Источники пространственных данных. Векторизация. Дистанционное зондирование. Геодезические изыскания. Глобальные системы позиционирования. Фото и видеосъемка. Форматы данных.

В качестве источников пространственных данных выступают ана­логовые или цифровые данные, которые служат основой для создания мо­делей пространственных данных. Существует несколько основных типов источников пространственных данных:

1. Картографические источники, в том числе карты, планы, атласы, схемы и другие картографические изображения, нанесённые на бумагу, картон, пленку, пластик или иные носители. Такие данные должны быть вначале переведены в электронный вид с помощью сканирования или циф­рового фотографирования. Полученные растровые изображения могут быть непосредственно использованы в качестве слоя карты в ГИС, либо их можно векторизовать - перевести в векторный вид. Кроме современного метода «сканирование-векторизация», ранее широко использовался метод цифрования (дигиталuзации), когда векторные данные непосредственно «скалывались» специальным пером с твердой копии карты, уложенной по­верх дигитайзера (цифрового планшета).

2. Данные дистанционного зондирования Земли (ДДЗ Земли, данные ДЗЗ), включая аэро- и космоснимки в видимом, инфракрасном, ультрафио­летовом, радиодиапазоне или во многих диапазонах волн сразу; результа­ты лазерного сканирования поверхности Земли, а также другие данные, полученные неконтактным способом.

3. Данные полевых изысканий, полученные с использованием раз­личных геодезических приборов (теодолиты, нивелиры, электронные та­хеометры, лазерные сканеры) и приборов глобальной спутниковой навига­ции (GPS, ГЛОНАСС, Galileo).

4. Данные натурных наблюдений на гидрометеорологических и иных постах и станциях. Как правило, эти данные характеризуют распределение полей некоторых явлений на Земле, таких как температура, осадки, ско­рость и направление ветра и др. Эти данные обычно передаются в ГИС в виде точечных объектов (с координатами места наблюдения) с атрибутами, содержащими измеренные значения.

5. Статистические данные ведомственной и государственной ста­тистики. Такие данные обычно помешаются в ГИС в виде атрибутов про­странственных объектов.

Как правило, источники пространственных данных не могут быть непосредственно переданы в геоинформационную систему для использо­вания.

Векторизация.

Процедура векторизации предназначена для перевода существую­щих картографических изображений из растрового в векторный вид. Предполагается, что с помощью сканера или цифрового фотоаппарата по­лучено растровое изображение, которое предстоит векторизовать с помо­щью компьютера.

В настоящее время массовое применение векторизации в ГИС - ЭТО ВО многом вынужденное и временное явление. Со временем роль вектори­зации в подготовке данных для ГИС будет падать, так как уже сейчас поч­ти все новые карты изготавливаются с помощью компьютеров сразу в век­торной форме, а потому в будущем для всех бумажных карт должны быть исходные векторные данные, на основе которых они были созданы.

Процедура векторизации разбивается на несколько основных этапов:

1. Геометрическая коррекция снимка. Необходимость этого этапа может возникать, например, из-за небольших погрешностей в работе меха­ники сканера, что приводит к неравномерному движению сканирующей головки по противоположным краям сканируемого листа. В результате прямоугольник на карте может превратиться в трапецию в памяти компь­ютера. Если ввод данных в компьютер выполнялся с помощью цифрового фотоаппарата, то на этом этапе исправляются оптические искажения, вы­званные оптикой объектива фотоаппарата.

2. Привязка к требуемой картографической проекции. На данном этапе определяется использованная в исходном изображении картографи­ческая проекция и на растре отмечается некоторое число характерных то­чек, координаты которых можно точно установить из каких-то соображе­ний. Такими характерными точками обычно выступают кресты координат­ной или картографической сетки, и только при их недостаточном количе­стве - другие точечные объекты.

3. Склейка различных растров в единое полотно для сплошного по­крытия территории. Для выполнения склейки на смежных растровых изо­бражениях находятся общие объекты (например, дорога, проходящая через несколько листов карты), координаты которых должны быть совмещены на карте. После этого программа векторизации подбирает оптимальное преобразование (кусочно-линейное или сплайновое), позволяющее достичь заданных требований с минимальными искажениями растра.

По окончании первых трёх этапов растр обычно преобразуется в но­вый, в котором исправлены все геометрические и проекционные искаже­ния, а также данный растр увязан с другими, смежными.

4. Подготовка к векторизации. На данном этапе обычно последова­тельно выполняется корректировка яркости и контраста (ручным или гиc­тограммным способом), удаление различных шумов (удаление очень мел­ких пятен, устранение маленьких разрывов линий и др.).

Кроме того, в связи с тем, что для печати карт обычно применяется небольшое количество различных цветов, каждый из которых использует­ся для обозначения различного рода пространственных сущностей, на дан­ном этапе растр может быть разделён по цветам на несколько отдельных растров. Например, на картах железные дороги могут быть отмечены чёр­ным цветом, красным цветом - автомобильные дороги государственного значения, а синим - автомобильные дороги местного значения. Поэтому для векторизации транспортных сетей имеет смысл разделить по цветам исходный растр на 3 разных.

5. Собственно векторизация. Существует 3 способа векторизации: ручной, полуавтоматический и автоматический. При ручном способе пользователь самостоятельно отмечает координаты фигур пространствен­ных объектов поверх растра с помощью компьютерной мышки. При полу­автоматическом способе пользователь отмечает объект, который предстоит векторизовать, а система предлагает векторный вариант (линию или поли­гон), который может быть принят пользователем, отвергнут или модифи­цирован. В автоматическом режиме программа анализирует сразу весь растр и выделяет все имеющиеся объекты. Главным недостатком автома­тического режима является невысокая точность распознавания. Это связа­но как непосредственно с математическими и алгоритмическими пробле­мам и решения задачи распознавания, так и с проблемой каскадных оши­бок, когда один неверно распознанный объект может повлиять на распо­знавание следующего объекта. Поэтому после автоматического распозна­вания оператор вынужден визуально полностью проверять полученные ре­зультаты и вносить коррективы. В итоге общее время такой работы может превзойти время полуавтоматической векторизации. Именно поэтому на практике наибольшее распространение получили программы полуавтома­тической векторизации, позволяющие гибко управлять процессом перево­да растра в векторный вид.