Використання нових технологій картографування для обробки геопросторових даних

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ужгородський національний університет

Використання нових технологій картографування для обробки геопросторових даних

М.Р. Ничвид

Е.Я. Лахоцька

Постановка проблеми. Двадцяте століття було ерою глобальної картографії. З глобальними змаганнями і війнами серед індустріальних імперських держав, картографування почало поширюватись. Необхідність використання і регулювання економіки у зв'язку з глобальними змаганнями зробило картографування фундаментальною діяльністю урядових адміністрацій, візуалізація просторових явищ стала їх єдиною валютою. В той же час, нові технології, включно аерофотознімання, а пізніше і супутникові спостереження, дозволили індустріальному світу здійснити перетворення невідомого у відомий картографічний простір. Цифрові технології, такі як електронні навігаційні системи та інтернет наприкінці XX століття породили нову динамічну картографію.

У XXI ст. управління складними територіальними системами, такими як сучасне місто, вимагає не тільки високої кваліфікації адміністрації, але й інформаційного забезпечення процесу управління. Вироблення обґрунтованих і ефективних рішень можливе тільки на основі відповідної обробки і аналізу величезних об'ємів інформації про складні системи і процеси міста. Це вимагає залучення ефективних засобів, що базуються на комп'ютерних технологіях [2]. Широкий суспільний інтерес до цієї теми підігрівається популярними застосуваннями подібних карт Google Maps, персональними супутниковими навігаційними пристроями, Інтернет картографічним сервісом MapQuest і т. п. Користувачі все більшою мірою аналізують сутність та явища реального світу, інтегруючи інформацію з різних джерел з цифровими картами веб-сервісів, таких як, наприклад, Google Earth і MS Virtual Earth (табл. 1).

Таблиця 1. Використання картографічних сервісів серед користувачів у світі [7]

Все це заставляє вивчати методи та інструменти, за допомогою яких можна буде використовувати картографію для планування і регулювання землекористування, благоустрою міст, управління різними ресурсами, у тому числі сільськогосподарськими, проектування доріг і трубопроводів, моніторингу і оцінки техногенної дії на навколишнє середовище, робіт з оцінки та продажем землі і нерухомості, просторового і тимчасового управління транспортного потоку, оцінки демографічної ситуації та для збереження історичної спадщини. Цього можна досягнути, досліджуючи сучасну культуру.

Аналіз останніх досліджень та публікацій. Ефективність використання ГІС зумовлена чисельними факторами, одним із найважливіших є використання сучасних актуалізованих цифрових карт. Концепція проекту закону України «Про національну інфраструктуру геопросторових даних» [3] визначає мету та приципи побудови системи забезпечення органів державної влади, місцевого самоврядування, організацій і громадян оперативною та достовірною геоінформацією. Реалізація концепції передбачає розробку технологій одержання, зберігання, актуалізації та використання баз просторових даних і метаданих на різних рівнях: національному, регіональному, муніципальному, галузевому.

У дослідженнях [1, 3, 4, 5] розглядаються характерні особливості створення ГІС їх загальна структура, інтерфейс, типи даних, практичні рекомендації із розробки та використання програмного забезпечення. Проте, на наш погляд, недостатньо висвітлені питання підготовки цифрових даних та створення єдиної картографічної цифрової основи.

Постановка завдання. Цифрове картографування привертає увагу до третього виміру. Цікавість до тривимірного простору викликала потребу в інструментах, яких традиційна картографія не мала і запозичила у 3D графіки: базову дво- та трьохвимірну графіку у векторному просторі для представлення та передачі висотного змісту карти. У цифровій картографії кожен з цих об'єктів з'єднується з просторовим змістом, як наприклад, планове та висотне положення точок поєднується із символьним та семантичним значеннями. Перехід до 3D представлення даних формулює питання строгого направлення до реальності в графічному переході інформації, що значить створення нової концепції у моделюванні систем, особливо коли об'єкт дослідження - побудована ситуація з існуючими елементами деталей архітектурного значення, типовими для України та інших Європейських міст, де історична інформація є повністю важливою. Реальне і 3D відображення навколишнього природного середовища «подарувало» чимало проблем візуалізації природного ландшафту. Існує чимало старих графічних матеріалів, необхідне оновлення яких виконується вже новими 3D ІТ-технологіями. Аналізуючи такого роду інформацію можна побачити еволюцію подій протягом часу та простору. Використовуючи 3D динамічне представлення можна не тільки побачити характеристики карти, але й головним чином увійти всередину віртуального світу.

Виклад основного матеріалу. Після аналізу колекції існуючих історичних та сучасних топографічних карт і картографічних документів (як наприклад аерознімки) ми стикнулись з істотною проблемою - зробити ці документи придатними до використання або лише управляти ними в залежності від кожного окремого випадку: надати їм форми геометричної перспективи. Тобто потрібно було використати класичний метод прив'язки карт в одній системі координат, в даній роботі система координат СК42. Це було не лише обов'язкове рішення, але і надзвичайно зручне, оскільки метрична і географічна інформація в багатьох документах виражена саме в такій системі координат. В результаті отримано набір документів, де були усунуті семантичні і метричні відмінності між картами. Фактично, кожна карта зберігає свій зміст, виразивши його через систему знаків і зберігає лише похибку в масштабі [6]. Після прив'язки всіх карт (історичних та сучасних) було зроблено декілька порівнянь та знайдено зміни в руслі річки Латориця, дорожній мережі та забудові міста. Такі дослідження підказують науковцям виконувати подібний контроль, використовуючи висотні значення.

