2.2 Геоинформационная система автомобильных дорог: юга Тюменской области

Под созданием единого информационного пространства подразумевается разработка широкого спектра связанных между собой процессов и систем. В данной работе рассматриваются пути создания и развития ГИС автомобильных дорог, как наиболее перспективной и эффективной технологии решения прикладных задач.

Когда мы говорим о ГИС автомобильных дорог, следует четко представлять, что в зависимости от характера решаемых предприятием задач, ее структура должна быть разной. По нашему мнению, в дорожном комплексе можно выделить, как минимум, три уровня ГИС.

Первый уровень - это ГИС, предназначенные для инженерных изысканий и проектирования дорог и дорожных сооружений. Несмотря на то, что подобные системы ориентированы, прежде всего, на САПР-подобную модель данных, к ним вполне правомочно применить термин ГИС, так как они оперируют пространственной информацией и большим объемом других разнородных данных.

Второй уровень - это ГИС масштаба подразделения. Этим ГИС свойственны функции слежения за дорожными механизмами, диспетчеризация и другие подобные прикладные задачи.

Третий уровень - это ГИС, предназначенные для глобального или регионального управления и планирования.

При создании и развитии дорожных ГИС возникают проблемы, как свойственные любым ГИС, так и специфичные, дорожные. Рассмотрим некоторые и наиболее серьезные из них:

1. Выбор оптимальной модели данных. В дорожном хозяйстве этот вопрос стоит особо остро по причине сложности и разнообразия информации о дорожных объектах. Модель данных ГИС дорожного хозяйства должна обеспечивать поддержку различных типов данных, их надежное хранение, совместимость с другими системами и др.

2. Отсутствие вертикальной связи на всех уровнях информационных систем. Разобщенность вертикальных связей объясняется плохой совместимостью форматов данных различных ГИС систем. Одна из причин этого в том, что ГИС первого уровня поддерживают гораздо большее число графических примитивов, чем остальные, в которых основными объектами, как правило, являются точка, линия и полигон. В связи с этим, например, даже такая простая фигура как окружность представляется в виде многоугольника, что не только порождает колоссальную избыточность информации, но и приводит к вполне объяснимым ошибкам.

3. Отсутствие горизонтальной связи между подобными системами. Горизонтальная разобщенность объясняется отсутствием единой концепции создания и развития подобных систем, когда каждое предприятие или подразделение начинает создавать свою собственную структуру, не совместимую с другими подобными разработками.

4. В дорожных ГИС остро стоит проблема сбора и обновления информации. Паспортизация и диагностика дорожных объектов всегда были одними из самых злободневных проблем. Действующие нормативные документы, технологии и дорожные лаборатории существенно устарели, либо не отвечают требованиям нынешней ситуации. Что и как будет определяться в результате паспортизации, точность, достоверность данных, их оперативная актуализация - вот лишь малая часть задач.

Учитывая вышесказанное, можно сформулировать основные принципы и подходы к созданию ГИС автомобильных дорог:

• данная система должна создаваться на основе принятых нормативных документов и быть, по возможности, совместимой с другими системами (в том числе не дорожными). Данное условие подразумевает использование принятых классификаций, нумераций и др.;

• при создании системы стоит очень тщательно исследовать вопрос выбора оптимальной модели данных, используемой платформы и программного обеспечения;

• система должна быть открытой, т.е. дополняемой и изменяемой;

• легкий и интуитивно понятный интерфейс для пользователя, который еще, как правило, не избавился от психологического барьера при работе с компьютером;

1. учитывая то, что создание подобной системы сопряжено со значительными временными и материальными затратами, необходимо разработать такую схему ее внедрения, когда некоторые результаты ее работы можно использовать уже на первом этапе (создание карт, например), а далее лишь расширять и адаптировать ее под конкретные задачи. В этом случае возникает некоторое количество "ненужной" работы, но в конечном итоге эта схема себя оправдывает. (Дружинин Г. В., …. ArcReview № 1 (40) 2007. - 48с.)

Исходя из вышеназванных принципов создана и развивается информационная система автомобильных дорог юга Тюменской области.

2.3 MapInfo Professional 10.0.1

MapInfo Professional – географическая информационная система (ГИС), предназначенная для сбора, хранения, отображения, редактирования и анализа пространственных данных. Первая версия ГИС MapInfo Professional была разработана в 1987 году компанией MapInfo Corp., и быстро стала одной из самых популярных ГИС в мире. Сейчас MapInfo Professional используется в 130 странах мира, переведена на 20 языков, включая русский, и установлена в десятках тысяч организаций. В России благодаря простоте освоения, богатым функциональным возможностям и умеренной стоимости MapInfo Professional рисунок 3, стала самой массовой геоинформационной системой.

