Журнал "Компьютерра" N749

Автор: Юрий Романов

Растолковать понятия и термины, привычные профессионалу, но известные не всякому читателю, а также рассказать о профессиональной "кухне" я попросил Елену Павловну Мозель — картографа со стажем, специалиста в области применения геоинформационных систем в экологии и охране природы.

Когда мы говорим о ГИС, речь идет, по существу, о компьютеризированных картах?

— Это слишком узкий взгляд. Развитая ГИС обычно включает в себя комплекс средств ввода и обработки исходных данных — спутниковых снимков, радиолокационных карт или другой информации дистанционного зондирования Земли. Снимки проходят несколько этапов цифровой обработки изображения, фильтрации, выделения тех или иных спектральных или пространственных зон или, наоборот, совмещения нескольких изображений. Например, для получения данных о рельефе выполняется большой объем тригонометрических вычислений при совместном анализе стереопар снимков с коррекцией по данным измерения высот радиотехническими средствами и лазерными высотомерами.

Компьютеризированные карты, как вы их назвали, — это уже готовый продукт ГИС. И, кстати, не единственный. Существуют так называемые пространственно-временные ГИС, которые позволяют осуществлять анализ процессов, тенденций и формировать прогнозы и оценки. Метеорологические ГИС как раз относятся к этой категории.

ГИС, используемые в экологии и спроектированные для мониторинга технологических выбросов и распространения опасных загрязнений, — тоже.

И все-таки, что же такое цифровая карта местности?

— Давайте называть вещи своими именами. "Цифровая карта" — лишь средство хранения и вывода результатов работы ГИС. Гораздо более емкое понятие — "цифровая модель рельефа и характеристик местности". Здесь ключевое слово — "модель". Это уже не статическая картинка на планшете, а комплекс алгоритмов, позволяющих получать функциональные отклики модели — например, исследовать освещенность фасадов зданий в разное время суток для всех времен года; или получать карты распределения ветров вдоль поверхности земли в зависимости от метеофакторов. В общем, модель — это не просто карта.

Исходная геоинформация для модели — трехмерные таблицы высот (или глубин, если речь идет об акватории), которые задаются в узлах пространственной сетки. Иногда эта информация задается совокупностью горизонталей, представленных в аналитической или матричной форме. В ГИС чаще всего рельеф поверхности аппроксимируется поверхностью, составленной из регулярных прямоугольных или нерегулярных треугольных ячеек, узлам которых поставлены в соответствие отметки высот.

Но ведь эти высоты кто-то должен мерить?

— Конечно. Их меряют разными способами.Начиная с нивелирования в "ручной" геодезии. А вообще-то, проводят специальную альтиметрическую аэросъемку, используют данные спутниковой радиолокации и даже лазерные спутниковые дальномеры.Рельеф дна акваторий строят на основе данных гидролокации… Для ГИС — это все исходная информация, сырье для дальнейшей математической обработки.

Расскажите, пожалуйста, о дальнейшей обработке…

— По существу, это уже создание модели. Вначале исходные снимки проходят цикл цифровой обработки, в результате которой корректируются искажения, вызванные угловым положением объектива относительно объекта съемки, вносятся коррекции масштаба с учетом истинной высоты. Для стереопар проводится большой объем вычислений, позволяющих построить сетку высот и воссоздать рельеф.

После предварительной обработки снимков и привязки к геодезической сетке высот начинается построение собственно цифровой модели местности. На этой стадии строятся трехмерные визуализации;вычисляются профили местности, позволяющие получать поперечные сечения, строить линии водоразделов; находятся местные, локальные вершины и впадины;выделяются какие-то особые образования рельефа. Полученная в результате этих процедур модель позволяет в дальнейшем вычислять вторичные геопространственные параметры — интерполяцию высот, освещенностей и ряд других.

И что со всем этим происходит дальше?

— Сформированные модели хранятся и при необходимости могут корректироваться в соответствии с данными позднейших измерений. Многие ГИС способны обмениваться моделями, для чего существуют процедуры автоматического преобразования форматов данных и их экспорта/импорта.

В обычной работе ГИС осуществляют функции перестройки картографических проекций, переходы между большим количеством используемых в геодезии и картографии систем координат. ГИС умеют вычислять расстояния между объектами на карте, определять площади на местности, вычислять точные координаты указываемых оператором объектов. Они способны выполнять логические и вычислительные операции над слоями и объектами карты, а также пространственный анализ взаимного расположения и связей объектов.

По окончании работы система генерирует картографическое плоское изображение в формате, пригодном для использования конечным потребителем, — в электронном виде для картплоттеров или в формате, принятом для полиграфического воспроизведения. При этом формируются таблицы и тексты, содержащие информацию, которая относится к содержимому карты либо сгенерирована по текущему запросу пользователя-оператора.

В состав ГИС всегда включаются средства разработки и программный инструментарий, позволяющий наращивать возможности системы и дополнять ее специфическими функциями, необходимыми пользователю. Такие ГИС больше похожи на оболочки, конкретную функциональность которым должны придавать конечные потребители подобных продуктов.

Давайте вернемся к вопросу о получении исходных геопространственных данных.Предположим, для моей ГИС понадобилась какая-то информация …

— Если информация может быть получена со спутника — это одно дело. И совсем другое, если для ее получения вам нужна специальная аэрофотосъемка — проблем будет больше, как технических, так и чисто организационных. В принципе, можно думать и об экспедиции геодезистов… Шутка.