Технології візуалізації картографічної інформації

Геозображення (geoimage, georepresentation) - будь-яка про­сторово-часова масштабна генералізована модель земних (планет­них) об'єктів або процесів, яка представлена у графічно-образній формі.

При цьому, геозображення класифікують на [1]:

] двовимірні плоскі геозображення (2D geoimages, flat geoimages), на­приклад, карти, плани, електронні карти, аеро- і космічні знімки;

] тривимірні, або об'ємні, геозображення (3D geoimages, volumetric geoimages), наприклад, стереомоделі, анагліфи[1], блок-діаграми, кар­тографічні голограми;

] динамічні геозображення (dynamic geoimages), тобто анімації, кар­тографічні фільми, мультимедійні карти й атласи.

Глаз тропического циклона Эмилия. Рис. 2. Анаглифическое стереоизображение глаза тропического циклона Эмилия.

Внаслідок того що карта сама є моделлю будь-якої місцевості, усе частіше лунають вислови, що цифрова карта не повинна бути копією паперової карти з її системою умовних знаків (моделлю моделі), а прямо відображувати реальну дійсність, використовуючи власний арсенал засобів створення зображення і різноманітних джерел даних.

За ступенем ускладнення зв'язків між окремими елементами підсумкової карти і використання спеціальних про­грамних та технічних засобів створення карт до цього часу скла­лася наступна система визначень (Баранов та ін., 1997; Берлянт, 1996).

Цифрова карта (digital map) - цифрова модель місцевості, створена шляхом цифрування картографічних джерел, фотограмметричної обробки даних дистанційного зондування, цифрової реєст­рації даних польових зйомок або іншим способом. Цифрова кар­та є основою для виготовлення звичайних паперових, комп'ютер­них, електронних карт, вона входить до складу картографічних баз даних, є одним із найважливіших елементів інформаційного забезпечення ГІС і може бути результатом функціонування ГІС.

Основними складовими цифрової карти є координатна сис­тема і набір елементарних графічних об'єктів, що відобража­ють місце розташування просторових обрисів відповідних реальних об'єктів (процесів, явищ).

У більшості геоінформаційних пакетів цифрові карти пода­ються окремим картографічним шаром і містять тільки одноти­пні об'єкти, а також є основною одиницею збереження даних (файлом або групою зв'язаних файлів).

Цифрова картографічна інформація є частиною інформаційної основи ГІС і обумовлює можливості електронного картографування при геомоделюванні.

Різноманітність форматів подання ЦК у ГІС – одна з особливостей, котра істотно ускладнює їх використання в умовах не меншої різноманітності програмних засобів ГІС. Наявність функцій перетворення форматів (конверторів) для забезпечення уведення-виведення, а отже обміну даними між системами, знімає масу проблем між форматної сумісності. Проте набір конверторів кожного програмного продукту обмежений і не може охопити множини існуючих форматів, а також не всі конвертори працюють бездоганно. Оскільки не існує будь-якого універсального стандарту обміну просторовими даними, необхідно, щоб ЦЦЦК знаходилась у внутрішньому форматі тієї ж ГІС, яка використовується, або в одному з стандартних обмінних форматів, яке підтримує програмне забезпечення ГІС, тобто форматів, котрі використовуються для обміну інформацією між різними системами.

Електронна карта (electronic map) − картографічне зобра­ження, яке візуалізоване на дисплеї (відеоекрані) комп'ютера на основі даних цифрових карт або баз даних ГІС з використанням програмних і технічних засобів у прийнятій для карт проекції і системі умовних знаків.

Картографічна база даних (cartograpliic data base, cartographic database) − сукупність взаємозалежних картографічних даних з будь-якої предметної (тематичної) області, що представлена у цифро­вій формі (у тому числі у формі інших картографічних баз даних) при дотриманні загальних правил опису, збереження і маніпулю­вання даними. Картографічна база даних доступна багатьом ко­ристувачам, не залежить від характеру прикладних програм і під­порядковується системі управління базами даних (СУБД).