Рисунок 3 - Применение MapInfo в транспортной инфраструктуре.

ГИС MapInfo – высокоэффективное средство для визуализации и анализа пространственных данных. Сферы применения ГИС MapInfo: бизнес и наука, образование и управление, социологические, демографические и политические исследования, промышленность и экология, транспорт и нефтегазовая индустрия, землепользование и кадастр, службы коммунального хозяйства и быстрого реагирования, армия и органы правопорядка, а также многие другие отрасли народного хозяйства.

С помощью ГИС MapInfo были решены следующие задачи:

• Создание картографических объектов

• Поиск информации и создание запросов

• Работа с растровыми изображениями

• Создание тематических карт

• Работа с внешними базами данных

• Оформление карт и создание отчетов

ГИС MapInfo – полностью русифицированный программный продукт, позволяющий корректно работать с русскоязычными данными, включая процедуры сортировки, индексации и запросов. В поставку русской версии MapInfo включены дополнительные инструменты для трехмерной визуализации и анализа данных, модуль для решения геодезических задач, дополнительные функции редактирования графических объектов, библиотеки топографических знаков для различных масштабов, картографические проекции используемые в России и другие материалы.

Создание картографических объектов в MapInfo. MapInfo позволяет создавать пространственные объекты путем ввода координат с клавиатуры, оцифровкой по растровому изображению, в результате выполнения топологических операций, вводом информации с GPS приёмника и других геодезических приборов, а также импортом графических данных из других ГИС и САПР систем. Кроме того, возможно создание точечных объектов из списка адресов (геокодирование).

Форматы данных поддерживаемые MapInfo. Помимо собственных форматов, MapInfo работает без конвертации с графическими данными в форматах ArcView Shape File, ESRI ArcSDE, ESRI Geodatabase (mdb), ARC/INFO E00, AutoCAD DXF/DWG, Intergraph/MicroStation Design DGN, SDTS, VPF и табличными данными в форматах Access, Excel, Lotus 1-2-3, xBASE и ASCII. Универсальный транслятор MapInfo позволяет осуществлять импорт и экспорт данных в другие ГИС и САПР системы (ESRI Shape File, AutoCAD DXF/DWG, Intergraph/MicroStation Design DGN, AtlasGIS, ARC/INFO E00).

Работа с растровыми изображениями. MapInfo имеет возможность работы с данными в растровых форматах GIF, JPEG, TIFF, GEO TIFF, PCX, BMP, TGA, BIL и др., включая новейшие форматы сжатого растра – ECW, MrSID, JPEG2000.

Поиск информации и создание запросов. Встроенный язык запросов SQL, благодаря географическому расширению, позволяет осуществлять выборки объектов с учетом их пространственных отношений. MapInfo имеет функции поиска объекта или группы объектов по различным признакам, а также их сочетаниям

Тематические карты. В MapInfo имеется множество способов создания тематических карт: картограммы, круговые и столбчатые гистограммы, градуированные символы, плотность точек, отдельные значения, непрерывная поверхность на рисунке 4, карта-призма, карта изолиний (в русской версии) и т.д.

Рисунок 4 - Создание тематической карты в MapInfo

Условные знаки. В поставку MapInfo включено большое количество наборов условных обозначений и редактор стилей линий. С русской версией поставляется дополнительный набор условных знаков для различных масштабов, принятых в России и утвержденных ГОСТом.

Рисунок 5 - Набор условных знаков в MapInfo

Работа с внешними базами данных. MapInfo может выполнять функции картографического клиента для всех современных СУБД. Имеется возможность хранения и обработки пространственных объектов в базе данных Oracle без использования дополнительного программного обеспечения.

Оформление карт и создание отчетов. MapInfo имеет полный набор средств для оформления карт и подготовки высококачеcтвенных отчетов.

Функции работы с базами данных.В эту версию MapInfo Professional внесены следующие изменения в работе с базами данных:

Обновлённые коды гарантируют совместимость с Oracle 11g. Перечень кодов проекций систем координат, включив в него SRID- идентификаторы Oracle 11g. Это гарантирует, что TAB-файлы, основанные на таблицах Oracle, содержат корректные ссылки на системы координат, поэтому MapInfo Professional будет корректно отображать эти данные. Если SRID-идентификатору соответствует несколько определений координатных систем, MapInfo Professional учитывает это. Таким образом, данные Oracle 11g всегда будут открываться в правильной проекции.

