Одна из важнейших задач любой геоинформационной системы (ГИС), в какой бы отрасли она ни применялась, — обеспечение возможности использовать картографический материал, хранящийся в базе данных. Топографические, геодезические, кадастровые карты, планы застройки местности, схемы прокладки инженерных коммуникаций — вот только начало длинного списка источников данных, которые нужны ежедневно, в электронном виде и в актуальном состоянии. Необходимость использовать архивные материалы, объединять их с данными, полученными из других источников, требует от любых организаций, которые так или иначе связаны с формированием и поддержкой ГИС, наличия программ для работы со сканированными изображениями.

Тема этой статьи — возможности Spotlight 7.0 при работе со сканированным картографическим материалом.

Этот умный WiseScan LE

Чтобы работать с готовыми геоматериалами, сохраненными в любом растровом формате, просто откройте их в Spotlight. Не требуется выходить из программы и если возникнет необходимость в сканировании: специальный модуль WiseScan LE обеспечит всё необходимое для быстрого и удобного перевода вашей информации в электронный вид.

Модуль сканирования WiseScan LE способен управлять на аппаратном уровне цветными и монохромными широкоформатными сканерами Contex и остальными, используя TWAIN-драйвер. Это значит, что как только вы вызываете команду Сканировать, открывается диалог, в котором собраны все средства настройки параметров и управления сканированием, доступные вашей модели сканера. В окне предварительного просмотра отображаются результаты настроек и при необходимости задаются области фрагментарного сканирования. Если используемому сканеру недостаточно собственных средств корректировки качества растрового изображения, в этом же диалоговом окне можно подключить сценарии обработки, созданные в Spotlight, настроить параметры сохранения в нужном растровом формате (в том числе и многостраничном TIFF), а также задать схемы автоименования файлов, актуальные для пакетного сканирования. Комбинацию параметров и режимов, заданных в закладках WiseScan, можно сохранить и использовать при следующих сеансах работы — для этого предусмотрена опция Набор настроек.

Модуль сканирования WiseScan LE Модуль сканирования WiseScan LE

Координатная система

При использовании сканированного картографического материала (особенно если речь идет о фрагменте, который предстоит добавить к уже существующему проекту) очень важны система координат, масштаб и правильное позиционирование изображения. Присутствующая на карте в виде координатной сетки прямоугольная система координат зачастую является источником необходимой информации для многих задач, которые способен решать Spotlight.

Как правило, масштаб и система координат проекта известны — остается только ввести необходимые значения в диалоге Координатная система, выбрав опцию Пользовательская система координат.

Все средства адаптации карты к существующему проекту сосредоточены в одном диалоге:

  • выбор единиц измерения и установка необходимой точности;
  • установка начала координат (если начало системы координат требуется задать в определенной точке изображения, укажите точку на экране, а затем, используя поле В точке, введите координаты);
Установка пользовательской системы координат Установка пользовательской системы координат
  • выбор известного масштаба из списка или приведение масштаба в соответствие с масштабом изображения. Во втором случае выполняются измерения на экране, а правильное значение вводится в поле Назначить;
  • быстрая привязка изображения к существующей координатной системе. Во вкладке Дополнительно диалога Координатная система простым указанием на экране задаются контрольные точки источника (с растрового изображения, загруженного в программу); в колонке Назначение вводятся их известные координаты.
Позиционирование изображения по известным координатам Позиционирование изображения по известным координатам

Объединение разномасштабных фрагментов изображения

Выравнивание разномасштабных фрагментов Выравнивание разномасштабных фрагментов

Точно присоединить фрагмент (даже имеющий другой масштаб) к уже существующим данным удобно с помощью команды Выровнять. Указав точки фрагмента и точки, в которые они должны быть помещены на основном изображении, мы не только совместим эти данные, но и приведем в соответствие масштабы.

