Kartografia_kurs_lekcij_Zmojdiak

мультимедийных энциклопедий, атласов, обучающих, демонстрационных, игровых программ.

Кроме большой емкости компакт-диски имеют время доступа к данным, сравнимое с возможностями винчестеров, т. е. скорость передачи данных исчисляется десятками сотен килобайт в секунду.

Магнитооптические диски подобны компакт-дискам большой емкости с многократной перезаписью. Емкость от 128 Мбайт до 4,6 Гбайта, скорость доступа почти такая же, как и у винчестера, а надежность хранения информации чрезвычайно велика. Для их чтения и записи используются специальные дисководы, подключаемые к компьютеру.

Магнитные ленты – это наиболее дешевая и распространенная разновидность устройств резервного копирования с последовательным доступом. Емкость этих кассет от 40 Мбайт до 10 Гбайт. Для записи информации используются специальные устройства – стримеры. Следует заметить, что надежность записи информации на кассеты стримеров не слишком высокая.

В настоящее время все большее распространение и популярность получают портативные носители информации – флэш-накопители (Flash USB Drive) – устройства памяти для многократной записи и хранения информации емкостью от 8 Мб до 2–4 Гб. Эти устройства продолжают развиваться, приближаясь по своим техническим параметрам к жестким дискам и конкурируя с другими видами накопителей.

Особый интерес для картографии представляет дигитайзер (цифрователь) – устройство ввода с ручным обводом изображения. Он используется для оцифровки контурного или точечного картографического изображения путем его обводки вручную с помощью визира. Такой способ записи является довольно трудоемким, поэтому использовать его целесообразно в случае ввода небольшого объема данных. При этом изображение на экране компьютера представляется в векторном виде ломаной линией, если считывается линейный объект, и точкой, если фиксируется точечный объект.

Другим устройством для ввода контурных изображений является

графический планшет (цифровой планшет) – плоский прямоугольник из пластика с электронной начинкой под поверхностью. Используется в сочетании с координатным устройством (мышью, световым пером и т. д.) для выполнения инженерных и конструкторских работ, а также для создания рисунков и работы с ними. Использование пера дает больше возможностей для управления вручную, поэтому напоминает рисование

173

от руки и предпочитается художниками-дизайнерами. Может с успехом использоваться в художественном дизайне картографических произведений.

Наиболее удобным в использовании является устройство автоматического ввода в компьютер графической и текстовой информации – сканер (устройство автоматического преобразования изображений из аналоговой в цифровую форму).

В результате сканирования создается растровое изображение, которое нуждается в дальнейшей векторизации, т. е. переводе растровой формы в векторную, поскольку растровое изображение обладает низким графическим качеством и не удовлетворяет необходимым требованиям полиграфического воспроизведения. Тем не менее автоматический способ ввода картографического изображения предпочтительнее, т. к. производится в считанные минуты.

По внешним и техническим параметрам различают ручные, настольные планшетные, слайд-сканеры, барабанные.

После ввода информации в компьютер начинается ее обработка, которая заключается в выполнении определенных действий по преобразованию данных, введенных в компьютер. При этом преобразование осуществляется в соответствии с требованиями потребителя. Обработка может заключаться в создании текста, графического изображения, в том числе и картографического, моделировании какого-либо процесса и т. д.

Обработка данных выполняется процессором, а ее результаты выводятся на экран монитора, на внешние запоминающие устройства, на принтер или записываются на жесткий диск для хранения в компьютере и дальнейшего использования.

Компьютер может обрабатывать информацию, представленную только в цифровой форме. Вся другая информация (звуки, изображения, показания приборов и т. д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в цифровую форму, а именно: в двоичные числа 0 и 1, которые являются наименьшей единицей информации в компьютере

(bit).

Устройства вывода предназначены для получения твердых копий на бумаге, пленке и других материальных носителях результатов работы компьютера или отображения, записи электронных версий таких копий на дискетах, жестком или компакт-диске, магнитной ленте, дисплее, называемых мягкой копией. К основным устройствам вывода

174

изображения и текста относятся мониторы, принтеры, плоттеры, фотонаборные автоматы.

Монитор (дисплей) предназначен для вывода (отображения) на экран текстовой и графической информации (рисунков, карт, схем, графиков и т. д.).

Принтеры – это основные устройства вывода текстовой и графической информации на твердые носители (бумагу, пластик). Они могут распечатывать цветные или черно-белые изображения. По способу печати принтеры подразделяются на следующие основные типы: матричные, струйные, лазерные, электростатические.

