Городские организации, использующие картографическую информацию, все чаще задумываются о необходимости создания и внедрения современных геоинформационных систем: потребности муниципальных служб в оперативном получении необходимой информации постоянно растут. И потому, услышав заманчивые слова «быстрый поиск объекта, получение отчета…», многие решают: «А почему бы и нам этого не сделать?» Преимущества очевидны и неоспоримы — быстрый поиск улицы или дома, выяснение последствий поломки водопровода и планирование мероприятий по ее устранению, трехмерное построение ландшафта…

К сожалению, вскоре выясняется, что воплощение заветной геоинформационной системы — дело долгое и требующее солидных затрат. В результате, взвесив свои возможности, организации откладывают переход на новые технологии до лучших времен.

Есть ли подходящее решение, компромисс между желаемым и возможным? По нашему мнению, реальнее всего разработать для себя такой технологический процесс, при котором возможен постепенный, поэтапный переход на полнофункциональную ГИС.

Рассмотрим примерные шаги построения системы, которую можно назвать геоинформационной:

  1. Получение исходного материала.
  2. Выбор программного продукта для создания ГИС.
  3. Сканирование и организация архива растровых планшетов. (В случае применения дигитайзера этап исключаются.)
  4. Редактирование растрового материала (калибровка, обрезка, фильтрация и др.). (пользователи дигитайзера этот этап тоже пропускают.)
  5. Оцифровка исходного материала с соблюдением разделения на тематические слои.
  6. Проверка векторных данных с помощью топологических функций (ни один человек не застрахован от ошибок).
  7. Окончательное построение топологии для каждого тематического слоя.
  8. Классификация объектов внутри каждого тематического слоя, присвоение объекту уникального идентификатора и его связь с семантической информацией.
  9. Создание инструментов для работы с векторными и семантическими данными.

Такая последовательность не является обязательной: мы привели примерную схему действий, необходимых для создания электронных карт с нуля, при полном отсутствии какой-либо векторной и/или семантической информации.

Вся работа по созданию муниципальной ГИС начинается с оцифровки имеющейся картографической информации, то есть бумажных планшетов, количество которых может колебаться от нескольких сотен до десятков тысяч — в зависимости от масштаба изображения и размеров территории, которую они покрывают.

Также следует отметить, что многим городским организациям в повседневной деятельности нужна не столько геоинформационная система, основанная на совместном использовании векторных и семантических данных, сколько обычные «выкопировки» с планшетов, по которым они работают. Таким образом одновременно появляется более чем важная задача ведения архива растровых планшетов и постоянного его обновления. Заметим, что этапы решения этой задачи совпадают с первыми этапами построения геоинформационной системы. И, если следовать приведенной схеме, ведение архива отсканированных планшетов возможно уже на четвертом этапе создания ГИС.

На следующих этапах растровая подложка может служить информационным фоном, на котором постепенно оцифровываются не все, а только необходимые объекты, что обеспечивает получение результатов уже в процессе работы, не дожидаясь полного ее завершения.

Данная технология значительно снижает стоимость работ, дает возможность оптимально использовать ранее накопленные материалы и постепенно переходить к новой системе.

Ведение растрового архива является общей частью обеих рассматриваемых задач и, следовательно, требует к себе особого внимания. Далее речь пойдет в основном о технологии и разработанных инструментах для ведения растрового архива и редактирования растровых планшетов, коснемся мы также остальных шагов, описанных выше для того, чтобы у читателя сложилось общее впечатление о всей схеме создания ГИС. Рассмотрим вкратце каждый этап ее построения.

Получение исходного материала обычно происходит не в условиях выбора, а по принципу «что есть, то и берите». Хорошо, если этот материал уже грамотно отсканирован, но чаще он представляет собою кальки, бумагу на твердой основе — причем не самого хорошего качества. На этом этапе необходимо выбрать сканер, который будет соответствовать формату, качеству, толщине исходного материала.

При выборе программного обеспечения следует учесть соотношение «цена — потребности заказчика — возможности продукта — способность исполнителя-поставщика к проведению обучения, технической и информационной поддержке». Также необходимо учитывать то, в каких системах работают остальные службы города, уже использующие электронные карты, существует ли возможность импорта-экспорта данных между системами.

