4.2. Цифровые карты

4.2.1. Цифровое картографирование, определение цифровых карт

В результате автоматизации топографо-геодезического производства возникло новое направление – цифровое картографирование местности.

Под цифровым картографированием местности как части топографо-геодезического производства понимается технологический процесс, объединяющий сбор и обработку цифровой топографической информации, формирование на ЭВМ цифровой модели местности, хранение, дополнение и обновление еѐ с помощью машинного банка данных, получение по этой модели различных аналитических и графических материалов в соответствии с предъявленными требованиями.

В научном плане цифровое картографирование представляет собой новый метод, принципиально отличающийся от традиционных аналоговых и предназначенный для создания цифровой модели местности (ЦММ). Топографические планы и карты при этом рассматриваются как еѐ производные. Потребители топографо-геодезической информации имеют возможность получать не один универсальный документ (топографическую карту или план), требующий дополнительной переработки, а целый ряд материалов различного содержания и формы, необходимых для решения конкретных задач. Такой подход обеспечивает потребности различных отраслей народного хозяйства в топографо-геодезических и картографических материалах, даѐт большой экономический эффект, обусловленный многократным и многоцелевым их использованием [6].

В научно-технической литературе и нормативных документах приведены понятия цифровых моделей местности, электронных, цифровых карт, цифровых топографических карт, различные их классификации.

Как в России, так и в других государствах, цифровые топографические карты и планы создаются государственными топографо-картографическими и кадастровыми службами и другими ведомствами государства, покрывая всю территорию или отдельные регионы и охватывая большую часть топографического масштабного ряда [2, 6].

Цифровые карты (ЦК) в векторном формате – наиболее распространенный вид цифровой карты. Их создавали (в конце прошлого века) по технологии цифрования с помощью дигитайзера с ручным обводом или сканированием оригиналов с последующей векторизацией (в настоящее время), используя программные средства – векторизаторы. Альтернативный подход – растровая цифровая карта, создаваемая сканированием топографических карт.

Векторная ЦК обладает рядом преимуществ. Тем не менее, практика показывает, что при отсутствии необходимости в векторной основе, ограниченности финансовых ресурсов и по другим причинам может быть использована растровая копия топографической карты (плана).

Существенные недостатки растровой основы: трудность актуализации, ограниченные возможности изменения масштаба изображения, невозможность разгрузки (удаления излишних элементов содержания и их атрибутов), трудность атрибутирования, невозможность адресации к элементам содержания, большие объемы данных, их труднопереносимость.

В процессе цифрования происходит перевод исходных картографических материалов на твердой основе в цифровую форму. Используемое программное обеспечение и цели работы накладывают определенный отпечаток на технологию цифрования, однако существуют требования, выполнение которых необходимо для создания качественного продукта в виде ЦК. Результатом цифрования является цифровая карта. Однако это еще «сырой» продукт. Для того чтобы ЦК стала законченным результатом, ее качество должно быть оценено и признано удовлетворительным. Существуют различные способы нахождения и устранения ошибок – от ручных до полуавтоматических. Созданная по исходным картографическим материалам и прошедшая процедуры контроля цифровая карта является законченным продуктом и используется далее в соответствии со своим предназначением.

Под цифрованием принято понимать процесс перевода исходных (аналоговых) картографических материалов в цифровую форму, т. е. перевод графических объектов исходных картографических материалов в цифровую форму.

Создание ЦК может осуществляться с помощью дигитайзера или цифрованием растрового изображения исходных картографических материалов.

С помощью дигитайзерного ввода основная масса ЦК создавалась до середины 1990-х гг., затем дигитайзеры уступили место цифрованию по растру. В настоящее время при создании ЦК дигитайзеры имеют ограниченную область использования.

Преимущества дигитайзерного ввода:

• возможность обзора всего листа карты или участка карты, окружающего цифруемую территорию. Этот способ позволяет разобраться в ситуации при низком качестве графики исходных материалов;

• возможность оцифровки исходных материалов практически любого качества. Это имеет решающее значение, если используемый сканер по своим техническим возможностям не позволяет оцифровывать карты (планы) на жесткой основе (алюминий, дерево), ветхие картографические материалы или картографические материалы с локальными участками неравномерной толщины (в качестве таких материалов часто выступают бумажные планы, оперативное редактирование которых происходит путем срезания бритвой устаревших объектов и наклеивания актуализированных участков поверх устаревших).

При векторизации растра субъективные факторы влияют меньше, чем при дигитайзерном вводе, так как растровая подложка позволяет все время корректировать ввод. Программы векторизации растровых изображений условно можно разделить на три группы: ориентированные на ручную векторизацию, полуавтоматическую и автоматическую.

Алгоритмы автоматической векторизации для ввода картографической информации в настоящее время не используются для массового ввода картографического материала, поэтому здесь они рассматриваться не будут.

Полуавтоматическая векторизация дает хорошие результаты при цифровании четких контуров на растре соответствующего качества, например расчлененные оригиналы рельефа на пластике.

Точность ввода информации у опытного оператора при ручной векторизации выше, так как при полуавтоматической векторизации на передачу формы влияет качество растра, и при «изрезанных» краях растровой линии начинают появляться изгибы проводимой векторной линии, которые вызваны не общей формой линии, а локальными нарушениями растра. Оператор же в таких и подобных случаях форму объекта передает более точно, ориентируясь на дополнительные материалы (источник получения растра) и анализируя ситуацию. Нужно отметить, что при векторизации растра точность вода значительно выше, чем при цифровании дигитайзером, и в основном зависит от качества исходного растра [3].

При работе с различными цифровыми картографическими материалами следует понимать, что в качестве непосредственного результата цифрования исходных картографических материалов получаем цифровую карту, являющуюся моделью источника, с которого она была получена. Если при создании ЦК в качестве источника использовались «бумажные» карты, то непосредственно в результате цифрования получаем цифровую картографическую модель исходной бумажной карты, если в качестве источника использовались данные наземных полевых съемок, то полученная по «безбумажной» технологии цифровая карта является цифровой картографической моделью местности и т. д.

Рассмотрим основные определения электронных топографических карт и основные требования (п. 4.2.3.) к ним, принятые Национальным стандартом Российской Федерации [8].

«Электронная топографическая карта (ЭТК) – электронная (векторная или растровая) карта, изготовленная в принятых для общегосударственных топографических карт математической и геодезической основах, содержании, графическом и цветовом оформлении.

Формат записи электронной карты – структура расположения данных в файлах, описание вида данных и точность их представления» [8].

В Межгосударственном стандарте (ГОСТ) даны следующие определения.

Цифровая модель местности (ЦММ) – цифровая картографическая модель, содержащая данные об объектах местности и ее характеристиках.

Цифровая модель объектов местности – цифровая модель местности, содержащая информацию о плановом и высотном положении объектов местности, кроме рельефа.

Цифровая карта (ЦК) – цифровая картографическая модель, содержание которой соответствует содержанию карты определенного вида и масштаба.

Цифровой план – цифровая картографическая модель, содержание которой соответствует содержанию плана определенного вида и масштаба.

Электронная карта (ЭК) – цифровая картографическая модель, визуализированная или подготовленная к визуализации на экране средствами отображения информации в специальной системе условных знаков, содержание которой соответствует содержанию карты определенного вида и масштаба.

Графическая копия цифровой (электронной) карты – графическое изображение на твердом носителе, содержание которого адекватно содержанию цифровой (электронной) карты.

Графическая копия цифрового (электронного) плана – графическое изображение на твердом носителе, содержание которого адекватно содержанию цифрового (электронного) плана [17].