Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор и анализ математических методов и алгоритмов описания картографических объектов и обработки пространственно-распределенной информации .'
1.1. Особенности представления картофафических объектов в геоинформационных системах 10
1.2. Обзор математических методов описания картографических объектов 13
1.3. Обзор моделей пространственных данных 22
1.4. Обзор топологических отношений между пространственными объектами 25
1.5. Представление пространственной информации в профаммных средствах 27
Выводы по главе 1 30
Постановка задачи исследования 31
ГЛАВА 2. Математическое описание взаимосвязи пространственных объектов
2.1. Общее математическое описание пространственных объектов 32
2.1.1. Общее описание простых объектов 32
2.1.2. Общее описание сложных объектов 33
2.1.3. Общее описание слоев карты 33
2.2. Описание топологических отношений между объектами 33
2.2.1. Топологические отношения между элементами объекта 34
2.2.2. Топологические отношения между объектами одного слоя 34
2.2.3. Топологические отношения между слоями 35
2.3. Типы топологических и метрических отношений между объектами 36
2.3.1. Топологическое отношение "Соседство" 36
2.3.2. Топологическое отношение "Изолированность" 37
2.3.3. Метрическое отношение "Близость" 37
2.3.4. Топологическое отношение "Вложенность" 38
2.3.5. Топологическое отношение "Пересечение" 38
2.4. Типы геометрических отношений 39
2.4.1. Геометрическое отношение "Параллельность" 39
2.4.2. Геометрическое отношение "Перпендикулярность" 39
2.5. Топологические структуры 39
2.5.1. Описание топологических структур 40
2.5.2. Формальное определение типовых топологических структур 41
2.6. Топологические отношения между базовыми объектами 43
2.6.1. Топологические отношения между точечными объектами 43
2.6.2. Топологические отношения между точечными и линейными объектами 44
2.6.3. Топологические отношения между точечными и полигональными объектами 46
2.6.4. Топологические отношения между линейными объектами 48
2.6.5. Топологические отношения между линейными и полигональными объектами 51
2.6.6. Топологические отношения между полигональными объектами 53
2.7. Модель пространственных данных] 54
Выводы по главе 2 56
ГЛАВА 3. Методы и алгоритмы обработки пространственной информации
3.1. Метод представления пространственных объектов на основе топологических отношений 58
3.2. Алгоритм автоматического контроля размещения объектов на цифровой карте ... 59
3.2.1. Установление топологических отношений между слоями карты 60
3.2.2. Отображение допустимой области для размещения нового объекта 61
3.2.3. Автоматическая регистрация топологических отношений между объектами 66
3.3. Алгоритм размещения слоев на цифровой карте в ГИС 67
3.3.1. Постановка задачи 67
3.3.2. Описание алгоритма 68
3.4 Анализ пространственных данных, распределенных по разным слоям 75
3.5 Метод многоуровневого представление пространственных данных в геоипформационных системах 78
3.6 Унифицированный способ описания сложных пространственных и атрибутивных данных при проектировании ГИС 84
3.7. Алгоритм кусочно-афинного преобразования картографической информации 86
Выводы по главе 3 91
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования и практическое применение методов и алгоритмов математического описания и обработки пространственно-распределенной информации 93
4.1 Разработка программной системы 93
4.1.1. Постановка задачи 93
4.1.2. Анализ требований к проектируемой системе 93
4.1.3. Разработка структуры программы 94
4.1.4. Разработка библиотеки функций системы 95
4.2. Подсистема автоматического контроля размещения объектов на цифровой карте 99
4.2.1. Реализация алгоритма установления топологических отношений между слоями карты 99
4.2.2. Реализация алгоритма поиска допустимой области для размещения нового объекта 101
4.3 Реализация подсистемы поиска пространственных объектов по топологическим отношениям 102
4.4 Исследование алгоритмов подсистемы автоматического контроля нанесения объектов на карту 103
4.5 Исследование алгоритма поиска соседних объектов с использованием топологии 105
4.6 Тестирование алгоритма кусочно-афинного преобразования картографических объектов 106
Выводы по главе 4 111
Заключение 112
Литература
- Обзор моделей пространственных данных
- Описание топологических отношений между объектами
- Алгоритм автоматического контроля размещения объектов на цифровой карте
- Анализ требований к проектируемой системе
Введение к работе
Актуальность темы.
