Автоматизированные системы проектирования землеустройства и кадастра

Приведенное деление программных продуктов по четырем уровням достаточно условно, и различными специалистами одной и той же системе может быть дана разная оценка. Главным является факт качественных различий между уровнями: программные средства первого уровня не имеют никаких специальных функций ГИС; второго уровня - имеют их минимальный набор; третьего - широкий набор, но с рядом ограничений по использованию (например, определенная закрытость системы); ПП четвертого уровня имеют полный набор специальных функций ГИС и являются наиболее мощным инструментальным средством для создания ГИС различной ориентации и построения автоматизированных технологических линий обработки информации.

Таким образом, программные средства первой группы не решают в полном объеме задачи землеустройства, а ПП второй группы, имея четко выраженную прикладную ориентацию, менее требовательны к аппаратуре и системному программному обеспечению, проще в освоении и использовании, чем пакеты третьей и четвертой групп. В большинстве случаев ПП данной группы разрабатывались для решения вполне конкретных задач с учетом специфики предметной области.

При обработке и интерпретации информации, используемой при решении землеустроительных задач, до сих пор применяются лишь логико-математические процедуры, построенные на использовании детерминированных математических моделей преобразования данных и фиксированной логики, а это значит, что автоматизации подлежат только отдельные этапы обработки, анализа, интерпретации или моделирования данных, носящие чисто вычислительный характер.

13. В чем заключается характерные особенности отечественных разработок по автоматизации землеустройства?

Анализируя современные отечественные разработки, можно отметить следующие их характерные особенности:

- большая часть отечественных программных продуктов находится в стадии постоянного совершенствования;

- нередки случаи, когда осуществляется адаптация программных средств, разработанных для целей и задач, отличных от землеустройства; в подобных продуктах отсутствует ряд функций, необходимых при решении землеустроительных задач (например, вычисление площадей внемасштабных линейных и вкрапленных контуров, логическое наложение отдельных тематических слоев и формирование интегрированного слоя при работе с электронными картами);

- программные средства должны обеспечивать вывод в соответствии с заданными формами выходных документов; с течением времени они могут изменяться, но поскольку при разработке ПП (например, в модуле генератора отчетов) это часто не учитывается, любые корректировки возможны только с помощью разработчика;

- часть вводимой информации определяется существующими нормативными акта-ми, классификаторами и т.д. Поэтому многие программные продукты для облегчения работы пользователя предлагают вводить такие данные с использованием системы справочников, которые нередко бывают жестко зашиты в тело программы, и тем самым все изменения (ввод новых данных, исключение и редактирование существующих) опять-таки возможны только при участии разработчика;

- некоторые ПП являются узкоспециализированными (например, предназначенные для векторизации растра), и разработчики далеко не всегда указывают программные средства, в которых могут использоваться далее полученные результаты без необходимости проведения дополнительных разработок;

- ряд программных продуктов имеет ограничения, которые связаны с принципиальными решениями разработчиков по форматам представления данных, с отказом от концепции многослойной организации информации и связанных с этим.

автоматизированный топографический геодезический землеустроительный

14. Назовите методы преобразования исходного графического материала в цифровую форму

Задача преобразования исходной графической информации в цифровую форму решается в настоящее время двумя основными способами: ручная кодировка содержания исходных карт-материалов с использованием планшетных дигитайзеров и в той или иной степени автоматизированная векторизация растрового изображения.

Преобразование исходных картографических материалов в цифровую векторную форму (цифрование или векторизация) решается двумя основными методами:

- цифрование на планшете (дигитайзере);

- сканирование исходных картографических материалов с последующим цифрованием по растровой подложке.

Дигитайзер - это устройство для цифрования, состоящее из электронного планшета и указателя. Указатель называют также и панелью, курсором, манипулятором, а дигитайзер - графическим планшетом, сколкой.

На планшете закрепляется карта, фотоснимок. Указатель (кнопочное устройство) перемещается по планшету. Количество кнопок может колебаться от одной до семнадцати. Связь данного типа дигитайзеров с ГИС осуществляется путем использования соответствующих драйверов - программ. Работа с дигитайзером может выполняться в дискретном или непрерывном режиме. При работе в дискретном режиме оператор вручную обводит контуры объектов и на характерных точках нажимает соответствующую кнопку. В результате координаты точек передаются в компьютер. На экране монитора возникают изображения обведенных объектов. При работе в непрерывном режиме координаты регистрируются автоматически либо с постоянным шагом, либо с постоянным интервалом по времени обводки. Недостаток режима - избыточное количество точек.

До начала работы необходимо произвести настройку дигитайзера. Например, ввод контрольных точек. Планшет дигитайзера имеет свою систему координат, поэтому необходимо установить соответствие с координатами карты. Вначале должны быть заданы контрольные точки (не менее двух). Часть ГИС допускают выполнение преобразования координат по любому числу контрольных точек (преобразование Гельмерта).

Одни ГИС допускают оперативное редактирование, другие не допускают, и редактирование проводится после оцифровки.

Цифрование по растровой подложке более распространено и имеет более высокую точность и производительность.

