Содержание к диссертации
Введение
1 Применение систем цифровой фотограмметрии для решения картосоставительских задач 10
1.1 История развития цифровых фотограмметрических станций 10
1.2 Общая схема построения технологии на основе использования цифровых фотограмметрических станций 12
1.3 Схемы построения цифровых фотограмметрических станций и взаимодействие графического редактора с другими компонентами цифрового фотограмметрического комплекса 15
1.4 Системный подход к проектированию топологического редактора для цифрового фотограмметрического комплекса 17
1.5 Общие требования к топологическому редактору для цифровой фотограмметрической станции 18
1.6 Подсистема работы с метрической информацией и топологические модели данных 22
1.7 Организация данных в подсистеме для работы с атрибутивной информацией 31
1.8 Подсистема работы с классификаторами для цифровой фотограмметрической станции 43
1.9 Подсистема формирования картографического изображения 46
1.10 Подсистема контроля качества цифровых карт и планов 49
2 Проектирование редактора для цифровой фотограмметрической станции 60
2.1 Определение концепции построения топологического редактора для цифровой фотограмметрической станции 60
2.1.1 Концепция работы с картографической информацией 60
2.1.2 Концепция реализации модульности 64
2.2 Построение структурной схемы топологического редактора 70
2.2.7 Обобщённая структурная схема топологического редактора 70
2.2.2 Структурная схема банка данных. 71
2.2.3 Структура блока обработки 74
2.2.4 Схема интерактивного взаимодействия 76
2.2.5 Схема загрузки модулей 77
2.3 Алгоритмизация методов и решений задач, стоящих перед системой.выбор моделей данных, математических и технологических решений .78
2.3.1 Логическая модель взаимодействия модулей в графическом редакторе 78
2.3.2 Логическая модель банка данных 82
2.4 Подсистема работы с метрической информацией 84
2.4.1 Внутренняя структура подсистемы анализа пространственных данных 84
2.4.2 Основные алгоритмы для обработки пространственных данных 89
2.4.3 Дополнение модели данных для поддержки объектов в цепочно-узловой структуре 92
2.4.4 Многопользовательская работа с пространственной информацией.. 94
2.5 Подсистема работы с атрибутивной информацией 100
2.6 Подсистема работы с классификаторами. формализованное описание классификатора 101
2.7 Подсистема отображения картографической информации в условных знаках 105
2.8 Структура подсистемы контроля качества 111
2.9 Подсистема формирования стереоизображения 115
2.9.1 Геометрическая модель формирования стереоизображения 115
2.9.2 Формирование стереомодели по паре снимков в базисной системе координат 119
2.9.3 Формирование стереомодели по паре снимков в линейно-угловой системе координат 122
3 Реализация топологического редактора для цифровой фотограмметрической станции и проверка его возможностей 124
3.1 Описание программ, входящих в программный комплекс топологического редактора 124
3.2 План тестирования элементов топологического редактора 127
3.3 Настройка топологического редактора 128
3.4 Импорт картографической информации 131
3.5 Настройка подсистемы классификации 134
3.6 Визуализация цифровой карты 139
3.7 Многопользовательская работа с базой картографической информации и откат/возврат произведённых пользователем изменений 141
3.8 Работа с цифровыми изображениями и формирование стереоизображения 144
Заключение 147
Список использованных источников 149
Приложения 163
- Общая схема построения технологии на основе использования цифровых фотограмметрических станций
- Построение структурной схемы топологического редактора
- Подсистема работы с атрибутивной информацией
- План тестирования элементов топологического редактора
Введение к работе
Для создания цифровых карт используется большое количество разнообразных систем и программных модулей, начиная от цифровых фотограмметрических станций, векторизаторов, систем редактирования графической информации до геоинформационных систем с картографическими функциями. Все они построены для решения специфических задач и, как правило, решают их хорошо. Для цифровых фотограмметрических станций такими задачами являются построение фотограмметрических моделей и их измерение, для геоинформационных систем характерно оптимальное управление геоданными и их визуализация, для векторизаторов - автоматическое и полуавтоматическое распознавание контуров на цифровых изображениях и их описание векторными примитивами. Реализации функций, которые являются «побочными» или редко используемыми, уделяется гораздо меньше внимания.
