13010

Авиационные геоинформационные системы и технологии. Лабораторные работы

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторные работы 16 по дисциплине Авиационные геоинформационные системы и технологии ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11.1 Тема: Знакомство с методами функционирования АГСиТ с помощью действующих пакетов прикладных программ Цель работы: ознакомиться с действующ...

Украинкский

2013-05-07

754.5 KB

34 чел.

Лабораторные работы 1-6

по дисциплине «Авиационные геоинформационные системы и технологии»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1(1.1)

Тема: «Знакомство с методами функционирования АГСиТ с помощью действующих пакетов прикладных программ»

Цель работы: ознакомиться с действующим программным продуктом (MapInfo), изучить назначение и функциональные возможности ГИС MapInfo.

Подготовка к работе

  1.  Изучить теоретическую часть работы.
  2.  В лабораторной тетради представить результаты выполнения домашнего задания.

Домашнее задание

  1.  Представить в тетради цель работы и основные положения теоретической части.
  2.  Изучить основные функции меню и панель инструментов.
  3.  Подготовить ответы на контрольные вопросы.

Порядок выполнения работы

  1.  Представить преподавателю результаты выполнения домашнего задания, сдать отчет и получить допуск к работе.
  2.  Запустить программу  MapInfo.
  3.  Проработать с основными функциями меню и панелью инструментов.

Содержание отчета

  1.  Пункты 1-3 «Домашнего задания».
  2.  Выводы.

Контрольные вопросы

1. В чем заключаются основные особенности АГСиТ  как объекта проектирования?

2. Какие Вы знаете примеры применения АГСиТ?

3. Что собой представляют картографические модели местности?

4. Какие основные особенности картографических моделей местности?

5. Какие отечественные и зарубежные ГИС наиболее подходят для использования в АГСиТ?

Краткие теоретические сведения

Сфера применений АГСиТ широка, начиная от систем, обеспечивающих безопасность полетов, тренажеров различных транспортных средств (самолеты, космические корабли, автомобили и др.) и заканчивая мощными центрами оперативного управления всех уровней и назначения, предназначенными для отображения на карте быстропротекающих процессов, например, воздушной обстановки в виде динамических сцен.

Среди полномасштабных геоинформационных систем самая известная - CGIS (Канадская геоинформационная система). Дальше: GIRAS - система анализа географической информации об использовании земель (Геологическая съемка США); NIMS - Шведская информационная система; ODYSSEY- система Гарвардского университета. Важным аспектом перечисленных систем есть широкий территориальный охват и тематическая ориентация. Некоторые из них имеют развитый аппарат поддержки компьютерной графики и системы визуализации.

Для АГСиТ геоинформационная система является источником, обеспечивающим предоставление картографической информации, необходимой для построения динамических сцен, отображающих на ее фоне эволюции движущихся в пространстве объектов в реальном времени, что дает возможность специалистам адекватно воспринимать окружающую обстановку и принимать соответствующие решения.

Потребность в АГСиТ подтверждается все возрастающим спросом на информацию, имеющую пространственный аспект и содержащую «привязку» к территории, представленной в виде карты.

Задачи управления войсками, предотвращения терактов и др., решаемые, например, в современных системах противовоздушной и противоракетной обороны не могут быть решены без подобных АГСиТ . В этом случае решается задача, обратная безопасной разводке - так называемая задача преследования.

Методические указания

Обозначения, используемые в методических указаниях для выделения информации

В методических указаниях для выделения ключевых слов и основных понятий используются различные шрифты и значки.

Для выделения ключевых слов мы будем использовать этот шрифт.

Основные определения сформированы в виде текста на фоне.

ФАЙЛ - так обозначаются пункты главного меню программы.

ИНФОРМАЦИЯ - название инструмента на панелях "Операции" и ╚Пенал╩.

Открыть таблицу - так обозначаются пункты подменю программы.

Сохранить - функциональные кнопки в диалоговых окнах.

"Регистрация изображения" - названия диалоговых окон.

- таким значком выделяется последовательность необходимых практических действий по выполнению конкретного технологического процесса.

Назначение и функциональные возможности ГИС MapInfo

MapInfo Professional - это геоинформационная система, позволяющая создавать и анализировать карты стран, территорий, районов, городов и вообще всего, что может рассматриваться как карта или план. Созданная электронная карта может быть отображена различными способами, в том числе в виде высококачественной картографической продукции. Кроме того, MapInfo позволяет решать сложные задачи географического анализа на основе реализации запросов и создания различных тематических карт, осуществлять связь с удаленными базами данных, экспортировать географические объекты в другие программные продукты и многое другое.

Основные возможности MapInfo:

  •  работа с векторными данными и связанной с ними тематической информацией;
  •  возможность редактирования картографической информации, в том числе по снимкам, используя их в качестве растровой подложки;
  •  просмотр данных в любом количестве и по-разному представленных, в виде окон трех видов: Карта, Список и График. Технология синхронного представления данных позволяет открывать одновременно несколько окон, содержащих одни и те же данные, причем изменение данных в одном из окон сопровождается автоматическим изменением этих данных во всех остальных окнах;
  •  разнообразные средства визуализации информации с помощью создания тематических карт;
  •  изменение проекций карт;
  •  составление запросов разной сложности: от простых выборок из отдельных файлов до сложных SQL - запросов по нескольким файлам;
  •  прямой доступ к файлам, созданным в dBase или графических файлах различных форматов.

Программный продукт MapInfo можно использовать для создания различных видов тематических карт, в которых регистрируются результаты анализа и обработки материалов, хранящийся в базе данных.

База данных MapInfo - не реляционная и не иерархическая; она может быть названа пространственной в том смысле, что все сведения, содержащиеся в ней, имеют единую географическую привязку, что обеспечивает взаимосвязь между всеми объектами хранения.

MapInfo совмещает преимущества обработки данных, которыми обладают базы данных (включая мощный язык запросов SQL), и наглядность карт, схем и графиков. В программном продукте совмещены эффективные средства анализа и представления данных.

MapInfo позволяет работать со следующими форматами:

  •  имя файла .GIF (Graphics Interchange Format),
  •  имя файла .JPG (JPEG format),
  •  имя файла .TIF (Tagged Image File Format),
  •  имя файла .PCX (Soft Paintbrush),
  •  имя файла .BMP (Windows Bitmap),
  •  имя файла .TGA (Targа),
  •  имя файла .BIL (Spot спутниковые фотографии).

В MapInfo вся информация (и текстовая, и графическая) хранится в таблицах (Tables).

Каждая таблица - это группа файлов, задающих вид карты или файла данных. Обычно при работе с MapInfo используется большое число таблиц и окон. Открывание таблиц и окон занимает определенное время. В MapInfo все используемые таблицы и окна можно объединить в Рабочий Набор.

Рабочий набор представляет собой список всех используемых в данный момент таблиц и окон, сохраняющихся в файле с расширением WOR.

Он содержит информацию обо всех открытых окнах, их размерах и положении на экране, текущих шрифтах, символах, линиях и штриховках. При сохранении Рабочего Набора игнорируются результаты редактирования таблиц, а также операции над косметическим слоем. Их сохранение производится отдельно.