Калибровка

В программе реализовано несколько команд, позволяющих устранить искажения, часто возникающие при сканировании. При линейных либо незначительных нелинейных искажениях можно пользоваться такими операциями, как Устранить перекос или, если изображение имеет четкую растровую рамку, Корректировать по 4 точкам. Но природа искажений весьма различна — нередко случается и такое, что после сканирования прямоугольник предстает на растре как трапеция или параллелограмм, а окружность превращается в эллипс. В таких ситуациях не обойтись без калибровки. Принцип ее прост, а вот воплощение требует усердия — правда, и результат того стоит.

Для правильной калибровки нужны точки с конкретными координатами на сканированной карте, а еще лучше координатная сетка с известным размером ячеек. Дальше все несложно: в диалоге Калибровать задается координатная сетка с параметрами сетки, существующей на растровом изображении. Начальную точку сетки следует задать в нижнем левом углу, установить известные размеры ячеек и указать их количество по осям X и Y. Когда все это сделано, остается перетащить мышью измеренные точки сетки сканированной карты в правильные реальные узлы созданной сетки.

Калибровочная сетка Калибровочная сетка

Этот же принцип используется при калибровке по известным значениям точек: на карте последовательно указываются измеренные точки и задаются их реальные координаты. Далее следует выбрать метод калибровки (выбор зависит от вида искажения), оценить погрешность этого метода и запустить операцию.

Возможность сохранить калибровочную сетку с заданными параметрами позволяет применять настройки калибровки для однотипных изображений, загружая эти настройки при следующих сеансах работы или экспортируя их в другие приложения как текстовый файл.

Сохранение информации о положении растрового изображения

Итак, наша сканированная карта (схема, план) приведена в тот вид, когда ее исходные данные уже можно использовать. Вопрос лишь в том, как сохранить информацию о ее пространственном положении в существующем проекте. Это зависит от того, с файлами какого типа умеет работать ваша система.

Spotlight позволяет сохранить информацию, касающуюся координат, масштаба и угла поворота изображения, в растровом TIFF-формате с геоданными. Причем если для сохранения изображений-страниц в одном файле вы примените команду Сохранить многостраничный TIFF-файл с геоданными, это будет гарантией того, что при открытии такого файла каждая страница-изображение будет вставлена в том масштабе и позиционирована так, как было определено в документе.

Другой способ сохранить информацию о размещении изображения в документе — включить Использование World File в разделе ГИС диалога Параметры. В отдельном файле будут сохранены данные о координате нижнего левого угла растрового изображения, угле поворота и масштабе. Расширение файла формируется в зависимости от растрового формата (TIF — TWF, BMP — BWP и т. д.), а просмотреть содержащиеся в нем данные можно в любом текстовом редакторе. При включенной опции World File программа будет считывать данные этого файла для правильной вставки изображения в документ, а если по ходу работы изменятся положение, угол или масштаб, то в момент сохранения World File перезапишется с новыми данными.

Прежде чем получить вектор

Те, кто уже знаком с преобразованием растровых данных в векторные, на практике убедились, что качество векторов напрямую зависит от качества растра. Начинающим советуем: чтобы получить ожидаемые результаты при векторизации, используйте для улучшения качества растра возможности Spotlight, а их немало:

  • различные фильтры для цветных и монохромных изображений;
  • средства изменения яркости, контраста и насыщенности цветов;
  • инструменты преобразования полноцветных изображений в заданные индексированные цвета.

Полный список всех возможностей занял бы не одну страницу — и какие из них применять в каждом конкретном случае, зависит от характера исходных геоданных, используемых в вашей ГИС.

Методы выделения информации

Хранение информации в ГИС обычно осуществляется с учетом тематических данных, а сама информация распределяется по определенным слоям. Перед векторизацией будет совсем не лишним выделить определенную информацию на отдельный монохромный слой или изображение.

Чтобы извлечь из цветной топографической карты информацию, представленную определенным цветом — такую как линии рельефа (горизонтали) или гидрография, — можно использовать операции Бинаризация и Разделение по цвету. Эти команды позволят размещать на одном монохромном (черно-белом) слое объекты, соответствующие одному или нескольким цветам на исходном изображении, добавлять к основному выделяемому цвету все его оттенки.