Картографічний банк даних, КБД, (cartographic data bank, cartograpliic databank) − комплекс технічних, програмних, інформа­ційних і організаційних засобів збереження, обробки і використан­ня цифрових картографічних даних. До складу КБД входять картографічні бази даних з окремих предметних (тематичних) облас­тей, СУБД, а також бібліотеки запитів і прикладних програм.

Розрізняють єдиний центральний картогра­фічний банк даних (central (centralized) cartographic databank), що містить увесь фонд інформації з даної теми, і розподілений карто­графічний банк даних (distributed cartographic databank), що являє собою територіально роз'єднану систему регіональних і/або лока­льних КБД, поєднаних у мережу під єдиним управлінням.

За оцінкамирізних дослідників, інформаційний обсяг різних цифрових карт і геозображень, збережуваних в пам'яті комп'ю­терів по усьому світі, вже в декілька разів перевищує обсяг паперових карт, і розрив постійно збільшується не на користь паперових карт. У зв'язку з цим усе частіше виникають думки, що традиційна картографія має поступитися місцем новим комплексним дисциплінам - геоінформатиці, геоматиці, геоікониці.

У картовидавничій практиці колишнього СРСР, а згодом - України, методи автоматизованої картографії використовуються вже понад 30 років, розроблена низка відомчих стандартів цифровихкарт і автоматичних картографічних систем (АКС). У першу чер­гу ці системи призначені для автоматизації виробництваі збере­ження номенклатурних листків стандартних топографічних карт різних масштабів. Широко використовуються методи автоматизо­ваного дешифрування космо- і аерофотознімків для відновлення карт і побудови горизонталей рельєфу. У той же самий час, потреби більшості споживачів картографічної продукції значно випереджа­ють можливості аерогеодезичних підприємств по термінам віднов­лення топокарт, а також по номенклатурі відображуваних об'­єктів. У зв'язку з цим виникла велика кількість відомчих стандартів цифрової картографії, у яких топокарти необхідні тільки для початкової координатної прив'язки.

При складанні багатьох видів відомчих карт (земель­ного кадастру, природоохоронних і надзвичайних ситуацій), викори­стовується інформація з атрибутивних баз даних, даних дистанцій­ного зондування, матеріалів польових зйомок і описів. На методики і технології складання карт значно виливають галузеві підходи до виділення і класифікації просторових об'єктів, районування, прос­торової інтерполяції. Для отримання таких зображень використовуються програмні й апаратні засоби, не передбачені стандартами відомчої картографії. Оскільки такого роду картографування в наш час, як правило, виконується програмними засобами ГІС, у науковій літературі все частіше вживається термін геоінформаційне картографування як визначення інтегрального напрямку, що передба­чає методи автоматизованого картографування, обробки даних ди­станційного зондування, геоінформатики і теоретичних методів сис­темного картографування для конкретної предметної області.

Традиційні способи створення й використання карт містять у собі визначення математичної основи карти, в якості необхідного елементу. Однак при проектуванні й створенні ГІС питанням визначення математичної основи всієї системи часто зневажають, що призводить до втрати значимості просторово прив'язаних даних і часто перетворює карти ГІС у карти-схеми. Одна з причин такого становища - відсутність чіткого визначення поняття математичної основи ГІС, а як наслідок цього - і відсутність відповідних вимог до програмного забезпечення й технології створення й використання цифрових карт у складі ГІС.

У відповідності з [109], математичну основу традиційної географічної карти складають: її астрономо-геодезична основа, картографічна проекція, масштаб, координатні сітки, а також елементи компоновки. Тобто математична основа у даному випадку - це конкретний набір математичних елементів карти.

Згідно [110], математична основа карт включає в себе теорію картографічних проекцій, їх застосування, масштаби, компоновки, розграфки, координатні сітки, побудовані в заданій геодезичній системі, а також номенклатури карт. Така постановка питання визначає границі теорії, пов'язаної з математичною основою конкретних карт.

