Технічні і програмні засоби введення просторових даних
Для введення значних масивів просторово-розподілених даних у ГІС використовуються спеціальні периферійні пристрої. Для цифрування паперових картографічних матеріалів використовуються дигітайзери (ручне введення даних) і сканери (автоматичне введення даних). При цифруванні за допомогою дигітайзера об'єкти картографуваня обводяться по зовнішньому контуру або осьовій лінії (векторне представлення). Сканер повністю копіює всю площину вихідного графічного матеріалу, при цьому площа карти розбивається на окремі елементи фіксованого розміру і кожному елементу присвоюється код кольору (растрове представлення). Скановане зображення за необхідності перетворюється в растрові дані формату певного ГІС-пакета або використовується для розпізнавання і векторного цифрування об'єктів ручним (екранне дигітизування) чи автоматизованим способом (векторизація).
Для отримання і просторової прив'язки даних у польових умовах використовуються приймачі GPS і електронні геодезичні прилади. Сучасні моделі цих пристроїв можуть працювати як автономно (обмін даними з ПК здійснюється за допомогою flash-карт), так і системно (пряме підключення до мобільного ПК чи нетбука).
На підприємствах використовуються периферійні пристрої, що дозволяють розпізнавати й цифрувати рельєф за аерофотознімками (оптичні або цифрові стереофотограметричні станції).
Технології введення просторових даних
Сканування
Сканування є одним з основних типів перетворення нецифрової інформації паперових (плівкових тощо) зображень у цифрову інформацію електронних зображень. Процес сканування перебачає послідовний посмуговий перегляд вихідного зображення при цьому кожна смугасегментується окремими елементами зображення.
В залежності від поточного налаштування сканеру, пікселу присвоюється певний код у бітовому, напівтоновому або RGB-форматах, після чого інформація про порядок розміщення і колір піксела записується в растровий графічний файл.
Якість сканування визначається точністю визначення місцеположення елементів зображення оптико-електронною системою сканера, а також якістю передачі кольору. Якість сканованих картографічних документів у більшості випадків вимагає контролю й та геометричної корекції сканованих картографічних документів.
Сканований матеріал не повинен бути зім'ятим, мати складок або розривів. Просторова точність при скануванні карти залежить від детальності: для контурних або рукописних планів – 100 – 150 dpi, для топографічних карт – 200 – 300 dpi, а для систем автоматизованого розпізнавання об'єктів – 400 – 600 dpi). В залежності від розміру ділянки сканування, глибини кольору і просторового розміщення об’єкту картографування автоматично визначається розмір підсумкового файлу.
Процес сканування карт, як правило, здійснюється в середовищі певного графічного редактора, що дозволяє здійснювати збереження і первинну трансформацію отриманих копій. Переважна більшість сучасних програмних пакетів ГІС, що передбачають введення даних за допомогою сканера (MapEdit, Easy Trace, Descartes) призначені для роботи з растровими зображеннями і дозволяють здійснювати наступні типи перетворень:
змінювати кількість пікселів у зображенні(деталізація дображення);
змінювати положення окремого піксела або групи пікселів в площині зображення (геометрична корекція);
змінювати оптичні характеристики кольору всього зображення або групи обраних пікселів (яскравісна та колірна корекція);
здійснювати фрагментовану зшивку зображення.
Векторизування
Скановані растрові картографічні матеріали використовуються для створення цифрових векторних карт. Для підвищення якості вихідних карт (високої диференціації ліній та контурів, деталізації кольору), усунення фонових і механічних шумів зображення можуть використовуватися системи розпізнавання графічних образів і автоматичного виділення їх контурів. Процедури розпізнавання растра і виділення векторних графічних примітивів визначаються терміном векторизування. Векторизування може виконуватись у ручному або напівавтоматичному режимах. Напівавтоматичне векторизування застосовується для лінійних об’єктів, а ручне – для точкових, полігональних об'єктів.
Процес напівавтоматичного або ручного відстежування лінії за її зображенням на растрі називається трасуванням. Програмні пакети для векторизування використовують певні інструменти трасування, що заздалегідь розраховані на визначені комбінації растрових елементів..
Трасування суцільної або пунктирної лінії в автоматичному режимі передбачає визначення положення початкової точки на еталонній ділянці, а також двох сусідніх точок, що визначають еталонний крок і напрямок. Додаткові операції трасування передбачають визначення максимальної відстані розриву фрагментів лінії, максимального кута повороту лінії і максимального радіуса ділянки пошуку початку наступної лінії, максимальної і мінімальної товщини лінії, відстані між опорними точками вздовж лінії тощо. Існує можливість зміни автоматичного режиму трасування на ручний у будь-який момент може векторизування.