Фотонаборные автоматы – фотовыводные устройства, обеспечивающие процессы цветоделения и получения фотоформ для дальнейшей печати тиража продукции, в том числе и картографической. Это один из самых важных этапов допечатного цикла подготовки полиграфической продукции.

Графопостроители, плоттеры. Это чертежные автоматы,

преобразующие цифровую информацию, поступающую из ЭВМ, в графическую форму. По виду стола они могут быть планшетные и барабанные. Работать могут непосредственно от ЭВМ (режим ON-LINE) и автономно (режим OFF-LINE). При этом регистрация изображения может производиться карандашом, шариковой ручкой, тонкоструйным краскораспылителем, гравировальной иглой и т. д.

11.2.5. Программное обеспечение процессов компьютерного создания картографических произведений

В настоящее время для создания картографического изображения применяются различные пакеты графических программ, работающих в основном под управлением операционных систем Windows и MacOS. К ним относятся:

программы растровой графики (Adobe Photoshop, Corel PhotoPaint) для сканирования и обработки растрового изображения;

программы векторной графики (Adobe Illustrator, Macromedia FreeHand, CorelDraw и др.) для графического построения по растровому шаблону векторного изображения в интерактивном режиме;

специализированные картографические программы или ГИС-

приложения (Mercator, Atlas Pro, MapGrafix MapInfo, Arc/INFO, ArcView,

Панорама и др.);

175

программы верстки QuarkXPress, Adobe PageMaker, CorelVentura

используются в издательских системах для верстки газет, журналов и другой печатной продукции, для сборки многостраничных атласов и карт, содержащих информацию различных форматов (растровую, векторную графику и текст), а также последующей передачи данных на издательскую рабочую станцию с фотонаборным автоматом, посредством которого созданное изображение выводится на фотопленку;

текстовые редакторы (Microsoft Word, Word for Macintosh и др.)

для набора текстовой информации.

Программа растровой графики Adobe Photoshop в картографии применяется для обработки отсканированных цифровых изображений, в художественном оформлении картографических произведений, а также для отмывки рельефа.

Для построения векторного изображения на экране компьютера в интерактивном режиме с целью его дальнейшего тиражирования используются векторные графические программы (программы графического дизайна). Основными из них являются: Adobe Illustrator, CorelDraw, Macromedia FreeHand. Выбор этих программ для целей картографии обусловлен следующими основными факторами.

Удобный интуитивный пользовательский интерфейс графических редакторов позволяет быстро овладеть компьютерной технологией составления карт. Программы векторной графики имеют в своем арсенале наборы инструментов, методов и средств, позволяющих формировать на экране персонального компьютера изображение любой сложности высокого графического качества на основе элементарных геометрических фигур и кривых. Аналогично и картографическое изображение можно представить в виде набора простейших геометрических символов (конструктивных элементов) с различными параметрами (рисунком, размером, цветом, текстурой).

Широкие возможности работы со слоями позволяют оптимальным образом формировать многослойное картографическое изображение по отдельным элементам содержания. Использование различных цветовых моделей позволяет создавать многокрасочные картографические произведения высокого качества. Кроме того, программы предоставляют возможность подготовки электронных материалов для размещения в компьютерной сети.

Названные программы являются мировыми лидерами в группе компьютерных программ построения векторной графики и с появлением их обновленных версий все более совершенствуются. Они имеют

176

универсальные возможности совмещения (форматы данных) с различными техническими устройствами (сканер, принтер, компьютер, фотонаборный автомат) и их программным обеспечением, что является важнейшей составляющей технологической цепочки создания карт, начиная с процесса сканирования и заканчивая печатью тиража.

Однако ни одна из этих программ не производит автоматическую привязку картографического изображения к географическим координатам и преобразование картографических проекций, что вполне объяснимо, так как изначально программы разрабатывались именно как графические редакторы для художников-дизайнеров. Названные действия могут быть выполнены специализированными картографическими программами (ГИС-приложениями), например: Map Grafix, Mercator, Atlas Pro, MapInfo, Arc/INFO, ArcView и др.

Они позволяют получать картографическое изображение в электронном виде с одновременным созданием базы данных объектов картографирования (описанием их характеристик).

Семейство ГИС-приложений включает целый комплекс зарубежных и отечественных программ, решающих задачи различной сложности и различающихся по своим функциональным возможностям.

