Цифровое моделирование рельефа

     В научно-технической литературе и нормативных документах приведены понятия цифровых моделей местности, электронных, цифровых карт, цифровых топографических карт, различные их классификации.

     Как в России, так и в других государствах, цифровые топографические карты и планы создаются государственными топографо-картографическими и кадастровыми службами и другими ведомствами государства, покрывая всю территорию или отдельные регионы и охватывая большую часть топографического масштабного ряда [2,6]. Цифровые карты (ЦК) в векторном формате - наиболее распространенный вид цифровой карты. Их создавали (в конце прошлого века) по технологии цифрования с помощью дигитайзера с ручным обводом или сканированием оригиналов с последующей векторизацией (в настоящее время), используя программные средства - векторизаторы. Альтернативный подход - растровая цифровая карта, создаваемая сканированием топографических карт.

     Векторная ЦК обладает рядом преимуществ. Тем не менее, практика показывает, что при отсутствии необходимости в векторной основе, ограниченности финансовых ресурсов и по другим причинам может быть использована растровая копия топографической карты (плана).

     Существенные недостатки растровой основы: трудность актуализации, ограниченные изменения масштаба изображения, невозможность разгрузки излишних элементов содержания и их атрибутов), трудность понимания, невозможность адресации к элементам содержания, большие объёмы данных, их труднопереносимость.

     В процессе цифрования происходит перевод исходных картографических материалов на твёрдой основе в цифровую форму. Используемое программное обеспечение  и цели работы накладывают определенный отпечаток на технологию цифрования, однако существуют требования, выполнение которых необходимо для создания качественного продукта в виде ЦК. Результатом цифрования является цифровая карта. Однако это еще «сырой» продукт. Для того чтобы ЦК стала законченным результатом, её качество должно быть оценено и признано удовлетворительным. Существуют различные способы нахождения и устранения ошибок - от ручных до полуавтоматических. Созданная по исходным картографическим материалам и прошедшая процедуры контроля цифровая карта является продуктом и используется далее в соответствии со своим предназначением.

      Под цифрованием принято понимать процесс перевода исходных (аналоговых) картографических материалов в цифровую форму, т. е. перевод графических  объектов исходных картографических материалов в цифровую форму.

     Создание ЦК может осуществляться с помощью дигитайзера или цифрового изображения исходных картографических материалов.

     С помощью дигитайзерного ввода основная масса ЦК создавалась до середины 1990 -х гг., а затем дигитайзеры уступили место цифрованию по растру. В настоящие время при создании ЦК дигитайзеры имеют ограниченную область использования.

     Преимущества дигитайзерного ввода:

• возможность обзора всего листа карты или участка карты, окружающего цифруемую территорию. Этот способ позволяет разобраться в ситуации при  низком качестве графики исходных материалов;
• возможность оцифровки исходных материалов практически любого качества. Этот способ имеет  решающее значение, если используемый сканер по своим техническим возможностям  не позволяет оцифровывать карты (планы) на жесткой основе (алюминий, дерево), ветхие картографические материалы или картографические материалы с локальными участками неравномерной толщины (в качестве материалов часто выступают бумажные планы, оперативное редактирование которых происходит путём срезания бритвой устаревших объектов и наклеивания актуализированных участков поверх устаревших).

     При векторизации растра субъективные факторы влияют меньше, чем при дигитайзерном вводе, так как растровая подложка позволяет все время корректировать ввод. Программы векторизации растровых изображений условно можно разделить на три группы: ориентированные на ручную векторизацию, полуавтоматическую и автоматическую.

     Алгоритмы автоматической векторизации для ввода картографической информации в настоящее время не используются для массового ввода картографического материала.

     Полуавтоматическая векторизация дает хорошие результаты при цифровании чётких контуров на растре соответствующего качества, например расчленённые оригиналы рельефа на пластике.

     Точность ввода информации у опытного оператора при ручной векторизации выше, так как при полуавтоматической векторизации на передачу формы влияет качество растра, и при «изрезанных» краях растровой линии начинают появляться изгибы проводимой векторной линии, которые вызваны не общей формой линии, а локальными нарушениями растра. Оператор же в таких и подобных случаях форму объекта передает более точно, ориентируясь на дополнительные материалы (источник получения растра) и анализируя ситуацию. Нужно отметить, что при векторизации растра точность вода значительно выше, чем при цифровании дигитайзером, и в основном зависит от качества исходного растра [3].

     При работе с различными цифровыми картографическими материалами следует понимать, что в качестве непосредственного результата цифрования исходных картографических материалов получаем цифровую карту, являющуюся моделью источника, с которого она была получена. Если при создании ЦК в качестве источника использовались «бумажные» карты, то непосредственно в результате цифрования получаем цифровую картографическую модель исходной бумажной карты, если в качестве источника использовались данные наземных полевых съёмок, то полученная по «безбумажной» технологии цифровая карта является цифровой картографической моделью местности и т. д.

     Цифровая модель местности (ЦММ) - цифровая картографическая модель, содержащая данные об объектах местности и ее характеристиках.

     Цифровая модель объектов местности - цифровая модель местности, содержащая информацию о плановом и высотном положении объектов местности, кроме рельефа.

     Цифровая карта (ЦК) - цифровая картографическая модель, содержание которой соответствует содержанию карты определенного вида и масштаба.

     План - цифровая картографическая модель, содержание которой соответствует содержанию плана определенного вида и масштаба.

     Графическая копия цифровой  карты - графическое изображение на твёрдом носителе, содержание которого адекватно содержанию цифровой карты.

     Графическая копия цифрового (электронного) плана - графическое  изображение на твёрдом носителе, содержание которого адекватно содержанию цифрового плана [17].

