Создание электронной карты

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ Кафедра информационных систем Отчет по курсовой работе

«Создание электронной карты»

Студент гр. ИС — 08Б-З А. Н. Дворецкий Старший преподаватель кафедры ИС И. А. Пичугина г. Байконур, 2012г

Понятие ГИС Существует нескольких десятков определений геоинформационных систем, данных разными специалистами в области ГИС. Одним из них, наиболее полно отражающим концептуальную и функциональную сущность ГИС, является следующее: «ГИС — это аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных географических задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества».

Кратко ГИС можно определить как систему сбора, хранения, анализа и представления координатно-привязанной информации, одной из основных функций которой является создание и использование цифровых (электронных) карт.

Следует подчеркнуть два определяющих ГИС момента. Во-первых, ГИС имеют дело с географической информацией, тематически разнообразной, координированной, масштабированной и генерализованной в пространстве и времени; во-вторых, ГИС используют законы информатики — системы знаний, относящихся к производству, переработке, хранению и распространению всех видов информации в обществе, природе и технических устройствах.

Принадлежность компьютерной системы к ГИС определяется наличием у нее ряда обязательных признаков, к которым относятся:

— географическая (пространственная) привязка данных;

— генерирование новой информации на основе синтеза имеющихся данных;

— отражение пространственно-временных связей объектов;

— возможность оперативного обновления баз данных;

— обеспечение поддержки принятия решений.

Термин ГИС допускает двоякое использование:

1) при обозначении программных средств (ГИС-пакетов), обеспечивающих функционирование ГИС как системы (например, ГИС ArcView, ArcGIS);

2) при названии прикладных ГИС, направленных на решение конкретных задач и разработанных с использованием того или иного ГИС-пакета (например, ГИС загрязненных районов Брянской области).

Сегодня ГИС-технологии применяют практически повсеместно — будь то анализ таких глобальных проблем, как перенаселение, загрязнение территории, сокращение лесных угодий, природные катастрофы или решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута между пунктами, подбор оптимального расположения нового офиса, поиск дома по его адресу, прокладка трубопровода на местности, различные муниципальные задачи.

Преимущества ГИС-технологий состоят:

— в возможности интеграции огромного множества информации об окружающей среде;

— в обеспечении мощного аналитического инструментария для использования этих данных;

— в автоматизации процедур анализа и прогноза;

— в объединении традиционных операций работы с базами данных (запрос, статистический анализ) с преимуществами визуализации и пространственного анализа, предоставляемыми картой.

Области применения и задачи, решаемые с помощью ГИС.

Роль ГИС не ограничивается сбором, обработкой, хранением и передачей информации. ГИС стала одним из основных инструментов моделирования природных, хозяйственных и социальных процессов, изучения их связей и взаимодействий, прогнозирования развития в пространстве и времени, получения новой качественной и количественной информации, средством поддержки принятия решений управленческого характера и представления выводов. Поэтому области применения ГИС сегодня крайне разнообразны и включают:

— учет и использование земельных ресурсов;

— управление природными ресурсами (сельскохозяйственные угодья; леса; техногенно загрязненные территории);

— охрана окружающей среды;

— муниципальное управление (управление коммуникациями, размещение подземных труб и кабелей);

— транспорт;

— прокладка газои нефтепроводов;

— экономика;

— чрезвычайные ситуации;

— социальные задачи;

— бизнес.

Службам экстренного реагирования ГИС нужны для вычисления оптимальных маршрутов скорейшего достижения пунктов вызова. Военные могут использовать ГИС для планирования боевых операций и организации передвижения войск. В бизнесе ГИС используются для маркетинга товаров, создания списков рассылки на основе выбранных пространственных критериев. Компании по торговле недвижимостью используют ГИС для подбора свободных жилищ на основе критериев заказчика, таких как близость школ, доступ к скоростным магистралям. Академические дисциплины: география, геология, биология и экология имеют теперь возможность использовать эту технологию для разработки и проверки гипотез, относящихся к распределениям природных феноменов. Спектр возможных применений ГИС практически неограничен, а число и разнообразие пользователей ГИС стремительно растут.

ГИС-технологии помогают в решении различного рода практических задач: инвентаризационных, оценочных, динамических, прогнозных.

При решении инвентаризационных задач ГИС-технологии позволяют максимально эффективно использовать разные источники информации — полевые обследования, аэрокосмические снимки, географические карты.

Решение различного рода оценочных задач с использованием ГИС-технологий также становится более эффективным. Примером таких задач служат оценка качества сельскохозяйственных земель на основе совмещения карт ландшафтов и землепользования и использования балльной оценки типов ландшафта.

В основе решения динамических задач, направленных на изучение и картографирование изменений в природе, природопользовании, лежит сопоставление разновременных материалов: полученных в разные годы аэрокосмических снимков; карт, фиксирующих состояние исследуемого объекта на разные даты. При работе с такими материалами необходимым этапом является приведение их к геометрически сопоставимому виду — единому масштабу и проекции, что составляет важный элемент ГИС-технологии. После геометрического совмещения выполняется тематическое совмещение материалов.

Решение прогнозных задач направлено на выявление тенденций и темпов динамики процессов. Поэтому здесь ключевую роль играет интеграция ГИС и моделирования, в первую очередь, применение математико-картографического моделирования.