Створення векторних об'єктів передбачає присвоєння ідентифікаторів (номерів трубопроводів, будинків, назв вулиць, відміток горизонталей рельєфу тощо). Одним із режимів автоматичної ідентифікації є присвоєння значень висот лініям горизонталей рельєфу, глибин та інших ізоліній в рівноінтервальній шкалі значень.
Геокодування
Геокодування – метод і процес позиціонування просторових об'єктів в певній системі координат співвідносно їх атрибутів. Для виконання поцедури геокодування необхідно отримати табличний набір координатних даних (географічні, прямокутні координати, вулична адреса, файл просторової бази даних тощо), в яких здійснюватиметься пошук місцеположення точки, а також встановлюватимуться координати точкового об'єкта з заданими атрибутами.
Сучасні ГІС-пакети (Mapinfo, ArcView тощо) реалізовують функції адреснї прив'язки даних з використанням файлів спеціального формату, у яких формалізовано інформацію про вуличні мережі (StreetMap).
Процедура геокодування забезпечує оперативне створення картографічної бази даних з чіткою координатною прив'язкою. Крім вуличних адресних координат, існують шаблони точкових або площинних об'єктів за назвами міст,адміністративних одиниць, за кодами поштових округів тощо. Необхідно здійснювати контроль ідентичності адресних координат у геобазі даних: географічні і прямокутні координати повинні бути мати ідентичний числовий формат та базову систему координат; назви вулиць в обох наборах даних повинні бути відповідними; буквені ідентифікатори будинків повинні зберігатися в окремому полі тощо.
Ручне дигітизування
Ручне дигітизування (дигіталізація, цифрування) – найпоширеніший спосіб введення просторових даних у базу даних ГІС. Суть процесу ручного дигітизування полягає у розпізнаванні об'єкта на вихідній карті і створення елементарного векторного графічного об'єкта шляхом обведення його меж. Вихідна карта являє собою паперовий оригінал, що закріплюється на дигітайзері, або його скановану копію, яка виводиться на екран монітора комп’ютера. У першому випадку виконується апаратне дигітизування, в іншому - екранне дигітизування.
Точність і повнота ручного введення даних визначаються: якістю вихідного картографічного матеріалу (зношеністю паперової карти, якістю сканування); точністю локалізації системи координат на паперовому джерелі або його сканованій копії; кваліфікацією оператора-дигіталізатора.
Апаратне дигітизування
Апаратне дигітизування виконується з використанням спеціального пристрою дигітайзера із застосуванням високоякісних оригінальних паперових або пластикових картографічних матеріалів. До складу багатьох програмних ГІС-пакетів входять модулі налаштування і керування роботою різних моделей дигітайзерів.
Аркуш паперового (пластикового) оригіналу, закріплюється на поверхні планшета дигітайзера за допомогою притискних планок або прозорого листа пластику. Передусім виконується процедура ототожнення - на карті визначаються чотири і більше контрольних точок, а з клавіатури вводяться їх координати. В результаті процедури ототожнення визначається похибка детермінаці визначення системи координат і запроваджується процедура геометричної корекції збраження.
Оператор в ручному або в напівавтоматичному режимі за допомогою курсора дигітайзера здійснює обведення контурів просторових об'єктів, зчитуючи координати опорних точок. Координати точок записуються у відповідний активний файл бази даних, а відповідні атрибутивні дані вводяться з клавіатури. Точність і мобільність введення просторових даних залежать від кваліфікації оператора.
При заміні аркушів карт на планшеті дигітайзера, лінійкрму або кутовому зсуві аркуша карти, або при поновленні роботи дигітайзера необхідно виконати повторневстановлення системи координат дигітайзера.
Відсутність в номенклатурі ряду деяких оригіналів паперових карт, наявність похибок нанесення і механічних ушкоджень, а також висока вартість пристроїв зумовили необхідність заміни технологій апаратних дигітайзерів технологіями екранного дигітизування.
Екранне дигітизування
При екранному дигітизуванні вихідний попередньо сканований і просторово прив'язаний картографічний матеріал розміщується на задньому плані екрана. Виконується оверлей косметичних шарів, у межах яких, шляхом візуальної ідентифікації оригінальних об'єктів на шарі-підкладці створюють копії – аналоги об’єктів.
Для цифрування різних типів просторових об'єктів використовується спеціалізований інструментарій. В залежності від типу інструментальної ГІС і моделі просторових даних (топологічна, нетопологічна, CAD) формується певний набір таких інструментів і організація інтерфейсу користувача для роботи з ним.
Для будь-якого активного об'єкта або групи об'єктів виконуються операції копіювання в буфер обміну і вставки з буфера обміну, об'єкт може бути переміщений в інше місце робочої області. Також доступними є операції зміни розмірів і пропорцій активного об'єкта, дзеркального вертикального, горизонтального або діагонального перетворення, повороту об'єкта.
По завершенню введення графічного об'єкта створюється новий запис у базі даних, при введенні просторового об’єкта атрибутивна інформація заноситься в базу даних.