Создание электронной карты

− .shx – индексный файл для геометрии объектов;

− .dbf – файл формата DBASE для хранения атрибутивной информации по объектам.

Это нетопологический векторный формат, поскольку он не содержит информацию об отношениях между объектами.

 

Цели и задачи курсовой работы

 

Цель курсовой работы – получение практических навыков в разработке интерактивной электронной карты на основе сканированного фрагмента топографической карты с использованием таких программных продуктов, как векторизатор Easy Trace и ГИС-вьювера ArcExplorer.

 

Векторизатор Easy Trace

Easy Trace является программным пакетом для полуавтоматической интерактивной векторизации цветных и черно-белых растровых изображений. Пакет поставляется в двух модификациях - полной и сокращенной. Использование полной модификации пакета позволяет создавать проектные файлы, подключать к ним растровые слои производить преобразования растровых подложек и т.д. Полная версия необходима для начала работы с программой. Сокращенная модификация программы предназначена исключительно для векторизации и выполнения операций импорта и экспорта. Помимо замены растровых изображений на векторные примитивы с последующей передачей их в ГИС (САПР), программа Easy Trace позволяет в процессе векторизации решать следующие задачи:

- минимизация числа векторных примитивов (две пересекающиеся линии разных слоев должны остаться двумя, а не четырьмя линиями, сошедшимися в одной точке);

- восстановление информации, частично утраченной или искаженной из-за износа бумажного носителя, дефектов чертежных инструментов, дефектов исполнения, погрешностей сканирования;

- «расслоение» изображения по его смысловому содержанию (например, карта может содержать слои рельефа, автодорог, коммуникаций, границ земельных участков и т.д.);

- введение атрибутивной информации для графического объекта (например, напряжение линии электропередач, диаметра трубопровода, площадь земельного участка, его собственник и т.п.);

- построение корректной топологической структуры информации, соответствующей требованиям конечной ГИС или САПР.

Таким образом, с помощью программы-векторизатора можно создавать файлы векторных и атрибутивных данных, несущие в себе гораздо больше информации, чем исходный бумажный материал, и превышающие его по точности.

 

Вьювер ArcExplorer

ArcExplorer создан для просмотра и запроса данных геоинформационной системы (ГИС). Это ПО включает в себя полезные инструменты для построения запросов и создания символов, что позволяет изучать данные и создавать интересные карты.

ArcExplorer, приложение для загрузки, просмотра и изучения пространственных данных. ArcExplorer работает сам по себе с наборами данных, хранящимися в ПК или в локальной сети. При подключении к Интернет ArcExplorer также становится Web-клиентом, способным просматривать и загружать векторные данные в стандартных форматах Шейп-файлов.

 

Этапы выполнения курсовой работы

 

ГИС-проект "Создание электронной карты" состоит из двух частей:

1. Векторизация отсканированного фрагмента топографической карты (создание цифровой базы пространственных данных) с использованием векторизатора Easy Trace.
2. Создание интерактивной электронной карты на основе полученных цифровых данных во вьювере ArcExplorer (упрощенный вариант работы с применением ГИС-технологий, позволяющих в наглядной форме визуализировать пространственные данные).

Создание проекта, подготовка растров

Для создания электронной карты используется сканированный фрагмент топографической карты Калужской области масштаба 1:100000 с нанесенной двухкилометровой координатной сеткой.

 

 

 

Сканированный фрагмент является растром, в котором информация представляется в виде двухмерного массива ячеек (пиксел), каждая из которых имеет свое значение (в данном случае цвет). Если этот растр не будет трансформирован в реальную систему координат, то все полученные в результате векторизации объекты останутся в первоначальной пиксельной системе координат, в результате их местоположение и размеры будут определяться пикселами, а не реальными единицами, в частности метрами.

Для того чтобы векторные объекты были привязаны к реальной системе координат (заняли определенное географическое положение), создается и располагается в реальном пространстве прямоугольное векторное поле, а затем привязывается растр к этому векторному полю (т.е. размещается надлежащим образом внутри этого поля с учетом масштаба карты). В результате все векторные объекты, оцифрованные в последующем, будут располагаться уже в реальном пространстве.

Привязка растра с трансформацией по произвольному набору опорных точек

Прежде чем задать векторное поле проекта необходимо сначала визуально исследовать растр и определиться с местоположением, которое он должен занимать в реальном пространстве (в метрах), а затем рассчитать местоположение и размеры прямоугольного векторного поля, который будет охватывать данный растр. Для этого потребуется выполнить ряд перечисленных ниже действий.