В настоящее время накопилось огромное множество различных геологических, топографических, географических и других карт. Многие из этих карт хранятся в векторном формате. В известных продуктах, например, фирмы ESRI проверяется корректность послойной топологии. Однако вопросам меж-слойной топологии уделяется мало внимания, что приводит к ошибкам. Эта же проблема встает при вводе новых карт. Отсюда открытым остается вопрос корректного размещения пространственных объектов на цифровую карту. При вводе необходимо, чтобы данные располагались на карте по определенным правилам. В настоящее время за корректностью карты следит пользователь. Поэтому существует вероятность нанесения ошибок в расположение объектов. Решение задачи автоматического контроля размещения пространственной информации требует новых теоретических подходов по описанию топологических отношений между слоями.
Разномасштабные и тематические карты одной и той же местности зачастую несопоставимы между собой. На один и тот же район может иметься несколько карт. Они могут быть разных годов и масштабов. В зависимости от типа съемки и года эти карты имеют некоторое несоответствие относительно пространственных объектов. Обработка такой картографической информации является неудобной и затруднительной. То есть возникает необходимость определения того, как взаимосвязаны пространственные объекты с разных карт.
Карта состоит из значительного числа объектов, принадлежащих разным слоям и связанных между собой различными отношениями. Из-за слабой формализации пространственных данных каждый раз приходится решать задачу представления информации, т.к. существующие методы описания объектов не отвечают современным требованиям, которые направлены на обеспечение взаимосвязи объектов между собой как внутри одного слоя, так и между слоями.
В этой связи актуальной является задача теоретического исследования этих отношений и его практического приложения для ввода и корректировки картографической информации. Ф Целью диссертационной работы является разработка математического і} описания взаимосвязи пространственных объектов и соответствующих алго ритмов их обработки.
Методы исследования. В работе использованы методы теории множеств, теории графов, теории выбора и принятия решений, методы структурного анализа и проектирования программных комплексов, топологии, аналитической геометрии, теории управления.
Научная новизна.
В результате проведенных исследований получены следующие новые ре- зультаты:
1) разработаны элементы алгебраической теории геоинформационных систем, которые представляют собой интегрированное математическое описание пространственных объектов и отношений между ними.; J , 2) предложен новый алгоритм автоматического контроля размещения объек тов на цифровой карте, упрощающий процесс ввода пространственной информации на картах с большим числом слоев;
3) разработано программно-алгоритмическое обеспечение кусочно-аффинного преобразования картографической информации, позволяющее ав-томатизировать ее обработку для сопоставления одного и того же объекта местности, но на разных картах.
Практическая ценность работы. Практическая значимость проведенных исследований заключается в разработке программных средств, обеспечивающих автоматический контроль размещения объектов на цифровой карте, формирование пространственных запросов по междуслойным топологическим от- Ф ношениям, сопоставление картографических объектов на основе кусочно аффинного преобразования.
Использование программных модулей, включающих междуслойную топологию упрощает процесс размещения пространственной информации на карте, уменьшает объем вносимых ошибок при вводе распределенных объектов, увеличивает скорость формирования пространственных запросов.
Созданное программно-алгоритмическое обеспечение кусочно-аффинного преобразования картографической информации позволяет использовать массивы различных карт одной и той же местности для их автоматического преобразования.
Результаты работы применяются в администрации округа Муром (в рамках создания муниципальной ГИС), ВНИИГеосистем, а также учебном процессе МиВлГУ.
На защиту выносятся следующие результаты работы:
1. Предложены элементы алгебраической теории ГИС, включающие:
- формальное описание пространственных объектов;
- топологические отношения между базовыми типами и слоями (соседство, изолированность, вложенность, близость);
- многоуровневое представление пространственных данных в ГИС;
- унифицированное описание сложных пространственных и атрибутивных данных.