Просмотр данных осуществляется с помощью трех окон:

  •  окно Карты - представляет информацию в виде обычной карты, что позволяет анализировать географические зависимости данных. Окно карты может содержать информацию сразу из нескольких таблиц, при этом каждая таблица представляется отдельным слоем карты;
  •  окно Списка - представляет информацию в виде электронной таблицы, списка записей, состоящих из строк и столбцов;
  •  окно Графика - представляет информацию в виде графиков и диаграмм, что позволяет анализировать числовые зависимости между данными.

Технология синхронного представления данных позволяет просматривать таблицу одновременно в нескольких окнах Карт, Списков и Графиков.

MapInfo работает со следующими типами растрового изображения:

  •  черно-белые изображения: при этом каждый пиксель соответствует черной или белой точке. Такие изображения занимают меньше всего места и быстрее всего читаются и показываются в MapInfo;
  •  полутоновые изображения: каждый пиксель содержит код черного, белого или одного из тонов серого цвета;
  •  цветные изображения: каждый пиксель отображает один из цветов, имеющихся в палитре данного изображения.

Основные функции меню и панель инструментов

Основные операции могут быть выполнены с помощью соответствующих пунктов меню или кнопок на панелях инструментов. Основные функции главного меню программы представлены на рис.1:

Рис.1

Ниже приведены назначения основных кнопок специальных панелей программы "Пенал" и "Операции".

Панель инструментов "Операции"

УВЕЛИЧИВАЮЩАЯ ЛУПА служит для увеличения изображения. Есть два способа применения этого инструмента:

  1.  курсор помещается в рабочее поле окна, нажатие левой кнопки мышки увеличивает изображение в окне в два раза. Точка, которая была в центре изображения, останется в центре и при увеличении. Процедуру можно повторить несколько раз до требуемого разрешения.
  2.  инструментом рисуется прямоугольная область, для чего указатель помещается в воображаемый верхний левый угол прямоугольника и при нажатой клавише передвигается мышка. За указателем будет растягиваться пунктирный прямоугольник, когда он примет необходимые размеры, отпустите клавишу. Область, ограниченная пунктирной рамкой, будет увеличена. MapInfo увеличит размер изображения настолько, что выбранная область займет теперь все окно Карты. Однако увеличение произойдет с учетом пропорций, так, если Вы выбрали прямоугольник, отличный от формы окна, то увеличенная область будет немного больше, чем выбранная инструментом.

УМЕНЬШАЮЩАЯ ЛУПА служит для уменьшения изображения.

Кнопка используется для передвижения изображения в окне Карты или Отчета.

Кнопка включает инструмент ИНФОРМАЦИЯ. Инструмент используется для вызова вспомогательного окна "Информация" и отображения в нем табличных данных, относящихся к выбранному инструментом объекту. В окне также отображаются все объекты, которым может принадлежать точка, на которую указал инструмент в окне Карты. Доступны табличные данные для каждого объекта.

Кнопка включает инструмент ПОДПИСЬ. Инструмент используется для подписывания выбранного инструментом объекта на Карте с использованием полей из соответствующей базы данных. Кнопка доступна, если активно окно Карты, и хотя бы один слой доступен.

Кнопка открывает диалог "Управление слоями", позволяющий управлять режимами отображения и работы со слоями в окне Карты. Кнопка доступна, если активно окно Карты.

Кнопка выводит на экран вспомогательное окно "Легенда" для показа условных обозначений, используемых в окне Графика и в окне Карты, имеющей тематическое выделение.

Кнопка включает инструмент ВЫБОР-В-РАМКЕ. Инструмент используется для выбора объектов в прямоугольнике, очерченном этим инструментом. Указатель мыши на фоне Карты будет в виде указывающей руки.

Кнопка включает инструмент ВЫБОР-В-КРУГЕ. Инструмент используется для выбора объектов в круге, очерченном этим инструментом.

Кнопка включает инструмент ЛИНЕЙКА и открывает специальное окно "Линейка". Инструмент используется для определения расстояния на карте между двумя точками.

Кнопка включает инструмент СТРЕЛКА. Инструмент используется для выбора одного или более объектов, одной или более записи. Вы также можете использовать инструмент для операций правки на Карте, в Отчете или Списке.

Кнопка открывает инструмент СТАТИСТИКА, показывающий суммы и средние значения в числовых полях выбранных записей. Число выбранных записей (объектов) также показывается в этом окне. При изменении выбора значения автоматически пересчитываются.

Основные кнопки панели "Пенал"

Кнопка включает инструмент ЛИНИЯ. Данный инструмент используется для рисования прямых линий в окнах Карт и Отчетов.

Кнопка включает инструмент ПОЛИЛИНИЯ. Инструмент используется для рисования ломаных линий в окнах Карт и Отчетов.

Кнопка включает инструмент ДУГА. Инструмент используется для рисования объектов типа "дуга", представляющих собой четверть эллипса. После создания объекта Вы можете изменять форму дуги по своему желанию.

Кнопка включает инструмент ЭЛЛИПС. Инструмент используется для рисования эллипсов и окружностей.

Кнопка включает инструмент ПОЛИГОН. Инструмент используется для рисования многоугольников в окнах Карт и Отчетов, последовательно задавая его стороны.

Кнопка открывает диалог "Линии", используемый для изменения стиля оформления линейных объектов. Можно задавать текущий стиль оформления областей и изменять стиль выбранных объектов.

Кнопка открывает диалог "Стиль области", используемый для изменения стиля оформления площадных объектов, таких как область, прямоугольник, эллипс и скругленный прямоугольник. Вы можете изменить тип линии контура, ее цвет и толщину, а также цвет и тип штриховки. Диалог используется как для задания текущего стиля оформления областей, так и для изменения стиля выбранных объектов.

Кнопка включает инструмент ПРЯМОУГОЛЬНИК. Инструмент используется для рисования прямоугольников.

Кнопка включает одноименный режим, который позволяет изменять форму полигонов, полилиний, прямых линий путем передвижения, добавления и удаления узлов и сегментов линий. Вы также можете копировать и переносить узлы для создания новых линий и ломаных. Кнопка доступна, если выполняется одно из следующих условий: активно окно Карты и изменяемый слой или активно окно Отчета.

Кнопка включает инструмент СИМВОЛ. Инструмент используется для создания точечного объекта, отмечаемого символом на карте.

Кнопка открывает диалог "Символ", используемый для изменения стиля оформления точечных объектов. Вы можете изменить тип символа, его размер и цвет. Диалог используется как для задания текущего стиля оформления точечных объектов и текста в Списках, так и для изменения стиля выбранных объектов.

Кнопка включает инструмент ТЕКСТ, используемый для создания текстовых объектов в окнах Карт и Отчетов.

Кнопка открывает диалог "Стиль текста", используемый для изменения стиля оформления текстов. Вы можете изменить шрифт, его написание, размер и цвет. Диалог используется как для задания текущего стиля оформления текстовых объектов, так и для изменения стиля выбранных объектов.

                                                                                                                                                                                                  

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2(1.2)

Тема: «Принципы проектирования картографических моделей местности»

Цель работы: изучить особенности проектирования картографических моделей местности, ознакомившись с основными элементами местности и географическим содержанием топографических карт; научиться открывать и регистрировать растровые изображения в ГИС MapInfo.

Подготовка к работе

  1.  Изучить теоретическую часть работы.
  2.  В лабораторной тетради представить результаты выполнения домашнего задания.

