Стаття від паперової карти до гис

Від паперової карти до ГІС. Досвід векторизації топографічних карт в середовищі Spotlight

... якість електронних карт ФСГК, створених на основі застарілих аркушів топографічних карт масштабу 1: 200 000, було визнано недостатнім: була потрібна самостійна векторизация великомасштабних топографічних карт на окремі ділянки діяльності «Тюменбургаза». Оскільки ГІС MapInfo для подібних цілей абсолютно не пристосована, треба було вибрати програму-векторизатор ... Перш за все ми сформулювали основні вимоги до цієї програми. По-перше, її інструментарій повинен забезпечувати трасування по кольоровому растру: топографічні карти несуть великий обсяг інформації, що містяться саме в кольорі. По-друге, для прискорення оцифровки необхідні засоби автоматичної векторизації. По-третє, програма-векторизатор повинна забезпечувати можливість імпорту даних з формату DGN MicroStation і експорту у формати DWG (DXF) AutoCAD, MIF (MID) MapInfo: багато підприємств-замовники вимагають надавати матеріали в форматі AutoCAD, а в форматі DGN надають електронні креслення багато проектні організації. ... Всім цим вимогам повністю відповідала програма Spotlight Pro 5, розроблена компанією Consistent Software. Правда, співробітники компанії попередили: для векторизації топографічних карт Spotlight Pro 5 ще ніким не застосовувався. З тих пір пройшло півтора року. За цей час з'явилися нові версії програми, а ми накопичили певний досвід, який, сподіваюся, буде цікавий користувачам Spotlight Pro, що працюють з топографічними картами ...

Завантажити статтю в форматі PDF - 531 Кбайт

Трохи історії

«Тюменбургаз», філія бурової компанії Газпрому, по праву вважається найбільшим з бурових підприємств галузі. Основні об'єкти буріння розташовуються на величезній території, обмеженої 72 і 82 градусами східної довготи і 63 і 69 градусами північної широти, окремі родовища розташовуються і за межами вказаної ділянки. Наш основний замовник - найбільші газовидобувні підприємства Газпрому - використовують державну систему координат в проекції Гаусса-Крюгера 1942 року. Підприємства поменше воліють умовну систему координат 1963 року: завдяки зниженню рівня секретності це забезпечує їм солідну економію. З тієї ж причини деякі підприємства працюють з місцевими системами координат. Крім того, при виробництві багатьох видів робіт з використанням супутникових геодезичних комплексів зручніше користуватися системою координат WGS-84 в проекції UTM. Таким чином, єдиний стандарт оформлення маркшейдерської документації неможливий: маркшейдерсько-геодезичної служби «Тюменбургаза» доводиться оперувати картографо-геодезичної інформацією у всіх перерахованих системах координат, причому в будь-який з них територія діяльності філії розташовується як мінімум в двох зонах.

Ця обставина стала визначальним при виборі геоінформаційної системи (ГІС): «Тюменбургаз» придбав програмний продукт MapInfo Professional і набір електронних карт від Федеральної служби геодезії і картографії (ФСГК). Згодом якість електронних карт ФСГК, створених на основі застарілих аркушів топографічних карт масштабу 1: 200 000, було визнано недостатнім: була потрібна самостійна векторизация великомасштабних топографічних карт на окремі ділянки діяльності «Тюменбургаза». Оскільки ГІС MapInfo для подібних цілей абсолютно не пристосована, треба було вибрати програму-векторизатор ...

Перш за все ми сформулювали основні вимоги до цієї програми. По-перше, її інструментарій повинен забезпечувати трасування по кольоровому растру: топографічні карти несуть великий обсяг інформації, що містяться саме в кольорі. По-друге, для прискорення оцифровки необхідні засоби автоматичної векторизації. По-третє, програма-векторизатор повинна забезпечувати можливість імпорту даних з формату DGN MicroStation і експорту у формати DWG (DXF) AutoCAD, MIF (MID) MapInfo: багато підприємств-замовники вимагають надавати матеріали в форматі AutoCAD, а в форматі DGN надають електронні креслення багато проектні організації.

Всім цим вимогам повністю відповідала програма Spotlight Pro 5, розроблена компанією Consistent Software. Правда, співробітники компанії попередили: для векторизації топографічних карт Spotlight Pro 5 ще ніким не застосовувався. З тих пір пройшло півтора року. За цей час з'явилися нові версії програми, а ми накопичили певний досвід, який, сподіваюся, буде цікавий користувачам Spotlight Pro, що працюють з топографічними картами ...

Спочатку був растр ...

