7. Обработка данных в программном комплексе credo

Реализуемый в современных технологиях процесс сбора данных, за ис­ключением создания опорных геодезических сетей, не разделяется на со­здание планового, высотного обоснования, съемочные или обмерные рабо­ты. Поэтому файл данных, формируемый в процессе выполнения работ с использованием электронной регистрации, содержит всю совокупность из­мерений и введенной в процессе съемки семантической информации в по­рядке их регистрации. Кроме того, резко изменившиеся, по сравнению с традиционными нормативными характеристиками, точностные параметры современных средств измерений существенно расширяет выбор схем пост­роения плановых и высотных сетей, что размывает границу между метода­ми построений (трилатерация. триангуляция, полигонометрия).

Все это определяет методологическую основу программного комплекса CREDO, базирующуюся на двух основных принципах: комплексном подходе к обработке информации и модульной структуре программного обеспечения.

Комплексность обработки информации достигается насыщением ин­формационного, технологического и программного обеспечения средства­ми, позволяющими вводить и обрабатывать разнообразную метрическую, семантическую и синтаксическую информацию, создавать цифровую мо­дель местности и решать на ее основе различные задачи в интересах пользо­вателя. Такие средства, в частности, обеспечивают возможность:

• различных преобразований координатных систем;

• использования информации, полученной по современным технологиям с помощью разнообразных геодезических приборов, стоящих на воору­жении производственных предприятий и организаций, и полной ее об­работки методом наименьших квадратов с оценкой точности уравнен­ных значений всех неизвестных и их функций;

• построения цифровой модели местности инженерного назначения по результатам полевой топографической съемки или векторизации имею­щегося картографического материала;

• решения на основе цифровой модели местности различных приклад­ных задач, и в частности - создания проектов зданий и сооружений транспортных коммуникаций, формирования земельного участка и др. с получением, при необходимости, цифровой модели проекта, чертеж­ного плана и пр. ;

• взаимодействия с распространенными ГИС- и CAD-системами экспор­тируя и импортируя информацию.

Каждая из перечисленных позиций требует решения достаточного боль­шого числа локальных задач. Например, реализация первых двух позиций предполагает:

• определение и преобразование эллипсоидальных, геоцентрических и прямоугольных координат с использованием заданного эллипсоида и ма­тематической проекции;

• определение параметров связи координатных систем и др. ;

• ввод потока полевой информации, полученной с помощью устройств регистрации, автоматическое разделение (сепарацию) ее по видам гео­дезических измерений, классам точности и формирование схем геоде­зических построений;

• наличие разветвленной системы полевого кодирования синтаксических и семантических данных, полного описания атрибутов объектов мест­ности и подготавливаемых программами CREDO проектов;

• выполнение комплекса предварительных вычислений, включающих рас­чет измеренных значений угловых и линейных величин, контроль техни­ческих допусков, учет редукционных поправок, определение рабочих ко­ординат определяемых пунктов, локализацию ошибочных данных и пр.;

• выявление и локализацию ошибочных данных;

• уравнивание неравноточных измерений, выполненных в геодезических построениях методом наименьших квадратов с оценкой точности урав­ненных значений неизвестных и их функций.

Комплексность обработки предполагает реализацию эффективной тех­нологии «сквозной» обработки информации, начиная от ее создания (полу­чения) и заканчивая проектом, разбивочным чертежом и иным документом, являющимся конечным продуктом деятельности проектно-изыскательской организации. При этом получаемый план местности становится не целью работ, а лишь средством ее достижения.

Модульная структура программного обеспечения CREDO позволяет, с одной стороны, обеспечить комплексность обработки данных, а с другой сто­роны - возможность формирования разнообразных по составу и функцио­нальным возможностям пакетов программ. Так, по состоянию на начало 2009 г. программное обеспечение комплекса CREDO включает более 30 специали­зированных программных модулей, ориентированных на решение конкрет­ных задач инженерной геодезии, цифровой картографии, маркшейдерии, зем­леустройства, проектирования различных объектов или их элементов и пр. Комбинация этих моделей позволяет сформировать линейку программных продуктов, ориентированных на решение задач конкретного пользователя.