Домашнее задание

  1.  Представить в тетради цель работы и основные положения теоретической части.
  2.  Изучить принципы открытия и регистрации растровых изображений в ГИС MapInfo.
  3.  Подготовить ответы на контрольные вопросы.

Порядок выполнения работы

  1.  Представить преподавателю результаты выполнения домашнего задания, сдать отчет и получить допуск к работе.
  2.  Запустить программу  MapInfo.
  3.  Открыть и зарегистрировать растровые изображения в ГИС MapInfo

Содержание отчета

  1.  Пункты 1-3 «Домашнего задания».
  2.  Выводы.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные понятия, определения и элементы географической карты.

2. Какие основные картографические данные используются в системах УВД?

3. Назовите основные требования к системе представления воздушной обстановки.

4. Какие наиболее распространенные масштабы карт используются в системах УВД?

5. Назовите основные методы работы с картой.

Теоретические сведения

Термин «картографическая модель» подразумевает искусственно созданный объект, который,  отображает и воспроизводит важнейшие свойства исследуемого объекта. Картографические модели, каким соответствуют географические карты, представляют не только поверхность Земли или ее части, но и размещенные на ней или вблизи нее объекты и явления. Кроме того, на картографических моделях отображаются социальные явления, связанные с жизнью и деятельностью человека.

Важными свойствами картографических моделей являются их обзорность и наглядность. Свойство обзорности выражается тем, что наблюдатель может с помощью карты единым взглядом охватить всю отображенную на ней часть земной поверхности. А свойство наглядности объясняется той легкостью и скоростью, с которыми человек воспроизводит особенности показанных на карте явлений. Причем, отбор и обобщение их качественных и количественных характеристик у всех наблюдателей происходит достаточно быстро и в конечном итоге у них возникает «образ местности», адекватный действительности.

Важнейшей особенностью картографического представления является то, что все явления и объекты, расположенные вблизи земной поверхности, оказываются как бы спроектированными на эту поверхность. А это, в свою очередь, предоставляет возможность устанавливать по картам географическое положение изображенных на них объектов, их размеры и взаимное расположение. Отсюда вытекает важнейшее свойство картографических моделей - точность в показе местоположения изображенных на них объектов.

Значимость этого факта трудно переоценить. Практически все виды систем отображения картографической информации всех мыслимых приложений используют его в большей или меньшей мере. Перечисленными свойствами одновременно не обладает ни один из других видов изображений (моделей) земной поверхности (аэро- и космические снимки, рисунки, математические модели и т.п.).

Оперативная функция карт выражается в решении с их помощью различных практических задач, например, в навигации, военном деле, транспортных задачах, при планировании строительства, прокладки трасс, путей сообщения, разработке различных перспективных планов и др. Отметим основные понятия, определения и элементы географической карты, необходимые для построения баз данных ИГК ОВ.

Основные элементы географической карты. Точно определить, что такое современная географическая карта не так просто. Однако ни у кого нет сомнений в том, что она представляет собой уменьшенное изображение земной поверхности на плоской бумаге (или экране), ее содержание отражено условными знаками и что географические объекты представляют собой некие модели соответствующих участков земной поверхности. Основными элементами географической карты являются картографическое изображение и его математическая основа.

Картографическое изображение - это все условные обозначения, которые отражают на карте все явления и объекты действительности.

Геометрические свойства картографического изображения - размеры и форма участков, занятых географическими объектами, расстояния между отдельными точками и др. - определяются его математической основой.

Математическая основа карт включает, в качестве составных частей геодезическую часть, масштаб и картографическую проекцию. Поверхность материков Земли со всеми их неровностями называют физической или топографической поверхностью. Поскольку такая поверхность очень сложна и трудно поддается математическому описанию, то ее проектируют на более простую, теоретическую поверхность, называемую уровневой. Уровневую поверхность представляют как поверхность Мирового океана, мысленно продолженную под материки с условием, что она в любой точке перпендикулярна отвесной линии.

Такую форму Земли, ограниченную уровневой поверхностью, называют геоидом. Однако форма геоида достаточно сложна и поэтому ее заменяют формой, имеющей математическое выражение, а именно - эллипсоидом. Эллипсоид - поверхность, образованная вращением эллипса вокруг меньшей оси. Большое распространение получил эллипсоид Красовского.

При построении карт точки и линии, составляющие физическую поверхность Земли, проектируют нормалями (ортогонально) на поверхность эллипсоида, а затем это изображение поверхности со спроектированными на нее точками физической поверхности Земли уменьшают в нужное число раз.

Степень уменьшения называют масштабом, который выражается дробью, числитель которой равен единице, а знаменатель - величиной, показывающей во сколько раз производится уменьшение. Затем уменьшенную до нужного размера поверхность эллипсоида отображают на плоскости.

Картографическими проекциями называют математические способы изображения на участке поверхности эллипсоида (или шара), развернутом в плоскость.

    Таким образом, изображение физической поверхности Земли (или ее части) получают применением трех действий из математической основы:   переносом на уровневую плоскость, уменьшением до нужных размеров,   применением картографической проекции.

    Конечно, при выполнении этих операций происходят искажения, однако они могут быть в достаточной мере учтены для внесения необходимых поправок при измерении расстояний по определенным направлениям, а также при расчете площадок каких - либо участков по карте.

     Все точки земной поверхности имеют географические координаты - широту и долготу: характеристики этих точек на эллипсоиде Красовского определяются пересечением соответствующих меридианов и параллелей. Меридианом называют линию пересечения земного эллипсоида плоскостью, пересекающей данную точку и ось суточного вращения Земли. Параллель – это линия пересечения эллипсоида плоскостью,  перпендикулярной оси вращения (экватор – тоже параллель, плоскость которой проходит через центр Земли), а полюсами называют точки пересечения оси вращения Земли с поверхностью эллипсоида.

     Широту точки определяют как угол, образованный отвесной линией из этой точки на поверхности эллипсоида и плоскостью экватора. Долгота – это двухгранный угол между плоскостью Гринвичского (‘нулевого’) меридиана и плоскостью меридиана данной точки.

     Для уменьшения искажений используют картографирование территорий по частям, для этого в большинстве стран применяется равноугольная поперечная цилиндрическая проекция Гаусса - Крюгера. В ней поверхность эллипсоида разделяется на сферические двуугольники (зоны), при этом средний (осевой) меридиан и экватор изображаются взаимно перпендикулярными линиями без искажений.

     С удалением от осевого меридиана искажения возрастают. Чтобы свести их к минимуму, размер зон по долготе ограничивают шестью (6) градусами для карт масштаба 1:1000000 и мельче.

     Весь земной эллипсоид охватывает 60 шестиградусных зон. Для карт масштаба 1:500000 и крупнее используют трехградусные зоны по долготе и двухградусные по широте.

     Начиная от Гринвичского, 'нулевого', меридиана все зоны нумеруют арабскими цифрами, так первая зона заключена между 00 и 60 в.д., вторая между 60 и 120 и т.д. Для северного полушария, (7-я зона), положительное направление оси Х – на север, оси Y – на восток.

      На территории Украины все абсциссы (расстояние от экватора) положительны. Что касается ординат, то они могут быть как положительные, так и отрицательные, поэтому для удобства значение ординаты вынесены к западу за пределы зоны на 500 км от осевого меридиана.