Перед цифрованием изображение сканируется сканерами. Сканер предназначен для считывания графической и текстовой информации по строкам мельчайших клеток растровой сетки с регистрацией черно-белого или цветного изображения. Разрешающая способность сканера должна быть не менее 600 точек на дюйм. Результатом сканирования является файл растрового формата (GIF, TIE, PCX). Открыв файл, на экране монитора получим изображение сканированного материала. Перед этапом обработки полученного изображения производится его коррекция, после чего приступают к его оцифровке вручную, автоматически или полуавтоматически.

При оцифровке вручную с помощью мыши фиксируются характерные точки контура нажатием на кнопки. Получаем набор координат. Автоматическая - производится по специальным программам.

Работа этих программ состоит в распознании образов. Они идентифицируют и выделяют из растра отдельные точечные, линейные и площадные объекты, сравнивая изображения с заложенными в эти программы образцами условных знаков.

Полуавтоматическая или интерактивная оцифровка ведется с применением программ, которые автоматически распознают объекты на сравнительно простых растровых изображениях и обращаются за помощью к оператору, когда не могут выполнить векторизацию автоматически.

Выбор способа зависит от наличия программ - векторизаторов, сложности растрового изображения, объема работ и т.д.

Заключительными этапами работ по оцифровке являются контроль и оценка точности. Обычно сложные части изображения векторизуют вручную, а простые - автоматическим или полуавтоматическим способом.

15. Какие модели представления данных используются в САЗПР

Составной частью САЗПР является графический редактор, обеспечивающий преобразование растрового изображения в векторную форму. Растра представляет собой цифровую прямоугольную матрицу элементов изображения (пикселов). Растровое представление - это цифровое представление пространственных объектов в виде совокупности ячеек растра (пикселов) с присвоенным им значениями класса объекта. Растровое и векторное преобразование (векторизация) - это процедура преобразования растрового представления пространственных объектов в векторное. Векторным представлением называется цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар (векторов).

Векторным представлением (векторной моделью данных) называется цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар (век­ торов). Векторно-растровое преобразование (растеризация) - это преобразование векторного представления пространственных объектов в растровое путем присваивания элементам растра значений, исходя из принадлежности или непринадлежности к ним элементов векторных записей объектов.

Векторное нетопологическое представление данных -разновидность векторного представления линейных и полигональных про­странственных объектов с описанием их геометрии в виде неупорядоченного набора дуг или совокупности сегментов.

Векторно-топологическое представление {линейно-узловое представление) -разновидность векторного представления линейных и полигональных пространственных объектов, описывающего не только их геометрию, но и топологические отношения между ними и образующими их элементами {полигонами, дугами и узлами).

Таблицы отчетности. Система должна обеспечивать вывод исходных или вычисленных в процессе работы параметрических характеристик по заданным точкам, контуру, совокупности конту­ров, карте как для простого, так и интегрированного слоя, а также составление принятых форм отчетности - по контурной ведомости, справки о вкрапленных земельных участках, экспликации земель; списка всех землепользователей (землевладельцев) с указанием площадей всех участков по документам и результатам обследований; списка землепользователей без оформленных документов (включая случаи самовольного строительства или захвата участков); ведомости неиспользуемых или нерационально используемых земель и т.д.

Карты и схемы. Для их построения и вывода в САЗПР должен быть предусмотрен механизм, позволяющий расширять существующие и создавать новые библиотеки условных картографических знаков; строить гладкие кривые; оформлять графическое изображение (штриховки, заливки, размещение условных знаков, надписи различной ориентации и конфигурации, типы и цвет линий и т.д.); строить рамки и координатные сетки; выполнять зарамочное оформление (надписи, легенда, штамп и т.д.); структурировать элементы слоев по приоритетам для вывода чертежа на плоттер.

Произвольные запросы. В любых базах данных стандартные запросы используют, чтобы по одному или нескольким критериям выбирать из системы требуемые данные и отображать их в заранее предусмотренной форме. Однако в ряде случаев этого недостаточно, и тогда возникает необходимость в выборе информации из семантических баз данных в соответствии с условиями, заданными пользователем, а также в поиске и выводе на экран соответствующих графических объектов.

Документы произвольной формы, создаваемые с использованием генератора отчетов. Необходимость в их разработке возникает, когда традиционные отчетные формы уже не отвечают современным требованиям. С этой целью в состав модулей САЗПР включают генератор отчетов, позволяющий пользователю видоизменять или разрабатывать самостоятельно таблицы выходных документов.

16. Из каких этапов состоит процесс графического автоматизированного проектирования?

Процесс графического автоматизированного проектирования состоит из нескольких этапов.

Преобразование исходного графического материала в растровую форму (например, с помощью стандартных программ, входящих в поставку сканера).

Преобразование растрового изображения в цифровую векторную форму (векторизация растра) с использованием модулей AutoCAD, Maplnfo, Arc Info или других программных продуктов.

Обработка цифрового графического изображения. После векторизации получают карту, объектами которой можно манипулировать, например, в формате AutoCAD (качественное оформление чертежа, зарамочное оформление, надписи, условные знаки, штампы и др.).

Получение производных карт (уклонов местности, экспозиций). Для этого используются специальные пакеты, содержащие функцию 3Д-преобразования. Вводится рельеф местности, запускаются специальные модули (Arclnfo, Microstation и др.), позволяющие получить цифровую модель рельефа (ЦМР); далее запускается стандартный модуль ПП для получения карты уклонов, экспозиций, почвенных карт и др.