     Классификация цифровых карт

     Классификация цифровых карт по назначению.

     Общегеографические карты. Топографические (масштаб 1 : 200 000 и крупнее), обзорно – топографические (от 1 : 200000 до 1 : 1 000 000 включительно) и обзорные (мельче 1 : 1 000 000) карты содержат разнообразные сведения  о рельефе, гидрографии, почвенно-растительном покрове, населенных пунктах, хозяйственных объектах, путях сообщения, линиях коммуникаций, границах. В геоинформатике эти карты служат для двух целей: получение информации о перечисленных объектах местности и пространственной привязки тематических сведений.

     Карты природы. Это наиболее разнообразная по тематике группа карт, включающая карты геологического строения и ресурсов недр, геофизические, рельефа земной поверхности и дна океанов, метеорологические и климатические, гидрологические и океанографические, почвенные, геоботанические, зоогеографические, медико-географические, ландшафтные и общие физико-географические охраны природы.

     Карты народонаселения. Среди карт народонаселения выделяют следующие основные сюжеты: размещение населения по территории и расселение; этнографическая и антропологическая характеристика народонаселения; демографическая характеристика; социально-экономическая характеристика.

     Карты экономики. Данный класс карт наиболее обширен и разнообразен социально-экономической тематики. Здесь прежде всего выделяют карты промышленности с подразделением на добывающую и обрабатывающую или более детально по каждой отрасли промышленности. Ещё более многочисленны карты сельского хозяйства. Широко используется характеристика природных ресурсов, зачастую с их хозяйственной оценкой, и прежде всего земельных фондов, трудовых ресурсов, материально-технической базы сельского хозяйства и др. Отраслевые карты сельскохозяйственного производства подразделяют на карты земледелия и животноводства. Карты лесного хозяйства характеризуют распространение и использование лесных ресурсов.

     Карты науки, подготовки кадров, обслуживания населения связаны с картами, как народонаселения, так и экономики, торговли, связи.

     Список литературы

1. Хлебникова Т.А. Создание цифровых карт и планов средствами ГИС «Панорама» [Текст]: учебно-метод. пособие / Т.А. Хлебникова. -Новосибирск: СГГА, 2007. – 125 с.

     [2] - Основы геоинформатики: в 2 кн. Кн 1: учеб. пособие для студ. вузов/ Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарёв, В.С.  Тикунов и др.; под ред. В.С. Тикунова.- М.: Академия, 2004. -352 с.

     [6] - Лисицкий Д.В. Основные принципы цифрового картографирования местности/ Д.В. Лисицкий. – М.: Недра,  1988. - 261 с.: ил.

     [3] -  Основы геоинформатики: в 2 кн. Кн 2: учеб. пособие для студ. вузов / Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарёв, B.C. Тикунов и др.; под ред. B.C. Тикунова. - М.: Академия, 2004. - 480 с.

     [17] - ГОСТ 28441-99. Картография цифровая. Термины и определения. Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. - Минск: 1999. - 10 с.

     Цифровое картографирование - новое направление топографо-геодезического производства

     При автоматизации любого, в том числе и топографо-геодезического, производства можно проследить два взаимосвязанных, но имеющих при этом вполне самостоятельное значение направления. Одно из них заключается в создании новых технических средств, обеспечивающих замену ручного труда при выполнении отдельных операций и процессов работой автоматических устройств и систем; другое — в поиске принципиально новых технических идей и решений. Взаимосвязь этих направлений выражается в том, что, с одной стороны, разработка и использование средств автоматизации базируются на новых способах и приемах работ, а с другой - совершенствование методологии топографии требует учета возможностей современной техники.

     Анализ содержания и задач крупномасштабного картографирования на современном этапе позволяет выделить три основополагающих принципа автоматизации геодезического производства:

• переход к представлению топографической информации в виде цифровой модели местности, реализованной на ЭВМ;
• формализация параметров топографической съемки как информационного процесса в системе «человек — машина» с разработкой новых методов и технологических процессов;
• системный подход к организации производственного процесса, выражающийся в создании автоматизированных систем картографирования.

     В результате реализации приведенных положений возникло новое направление в топографии - цифровое картографирование местности.

     Под цифровым картографированием местности как части топографо-геодезического производства понимается технологический процесс, системно объединяющий сбор и обработку цифровой топографической информации, формирование на ЭВМ цифровой модели местности хранение, дополнение и обновление ее с помощью машинного банка данных, получение по этой модели различных аналитических и графических материалов в соответствии с предъявленными требованиями.

     В научном плане цифровое картографирование представляет собой новый метод, принципиально отличающийся от традиционных  аналоговых и предназначенный для создания цифровой модели местности. Топографические планы и карты при этом рассматриваются как ее производные. Потребители топографо-геодезической информации имеют возможность получать не один универсальный документ (топографическую карту или план), требующий дополнительной переработки, а целый ряд материалов различного содержания и формы, необходимых для решения конкретных инженерных задач. Такой подход обеспечивает потребности различных отраслей народного хозяйства в топографо-геодезических и картографических материалах, дает большой экономический эффект, обусловленный многократным и многоцелевым их использованием.

     Одной из особенностей цифрового картографирования является сочетание в едином технологическом процессе ЭВМ и других средств автоматизации с человеческим трудом и обусловленная этим своеобразная форма представления и использования топографической информации. Этот метод создает естественные предпосылки для применения в топографии автоматизированных измерительных средств, ЭВМ и координатографов, обеспечивает перестройку топографо-геодезических и картографических работ на индустриальной основе, позволяет осуществить комплексную автоматизацию всего технологического процесса.