6.4. Основные типы информации

 

Цифровые модели оперируют сразличными типами информации (рис.6.3)

 

 

Рис.6.3. Основные характеристики цифровых моделей (начало)

 

Однако и здесь мы имеем не саму цифровую модель, а лишь исходные (избыточные) данные для ее создания. Упрощенно говоря, на этом уровне вся исходная информация унифицируется,реструктурируется и размещается s таблицы базы данных,

На уровне представления происходит окончательное создание цифровой модели местности в соответствии с требованиями на проектирование (или построение) ЦММ на основе информации, хранимой вбазе данных (аи, рис. 6,2).

На этом уровне определяют внешние и внутренние ключи таблиц, устанавливают связи между таблицами, определяют метаданные. Исходная унифицированная информационная основа преобразуется всистему.

В общем виде ЦММ может быть определена как совокупность множеств метрической, семантической, параметрической информации и класса операций преобрыования над этими множествами.

Дальнейшие детализация и квантификация отмеченных множеств на структурную, топологическую, таксонометрическую и другие виды не представляются целесообразными ввиду того, что они неменяют качественно описания ЦММ и класса ее преобразований.

 

 

 

 

6.5. Характеристики цифровых моделей

 

Для описания свойств ЦММ рассмотрим схему (рис. б.3), представляющую собой Е-дерево, хорошо знакомую нам иерархическую модель. Данная структура не претендует на полноту описания. Онаносит скорее инфологический, чем даталогический характер, и построена в целях отражения основных и вспомогательных свойств и характеристик.

 

 

Метрическая информация. Она передает метрическую (измерительную) характеристику объекта, т,е, координаты, размеры, Эта информация относительно проста и однородна по структуре, в силу чегоона является сииьно щииизированной. Метрическая информация в ГИС содержит координатные данные и некоторые (числовые) ащрибущивные данные.

Качественным отличием цифровых моделей, полученных по реальным измерениям, является точностная характеристика модели. Она обусловлена ошибками измерений и последующими ошибками вычислений при геометрическом моделировании. Этот параметр определяет применимость цифровой модели, в частности, при получении графических реализаций в разных масштабах.

Атрибутивная информация, Это информация о свойствах и связях обьектов. В ГИС она включает атрибущивные данные и метаданные. Она может подразделяться на семантическую, технологическую и другие виды. Тем не менее все эти виды информации можно назвать семантическими, хотя с учетом сложившейся в ГИС терминологии более правильно называть ее атрибутивной.

Этот тип информации определяет принадлежность точек или объектов к определенному классу или обьекту (сложный или простой объект), описывает свойства объектов и их частей, задает взаимосвязии условия обработки, условия воспроизведения и т.п.

В общем виде эта информация неоднородна, сложна по структуре и является с л а б о m и и и з и р о в а и и о Й, поэтому для создания ЦММ требуются анализ, классификация и типизация атрибутивнойинформации. Эта информация должна быть разбита на более мелкие группы, имеющие достаточное число сходных признаков, т.е. типизирована в достаточной степени для использования ее в базах данных.

Синтаксическая информация. Она определяет последовательность работы при корректировке или обновлении ЦММ, правила построения и представления ЦММ, Эта информация щ и л и з и р о в а н а,

Первые два типа информации (метрическая и атрибутивная) определяются логической структурой ЦММ и не зависят от выбора СУБД, В силу этого их можно назвать внутренними по отношению кЦММ.

Синтаксическая информация зависит от технологии использования ЦММ с учетом конкретных технических средств и их возможностей. Например, она определяется разрешающей способностьюмонитора и его цветовой палитры, разрешением принтера или плоттера, погрешностью дигитализации или фотограмметрической обработки и т.д. Она является внешней по отношению к ЦММ, зависит отвыбора СУБД и технологии обработки информации и поэтому находится в тесной взаимосвязи с физической структурой ЦММ.

 

Логическая и физическая структура ЦММ

 

Понятия логической и физической структуры ЦММ явапотся развитием и расширением понятий логической и физической модели данных.