Типы ГИС Географические информационные системы подразделяются на типы по проблемной ориентации, по предметной (объектной) ориентации и по территориальному охвату.

Проблемная ориентация ГИС определяется возлагаемыми на нее научными или прикладными задачами (инвентаризационные, кадастр, мониторинг, оценка и прогноз, управление и планирование). Примерами проблемно ориентированных ГИС являются земельные информационные системы (ЗИС), кадастровые (КИС), экологические (ЭГИС), учебные. Широкое распространение получили ГИС ресурсного типа, предназначенные для инвентаризации, оценки, охраны и рационального использования ресурсов, прогноза результатов их эксплуатации.

Предметная или объектная ориентация определяется объектами и явлениями, с которыми имеет дело ГИС (например, землеустройство, природные катастрофы, охрана природы, лесное хозяйство, население).

По территориальному охвату различают ГИС:

— глобальные, имеющие дело с информацией планетарного характера;

— субконтинентальные, обычно государственного характера, и океанов;

— региональные;

— локальные (городские или муниципальные ГИС, ГИС отдельных хозяйств или заповедников).

Основные понятия геоинформатики Геоинформатика — наука, технология и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических информационных систем, по разработке геоинформационных технологий.

Таким образом, геоинформатика существует в трех ипостасях как наука, техника и производство, что достаточно типично в условиях научно-технического прогресса, сближающего науку и производство.

Как научная дисциплина геоинформатика изучает процессы и явления, происходящие в природных и социально-экономических геосистемах, посредством компьютерного моделирования на основе баз данных и баз знаний.

Предмет науки геоинформатики — это природные, общественные и природно-общественные геосистемы.

Главный метод и средство науки геоинформатики — компьютерное (цифровое) моделирование геосистемы.

Основные цели геоинформатики как науки — это управление геосистемами в широком понимании, включая их инвентаризацию, оценку, прогнозирование, оптимизацию и т. п.

С другой стороны, геоинформатика — это технология (ГИС-технология) сбора, хранения, преобразования, анализа, отображения и распространения пространственно-координированных данных.

Наконец, геоинформатика как производство (геоинформационная индустрия) — это изготовление аппаратуры, создание коммерческих программных продуктов и ГИС-оболочек, баз данных, систем управления, компьютерных систем, организация маркетинга. Ядро отрасли составляет разработка и продажа программных средств (продуктов) ГИС и выполнение ГИС-проектов, основанных на этих продуктах.

Таким образом, геоинформатика изучает и разрабатывает принципы, методы и технологии сбора, хранения, передачи, обработки и представления пространственных данных для получения на их основе новой информации и знаний о явлениях, происходящих в геосистемах.

Некоторые фундаментальные понятия ГИС Геоинформационная система (ГИС) — система сбора, хранения, анализа и представления пространственных данных. Одной из основных функций ГИС является создание и использование цифровых (электронных) карт.

Пространственный объект — это цифровое представление объекта реальности, содержащее его местоположение и набор характеристик.

Пространственные данные — множество цифровых данных о пространственных объектах включающие сведения об их местоположении и свойствах.

Позиционная и атрибутивная составляющие пространственных данных. Пространственные данные состоят из взаимосвязанных позиционной и непозиционной (атрибутивной) составляющих. Позиционная составляющая описывает пространственное положение данных (положение, форму географических объектов и их топологию — пространственные взаимоотношения с другими объектами); а непозиционная — тематическое содержание данных (содержит атрибуты данных).

Связь между позиционной и непозиционной частью пространственных данных осуществляется посредством идентификатора — уникального номера, приписываемого пространственному объекту слоя. Объекты на карте можно отобразить, символизируя их согласно атрибутивной информации.

Растровое представление данных (растр) — цифровое представление пространственных объектов в виде двухмерного массива (матрицы) ячеек, каждая из которых имеет определенное значение. Это значение может представлять, например, тип почвы, высоту, землепользование, уклон и т. д. Растровые данные сильно зависят от шага (разрешения) регулярной сетки, в которой они записываются. Размер ячейки определяет точность растровых данных.

Векторное представление данных (векторная модель данных) — цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар.

Векторизация — автоматическое или полуавтоматическое преобразование (конвертирование) растрового представления пространственных объектов в векторное представление.

Типы векторных объектов Точка (точечный объект) — 0-мерный объект, характеризуемый парой координат и ассоциированными с ним атрибутами. Точечный объект представляет объект, не имеющий на карте ни протяженности, ни площади. Совокупность точечных объектов образует точечный слой.

Линия (линейный объект) — одномерный объект, образованный последовательностью не менее двух точек с известными координатами. Линейный объект определяет объект на карте, который имеет протяженность, но не имеет площади. Совокупность линий образует линейный слой.

Полигон (полигональный объект) — 2-мерный (площадной) объект, ограниченный замкнутой линией; определяется набором пар координат, в котором первая и последняя пара координат совпадают. Совокупность полигонов образует полигональный слой.

Слой — совокупность однотипных (точечных, линейных или полигональных) пространственных объектов, относящихся к одной теме в пределах некоторой территории и в системе координат, общих для набора слоев.

По типу объектов различают точечные, линейные и полигональные слои. Послойное или многослойное представление является наиболее распространенным способом организации пространственных данных в ГИС.