 

Запустить Easy Trace.

Открыть цветной растр (меню Файл → «Открыть растр» →для полного отображения растра на экране можно воспользоваться комбинацией клавиш Ctrl+A). Первоначальные текущие координаты, определяемые номерами столбцов и строк ячеек растра, можно увидеть внизу экрана в строке состояния.

Выбрать какую-нибудь точку отсчета, находящуюся на пересечении двухкилометровой координатной сетки (точка A на рис.1) и задать ее координаты в новой локальной системе координат в метрах (записать!) – положение этой точки в реальном пространстве и определит в конечном счете положение всего растра в целом. В рамках данной работы координаты задаются произвольно, но так, чтобы при этом все остальные координаты растра, пересчитанные в новую систему координат, исходя из этой точки и масштаба карты, были неотрицательные. Координаты этой точки будут являться базовыми для всех последующих расчетов.

В задачах, где необходимо привязать растр к строго определенному месту в пространстве, координаты этой точки должны быть заданы уже не произвольно, а точно. Это может потребоваться, например, для последующего соединения двух смежных растровых фрагментов и оцифрованных по ним векторных слоев.

Рассчитать (и записать!) координаты левого нижнего и правого верхнего углов векторного поля (X1,Y1 и X2,Y2), внутри которого должен находиться трансформированный растр. При этом прямоугольное векторное поле может быть чуть больше растра – это пространственный охват (экстент) будущей электронной карты, и все создаваемые векторные объекты должны находиться внутри него.

Координаты X1,Y1 и X2,Y2 определяются исходя из координат точки A (заданных выше) и расстояний от точки A до границ векторного поля (AB, AC, AD, AE на рис.5), например, X1=XA–AB. Эти расстояния можно рассчитать:

• приблизительно, используя двухкилометровую координатную сетку для зрительной их оценки;

• точно с помощью инструмента Линейка. Для этого на панели Линейка, появляющейся внизу экрана после нажатия кнопки , необходимо задать единицы измерения – метры, масштаб – 100000 (масштаб векторизуемой карты в данной работе). Затем, щелкая мышкой на экране в начале и конце требуемых отрезков, произвести нужные измерения. Результат высвечивается на этой же панели.

Создать новый проект в Easy Trace (меню Файл → «Новый проект» → в открывшемся окне отметить галочкой единственную опцию Открыть диалог «Свойства проекта»).

Задать свойства проекта (меню Проект → «Свойства» → закладка «Координаты»):

• масштаб растра (1:100000);

• единицы проекта (метры);

• разрешение (300 т/дюйм);

• указать рассчитанные выше координаты нижнего левого и верхнего правого углов векторного поля, куда будет трансформирован цветной растр;

 

 

После этого в новой локальной системе координат появится пустое векторное поле, выделенное пунктирным контуром (текущие координаты в метрах можно увидеть внизу экрана в строке состояния).

Сохранить проект (меню Файл → команда «Сохранить как» – при первом сохранении, при последующих – команда «Сохранить»).

Привязка цветного растра к проекту по произвольному набору опорных точек

Теперь необходимо привязать цветной растр к векторному полю так, чтобы он занял в нем строго фиксированное положение, определяемое заданными выше координатами исходной точки A. Для осуществления данной трансформации потребуется рассчитать аффинное (линейное) преобразование исходных координат, определяемых номерами столбцов и строк ячеек растра, в новую локальную систему координат, в которой единицами измерения являются метры. Преобразование будет осуществляться по произвольному набору опорных точек (тиков), координаты которых должны быть известны в обеих системах координат. Для этого на растре в местах пересечений координатной сетки щелчком «мыши» выбираются точки (в количестве не менее 4), а их новые координаты рассчитываются, исходя из заданных ранее координат точки отсчета A и с учетом масштаба карты, т.е. того факта, что сетка на исходной карте двухкилометровая (рис.1).

Для инициализации процесса привязки растра к векторному полю необходимо выполнить следующую цепочку действий: перейти в меню Проект → выполнить команду «Добавить растр» →выбрать нужный растр → в открывшемся диалоговом окне задать «Метод трансформации растра по произвольному набору опорных точек». После этого на экране появится окно «Привязка растра по произвольному набору точек», с помощью которого и будет осуществлена операция ввода опорных точек и трансформации растра.