Всё это приводит к тому, что для создания конечной продукции приходится использовать несколько специализированных графических пакетов, передавая данные из одной системы в другую по эстафете. Частичная несовместимость систем между собой приводит к искажениям передаваемых данных. Обычно такая цепочка бывает однонаправленной, так что зачастую возвращение на предыдущий этап обработки означает потерю всей информации, сформированной на последующих этапах. В результате фотограмметрические методы сбора картографической информации оказываются оторванными от цифровой карты как конечного продукта цифровой фотограмметрической станции. Особенно негативно такая технологическая цепочка проявляет себя при обновлении цифровых карт. Например, при обновлении контурной части цифровой карты может быть частично утрачена её семантическая составляющая.
Поэтому разработка программного комплекса, способного выполнять все функции по созданию цифровых карт фотограмметрическими методами на достаточном уровне, и при этом быть настолько гибким, чтобы работать с любыми
цифровыми картами, выполняя при необходимости роль интегратора технологической цепочки, является задачей новой и актуальной.
Целью данной работы является разработка концепции топологического редактора для цифровой фотограмметрической станции, способного работать как с объектными, так и с топологическими моделями данных и предназначенного для создания и обновления цифровых карт всего номенклатурного ряда, а также разработка алгоритмов и методов интерактивного редактирования пространственных данных.
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
выполнить анализ возможностей фотограмметрического программного обеспечения для составления и обновления цифровых карт и планов;
описать требования, предъявляемые к графическому редактору для цифровой фотограмметрической станции;
разработать архитектуру топологического редактора, определить перечень подсистем, разграничить их функции и определить принцип взаимодействия;
разработать подсистемы для работы с пространственной и атрибутивной информацией, с классификаторами и условными знаками, подсистему контроля качества на основе существующих или новых алгоритмов и моделей данных;
проверить эффективность найденных решений путём реализации в топологическом редакторе и выполнить их тестирование для определения полноты и возможных недостатков на учебных и производственных материалах.
Таким образом, объектом данного исследования является цифровая фотограмметрическая станция, а предметом — графический редактор в её составе.
Методы исследования. При выполнении диссертационной работы использовались методы цифровой фотограмметрии, машинной графики, вычислительной геометрии, теории графов, проектирования и разработки программного обеспечения.
Научная новизна работы заключается:
в разработке концепции построения графического редактора для цифровой фотограмметрической станции;
в разработке гибкой и простой архитектуры взаимодействия программных модулей топологического редактора;
в разработке структур данных и алгоритмов работы для организации многопользовательского доступа к картографической информации в распределённых цифровых фотограмметрических системах;
в разработке настраиваемого классификатора для цифровой фотограмметрической станции, который позволяет работать с различными форматами цифровых топографических карт;
в разработке модели пространственных данных, объединяющей достоинства цепочно-узловой и объектной моделей;
в разработке методики формирования и описания условных знаков на основе рекурсивных комбинаций различных вариантов разметки и примитивов.
Все результаты получены соискателем лично.
Теоретическое значение диссертации заключается в выработке нового подхода к обработке картографической информации, получаемой цифровой фотограмметрической станцией, в разработке новых моделей данных, в предложенных алгоритмах обработки метрической и семантической информации, а также в последовательном изложении всех этапов разработки информационной системы.
Практическая значимость. Предложенные алгоритмы реализованы в разработанном автором топологическом редакторе для цифровой фотограмметрической станции, в котором были учтены основные недостатки существующих на рынке цифровых фотограмметрических систем. Алгоритмы также могут быть использованы при разработке систем цифрового картографирования.
Апробация результатов. Результаты исследований обсуждались на следующих научных конференциях.
Современные проблемы геодезии и оптики. Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 65-летию СГТА-НИИГАиК (Новосибирск, СГГА, 23-27 ноября 1998 г.).