Прямоугольные координаты объектов на карте выражаются в километрах и их частях.  Для нанесения точек по прямоугольным координатам на карту и определения координат точек на топографических картах (кроме карт масштаба 1:1 000 000) имеется прямоугольная координатная сетка в виде системы квадратов, рис.1.5, образованных линиями, параллельными осям Х и У. Линии сетки проводятся (в зависимости от масштаба карты) на расстоянии 1 или 2 км, поэтому их еще называют километровыми линиями, а сетку прямоугольных координат – километровой сеткой.

 Углы и поправки направлений. Важной задачей при работе с топографической картой является определение углов направлений (или углов положения), которые определяются в зависимости от начального направления, за которое, в свою очередь, может быть принят географический (истинный) меридиан, магнитный меридиан или осевой меридиан одной из зон проекции Гаусса-Крюгера.

В зависимости от этого различают азимут географический (истинный), азимут магнитный и дирекционный угол.

Географическим (истинным) азимутом  А направления называют угол, отсчитываемый от направления географического меридиана на Север по часовой стрелке до заданного направления в пределах 00-3600.  

Магнитным азимутом Ам называют угол, измеряемый между направлением магнитной стрелки (на Север) и определяемым направлением по ходу часовой стрелки, от 00 до 3600. Магнитное склонение δ – угол между истинным и магнитным меридианами. Склонение от истинного меридиана на восток, называют восточным (положительным), на запад - западным (отрицательным).

Дирекционным углом - называется угол, измеряемый на карте от северного направления осевого меридиана зоны или линий ему параллельных до заданного направления по часовой стрелке от 00 до 3600.

Сближение меридианов  - это угол между северным направлением географического меридиана данной точки и северным направлением вертикальной линии координатной сетки. Для точек, лежащих в восточной части от осевого меридиана, – положительна, для точек, расположенных в западной части, – отрицательна. Максимальное значение угла сближения не превышает 30. Все перечисленные пять углов связаны такими зависимостями:

Am = +  (магнитный азимут);

= Am +  (дирекционный угол);

A = + .

Алгебраическую разность = П называют поправкой направления.

 Географическое содержание топографических карт. Топографические карты отображают кроме строения земной поверхности еще и расположенные на ней основные природные, социально-экономические и специальные объекты. Объем информации на единицу площади весьма велик, но он сокращается с уменьшением масштаба карты. Географическое содержание карт передается с помощью условных знаков, которые обозначают вид объекта, часто представляют его качественные и количественные данные, плановые формы и размеры.

Все объекты местности отображаются на картах с помощью масштабных (контурных), внемасштабных и линейных  условных знаков.

Масштабные (контурные) условные знаки обозначают объекты, горизонтальные размеры которых могут быть выражены в масштабе карты. Сам объект может быть представлен в виде оконтуренной площадки, закрашенной определенным цветом, причем некоторые несущественные детали могут никак не представляться.

Внемасштабные (точечные) условные знаки представляют на картах объекты, занимающие на местности очень небольшую площадь, не представимую в масштабе карты,  положение которой показывается на карте точкой – радиолокационная станция,  генератор помех, буй, указатель и др. Причем положение такого объекта определяется точкой, которая находится либо в центре,  если знак симметричен (кружок, звезда и д.т.), либо в середине основания у фигур неправильной формы, либо в вершине прямого угла у основания знаков с ‘подсечкой’.

Линейные знаки применяют для изображения таких предметов местности, которые имеют значительную протяженность при сравнительно малой ширине.

При этом для наглядности ширина значительно преувеличена. Например, ширина дороги на карте 1:50000 составляет 0,9 мм, что соответствует в масштабе 45 м, тогда как реальная ширина такого шоссе не превышает 10 м.

Используются подписи и цифро-буквенные обозначения (населенных пунктов, рек и т.д.).

Особое значение имеет цвет, придаваемый различным объектам. Так, водным объектам присвоен голубой цвет, лесам – зеленый, рельефу земли – коричневый.

Гидрографическая сеть (различные водные объекты) отображается разносторонне и весьма подробно. На картах показаны береговые линии морей, озер и других водоемов, а также реки, ручьи, естественные и искусственные источники, ключи, родники и т.д.

Важным элементом географической среды является рельеф. Рельефом называют совокупность пространственных форм земной поверхности. Его особенности всегда выставляют требования при проектировании, например, путей сообщения, промышленных сооружений, определении способов сельскохозяйственного производства. В боевых условиях учет рельефа определяет способы передвижения, развертывания, маскировки и т.д.

Особое место в картографии занимают изображения социально-экономических объектов. К ним относят: населенные пункты, из них отличают поселки сельского типа; средства связи (радио- и телемачты, линии  связи, TV-центры и др.); промышленные объекты (фабрики, заводы, шахты, карьеры и т.д.);  наземные пути сообщения.

К социально-культурным объектам относят школы, больницы, сооружения культа, памятники и др. Их выделяют часто пояснительными надписями.

На картах масштабов 1:25 000 и 1:50 000 изображают все постоянные дороги. На картах масштаба 1:100 000 проселочные, полевые и лесные дороги наносят с большим отбором. Пропускная способность и качество дорог указывается в разрыве условного знака дороги, показывая вид искусственного ее покрытия (А-асфальтобетон, Ц-цементобетон, Б-булыжник и т.д.), ширину проезжей части и количество полос движения, например, 7,5х2 Ц. Весьма важными и обязательными объектами топографических карт являются границы.

Особенности организации динамических сцен при представлении окружающей обстановки. Использование карт как особых моделей географической действительности в процессе организации представления окружающей обстановки в системах оперативного взаимодействия составляет картографический метод исследования окружающей обстановки. Он включает визуальный анализ, картометрию и морфометрию, графический анализ и математический анализ.

Визуальный анализ и описание по картам начинается с чтения карты в соответствии с целью, т.е. с задачей, которую необходимо решить. Для этого представляют картографический образ местности, уясняют расположение объектов по их условным знакам, затем постепенно сопоставляют единичные образы, обобщают их в общую картину.

Направление, глубина и порядок чтения карты зависят от цели исследования, подготовленности персонала, географических особенностей территории  и ее свойств.

Так, например, в задачах взаимодействия сил сухопутных войск обязательно должны быть учтены данные о рельефе местности, растительности, гидрографической сети, населенных пунктах, танкоопасных направлениях и др.

В задачах ПВО кроме перечисленных, должны быть учтены данные о складках местности, в которых можно скрытно разместить соответствующую технику и др.

Весьма важным методом исследования является картографический анализ, включающий измерение и исчисление по картам различных количественных характеристик: координат целей и их количество, расстояний, размеров, высот, площадей, углов.

Картометрические данные, полученные с борта самолетов или орбитальных станций, служат неоценимым материалом для осуществления любой разведки, например, определения месторождений полезных ископаемых, а в оборонной области – для быстрого определения дислокации любой техники в толще вод, на земной поверхности и в атмосфере.

Здесь для объемного представления, кроме картометрического, применяют морфометрический анализ. По ним получают многостороннюю характеристику изучаемого района местности, дающую достаточно полную и хорошо представимую картину территории.

Графический анализ это исследование местности с помощью профилей, блок-диаграмм и других геометрических построений.

Математические методы в картографии применяются для получения по картам разнообразных количественных и качественных характеристик для создания и ведения баз данных геоинформационных систем. И если методы измерений по картам в достаточной мере разработаны и принципиально не сложны, то математическое моделирование обстановки отличается большой сложностью, а его реализация без специальных методов и средств вычислительной техники просто невозможна.