Процесс проектирования и размещения полей и элементов проекта на компьютере происходит так же, как и вручную, только осуществляется на полученной векторной карте при помощи вышеперечисленных программных продуктов.

Выполнение автоматизированных расчетов по профилю решаемой задачи. Те из них, которые нужны в процессе проектирования, осуществляются с помощью стандартных функций используемой программы (например, вычисление площадей, расстояний, периметров, панорамирование, изменение угла зрения, 3D-преобразование). Расчеты, необходимые для обоснования проектных землеустроительных решений, выполняются путем вызова соответствующих внешних программ.

Запись результатов расчетов и графического проектирования в файлы и их вывод на внешние устройства (принтер, плоттер).

17. Приведите примеры пространственных задач, основанных на обработке интегрированной информации

Решение пространственных задач, основанных на обработке интегрированной информации, получаемой в процессе логического наложения слоев. Пространственные задачи по определению связаны с обработкой пространственной информации. Чаще всего они направлены на определение местоположения объекта в реальном пространстве. Методы местоположения могут быть разными. Пространственные задачи разделяются на две качественно разные группы: прямые и обратные и задачи.

Классическим примером задач данной группы является вычисление площадей сельскохозяйственных угодий в разрезе землепользовании (в случае отнесения кадастровой информации и данных о земельных угодьях к разным слоям) с последующим составлением всего пакета необходимых документов. Заметим, что, как показывает практика, именно такое раздельное хранение информации является наиболее целесообразным, так как изменения, вносимые в один слой, при этом никак не затрагивают другой. В то же время логическое наложение слоев всегда позволяет получить объективную картину распределения угодий по землевладельцам.

Обратные задачи связаны с получением параметров точки наблюдения и условий измерения. При решении обратной задачи одно трехмерное множество измерений этих точек преобразуются в одно параметров условий съемки на местности. Обратные задачи решаются методом последовательных приближений. Причем сходимость таких приближений исследована недостаточно. Существует параллельное направление решения на основе методов проективной геометрии. Оно позволяет линейно решать обратную и прямую задачу. Особенность решения данных задач в том, что сначала решают обратную задачу потом прямую. Обратная задача имеет форму:

A*Xo = C

Здесь А - матрица связей между известными координатами опорных точек на местности Xo и параметрами условий съемки С.

Применительно к наукам о земле обратная задача тактируется следующим образом. Имеется обратная связь между пространством модели (пространством R1) и реальным пространством (R2), задаваемая оператором обратной связи А. По известным параметрам Х пространства R2 необходимо вычислить параметры В точек пространства R1. AX=Bb Система тематического картографирования призвана обеспечить вывод на внешние устройства графических изображений, необходимых для интерпретации выполненных расчетов, а также получение карт, землеустроительных схем, графиков, формируемых при получении варианта проектного решения и служащих приложениями к нему.

18. В чем заключается общая технология подготовки проекта для перевода его в ГИС или САПР?

В землеустроительном проектировании все шире используются методы графического компьютерного проектирования. При этом технология работ независимо от применяемых программных средств состоит из следующих главных элементов:

- ввод планового материала объекта землеустройства в компьютер;

- редактирование введенного изображения с целью получения хорошего растра;

- цифрование растра с вводом семантики по слоям;

- получение интегрированных или преобразованных слоев; вывод на экран или принтер необходимой информации по объекту (например, изображение объекта, его характеристики, площади контуров, семантическая информация и т. д.);

- редактирование оцифрованных объектов (например, изменение внешних границ объектов, полей, севооборотов, трансформация угодий и т. д.). Ввод изображения объекта производится по стандартным программам посредством сканера, дигитайзера или цифровой фотокамеры. Редактирование изображений проводится в таких программах, как Microsoft Paint, Imaging, Adobe Photoshop и др.

Оцифровку осуществляют с помощью Map Info, AutoCAD, MicroStation, WinGis, Easy Trace и др., на основе которых выполняется и само проектирование. Эти программы позволяют автоматически рассчитывать площади контуров, изменять их границы и перевычислять площади, длины линий, площади групп контуров, составлять экспликации, проводить зонирование по необходимым признакам и многое другое.

19. Место ГИС в САЗПР

Создание автоматизированных систем в землеустройстве невозможно без широкого использования географических информационных систем (ГИС) - специализированных компьютерных систем, включающих набор технических средств, программного обеспечения и определенных процедур, предназначенных для сбора, хранения, обработки и воспроизведения большого объема графических и текстовых данных, имеющих пространственную привязку.

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Рис. 6. Составные части ГИС

Для землеустроительных исследований ГИС имеет значение как система сбора, передачи, хранения, анализа, отображения и вывода информации о территории. В частности, технологии позволяют накапливать и использовать пространственно-скоординированную информацию, связанную с конкретной территорией для целей землеустроительного проектирования.

Необходимо отметить, что развитие сельского хозяйства выдвигает новые задачи в области организации использования земель. Так, в проектах землеустройства не решаются в полном объеме вопросы использования материалов внутрихозяйственной оценки пашни, отсутствует методика создания и использования информационного обеспечения для САПР в землеустройстве, недостаточно проработаны принципы и методы формирования землеустроительной САПР, не усовершенствованы методические основы выделения первичных территориальных участков на пашне, отсутствует методика определения структуры посевных площадей на основе внутрихозяйственной оценки земель с применением элементов САПР, нет методических положений по расчету экономической эффективности применения элементов САПР при организации использования пашни и устройстве ее территории.