Данная теория интегрирует существующие методы описания картографических объектов, позволяет создавать новые сложные типы геоинформационных данных, проверять взаимосвязи между слоями и объектами.
2. Разработан алгоритм автоматического контроля размещения объектов на цифровой карте, позволяющий проверять корректность межслойной топологии. Его использование обеспечивает упрощение процесса размещения и модификации пространственной информации на картах с большим числом слоев, уменьшается объем вносимых ошибок и время, затрачиваемое на их поиск.
3. Предложенное программно-алгоритмическое обеспечение кусочно- аффинного преобразования картографической информации позволяет преобразовывать объекты карты на основе ключевых точек другой карты, которые сопоставляются с ключевыми точками первой. Используя это преобразование можно соотносить объекты разномасштабных карт между собой.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции "Современные управляющие и информационные системы" (Ташкент, 2003 г.); на Всероссийской научно-технической конференции "Глобальные и региональные системы", посвященной 200 летию Казанского университета (Казань, 2004 г.); на 11-й и 13-й Международной научно-технической конференции "Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций" (Рязань, 2002, 2004 г.г.); на XXX, XXXI Международной научно-технической конференции "Гагаринские чтения" (Москва, 2004, 2005 г.г.); на научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников Муромского института (филиала) Владимирского государственного университета (г. Муром, 2003, 2004, 2005, 2006 г.г.).
Публикации и личный вклад в решение проблемы. По теме диссертации опубликованы 15 работ, в том числе 10 статей, 5 тезисов докладов.
В совместных публикациях личный вклад автора состоит в следующем: [1] -разработан алгоритм автоматического контроля размещения пространственных объектов; [2] - разработан алгоритм размещения слоев на цифровой карте; [3] -разработан способ многоуровневого представления пространственных данных в ГИС; [4] - формально описаны топологические отношения между картографическими объектами; [5] - описан алгоритм анализа информации в ГИС, распределенной по разным слоям; [7] - рассмотрены и проанализированы методы описания геоинформационных систем; [10] - разработана модель пространственно-распределенных данных в ГИС.
Благодарности. Автор искренне благодарит д.т.н., профессора С.С. Садыко-ва и к.т.н., доцента Андрианова Д.Е. за постоянное внимание и научное руководство и содействие при выполнении данной работы; а также всех коллег, которые оказали помощь при проведении исследований.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 131 наименования и 2 приложений. Общий объем диссертации 126 страница, в том числе 112 страниц основного текста, 12 страниц списка литературы, 2 страницы приложений. Таблиц 4, рисунков 44.
Краткое содержание работы.
В первой главе рассмотрены особенности картографической информации, а также возможности ее интегрированного сочетания с семантическими данными. Проведен анализ существующих математических методов представления пространственно-распределенных объектов изначально для картографических систем, а затем для геоинформационных. Рассмотрены их преимущества и недостатки. Осуществлен анализ математических методов обработки пространственной информации. Проанализированы методики разработки существующих информационных и геоинформационных систем, модели данных и способы их взаимодействия, которые они используют. Приведены основные цели и задачи, которые решены в диссертационной работе.
Во второй главе дано общее математическое описание простых и сложных пространственных объектов, а также слоев карты. Формально описаны топологические отношения между объектами и слоями. Математически представлены типы топологических отношений и структур как на абстрактном уровне, так и между примитивами. Выделены базовые типы элементов, их которых складываются сложные объекты. Разработана модель пространственных данных, которая основана на отношениях между слоями карты.
В третьей главе проведена разработка метода представления пространственных объектов. Разработаны практические алгоритмы автоматического контроля размещения объектов на цифровой карте и размещения слоев. Рассмотрен подход к анализу пространственных данных, распределенных по разным слоям. Разработан метод многоуровневого представления пространственных данных в геоинформационных системах на разных масштабах карты. Рассмотрен унифицированный способ описания сложных пространственных и атрибу тивных данных при проектировании ГИС. Разработан алгоритм кусочно-афинного преобразования картографической информации.