Методические указания

Открытие и регистрация растрового изображения

Для открытия растрового изображения (карты или снимка) из меню ФАЙЛ выберите команду Открыть таблицу, в результате появится диалоговое окно (рис. 3).

Необходимо выбрать тип файла - Растр, указать имя файла (KARTA) и открыть его, используяОткрыть. После чего на экране появляется еще одно диалоговое окно, которое позволяет выбрать режим работы с изображением:Показать илиРегистрировать.

Рис. 3

Показать - изображение будет показано в окне карты в условной системе координат.

Регистрировать - предлагается выполнить регистрацию изображения, т.е. задать координаты минимум трех точек изображения в выбранной системе координат.

Регистрация, по сути, является основой для математического преобразования данных, представленных в одной координатной системе (например, "подпиксельной системе координат"), в другую систему координат (например, широта/долгота) таким образом, чтобы на полученный результат можно было накладывать корректно другие слои информации для проведения пространственного анализа.

Чтобы зарегистрировать изображение, необходимо выполнить следующие операции:

  •  определить набор опорных точек на изображении. Опорные точки должны быть ярко выраженными и опознаваемыми, чтобы их можно было быстро найти и на растровом изображении, и на карте. В качестве опорных точек лучше всего выбрать пересечения улиц, углы пашни, перекрестия дорог и т.д.
  •  затем следует ввести информацию об опорных точках в MapInfo. Координаты этих точек можно непосредственно задать в диалоге или получить, указав на некоторую точку карты, предварительно совместив ее с изображением.
  •  наилучший результат регистрации можно получить в том случае, если число опорных точек достаточно велико, при этом они должны быть распределены по всему растровому изображению. Не следует задавать много точек на одном участке растра. Регистрация для данного участка будет корректной, но для остальной части изображения будет нарастать погрешность. Если такое все-таки произошло, MapInfo позволяет изменить положение опорных точек или добавить новые точки в любой момент.

При регистрации растрового изображения очень важно точно наводить курсор на опорные точки. Если опорные точки размещены правильно, MapInfo будет показывать растровое изображение без искажений и поворотов. При наложении векторных данных MapInfo, таким образом, трансформирует векторную информацию, чтобы добиться правильного взаимного расположения растра и векторных слоев.

Для того, чтобы зарегистрировать растровое изображение при открытии изображения, необходимо выбратьРегистрация либо, открыв незарегистрированное изображение, в главном меню выбрать ТАБЛИЦА, затем Растр, затем Регистрация, в результате появляется диалоговое окно "Регистрация изображения" (рис. 4).

На первом этапе выбирается картографическая проекция и единицы измерения. Затем курсором мышки указывают на точку изображения. Появится диалоговое окно "Добавить опорную точку", в котором задают координаты точки (измеренные на карте или полученные из других источников). Точка будет помечена в окошке изображения. Для того, чтобы зарегистрировать карту, необходимо ввести координаты, по крайней мере, трех опорных точек; но если проекция изображения неизвестна, то число точек должно быть значительно больше. В процессе регистрации нового растрового изображения, в диалоговом окне "Регистрация изображения" для опорных точек выдаются значения погрешностей регистрации. Под погрешностью понимается разница между реальным положением точки на изображении и заданными координатами Х и У. Очень важно, чтобы значение погрешности было как можно меньше. При больших погрешностях регистрации возникнут отклонения при совмещении растрового и векторных слоев. Для того, чтобы добиться максимальной точности при указании координат опорных точек, необходимо увеличить изображение (кнопка +).

Точность регистрации можно увеличить за счет большего числа опорных точек. При слишком большой погрешности регистрации надо ввести изменения в координаты опорных точек. Для этого выбирают запись о точке в верхней части диалога "Регистрация изображения" и выбирают другое расположение точки на карте.

Рис. 4

Регистрацию растрового изображения выполняют только один раз. В дальнейшем эта информация будет храниться в файле с расширением tab (KARTA.tab).

  1.  ФАЙЛ Открыть таблицу - (тип файла - растр, имя - KARTA) -Открыть
  2.  Регистрировать Проекция - (категория - план-схема, метры)
  3.  указать курсором точку ввести значения координат -ОК
  4.  действие 3 повторить для каждой опорной точки.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3(1.3)

Тема: «Принципы построения баз картографических данных в АГСиТ и картографических срезов»

Цель работы: изучить принципы построения баз картографических данных в АГСиТ и картографических срезов.

Подготовка к работе

  1.  Изучить теоретическую часть работы.
  2.  В лабораторной тетради представить результаты выполнения домашнего задания.

Домашнее задание

  1.  Представить в тетради цель работы и основные положения теоретической части.
  2.  Изучить принципы открытия и регистрации растровых изображений в ГИС MapInfo.
  3.  Подготовить ответы на контрольные вопросы.

Порядок выполнения работы

  1.  Представить преподавателю результаты выполнения домашнего задания, сдать отчет и получить допуск к работе.
  2.  Запустить программу  MapInfo.
  3.  Открыть и зарегистрировать растровые изображения в ГИС MapInfo

Содержание отчета

  1.  Пункты 1-3 «Домашнего задания».
  2.  Выводы.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные принципы построения баз картографических данных в АГСиТ.

2. Назовите основные типы параметров картографических объектов.

3. В чем заключается принцип построения баз картографических данных на основе квадротомических деревьев?

4. В чем заключается суть понятий «картографический слой» и «картографический срез»?

5. Приведите пример алгоритма визуализации картографической информации.

Теоретические сведения

Одной из функций АГСиТ является  ввод, обработка, хранение и вывод по запросам оператора разнообразных картографических данных и специальных сведений о местности. Одной из главных функций АГСиТ является получение пространственно-временной информации о быстродвижущихся объектах и местности и их отображение в виде динамических сцен в реальном времени.

Такая информация должна быть заложена в базах данных АГСиТ, что возможно лишь тогда, когда они построены с учетом методов технологии цифровой картографии.

Классическим примером такой технологии может служить канадская, основанная на геоинформационной системе CGIS.

CGIS предназначена для автоматизированной обработки информации, собираемой Службой инвентаризации земель при Правительственной комиссии Канады по окружающей среде. Информация включает в себя статистические данные, административные границы, линии побережья и орогидрографическую сеть и как основной источник – карты пригодности земель для разных видов использования: сельскохозяйственного, лесохозяйственного и рекреационного, карты фактического использования земель, оценки местообитания животного мира и экологические карты в диапазоне масштабов от 1:50000 до 1:200000 в универсальной поперечно-цилиндрической проекции Меркатора (UTM).

Главная характерная особенность системы CGIS –  автоматизированный ввод картографического материала. В качестве устройства ввода использовано оптико-механическое растровое сканирующее устройство барабанного типа. Такая технология была применена впервые в мировой практике. В ней основной тип данных – данные о площадных объектах отображаются в виде замкнутых контуров (полигонов). Каждый тип данных (элемент тематического содержания карты) называется «покрытием» (coverage), а полигон покрытия – полем. Каждому полю соответствует уникальный идентификационный номер. Полное описание «покрытия» состоит из двух наборов данных: набора данных об изображении, содержащего компоненты описания границ всех контуров, и дескриптивного набора данных (тип контура, размер площади, координаты центральной точки), т.е. первому набору соответствует пространственное положение на карте, а второму – принадлежность к определенной классификационной единице ее легенды. Связь между ними осуществляется через индивидуальный номер.