ГИС сейчас широко применяются при изучении природных ресурсов и их использовании. В настоящее время основная проблема заключается в том, что они рассчитаны на квалифицированных экспертов, имеющих опыт исследования сложных пространственных связей с помощью компьютерных систем. Удобные для рядового пользователя интерактивные системы, которые могли бы помочь ему в решении различных задач, существенно улучшили бы характеристики ГИС и расширили их применение. В частности, разработка экспертных систем для ГИС могла бы позволить более эффективно проводить обработку и анализ данных на компьютере лицам, имеющим небольшой опыт в этой области. Так, проблема совмещения пространственных данных, полученных из разных источников, может решаться путем разработки новых моделей данных, которые должны быть совместимы с методами искусственного интеллекта, применяемыми в задачах сужения пространства поиска.

Вообще, ГИС являются хорошей средой для внедрения методов искусственного интеллекта и экспертных систем. Это вызвано, с одной стороны, разнообразием и сложностью самих ГИС, с другой - наличием большого числа экспертных задач, возникающих при их использовании. Уже созданы ЭС, применяемые для получения композиции карт, выделения элементов их нагрузки, получения тематических карт, поддержки принятия решений, построения оверлейных структур и др.

20. Перечислите основные технологии обработки трехмерной графики

Основную долю рынка программных средств обработки трехмерной графики занимают три пакета: 3D Studio Max фирмы Kinetix; Softimage 3D компании Microsoft; Maya, разработанная консорциумом известных компаний (Alias, Wavefront, TDI). На сегодняшний день Maya является наиболее передовым пакетом в классе средств создания и обработки трехмерной графики для персональных компьютеров.

Составной частью САЗПР является графический редактор, обеспечивающий преобразование растрового изображения в векторную форму. Растровый способ представления пространственных данных. Растровое представление (растровая модель данных) - это цифровое представление пространственных объектов в виде совокупности ячеек растра (пикселов) с присвоенными им значениями класса объекта. Растрово-векторное представление (векторизация) - это процедура преобразования растрового преобразование пространственных объектов в векторное. Растровый способ представления пространственных данных служит более точным аналогом реального мира, поскольку являет собой меньшую абстракцию с точки зрения содержательных свойств, воспринимаемых наблюдателем непосредственно. В дальнейшем, с развитием как аппаратной, так и программной части ГИС, векторный способ представления географических данных, перейдя из области автоматизированной картографии, возобладал над растровым, в основном благодаря меньшему объему требований к аппаратной части проектов и заимствованию методов из программ инженерной графики. В этот период резко возросло количество проектов, называвшихся геоинформационными, но выполняемых на уровне сложных инженерных решений средствам и методами САПР.

Сначала определяется состояние объектов, принимающих участие в сцене, которую необходимо отобразить. С каждым объектом в сцене связана соответствующая текущему моменту его геометрическая модель. Построение геометрической модели поверхности объекта осуществляется путем задания трехмерных координат его опорных точек и уравнений соединяющих их линий. Полученная геометрическая модель представляет собой так называемую каркасную модель объекта (wireframe).

С точки зрения компьютера трехмерные объекты - это лишь пустотелые, не имеющие физической толщины оболочки. Чтобы описать объекты достаточно детально, производится декомпозиция геометрических моделей - внешний вид объекта формируется с помощью набора определенных примитивов. Чаще всего в роли примитива выступает треугольник как простейшая плоская фигура, однозначно располагаемая в трехмерном пространстве. Разбиение поверхности объекта на элементарные плоские элементы называют тесселяцией) или триангуляцией. Пример того, как при этом может быть представлено лицо человека, показан на рис. 6.1. Поверхность объекта воспроизводится точнее при увеличении числа и уменьшении размеров многоугольников.

Таким образом, все элементы объемного изображения состоят из таких треугольников. Ключевым критерием реалистичности сцены является качество представленных в ней моделей. Качество отображения, близкое к фотореализму, возможно при наличии в сцене 500 000 и более треугольников.

Моделирование движения объекта (перемещение, изменение размеров и формы) - трансформация (transformation) - сводится к преобразованию координат вершин отдельных граней треугольников и реализуется путем выполнения множества различных алгебраических операций с использованием тригонометрических функций. Нетрудно представить, насколько огромен объем информации и расчетов, необходимых при этом. Можно судить и о том, насколько высокие требования предъявляются к вычислительным ресурсам ПК. При наличии полумиллиона треугольников в сцене общий объем данных составит около 90 Мбайт. Приемлемая минимальная скорость смены кадров - примерно 30 в секунду, т. е. общий поток обрабатываемых данных превысит 2,5 Гбайт/с. Для того чтобы справляться с таким потоком, функции по его обработке разделяются между центральным процессором компьютера и специализированным процессором видеоадаптера, в котором многие действия выполняются на аппаратном уровне.