Этап сканирования практически никогда не вызывает затруднений, кроме первоначальной настройки сканера на определенный тип носителя (яркость, контраст, границы неразличимости и др.). С организацией хранения растровых файлов дело обстоит несколько сложнее — необходимо учитывать различие категорий планшетов: масштаб, тип отображаемой информации (водопровод, электросеть, линии высот и др., так как не всегда все нанесено на одном планшете).

Следующие этапы создания геоинформационной системы рассмотрим на основе выполняемой сейчас работы по созданию муниципальной ГИС. В качестве исходного материала используются планшеты города масштабов М1:500 и М1:5000. Основная задача при выполнении данной работы состоит в том, чтобы одновременно иметь в обороте постоянно обновляемые векторные и растровые данные.

В качестве программного обеспечения были выбраны продукты AutoCAD Map и RasterDesk. Выбор обусловлен:

  • возможностью одновременной работы (RasterDesk является приложением для растрового, гибридного редактирования и векторизации в среде AutoCAD);
  • возможностью создания и редактирования как векторной, так и растровой графики;
  • поддержкой наиболее распространенных форматов (dwg, shp, mif, dgn, tif, rle);
  • наличием связи с базами данных;
  • выполнением основных топологических операций;
  • возможностью подгрузки данных из разных файлов с помощью запросов;
  • возможностью создания собственных приложений.
Рис.1 Для выбранных масштабов сетка генерируется автоматически
Рис.1 Для выбранных масштабов сетка генерируется автоматически

В процессе работы необходимо было решить следующие задачи:

  • одновременная подгрузка большого количества растровых планшетов по сетке;
  • генерация зарамочного оформления планшета при выводе его на печать (т.к. после сканирования и калибровки зарамочное оформление обрезается);
  • актуализация (редактирование) растровых планшетов по новым данным геодезической съемки;
  • создание инструментов, облегчающих оцифровку (ручную векторизацию) данных.

Для решения были разработаны методика работы с большим количеством планшетов, система их хранения, создан ряд инструментов, дополняющих возможности используемых программных продуктов.

Поскольку исходный материал, напомним, как правило бывает не слишком хорошего качества, после сканирования необходимо улучшить качество растрового изображения. На этом этапе с успехом применяются возможности, предоставляемые программами RasterDesk и/или SpotLight (эти программы работают от одного ключа аппаратной защиты):

  • фильтрация растрового изображения с использованием фильтра удаления мусора;
  • устранение линейных и нелинейных искажений при помощи калибровки;
  • обрезка растра строго по границе планшета с удалением зарамочного оформления.

Фильтрация и калибровка проводятся в нерабочее время в пакетном режиме, что позволяет существенно повысить производительность оператора.

Далее вся работа ведется в совместной среде AutoCAD Map и RasterDesk.

Рис.2 Задание исходных параметров сетки: ее ширина, высота и номер нулевого планшета
Рис.2 Задание исходных параметров сетки: ее ширина, высота и номер нулевого планшета
Рис.3 Перед подгрузкой растровых файлов необходимо указать рабочий масштаб
Рис.3 Перед подгрузкой растровых файлов необходимо указать рабочий масштаб

Работа над новым проектом начинается с выполнения одноразовой операции по созданию планшетной сетки. Для выбранных масштабов сетка генерируется автоматически (см. рис.1) после задания исходных параметров сетки М1:5000: ширина и высота сетки, номер нулевого планшета (см. рис.2). Далее возможно удаление тех фрагментов сетки, для которых отсутствуют растровые планшеты. В результате готовится основной файл проекта, в котором будет проводиться работа как с растровой, так и с векторной информацией.

Подгрузка необходимых растровых файлов осуществляется путем выбора рамкой интересующих планшетов на планшетной сетке (перед этим необходимо указать рабочий масштаб, т.к. в проекте имеются сетки для всех масштабов, рис.3). Растровые планшеты хранятся в отдельных каталогах, которые настраиваются для планшетов различных категорий (в нашем случае — различных масштабов) (рис.2), имена файлов планшетов соответствуют их номерам.