Новосибирская межвузовская научная студенческая конференция «Интеллектуальный потенциал Сибири», (Новосибирск, 26-27 апреля 2000 г.).
Современные проблемы геодезии и оптики. L научно-техн. конф., (Новосибирск, СГГА, 24-28 апреля 2000 г.).
Современные проблемы геодезии и оптики. LI научно-техн. конф. (Новосибирск, СГГА, 16-19 апреля 2001 г.).
Дистанционное зондирование и геоинформатика - технологии и наука XXI века. 6-я Международная научная конференция «Методы дистанционного зондирования и ГИС-технологии для оценки состояния окружающей среды, инвентаризации земель и объектов недвижимости. Регистрация прав недвижимости имущества и сделок по нему» (Испания, 11-18 мая 2002 г.).
Современные проблемы геодезии и оптики. LIII международная на-уч.-техническая конф., посвященной 70-летию СГГА. (Новосибирск, СГГА, 11-21 марта 2003 г.).
Фотограмметрические технологии в XXI веке. Науч.- техническая конф., посвященная 60-летию кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования. (Новосибирск, СГГА, 9-11 декабря 2003 г.).
Методы дистанционного зондирования и ГИС-технологии для оценки состояния окружающей среды, инвентаризации земель и объектов недвижимости. VIII международная науч.-практическая конф. (Франция, Ницца, 12- 19 марта 2004 г.).
Современные проблемы геодезии и оптики. LIV научно-техническая конференция, посвященная 225-летию геодезического образования в России. (Новосибирск, СГГА, 19-23 апреля 2004 г.).
Международный научный конгресс Гео-Сибирь-2005. (Новосибирск, 25-29 апреля 2005 г.).
Топологический редактор был внедрён в учебный процесс кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования СГТА. Кроме того, топологический редактор использовался в хоздоговорных работах центра Сибгеоинформ:
шифр 99.30 «Создание и передача базы данных цифровой картографической информации на территорию г. Томска в масштабе 1:25000» по заказу ГУП ТЦ «Томскгеомониторинг»;
шифр 20.22 «Создание и передача базы данных цифровой картографической информации на территорию г. Томска в масштабе 1:25000» по заказу ГУП ТЦ «Томскгеомониторинг».
Основное содержание диссертации опубликовано в 17 печатных работах, из них 11 статей и 6 тезисов докладов.
Структура и объём диссертации. Работа состоит из введения, трёх разделов, заключения, библиографии, состоящей из 114 источников и двух приложений. Общий объём составляет 200 страниц печатного текста и 54 рисунка.
Общая схема построения технологии на основе использования цифровых фотограмметрических станций
Все технологии, основанные на использовании ЦФС, обладают некоторыми общими чертами. Это определяется как общностью решаемых задач, так и способом их решения.
Выходной продукцией фотограмметрии традиционно являются как трансформированные определённым образом изображения (трансформированные снимки, ортофотоснимки, ортофотокарты), так и разнообразные векторные модели (цифровые карты и планы, трёхмерные модели объектов, цифровые модели рельефа). Вся продукция может иметь как самостоятельное значение, так и быть промежуточным этапом более сложного технологического процесса.
К исходным данным, кроме фотографических изображений, в настоящее время относят и разнообразные сканерные изображения, полученные как пассивными (многозональные сканеры), так и активными системами (радиолокационные системы, системы лазерного сканирования). При решении задач об новления характерно использование в качестве исходных данных ранее созданной продукции.
Методы решения основаны на геометрических условиях пересечения соответствующих проектирующих лучей.
Первая группа отвечает за подготовку исходных данных для последующей обработки. Сюда относят получение цифровых изображений путём сканирования, процедуры импорта цифровых изображений, цифровых карт и планов, схем, сопутствующей информации из форматов получения и хранения в форма ты обработки, яркостные преобразования снимков, разнообразные методы коррекции, позволяющие исключить систематические ошибки из исходных данных и тем самым упростить и повысить точность дальнейшей обработки.