Следующий этап формирования трехмерного изображения заключается в проецировании сцены на экран компьютера с учетом освещенности, материалов объектов сцены и определенной точки взгляда. Этот этап называется рендерингом (от англ, render - превращать, переводить), или визуализацией. Суть в том, что в памяти компьютера сцена сохраняется в пространственном виде, и для создания плоского изображения графической станции нужно рассчитать интенсивность освещения в каждой точке формируемого рисунка (в каждом пикселе экрана). При наличии в сцене большого количества источников света, сложных по форме объектов, по-разному отбивающих, преломляющих или поглощающих свет, такие расчеты способны занять очень много времени даже на весьма производительной машине. До этого процессор пока «ничего не знал» о свойствах треугольников и обрабатывал вершины треугольников по отдельности. Теперь необходимо преобразовать результаты расчетов в координаты и цвет каждого пиксела на дисплее, а также отсечь невидимые области.

Очень важным этапом визуализации является текстурирование (Texture Mapping), т.е. процесс наложения текстур на модели для получения реалистичной поверхности объекта. Текстура (texture) - это элемент обшивки объекта, изображение участка его поверхности. Текстурой, например, может быть изображение волокон дерева, наложенное на грани объекта, моделирующего деревянную доску. Для отражения эффекта степени удаленности объекта в памяти ПК хранятся несколько копий одной и той же текстуры, но с различным разрешением (level of defalcation - уровень детализации). После наложения текстуры каркасная модель как бы покрывается своеобразным покрытием - текстурой и становится похожей на реальный объект.

На заключительный этапах на основе информации о взаимной прозрачности объектов и среды осуществляется моделирование эф-фсктов прозрачности и полупрозрачное™, заключающееся в коррекции цвета пикселей - так называемое альфа-смешение (alpha-blending) и затуманивание (fogging). Проводится коррекция дефектов изображения путем сглаживания - антиалиасинг (anti-aliasing). Антиалиасинг применяется для устранения дефектов изображения типа «лестничного» эффекта на наклонных линиях, муара. И наконец изображение появляется на экране.

Перечисленные этапы в конкретных случаях могут быть переставлены, разделены, объединены, выполняться неоднократно (в несколько проходов), однако их физический смысл остается неизменным. Технологически некоторые элементы этапов или этапы целиком могут быть выполнены различными способами. Вариант реализации зависит от особенностей приложения и видеокарты ПК.

21. Дайте определение растрового и векторного изображения

Растр - это цифровая прямоугольная матрица элементов изображения (пикселов); пиксел - элемент изображения (наименьшая из его составляющих), получаемый в результате дискретизации изображения.

Растровое представление (растровая модель данных) - это цифровое представление пространственных объектов в виде совокупности ячеек растра (пикселов) с присвоенными им значениями класса объекта.

Растрово-векторное преобразование (векторизация) - это процедура преобразования растрового представления пространственных объектов в векторное; векторизатор - программное средство для выполнения растрово-векторного преобразования.

Векторизация - один из наиболее трудоемких процессов для оператора; поэтому необходимы развитый интерфейс пользователя и наличие функций, максимально способствующих быстрому, удобному и качественному решению данной задачи. К таким функциям относятся: автоматическая скелетизация; линг; открытие нескольких окон, в том числе на разных мониторах; создание нового объекта (точка, линия, контур); удаление всего объекта или его части; корректировка существующего объекта; разделение объекта (контур, полилиния); рисовка правильной геометрической фигуры (прямоугольник, окружность и т.д.); undo (отмена последней команды); ручной обвод линии; формирование контуров из уже имеющихся отрезков без их повторной векторизации или копирования и т.д.

Векторным представлением (векторной моделью данных) называется цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар (векторов). Векторно-растровое преобразование (растеризация) - это преобразование векторного представления пространственных объектов в растровое путем присваивания элементам растра значений, исходя из принадлежности или непринадлежности к ним элементов векторных записей объектов.

Векторное нетопологическое представление данных - разновидность векторного представления линейных и полигональных пространственных объектов с описанием их геометрии в виде неупорядоченного набора дуг или совокупности сегментов.

Векторно-топологическое представление (линейно-узловое представление) - разновидность векторного представления линейных и полигональных пространственных объектов, описывающего не только их геометрию, но и топологические отношения между ними и образующими их элементами (полигонами, дугами и узлами).

22. Какие аппаратные средства служат для получения цифрового изображения?

К программным средствам относятся все графические редакторы растровой, векторной и другой формы. Аппаратные средства включают сканеры, цифровые фотокамеры, цифровые видеокамеры. Для создания изображений от руки служат графические планшеты.

Сканеры по способу преобразования светового сигнала в электрический делятся на устройства с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) и устройства на приборах с зарядовой связью (ПЗС). ФЭУ относятся к электроламповым приборам и служат для регистрации малых световых сигналов с высокой точностью. ПЗС (преобразователи света в электрический сигнал) построены на полупроводниковой основе, имеют относительно невысокую чувствительность и более низкую стоимость.

Сканеры с ФЭУ относятся к барабанному типу, в котором оригинал для считывания помещается на прозрачный вращающийся цилиндр. Источник света и ФЭУ двигаются вдоль цилиндра, при этом ФЭУ считывает отраженный или проходящий световой поток и регистрирует величину фототока, которая преобразуется в цифровой сигнал. Сканеры с ФЭУ отличаются высоким качеством получаемого цифрового изображения, но обладают повышенной стоимостью и требовательны к условиям эксплуатации.

