- •Глава 1. Введение в геоинформационные системы 2
- •Глава 2. Основы цифровой картографии 6
- •Глава 3. Модели пространственных данных 32
- •Глава 4. Технологии создания векторных карт 67
- •Глава 1.Введение в геоинформационные системы
- •1.1.Геоинформатика как новая отрасль науки
- •Глава 2.Основы цифровой картографии
- •2.1.Фигура и размеры Земли, используемые модели
- •2.1.1.Основные понятия
- •2.1.2.Геодезическая основа карт
- •2.2.Системы координат, применяемые в геодезии и картографии
- •2.2.1.Географическая (астрономическая) система координат
- •2.2.2.Геодезическая система координат
- •2.2.3.Система прямоугольных координат
- •2.2.4.Полярная система координат
- •2.2.5.Зональная система координат
- •2.3.Картографические проекции. Искажения в картографических проекциях
- •2.3.1.Основные определения
- •2.3.2.Искажения в картографических проекциях
- •2.4.Классификация картографических проекций
- •2.4.1.Классификация проекций по характеру искажений
- •2.4.2.Классификация проекций по виду вспомогательной поверхности
- •2.4.3.Классификация проекций по ориентировке
- •2.4.4.Классификация проекций по виду нормальной картографической сетки
- •2.4.5.Классификация проекций по способу получения и особенностям использования
- •2.5.Равноугольная поперечно-цилиндрическая проекция Гаусса-Крюгера
- •2.6.Разграфка и номенклатура листов топографических карт и планов
- •2.7.Вопросы и задания для самопроверки
- •Глава 3.Модели пространственных данных
- •3.1.Пространственные объекты в гис
- •3.2.Основные модели пространственных данных
- •3.3.Принципы организации моделей пространственных данных
- •3.3.1.Связь пространственных и атрибутивных данных об объекте
- •3.4.Векторные модели данных
- •3.4.1.Общие положения
- •3.4.2.Векторные нетопологические модели
- •3.4.3.Векторные топологические модели
- •3.4.3.1.Общие положения
- •3.4.3.2.Основные топологические характеристики в моделях данных гис
- •3.4.3.3.Линейно-узловая топологическая модель данных
- •3.5.Растровые модели данных
- •3.5.1.Общие положения
- •3.5.2.Характеристики растровых моделей
- •3.5.3.Метод группового кодирования
- •3.6.Регулярно-ячеистое представление данных
- •3.7.Квадротомическая модель данных
- •3.7.1.Общие положения
- •3.7.2.Квадротомические деревья
- •3.7.3.Построение квадротомического дерева для случая растровых объектов
- •3.8.Преобразования «вектор–растр» и «растр–вектор»
- •3.9. Вопросы и задания для самопроверки
- •Глава 4.Технологии создания векторных карт
- •4.1.Получение цифровых карт по исходным картам на твердом носителе
- •4.2.Получение карт по данным дистанционного зондирования Земли
- •4.3.Картопостроение по данным наземных измерений и по данным спутниковых систем
- •4.3.1.Спутниковая навигационная система navstar gps
- •4.3.2.Спутниковая навигационная система глонасс
- •4.3.3.Использование данных спутниковых навигационных систем для картопостроения
- •4.4.Вопросы и задания для самопроверки
4.2.Получение карт по данным дистанционного зондирования Земли
Использование данных дистанционного зондирования (ДДЗ) Земли – аэро- и космоснимков – в качестве входных данных для ГИС является безусловно перспективным направлением. Материалы съемок могут быть представлены в виде единого набора растровых изображений, привязанных к нужной координатной системе, и, в отличие от бумажных картографических материалов, действительно могут отражать практически одномоментную фиксацию всех пространственных объектов и отношений между ними.
Следует отметить, что при дешифрировании материалов дистанционного зондирования существует достаточно много подводных камней, и не всегда точность выделения различных объектов будет одинакова, что требует обычно дополнительных измерительных работ на местности.