Вторая группа технологических операций отвечает за решение обратных задач, связанных с восстановлением связок проектирующих лучей (внутреннее ориентирование), определением их положения, ориентацией в пространстве (взаимное ориентирование, внешнее ориентирование, фототриангуляция). На сегодняшний день благодаря возможностям аналитической обработки измерений границы между отдельными операциями являются в значительной степени условными.
Третья группа операций связана с получением выходной (конечной) продукции ЦФС в некотором «технологическом» виде. Сюда обычно входят модули для формирования цифровой модели рельефа, ортотрансформирования и монтажа ортофотопланов, сбора информации об объектах местности в моно и стерео режимах. Операции могут выполняться в ручном, автоматическом или полуавтоматическом режимах.
Четвёртая группа технологических операций предназначена для проверки продукции по критериям точности, полноты, соответствия правилам цифрового описания, семантической и топологической корректности (система контроля качества).
И последняя группа операций связана с оформлением конечной продукции, формированием необходимых отчётов и сопроводительных документов, а также экспортом продукции из внутренних форматов обработки в форматы хранения и обмена данными для передачи заказчику.
Кроме того, существует группа операций, позволяющая управлять технологическим процессом. Эти операции выполняют настройку технологического процесса, начиная от типа исходных данных и заканчивая видом конечной продукции, обеспечивают контроль выполнения отдельных технологических операций.
В современных цифровых фотограмметрических комплексах в той или иной степени реализованы все из перечисленных групп технологических операций. В технологических процессах могут использоваться специализированные компоненты для решения фотограмметрических задач, специализированные компоненты из смежных областей (ГИС), а также офисные и графические пакеты общего назначения. Использование программного обеспечения (ПО) от разных производителей для построения ЦФС снижает степень интеграции и удобство использования по сравнению с гомогенными средами, однако такой подход способен снизить затраты на разработку специализированного ПО и расширить функциональность системы.
Если оценивать трудоёмкость выполнения отдельных процессов, то по данным, приведённым в описании фотограмметрической системы «Талка» [84], самым трудоёмким процессом является создание и оформление цифровых топографических карт и планов. Его трудоёмкость в восемь раз больше трудоёмкости создания ЦМР и ортофотоплана на ту же территорию. Фототриангуляция имеет трудоёмкость, сравнимую с созданием ортофотоплана. При этом надо учесть, что ЦМР и горизонтали в ЦФС «Талка» строятся в автоматическом режиме.
Таким образом, наиболее трудоёмкой операцией является сбор картографических данных об объектах местности, их проверка и оформление. От того, как реализованы эти процессы, зависит производительность системы в целом.
Существует два принципиальных подхода к построению ЦФС. Первый заключается в делении ЦФС на отдельные независимые функциональные элементы (модули), а второй — в интеграции всех функций в единой графической среде. Уровень интеграции может достигать такого уровня, что за всё времявыполнения фотограмметрического проекта не придётся передавать данные из одной программы в другую.
Нельзя однозначно сказать какой из подходов лучше, у каждого варианта есть как достоинства, так и недостатки. При развитой модульности подбором компонентов можно улучшить отдельные характеристики системы и даже расширить её функциональность. Единая же графическая среда является более удобной и гарантирует отсутствие проблем при передаче информации от одного модуля к другому.
Рассмотрим схему взаимодействия графического редактора с другими компонентами при модульном построении ЦФС (рисунок 2).
Построение структурной схемы топологического редактора
Очевидно, что одним из модулей топологического редактора является банк данных, осуществляющий функции хранения и управления данными. Производить деление банка данных по типу хранимой информации нет необходимости, так как тип хранимой информации у каждого из объектов хранения целиком определяется перечнем поддерживаемых интерфейсов.
Вторым большим модулем является набор процедур, реализующих некоторые операции над данными из банка данных. Они могут выполнять отдельные операции редактирования картографических объектов, управлять их преобразованием.
Естественно, далеко не все операции могут быть проведены в автоматическом режиме, без участия человека-оператора. При взаимодействии с оператором воздействие на банк данных приобретает интерактивный характер. Для принятия решения оператору должна быть предоставлена вся необходимая информация (например, фрагмент цифрового снимка с наложенной цифровой моделью местности) и возможность сообщить о принятом решении (через клавиатуру, мышь или фотограмметрические штурвалы).