Контурная информация с отдельных листов оригиналов карт переносится вручную на жесткую основу гравированием на пластинке со съемным слоем. Параллельно готовится прозрачная основа с идентификационными номерами контуров.

На первом этапе основа с линейными элементами помещается на барабан сканирующего устройства. Сканирование производится с записью на магнитную ленту с шагом 1/250 дюйма (порядка одной десятой миллиметра) в двоичном коде. Время сканирования листа основы размером 60 х 90 см составляет 10-15 минут. Далее осуществляется преобразование условных угловых координат в географические с последующим сжатием, т.е. производится преобразование растрового формата в векторный. Данные об изображении листа основы 75 х 75 см в сжатом виде занимают 56,25 Мбайт.

На втором этапе совмещенные основы с линейными элементами и с индивидуальными номерами помещаются на цифрователь для записи координат четырех углов карты и точек, произвольно расположенных внутри каждого контура (по одной точке на контур). Следовательно, контур через номер связан с его именем в виде так называемого дескриптивного набора. Ввод дескриптивных данных производится через устройство подготовки данных на магнитных лентах и осуществляется дважды в двух независимых форматах с целью автоматического контроля для исключения ошибок.

Существующие в настоящее время технические средства превосходят средства CGIS и по разрешению сканирующего устройства, и по времени цифрования исходного картографического материала, и по степени автоматизации процесса цифрования карт. Однако система CGIS останется классическим примером ГИС, предназначенной для массового использования. Основной недостаток данной системы состоит в том, что она не содержит средств, позволяющих обеспечить отображение движущихся объектов на картографическом фоне и системы средств, позволяющих интерактивное взаимодействие с ними в реальном времени.

Более совершенная и современная система создания баз картографических данных, построенная под руководством С.В.Абламейко. Она совмещает процессы ручного цифрования и маркировки с автоматической векторизацией, распознаванием и интерактивной коррекцией, позволяет получать удовлетворительные временные характеристики для картографических данных.

Предложенная технология позволяет сократить время цифрования карт более чем вдвое в сравнении с существующей технологией ручного (полуавтоматического) цифрования.

Технические показатели системы следующие: время сканирования одного слоя карты – 40 мин; рабочая область цифрования – А0-А2, разрешение – 25 мкм. Диапазон обрабатываемых карт – от 1:25000 до 1:200000. Размеры карт – до 60 х 70 см.

Определены три базовых класса объектов:

а) линии (длина больше ширины), в выходной БД представляемые средними линиями;

б) символы, представляемые одной-двумя точками;

в) области, представляемые контуром.

Map overlay – специальная форма географической карты с изображением каждого слоя только одним цветом. Каждый слой – черно-белый лист, содержащий картографические объекты одного цвета.

В качестве базовых приняты следующие типы слоев: дороги (желтый цвет на картооснове); растительность (forest) (зеленый); гидрография (синий); изолинии (коричневый); слой, содержащий объекты черного цвета.

Для представления картографических объектов в выходной БД необходимо определить три типа параметров: код объекта, метрику (геометрические координаты) и семантику (характеристики объекта). Код объекта определяется графическим представлением его образа и относится к конкретному объекту или к целому классу объектов. Метрика зависит от расположения объекта на карте. Линейные объекты представляются своими остовами (skeletons), символы – одной-двумя точками, области – контуром. Семантика отражает некоторые конкретные характеристики объектов (геометрические, конструктивные и др.). Они могут определяться двумя способами: графическим представлением (структура, цвет и т.д.); с помощью условных знаков и символов (текст различных шрифтов, сигнатур, текстура различных элементов и т.д.).

Характеристики сканирующего устройства: область сканирования – 680 х 510 мм; разрешение – 25, 50, 100 мкм; режимы сканирования – линейный (бит на пиксел), цветной (байт на пиксел).

Для обработки всей сканируемой информации используется четыре рабочие станции. Две из них связаны с ручными дигитайзерами. Один компьютер с плоттером большого формата используется для рисования и контроля получаемых цифровых карт. Вся технология состоит из трех основных процессов: ручного цифрования  карт или их частей; автоматической векторизации слоев карт и картографических объектов; интерактивной корректировки данных в векторной форме. В состав рабочей станции входит два монитора.

База данных реализована на основе реляционной модели и состоит из трех файлов: метрики, семантики и справочника. Описание каждого объекта представляется тремя записями. Записи характеристик и метрики имеют переменную длину, запись справочного описания – фиксированную. Представление объекта дается в соответствии с русской системой классификации и кодирования картографической информации. СУБД реализует следующие функции: доступ к информации о конкретной карте, слою или к области карты; доступ к информации о конкретном объекте или к информации об объекте с заданными свойствами; контроль информации;  преобразования карт: сшивка, разграфка, масштабирование, преобразование проекций и пр.

Методические указания

Векторизация растровых данных в среде MapInfo

Следующий этап - сбор данных или векторизация растрового изображения. Векторизация выполняется по слоям. Эти слои можно представить, как прозрачные пленки, которые могут совмещаться в различных сочетаниях. Каждый слой содержит однотипные объекты, например, один слой может содержать пашни, другой - леса, третий - реки и т.д. Если поместить такие слои один поверх другого, то в результате получится полная карта. Для каждого слоя составляется своя таблица.

Для создания нового слоя используется косметический слой. Косметический слой - это пустой слой, лежащий на поверхности всех прочих слоев. Он используется для рисования, в него помещаются подписи, заголовки карт, разные географические объекты. Косметический слой всегда является самым верхним слоем карты. Его нельзя удалить из окна Карты, а также изменить его положение по отношению к другим слоям.

Создание слоев карты 

Для того, чтобы создать первый слой необходимо на панели "Операции" выбрать (Управление слоями).

После этого появится диалоговое окно "Управление слоями" (рис. 5). Необходимо установить флажок под значком "Рисовать" для косметического слоя и нажатьОК .

Рис. 5

После проделанной операции панель "Пенал" станет доступна для пользования. Теперь можно приступать к рисовке первого слоя. Для этого необходимо на панели "Пенал" выбрать инструмент (эллипс, прямоугольник, линию, замкнутый или незамкнутый полигон), а также соответствующий стиль и цвет.

Для отображения контура неправильной формы используется инструмент ПОЛИГОН. Указатель необходимо поместить в точку, с которой хотите начать рисование, и щелкнуть левой кнопкой мыши, а затем перемещать указатель так, чтобы линия, которую вы рисуете, совпадала с контурами на карте, изменение направления линии фиксируется одним нажатием левой кнопки мыши. Для замыкания ломаной дважды нажимается левая кнопка мыши, после чего соединяется первая и последняя точки. Точечные объекты помечаются символами. Выбирается инструмент СИМВОЛ, курсор помещается в нужное место карты, и нажимается кнопка мыши.

После того, как закончили рисовать данный слой, необходимо его сохранить. Для этого выбирают команду КАРТА Сохранить Косметику, появляется диалоговое окно, в окошке "Имя" задают наименование нового слоя и сохраняют его с помощью кнопкиСохранить.

Следующий слой создается так же, как и предыдущий.