Логическая структура ЦММ определяется как совокупность схем и логических записей, описывающих данную ЦММ. Такая характеристика относится к описательным.

Схемы, составляющие логическую структуру ЦММ, могут быть различными в зависимости от назначения и принципов построения (см. рис.6,1 и 6.2).

Логическая структура обусловливается концепцией и методологией моделирования, Она может включать схемы взаимосвязи частей ЦММ в натуре, в базе данных, схемы взаимосвязи свойств ЦММ исхемы построения ЦММ, Она содержит логические записи, составляющие информационную основу, Элементом логической структуры ЦММ является логическая запись.

Физическая структура ЦММ определяется способом реализации логической ЦММ на конкретной технической основе. В частности, она задается форматом записи данных, хранимых на носителяхинформации. Элементом физической структуры ЦММ является физическая запись,

Топологически цифровые модели (схемы) в зависимости от их назначения и области применения могут быть отображены с помощью иерархических, сетевых и других базовых моделей,

Требование инвариантности моделирования обусловливает максимальную независимость физической структуры ЦММ от технологий и технических средств,

 

Свойства ЦИИ

 

Целостность. При обработке данных в БД недостаточно, чтобы ЦММ просто отражала объекты реального мира. Важно, чтобы такое отражение было однозначным и непротиворечивым, В этом случаеговорят, что ЦММ удовлетворяет условию целостности (integrity). Целостность ЦММ имеет два значения: как объекта БД и как модели реального объекта.

Целостность ЦММ как о бъ вкщ а базы данн ых определяется требованиями СУБД и соответствует понятию целостности информации в БЦ. Для достижения целостности исходная информация

 

должна быть типизирована и струтурирована. Такая целостность позволяет осуществлять работу с ЦММ как с элементом базы данных, направлять к ней запросы, проводить фильтрацию, получать справкиили отчеты,

Целостность ЦММ как м о д е л и р е а л ь и о г о о б ъ е к т а определяется требованием получения проекта карты или картографической композиции средствами ГИС. Для достижения такойцелостности информация должна быть полной, актуальной и отвечать требованиям точности при получении данного проекта карты. Например, информация должна включать не только собранные наместности данные, но и библиотеки условных знаков, которые хранятся в БД независимо от ЦММ. В данном случае целостность ЦММ как модели объекта обусловливается полнотой информации БД.

Другой пример: точностные требования, позволяющие строить карту масштаба 1:1 000 000, не соответствуют точностным требованиям для масштаба 1:2 000, в силу чего метрические данные ЦММмелкого масштаба не пригодны для построения карт крупного масштаба.

Дискретность. ЦММ относится к классу дискретных моделей, Это обусловлено необходимостью хранения ЦММ как о б а е к т а д и с кр е m и о й б а з ы д а и и и х. Геометрическая часть ЦММ можетсодержать отдельные точки поверхности объектов. Тем не менее ЦММ позволяет строить непрерывные линии и поверхности, т,е. получать аналоговые модели (аналоговые карты), за счет совместногоиспользования метрической и семантической информации.

Отметим противоречие, заключающееся, с одной стороны, в необходимости выделения большей информативности модели, что увеличивает объем модели, с другой — в необходимости минимизацииинформационных объемов, обусловленной ограничениями машинных носителей информации и требованием максимальной скорости обработки данных.

Многофункциональность. ЦММ должны быть легко адаптируемыми для решения различных задач, Графическое отображение ЦММ не должно зависеть от средств воспроизведения графическойинформации, Например, одна и та же ЦММ может использоваться для получения карт масштабного ряда.

Для многократного использования ЦММ нужны дополнительные данные: описатели, классификаторы, нормативные данные, правила применения и т,д, Обычно их называют метаданными. Они хранятсяв словаре данных (data dictionary}.

 

Виды моделирования

 

Рассмотрим работу с цифровыми моделями в соответствии с тремя системными уровнями: сбор и первичная обработка информации, хранение и обновление, представление (отображение ).