Создание Карт с аннотациями в таблицах Oracle 11g. При загрузке таблицы Oracle 11g, которая содержит колонку текстовой аннотации, MapInfo Professional читает геометрию аннотирующего текста и преобразует её в поле текстового объекта. Этот текстовый объект включает массивы объектов, содержащих собственно текстовую строку, расположение текста на Карте, объект вводной линии и атрибуты стилей, если таковые были сохранены в объекте.

Поиск пространственных данных в сети Интернет. Браузер метаданных.Для поиска пространственной информации с нужными характеристиками в Интернет Open Geospatial Consortium, Inc. (США) разработал стандарт описания и хранения данных -CSW (Служба каталогов для Web). В MapInfo Professional 10.5 реализован браузер метаданных, позволяющий вести поиск данных в каталогах, организованных в соответствии со спецификациями CSW.

2.4 ArcGIS 10

ArcGIS -это семейство программных продуктов для построения геоинформационных систем (ГИС) любого уровня. ArcGIS используется для создания, управления, анализа и визуального представления пространственных данных.

Программные продукты ArcGIS позволяют использовать ГИС-функциональность в настольных, серверных и встраиваемых пользовательских приложениях, через Интернет или на мобильных устройствах в полевых условиях.

Инструменты визуализации, управления данными и пространственного анализа ArcGIS использовалось для решения разнообразных задач:

Управление активами и данными:

• интеграция систем, территориальное и сервисное управление;

• управление филиалами и клиентской базой;

• планирование и анализ: прогноз и оценка рисков,сбор данных;

• мониторинг, инспектирование, логистика;

• ситуационные центры: поддержка принятия решений, открытый доступ к информации.

Рисунок 6 - Управление данными в ArcGIS

ArcGIS Network Analyst позволяет создавать и управлять сложными наборами сетевых данных и решать задачи с помощью маршрутизации процессов.

ArcGIS Network Analyst – мощное средство для расчета и построения маршрутов транспортных средств, предоставляющее полноценную среду для пространственного анализа на основе данных по транспортным сетям (в том числе: анализ местоположений, анализ времени в пути, моделирование пространственного взаимодействия). С его помощью пользователи ArcGIS Desktop могут моделировать сценарии решения транспортных задач на основе реальных сетей.

Применяя ArcGIS Network Analyst Вы можете:

• провести анализ времени нахождения на маршруте,

• создать маршрут проезда по заданным пунктам,

• создать описание маршрута,

• определять области обслуживания,

• рассчитать кратчайший путь,

• выбрать оптимальный маршрут,

• найти ближайший пункт обслуживания,

• создать матрицу отправных и конечных пунктов.

ArcGIS Network Analyst позволяет решать широкий спектр задач на основе анализа географических сетей. Он существенно упрощает решение таких задач, как выбор наиболее приемлемого маршрута, создание путевого листа, поиск ближайшего магазина, склада или пункта обслуживания, определение области обслуживания на основе времени в пути.

Network Analyst может быть использован при решении широкого спектра задач: от простого создания маршрута проезда по заданным точкам до создания сложной модели повременной доставки товаров с прохождением через миллионы объектов. Используя расширенные возможности Сетевой модели, пользователь может значительно увеличить функциональность данных.

2.5 ERDAS IMAGINE

ERDAS IMAGINE – растровый графический редактор и программный продукт, разработанный компанией ERDAS Inc., и предназначенный для обработки данных дистанционного зондирования. Последняя версия продукта, выпущенная компанией ERDAS Inc., - это ERDAS IMAGINE 2010.1. Продукт предназначен для работы с растровыми данными. Он позволяет обрабатывать, выводить на экран монитора и подготавливать для дальнейшей обработки в программных приложениях ГИС и САПР различные картографические изображения. ERDAS IMAGINE может также работать в режиме инструментального средства (Toolbox), позволяющего производить многочисленные преобразования растровых картографических изображений и одновременно способного снабжать их географической информацией.