Созданные слои можно использовать для совмещения разнородной информации на одной карте и представления географических связей между данными. Слои можно переупорядочивать, настраивать и удалять. Для того, чтобы поменять порядок слоев на панели "Операции", выбирают кнопкуУправление слоями, в появившемся диалоговом окне видно расположение слоев карты. Слой, который необходимо переместить, выделяют и нажимают кнопкуВверх илиВниз, после нажатияОК на экране появится измененное изображение карты. Для того, чтобы слой удалить или добавить, используют кнопкиДобавить илиУдалить.

В результате всех перечисленных действий получают векторную карту, состоящую из отдельных слоев, хранящихся в специальной таблице слоев, которые можно подгружать и редактировать в любой последовательности независимо друг от друга. Таким образом, можно получить векторное изображение снимка, плана и т.д.

Редактирование векторных данных. В MapInfo имеются средства для редактирования графических объектов. Изменения вносятся путем активизации того слоя, где произошли изменения. На панели "Операции" выбирают любой из инструментов, предназначенных для выделения объектов, и выделяют необходимый объект щелчком левой кнопки мыши. Выделенный объект можно переместить на новое место, изменить тип линий, штриховки, вид символов, а также изменить размер.

Изменение формы возможно только для тех объектов, которые созданы инструментом ПОЛИГОН. После того, как такой объект будет выделен, становится доступным инструмент ФОРМА, нажатие которого позволит увидеть все узлы, где сходятся две стороны ломаной. Изменять форму объекта можно путем перемещения, добавления или удаления узлов. Узлы используются не только для изменения формы, но и для выравнивания объектов относительно друг друга. Этот процесс называется совмещением узлов и важен для стыковки соседних объектов.

Режим совмещения узлов можно включить, нажав клавишуS или выполнив команду Настройка Режимы Окно карты, после чего задается радиус совмещения узлов в пикселях. При включенном режиме совмещения узлов автоматически совмещаются узлы одного объекта с соответствующими узлами другого объекта, если расстояние между ними становится меньше заданного радиуса.

Иногда в ходе редактирования необходимо преобразовать область в ломаную, в этом случае операции редактирования узлов становятся доступными для любых объектов. Это можно сделать, выбрав объект и выполнив команду Объекты Превратить в ломаную. Существуют и другие возможности редактирования [1].

Сохранение Рабочего Набора. При работе с несколькими таблицами в течение длительного времени рекомендуется сохранять информацию Рабочего Набора. Для этого выбирают команду ФАЙЛ Сохранить Рабочий Набор. На экране появится диалоговое окно, в котором указывается "Имя файла" для сохранения информации. В результате появится файл с расширением wor (karta 1.wor).

Установление подписей. Ни одна карта не обходится без подписей, так как подписи - это очень важный компонент. Подписи можно устанавливать автоматически и вручную.

Для того, чтобы нанести подписи вручную на панели "Операций", выбирают , курсор наводят на тот объект, на котором необходимо установить подпись, щелкают левой кнопкой мыши и набирают с клавиатуры подпись. Для того, чтобы автоматически подписать различные слои карты используют диалог "Управление слоями".

Подписи создаются из данных, соотнесенных с географическими объектами. Для этого устанавливают флажок Подписывание и нажимают кнопкуПодписи. Появляется диалоговое окно, в котором выбирают положение подписи относительно объекта на карте, атрибуты шрифта и прочие режимы, нажимаютОК и еще разОК в диалоговом окне "Управление слоями".

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4(2.1)

Тема: «Исследование процессов движения сложных символов объектов на картографическом фоне»

Цель работы: закрепление теоретических знаний по процессам движения сложных символов объектов на картографическом фоне.

Подготовка к работе

  1.  Изучить теоретическую часть работы.
  2.  В лабораторной тетради представить результаты выполнения домашнего задания.

Домашнее задание

  1.  Представить в тетради цель работы и основные положения теоретической части.
  2.  Изучить процессы движения сложных символов объектов на картографическом фоне.
  3.  Подготовить ответы на контрольные вопросы.

Порядок выполнения работы

  1.  Представить преподавателю результаты выполнения домашнего задания, сдать отчет и получить допуск к работе.
  2.  Запустить данный пакет прикладных программ.
  3.  Выполнить действия согласно методическим указаниям.

Содержание отчета

  1.  Пункты 1-3 «Домашнего задания».
  2.  Выводы.

Контрольные вопросы

1. Назовите методы представления алфавитно-цифровой и символьной информации на экране видеотерминала.

2. Назовите методы генерации сложных символов движущихся объектов, отображаемых на картографическом фоне.

3. Представьте пример алгоритма организации данных и вывода на экран изображения сложного символа движущегося в околоземном пространстве объекта по заданным координатам.

4. Представьте основные принципы организации перемещения сложных символов движущихся объектов, отображаемых на картографическом фоне.

5. Назовите методы организации динамических сцен на экранах систем УВД.

Теоретические сведения

Для комфортного восприятия и однозначного распознавания символов необходимо, чтобы их изображения на экране были представлены всеми необходимыми атрибутами, свойственными прикладной задаче, перемещались и поворачивались плавно, без резких скачков. Заметим, что  растровые изображения символов, составленные из точек, матрица которых превышает размер 8х8, называют сложными. Организация вычислений для обеспечения динамики сложных символов предполагает решение следующих первоочередных задач:

а) отыскание программно-аппаратных методов и средств, обеспечивающих отображение динамики сложных символов объектов на фоне карты в реальном времени;

б) разработка методов поиска, быстрой обработки и вывода отображения необходимой картографической информации, составляющей фон, в представляемой динамической сцене.

Первая задача связана с хранением изображения символа и участка фона под ним, представленного цифровой картой местности. Рассмотрим пример одновременного вывода 10 сложных символов. Пусть для каждого символа требуется 4 матрицы памяти, отображающие 4 последовательных положения при его повороте. Для матрицы размерностью 40 х 40 при условии, что один пиксел не будет занимать более 1 байта, требуемый объем памяти для одного символа: 40 х 40 х 4 = 6400 байт, при сохранении фона 40 х 40 = 1600 байт: 6400 + 1600 = 8000 байт.

Как видно, только для хранения 10 символов и картфона под ними потребуется 80 килобайт ОЗУ. С ростом количества динамических объектов и размера матриц, составляющих изображения их символов, увеличивается время обработки, в основном за счет пересылок из ОЗУ в видеопамять и обратно больших массивов информации. Надо учесть, что плавность движения символов могут обеспечить только экраны с малым послесвечением. Изображение должно обновляться не менее 50 раз в секунду, т.е. время построения кадра должно составлять не более 20 мсек. При меньшей частоте регенерации изображения имеет место мерцание. Если использовать стандартные функции построения точек (типа Setrixel в Турбо Паскале), работающие через прерывание BIOS 10H, скорость вывода изображения на экран становится недостаточной, поскольку прерывание обрабатывается весьма медленно.

Проблема повышения качества визуализации связана с размерами матриц отображаемых символов, а также с уменьшением шага поворота и шага перемещения символа по траектории. Поскольку многие задачи требуют использования символов большой сложности и таких размеров, которые обеспечили бы безошибочную идентификацию оператором класса объекта, то для идентификации различных типов самолетов во многих случаях необходима матрица не менее 40 х 40. Чтобы оператор не уставал и адекватно воспринимал маневр, отображаемый плавным поворотом, требуется не менее 16 направлений изображения каждого из таких типов символов, записанных в матрицы, содержащие даже до 50 х 50 точек. А при ужесточении требований к организации плавности поворота, т.е. при необходимости уменьшать угловой шаг, отображение такой динамики, в свою очередь, требует дополнительно значительного объема оперативной памяти для хранения множества изображений этих символов и соответствующего времени для их обработки.