геоинформатика электронный карта

Рис.1. Привязка растра

 

Бинаризация цветного изображения

Программа Easy Trace предоставляет возможность векторизации как черно-белого, так и цветного изображения. Однако векторизовать линии по черно-белой подложке значительно быстрее и удобнее, но не всегда возможно, поскольку исходный материал для векторизации в большинстве случаев - цветные изображения. Инструмент бинаризации (цветоделение) как раз и предназначен для выделения из цветного изображения черно-белого тематического слоя (например, реки, дороги и т.д.).

Для того чтобы на цветном изображении выделить тематический слой, указать все цветовые оттенки, из которых он будет состоять. Совокупность цветовых оттенков как раз и представляет собой тематический слой, который можно выделить в черно-белый растр.

• Чтобы начать бинаризацию, необходимо в меню Проект ® Открыть растр ® выбрать имя цветного растра ® перейти в меню Редактирование ® выполнить команду Бинаризация или указать "мышью" на пиктограмму панели инструментов. После этого на рабочем поле активного (текущего) окна курсор приобретает форму пипетки. Также на рабочем поле появится панель параметров Бинаризации

 

 

В данной работе при бинаризации создаётсся два слоя, содержащих цветовые оттенки, которые определяют:

1. реки, озера, болота (выделяем только темные оттенки синего цвета, составляющие внешние контура широких рек, озер, не затрагивая более светлые тона, заполняющие середину озер и широких рек) - слой Реки;
2. все дороги, изображаемые черным цветом - слой Дороги. Сюда же попадут населенные пункты, контура лесных участков и кустарников, поскольку они также задаются черными оттенками (Рис.2).

 

 

Рис.2 Слои «Реки» и «Дороги» после бинаризации

 

Затем привязать эти слои к проекту Проект ® выполнить команду Добавить растр ® в появившемся окне Привязать к проекту выбирать способ "без трансформации, как растр" и указать уже привязанный ранее цветной растр.

Сделать бинарные растры прозрачными (чтобы из-под них в качестве подложки был виден цветной растр) Сервис ® Параметры…® в закладке Общие задать следующие опции:

• запретить трассировку цветного растра;
• сделать черно-белые растры прозрачными.

Задать цвета для отображения растров на экране (меню Проект ® Слои Проекта ® задать цвета для растровых монохромных слоев).

 

Добавление векторных слоев в проект

После создания растровых монохромных слоев Дороги и Реки создать в проекте следующие векторные слои, на которые в процессе векторизации будут добавляться соответствующие объекты (меню Проект ® Слои Проекта ® меню Векторные слои ® Добавить векторный слой) (Рис. 3).

 

Рис. 3. Добавление векторного слоя

 

Слои, создаваемые в ручном режиме трассировки :

1. слой Граница, состоящий из одной замкнутой прямоугольной полилинии, ограничивающей цветной растр (полигональный слой). Для его создания используется инструмент трассировки ортогональных линий в ручном режиме;
2. слой Дома (полигональный слой). Объекты вводятся как замкнутые полилинии - рисуется контур, охватывающий объекты, относящиеся к данному населенному пункту. Для одного населенного пункта могут быть заведены две и более замкнутые полилинии в случае, если населенный пункт состоит из нескольких разрозненных частей, которые нельзя охватить одним контуром, не захватывая при этом лишней территории.

При ручном режиме трассировки за правильностью топологии надо следить самостоятельно и создавать ее с помощью клавиш Ctrl и Shift:

• Ctrl+левая кнопка "мыши" в месте пересечения двух линий создает узел;
• Shift+левая кнопка "мыши" в месте пересечения двух линий создает вершину.

Слои, создаваемые в полуавтоматическом режиме трассировки :

1. слой Река Полигон (полигональный слой). Каждый объект на этом слое должен представлять собой замкнутую полилинию, проложенную по внешнему контуру объекта (в последующем замкнутые полилинии будут экспортированы в полигоны);
2. слои Реки_узкие, Пересыхающие Реки (линейный слой);
3. слои Дороги, Проселочные Дороги, Шоссе, Строящееся Шоссе, (линейный слой). Внутри населенных пунктов дороги проводятся так, чтобы они соединяли подступающие к ним внешние дороги в одну дорожную сеть. Это будут отдельные дорожные объекты, поэтому в местах соединения внешних дорог и дорог внутри населенных пунктов выделяются псевдоузлы;
4. слой Леса в зависимости от того, что удобнее векторизовать. Выбираем лесные участки, тогда "другие земли" будут как бы фоном, на котором лежат лесные участки. Это полигональный слой, состоящий из замкнутых полилиний, проложенных по точечным линиям, ограничивающим данные участки на растре (с помощью трассировщика точечных линий или в ручном режиме );