При с б о р е и и ф о р м а ц и и для построения цифровых моделей используются автоматизированные средства регистрации и автоматизированных технологий, Источниками информации служат карты,таблицы, спецификации, геодезические координаты точек и объектов местности, координаты точек на аэрокосмических и наземных фотоснимках, данные, получаемые по телевизионным и/или радиолокационным снимкам, телеметрические данные, информация, считываемая с планов и карт, данные о допусках и погрешностях, дополнительная информация текстового характера.

После сбора первичных данных на уровне хранения и обновления информации осуществляются симплификация, унификация, коррекция информации, содержащей ошибки и дополнения к ней. Такимобразом, формируется унифицированная совокупность данных, одинаковая для различных средств и технологий сбора, позволяющая в дальнейшем применять ее для получения чертежей и планов не одного,а нескольких смежных масштабов.

На уровне представления ЦММ отображается цифровая информация в виде, удобном для пользования. ЦММ может генерироваться из разных моделей. Визуальное представление ЦММ реализуется насовременных устройствах вывода информации.

Технологически можно выделить следующие виды моделирования [14]; семантическое, инвариантное, геометрическое, эвристическое, информационное, Они проявляются на разных системных уровняхобработки информации в разной степени.

С е м а н m и ч е с к о е моделирование взаимосвязано с задачами кодирования и лингвистического обеспечения, поэтому оно в большей степени используется на уровне сбора первичной информации.Это обусловлено также большим объемом и разнообразием входной информации, сложностью ее структуры, возможным наличием ошибок,

Чем более разнородна входная информация по структуре и содержанию, чем менее она унифицирована, тем больший обьем семантического моделирования применяется в подсистеме сбора.

И и в а р и а и m и о е моделирование основано на работе с полностью или частично унифицированными информационными элементами или структурами, Его эффективность доказана опытомприменения прежде всего САПР и других AC, Этот вид моделирования предполагает использование групповых операций, чем обеспечивается повышение производительности труда по сравнению синдивидуальным моделированием.

Инвариантность создает предпосылки для широкого применения наборов программно-технологических средств независимо от конкретного вида (особенностей) моделируемого объекта. Онапредусматривает использование общих свойств моделируемых объектов (свойства типов или классов) безотносительно к техническим средствам и специфическим характеристикам отдельных объектов.

Этот вид моделирования обеспечивает значительное повышение производительности обработки информации, особенно при моделировании (обработке) графических объектов.

Однако реализация такого подхода возможна лишь при наличии структурно разделенных графических моделей, нижний уровень которых инвариантен (безотносителен) к особенностям модели, аверхний содержит индивидуальные свойства моделей. Другими словами, такое моделирование требует специализированного программного и лингвистического обеспечения, учитывающего свойствамоделируемых объектов и возможность их структуризации на некие графические примитивы.

Г е о м е т р и ч е с к о е моделирование можно рассматривать как разновидность инвариантного, тем не менее оно применяется там, где требуется обработка метрических данных,

Э в р и с а и ч е с к о е моделирование применяется при учете индивидуальных свойств объектов на видеоизображениях и при решении специальных нетиповых задач. В основном оно реализуется приинтерактивной обработке,

Оно быируется на реализации общения пользователя с ЭВМ по сценарию, учитывающему, с одной стороны, технологические особенности программного обеспечения, с другой — особенности и опытобработки данной категории объектов.

И и ф о р м а и и о и и о е моделирование связано с созданием и преобразованием различных форм информации, например графической или текстовой, в вид, задаваемый пользователем. Оно эффективнотолько при предварительной разработке интегрированной информационной основы и применении баз данных. В современных автоматизированных системах для отображения ЦММ применяютавтоматизированные системы документационного обеспечения.

Следует отметить, что все виды моделирования используются на всех системных уровнях, но в разной степени.

Описание цифровом модели динамично. Оно изменяется или дополняется по мере появления новых задач, новых методов обработки и новых технических средств автоматизации проектирования.