Усі зібрані документи були відцифровані. Оцифровування було зроблене у векторному форматі та в растровій формі для інших документів, як наприклад історичні карти. Векторна картографічна основа була збагачена інформацією від інших карт для того, щоб завершити семантичний зміст. Остання карта одержана з найновіших даних, які були використані як основа для створення 3D цифрової моделі м. Мукачеве Закарпатської області. 3D модель виконана побудовою ЦММ. Об'єкт, що картографувався, поділили на блоки, розраховані на створення цифрової моделі місцевості шляхом стандартного методу врівноваження блоків. Блок маркували необхідними опорними точками, зв'язуючими точками, контрольними точками та координатами центрів знімків [2].

Для точного планового відображення контурів на фотоплані виконана побудова цифрової моделі рельєфу (ЦМР). ЦМР створювалась шляхом визначення відміток вузлів регулярної сітки в стереорежимі з кроком 5.0 мм, що становить 50 м на місцевості, та побудовою структурних ліній. Структурні лінії стереоскопічно наносились в місцях різкого перепаду рельєфу з різницею по висоті в 1.5 м., що дало можливість забезпечити середньо-квадратичну похибку геометричної точності ортофотопланів 1,3 м. Для створення ЦМР крок регулярної сітки становив 50 м на місцевості. Відмітки висот та модель рельєфу не відображались.

Контроль побудови ЦМР виконувався на кожну стереопару в стереоскопічному режимі. Ортофотоплани в масштабі 1:10 000 виготовлялись за растровими зображеннями аерофотознімків з урахуванням створеної цифрової моделі рельєфу. При трансформуванні використовувались центральні зони знімків, так як вони мають найменше перспективне спотворення та похибку за рельєф. Точність створених ортофотопланів перевірялась за контрольними точками, визначених за допомогою GPS-приймачів, по лініях “зшивки” частин ортофотопланів та зведенню з суміжними ортофотопланами. Неспівпадіння контурів на лініях “зшивки” частин ортофотоплану не перевищує 2,5 пікселу.

Такі операції були відтворені для усіх карт, в яких була можливість відобразити висотну складову. В цьому випадку порівняння були зроблені між отриманою ЦММ та картами, отриманими простими методами. Результатом стало створення 3D моделі структури території (рис. 1). Другий результат одержаний із ЦММ - це виготовлена модель території м. Мукачеве (рис. 2), що дозволяє віртуально досліджувати територію, а також одержали моделі топографічних карт XX ст. (рис. 3) та історичних карт (рис. 5).

Рис. 1. 3D модель структури м. Мукачеве

Рис. 2. ЦММ м. Мукачеве на основі ортофотоплану

Рис. 3. ЦММ м. Мукачеве, відтворена на основі топографічного плану 1955 р.

Рис. 4. Фрагмент карти Подкарпатська Русь, XIX ст.

Рис. 5. ЦММ м. Мукачеве на історичній карті

Все ще залишаються проблеми відносно моделювання тривимірних даних, їх управління в комплексі бази (ГІС 3D) даних, передача і використання картографічних даних, розроблених у веб - службі.

Проблеми, що залишаються відкритими:

- правильне представлення природного 3D просторового об'єкту дослідження географічного району

- представлення архітектурних характеристик області досліждення і/або існуючих будівель

Пропозиції: пропонуємо використовувати побудовану 3D модель території м. Мукачеве для створення велосипедної інфраструктури та розвитку велосипедного руху у місті, для збереження екологічної рівноваги, поліпшення якості життя мешканців і підвищення привабливості міста (конкурентоздатності). Створення велосипедної інфраструктури розв'яже низку проблем щодо поліпшення екологічної ситуації та збереження історико-архітектурного середовища щодо підвищення мобільності та туристичної привабливості міста, а також матиме позитивний економічний і соціальний ефект та рекреаційну функцію.

Список використаних джерел

картографічний геопросторовий інформація

1. Географічні дослідження: історія сьогодення перспективи ХНУ ім. Карабіна - 2012.

2. Звіт про виконані роботи щодо виготовлення ортофотокарт масштабу 1:5 000 на територію Закарпатської області за договором № DKZ-4-ICB.5.69, ДП «Закарпатгеодезцентр», 2010 р.

3. Концепція проекту закону України «Про національну інфраструктуру геопросторових даних».

4. Опара В.М. Геоінформаційні технології в містобудівному кадастрі / Опара В.М., Ярошенко Я.О. // Наукове видання випуск 2.

5. В.Д. Шипулін - Основні принципи геоінформаційних систем, - Харків, ХНАМГ 2010.

6. Andrea Adami, Francesco Guerra 3D digital maps: New development in cartography for cultural heritage, Perimetron, Vol. 1, No. 2, 2006.

7. Modern cartography - Role and contributions, International cartographic association, Georg Garther, New York, 2013.

Размещено на Allbest.ru