В состав комплекса «CREDO» входят следующие системы, представленные на рисунке 1

Рисунок 1 – Структура «CREDO»

построения модели ситуации в программном комплексе CREDO

Построение цифровой модели ситуации требует последовательного вы­полнения ряда операций:

• установление связи между классификатором объектов и кодами пользо­вателя;

• определения координат и высот съемочных пикетов;

• нанесение съемочных пикетов на план в заданном масштабе;

• геометрические построения объектов и их элементов;

• присвоение объекту семантики;

• графическое оформление плана.

Первые две операции выполняются при обработке полевых данных, вслед за уравниванием съемочного обоснования, обработкой тахеометрических ходов и данных горизонтальной съемки (створов, перпендикуляров, обме­ров и др.). Третья операция выполняется автоматически и заключается в нанесении съемочных пикетов по их координатам на виртуальную основу и их выводе на экран компьютера. Порядок и особенности выполнения чет­вертой и последующих операций рассмотрены ниже.

Геометрическое построение объектов - наиболее сложная и ответственная операция создания топографического плана и ЦММ, что связано с необходимо­стью разобраться с каждой точкой, найти ее связи с окружающими и создать элементы контурной нагрузки (цифровой модели), определяющие положение линейных объектов и границы площадных объектов. Эта задача сложна даже при относительно небольшом числе точек (рис. 2.), а если их несколько тысяч, то без дополнительной информации ее решение затруднительно.

Рис.2

В качестве такой дополнительной информации могут быть выведенные на экран компьютера номера съемочных пикетов, примечания к ним, или же линейные и площадные элементы, автоматически построенные по резуль­татам расшифровки команд полевого кодирования . Причем, задача существенно упрощается, если некоторые объекты местности или их фраг­менты построены автоматически, согласно примечаниям к пикетам (рис. 3).

Рис.3

Эффективность использования этих данных для формирования всех объектов создаваемого плана существенно зависит от характера местности, в од­них случаях достаточно выделить произвольным символом всего полтора- два десятка линейных элементов, а в других - вывести номера пикетов.

Многолетний опыт эксплуатации автоматизированных систем крупномас­штабного картографирования показывает, что цифровая модель ситуации со­здается последовательно, то есть к построению каждого следующего объекта приступают только после полного завершения предыдущего, включая присвое­ние ему классификационного кода, набора характеристик (атрибутов) и отобра­жения в полном соответствии с требованиями действующих условных знаков.

В каждой конкретной ситуации последовательность построений дикту­ется структурой создаваемого объекта, но в общем случае их начинают с создания простых элементов (точек, линий, дуг, окружностей, полилиний), а затем - переходных кривых (дуг, сплайнов, клотоид) и полигонов.

Построение примитивов, а на их основе - и более сложных геометричес­ких элементов, требует наличия координат составляющих их точек, полу­чить которые можно при камеральной обработке выполненных в поле изме­рений (например, створов, обмеров и иных построений).

Построение цифровой модели рельефа по растровой основе

Отображенный на топографическом плане рельеф местности определяет совокупность горизонталей, структурных линий (береговых линий, бровок обрывов, откосов, карьеров и пр.) и точек локального экстремума (отдель­ных возвышенностей и понижений), отметки которых имеются на растро­вой основе. Очевидно, что все названные элементы необходимы и для пост­роения цифровой модели рельефа.

Техника векторизации перечисленных элементов рельефа аналогична как и для элементов ситуации. Соответствующий объект (точ­ку, горизонталь, береговую линию и др.) опознают на основе, после чего определяют его геометри­ческое положение или осе­вые линии, создавая имею­щимися в программе инст­рументальными средствами элементы описания (точек, полилиний, сплайнов, поли­гонов и др.). При этом, вме­сто классификационного кода и характеристик, вво­дят отметку точки (точек) или горизонтали. После векторизации всех элемен­тов рельефа выполняют операции по созданию циф­ровой модели.(рис.4)

Рис. 4

Оцифровка точек локального экстремума выполняется по традицион­ной схеме: оператор последовательно указывает курсором положение точек и вводит их отметки, после чего они выводятся на экран (рис. 2.18). При этом масштаб отображения растровой основы устанавливается таким, что­бы уверенно опознавались подлежащие векторизации точки и их отметки.