Базовые элементы векторной модели данных:

* дуга — последовательность линейных сегментов, имеющая начало и конец в узлах;

* узел — начальная или конечная точка дуги;

* вершины — промежуточные точки вдоль дуги, определяющие ее форму;

* нормальный узел — узел, в котором соединяются более двух дуг;

* псевдоузел — узел, образованный соединением только двух дуг или замыканием на себя одной дуги;

* висячий узел — узел незамкнутой дуги, в котором она не соединяется ни с какой другой дугой.

Топология — математическая процедура для определения пространственных отношений между объектами (узлами, дугами, полигонами). При линейно-узловой топологии устанавливается, что дуги могут соединяться друг с другом только в узлах.

Отслеживая все дуги, которые встречаются в каком-нибудь узле, система знает, какие дуги соединяются друг с другом.

Шейп-файл — это векторный нетопологический формат хранения геометрической и атрибутивной информации о пространственных объектах, представленный как минимум тремя обязательными файлами:

? .shp — файл, который хранит геометрию объектов;

? .shx — индексный файл для геометрии объектов;

? .dbf — файл формата DBASE для хранения атрибутивной информации по объектам.

Это нетопологический векторный формат, поскольку он не содержит информацию об отношениях между объектами.

Цели и задачи курсовой работы Цель курсовой работы — получение практических навыков в разработке интерактивной электронной карты на основе сканированного фрагмента топографической карты с использованием таких программных продуктов, как векторизатор Easy Trace и ГИС-вьювера ArcExplorer.

Векторизатор Easy Trace

Easy Trace является программным пакетом для полуавтоматической интерактивной векторизации цветных и черно-белых растровых изображений. Пакет поставляется в двух модификациях — полной и сокращенной. Использование полной модификации пакета позволяет создавать проектные файлы, подключать к ним растровые слои производить преобразования растровых подложек и т. д. Полная версия необходима для начала работы с программой. Сокращенная модификация программы предназначена исключительно для векторизации и выполнения операций импорта и экспорта. Помимо замены растровых изображений на векторные примитивы с последующей передачей их в ГИС (САПР), программа Easy Trace позволяет в процессе векторизации решать следующие задачи:

— минимизация числа векторных примитивов (две пересекающиеся линии разных слоев должны остаться двумя, а не четырьмя линиями, сошедшимися в одной точке);

— восстановление информации, частично утраченной или искаженной из-за износа бумажного носителя, дефектов чертежных инструментов, дефектов исполнения, погрешностей сканирования;

— «расслоение» изображения по его смысловому содержанию (например, карта может содержать слои рельефа, автодорог, коммуникаций, границ земельных участков и т. д.);

— введение атрибутивной информации для графического объекта (например, напряжение линии электропередач, диаметра трубопровода, площадь земельного участка, его собственник и т. п.);

— построение корректной топологической структуры информации, соответствующей требованиям конечной ГИС или САПР.

Таким образом, с помощью программы-векторизатора можно создавать файлы векторных и атрибутивных данных, несущие в себе гораздо больше информации, чем исходный бумажный материал, и превышающие его по точности.

Вьювер ArcExplorer

ArcExplorer создан для просмотра и запроса данных геоинформационной системы (ГИС). Это ПО включает в себя полезные инструменты для построения запросов и создания символов, что позволяет изучать данные и создавать интересные карты.

ArcExplorer, приложение для загрузки, просмотра и изучения пространственных данных. ArcExplorer работает сам по себе с наборами данных, хранящимися в ПК или в локальной сети. При подключении к Интернет ArcExplorer также становится Web-клиентом, способным просматривать и загружать векторные данные в стандартных форматах Шейп-файлов.

Этапы выполнения курсовой работы

ГИС-проект «Создание электронной карты» состоит из двух частей:

Векторизация отсканированного фрагмента топографической карты (создание цифровой базы пространственных данных) с использованием векторизатора Easy Trace.

Создание интерактивной электронной карты на основе полученных цифровых данных во вьювере ArcExplorer (упрощенный вариант работы с применением ГИС-технологий, позволяющих в наглядной форме визуализировать пространственные данные).

Создание проекта, подготовка растров

Для создания электронной карты используется сканированный фрагмент топографической карты Калужской области масштаба 1:100 000 с нанесенной двухкилометровой координатной сеткой.

Сканированный фрагмент является растром, в котором информация представляется в виде двухмерного массива ячеек (пиксел), каждая из которых имеет свое значение (в данном случае цвет). Если этот растр не будет трансформирован в реальную систему координат, то все полученные в результате векторизации объекты останутся в первоначальной пиксельной системе координат, в результате их местоположение и размеры будут определяться пикселами, а не реальными единицами, в частности метрами.

Для того чтобы векторные объекты были привязаны к реальной системе координат (заняли определенное географическое положение), создается и располагается в реальном пространстве прямоугольное векторное поле, а затем привязывается растр к этому векторному полю (т.е. размещается надлежащим образом внутри этого поля с учетом масштаба карты). В результате все векторные объекты, оцифрованные в последующем, будут располагаться уже в реальном пространстве.