Особенности формирования ЦМР

 

Термин ц и ф р о в а я определяет принадлежность модели к классу дискретных. Применительно к ЦММ это порождает проблему адекватного отображения дискретной моделью соответствующегорельефа поверхности, представляющего собой аналоговую модель. В свою очередь, эта проблема связана с методами сбора информации для организации цифровой модели рельефа (ЦМР).

Сбор данных для ЦМР осуществляется обычно путем цифрового преобразования горизонталей или расчета фотограмметрических измерений. В настоящее время стоимость цифрового преобразованиякарт ручными или автоматизированными методами приблизительно одинакова при существенно разных временных затратах. Например, затраты времени на обработку листа карты масштаба 1:25000размером 50x70 см характеризуются следующими цифрами:

• ручное преобразование — 50 — 70 ч;  • автоматизированное сканирование (на ЭВМ VAX) — 0,5 ч;  • векторизация — 8 ч;  • редактирование (на интерактивной рабочей станции) — S — 20 ч.

Большие трудозатраты являются результатом неэффективной реализации концепции цифрового моделирования, а не недостатком самой концепции. Для автоматического сканирования необходимоболее совершенное программное обеспечение, которое позволяло бы правильно реконструировать горизонтали, а также сопровождать горизонтали отметками. Сбор данных обычно производится попрофилям,

При фотограмметрических технологиях сбора информации разработаны методы, позволяющие определять плотность выборки для обеспечения требований точности. Измерения для получения большейточности выполняются по заданным точкам сетки рельефа в режиме "остановка-движение" на аналитических стереоприборах.

Измерения в динамическом режиме приводят к увеличению средне-квадратических ошибок, Многие программы построения ЦММ для повышения надежности отображения местности включаюттехнологии определения характерных линий рельефа,

Выбор структурных линий и определение их необходимого числаэто экспертная задача, требующая интеллектуального решения, определенной квалификации и представляющая определенные трудностидля оператора. Измерение этих линий происходит с меньшей точностью, чем измерение точек сетки, так как оператор должен контролировать движение по трем координатам.

Плотность измерения точек вдоль характерных линий принимается в 2-3 раза выше, чем точек сетки, Это увеличивает временные затраты. Объем измерений и затраты времени на измерение структурныхлиний обычно больше, чем на измерение отметок точек сетки. Затраты времени зависят от квалификации оператора и от того, было ли проведено предварительное опознавание характерных линий до началаизмерительной обработки снимка под зеркальным стереоскопом. Опыт работ подтверждает необходимость измерения характерных линий рельефа для надежной интерполяции горизонталей.

Для пользователя важно знать принципы и характеристики метода интерполяции, чтобы правильно сделать выбор характерных линий рельефа и таким образом определить оптимальные входныепараметры и обеспечить контроль качества собираемой инфорДля получения адекватного описания местности следует с достаточной осторожностью применять аналитические описания модели рельефа,основанные на сглаживающих параметрах,

Всегда существует допуск вычислительной погрешности, с превышением которого обработка становится неэффективной. Интерполированные отметки не должны выходить за пределы локальногоминимума и максимума. Однако не во всех программах формирования ЦМР это предусматривается.

Трудности интерполяции с использованием автоматизированных методов приводят к тому, что, хотя горизонтали, получаемые при использовании ЦМР, выглядят очень естественными (гладкими), онимогут быть менее точны, чем при классической неавтоматизированной рисовке.

Поэтому перспективным следует считать развитие автоматизированных и полуавтоматизированных методов сбора данных для ЦМР на основе автоматической корреляции и сопоставления изображений,получаемых при помощи специальных датчиков с аэро- и космических носителей. Создание ЦМР должно совмещаться с автоматическим распознаванием образов. Наибольший интерес проявляется к такимразработкам, как машинное зрение и "онлайновый" контроль качества на производстве, реализуемый с использованием аналитических приборов типа  "А на граф".

Международная деятельность в этой области организуется рабочей группой "Цифровые модели рельефа".