Введение к работе
Диссертация посвящена проблемам создания и использования электронных оперативных тематических карт.
Под электронной будем понимать цифровую карту, визуализированную с использованием программных и технических средств в принятой системе условных знаков, предназначенную для отобрэ'кр-ния и анализа явлений, л также решения множества задач с использованием дополнительной ^информации (ГОСТ 28441-90).
Внимание акцентируется :на оперативных'картах. Так.названы карты, в которых исходной информацией для создания цифровой карты.визуализированной на экране 'монитора, служат матенатичег кие, физико-математические или иные 'модели пространствен но-распространенных явлений, т.е. данные, не формализованные в картографическом смысле сне :карты).
В силу того, что исходная информация, составляющая тематическое содержание электронной карты, 'не формализована картографически, то в общепринятом смысле (в рамках существующей технологии) может быть 'визуализирована только общегеографическая основа, т. е.цифровая карта соответствующего участка местности .
Процесс трансформаций 'исходной картографически неорганизованной цифровой информация в содержание тематической электронной «арты является основним объектом исследования данной лис -оергаот. Йо'эгоиу терпит "технология'" % данной исследовании применяется в синела котеьтеершх Тфео'бразьШййЙ йсхойной ""'цифрової модели трехдарйото 'О'бъеета й ежокугйость объектов 'базы картографических данных и их визуализаций.
Актуальность тема, йослежяе года Ший отмечеш повышенным вниманием мировой вздевтедааета к проблеме устойчивого развитая, обеспечивающего Вашгс меяау'рейшаш ,еошальго-'э''К.оиот!-ческих задач и сохранением окружающей среда (кмфершїйя Щ'і По окружающей среяе и развитию, Рао-нвЧйдаейро IWZ т.). Актуальна проблема прогноза последствий прирошмх катастроф и айтропотех -ногенной деятельности человека на окружающую природную среду и здоровье населеная. РазраОатываются система йнфбрмзайочного ма тематического обеспечения, позволяющие находить компромисс Меж. ду экономической внгодой и экологической бёзэпаенйстЬ'ю при pea лизании государственных или региональных йНйестйШ'онных прог рамм. Базисом таких систем являются допели, йПос'обНУе по'каібі
вать сценарии эволюции природной среды и здоровья населения в зависимости от степени антропогенной и природной аномальной нагрузки. Такие модели кладутся в основу информационного обеспечения экологического мониторинга, экспертных оценок и прогноза как при планируемых нагрузках на окружающую среду, так и при чрезвычайных ситуациях.
Наиболее емкой, наглядной и интуитивно понятной формой представления результатов моделирования изучаемого явления и взаимосвязей различных явлений являются карты. Наличие карты позволяет специалистам применить картографический метод исследования проблемы, расширяющий возможности и эффективность территориального, компонентного и временного анализа процессов и явлений, их взаимосвязей и взаимообусловленностей.
Целью данной диссертации является разработка универсальной (ориентированной на карты различной тематики) технологии получения оперативных электронных тематических карт, удовлетворяющей стандартам ГИС.
Для достижения изложенной выше цели в диссертации были
поставлены следующие задачи: і
провести анализ современного состояния картосоставления на ПЭВМ;
выделить цели и задачи оперативного картосоставления;
исследовать технологические этапы получения тематических оперативных карі на ПЭВМ с точки зрения алгоритмической основы программного обеспечения;
теоретически обосновать применение алгоритмов вычислительной геометрии для формирования единого алгоритмического обеспечения этапов предлагаемой технологии как для цифровой. так и для графической информации об явлении;
сформулировать задачи основного этапа технологии оперативного электронного картосоставления - расчленения исходной цифровой трехмерной модели явления на картографические объекты - в терминах геометрии прямоугольников;
развить алгоритм геометрии прямоугольников "Контур объединения прямоугольников" для задач картографии;
теоретически обосновать и корректно, с позиции вычислительной геометрии, сформулировать задачи исследования по электронной карте на основе изслинейного метола отображения;
Научная новизна работы состоит в том. что работа посвяшена:
разработке универсальной технолргии оперативного карто-составления, ориентированной на карты различной тематики с использованием изолинейного метода отображения картографической информации;
выполнению теоретических и экспериментальных исследований по составлению тематической карты на экране ПЭВМ на основе трехмерной цифровой модели явления (т. е. на основе картографически неорганизованной информации);
разработке алгоритмов и программ, реализующих данную технологию на ПЭВМ;
Достоверность полученных результатов проверена прямым путем: сопоставлением вычислений с данными измерений.