Привязка растра с трансформацией по произвольному набору опорных точек

Прежде чем задать векторное поле проекта необходимо сначала визуально исследовать растр и определиться с местоположением, которое он должен занимать в реальном пространстве (в метрах), а затем рассчитать местоположение и размеры прямоугольного векторного поля, который будет охватывать данный растр. Для этого потребуется выполнить ряд перечисленных ниже действий.

Запустить Easy Trace.

Открыть цветной растр (меню Файл > «Открыть растр» >для полного отображения растра на экране можно воспользоваться комбинацией клавиш Ctrl+A). Первоначальные текущие координаты, определяемые номерами столбцов и строк ячеек растра, можно увидеть внизу экрана в строке состояния.

Выбрать какую-нибудь точку отсчета, находящуюся на пересечении двухкилометровой координатной сетки (точка A на рис.1) и задать ее координаты в новой локальной системе координат в метрах (записать!) — положение этой точки в реальном пространстве и определит в конечном счете положение всего растра в целом. В рамках данной работы координаты задаются произвольно, но так, чтобы при этом все остальные координаты растра, пересчитанные в новую систему координат, исходя из этой точки и масштаба карты, были неотрицательные. Координаты этой точки будут являться базовыми для всех последующих расчетов.

В задачах, где необходимо привязать растр к строго определенному месту в пространстве, координаты этой точки должны быть заданы уже не произвольно, а точно. Это может потребоваться, например, для последующего соединения двух смежных растровых фрагментов и оцифрованных по ним векторных слоев.

Рассчитать (и записать!) координаты левого нижнего и правого верхнего углов векторного поля (X1,Y1 и X2, Y2), внутри которого должен находиться трансформированный растр. При этом прямоугольное векторное поле может быть чуть больше растра — это пространственный охват (экстент) будущей электронной карты, и все создаваемые векторные объекты должны находиться внутри него.

Координаты X1, Y1 и X2, Y2 определяются исходя из координат точки A (заданных выше) и расстояний от точки A до границ векторного поля (AB, AC, AD, AE на рис.5), например, X1=XA-AB. Эти расстояния можно рассчитать:

* приблизительно, используя двухкилометровую координатную сетку для зрительной их оценки;

* точно с помощью инструмента Линейка. Для этого на панели Линейка, появляющейся внизу экрана после нажатия кнопки, необходимо задать единицы измерения — метры, масштаб — 100 000 (масштаб векторизуемой карты в данной работе). Затем, щелкая мышкой на экране в начале и конце требуемых отрезков, произвести нужные измерения. Результат высвечивается на этой же панели. Для векторного поля, охватывающего растр, исходя из координат исходной точки, А (5000,5000), можно задать X1=3810, Y1=1420 и X2=8610, Y2=6248.

Закрыть растр.

Создать новый проект в Easy Trace (меню Файл > «Новый проект» > в открывшемся окне отметить галочкой единственную опцию Открыть диалог «Свойства проекта»).

Задать свойства проекта (меню Проект > «Свойства» > закладка «Координаты»):

* масштаб растра (1:100 000);

* единицы проекта (метры);

* разрешение (300 т/дюйм);

* указать рассчитанные выше координаты нижнего левого и верхнего правого углов векторного поля, куда будет трансформирован цветной растр;

* ОК.

После этого в новой локальной системе координат появится пустое векторное поле, выделенное пунктирным контуром (текущие координаты в метрах можно увидеть внизу экрана в строке состояния).

Сохранить проект (меню Файл > команда «Сохранить как» — при первом сохранении, при последующих — команда «Сохранить»).

Привязка цветного растра к проекту по произвольному набору опорных точек

Теперь необходимо привязать цветной растр к векторному полю так, чтобы он занял в нем строго фиксированное положение, определяемое заданными выше координатами исходной точки A. Для осуществления данной трансформации потребуется рассчитать аффинное (линейное) преобразование исходных координат, определяемых номерами столбцов и строк ячеек растра, в новую локальную систему координат, в которой единицами измерения являются метры. Преобразование будет осуществляться по произвольному набору опорных точек (тиков), координаты которых должны быть известны в обеих системах координат. Для этого на растре в местах пересечений координатной сетки щелчком «мыши» выбираются точки (в количестве не менее 4), а их новые координаты рассчитываются, исходя из заданных ранее координат точки отсчета A и с учетом масштаба карты, т. е. того факта, что сетка на исходной карте двухкилометровая (рис.1).

Для инициализации процесса привязки растра к векторному полю необходимо выполнить следующую цепочку действий: перейти в меню Проект > выполнить команду «Добавить растр» >выбрать нужный растр > в открывшемся диалоговом окне задать «Метод трансформации растра по произвольному набору опорных точек». После этого на экране появится окно «Привязка растра по произвольному набору точек», с помощью которого и будет осуществлена операция ввода опорных точек и трансформации растра.

геоинформатика электронный карта

Рис. 1. Привязка растра

Бинаризация цветного изображения

Программа Easy Trace предоставляет возможность векторизации как черно-белого, так и цветного изображения. Однако векторизовать линии по черно-белой подложке значительно быстрее и удобнее, но не всегда возможно, поскольку исходный материал для векторизации в большинстве случаев — цветные изображения. Инструмент бинаризации (цветоделение) как раз и предназначен для выделения из цветного изображения черно-белого тематического слоя (например, реки, дороги и т. д.).