Таким образом, топологический редактор должен обеспечивать доступ к данным (добавление, изменение, удаление и хранение информации), необходимый функционал для обработки данных и интерактивную среду, в которой ход этой обработки будет управляться оператором. Другими словами, налицо изменение информационного содержания путём функционального воздействия под управлением интерактивной среды. Схема такого взаимодействия представлена на рисунке 12.
Структуру банка данных можно представить исходя из предъявляемых к нему требований. Обобщая сказанное в разделе 1.5 применимо к банку данных, получим следующий перечень необходимых функций: — организация доступа к разнородным моделям данным (растровым, векторным); — возможность расширения перечня поддерживаемых форматов и моделей данных; — объединение источников данных в группы (группы слоев); традиционно порядок следования наборов данных в группе определяет последовательность их вывода на экран; — регистрация источника данных в нескольких группах одновременно (например, редактируемой векторной информации в левом-правом каналах при формировании стереоизображения); - динамическая коррекция данных (например, систем координат метрической информации, яркости элементов цифровых изображений, систем классификации атрибутивных данных); - предоставление (и получение) доступа к организованным группам данных через сеть. В соответствии с принципами построения модульной системы, доступ к данным осуществляется с помощью специализированных объектов. Каждый такой объект обладает тем или иным механизмом доступа к данным в зависимости от используемой модели данных. Для более простого управления источниками данных, каждый объект должен содержать некоторый стандартный набор процедур, или, в терминах интерфейсно-ориентированного программирования, интерфейсов: - настройку параметров подключения (задающих физическое или логическое местоположение данных, режим доступа); - активацию/деактивацию соединения; - получение интерфейсов доступа к данным. Объединение объектов в группы можно реализовать как на уровне банка данных, так и на уровне объектов, с помощью соответствующего интерфейса. Реализация объединения в группы на уровне объектов имеет некоторые преимущества. Например, такой подход упрощает логическую структуру банка данных (она становится линейной), позволяет предоставлять сетевой доступ к группе объектов путём предоставления доступа к корневому объекту, а не каждому объекту в отдельности.
Регистрацию объекта в разных группах можно осуществить, если предусмотреть в перечне стандартных способов подключения (к файлу или группе файлов, удалённое подключение) также локальное подключение в пределах банка данных к уже открытому источнику данных.
При использовании интерфейсно-ориентированного программирования динамическая коррекция данных может заключаться в подмене интерфейса другим объектом, который и выполняет некоторые изменения в передаваемыхданных «на лету». Для реализации такой подмены необходима возможность создания «составного» объекта, внешне выглядящий как обычный модуль доступа к данным, а внутри себя агрегирующий интерфейсы входящих в него объектов. Реализация такой функциональности возможна с использованием интерфейса объединения объектов в группы, однако, для исключения путаницы, лучше иметь аналогичный интерфейс, но с другим идентификатором.
Доступ к данным через сеть может быть организован разными способами. Одним из вариантов является использование технологии DCOM (Distributed СОМ). Это расширение технологии СОМ для распределённых систем (построенных на основе группы компьютеров, объединённых в сеть). Достоинством данного подхода является встроенная поддержка со стороны семейства операционных систем Windows. Модуль, реализованный в соответствии со спецификацией DCOM, автоматически приобретает способность передавать данные через сеть. Недостатком данной технологии является наличие потенциальных «дыр» в защите операционной системы и сложность контроля прав доступа к данным. Поэтому для реализации сетевого взаимодействия выбрана традиционная схема клиент-сервер. В качестве сервера выступает объект, формирующий канал связи между компьютерами по протоколу ТСРЯР (весь Интернет основан на этом протоколе), контролирующий права доступа подключаемого пользователя и управляющий передачей данных через стандартные интерфейсы объектов (не DCOM) базы данных.
