Тикунов В. С. Геоинформатика. Интеграция цифровых карт для создания единой картографической основы. Перевод исходной карты в систему координат базовой карты.

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word Скачать книгу

Интеграция цифровых карт (разнородных цифровых картографических материалов) для создания единой картографической основы. Единая цифровая картографическая основа (ЕКО) — это комплексная система цифровых картографических материалов, согласованных по территориальному охвату, содержанию, формату, масштабам, системам условных знаков, классификаторам.
Для ведения комплексных работ с территориально-привязанными материалами и устойчивого функционирования геоинформационных систем, использующих эту информацию, необходимо иметь правильно организованную систему создания, поддержки и перспективного развития цифровой картографической основы. Цифровая картографическая основа должна представлять собой базу взаимосогласованной цифровой информации, которая включает информационные ресурсы, а также технологии их создания, ведения и предоставления потребителям. Таким образом, в процессе формирования цифровой картографической основы, составляющие ее картографические материалы, должны рассматриваться не только с точки зрения пригодности их к задачам текущего момента и соответствия «общетеоретическим» критериям, но и с точки зрения последующей интеграции в систему — ЕКО.
Для сведения разнородных цифровых картографических материалов в единую систему необходимо, прежде всего, установление систем координат, соответствующих используемым данным, и определение преобразований для связи между ними. Система координат карты связана с ее математической основой. Математическую основу традиционной географической карты (см. например [Г.А.Гинзбург, Т.Д.Салманова, 1964]) составляют: ее астрономо-геодезическая основа, картографическая проекция, масштаб, координатные сетки, а также элементы компоновки. Выбор конкретных значений указанных математических элементов задает теоретическую систему координат, позволяющую определять (находить) положение объектов на карте. Цифровая карта может быть одновременно представлена в двух системах координат: внутренней (система координат хранения) и внешней (система координат изображения). В этом случае меняется связь масштаба исходной карты с характеристиками изображения, в частности появляется понятие текущего масштаба. Исходный масштаб по-прежнему влияет на полноту и подробность изображения, на точность карты и степень ее генерализации, что, в конечном счете, определяет возможность локализации объектов. В качестве внутренней системы координат цифровой карты может использоваться система географических координат, наиболее удобная для обмена данными между различными программными продуктами. Цифровая карта также может быть представлена в локальной системе координат, используемой при переводе исходной карты в цифровую форму (система координат цифрования).
Соотношение системы координат цифрования и теоретической системы координат карты аналогично соотношению исходной системы координат снимка и системы координат его теоретической модели. Как и в случае со снимком [Л. М. Бугаевский, В. А. Малинников, В.П.Савиных, 1998], преобразование в теоретическую систему координат с помощью аппроксимирующих зависимостей наиболее точно в случае, когда системы находятся в близком геометрическом соответствии.
Соотношение внутренней и внешней систем координат особенно важно учитывать при векторизации растра. Ошибка при регистрации системы координат растра (в частности, картографической проекции) может привести к неправильному заданию внутренней системы координат создаваемой векторной карты и потере значимости данных.
Основой для интеграции данных должна служить базовая карта или система карт [А. И. Мартыненко, Ю.Л. Бугаевский, С. Н.Шибалов, 1995]. Понятие базовой карты пришло в геоинформатику из традиционной картографии, так как существовали базовые карты для составления карт более мелкого масштаба, созданные на основе интеграции данных с карт более крупных масштабов. В общем случае теоретическая система координат исходной карты отличается от системы координат базовой карты. Кроме того, после перевода в цифровую форму исходная карта может быть в локальной системе координат (система координат цифрования), отличающейся от ее теоретической системы координат в заданной проекции. Возможен сдвиг и поворот изображения, неравномерное изменение масштаба в точках изображения, при сканировании представление координат в пикселях, а не в линейных единицах измерения. Как правило, отклонение системы координат цифрования от теоретической системы координат карты сводится в основном к растяжению (сжатию), различному по разным направлениям, но равномерному по каждому из них. Это связано с неодинаковой деформацией бумаги по горизонтали и по вертикали. В некоторых случаях дополнительные искажения, имеющие более сложный характер, выходят за рамки требуемой точности. В частности, изменение масштаба может быть неравномерно даже по одному направлению.

