причём:

А) координаты каждой точки вводятся с новой строчки;

Б) числа вводятся в следующем порядке - n, у, х;

В) между числами ставятся запятая  и пробел.

В результате получилось 202 точки. После создания этого документа можно выполнять пересчёт координат. Для этого нужно запустить GeoCalculator и в открывшемся окне нажать кнопку «Загрузить…».

В открывшемся окне загрузки файла выбирается созданный текстовый документ. Номера и координаты точек в табличном виде представляются в левом поле окна программы (рисунок 13).

После этого в том же левом поле окна программы нажатием кнопки «Выбор…» выбирается исходная система координат – «Широта-долгота Пулково 1942 – Геодезическая система координат» (рисунок 11).

 

 

Рисунок 11 – Окно выбора исходной системы координат

 

После выбора исходной системы координат в правом поле окна программы нажатием кнопки «Выбор…» выбирается прямоугольная координатная система, которая используется на данной карте (рисунок 12). Выбирается СК-42, т.к. на данной карте прямоугольная сетка построена по системе координат 1942 г., а для того, чтобы определить, к какой зоне относится карта, из второго числа в номенклатуре карты вычитается 30. Выполнив эти вычисления, можно определить, что данная карта находится в 14 зоне СК-42.

 

 

Рисунок 12 – Окно выбора требуемой системы координат

После всех проделанных действий можно  приступать к пересчёту координат. Для этого необходимо нажать кнопку «Вычислить». Результат можно увидеть на рисунке 13.

 

 

Рисунок 13 – Результат пересчёта геодезических координат в прямоугольные координаты

 

Сверив полученные прямоугольные  координаты с картой, нужно сохранить их нажатием кнопки «Сохранить…». Результат сохраняется в формате .txt.

Теперь, когда известны координаты углов рамки трапеции и точек пересечения осевого меридиана листа с верхней и нижней стороной трапеции в прямоугольной системе координат, можно выполнить калибровку растра по произвольному набору точек.

 

2.4 Калибровка изображения в програмном обеспечении Spotlight Pro

 

После того, как исходный растр был зарегистрирован в MapInfo, и были созданы километровая и градусная сетки, в некоторых участках карты были выявлены несовпадения линий координатных сеток, созданных в программе, и линий координатных сеток на растре. Эти несовпадения указывают на значительные искажения растра, и, следовательно, невозможно составить цифровую модель карты с необходимой графической точностью.

Для устранения искажений на исходном растре необходимо выполнить калибровку топографической  карты.

Калибровка используется для устранения произвольных (линейных и нелинейных) искажений растровых изображений.  Для выполнения калибровки необходимо сформировать список калибровочных пар – реальных (теоретических) и измеренных (фактических) координат точек растра. Калибровку топографических карт производить сложнее, чем калибровку топографических планов, т.к. на плане массивом калибровочных пар будет прямоугольная координатная сетка. В отличие от плана, рамка листа карты является проекцией меридианов и параллелей с эллипсоида на плоскость, и она не совпадает с прямоугольной координатной сеткой. В этом случае список калибровочных пар можно сформировать по следующим точкам:

1. Углы рамки трапеции, центр листа карты.
2. Перекрестья прямоугольной координатной сетки.
3. Пересечения градусной координатной сетки с рамкой трапеции.

Для выполнения калибровки была выбрана программа Spotlight Pro 7.0.

Spotlight Pro 7.0 – это профессиональный гибридный редактор, предназначенный для работы с растровой и векторной графикой, векторизации и растеризации. Позволяет осуществлять полный комплекс работ со сканированными чертежами, картами, схемами и другими графическими материалами: значительно повышать их качество, устранять искажения, редактировать и создавать растровую и векторную графику, преобразовывать растровую графику в векторную форму.

При помощи Spotlight можно:

- сканировать документы, значительно повышать их качество и корректировать искажения;

- быстро вносить необходимые изменения в сканированный документ;

- одновременно работать как с растровой, так и с векторной графикой, используя технологию, привычную для пользователей САПР;

- векторизовать весь документ или необходимые фрагменты при помощи автоматической или полуавтоматической векторизации.

Эта программа имеет 10 методов калибровки, причём можно использовать автоматический выбор оптимального способа калибровки. В данной курсовой работе применяется 2 способа калибровки: использование сетки и использование произвольного набора калибровочных пар.

Перед тем, как начать калибровку растрового изображения в Spotlight Pro, необходимо задать для него систему координат. По умолчанию в новом документе Spotlight текущей является мировая система координат (МСК). Для задания пользовательской системы координат (ПСК) необходимо:

1. выбрать пункт «Координатная система» в меню «Средства» или нажать кнопку , расположенную на панели инструментов «Настройки», в результате чего откроется окно «Координатная система» (рисунок 14);

 

 

Рисунок 14 – Окно создания координатной системы

 

2. в закладке «Координатная система» открывшегося диалога нажать кнопку «Создать координатную систему» (рисунок 14);
3. выбрать направление осей ПСК при помощи одного из пяти переключателей , для данной карты выбирается первый вариант направления осей;
4. определить параметры ПСК в полях «Начало», «Угол» (угол наклона относительно оси Х) и «Масштаб».

Для удобства можно  сменить единицы измерения. Это  делается во вкладке «Единицы» окна создания координатной системы (рисунок 14). Устанавливаются метры, как единицы измерения линейных расстояний.

Начало координат  задаётся относительно точки с известными координатами на карте в следующем порядке: нажать кнопку поля «Начало», затем указать на экране точку с известными координатами, и затем ввести эти координаты в поле «В точке». За начало координатной системы можно принять нижнее левое перекрестье прямоугольной координатной сетки. Его координаты: 14652000, 5324000 м.

Для задания  угла наклона относительно оси Х  необходимо рассчитать угол сближения  меридиан.

Сближение меридианов γ (гамма) – это угол в данной точке  между ее меридианом и линией, параллельной оси абсцисс или осевому меридиану. Он рассчитывается следующим образом:

- для начала  рассчитывается номер зоны – N

 

                                                N = (L / 6º + 1),                                            (1)

                                       

где L – долгота данной точки;

- затем рассчитывается  долгота осевого меридиана зоны, в которой расположена точка – L₀

 

L₀ = 6º × N - 3º,                                             (2)

 

- и только потом  – угол сближения меридиан – γ

 

,                                           (3)

 

где L – долгота данной точки; L₀  – долгота осевого меридиана зоны, в которой расположена точка; B – геодезическая широта данной точки.

Следует рассчитать величину угла сближения меридианов для 4 крайних точек карты. А затем рассчитать среднее сближение γ_ср.

 

γ_ср  = (γ₁ + γ₂ + γ₃ + γ₄ ) /4.                                    (4)

 

Результаты вычислений:

N = 14	γ1 = 1,486°
L0 = 81°	γ2 = 1,502°
	γ3 = 2,253°
	γ4 =2,259°