В четвертой главе рассматривается создание подсистем обработки картографической информации. Проведен анализ требований к проектируемой системе и создана ее структура. Реализованы подсистемы автоматического контроля размещения объектов и слоев на цифровой карте, поиска пространственных объектов по топологическим отношениям. Реализована программа кусоч-но-афинного преобразования картографической информации. Проведено исследование и тестирование разработанных алгоритмов.
В заключении дается перечень основных результатов диссертационной работы.
В приложении приведены акты о внедрении результатов работы в ГИС округа Муром, учебный процесс, а также блок - схемы алгоритмов обработки данных с учетом топологической привязанности объектов:
? алгоритм автоматического контроля размещения объектов на цифровой карте;
? алгоритм проверки корректности топологии при добавлении объекта на карту.
Обзор моделей пространственных данных
Для хранения пространственной информации в памяти компьютера необходимо составить модель данных [33,34,35,36]. В ГИС не существует однозначного решения этой задачи, т.к. распределенные объекты имеют более сложную структуру и связи по сравнению с семантическими [53,54,55,64].
Среди существующих моделей в настоящее время можно выделить следующие модели: растровая, векторная бесструктурная, векторная топологическая, векторная гиперграфовая, регулярная, нерегулярная, TIN модель, полигоны Тиссена, иерархическая, квадродерево, объектная, гибридная [96,125].
На ранних этапах развития ГИС использовалась растровая модель данных, которая разбивает все пространство на точки [23,80]. Для хранения карт большого объема при такой модели необходимо огромное количество дисковой памяти. Для описания точечного объекта необходимо указать принадлежность к тому или иному элементу дискретизации [70,71]. Пикселу присваивается цифровое значение, которое определяет имя или атрибут объекта. По той же самой схеме описываются линейные и полигональные объекты, причем элементы матрицы имеют значения, которые соответствуют принадлежности к тому или иному объекту. Для того, чтобы сформировать многослойную структуру необходимо использовать несколько растровых слоев, на каждом из которых хранятся однотипные объекты.
Для более оптимального представления данных стала использоваться векторная модель, которая разделяется на следующие виды: бесструктурная, топологическая, гиперграфовая.
В векторной бесструктурной модели вся совокупность объектов разделяется на три вида: точка, линия, полигон. Точечные объекты представляются парой координат, а линейные и площадные - в виде последовательности координат контура.
Векторная топологическая модель содержит сложную структуру и содержит элементы нескольких видов: промежуточная точка, сегмент, узел, дуга, полигон. Полигон в свою очередь разделяется на следующие типы: простой полигон, внутренний полигон ("остров"), составной полигон, универсальный полигон (внешняя область). Модель описывается как ориентированный граф, в котором дуги соответствуют контурам объектов, а вершинам - топологические узлы. Полигон в векторной топологической модели представляется как множество трех элементов: узлов, дуг и полигонов. Между этими объектами устанав ливаются топологические отношения, где происходит связь дуг и узлов, полигонов и дуг.
Векторные топологические модели используются в практике проектирования ГИС для решения задач управления природными объектами, которые примыкают друг к другу.
Гиперграфовая модель имеет пространственную привязку и подчиняется объектно-ориентированному подходу к разработке сложных технических систем [131]. Множество внутренних состояний организаций и совокупность показателей окружающей среды представляются гиперребрами. Благодаря наличию пространственной привязки появляется возможность рассматривать объекты исследования без отрыва от их географического, экологического, хозяйственного, демографического и т.п. окружений [75].
Регулярные и нерегулярные сети [73], а также TIN модели и полигоны Тис-сена используются в основном для представления трехмерных пространственных данных.
Иерархическая модель подразумевает создание иерархической структуры пространственных данных. На верхнем уровне рассматривается объект в целом, а при его детализации проявляются характеристики составляющих его элементов нижних уровней.