Объект, исполняющий роль клиента, перехватывает вызовы базы данных и пересылает их на сервер. Сервер выполняет вызов и возвращает запрошенные данные. Для защиты данных вводится процедура авторизации.
Наличие специализированных интерфейсов в модулях доступа к данным не означает, что для каждой новой добавляемой модели пространственных данных будет разрабатываться свой набор интерфейсов, не совместимый с реализованными
Подсистема работы с атрибутивной информацией
Атрибутивная и метрическая составляющая цифровой карты могут быть независимыми только на уровне подсистем графического редактора. На уровне пользователя они составляют единое и неразрывное целое. Поэтому возможности подсистем по работе с метрической и атрибутивной информацией должны быть согласованы. Это относится к реализации технологий клиент-сервер, поддержки транзакции и отката/возврата изменений. Отсутствие в одной подсистеме какой-либо из этих технологий делает невозможной её использование в другой.
На сегодняшний день существует несколько бесплатных СУБД (некоторые версии СУБД Interbase и её клоны), способных работать в режиме клиент-сервер и поддерживающих параллельные транзакции. Однако ни одна из бесплатных и платных СУБД не поддерживают полноценного отката/возврата изменений, или, по терминологии СУБД, вложенных транзакций. Некоторая поддержка есть только в последних версиях Microsoft SQL Server, да и то число вложенных транзакций ограничено пятью.
Поэтому было принято решение о реализации подсистемы работы с атрибутивной информацией на базе тех же решений, что были использованы для разработки метрической подсистемы.
Атрибутивные данные в этой подсистеме находятся в упакованном бинарном виде, что позволяет хранить в базе произвольную информацию, не привязанную к какому-либо классификатору. Доступ к данным осуществляться посредством модуля декодировщика, который преобразовывает данные, в соот ветствии с вложенным в него классификатором, в удобный для пользователя вид, а также управляет процедурами индексации и выборки информации по запросам. Связь с метрической информацией осуществляется по методу прямой привязки с помощью уникального идентификатора.
Конечно, такой вариант реализации атрибутивной подсистемы имеет меньшие возможности по отбору объектов на основании запросов, но зато позволяет реализовать полноценный откат/возврат изменений, что для таких систем с активным редактированием информации, как цифровая фотограмметрическая станция, является более важным.
Другой важной особенностью разрабатываемой подсистемы является поддержка нескольких источников информации об объектах. Например, одна часть подсистемы может содержать семантическую информацию о характеристиках объектов, а другая отвечать за параметры отображения объектов на экране (аналогично ГИС Maplnfo).
Для того чтобы подсистема работы с классификаторами была гибкой, необходимо разработать способ формализованного описания классификатора. Предложенный в работе вариант формализованного описания классификатора представлен в виде графа. Узлами графа являются группы характеристик, объединённых по какому-либо признаку. Это могут быть различные классификационные группы, перечень типов объектов или структурированные характеристики объектов. Узлы графа соединены между собой рёбрами - связями характеристик из разных групп. Рёбра имеют направление, так как отношения между характеристиками носят характер «главный — подчинённый». При типе отношений «один-ко-многим» каждая характеристика «главной» группы может быть соединена с любым количеством характеристик из «подчинённой» группы. Если имеет место тип отношений «один-к-одному», то и количество свя занных характеристик из «подчинённой» группы не может быть больше одной. Фактически, связи задают допустимый перечень характеристик «подчинённого» узла при активации соответствующей характеристики «главного». Кроме того, связи могут быть обязательными, если требуется наличие всех характеристик из «подчинённой» группы при активации характеристики в «главной», и необязательными.
Наиболее простой вид модель имеет при реализации табличного классификатора. Фактически тип объекта определяется его принадлежностью к определённому слою, поэтому каждый слой просто содержит перечень допустимых характеристик. Такая модель представлена на рисунке 23.
При графическом отображении моделей классификаторов окружностью обозначены узлы графа (группы характеристик), а линиями — рёбра (связи между группами). Стрелкой на конце линии указано направление отношений «главный - подчинённый», тонкие и толстые линии обозначают отношения «один-к-одному» и «один-ко-многим» соответственно. Пунктирная линия свидетельствует о необязательности наличия у объекта всех допустимых характеристик. Если линия сплошная, то наличие всех характеристик обязательно.