Для того чтобы на цветном изображении выделить тематический слой, указать все цветовые оттенки, из которых он будет состоять. Совокупность цветовых оттенков как раз и представляет собой тематический слой, который можно выделить в черно-белый растр.

Чтобы начать бинаризацию, необходимо в меню Проект Открыть растр выбрать имя цветного растра перейти в меню Редактирование выполнить команду Бинаризация или указать «мышью» на пиктограмму панели инструментов. После этого на рабочем поле активного (текущего) окна курсор приобретает форму пипетки. Также на рабочем поле появится панель параметров Бинаризации

В данной работе при бинаризации создаётсся два слоя, содержащих цветовые оттенки, которые определяют:

реки, озера, болота (выделяем только темные оттенки синего цвета, составляющие внешние контура широких рек, озер, не затрагивая более светлые тона, заполняющие середину озер и широких рек) — слой Реки;

все дороги, изображаемые черным цветом — слой Дороги. Сюда же попадут населенные пункты, контура лесных участков и кустарников, поскольку они также задаются черными оттенками (Рис.2).

Рис. 2 Слои «Реки» и «Дороги» после бинаризации

Затем привязать эти слои к проекту Проект выполнить команду Добавить растр в появившемся окне Привязать к проекту выбирать способ «без трансформации, как растр» и указать уже привязанный ранее цветной растр.

Сделать бинарные растры прозрачными (чтобы из-под них в качестве подложки был виден цветной растр) Сервис Параметры… в закладке Общие задать следующие опции:

запретить трассировку цветного растра;

сделать черно-белые растры прозрачными.

Задать цвета для отображения растров на экране (меню Проект Слои Проекта задать цвета для растровых монохромных слоев).

Добавление векторных слоев в проект

После создания растровых монохромных слоев Дороги и Реки создать в проекте следующие векторные слои, на которые в процессе векторизации будут добавляться соответствующие объекты (меню Проект Слои Проекта меню Векторные слои Добавить векторный слой) (Рис. 3).

Рис. 3. Добавление векторного слоя

Слои, создаваемые в ручном режиме трассировки :

слой Граница, состоящий из одной замкнутой прямоугольной полилинии, ограничивающей цветной растр (полигональный слой). Для его создания используется инструмент трассировки ортогональных линий в ручном режиме;

слой Постройки (полигональный слой). Объекты вводятся как замкнутые полилинии — рисуется контур, охватывающий объекты, относящиеся к данному населенному пункту. Для одного населенного пункта могут быть заведены две и более замкнутые полилинии в случае, если населенный пункт состоит из нескольких разрозненных частей, которые нельзя охватить одним контуром, не захватывая при этом лишней территории.

При ручном режиме трассировки за правильностью топологии надо следить самостоятельно и создавать ее с помощью клавиш Ctrl и Shift:

Ctrl+левая кнопка «мыши» в месте пересечения двух линий создает узел;

Shift+левая кнопка «мыши» в месте пересечения двух линий создает вершину.

Слои, создаваемые в полуавтоматическом режиме трассировки :

слой Реки Полигон (полигональный слой). Каждый объект на этом слое должен представлять собой замкнутую полилинию, проложенную по внешнему контуру объекта (в последующем замкнутые полилинии будут экспортированы в полигоны);

слой Линейные Реки (линейный слой);

слой Дороги, (линейный слой). Внутри населенных пунктов дороги проводятся так, чтобы они соединяли подступающие к ним внешние дороги в одну дорожную сеть. Это будут отдельные дорожные объекты, поэтому в местах соединения внешних дорог и дорог внутри населенных пунктов выделяются псевдоузлы;

слой Пустыни в зависимости от того, что удобнее векторизовать. Выбираем лесные участки, тогда «другие земли» будут как бы фоном, на котором лежат лесные участки. Это полигональный слой, состоящий из замкнутых полилиний, проложенных по точечным линиям, ограничивающим данные участки на растре (с помощью трассировщика точечных линий или в ручном режиме);

Так как внутри векторизуемого слоя Пустыни есть «островные» участки, относящие к другим категориям землепользования, они заносятся на соответствующий отдельный слой — Кусты, Остров. Слой Кусты создаем аналогично предыдущему слою.

слой Болота (полигональный слой), состоящий из замкнутых полилиний, создаем с помощью трассировщика заштрихованных областей .

Каждому слою присваиваем соответствующее имя и задаем свой цвет, которым будут отображаться его объекты на экране (Рис. 4.).

— Граница;

— Постройки;

— Реки Полигон;

— Линейные Реки;

— Остров;.

— Пустыни;

— Постройки;

— Кусты;

— Озера;

— Дороги;

— Городские дороги;

— Малые Дороги;

Рис. 5. Созданные векторные слои

Визуальная проверка оцифрованных объектов

После создания всех векторных слоев приступают к визуальной проверке оцифрованных объектов. Для этого:

проверяется соответствие формы полученных векторных объектов их изображению на растре.

проверяется наличие всех необходимых объектов на соответствующих слоях.

вносятся коррективы в случае наличия ошибок.

Проверка топологии и исправление ошибок

Правильная топология подразумевает выполнение следующих условий:

пересечение в узле объектов одного тематического слоя (или слоев одной тематической группы);

пересечение в вершине объектов разных тематических слоев;

полигональный объект должен состоять из одной замкнутой полилинии;

отсутствие разрывов (т.е. висячих узлов) в местах примыкания или пересечения объектов;

псевдоузлы должны присутствовать только там, где необходимо показать смену свойств объекта. Лишних обрывов линий, а следовательно, ненужного деления объектов, быть не должно.