Квадродерево представляет собой структуру данных, которая используется для представления двумерных пространственных данных. При построении квадродерева двумерное изображение рекурсивно подразделяется на квадранты. Каждый из четырех квадрантов становится узлом квадротомического дерева. Больший квадрант становится узлом более высокого иерархического уровня квадродерева, а меньшие квадранты появляются на более низких уровнях. Преимущества такой структуры в том, что регулярное разделение обеспечивает простое и эффективное накопление, восстановление и обработку данных [58].
Описание топологических отношений между объектами
Точечные, линейные и полигональные объекты - это пространственные элементы, которые называются примитивами. Определение 2.6. Элементом х картографического объекта X назовем примитив, который может состоять только из одного следующих базовых объектов: точечный, линейный или полигональный. Определение 2.7. Картографическим объектом X будем называть объект, который состоит из типовых базовых объектов. Определение 2.8. Простым картографическим объект называется объект, который состоит из множества только одного базового элемента так, что: ={ } (2.6)
Общее описание сложных объектов Определение 2.9. Сложным называется картографический объект, который состоит не менее чем из двух картографических элементов так, что: X=jxj,#2,..., (2.7) Определение 2.10. Системой картографических объектов или картой будем называть множество картографических объектов так, что K=\XvX2,...,Xn\ (2.8) 2.1.3. Общее описание слоев карты Определение 2.11. Слоем карты назовем сочетание картографических объектов, выделенных из карты К по заданным условиям так, что s = {X. є К X. удовлетворяет заданным условиям} (/ = 1,2,...,«) (2.9) Множество всех слое карты обозначим следующим образом: S= j\(j = \,2,...,m), (2.10) где s . - отдельный слой. 2.2. Описание топологических отношений между объектами [30]
Пространственные объекты имеют очень сложное взаимодействие между собой. Для формального описания связей будем использовать топологические отношения, т.к. они наиболее полно отражают взаимодействие объектов в пространстве.
Определение 2.12. Топологическим отношением между любыми двумя множествами X и Y называется отношение такое, что при топологических преобразованиях это отношение будет сохраняться.
К таким преобразованиям можно отнести, например, перемещение объекта, его поворот, деформацию, растяжение и другие.
Введем определения для формального описания следующих топологических отношений: ? между элементами пространственных объектов; между пространственными объектами; между слоями. Топологические отношения между элементами объекта Определение 2.13. Топологическим отношением (р между элементами чл/f JC, є X и х є X картографического объекта X будем называть отношение, которое сохраняется между данными элементами при различных топологических преобразованиях. Топологическое отношение между элементами записывается следующим образом: х.ср х . Это означает, что элемент х, имеет топологическое отношение р с элементом х . При этом следует указать, что противоположное отношение может и не иметь места.
Топологические отношения между объектами одного слоя Определение 2.14. Топологическим отношением ср ,. между картографиче скими объектами Х.еК и Х є К карты К будем называть отношение, кото рое сохраняется между данными объектами при различных топологических преобразованиях. Топологическое отношение между объектами одного слоя записывается следующим образом: Хлр Х . Это означает, что картографический объект Х-. имеет топологическое отношение (р . с картографическим объектом Хг.. При этом следует указать, что противоположное отношение может и не иметь места.
Топологические отношения между слоями Определение 2.15. Топологическим отношением (р между слоями s. є S и s є S назовем отношение, которое сохраняется между данными слоями при различных топологических преобразованиях между объектами, находящихся в слоях 5 и s соответственно. Топологическое отношение между слоями записывается следующим образом: s (p s . Это означает, что слой s. имеет топологическое отношение (р со слоем sn. Обратная запись может и не иметь места.
Определение 2.16. Горизонтальным топологическим отношением будем называть топологическое отношение между картографическими объектами X. є К и X, є К, которое образуется между данными объектами внутри одного слоя. Горизонтальное топологическое отношение записывается следующим образом: Хлр Х .
Определение 2.17. Вертикальным топологическим отношением будем называть топологическое отношение между картографическими объектами X, є К и Хг. є К, которое образуется между данными объектами через слои. Вертикальное топологическое отношение записывается следующим образом: veepm 2 На рисунке 2.1 показаны примеры горизонтальных и вертикальных топологических отношений. На нем рассматривается три слоя: "Земельные участки", "Дороги" и "Лес". Между земельными участками установлены горизонтальные топологические отношения. Между слоями " Земельные участки " и "Дороги", а также слоями "Дороги" и "Лес" определены вертикальные топологические отношения.