Как показали исследования, космические методы и средства в настоящее время не являются конкурирующими методам аэрофотосъемки. Вернее, аэросъемка переходит в ранг дополняющих заверочных средств исследования земной поверхности. Суть экономичного и иерархического сбора данных заключается в максимальном получении информации космическими средствами, восполнении и детализации недостающих данных космической съемкой лучшего разрешения и аэросъемкой и, наконец, в заверке на местности полученных данных (вместо дорогих и трудоемких тотальных обследований на местности).
Использование ДДЗ при мониторинге территорий города и региона выглядит следующим образом.
Использование мелко- и среднемасштабных (1:1000 000–1:500 000) космоснимков для анализа общего состояния урбанизации региона, коммуникационного (по транспортным путям) взаимодействия крупных промышленных центров и т.д.
Этот уровень обеспечивается космическими съемками с отечественных и зарубежных спутников серии «Ресурс-0» (камера МСУ-Э, разрешение 45-50 м), Landsat (камера TM, разрешение 28-30 м), SPOT (камера ХМ, разрешение 20 м), «Ресурс-Ф» (камеры КА-20, КА-200, разрешение 15-30 м), «Алмаз-1» (используется радиолокационная синтезированная апертура, разрешение 18-20 м). Объектная генерализация таких данных 100-500 м, что соответствует картографическим масштабам 1:50000-1:200000.
Хорошими детализующими данными для предыдущего уровня являются снимки близких масштабов (1:100 000-1:300 000), но высокого разрешения, с космических систем типа SPOT (камера Pan, разрешение 10 м), «Ресурс-Ф» (камеры МК-4, КФА-1000, КФА-3000, разрешение 8-12, 5-10, 2-3 м). Их совмещение с данными меньшего разрешения позволяет выявить объектную структуру и детали городской застройки на фоне зональных и синтезированных снимков большей генерализации. Кроме того, на спектрозональных цветных фотоснимках камер МК-4 и КФА-1000 фотогеничнее выглядят лесные массивы и другие растительные компоненты, что важно при изучении зеленых зон городов, дачных и коттеджных застроек и нарушений различной природы, но плохо выделяются зоны загрязнений по прямым признакам. Объектная генерализация этого уровня 10-100 м, что соответствует картографическим масштабам 1:10000-1:50000.
Для более детального анализа городской застройки, проведения инженерных изысканий, ведения градостроительного кадастра, обеспечения данными муниципальных ГИС и уточнения недешифрируемых деталей по ДДЗ предыдущих уровней целесообразно использовать специальную космическую съемку с разрешением 1-10 м или аэросъемку. По этим данным обычно строятся цифровые модели рельефа и создаются объектные карты, совмещаемые с картами зонирования, получаемыми на предыдущих уровнях, что позволяет более точно учесть особенности местности, ее рельеф, влияние экспозиции, ландшафтные закономерности и т. д. Детальную информацию получают со спутников типа SPOT, «Ресурс-Ф» (камеры ТК-350, КВР-1000) и перспективных спутниковых систем типа QuickBird или с системы компании Space Imaging с разрешением 1 м.
Выборочное уточнение урбанизированных территорий, обновление планов городской застройки, выявление аварийных ситуаций в тепловых, транспортных и электрических сетях, проведение предпроектных работ и архитектурного дизайна с учетом природных факторов осуществляется на основе аэросъемки; она, как и космосъемка, может проводиться цифровыми сканерами (типа МСУ-Э), фотокамерами (АФА, МКФ-6 и т. п.) и специальными средствами (тепловизоры типа «Вулкан», радиолокаторы и др.). Детальность съемки может достигать десятых долей метра.
Следует учитывать, что с возрастанием объемов ДДЗ ключевой проблемой становится проблема автоматизированной интерпретации (дешифрации) аэрокосмических снимков. Решение этой проблемы в настоящее время ведется, в основном, с использованием теории распознавания образов. Изучение методов решения проблемы продолжает оставаться крайне актуальным направлением научных исследований.