Проверка топологии осуществляется с помощью команды: меню Утилиты Проверка топологии. После этого открывается окно, в котором перечисляются возможные варианты проверки топологии и слои, на которых это проверка может быть произведена.

В программе предусмотрено 6 видов тестов для оценки корректности топологии, из которых можно составлять любые наборы.

Ошибки каждого вида помечаются своим особым значком:

Самопересечение — выявление ошибок самопересечения одной полилинии.

Удвоение вершины — частный случай Самопересечения, когда две вершины одной полилинии совпадают.

Пересечение «Крест» — выявление случаев взаимного пересечения двух полилиний, не удовлетворяющих установленным правилам топологии.

Частичное перекрытие — частный случай пересечения «Крест», при котором часть одной полилинии накладывается на другую полилинию.

Пересечение «Вершина» — выявление Т-образных примыканий полилиний без образования узла.

Висячий узел — узел, принадлежащий одной полилинии, у которой начальная и конечная вершины не совпадают и к которой никакая другая полилиния не примыкает.

Незамкнутые полигоны — проверка на замкнутость площадных объектов (совпадение начального и конечного узла полилинии);

Псевдоузлы — выявление сходимости в одной точке двух и только двух полилиний одного слоя.

Оцениваем количество ошибок и, закрыв окно, переходим к их редактированию.

Проверяем и исправляем каждый тип ошибок согласно приведенным выше условиям.

Создание атрибутивных баз данных

Easy Trace позволяет:

создавать таблицы данных заданной структуры;

заполнять и редактировать эти таблицы;

согласовывать таблицы и векторные файлы.

Формат баз данных — DBF.

Приступить к созданию атрибутивных БД после завершения работ по вводу и редактированию векторных объектов, т.к. при редактировании, удалении объектов, переносе их на другой слой связь с БД может быть разорвана и потребуется повторный ввод атрибутивной информации.

Создание структуры БД для векторных слоев

В меню Проект выбрать команду Базы данных и задать каталог для БД ;

в открывшемся окне Базы данных проекта выбрать векторный слой, для которого будет создаваться структура БД, и нажать кнопку БД линий;

в появившемся окне Атрибуты полилиний слоя задать все необходимые поля с помощью кнопки Вставить и окна Параметры поля, открывающегося после ее нажатия.

В атрибутивных таблицах должны присутствовать следующие поля:

а) для гидрологических слоев (линейных и полигональных):

USERID (идентификатор, тип поля — Numeric) — вводится программой автоматически, не редактируется;

TYPE (тип водоема, выбрать тип поля — Numeric, задать размер поля).

Значение, вводимое в данное поле задать:

· для реки (полигональный объект) — 1.

· для рек линейных -2.

· для пересыхающих участков рек — 3.

· для озер — 5.

NAME (тип поля — Character, задаем размер поля) создать для реки, имеющей название.

б) для дорожной сети:

USERID (идентификатор) — вводится автоматически, не редактируется;

TYPE (тип дороги, тип поля — Numeric, задать размер поля). Значение, вводимое в данное поле, брать из следующего списка:

1-автомагистрали, автодороги с усовершенствованным покрытием;

2-автодороги с покрытием;

3-автодороги без покрытия;

4-грунтовые проселочные дороги;

5-полевые, лесные дороги (длинный пунктир);

6-просеки (короткий пунктир)

7-ширококолейные железные дороги,

8-узкоколейные железные дороги,

9-дороги внутри населенных пунктов.

Создать БД для дорог. Дороги выделить 3,4,5,6 и 9 типов.

в) для населенных пунктов:

USERID (идентификатор) — вводится автоматически, не редактируется;

TYPE (тип населенного пункта, тип поля — Numeric).

Так как все населённые пункты относятся к типу — поселок сельского типа, вводим значение — 3.

NAME (, тип поля — Character, задаем размер поля)

Заносится название населенных пунктов.

г) для слоев Лес, кустарники, контур :

USERID (идентификатор) — вводится автоматически, не редактируется;

TYPE (тип участка, тип поля — Numeric). Значения в данном поле:

1- лес;

2- кустарник;

3-др. земли.

Ввод атрибутивных данных

Ввод атрибутивной информации как для индивидуальных объектов, так и для группы объектов осуществляется в режиме редактирования с помощью команды Атрибуты из дополнительного меню редактора (выпадает при наличии выбранного объекта по щелчку правой клавиши «мыши» на рабочем поле). При этом появляется окно ввода атрибутивной информации.

Выполнение проверки состояния БД:

Переходя к проверке и редактированию БД, предварительно выполнить команду Упаковать идентификаторы из меню Утилиты для приведения во взаимное соответствие векторных слоев проекта и соответствующих им таблиц БД.

Сама проверка состояния БД выбранного слоя производится с помощью команды Информация из окна Настройка слоев проекта (меню Проект Слои Проекта выделить слой для проверки меню Векторные слои команда Информация). В случае проверки состояния БД по всем слоям можно использовать команду Информация из меню Проект.