Устройства сканирования на ПЗС основаны на линейке из полупроводниковых фотоэлементов. Каждый фотоэлемент способен накапливать электрические заряды пропорционально количеству падающего света. В процессе сканирования фотоэлементы регистрируют отраженный от объекта световой поток и формируют линейку зарядов, величина которых пропорциональна яркости изображения. Разрешение таких сканеров определяется количеством фотоэлементов на единицу длины линейки, для недорогих бытовых сканеров, например, это 300-600 точек на дюйм, что на порядок меньше, чем в сканерах с ФЭУ.

Цифровые фотокамеры также основаны на использовании приборов с зарядовой связью. В отличие от сканеров, где фотоэлементы расположены на линейке, в фотокамере используется матрица ПЗС. Матрица построена из плотного двумерного массива светочувствительных фотоэлементов, которые называют пикселями. Пиксели располагаются по строкам и столбцам матрицы, их общее количество достигает нескольких миллионов. Свет, попадая на фотоэлемент, преобразуется в электрический сигнал, который, в свою очередь, преобразуется в цифровую форму и записывается в память фотокамеры. При записи чаще всего используется графический формат JPEG, который позволяет сжимать изображение для увеличения количества хранимых кадров.

Цифровая фотокамера обладает теми же основными свойствами, что и аналоговая (пленочная) фотокамера, но, помимо этого, позволяет:

- провести обработку кадра непосредственно в камере;

- проверить правильность полученного изображения на дисплее;

- соединяться с компьютером, телевизором или принтером;

- напечатать или послать снимки по электронной почте;

- сохранять в памяти большое количество кадров.

Очевидные преимущества цифровых фото- и видеокамер за несколько лет обеспечили практически полное вытеснение с рынка пленочных фотоаппаратов.

Графические планшеты конструктивно выполнены в виде двумерной электронной сетки, каждый элемент которой воспринимает и передает сигналы электронного пера, перемещаемого по поверхности сетки. След электронного пера регистрируется в виде нескольких сигналов, например, координат точки контакта, силы нажима, угла наклона пера, скорости прохождения. Все сигналы формируются в цифровой форме и поступают на программную обработку. Программная обработка преобразует полученные сигналы и позволяет выводить на дисплей разные варианты живописи: карандашом, красками, маслом. Одно из возможных применений графических планшетов - строительное проектирование. Векторная графика принципиально отличается от растровой графики, поскольку основана на других принципах.

1. Основным неделимым элементом векторного изображения является линия, которой назначают определенные атрибуты (свойства), например, кривизна, толщина, цвет.

2. Объекты векторной графики строятся из множества линий, положение которых задаются с помощью математических формул. Перед выводом на экран векторного изображения программа производит вычисления координат объектов, поэтому векторную графику иногда называют вычисляемой графикой.

3. Векторные изображения чаще всего получают в ручном режиме и используют преимущественно в оформительских работах, а также в конструкторской и научной деятельности.

23. Дайте характеристику основным графическим файловым форматам

При хранении растровых изображений, как правило, приходится иметь дело с файлами большого размера. В этой связи важной задачей является выбор соответствующего формата файла.

Форматов графических файлов существует великое множество и выбор приемлемого отнюдь не является тривиальной задачей. Для облегчения выбора воспользуемся классификациями.

По типу хранимой графической информации:

* растровые (TIFF, GIF, BMP, JPEG);

* векторные (AI, CDR, FH7, DXF);

* смешанные/универсальные (EPS, PDF).

Рис. 7

Следует учитывать, что файлы практически любого векторного формата позволяют хранить в себе и растровую графику. Однако часто это приводит к искажениям в цветопередаче, поэтому если изображение не содержит векторных объектов, то предпочтительнее использовать растровые форматы.

TIFF. Предложенный компанией Aldus формат TIFF (Tagged Image File Format) на сегодняшний день ближе всех к статусу стандартного. Помимо прочих достоинств формат TIFF позволяет сохранять растровые изображения с компрессией без потери качества. Помимо традиционных цветов CMY формат поддерживает цветоделение с большим числом красок, в частности систему Hexahrome компании Pantone. Этот формат поддерживает сжатие без потери качества по алгоритму LWZ-компрессии. Наиболее предпочтителен для полиграфии. Принцип хранения данных основан на использовании специальных маркеров (тэгов) в сочетании с битовыми последовательностями кусков растра.

GIF. Первая версия формата GIF (Graphics Interchange Format, «Формат для обмена графической информацией») была разработана в 1987 г. специалистами компьютерной сети CompuServe. Этот формат сочетает в себе редкий набор достоинств, неоценимых при той роли, которую он играет в WWW. Сам по себе формат содержит уже достаточно хорошо упакованные графические данные.

Как и у программ-архиваторов, степень сжатия графической информации в GIF сильно зависит от уровня ее повторяемости и предсказуемости, а иногда еще и от ориентации картинки; поскольку GIF сканирует изображение по строкам, то, к примеру, плавный переход цветов (градиент), направленный сверху вниз, сожмется куда лучше, чем тех же размеров градиент, ориентированный слева направо, а последний - лучше, чем градиент по диагонали.