Перевод исходной карты в систему координат базовой карты порождает три задачи:
1) определение теоретической системы координат (в частности, проекции или ее параметров, а иногда и используемой геодезической системы координат) исходной карты;
2) определение необходимого преобразования и перевод карты в ее теоретическую систему координат;
3) преобразование исходной карты в систему координат базовой карты.

Первая задача — определение теоретической системы координат (в частности, проекции или ее параметров) исходной карты.
Теоретическая система координат карты — система координат, в которой составлена карта (проекция с заданными параметрами, масштаб, начало координат и т.д.). Заметим, что определение проекции — процесс в некотором смысле творческий, не формализуемый, и требует знания свойств отдельных проекций. Подробное описание картографических проекций, используемых в нашей стране и за рубежом, можно найти, например, в книге [Л. М. Бугаевский, 1998]. Отечественные мелкомасштабные карты (масштаб мельче 1:1 000 000) составлены в основном в проекциях, представленных в специальном атласе [Г.А.Гинзбург, Т.Д. Салманова, 1957] и в дополнении к нему. Особенностью атласа является то, что карты в нем сгруппированы не по видам проекций, а по территориям. Кроме того, параметры представленных в нем примеров использования проекций соответствуют параметрам конкретных отечественных карт, составленных в этих проекциях. Для зарубежных карт, по крайней мере для американских, основным является альбом проекций [J.P.Snyder, P.M.Voxland, 1989]. Американские программные продукты также в основном поддерживают картографические проекции из альбома.
Для карт масштаба крупнее 1:1 000 000 имеют значение параметры используемой геодезической системы координат. В работе [Л. М. Бугаевский, В. Я. Цветков, 2000] кратко описано, что такое геодезическая система координат и высот. Заметим, что для ГИС характерно одновременное использование различных систем геодезических координат. В этом случае часто задаются не сами системы геодезических координат, а параметры пересчета этих систем в выбранную геоцентрическую систему координат. Многие программные продукты позволяют выбирать геодезическую систему координат по названию из предлагаемого списка. Принятые в нашей стране геодезические системы координат и их положение относительно геоцентрической системы координат, связанной с центром масс и осью вращения Земли, описаны в справочниках [В. Ф. Галазин, Б. Л. Каплан и др., 1998, Н. Л. Макаренко, Г.В.Демьянов и др., 2000].
Отечественные топографические карты (масштаб 1:1 000 000 и крупнее) в основном составлены в проекции Гаусса-Крюгера, определенной в пределах специальных зон. Если территория расположена в двух и более зонах, то с точки зрения создания единой картографической основы на эту территорию листы карты, относящиеся к разным зонам, приходится трактовать как составленные в разных проекциях. Такие листы непосредственно соединить нельзя, поэтому приходится сводить данные в одну систему либо с помощью географических координат, либо с помощью преобразований плоскости, если территория в основном расположена в одной зоне, и лишь небольшая часть ее попадает в другую зону.
При определении теоретической системы координат для топографических карт, составленных в проекции Гаусса-Крюгера, рекомендуется использовать для каждой зоны единую систему координат для карт разных масштабов (единицы измерения — метры или километры).

Некоторые листы топографической карты масштаба 1:1 000 000 составлены в видоизмененной простой поликонической проекции. Параметры этой проекции определяются для каждого листа отдельно. Стандартными параметрами проекции являются:
- широта северной крайней параллели листа (трапеции);
- широта южной крайней параллели листа (трапеции);
- долгота среднего меридиана листа (трапеции).

Видоизмененная простая поликоническая проекция не поддерживается многими программными продуктами. В этом случае возможно использование аффинного преобразования для перехода от этой проекции к проекции Гаусса-Крюгера (или UTM), так как эти проекции находятся в близком геометрическом соответствии.

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word Скачать книгу