В зависимости от выполняемых функций эти программы делятся на следующие основные категории.

инструментальные (универсальные и специализированные);

вьюеры;

векторизаторы;

средства пространственного моделирования;

средства обработки данных дистанционного зондирования;

справочно-картографические системы.

Универсальные (или полнофункциональные) инструментальные

ГИС-приложения обеспечивают создание и управление базой данных, поддержку картографических проекций, ввод карт и их редактирование, геометрические измерения на карте, решение прикладных задач, пространственный анализ, создание элементов оформления карты, подготовку и вывод твердых копий и др. Наиболее известными представителями этого класса являются: ARC/INFO, ArcView GIS

компании ESRI (США), Intergraph (США), AutoCAD Map компании Autodesk (США), MapInfo (США), MapGrafix фирмы ComGrafix (США),

WINGIS, GeoDraw, Карта 2000 (Россия), CREDO (Беларусь) и др.

Специализированные инструментальные ГИС ориентированы на создание только одной группы карт. Например, ГИС «Панорама»

177

(Россия) специализируется на работе с топографическими картами среднего масштаба.

Программы-вьюеры предназначены для просмотра введенной ранее и структурированной (сгруппированной по однородным элементам) информации и выполнения запросов к базам данных, в том числе и графическим, подготовленным в среде инструментальных ГИС. Эти программы позволяют вычертить карту, но имеют ограниченные возможности редактирования данных. Как правило, все разработчики полнофункциональных ГИС предлагают и ГИС-вьюеры.

Векторизаторы предназначены для реализации ввода картографических данных, обработки сканированных растровых картографических изображений, т. е. перевода их в векторный формат.

Примерами могут служить Easy Trace PRO, MapEdit, SpotLight, AutoVEC, являющиеся российскими программными продуктами.

Специализированные средства пространственного моделирования

предназначены для решения задач моделирования пространственнораспределенных данных: обработки результатов полевых измерений, построения трехмерной модели рельефа, построения моделей речной сети и определения участков затопления, расчета переноса загрязнения и др. Представителями этого семейства программ являются продукты американских фирм Eagle Point и SOFTDESK.

К средствам обработки и дешифрирования данных дистанционного зондирования относятся программы, обеспечивающие обработку цифровых изображений земной поверхности, полученных методами аэро- и космической съемок. Самые известные представители: ERDAS Imagine, ER Mapper, серия продуктов Intergraph, TNT Mips.

Справочно-картографические системы предназначены для обеспечения пользователей информацией на основании запросов и отображения. Как правило, пользователь лишен возможности редактирования данных. К этому классу ГИС-пакетов можно отнести электронные карты и атласы городов.

Многие программные пакеты по характеру выполняемых ими работ можно отнести к нескольким классам, другие предназначены для решения узкоспециальных задач (изысканий, экологии и др.).

Некоторые программы, входя в состав автоматизированных систем, выполняют вполне определенные функции. Например, электронная издательская система для картографии Mercator компании BARCO Graphics (Германия) предназначена для издания карт на основе цифровой информации. Программный продукт канадской фирмы AVENZA Systems

178

Inc. MAPublisher позволяет на базе цифровой ГИС-информации различных форматов выполнять дизайн карт и обеспечить печать высококачественных копий.

11.2.6. Основные этапы компьютерного создания карт

Основу автоматизированного производства картографической продукции, а также геоинформационных систем составляют автоматизированные картографические системы (АКС), представляющие комплекс технических, программных и информационных средств, предназначенный для создания, обновления и использования карт. Действующие и разрабатываемые АКС различаются по своей структуре, свойствам, целевому назначению, мощности, ведомственной принадлежности, но все они имеют в своем составе ряд подсистем, важнейшими из которых являются подсистемы ввода, обработки и вывода информации.

Информационным ядром АКС является банк цифровых картографических данных, состоящий из упорядоченных тематических массивов цифровой информации (баз данных) и средств их формирования, управления, доступа к ним, т. е. систем управления базами данных (СУБД).

В соответствии со своим назначением АКС решают три основные задачи, являющиеся последовательными этапами компьютерного создания карты: ввод информации, обработка и вывод изображения

(рис. 11).

Как и в традиционной картографии, процесс создания карты начинается с редакционно-подготовительного этапа, который включает сбор картографических, съемочно-геодезических, литературных, статистических и других материалов, разработку редакционных указаний. Для компьютерных технологий характерно добавление новых специфических процессов: подготовка материалов для сканирования или цифрования; разработка макетов для составления на компьютере; изготовление или доработка имеющейся цифровой карты; составление, оформление и подготовка к изданию оригинала карты на экране компьютера; вывод цветоделенных позитивов.