Алгоритм автоматического контроля размещения объектов на цифровой карте
Точечный объект Р находится в топологическом отношении "Вложенность" с полигональным объектом h=kpyPj),{p2,p —,{pu,P\)\, если выполняется любое из следующих условий: точечный объект Р находится в соседстве с полигональным объектом h; количество ребер, у которых отсутствует отношение "Изолированность" с линейным объектом РРтах - нечетное и не равно нулю.
Полигональный объект h=kp.,p )i{p ,p1)...,{p,,p,)\ находится в топологическом отношении "Изолированность" с точечным объектом Р, если точечный объект Р находится в топологическом отношении "Изолированность" с каждым ребром объекта h и количество ребер, которые не находятся в топологическом отношении "Изолированность" с линейным объектом РРтах - четное или равно 0.
Полигональный объект h=kp,yprS)i{pry,p )...,{p,,p,)\ находится в топологическом отношении "Близость" с точечным объектом Р, если точечный объект Р находится в топологическом отношении "Близость" с любым из ребер объекта h. 2.6А. Топологические отношения между линейными объектами . Линейные объекты Линейный объект P.Pj находится в топологическом отношении соседства с линейным объектом РдРд (рисунок 2.7), если: {Р\аРАРв№2аРАРвИРАаР\Рг№ваР\Рі) (2.29) где а - топологическое отношение "Соседство". То есть, два линейных объекта соседствуют между собой, если хотя бы одна точка любого линейного объекта находится в соседстве с другим линейным объектом.
Линейный объект Р-уРгу находится в топологическом отношении "Изолированность" с линейным объектом PJPD, если выполняются следующие условия: P. Pry не находится в топологическом отношении соседства с линейным объектом РдРв , объекты Р.Р и РдРп не пересекаются.
Второе условие можно проверить следующим образом. Составим уравнение прямой Р, Р : х х\ У У\ х2 х\ У2 у\ Аналогично, уравнение прямой Р\Рц х-хА У-УА ХВ ХА УВ уА Прямые Р.Р и РдРт, не пересекаются, если выполняется любое из следующих условий: точечные объекты Ли Р лежат в одной полуплоскости относительно прямой PJPD (находятся одновременно выше или ниже данной прямой);точечные объекты Р.и Р„ лежат в одной полуплоскости относительно прямой Р, Р2 (находятся одновременно выше или ниже данной прямой) Математически данные условия можно записать: . А- /хА-х\ -У\ Ув- /хВ-х -У\ 0 "Рих1 хт (х д -х,) (Хп -х. ) 0, при X, -Ху Уп У\ У? У\ [УА — (хА -хх)-Ух][ув — (хв-хх)-ух] 0, при хх Ф х2, х2 х\ 2 1 (2.31) (х j -Хл)(Хтл -х,) 0, при X, =Хг.
Линейный объект Р\Рг находится в топологическом отношении "Вложенность" с линейным объектом РдРп, если выполняется условие: (Р1УРАРвНР2?РАРв)- (2.32) где у - топологическое отношение вложенности. Линейный объект Р. Рг) находится в топологическом отношении "Близость" если существуют вершины у h, которые находятся в соседстве с PjPp , то все точечные объекты, расположенные либо посередине между любыми двумя из этих вершин, либо посередине между каждой из этих вершин и объектом Р., либо посередине между каждой из этих вершин и объектом Рп должны быть изолированы от h или находиться в соседстве с Линейный объект PjPn находится в топологическом отношении "Изолированность" с полигональным объектом И, если:
Анализ требований к проектируемой системе
1) Разработан метод представления пространственных объектов на основе отношений между ними. Метод позволяет описать взаимодействие пространственных объектов, находящихся в разных слоях карты. Установление взаимодействия на уровне объектов позволяет создавать новые алгоритмы для анализа и обработки пространственной информации на карте. Например, поиск соседних или близких объектов по созданным отношениям.