Векторизация горизонталей и структурных линий выполняется теми же инструментальными средствами, что и элементов ситуации: оператор пос­ледовательно «скалывает» один элемент за другим и вводит их отметки. При этом, в зависимости от наличия инструментальных средств векторизации, по­ложение осевых линий линейных объектов аппроксимируется либо полили­ниями (ломаными линиями), либо гладкими кривыми (преимущественно сплайнами). В первом случае густота точек определяется оператором визу­ально, а во втором соответствующая кривая линия при моделировании релье­фа заменяется полилинией с малыми длинами сторон. При примерно одина­ковой точности результата, векторизация горизонталей или иных структур­ных линий гладкими кривыми заметно повышает производительность.

Построение цифровой модели рельефа осуществляют после заверше­ния векторизации точек, горизонталей и структурных линий растровой ос­новы. Выполнению этой операции может предшествовать деление участка на локальные зоны (участки) с примерно одинаковым характером рельефа. В частности, могут быть выделены участки с нарушенными формами (где рельеф не отображается вообще), гладкие склоны, изрезанные оврагами, всхолмленные, плоскоравнинные и др., где целесообразно применять раз­личные параметры моделирования или стили отображения.

После автоматического построения необходимо ручное редактирование !

Другие способы векторизации растровой основы

Рассмотренный выше порядок векторизации элементов ситуации и рель­ефа реализуют вручную, неавтоматизированными технологиями, когда опе­ратор самостоятельно определяет положение всех элементов растровой ос­новы и соответствующими инструментальными средствами формирует гео­метрическое, синтаксическое и семантическое описание объектов.

Сегодня на рынке геоинформатики существует много средств автомати­зированной векторизации: R2V (Able Software Corp.), Easy Trase (Easy Trace Group), ArcGIS и иных «интеллектуальных векторизаторов», с помощью которых можно выполнить векторизацию в автоматическом или полуавто­матическом режиме. Такая векторизация в общем случае включает:

загрузку исходного изображения и его привязку к системе координат;

цветоделение с целью приведения исходного изображения к бинарному (черно-белому);

векторизацию элементов растра в одном из двух режимов:

1. в полуавтоматическом, когда двумя точками задается направле­ние линейного элемента, программа «отслеживает» его до уча­стка разрыва или неопределенности, после чего оператор ука­зывает направление продолжения;

2. в автоматическом, когда программа распознает элементы рас­трового изображения и преобразует их в векторное. Далее вы­полняется автоматическое или полуавтоматическое редактиро­вание. устранение разрывов, сглаживание, объединение фраг­ментов, удаление шумов и т.п.

3. присвоение векторным элементам семантики (для объектов ситуации) или отметок (для горизонталей и структурных линий).

Технология дает хорошие результаты при обработке бинарного изобра­жения, и несколько хуже - цветного.

Автоматическое распознавание объектов по их изображениям, условным зна­кам и пояснительным надписям в силу его сложности пока не вышло на уровень производственного использования, но работы в этом направлении ведутся весьма активно.

Рассмотрим полуавтоматическую векторизацию на примере Spotlight/Spotlight Pro 7.0

Операция трассировки – это интерактивная (полуавтоматическая) процедура векторизации растрового изображения.

При выполнении трассировки необходимо последовательно указывать на изображении растровые объекты, которые распознаются и преобразуются в соответствующие векторные объекты.

В процессе трассировки исходные растровые объекты можно удалить, сгладить или оставить без изменения.

Настройка трассировки

Для задания настроек трассировки выберите пункт Параметры конверсии в меню Преобразование.

В диалоге Параметры конверсии откройте закладку Параметры (рис.5).

Установите следующие параметры:

Макс.толщина – максимальная толщина трассируемых растровых объектов. Измерьте толщину самой толстой из трассируемых линий. Установите значение этого параметра, немного превышающее измеренную толщину.

Макс. разрыв – длина игнорируемого разрыва растровых линий.

Если вы трассируете пунктирные линии, определите значение этого параметра, немного превышающее максимальный разрыв между штрихами.

Точность – установите максимальное значение точности при трассировке полилиний (для более точной аппроксимации растровой кривой векторной полилинией). Во всех других случаях увеличьте значение точности для изображений хорошего качества и уменьшите для изображений плохого качества.

Рис.5.