179

Р Е Д А К Ц И О Н Н О - П ОД Г О Т О В И Т Е Л Ь Н Ы Й Э ТА П

ВВ О Д И Н Ф О Р М А Ц И И

О Б Р А Б О Т К А И З О Б Р А Ж Е Н И Я С О С ТА В Л Е Н И Е П О С Л ОЯ М

КО Р Р Е К Т У Р А

ВЫ В О Д И З О Б Р А Ж Е Н И Я

ПРИНТЕРНАЯ ПЕЧАТЬ

Ц В Е Т О Д Е Л Е Н И Е

ПОЗИТИВЫ ПО КРАСКАМ

Рис. 11. Схема основных этапов компьютерного создания карты

180

Ввод картографической информации в ЭВМ предполагает перевод графического (аналогового) изображения в цифровой вид. Он представляет аналого-цифровое преобразование графических материалов – карт, планов, фотокарт и др. В соответствии с особенностями считывания данных различают несколько способов цифрования (дигитализации): ручной ввод точечных объектов; полуавтоматический – линейных объектов и автоматическое сканирование.

Ручное и полуавтоматическое цифрование осуществляется с использованием дигитайзеров путем обвода изображения на исходном картографическом материале. Результатом цифрования является векторная модель, в которой линейные и площадные объекты отображаются контурными линиями, а локализованные по пунктам объекты – отдельными точками. Такое изображение требует последующего графического перевода в соответствующие условные обозначения.

Цифрование сканированием обеспечивает автоматическое считывание картографического материала путем последовательного построчного перемещения считывающего устройства относительно снимаемого материала.

Врезультате сканирования создается растровое изображение, которое нуждается в дальнейшей векторизации, т. е. переводе растровой формы в векторную, поскольку растровое изображение обладает низким графическим качеством и не удовлетворяет необходимым требованиям полиграфического воспроизведения. Тем не менее автоматический способ ввода картографического изображения предпочтительнее ввиду высокой скорости считывания данных.

Внастоящее время имеют право на существование оба подхода к цифрованию карт: с применением дигитайзеров и векторизация по растровой подложке.

Оцифровку малонасыщенных карт или выборочный ввод информации предпочтительнее выполнять с использованием дигитайзеров. Автоматическая векторизация более выгодна при работе с чертежами, планами, картами с большой графической нагрузкой.

Процесс компьютерной обработки картографического изображения осуществляется средствами настольных издательских систем, включающих комплекс аппаратных и программных средств на базе персональных компьютеров.

На этом этапе производится составление, оформление и подготовка карты к изданию. При этом используется два варианта технологии.

181

Первый вариант предусматривает векторизацию растровой основы, полученной сканированием исходного картографического материала на этапе ввода информации, в одной из программ графического дизайна

(например, Adobe Illustrator, Macromedia FreeHand, CorelDraw) в

интерактивном (диалоговом) режиме, когда оператор дает команды, а соответствующая программа выполняет их в режиме реального времени. Для этого после сканирования и предварительной обработки в программе Adobe Photoshop (масштабирование, поворот, обработка фильтрами и др.) растровое изображение «перебрасывается» в один из векторных редакторов, где производится построение картографического изображения по элементам содержания.

Формирование изображения в векторном формате осуществляется путем ручной обводки (обрисовки) растровой подложки (линейных и площадных объектов) или построения внемасштабных условных знаков точечных объектов с помощью инструментария программы.

Составление производится в цветах издания по слоям, на каждом из которых располагается один элемент содержания карты (гидрография, пути сообщения, населенные пункты и др.) или его часть. Количество слоев в каждом конкретном случае определяется сложностью картографического изображения. При необходимости некоторые элементы содержания одной группы могут быть размещены на нескольких слоях. Например, при построении гидрографии на один слой могут быть помещены реки, а на другой – озера. Такое распределение картографического изображения по слоям позволяет производить его редактирование на любой стадии компьютерного составления карты, изменять порядок наложения слоев друг на друга, отключать слои и т. д. Одновременно производятся редактирование, генерализация и корректура изображения. На рис. 13 приведен фрагмент основы учебной карты Гродненской области, построенный по слоям путем обводки растрового изображения в программе CorelDraw.

182