2) Разработан алгоритм автоматического контроля размещения объектов на цифровой карте. Алгоритм можно использовать как концептуальную основу автоматизированного контроля размещения пространственной информации на карте. Он упрощает процесс размещения и модификации пространственной информацию на картах с большим числом слоем. Уменьшается объем вносимых ошибок и время, затрачиваемое на их поиск.
3) Разработан алгоритм размещения слоев на цифровой карте. Данный алгоритм позволяет определять исходный порядок следования слоев карты. Разработаны две модификации алгоритма с использованием методов теории графов. Поиск в глубину дает лучший результат по сравнению с поиском в ширину. Использование алгоритма уменьшает время на установление топологических отношений между объектами, что существенно снижает нагрузку пользователю.
4) Разработан алгоритм анализа пространственных данных, распределенных по разным слоям. Данный алгоритм позволяет анализировать состояние карты, ее структуру, а также динамику развития данных геоинформационной системы.
5) Разработан метод многоуровневого представления пространственных данных в геоинформационных системах. Метод содержит описание элементов многоуровневых данных: пространственные объекты, слои, топологические отношения и уровни карты, т.е. масштабы. На основании этого метода можно оценить изменение пространственного представления объектов, исключение или появление слоев, смену отношений при переходе на различные уровни.
6) Разработан унифицированный способ описания сложных пространственных и атрибутивных данных при проектировании ГИС. Данный способ позволяет объединить графическую и семантическую информацию в единое целое, использовать одновременно в одной базе сразу несколько типов пространственной информации (векторный, растровый, триангуляционный), создавать новые типы сложной пространственной и атрибутивной информации.
7) Разработан алгоритм кусочно-афинного преобразования картографических объектов. Данный алгоритм позволяет преобразовывать объекты карты на основе ключевых точек другой карты, которые сопоставляются с ключевыми точками первой. Используя это преобразование можно соотносить объекты разномасштабных карт между собой.
На основе разработанных алгоритмов необходимо создать библиотеку программ, которая реализуют следующие функции: - определение топологических отношений на уровне слоев; - определение порядка размещения слоев на карте; - автоматическая проверка правильного размещения объекта на основе ф установленных топологических отношений между слоями; - автоматическое определение разрешенной области для размещения объектов на цифровой карте; - автоматическая установка топологических отношений между объектами с сохранением информации в базе данных; - автоматический поиск соседних объектов; - сопоставление разномасштабных карт. Анализ требований к проектируемой системе
Приложение должно быть разработано как дополнение к стандартной ГИС, т.к. разрабатывать собственное ядро ГИС не имеет смысла. При этом все манипуляции с объектами пользователь должен выполнять средствами ГИС, а автоматический контроль нанесения объектов и поиск объектов должно выполнять приложение. Кроме того, приложение должно носить универсальный характер, то есть работать с любыми видами карт.
В качестве базовой ГИС выбрана ГИС ИнГео. ГИС ИнГео написана с таким расчетом, чтобы в последствии была возможность написания для нее про ф граммных расширений. При создании расширения можно использовать все функции ГИС ИнГео. При создании расширений необходимо придерживаться документации на эту систему.
Связь ГИС ИнГео и разрабатываемого расширения производится по средствам Component Object Model (СОМ), которая лежит в основе объектов OLE технологии. Таким образом, ГИС ИнГео является достаточно открытой ГИС. . Разработка структуры программы Так как необходимо разработать модуль расширения, то структура программы будет выглядеть как взаимодействие модуля расширения с ГИС ИнГео. На рисунке 4.1 приведена структурная схема программы.Структурная схема программы Из рисунка 4.1 видно, что модуль расширения включает в себя 6 вышеперечисленных функций, причем каждая из этих функций взаимодействует с ГИС ИнГео различными способами. При установлении топологических отношений между слоями модуль расширения сначала определяет список всех слоев карты, а затем взаимодействует с базой данных (БД), куда и сохраняются все топологические отношения.