В результате появляется окно с полной информацией по выбранному слою или слоям, в том числе и по соответствию количества объектов на слое количеству записей в БД. При этом возможны следующие ситуации:

количество объектов и количество записей в БД совпадают — нормальное состояние БД;

количество записей больше, чем количество объектов — эта ситуация возникает, если не проведена упаковка идентификаторов, и устраняется выполнением этой команды;

количество записей меньше, чем количество объектов — это может быть следствием двух причин:

несколько объектов не имеют записей, т. е. для них не введена атрибутивная информация и, соответственно, нет идентификаторов;

несколько объектов имеют один и тот же идентификатор (т.е. ссылаются на одну и ту же запись), что возможно при разрезании полилинии, для которой уже были введены атрибуты.

Выявление объектов без идентификаторов и заполнение БД для них:

Поиск объектов без идентификаторов выполняется с помощью группового редактора. Выбрать на панели групповой редактор открыть его дополнительное меню выполнить команду Выбор по критерию .

В открывшемся окне задать слои и тип объектов (полилинии в нашем случае), подлежащих проверке, включаем опцию Без ID и нажать кнопку Выбрать.

После выполнения команды все объекты без идентификатора будут выделены.

Перейти в обычный редактор и заполнить записи для этих объектов.

После создания записей для всех выявленных объектов выполнить команду Упаковка идентификаторов (меню Утилиты) и вновь проверить состояние БД (меню Проект команда Информация для проверки состояния БД для всех слоев сразу).

После исправления ошибок и повторной проверки состояния БД ошибок не обнаружено.

Количество полилиний и записей совпадают.

Информация о выбранных слоях:

Слой «р_реки» Тип слоя — Растровый Размер — 567×573 Размер растра — 567×573, 40 Kb Масштаб растра — Mx=1, My=1 Координаты [единицы проекта]: Xmin = 1792.496 550 Ymin = 1410.511 650 Xmax = 6593.106 150 Ymax = 6261.921 350 Число цветов — 2 Полное имя растрового файла — E: СкладЛитраОбнинск4 курсГИС_2011Проэкт Полякиреки. bmp Создан — 11 июн 2012, 17:55

Слой «р_дороги» Тип слоя — Растровый Размер — 567×573 Размер растра — 567×573, 40 Kb Масштаб растра — Mx=1, My=1 Координаты [единицы проекта]:

Xmin = 1792.496 550 Ymin = 1410.511 650 Xmax = 6593.106 150 Ymax = 6261.921 350 Число цветов — 2 Полное имя растрового файла — E: СкладЛитраОбнинск4 курсГИС_2011Проэкт Полякидороги. bmp Создан — 11 июн 2012, 18:03

Слой «р_карта» Тип слоя — Растровый Размер — 567×573 Размер растра — 567×573, 953 Kb Масштаб растра — Mx=1, My=1 Координаты [единицы проекта]: Xmin = 1792.496 675 Ymin = 1410.511 650 Xmax = 6593.106 275 Ymax = 6261.921 350 Число цветов — 16 777 216 Полное имя растрового файла — E: СкладЛитраОбнинск4 курсГИС_2011Проэкт Полякирастр 86₈₇_3 jpg. jpg Создан — 11 июн 2012, 17:26

Слой «граница» Тип слоя — Векторный Тип линии — Сплошная Связан с базами данных: Полилинии — Граница. DBF (записей в БД — 0) Объем векторных данных на слое: 352 байт Число объектов на слое — 1, включая: полилиний — 1

Слой «нас_пункт» Тип слоя — Векторный Тип линии — Сплошная Связан с базами данных: Полилинии — Нас_пункт.DBF (записей в БД — 4) Объем векторных данных на слое: 560 байт Число объектов на слое — 4, включая: полилиний/записей БД — 4/4

Слой «поли_реки» Тип слоя — Векторный Тип линии — Сплошная Связан с базами данных: Полилинии — Поли_реки.DBF (записей в БД — 13) Объем векторных данных на слое: 7120 байт Число объектов на слое — 13, включая: полилиний/записей БД — 13/13

Слой «реки» Тип слоя — Векторный Тип линии — Сплошная Связан с базами данных: Полилинии — Реки. DBF (записей в БД — 10) Объем векторных данных на слое: 1056 байт Число объектов на слое — 10, включая: полилиний/записей БД — 10/10

Слой «остров» Тип слоя — Векторный Тип линии — Сплошная Связан с базами данных: Полилинии — Остров. DBF (записей в БД — 1) Объем векторных данных на слое: 208 байт Число объектов на слое — 1, включая: полилиний/записей БД — 1/1

Слой «болото» Тип слоя — Векторный Тип линии — Сплошная Связан с базами данных: Полилинии — Болото. DBF (записей в БД — 12) Объем векторных данных на слое: 2130 байт Число объектов на слое — 12, включая: полилиний/записей БД — 12/12

Слой «дороги» Тип слоя — Векторный Тип линии — Сплошная Связан с базами данных: Полилинии — Дороги. DBF (записей в БД — 43) Объем векторных данных на слое: 3192 байт Число объектов на слое — 43, включая: полилиний/записей БД — 43/43

Слой «поля» Тип слоя — Векторный Тип линии — Сплошная Связан с базами данных: Полилинии — Поля. DBF (записей в БД — 7) Объем векторных данных на слое: 3432 байт Число объектов на слое — 7, включая: полилиний/записей БД — 7/7Слой «рощи» Тип слоя — Векторный Тип линии — Сплошная Связан с базами данных: Полилинии — Роши. DBF (записей в БД — 0) Объем векторных данных на слое: 240 байт Число объектов на слое — 2, включая: полилиний — 2***Общее число объектов на выделенных слоях — 93, общий объем векторных данных — 18 290 полилиний — 93

Экспорт в формат ГИС ArcView

Перейти к последнему, заключительному этапу работы в пакете Easy Trace экспорту данных. Для этого выполняется команда Экспорт из меню Файл.

