15. Ввод графической информации в гис

ГИС может работать с двумя существенно отличающимися типами данных – векторными и растровыми.

Векторные (объектные) модели данных ГИС строятся на векторах и занимают часть пространства. При построении векторных моделей создаются целостные объекты путем соединения точек прямыми линиями, дугами окружностей, полилиниями, поэтому векторные модели называют объектными. Основные части векторной модели: геометрические объекты (точки, линии и полигоны); атрибуты (признаки, связанные с объектами); связи между объектами. В векторной модели информация о точках, линиях и полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X, Y. Местоположение точки (точечного объекта), например, буровой скважины, описывается парой координат (X, Y). Линейные объекты, такие как дороги, реки или трубопроводы, сохраняются как наборы координат вершин ломаных линий X, Y. Полигональные объекты, типа речных водосборов, земельных участков или областей обслуживания, хранятся в виде замкнутого набора координат. Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств, таких как типы почв или доступность объектов.

Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами объектов. Растровое изображение отображает полутона и представляет собой набор значений для отдельных элементарных ячеек (пиксель), оно подобно отсканированной карте или картинке. Упорядоченная совокупность пикселей образует растр, который является моделью карты, изображения или геообъекта. В растровой модели дискретизация осуществляется путем отображения геообъектов в пространственные ячейки, образующие регулярную сеть. При этом каждому пикселю соответствует одинаковый по размерам, но разный по значению (цвет, плотность) участок поверхности объекта. Развитая теория обработки изображений позволяет решать большой класс задач, связанных с анализом и синтезом изображений поверхности. Если векторная модель дает информацию о местонахождении объекта, то растровая модель позволяет исследовать качественное содержание точек территории. Это определяет основное назначение растровых моделей – непрерывное отображение поверхности. Основными характеристиками растровых моделей являются: значение пикселя (полутон в градациях серого цвета), ориентация (угол между направлением на север и положением растровой колонки), разрешение (величина для определения детализации участка поверхности, соответствующее пикселю).

Обе модели имеют свои преимущества и недостатки. Одним из преимуществ векторной модели является высокая точность данных, которая ограничивается лишь возможностями метода представления координат (обычно ограничиваются 8 или 16 десятичными знаками после запятой). Преимущества растровых моделей заключается в простоте представления и обработки данных (аэрокосмические снимки) достаточно известными методами. Современные ГИС могут работать как с векторными, так и с растровыми моделями.

Стандартные форматы. Как в группе растровых, так и в группе векторных цифровых моделей форма записи информации в файл неодинакова в различных системах. Исторически сложилось так, что фирмы, специализирующиеся в области компьютерной графики, создавали каждая свои, казавшиеся им наиболее удобными форматы графических данных. Форматом файла называется шаблон, по которому он создается. Шаблон описывает, какие именно данные и в каком порядке должны быть занесены в файл. Если ГИС “знакома” с форматом, она может прочитать данные из файла этого формата и правильно их интерпретировать, и, наоборот, записать свои данные в этом формате, что позволяет передать их в другую систему.

Следует различать внутренние форматы системы и обменные форматы, т.е. форматы, используемые для обмена информацией между различными пользователями, работающими в разных системах.

Форматов существует множество, некоторые из них настолько популярны, что стали практически стандартами, что связано с распространенностью пакетов, в которых они используются, и характеристиками самого формата. К последним можно отнести быстроту чтения/записи, величину возможного сжатия файла, полноту описания информации.

Как правило, ГИС работает в своем собственном внутреннем формате данных, наиболее удобном для конкретной системы, но поддержка импорта/экспорта возможно большего количества стандартных обменных форматов необычайно важна, поскольку объемы уже введенных графических изображений велики, и не имеет смысла вновь производить трудоемкие работы по вводу информации, гораздо проще ее купить. Можно вводить данные в своем формате и обмениваться ими, осуществляя переход в нужный формат, но формат хранения должен быть достаточно полным; ведь в отличие от координат, которые могут быть легко переведены из целых чисел в дробные, отсутствующие атрибуты и описания перевести в тот формат, где они необходимы, невозможно.

Стандартные форматы существуют как для растровой, так и для векторной форм представления информации. К растровым форматам относятся, например, PCX, TIFF, GIF, JPG, RLE, RLC. К векторным обменным форматам относятся форматы DXF, DX90, PIC, DWG, DGN, HPGL, GEN, MIF/MID и многие другие.

Способы ввода графической информации в ГИС. Существует несколько способов ввода информации в ГИС с использованием традиционных карт и планов. Это кодирование (оцифровка) с использованием дигитайзера и кодирование (векторизация) растрового изображения на экране компьютера. В настоящее время наиболее распространен второй способ, т.к. он наиболее удобен и значительно точнее первого.

Векторизация имеет три разновидности: ручная, интерактивная, автоматическая.

Этот метод требует специализированного, сложного программного обеспечения и мощной аппаратуры, т.к. требует быстродействия компьютера и значительных объемов памяти. Отсканированное изображение из файла выводится на экран монитора, и сама оцифровка осуществляется по этой “подложке” при помощи “мыши”. При ручной векторизации все операции выполняет сам оператор, а при интерактивной часть операций производится автоматически. При таком способе векторизации оператору достаточно задать начальную точку и направление отслеживания линии, а затем оказать программе помощь в разрешении неопределенностей. Большинство векторизаторов, работающих в интерактивном режиме, обладают возможностями настройки на преодоление некоторых неопределенных ситуаций, что позволяет векторизовать штриховые линии, бровки оврагов и т.п. Возможности интерактивной векторизации прямо связаны с качеством исходного материала и сложностью карты.

При автоматической оцифровке карта вначале сканируется, а затем автоматически переводится в векторный формат. Этот тип ввода информации состоит из этапов предварительного редактирования, непосредственного перевода из растрового формата в векторный и окончательного редактирования. Программные продукты, реализующие этот метод, корректируют возможные помехи (пятна, грязь) с использованием специальных программ. Эти системы по заложенным в них образцам распознают символы, линии, окружности и т.п. Предварительное редактирование карт электрических сетей занимает 8–17% общего времени выполнения перевода из растрового формата в векторный в зависимости от качества исходного документа.

Окончательное редактирование обязательно проводится после перевода форматов. Оно необходимо, поскольку даже самая изощренная программа может неверно распознать объект. Время заключительного редактирования занимает 65–70% общего времени в зависимости от быстродействия используемого компьютера и качества мониторов.

Автоматический перевод из растрового формата в векторный наиболее удобен в случае, если обрабатывается большое количество однотипных простых карт.