Манипулируя значениями растровых данных и их географической позицией, можно обнаружить особенности местности, которые в нормальных условиях никогда не просматриваются, определять географические координаты этих объектов, которые при других условиях представляли ли бы из себя исключительно объекты графики. Уровень яркости или уровень отраженного света от поверхности Земли на конкретном изображении является ценной информацией при анализе состава минералов или растительности этой поверхности. Другим примером анализа изображений является извлечение линейных объектов, разработка пространственной модели обработки данных (spatial modeler), перевод данных из одного формата в другой (import/export), ортотрансформирование, составление мозаики из изображений, получение стерео изображений и автоматическое извлечение географических данных.

2.6 Easy Trace v 9.0 PRO

Easy Trace v 9.0, ориентирован на ускорение дешифрирования космоснимков при составлении адресных планов. Снимок привязывают к существующему растру или вектору. Следующий шаг - это собственно извлечение информации. Причём адресные планы, как и навигационные карты, делаются с известной долей условности. Ведь основные критерии при их создании - это время и полнота съёма данных. Точность положения объектов обычно отходит на второй план.

Все изменения масштаба, перемещения по снимку и построение объектов демонстрируются в реальном масштабе времени. При работе используется ряд нововведений, доступных в версии Easy Trace Pro 9.0.

Рисунок 7 - Дешифрирования населенного пункта Easy Trace Pro 9.0

Трассировщик ломаных. При извлечении информации из снимков, например, при оцифровке дорог, возникает дилемма. С одной стороны, дороги, как правило, имеют значительные прямолинейные участки, и их оцифровка предполагает ввод небольшого числа точек перегиба. Ориентировочные позиции таких точек хорошо просматриваются при "взгляде издали". С другой стороны, векторная линия должна проходить точно по центру дороги, для чего снимок нужно сильно "приблизить". Таким образом, точная оцифровка дорог превращается в изматывающую череду панорамирований экрана. Или появляется большое число бессмысленных промежуточных точек на прямых участках линий. Для решения этой проблемы в трассировщик ломаных есть режим автоматического приближения при простановке очередной вершины. Он аналогичен режиму приближения, встроенному в инструмент Точка. Приблизительно указываем позицию очередной точки, нажимаем и не отпускаем кнопку мыши. Масштаб отображения автоматически увеличивается. Затем перемещаем курсор инструмента в необходимую позицию и отпускаем кнопку мыши. Очередная вершина устанавливается, а изображение возвращается к исходному масштабу. Если надо установить серию вершин, например, на плавном повороте дороги, приближенное изображение можно "закрепить" нажатием комбинации клавиш Ctrl + Shift. Затем вершины ставятся как обычно, после чего "защёлка" отпускается теми же клавишами, и изображение вновь "отдаляется".

Сплайн-режим в ручном трассировщике кривых. Назначение режима трассировки - быстрое и точное формирование сложных кривых. Сплайн-режим удобен для отрисовки границ природных или сложных искусственных объектов по космоснимкам.

Интерфейс инструмента кардинально отличается от аналогичных инструментов, использующих сплайн-кривые, представленных в других программных пакетах. Прежде всего, его отличают простота и однозначность управления формой создаваемой кривой. Трассировщик создаёт не абстрактную гладкую линию, проходящую через заданные точки, а кривую, точно повторяющую форму цифруемого объекта. Причём управление формой выполняется простым перемещением курсора мыши.

Сплайн-режим - это под-режим инструмента полуавтоматической трассировки. Можно начать линию в "автомате", затем проложить протяжённый прямолинейный участок линии в ручном режиме и завершить линию сложной кривой, построенной сплайном. Конечный результат трассировки - это обычная полилиния.

Управление инструментом несколько отличается от привычной ручной трассировки, но ничего принципиально сложного в нем нет. Первый клик задает очередную точку, через которую должна пройти кривая (обычно это вершина перегиба), второй клик фиксирует участок линии. Изгибом на формируемом участке можно управлять простым перемещением курсора, а в сложных случаях - колесом мыши при нажатом модификаторе Ctrl.

Возможно и создание пользовательских инструментов, в которых трассировщик кривых будет сразу включаться в сплайн-режиме.

Векторные операции. Доработан ряд функций редактора и добавлено несколько новых возможностей.

Добавлено "ортогональное" перемещение смежных граней орто-объекта при захвате и перемещение связывающей их вершины. Например, при перемещении угла здания вместе с ним перемещаются и изменяются все связанные с этим углом стены. Для произвольного перемещения "ортогональной" вершины, при её захвате следует нажать и удерживать клавишу Shift.

