Window1 - векторный слой гидрографии

Window2 — сканированное растровое изображение карты

Световые сенсоры на сканерах преобразовывают карту в большой массив точек. Сканеры с высоким разрешением могут воспринимать данные с разрешением лучше, чем 2000 точек на дюйм (dot per inch — dpi). Однако карты и изображения для использования в целях формирования БД ГИС обычно сканируют с разрешением 100-400 dpi. Это растровое изображение карты затем привязывается в ГИС к координатной системе, которая используется в ГЗК (рис. 2). Для отображения карты подбираются подходящие яркость и контрастность. При отображении карты на экране компьютера у оператора появляется возможность обводить картографические элементы вручную для получения векторного изображения. Такой процесс и называется ручной векторизацией по растровой подложке.

При создании БД ГЗК используется также специальное программное обеспечение для ускорения процесса такой оцифровки. Это программное обеспечение автоматически распознает большинство элементов на растровом изображении, таких как линии или символы, и строит цепочку точек вдоль них. Однако такое распознавание всегда сопровождается некоторым количеством ошибок, а сам процесс требует специальных инструкций. Обычно после автоматической векторизации требуется определенный объем «ручной» работы по оцифровке и исправлению ошибок.

Рис. 2. Трансформация растрового изображения карты для привязки к координатной системе БД ГИС

Для заполнения БД ГЗК информацией о пространственном положении земельных участков чаще используется другой способ оцифровки, который называется «ввод данных по ключевым точкам». Этот метод применяется в том случае, если данные, которые описывают объекты реального мира, представляют собой текстовое описание пространственного положения для этих объектов. Это может быть список координат характерных точек описываемых объектов. Примером таких данных могут служить данные геодезической съемки, проводимой для целей кадастровой регистрации земельных участков. Это данные, записываемые в специальный документ — межевое дело, который содержит координаты узловых и поворотных точек, а также направление и длину каждого отрезка границы земельного участка. В таком случае координаты точек, определяющих границы объектов, сначала вводятся с помощью клавиатуры компьютера, а затем с помощью специального программного обеспечения формируются соответствующие объекты. Следует отметить, что этот тип оцифровки применяется обычно для данных, полученных с использованием точных технологий геодезической съемки, поэтому получаемая БД ГИС имеет высокое качество за счет более точного определения пространственного положения объектов.

Данные о рельефе местности являются важнейшим компонентом содержания топографических карт, используемых при ведении ГЗК. Горизонтали, которые изображают рельеф, рисуются картографами-фотограмметристами с использованием стереоплоттеров. Как видно из названия этого аппарата, стереоплоттер работает со стереопарой, получаемой при аэрофотосъемке. Посредством специального процесса, называемого аэротриангуляцией, перекрывающаяся пара аэрофотоснимков позиционируются один относительно другого и рассматриваются как трехмерное изображение в стереоплоттере. Имея перед глазами такую стереомодель, фотограмметрист имеет возможность точно обводить контуры зданий, дороги, линии рельефа и другие элементы, которые вводятся непосредственно в БД ГИС. Этот процесс называется стереокомпиляцией. Поэтому фотограмметрическое картографирование также является процессом ручной оцифровки.

Как одна из альтернатив наполнения пространственной БД ГЗК должна рассматриваться технология геодезической съемки, основанная на использовании Глобальной системы позиционирования — Global Positioning System (GPS). GPS — это группировка из 24 спутников, которые находятся на шести различных орбитах. Спутники GPS оборудованы атомными часами, компьютерами и передатчиками, каждый спутник работает круглосуточно. GPS-приемники также оборудованы точными часами, которые синхронизированы с часами на спутниках. Это позволяет GPS-приемнику определять расстояние до спутника по задержке (времени в пути от спутника до приемника) сигнала со спутника. На рис. 3 схематично изображены три спутника и приемник. Понятно, что в данном случае три сферы будут иметь две общие точки. Компьютер в GPS-приемнике имеет возможность разобраться, какая из точек «лишняя», и, следовательно, определить координаты приемника. Таким образом, принимая сигнал по крайней мере от трех спутников, GPS-приемник имеет возможность определить как свою высоту над уровнем моря, так и свое положение на поверхности Земли.