Кілька практичних порад перед початком роботи:

кращі результати перетворення растру в вектор отримують на растрі з дозволом 600-700 dpi;
перед калібруванням переконайтеся, що навколо оброблюваного растрового зображення є невелика рамка (5-6 мм). При калібрування зображення, можливо, буде не стискатися, а розтягуватися - в цьому випадку наявність такої рамки вбереже зображення від втрат;
якщо виникли проблеми, не поспішайте голосно обурюватися - навколишні ні в чому не винні. Повідомте про проблему в службу технічної підтримки Consistent Software ([email protected]) - вам завжди прийдуть на допомогу.

Система координат

Отже, ви приступаєте до векторизації топокарт в програмі Spotlight Pro. Яким чином визначити потрібну систему координат, щоб отримані дані можна було використовувати в MapInfo спільно з уже наявними даними? Які одиниці використовувати, який задати масштаб, в якій послідовності вводити координати? Трохи поекспериментувавши, приходиш до висновку, що розмірність одиниць особливого значення не має: можна використовувати і дюйми, головне задати масштаб таким чином, щоб одержувані числові значення координат не суперечили істині. Ми використовували в якості призначених для користувача і світових одиниць міліметри і задали для карт 1:25 000 масштаб 25.

Зверніть увагу на черговість запису координат проекції Гаусса-Крюгера: y. x. Координата y записується із зазначенням номера зони - це повністю відповідає структурі MIF-файлу. Таку ж запис, використовуючи ПСК за замовчуванням, вважають за краще практично всі користувачі AutoCAD. Запропонований підхід протестований в такий спосіб: лист карти із заданою системою координат був експортований з Spotlight в AutoCAD, а потім в цей же файл були експортовані дані, отримані при роботі супутникового обладнання в тому районі. Дані повністю збіглися із зображенням на карті.

Калібрування топографічних карт

Працюючи з топографічними картами в програмі Spotlight, користувач насамперед повинен вирішити проблему калібрування відскановане зображення. В іншому випадку робота по векторизації карт позбавлена будь-якого сенсу.

Зелені лінії на рис. 2 - це кілометрова сітка в системі координат листа карти. В даному випадку ми маємо справу зі звичайними незначними деформаціями, але для векторизації вихідне зображення не годиться.

Провести оцифровку креслення необхідно в прямокутній системі координат - на аркуші карти вона задається координатної (кілометрової) сіткою. У той же час, виконавши калібрування тільки по точкам перетину сітки координат (рис. 3), ми отримаємо прекрасний результат всередині калібрувальної області і абсолютно непередбачуваний - на краях аркуша карти: в області між сіткою координат і рамкою трапеції, що задається геодезичної системою координат (широта , довгота).

Цілком очевидно, що для калібрування листа карти необхідно використовувати точки перетину координатної сітки і рамки трапеції. Програмними засобами задати значення їх реальних координат неможливо, тому застосовуємо досить зручний і простий графічний метод.

1-й етап. У будь-якій доступній програмі Перевичісленіе координат переводимо геодезичні координати кутів рамок трапеції і точок перетину осьового меридіана листа з верхньої та нижньої стороною трапеції в прямокутну систему координат, яка використовується на оброблюваному аркуші.

2-й етап. Після завантаження вихідного растру карти і завдання системи координат створюємо в програмі Spotlight допоміжний векторний шар «Рамка». Використовуючи інструмент [Відрізок по точках (L)]. будуємо бічні сторони рамки за обчисленими координатами кутів рамки трапеції. За допомогою інструменту [Дуга (A)] будуємо верхню і нижню сторони рамки: кожну - по трьом точкам (наприклад, верхній лівий кут рамки + перетин верхнього боку рамки і осьового меридіана листа + верхній правий кут рамки). Налаштовуємо сітку як кілометрову і включаємо режим. Потім, використовуючи прив'язку до вузлів сітки, інструментами Відрізок по точках або Полилиния будуємо векторну кілометрову сітку так, щоб кінці відрізків сітки перебували за межами аркуша карти - для отримання перетинів побудованої рамки і ліній кілометрової сітки.

Тепер ми маємо повний набір векторних перетинів для створення набору калібрувальних пар в діалозі Калібрування. Використовуючи інструмент [Додати точку] і включивши режим векторної прив'язки, цю роботу виконати зовсім нескладно. Калібрувальні пари по кілометровій сітці простіше і швидше поставити за допомогою інструменту [Створити сітку].

У перший раз результат калібрування (рис. 4) вас просто приголомшить. Втім, це швидко минає - до хорошого звикаєш швидко.

векторизация

Обмовимося відразу: «Тюменбургаз» веде роботи по векторизації карт тундрових областей, де практично відсутні населені пункти, вкрай бідна рослинність, але часто зустрічаються області боліт і заболоченості (рис. 2).