Выделение тематической информации цветной карты на монохромные слои Выделение тематической информации цветной карты на монохромные слои

Для перевода всей информации в монохромный вид удобна адаптивная бинаризация, которая работает теперь и с цветными изображениями. Программа анализирует границы цветовых переходов и на основе полученной информации выделяет линейные объекты на изображении.

Если полученные линии оказались неоднородными по толщине и имеют разрывы в местах пересечения, вам помогут фильтры, предназначенные для улучшения качества полученных растровых объектов (такие как Удалить мусор, Залить дырки, Сгладить), а применение команды Залить разрывы линий сделает растровые линии непрерывными (разумеется, предварительно понадобится настроить величину устраняемых разрывов).

Удаление разрывов в линиях Удаление разрывов в линиях

При обработке планов и схем, отсканированных в монохромном режиме, используйте команду РастрВыделить, которая позволит вам перенести на заданные слои линейные или заштрихованные объекты, а также текст и сохранить эту информацию как самостоятельное растровое изображение. Еще один инструмент для выбора объектов определенного типа — панель, которая так и называется: Выбор объектов. С ее помощью выбираются растровые тексты, штриховки, «мусор» как на всем изображении, так и на отдельной указанной области. Параметры, влияющие на правильность выбора растровых объектов (максимальная толщина и минимальная длина растровых линий, игнорируемые разрывы в линиях и т. д.), вы быстро установите в панели Свойства растра, измерив необходимые величины на экране или загрузив их из заранее подготовленного шаблона настроек распознавания.

Выбор растровых объектов Выбор растровых объектов

Получение векторных данных

Выбор способа преобразования растра в векторы также зависит от исходных картографических данных. Если требуется получить полилинии, соответствующие изолиниям рельефа, удобно применять полуавтоматическую векторизацию (трассировку), предусматривающую управление созданием полилиний. В контекстном меню или с помощью «горячих» клавиш можно выбрать нужное действие: дорисовать сегмент полилинии в месте ее пересечения с другими объектами, отменить неверно распознанный программой сегмент, изменить направление трассировки и т. д.

Производить трассировку можно как на монохромном, так и на цветном изображении Производить трассировку можно как на монохромном, так и на цветном изображении

Для векторизации замкнутых растровых областей (изображения зданий, планы земельных участков и т. д.) лучше применять метод Трассировка контуров. Управляя настройками Автопродление векторов и Экспортировать единый контур в диалоге Параметры конверсииТрассировка, можно получить различные варианты контуров (см. табл. 1).

Таблица 1

Заштрихованный контур по границе двух цветов.
По центру растровой линии, учитывая ее толщину.
Внешний и внутренний контур, учитывая растровые данные внутри области.
Игнорировать внутренние данные при трассировке контура.
Сохранять или стирать растровые данные внутри контура.
Трассировка контуров Трассировка контуров
Панель Быстрый запуск команд конверсии Панель Быстрый запуск команд конверсии

Для трассировки контура достаточно указать точку внутри замкнутой растровой области — программа создаст замкнутую полилинию, воспроизводящую контур объекта.

Сохранив в файлах шаблонов настройки для каждого метода трассировки или автоматической векторизации, вы сможете сразу же устанавливать параметры и режимы этих методов при следующих сеансах работы. Единственное, что для этого понадобится — выбрать метод из списка панели Быстрый запуск команд конверсии.

На несложных планах можно производить автоматическую векторизацию контурами, при которой замкнутые растровые линии, ограничивающие области изображения, преобразуются в контуры из замкнутых полилиний. Если у областей имеются общие границы, каждый контур будет представлен собственным сегментом полилинии.

Автоматическая векторизация контурами Автоматическая векторизация контурами

Отредактировать полученные данные в автоматическом режиме позволит операция автоматической коррекции полилиний. При автоматической коррекции возможно слияние, удаление или объединение полилиний, удаление мелких сегментов, совмещение общих границ, однако окончательное решение остается за пользователем: набор необходимых операций он задает в диалоге Настройка коррекции полилиний.