Описываемая технология начала развиваться как военная. GPS — это американская группировка спутников. Россия также имеет собственную группировку спутников GLONASS. В табл. 1 представлена информация об этой системе по состоянию на 11 марта 2002 г. (подготовлена по материалам "Russian Space Science Internet", _https://www.rssi.ru). Как видно из таблицы, в системе GLONASS имеется семь рабочих спутников, неравномерно распределенных по орбитам, а полнофункциональная система подразумевает 24 спутника.

Рис. 3. Координаты GPS-приемника (А) на Земле определяются по расстояниям до спутников (В)

Данные об отечественной системе ГЛОНАСС

Таблица 1

Номер ГЛОНАСС	Номер серия «Космос»	Плоскость орбиты	Частотный канал	Дата запуска	Начало работы	Статус	Окончание работы
		2/15		14.12.95	26.04.99	Прекр.	30.12.01
		1/1		30.12.98	18.02.99	Выведен	31.01.02
		1/8		30.12.98	29.01.99	Рабочий
		1/7		30.12.98	29.01.99	Рабочий
		1/18		13.10.00	05.01.01	Рабочий
		1/17		13.10.00	04.11.00	Рабочий
		1/24		13.10.00	21.11.00	Рабочий
		1/03		01.12.01	04.01.02	Рабочий
		1/06		01.12.01	04.01.02	Рабочий
		1/05		01.12.01		Нет

Современные GPS-приемники имеют возможность принимать сигналы от GPS и ГЛОНАСС. При этом обе системы излучают два сигнала — один зашифрованный (для военных целей), другой нешифрованный. В связи с важностью такой технологии в странах Европейского Союза запущена собственная программа «Galileo».

GPS также используются для сбора детальных картографических данных непосредственно при полевых исследованиях. При этом геодезист или другой специалист с GPS-оборудованием становится «человеком-дигитайзером», собирающим графическую и атрибутивную информацию во время своего движения по маршруту. Эти данные часто дополняют информацию, которая была оцифрована вручную с бумажных карт, как описывалось выше.

GPS может использоваться для проверки и редактирования ГИС-данных в полевых условиях.

Система геодезической съемки с помощью GPS обычно основана на использовании портативных компьютеров и специальных средств хранения данных, интегрированных с GPS и функционирующих под управлением программного обеспечения CAD. При этом использование GPS-приемников позволяет достигать точности до 1 см при определении координат. Более того, чтобы провести линию между двумя точками, не требуется, чтобы из начальной точки была видна конечная. Наличие препятствий между точками, таких как деревья или строения, не влияет на сбор данных. Однако этот метод требует, чтобы GPS-приемник «видел» спутник.

Рис. 4. С помощью базовой станции (А) можно уточнить местоположение GPS-приемника (В)

В области с высокими зданиями или деревьями для получения данных может потребоваться использование промежуточной стационарной базовой станции (рис. 4), также являющейся GPS-приемником. Эта базовая станция имеет возможность передавать на GPS-приемник уточняющую информация в составе радиосигнала, который более легко принимать.

GPS также активно используется для определения местоположения инженерных сетей, границ водных объектов, рекреационных зон и т. д. Исследования показывают, что инвентаризация инженерных сетей с помощью GPS проводится быстрее в 2-5 раз и требует на 30-50% меньше материальных затрат. Рассмотрим пример, как проходит геодезическая съемка с помощью GPS при выполнении обследования инженерных сетей. В этом случае электромагнитные радиодетекторы и эхолокаторы используются для первоначального определения положения подземных коммуникаций. Их положение обычно рисуется с помощью краски прямо на земле разным цветом в зависимости от типа сети. Затем обследователь с GPS-приемником двигается вдоль этой линии, регистрируя положение и атрибуты сети. Программное обеспечение CAD рисует трассу сети по координатам, получаемым с GPS-приемника. Предварительно определенные символы для оборудования и линий коммуникаций изображаются в соответствующей координатной проекции. Система также записывает все необходимые для каждого типа сети атрибуты.