Иерархический классификатор имеет несколько более сложный вид из-за наличия классификационных группировок. В наиболее простом случае, при наличии только отношений «тип объекта — характеристики», модель иерархического классификатора приобретает вид, показанный на рисунке 24.
При наличии одинакового для всех объектов числа уровней иерархии (вложенных классификационных группировок), модель классификатора преобразуется к виду, показанному на рисунке 25.
Если различные типы объектов имеют разное количество уровней классификации или входят в пересекающиеся классификационные группировки, то модель классификатора можно представить схемой, изображённой на рисунке 26. Особенностью данной схемы является направление отношений «главный — подчинённый» не от классификационных групп к типу объекта, а в обратном направлении. Поэтому такая схема получила название «схема с обратной классификацией». Однозначность отнесения типа объекта к любой из классификационных групп достигается использованием обязательных связей типа «один-к-одному». Перечень допустимых характеристик нижестоящего (условно) классификационного уровня определяется косвенным образом, на основании анализа характеристик вышестоящего классифи
План тестирования элементов топологического редактора
Топологический редактор для ЦФС является многокомпонетной системой, и проверка качества реализации его отдельных компонентов и корректности заложенных в их основу идей достаточно сложна. В первую очередь это относится к архитектуре программного комплекса, его системообразующей составляющей. Описания реализованных интерфейсов и их реализация представляют интерес в основном для программистов при проектировании и разработке новых модулей. Знание возможностей ядра также будут полезны технологам для конфигурации и оптимизации технологического процесса. Так как тестирование графического редактора осуществляется не с точки зрения программиста, а с позиции конечного пользователя, информация об интерфейсах дана в виде справки и приведена в приложениях.
Тестирование базовых возможностей и отдельных компонентов редактора состоит из следующих этапов: — настройка топологического редактора; — импорт метрической и атрибутивной информации; — подключение библиотеки условных знаков; - подключение классификаторов; - проверка функций редактирования картографических объектов; - проверка возможностей модуля хранения данных по откату/возврату изменений; - проверка возможностей по распределённой сетевой обработке данных; - проверка возможностей по работе с цифровыми изображениями; - проверка возможностей стереонаблюдения векторной и растровой информации; - комплексное тестирование редактора на примере сбора информации по стереопаре. Последовательное выполнение этих тестов с раскрытием принципов работы компонентов и их взаимодействия покажет, насколько полно реализованы задачи, поставленные при разработке редактора. Топологический редактор проектировался с учётом высокой гибкости и расширяемости. Это означает изменение функциональных возможностей редактора и их расширение без вмешательства в программный код системы и его перекомпиляции. Такой эффект достигнут применением специального модуля-загрузчика, который определяет перечень загружаемых модулей редактора и, следовательно, его функциональность. Окно настройки загрузчика с перечнем подключённых модулей показано на рисунке 42.
Здесь перечислены модули, образующие ядро системы. Они не выполняют никаких видимых действий, но обеспечивают взаимодействие других, более «активных» модулей между собой.