Клик + драг внутри замкнутой полилинии или полигона автоматически захватывает этот объект и переключает редактор в режим перемещения. Для захвата объекта достаточно "протащить" мышь примерно на 5 экранных пикселов. Это исключает случайный захват объектов. По завершении перемещения (т. е. при отпускании клавиши мыши) редактор возвращается в режим редактирования вершин полилиний.

В дополнение к возможности сшивки двух линий двойным кликом рядом с разрывом, в редактор добавлена возможность быстрого замыкания произвольной линии при двойном клике рядом с разрывом. Упорядочен способ сшивки и замыкания по отношению к опции "сшивать по дуге". Теперь основной способ сшивки (по прямой или по дуге) задается в опциях проекта, а для алтернативного способа сшивки (по дуге\ по прямой) следует удерживать нажатой клавишу Shift. Это же правило действует для замыкания по горячей клавише.

Добавлена возможность настройки горячих клавиш для перехода в режимы перемещения рёбер полилинии, а так же перемещения и поворота выбранного редактором объекта.

Быстрая сшивка и замыкание линий двойным кликом. Переписан алгоритм поиска подходящих концов линий при сшивке по двойному клику. Исключены ранее встречавшиеся отказы в сшивке линий. Изменение касается всех векторных инструментов, поддерживающих быструю сшивку.

Редактор прогиба. Временный переход в режим стерки теперь возможен не только помещением курсора на линию, но и одновременным нажатием модификаторов Ctrl + Shift.

Трассировщик кривых. В полуавтоматический трассировщик криволинейных линий добавлен режим оптимизации пройденной трассы с помощью сплайнов. Этот тип фильтра значительно менее склонен к "подрезке" резких перегибов извилистых линий.

Инструмент поиска линий по результатам автотрассировки. Например, на "чёрном" растре, выделенном из цветной топокарты, линии дорог безжалостно "порублены" на кусочки линиями сетки. На таком материале инструмент прослеживает линию по её векторным фрагментам, выбирая их из общей массы векторных данных. Таким образом, можно быстро разделить объекты на сильно зашумлённом материале с большим числом пересекающихся линий (планы-пятисотки, лесоустроительные планшеты, элементы рельефа, сети дорог и коммуникаций).

Трассировщик 3D полилиний. Доработано поведение при переходе и возврату из редактора. Теперь оно аналогично поведению остальных трассировщиков. Трассировщик автоматически "подхватывает" недостроенную полилинию при возврате из редактора.

Опция "тип сшивки". Хорошо зарекомендовавшая себя сшивка по кривой используется гораздо чаще, чем простой отрезок соединяющий две линии. Поэтому, такой тип сшивки становится основным по умолчанию. Однако, для тех кто успел привыкнуть к прежнему способу выбора варианта сшивки, существует возможность "оставить всё как есть".

В раздел «Редактирование окна» «Свойства проекта» добавлена опция "Сшивать по кривой по умолчанию". Если она включена (это значение по умолчанию), то сшивка и замыкание будут происходить по кривой, с нажатым Shift - по прямой. Если выключена - наоборот. Опция действует на все способы сшивки и замыкания линий (режим сшивки редактора примитивов, "двойной клик", сшивка в трассировщиках).

Растровые операции. Возвращена иконка привязки растра к проекту. Находясь в "растровом" окне, достаточно нажать на иконку, чтобы перейти к привязке соответствующего растра к открытому проекту. Если открыто несколько проектов, будет выдан запрос, к какому именно проекту следует привязать данный растр.

Обрезка растров. Контур полигональной обрезки растра снабжён курсорами, аналогичными курсорам векторных Групповых ножниц. Упрощено управление заданием и коррекцией формы контура обрезки растра.

Утилита Распознавание сетки. Окно утилиты снабжено "подвалом", детально поясняющим назначение опций утилиты. Переписаны строки подсказки. Теперь они прямо задают всю последовательность необходимых действий оператора.

Управление типами линий. Изменён поиск типов линий при добавлении, изменении, экспорте и импорте. Реализована защита от появления одноимённых, но разных, типов линий в проекте.

При удалении типа линии, используемого в проекте, не появлялось предупреждающего сообщения.

Загрузка TIFF –файлов. Исправлена ошибка загрузки TIFF-фалов, хранящихся тайлами. В конце каждой строки загруженного растра могла оставаться "грязь".

Трассировщик точечных линий. Исправлена ошибка, из-за которой трассировщик мог не "видеть" одиночные точки, но "цеплялся" к точкам в тонких растровых линиях.