Для цифрової карти поняття математичної основи декілька змінюється. У цьому випадку змінюється зв'язок масштабу вихідної карти з характеристиками зображення. Вихідний масштаб як і раніше впливає на повноту і детальність зображення, на точність карти та ступінь її генералізації, що врешті решт визначає можливість локалізації об'єктів. Крім того, елементи вмісту цифрової карти можуть бути представлені як в прийнятій картографічній проекції, так і в системі географічних координат. Додатковим елементом математичної основи цифрової карти в порівнянні з традиційним визначенням можна вважати локальну систему координат, використану при цифруванні вихідної карти. Особливостями такої локальної системи координат, зазвичай, є зсув і поворот зображення, а також нерівномірна зміна масштабів в точках зображення відносно теоретичної системи координат в заданій проекції.

Поняття математичної основи геоінформаційних систем можна визначити аналогічно [110], додавши теорію перетворень координат по опорним точкам або з використанням інших параметрів, що дозволяє оптимізувати перехід від системи координат цифрування до теоретичної системи координат.

Зупинимося більш докладно на визначенні поняття математичної основи конкретної ГІС. Для цього умовно розіб'ємо карти, що беруть участь у створенні та роботі ГІС на три групи:
Ä карти - джерела, використовувані при створенні й відновленні ГІС;

Ä цифрова карта (або система карт) у складі ГІС, що є основною (базовою) для просторово - тимчасової локалізації елементів ГІС та їх інтеграції;

Ä карти - додатки, які можуть бути отримані для різних цілей у результаті роботи ГІС.
Математична основа всіх таких карт, а також множина перетворень, які забезпечують зв'язки між цими картами становить математичну основу ГІС. У такий спосіб математична основа конкретної ГІС характеризується набором геодезичних систем координат, картографічних проекцій, масштабним діапазоном, набором необхідних варіантів компонування та координатних сіток, а крім того можливостями програмного забезпечення по перетворенню координат просторово пов'язаних даних. У тому випадку, якщо вихідні дані не є картою (це можуть бути знімки, показання різних приладів і т. ін.) у математичну основу ГІС варто включити перетворення для зв'язку цих даних з базовою картою.

Визначення математичної основи при проектуванні ГІС припускає визначення математичної основи базової карти, можливих елементів математичної основи карт - джерел і карт - додатків, а також усіх необхідних перетворень, які варто врахувати при виборі математичного забезпечення.

На сьогодення визначилися два підходи до проблеми просторово - тимчасової локалізації даних і елементів ГІС. Перший підхід базується на карті або системі карт [111]. Другий підхід використає глобальну модель реального світу (тривимірний простір і час) [112] і пропонує локалізацію об'єктів в одно-, двох- і тривимірному просторах з урахуванням моделі часової координати. Для такого підходу карта - це один з варіантів просторової прив'язки. У цьому випадку визначена нами математична основа ГІС - це набір моделей відповідним різним типам використовуваних у ній даних і перетворень для зв'язку між ними. Варто пам'ятати, що не всякий програмний пакет підтримує подібну, у багатьох випадках надлишкову модель.

Різні групи користувачів картографічної інформації можуть ви­сувати різні вимоги до технологій її візуалізації. Це може бути простий перегляд готового картографічного зображення на екра­ні дисплея і друкування копій на звичайному принтері формату А4; презентація за участю серії карт та інших геозображень з використанням проекційного устаткування; підготовка оригінал - макета великоформатної карти для подальшого друку на спеціа­льному поліграфічному устаткуванні, підготовка і перегляд анімованих карт тощо. Для обслуговування різних груп користува­чів розроблений ряд спеціальних програмних геоінформаційних продуктів, що містить різноманітний набір функціональних можливостей для подання даних.

Дата добавления: 2015-05-23