Три первых модуля из этого перечня являются хранилищами, т.е. содержат дополнительную информацию. Они настраиваются здесь же, в программе настройки загрузчика. Модуль UniLoader.AutoRunRepository предназначен для хранения перечня инструментов для автозапуска, т.е. для немедленного выполнения после загрузки всех перечисленных модулей. В примере на рисунке 45 присутствует только один инструмент, выполнение которого приводит к появлению инструментальной панели, показанной на рисунке 46. Инструментальная панель предназначена для активации инструментов и отображения текущего состояния системы (для отражения состояния используются специальные модификации инструментов). Список доступных инструментов извлекается из хранилища инструментов. Процедура импорта обычно заключается в преобразовании метрических и атрибутивных данных из формата хранения (или обмена) во внутренний формат данных. Одним из достоинств парадигмы объектного (и в особенности интерфейсного) программирования является изоляция уровня представления данных от уровня их обработки. Поэтому процедура импорта метрических и атрибутивных данных выглядит следующим образом: - анализ импортируемых данных; - выбор необходимых компонентов для хранения метрической, атрибутивной информации, метаинформации, проекции, классификаторов, библиотеки условных знаков и их настройка; - последовательное чтение объектов и их занесение в сформированную базу данных. В рамках выполнения диссертационной работы был реализован модуль, выполняющий импорт из четырёх форматов: - обменный формат Maplnfo (mid/mif); - обменный формат AutoCad (dxf); 131 - несжатый формат файлов ЦФС ЦНИИГАиК (dmf); - обменный формат TopoWin «Сибгеоинформ» (txt). Процесс настройки компонента для импорта данных из формата dmf показан на рисунке 47. Аналогично может быть реализован импорт из других обменных и внутренних форматов цифровых карт. Информация о графическом начертании условных знаков относится к информационному обеспечению цифровых карт и не является обязательной при передаче карты из одной системы в другую, поэтому настройка библиотеки ус ловных знаков чаще всего осуществляется в соответствии с заранее приготовленным шаблоном. Однако ряд форматов цифровых карт предусматривает хранение описания условных знаков совместно с метрической и атрибутивной информацией. Такими форматами являются формат ЦФС ЦНИИГАиК (dmf) и, частично, обменный формат Maplnfo (mid/mif). Формат ЦФС ЦНИИГАиК в этом отношении более интересен, так как формируемые им условные знаки в наибольшей степени соответствуют принятым при топографическом картографировании.
Для отображения объектов цифровой карты с помощью условных знаков автором был разработан комплекс программ, состоящий из редактора примити BOB «Primitiv Editor», программы для «сборки» условных знаков из примитивов «Library Editor» и интерфейсного модуля для вызова функций отображения объектов в условных знаках в топологическом редакторе.
Для того чтобы вид условных знаков в топологическом редакторе для ЦФС соответствовал условным знакам, «описанным» внутри файла цифровой карты, в составе программ «Library Editor» и «Primitiv Editor» также был реализован модуль импорта описаний условных знаков из файлов формата dmf. Вид окна редактора условных знаков с импортированными описаниями условных знаков приведён на рисунке 48.
В процессе импорта также осуществляется настройка классификатора. Если формат цифровой карты предусматривает использование фиксированного классификатора, то выбирается одна из ранее подготовленных моделей классификаторов, если классификатор настраиваемый - модель классификатора фор мируется непосредственно в процессе импорта. Подробнее процесс настройки модели классификатора рассмотрен в следующем подразделе.
Контролем корректности выполнения операции импорта может служить результат визуализации картографической информации. Операция импорта картографической информации проверена на учебных и производственных материалах для всех поддерживаемых форматов цифровых карт.
Подсистема классификации топологического редактора основана на модели формализованного описания классификаторов, описанной в подразделе 2.6. Для проверки корректности разработанной модели создана программа «Classifier Config», которая позволяет формировать описание классификаторов, выполнять их настройку и проверять корректность модели путём имитации взаимодействия модели классификатора и атрибутивной базы данных. С её помощью были смоделированы: классификатор ЦТК средних и мелких масштабов для программы TopoWin (центр «Сибгеонформ», г. Новосибирск), классификатор топографической информации крупных масштабов, разработанный Научно-исследовательским институтом прикладной геодезии Главного управления геодезии и картографии при Совете Министров СССР (по изданию 1986 г.), а также классификатор ЦФС ЦНИИГАиК для картографирования в масштабе 1:2000.
Вид главного окна программы с графической схемой классификатора TopoWin представлен на рисунке 49. Особенностью данного классификатора является неявное определение типа объекта. Тип объекта в данном классификаторе задаётся косвенно, по совокупности кода объекта, главного и дополнительного свойств. Поле «код объекта» не оправдывает своего названия и является лишь верхним классификационным уровнем, причём верхним — условно, так как классификационные группы построены не по иерархическому принципу и имеют пересечения. Кроме того, имеется дополнительная классификационная