Практическая и научная ценность работы состоит в том, что:
предложенная технология оперативного картосоставления позволяет получить тематическую электронную карту как на основе неформализованной в картографическом смысле информации, так и на основе картографических баз данных (векторных и матричных);
развитие алгоритма геометрии прямоугольников "Метод плоского заметания по дереву отрезков" для задач картографии позволило не только концептуально связать различные этапы технологии создания и исследования оперативных электронных карт в одну задачу вычислительной геометрии, но и разработать универсальные программные средства для всех этапов технологии;
применение алгоритма геометрии прямоугольников непосредственно для манипуляций с нелинейно организованной памятью буфера кадра позволило сохранить привычный для пользователя интерфейс и одновременно решить задачу визуализации и варьирования графического представления информации на общей с другими технологическими этапами алгоритмической основе; ,
разработанный алгоритм для отслеживания картографических объектов по цифровой модели явления универсален: применим для любых цифровых моделей на прямоугольной сетке и для объектов с любым количеством компонент связности и с экранированием участков;
разработанный комплекс программ моделирования структурных линий трехмерной модели позволяет за счет сгущения ИДИ по-
высить качество моделирования;
- разработанные алгоритмы.-и, программы автоматического уп
равления формой сплайна позволит, строить сплайн, обладающий
малой "инерционность»"; что позволяет резко улучшить качество
отслеживания линейных объектов;
В предложенном, виде технология оперативной подготовки те-. матических электронных карт обладает рядом преимуществ и представляет собой опрел- ионный вклад в развитие электронного карто-составления. Она лишена аирипичлосчи аигоритмической основы, сочетает' в себе вычислительную эффективность с надежностью теоретического обоснования унифицированных алгоритмов, достаточной для решения практических задач с использованием электронных оперативных карт.
На защиту выносятся следующие разработки автора:
- технология оперативной..подготовки- тематических
карт на ПЭВМ по ЦМЯ на основе; алгоритмов вычислительной геометрии;
рекомендации.до осуществлена» исследования по визуализи-ррванной цифровой!, модели., явления»с- помощью картографического метода;
интерпретация задачи.', расчленения исходной, цифровой информации, на объекты кар.ш в- терминологии задачи геометрии прямоугольников "Контур обьединения прямоугольников": развитие ал горитма и его программная реализация;
комплекс программ моделирования структурных линий, управления формой сплайна, отслеживания изслиний при наличии экранируемых участков.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах: научно-технический семинар картографического факультета МИИГАИК (Москва, март 1992); научно-технические конференции Новосибирского инженерно-строительного института (1991.т 19-96,.); ВтораЯ;.международная научно-техническая конференція.- "Актуаль^ж-пррблемы-. Фундаментальных наук" (Москва, январь 3994); расширенный; семинар кафедра-, картографии СГТА (март 1996)
Внедрение. Результаты диссертационных исследований внедрены в научно-исследовательском институте прикладной геодезии г. Новосибирска, в Главном управлении архитектуры и градострои-
тельства Краснодарского горисполкома, в хозрасчетных центрах научно-технических услуг "Алекс" и "ПС-Гео" Западно-Сибирского территориального правления общества геодезии, аэрокосмических съемок и картографии.
Публикации. Результаты диссертационных исследований опубликованы в работах:
- Баланчук Т.Т. Анализ технологических этапов получения
оперативных технических карт на ПЭВМ// Исследования в области
цифрового картографирования. ГИС - технологий и кадастра: Науч.
техн. сб. по геодезии, аэрокосмическим съемкам и картографии.
М.: ЦНЖГАИК. 1995. с. 65 - 81.
Баланчук Т. Т. ОС отслеживании горизонталей на нерегулярной сетке// Научн.-техн. сб. по геодезии аэрокосмическим съемкам и картографии/ Применение электронно-вычислительной техники в топографо-геодезическом производстве. - М.: ЦНИИГАиК, 1992. с. 16-20.
Баланчук Т.Т., Воротьнцев А.Г.. Конусова Г.И. О создании электронных экологических карт// Научн. -техн. сб. по геодезии аэрокосмическим съемкам и картографии/ Применение электронно-вычислительной техники в топографо-геодезическом производстве. - М.: ЦНИИГАиК. 1992. С. 42-48.
Баланчук Т.Т.. Воротынцев А.Г. Линейные объекты в задачах цифрового моделирования рельефа // Современные информационные технологии крупномасштабного картографирования на базе IBM PC. Инф. сб. Вып. 1. - М. : ЦНИИГАиК. 1992. с. 29-34.
Баланчук Т.Т.. Воротынцев А.Г. Комплекс программ моделирования рельефа для ПЭВМ // Межвед. сб. научн. тр. / Геодезическое обеспечение строительства, монтажа и эксплуатации инженерных сооружении. - М. : ЦНИИГАиК. 1991. с. 53-56.
Баланчук Т.Т., Воротынцев А.Г. Контроль исходной цифровой информации при построении ЦМР // Межвед. сб. научн. тр. / Геодезическое обеспечение строительства, монтажа и эксплуатации инженерных сооружений. - М.: ЦНИИГАиК, 1991. с. 62-65.
Структура и объем диссертации. Текст диссертации объемом ПО страниц включает введение, 4 главы , заключение , список сокращений, список использованной литературы из 110 наименований, 4 рисунка и 1 схему. К тексту прилагается 6 графических приложений и 4 справки о внедрении.