В состав инструментов Spotlight 7.0 включена и Цветная векторизация, специально предназначенная для автоматической оцифровки цветных карт. При выполнении этой операции предварительно понадобится настроить параметры бинаризации и установить размеры растровых объектов.

Подготовка к выполнению цветной векторизации Подготовка к выполнению цветной векторизации

Уточняя параметры и отслеживая результаты в окне предварительного просмотра, следует добиться правильного распознавания объектов — при этом можно управлять отображением как растровых, так и векторных данных.

Проверка правильности распознавания объектов Проверка правильности распознавания объектов

Выполняя операцию, программа автоматически определяет таблицу цветов исходного изображения и присваивает получаемым векторным объектам ближайший цвет — это позволяет распределить объекты разного цвета по разным слоям или исключить из распознавания линии определенного цвета. Можно назначить новый цвет и сразу установить ширину векторов.

Назначение векторам цвета, слоя и ширины при цветной векторизации Назначение векторам цвета, слоя и ширины при цветной векторизации

Полилинии, получаемые в результате автоматической векторизации, разбиты в местах пересечений. Для их корректировки предназначена команда Собрать в полилинию. При выполнении команды отображается, какой именно фрагмент будет добавлен к редактируемой полилинии, и результат их сборки. Управлять работой команды можно из контекстного меню и с помощью «горячих» клавиш. Специальные режимы использования клавиш CTRL и SHIFT позволяют исключить ненужный фрагмент, указать точку включения новой полилинии в редактируемую или замкнуть полилинию, нарисовать сегмент вручную, добавлять вершины в уже сформированную полилинию.

Объединение разбитых полилиний Объединение разбитых полилиний

Для контроля результатов в процессе сборки полилиний удобно использовать растр. Чтобы назначить уровни полилиниям, полученным при векторизации изолиний рельефа, воспользуйтесь командой Упорядочить уровни: программа автоматически рассчитает с заданным шагом уровень для каждой полилинии от начального значения (указанной высотной отметки). При выполнении команды анализируются полилинии с уже заданным уровнем и следующие значения присваиваются с учетом существующих. Для визуального контроля предусмотрены подсветка обрабатываемых полилиний заданным цветом и отображение числового значения уровней.

Назначение уровней Назначение уровней
Просмотр трехмерной графики Просмотр трехмерной графики

В окне команды 3D вид чертеж отобразится в проекции 3D, где координата Z представляет собой значение уровня. Предусмотрена возможность выбора позиции просмотра, зуммирования, направления изометрического вида, перспективы и вида отображения рельефа (изолинии, триангуляция, поверхность).

Создание комбинированных типов линий

Для условных обозначений границ, магистралей, железных дорог или трубопроводов можно создать в диалоге Стили линийКомбинировать специальный тип линии.

Создавая линию, вы можете комбинировать любые существующие стандартные или ранее созданные типы линий, задавать им смещение относительно центральной оси, цвет, толщину, накладывать друг на друга. Например, результатом наложения штрихпунктирной линии на сплошную с заданным цветом станет штрихпунктирная линия на определенном фоне.

Создание специального типа линии Создание специального типа линии

Связь с внешней базой данных при помощи открытой архитектуры

Для связи с вашей ГИС, архивом или базой данных в программе предусмотрена возможность доступа ко всем созданным объектам посредством встроенного Automation. Функциональность программы можно существенно расширить и настроить на свою предметную область, используя собственные команды, реализованные на VBScript и JScript. Воспользуйтесь для этого встроенным в Spotlight редактором ввода и дизайнером форм.

Мастер Active-X Мастер Active-X

Опыт использования Spotlight в процессе создания пилотных ГИС Калининграда, Ярославля и Астаны позволил убедиться в высокой эффективности и гибкости предложенной технологии при оцифровке топографических карт, кадастровых и городских планов. Если перед вами стоят сходные задачи, специалисты компании CSoft предложат профессиональное решение, учитывающее специфику проектируемой геоинформационной системы. Обращайтесь!