GIF может иметь любое количество цветов от двух до 256-ти, и если в изображении используется, скажем, 64 цвета (26), то для хранения каждого пиксела будет использовано ровно шесть бит и ни битом больше.

Изменив порядок следования данных в файле, создатели GIFa заставили картинку рисоваться не только сверху вниз, но и, если можно так выразиться, «с глубины к поверхности», - то есть становиться все четче и детальнее по мере подхода из сети новых данных.

Для этого файл с изображением тасуется при записи так, чтобы сначала шли все строки пикселов с номерами, кратными восьми (первый проход), затем четырем (второй проход), потом двум и, наконец, последний проход - все оставшиеся строки с нечетными номерами. Во время приема и декодирования такого файла каждый следующий проход заполняет «дыры» в предыдущих, постепенно приближая изображение к исходному состоянию. Поэтому такие изображения были названы чересстрочными (interlaced).

Другой полезной возможностью формата является использование прозрачности.

Формат может быть использован для создания анимационных изображений. Для создания таких файлов используется утилита GIFConstractionSet.

BMP. Формат BMP (от слова bitmap) был создан компанией Microsoft и широко используется в операционных системах семейства Windows для растровой графики. Вам необходимо записать изображение в этом формате, если вы хотите использовать его в качестве фона вашего рабочего стола. Хотя в этом формате может применяться компрессия, большинство программ ее не используют.

В файлах BMP информация о цвете каждого пиксела кодируется 1, 4, 8, 16 или 24 бит (бит/пиксел).

JPEG (Joint Photographic Experts Group). Строго говоря, JPEG называется не формат, а алгоритм сжатия, основанный не на поиске одинаковых элементов, как в RLE и LZW, а на разнице между пикселами. JPEG ищет плавные цветовые переходы в квадратах 9ґ9 пикселов. Вместо действительных значений JPEG хранит скорость изменения от пиксела к пикселу. Лишнюю с его точки зрения цветовую информацию он отбрасывает, усредняя некоторые значения. Чем выше уровень компрессии, тем больше данных отбрасывается и тем ниже качество. Используя JPEG, можно получить файл в 10-500 раз меньше, чем ВМР. Формат аппаратно независим, полностью поддерживается на РС и Macintosh, однако он относительно нов и не понимается старыми программами (до 1995 г.). Из сказанного можно сделать следующие выводы. С помощью JPEG лучше сжимаются растровые картинки фотографического качества, чем логотипы или схемы - в них больше полутоновых переходов, среди же однотонных заливок появляются нежелательные помехи. Изображения с высоким разрешением (200-300 и более dpi) сжимаются с меньшими потерями, чем с низким (72-150 dpi), так как в каждом квадрате 9ґ9 пикселов переходы получаются более мягкие за счет того, что их (квадратов) в файлах высокого разрешения больше. В формате JPEG следует сохранять только конечный вариант работы, потому что каждое пересохранение приводит ко все новым потерям (отбрасыванию) данных и превращению исходного изображения в кашу. Как это ни парадоксально, возможности алгоритма сжатия JPEG реализованы в формате JPEG не полностью.

PDF. Формат PDF (Portable Document Format) предложен фирмой Adobe как независимый от платформы формат, в котором могут быть сохранены и иллюстрации (векторные и растровые), и текст, причем со множеством шрифтов и гипертекстовых ссылок. Для достижения продекларированной в названии переносимости размер PDF-файла должен быть малым. Для этого используется компрессия (для каждого вида объектов применяется свой способ). Например, растровые изображения записываются в формате JPEG. Для работы с этим форматом компания Adobe выпустила пакет Acrobat. Бесплатная утилита Acrobat Reader позволяет читать документы и распечатывать их на принтере, но не дает возможности создавать или изменять их. Acrobat Distiller переводит в этот формат PostScript-файлы. Многие программы (Adobe PageMaker, CorelDraw, FreeHand) позволяют экспортировать свои документы в PDF, а некоторые - еще и редактировать графику, записанную в этом формате. Обычно в этом формате хранят документы, предназначенные только для чтения, но не для редактирования. Файл в формате PDF содержит все необходимые шрифты. Это удобно и позволяет не передавать шрифты для вывода (передача шрифтов не вполне законна с точки зрения авторского права).

PostScript. Это язык описания страниц, предназначенный для формирования изображений произвольной сложности и вывода их на печать. Для этого в языке имеется широкий набор графических операторов, используемых в произвольной комбинации. Все графические операторы языка, формирующие изображение, можно разделить на три группы. Это:

- векторная графика, позволяющая рисовать прямые линии, дуги, кривые произвольного размера, ориентации, ширины, закрашивать площади любого размера, формы, цвета;

- цвет для линий или заливок может задаваться в любом из цветовых пространств языка; любой описанный на языке контур может быть границей клипирования изображения;

- контур клипирования задаёт границы рисуемого изображения;

- работа с текстом - для вывода текста произвольного размера в различных гарнитурах, размещая его с произвольной ориентацией в произвольном месте страницы;

- текст полностью интегрирован с графикой - все текстовые символы трактуются как графические фигуры и могут обрабатываться любым из графических операторов;

- растровые изображения позволяют выводить на листе сканированные рисунки или фотографии с масштабированием и ориентацией, источником растра может быть как текущий файл, содержащий программу на PostScriptе, так и внешний;

- считывание цветовых слоев может вестись как из одного файла, так и из нескольких сепарированных.