Найбільший обсяг робіт по векторизації топокарт доводиться на оцифровку рельєфу і гідрографії. Перше місце міцно утримують горизонталі. Їх зручно оцифровувати в автоматичному режимі - горизонталями є більшість об'єктів коричневого кольору. А ось при оцифрування гідрографії з'ясується, що синім кольором на карті позначено занадто багато об'єктів. Так що для векторизації річок, струмків і т. Д. Зручніше використовувати трасування. Але і горизонталі, і струмки, і кордони озер і річок бажано отримати у вигляді полилиний і замкнутих поліліній, тому остаточний набір об'єктів для конверсії виглядає так, як це показано на рис. 5.

Виконавши бінаризація відтінків коричневого кольору, отримуємо впроваджений растр, при огляді якого можна помітити, що він вимагає деякого редагування. В областях з великою щільністю горизонталей відбувається злиття растрових ліній (рис. 6), і програма навряд чи зможе самостійно розібратися в цій мішанині.

Справитися з ситуацією допомагає інструмент [Ластик]. Кілька рухів мишкою - і впроваджений растр набуває осмислений вид (рис. 7).

У ситуаціях, подібних до тієї, що наведена на рис. 8, використовується інструмент [Малювати на растрі точки і лінії].

Оскільки після векторизації потрібен час на редагування векторної лінії, простіше привести растр до виду, представленому на рис. 9. Після закінчення редагування растра досить буде виконати операцію заливки дірок, і такі об'єкти будуть розпізнаватися як одна безперервна полілінія.

Отже, весь процес оцифровки листакарти зводиться до наступних процедур:

бінаризація рельєфу (відтінки коричневого кольору);
перетворення растру в вектори;
редагування отриманих векторів (розшарування, завдання рівнів і атрибутів, об'єднання розрізнених полилиний і т. п.);
трасування об'єктів гідрографії;
оцифровка об'єктів, що залишилися вручну (консервативно налаштованим користувачам AutoCAD рекомендую виконати цю частину роботи в улюбленій програмі: натисніть Зберегти як ... і виберіть формат DWG).

Експорт отриманих даних з Spotlight Pro в AutoCAD не представляє ніякої складності, а ось про експорт в MapInfo слід поговорити докладніше. За результатами експорту Spotlight створює два файли з однаковими іменами та з розширеннями MIF і MID. MIF-файл - це база даних, де зібрана інформація про типи векторних об'єктів і координатах їх вузлових точок (графічна інформація). MID-файл - база табличних даних, що характеризують відповідний графічний об'єкт (ім'я шару, атрибут, рівень, тип і колір лінії і т. Д.). Наявність MID-файлу не обов'язково, але міститься в ньому інформація стане в нагоді для подальшої роботи в MapInfo.

У заголовку MIF-файлу прописується система координат «План-схема» ( «NonEarth») і вказуються одиниці виміру, які ми вибрали при створенні системи координат (рис. 10).

Імпорт в MapInfo буде коректним, якщо виправити пропозицію CoordSys, вказавши необхідну проекцію і одиниці виміру 2. Що стосується прикладу, наведеного на рис. 10, координати об'єктів отримані для 4-ї зони проекції Гаусса-Крюгера (осьової меридіан - 21 градус, початкова широта - 0 градусів, масштабний множник - 1, зміщення осьового меридіана по осі y - 4 500 000 м) в метрах.

Виправлений заголовок MIF-файлу показаний на рис. 11.

Тепер MIF-файл готовий до імпорту в MapInfo. Правда, при експорті даних з Spotlight Pro версії 5 (і всіх її модифікацій) виникає ще одна проблема, позбутися від якої ми так і не змогли. Справа в тому, що в процесі експорту значень рівнів об'єктів відбувається їх «масштабування». Тобто значення рівня, присвоєне при оцифрування об'єкта в Spotlight, змінюється кратно масштабу, заданої при завданні системи координат (нагадаю, що в нашому випадку було поставлено масштаб 1:25). Виходить, що горизонталь з рівнем 75 метрів після експорту розташується на рівні 3 метри.

Представники компанії Consistent Software повідомили, що в шостій версії Spotlight Pro ця проблема вирішена. Англомовний варіант версії вже готовий, залишається дочекатися його русифікації ...

Див. Керівництво користувача MapInfo Professional, додаток «Формат обміну даними», розділ «Секція даних в файлах формату MIF». ↑
Див. Додаток J до керівництва користувача MapInfo Professional: «Формат обміну даними», розділ «Пропозиція CoordSys (Координатна система)». ↑