Зарамочное оформление выполняется по заранее созданному шаблону, находящемуся в пространстве листа AutoCAD Map (рис.4). Координаты и сетка смежных планшетов вычисляются автоматически.

Рис.4 Зарамочное оформление выполняется по заранее созданному шаблону, находящемуся в пространстве листа AutoCAD Map
Рис.4 Зарамочное оформление выполняется по заранее созданному шаблону, находящемуся в пространстве листа AutoCAD Map

Редактирование и векторизация планшетов производятся как стандартными средствами AutoCAD/RasterDesk, так и специально разработанными инструментами, набор которых постоянно пополняется. Эти инструменты решают следующие задачи:

  • активизация растра указанием мыши в любой точке планшета;
  • собственный механизм ручной векторизации ортогональных объектов (домов);
  • растеризация определенных типов векторных объектов на планшете;
  • создание векторных объектов на основе данных геодезической съемки, полученных из внешних файлов различных форматов (txt, dbf, xls);
  • печать выбранного фрагмента как с одного, так и с нескольких планшетов;
  • механизм создания аппликаций для обновления растровой информации (После изменения на бумаге какого-либо участка города этот участок сканируется, калибруется, обрезается строго по заранее нанесенным контрольным точкам — «тикам» и далее вставляется в указанное место с одновременным удалением предшествующего, уже неактуального, фрагмента.) и многое другое.

Этап оцифровки при таком подходе (одновременная актуализация растровых и векторных данных) становится неотъемлемой частью этапа редактирования растровых планшетов и наоборот. При создании вектора было выделено несколько тематических слоев (гидрография, объекты топоосновы, центральные линии улиц и дорог, объекты застройки и др.) для каждого типа векторных объектов (полигон, линия, точка).

Отметим преимущества векторизации в AutoCAD/RasterDesk: оцифровка ведется не по отдельным планшетам, а с подгрузкой смежных планшетов, что позволяет сразу же корректировать линии сшивки.

Рис.5
Рис.5

На этапе проверки и построения топологии обычно выявляется множество таких ошибок, как перетянутые или недотянутые линии, пересечения дуг с появлением очень маленьких полигонов и другие. Были созданы специальные инструменты для обнаружения этих ошибок и их исправления в пошаговом режиме. После исправления создается топология для каждого тематического слоя.

Этап классификации векторных объектов и их связывание с семантической информацией в данный момент находится на этапе разработки, но несколько слов об используемой технологии сказать следует. Разработана структура хранения семантической информации на SQL-сервере и собственное приложение для работы с ним. При этом у векторного объекта в среде AutoCAD Map есть свой уникальный идентификатор, по которому он связан с SQL-сервером, и классификационный код, по которому осуществляется создание тематических карт.

Что касается инструментов для работы, то они постоянно пополняются новыми и видоизменяются в соответствии с пожеланиями операторов, занятых оцифровкой и редактированием планшетов.

В заключение хочется отметить, что, поскольку исходным материалом всех вышеперечисленных операций являются растровые планшеты и коль скоро оцифровка, ввод семантической информации чаще всего выполняются попланшетно, имеет смысл организовать «попланшетную» же технологию работы. Тем более что создавая единый проект, в котором целиком присутствует вся векторная и семантическая информация, мы обрекаем себя на постоянное наращивание вычислительных мощностей. Так, к примеру, при оцифровке Ярославля количество только полигональных объектов топоосновы (кварталы, дороги, зеленые насаждения и гидрография) превышает 80 000. При создании общей топологии и ее подгрузке необходимый объем оперативной памяти достигает 220Мб, при подгрузке объектов из слоя домов (а их 60 000) потребность в памяти возрастает до 320Мб, а ведь еще необходима подгрузка коммуникаций, различных точечных объектов и т.д. После таких исследований есть смысл отказаться от ведения общего вектора по всему городу и перейти к попланшетному использованию, хранению, подгрузке и редактированию векторов, тем более что весь необходимый для этого инструментарий в AutoCAD Map присутствует, остается только сделать его более удобным для оператора. Работа в этом направлении идет и уже принесла результаты.