Изображение, описываемое на языке PostScript, никак не зависит от разрешающей способности выходного устройства и его цветовой глубины (числа цветов). Приближение к конкретным разрешающим возможностям выходного устройства - это процесс, не связанный с описанием изображения на языке PostScript, и выполняется для каждого выходного устройства по-своему. В этом и заключается устройство-независимость языка PostScript. Качество изображения определяется конкретным выходным устройством, его физическими ограничениями.

Формирование изображения на выходном устройстве является двухступенчатым процессом:

1. Приложение генерирует устройство независимое изображение на языке PostScript.

2. Cистема обработки изображения (интерпретатор) интерпретирует изображение (программу) и приближает его к характеристикам конкретного выходного устройства.

24. Какие программные средства векторизации вы знаете? Дайте их краткую характеристику

Векторизаторы предназначены для преобразования сканированных растровых изображений в векторные, после чего для работы с ними можно использовать традиционные системы САПР, ГИС и картографии. Autodesk CAD Overlay R14.01. Предназначен для редактирования и векторизации сканированных растровых изображений в среде AutoCAD R14, AutoCAD Map R2/R3. Используется как автономная надстройка к AutoCAD или интегрируется с пакетами Civil Survey Complete, Terrain Modeling Suite.

Vecrory5.1. Система (разработка Consistent Software) автоматического преобразования полученных в результате сканирования растровых изображений (чертежей, схем, карт, планов и т.д.) и их фрагментов произвольной формы в векторные чертежи. Полученные в результате векторизации данные можно экспортировать в такие проектные системы, как AutoCAD, AutoCAD Map, Caddy и др., поддерживающие формат DXF. Векторизатор универсального применения.

Autodesk CAD Overlay 2000/2000L Эта система (разработка Autodesk) предназначена для редактирования и векторизации сканированных растровых изображений в среде AutoCAD 2000(i), AutoCAD Map 2000(i). Превращает указанные программы в мощный гибридный (растрово-векторный) редактор. Преобразование растрового изображения в векторный формат производится по мере необходимости.

Autodesk CAD Overlay R14.01. Предназначен для редактирования и векторизации сканированных растровых изображений в среде AutoCAD R14, AutoCAD Map R2/R3. Используется как автономная надстройка к AutoCAD или интегрируется с пакетами Civil Survey Complete, Terrain Modeling Suite

25. Из каких составляющих состоит общий эффект от применения САЗПР и как он рассчитывается?

При использовании САЗПР достигается значительный прямой эффект в области непосредственного проектирования и косвенный эффект в сфере использования более качественных проектных разработок. Автоматизация землеустроительного проектирования обеспечит выполнение с высоким качеством возрастающего объема проектно-конструкторских работ в сжатые сроки с помощью ограниченных трудовых и материальных ресурсов.

Автоматизация проектирования обеспечивает целый ряд преимуществ и выгод, но лишь некоторые из них поддаются количественной оценке. Частично эффективность САПР достигается за счет неявных факторов улучшения качества работы, получения более содержательной и более полезной информации.

Эффективность от применения САЗПР должна лежать в основе расчетов при проектировании и оптимизации, однако в трактовках этих понятий применительно к САПР не всегда удается проследить последовательность и логическую связанность их друг с другом. Необходимо отметить, что при сопоставлении результатов разных работ приходится учитывать несовпадение в трактовках базовых понятий и характеристик, что приводит к определенным сложностям при анализе работ.

Термин автоматизированные системы определяется как свойство, характеризуемое степенью достижения целей, поставленных при создании системы. При этом определении эффективности присутствуют качественные и количественные стороны ее оценки. В ряде случаев для качественной оценки достаточно оценки - соответствует/не соответствует требованию, однако часто этого оказывается недостаточно.

Предпочтительны количественные методы измерения эффективности, но при этом возникает проблема выбора критерий. Критерий эффективности (оптимальности, принятия решения) признак позволяющий дать сравнительную оценку предложенных альтернативы выбрать оптимальное решение.

Эффективность зависит от структуры, характера связи между элементами, вида управляющих алгоритмов и ряда других закономерностей.

Список использованной литературы

1.Волков С.Н. Землеустройство. Системы автоматизированного проектированного проектирования в землеустройстве. Том 6.- М., 2012;

2. Волков С.Н. Основные положения концепции современного землеустройства // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. 2016. №12.

3. Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. - Петрозаводск, 2005.

4. Королев Ю.К. Общая геоинформатика. - М., 2008.

5. Папаскири Т.В. Пути создания САПР в землеустройстве // Сб. науч. тр. МИИЗ «Актуальные вопросы организации использования пахотных земель». - М.: ГУЗ, 2014;

6. Папаскири Т.В. Автоматизация землеустроительного проектирования (экономика и организация). М.: Изд-во ГУЗ, 2017.

7. Автоматизированные системы проектирования в кадастре [Электронный ресурс]: учебное пособие, - Электрон. текстовые данные - Саратов: Корпорация «Диполь», 2018.- 146 c.

Размещено на Allbest.Ru

...