Экспорт осуществляется в формате SHP (шейп-файлы), который является обменным форматом ГИС ArcView и хранит информацию о геометрии векторных объектов и связанных с ними атрибутивных данных.

При экспорте векторных слоев в формат SHP необходимо:

слои с замкнутыми полилиниями (слои Строения, Широкая река, Контур, Лес, Болота) экспортируются как полигоны (Рис. 8).

Для каждого шейп-файла при экспорте формируются 3 обязательных файла:

Имя_для_слоя.SHP — файл, который хранит геометрию векторных объектов, Имя_для_слоя.SHX — индексный файл для геометрии объектов, Имя_для_слоя.DBF — файл формата dBASE для хранения атрибутивной информации по объектам. Когда шейп-файл добавляется в качестве темы к Виду, этот файл можно открыть как атрибутивную таблицу

Создание электронной карты во вьювере ArcExplorer

Создание нового Вида, задание его свойств, добавление векторных тем

Запустить ArcExplorer. В результате на экране появится пустой Вид.

Добавить в Вид следующие векторные темы (нажать кнопку Добавить тему; Тип данных — Шейп-файла; для добавления тем использовать шейп-файлы, полученные при экспорте из Easy Trace):

DOROGI_LINES;

REKI_ LINES;

P_REKI_ LINES;

OSTROV_ LINES;

DEREVN_ LINES;

BOLOTO_ LINES;

LESA_ LINES;

POLE_ LINES;

GRANIC_ LINES;

Сделать темы видимыми, для этого щелчком мышки поставить в Таблице Содержания галочку слева от названия темы. Если какие-то темы не видны на карте, передвинуть их в Таблице Содержания так, чтобы все объекты отображались и ни одна тема не скрывала под собой объекты другой.

Добавить в Вид растровую тему «растр 86₈₇_3» в качестве подложки под другие векторные темы.

Преобразовать исходный растр с цветным фрагментом карты в формате JPG (JPG-растр) в растр в формате BMP (BMP-растр) — это необходимо, т.к. изображения в формате JPG

Поддерживаются не всеми версиями ArcExplorer; преобразование можно осуществить с помощью любой программы, работающей с графическими форматами:

Easy Trace, Adobe Photoshop и т. д.;

* разместить новый растр в той же директории, что и остальные векторные данные;

* найти мировой файл привязки, созданный для исходного JPG-растра при экспорте из Easy Trace (этот файл имеет то же имя, что и сам растр, но расширение — JGW; содержит параметры для пересчета координат растра из пиксел в метры новой локальной системы координат, в которой находятся сейчас все векторные данные);

* переименовать мировой файл привязки так, чтобы он имел имя созданного ранее BMP-растра, а расширение — BPW (по соглашению мировой файл привязки растра должен иметь то же самое имя, что и сам растр, а его расширение должно состоять из первой и последней буквы расширения растра + буква «W»);

* разместить файл привязки в той же директории, что и сам BMP-растр (это необходимо для корректного отображения растра в Виде вместе с другими векторными данными);

* добавить в Вид созданный BMP-растр (открыть окно «Добавить Тему» > изменить «Тип данных» на «Поддерживаемые изображения» > зайти в директорию, где хранится цветной растр в формате BMP, выбрать его и добавить в Вид);

* расположить растр внизу Таблицы Содержания, чтобы можно было использовать эту тему как подложку для других векторных слоев.

Получить изображение всех слоев в Виде (кнопка Экстент всех тем).

Добавить Обзорную карту (меню Вид, команда Обзорная карта).

Показать Масштабную линейку (меню Вид, команда Показать Масштабную линейку);

Задать единицы измерения карты (метры) и масштабной линейки (километры или метры) (меню Вид, команда Свойства Масштабной линейки);

Устанавить Прокрутку Вида и Рамку Вида (Рамка Вида показывает в обзорной карте красным прямоугольником тот пространственный охват, который отображен в данный момент на интерактивной карте). Для этого в меню Вид выбрать команду Свойства Вида, в появившемся окне отметить галочками Прокрутку Вида и Рамку Вида.

Сохранить проект (меню Файл, команда Сохранить как — для первого сохранения или Сохранить проект — для последующих).

Сохранение осуществляется в файл с расширением *.AEP, который является текстовым файлом, содержащим всю информацию о проекте: местоположение отображаемых объектов, экстент сохраняемой карты, порядок рисования, легенды тем и т. д.

Задание имен тем

Каждой теме дается понятное название. Для этого сделать тему активной, затем в меню Тема выбрать опцию Свойства темы (или нажать кнопку) и вписать Название темы. Редактируем темы

Итоговая обзорная карта

Исходное растровое изображение