Для обеспечения плавного перемещения на экране сложных объектов применяют специальные графические системы, которые позволяют выводить изображения практически любой степени сложности со скоростью от 30 до 60 раз в секунду. Для создания на экране непрерывно изменяющегося изображения требуется "перевычислять" десятки миллионов пикселов в секунду. Естественно, такие системы имеют значительную стоимость.

Существует четыре способа представления алфавитно-цифровых и других символов:

  •  метод маски;
  •  метод Лиссажу;
  •  штриховой метод;
  •  метод точечной матрицы.

Метод точечной матрицы наиболее перспективен при организации динамической сцены], однако известные методы динамики базируются на матрицах не более 8 х 8 точек, а организация плавности перемещений сложного символа на цветном картографическом фоне никем серьезно не исследована.

Применение других возможных методов реализации динамики сложного символа – аффинные преобразования, логарифмирующая спиральная сетка – требует значительных объемов оперативной памяти и  времени обработки.

Методические указания

Используя пакет прикладных программ, выполнить следующие шаги:

  1.  На панели инструментов, расположенной в верхнем левом углу окна, щелкнуть мышкой на первый значок. В появившемся дополнительном окне под названием «Вибір сектора для відображення» на карте выбрать ячейку, проведя по ней курсором манипулятора «мышь» таким образом, чтобы образовался красный прямоугольник. Область выделенной ячейки разместится в увеличенном виде в главном окне.
  2.   После этого на панели инструментов, расположенной в верхнем левом углу окна, щелкнуть мышкой на второй значок. В появившемся дополнительном окне под названием «Складові географ. інф…» снять флажок с первого элемента географической среды; просмотреть измененную карту. Изменять картографическое изображение до тех пор,  пока на карте останется один элемент географической среды.
  3.  Восстановить карту в исходное состояние.
  4.  На панели инструментов, расположенной в верхнем левом углу окна, щелкнуть мышкой на третий значок. Научиться определять координаты выбранной точки на карте.
  5.  Научиться осуществлять перемещение карты, выбор участка карты и картографических срезов (слоев), используя панель инструментов, расположенную с правой стороны окна.
  6.  Научиться производить увеличение и уменьшение выбранного картографического изображения. 
  7.  Используя панель инструментов, расположенную с правой стороны окна, щелкнув мышкой на кнопку BVect, вывести изображение сложного символа самолета на фон карты.
  8.  С помощью кнопки Way и Move задать траекторию и обеспечить перемещение символа самолета.
  9.  Использовать дополнительное окно, в котором отображается в увеличенном виде  часть местности, над которой пролетает самолет, с помощью кнопки Vision.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5(2.2)

Тема: «Методы оперативного ввода-вывода алфавитно-цифровых и графических данных»

Цель работы: закрепление теоретических знаний по методам оперативного ввода-вывода алфавитно-цифровых и графических данных.

Подготовка к работе

  1.  Изучить теоретическую часть работы.
  2.  В лабораторной тетради представить результаты выполнения домашнего задания.

Домашнее задание

  1.  Представить в тетради цель работы и основные положения теоретической части.
  2.  Изучить принципы создания таблиц и тематических карт.
  3.  Подготовить ответы на контрольные вопросы.

Порядок выполнения работы

  1.  Представить преподавателю результаты выполнения домашнего задания, сдать отчет и получить допуск к работе.
  2.  Запустить программу  MapInfo.
  3.  Создать таблицы и тематические карты в ГИС MapInfo

Содержание отчета

  1.  Пункты 1-3 «Домашнего задания».
  2.  Выводы.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные методы оперативного ввода алфавитно-цифровых и графических данных в системах УВД.

2. Назовите основные методы оперативного вывода алфавитно-цифровых и графических данных в системах УВД.

3. Укажите основные принципы ввода графических данных и их отображения на экранах систем УВД.

4. Назовите основные средства ввода-вывода алфавитно-цифровых и графических данных.

5. Представьте пример преобразования сигналов при вводе графической информации с помощью оптоэлектронных аппаратов строчно-кадровой развертки барабанного типа.   

Теоретические сведения

Кроме обычного способа ввода картографической информации наиболее часто применяют дигитайзер, сканер, телекамеру. Способ ввода картографической информации с применением дигитайзера, требует достаточно дорогого оборудования, высокой квалификации персонала и значительных затрат. Поэтому его используют, в основном, крупные предприятия, специализирующиеся на производстве «электронных» карт и для ввода в АГСиТ его применение может не всегда быть целесообразным.

Технология ввода картографической информации при помощи сканера и телекамеры свободна от отмеченных недостатков, благодаря чему может быть использована для оперативного ввода в АГСиТ. Однако эта информация обладает большой избыточностью.

 Рассмотрим пример расчета объема необходимой памяти для хранения растрового изображения, получаемого путем сканирования номенклатурного листа географической карты размером 40Х40 см. Известно, что в 16 цветном отображении для хранения информации об одной точке, требуется 4 бита. В предположении, что разрешение сканера составляет 10 точек на 1 мм при развертке, допускающей 2000 строк по вертикали, нетрудно подсчитать, что для хранения всего листа карты потребуется 8 Мбайт памяти. А если представить, что карта состоит из нескольких листов слоев, ее составляющих: гидрография, рельеф, дороги и т.д., соответственно увеличивается и объем памяти для их хранения. Ситуация с хранением и обработкой еще более усложняется при необходимости хранения карт, охватывающих значительные территории, представленные в различных масштабах.

Поэтому для эффективной работы АГСиТ необходимо создать методы построения таких баз данных, которые обеспечили бы быстрое нахождение и отображение нужных картографических срезов, слоев или их комбинаций, а также данных о символах неподвижных и движущихся объектов.

Методические указания

Анализ пространственных данных

1. Выборка группы данных и выполнение запросов

В MapInfo имеются специальные функции, позволяющие организовывать и группировать данные в соответствии с требованиями пользователя. Для этого существует возможность выделенные объекты помещать в новую таблицу, тем самым получая выборку данных. Используя для этой цели разные инструменты, можно выбирать объекты на заданном расстоянии от исходного объекта, объекты, расположенные в пределах некоторого площадного объекта, или объекты, удовлетворяющие некоторому условию. Рассмотрим подробнее некоторые возможности.

С помощью инструмента СТРЕЛКА можно выделить несколько объектов, дополнительно нажимая кнопкуShift. Выбранные таким образом объекты сохранятся в виде временной таблицы. Для ее просмотра необходимо выполнить команду ОКНО Новый список. В появившемся окне выбрать функцию "Выборка", появится таблица, в которой будут помещены выбранные объекты.

Выбрать объект на заданном расстоянии от исходного объекта можно инструментом ВЫБОР В КРУГЕ. Заметим, что объекты не обязательно должны полностью лежать внутри этого круга.

Инструмент ВЫБОР В ОБЛАСТИ предназначен для выбора объектов, расположенных в пределах некоторого площадного объекта, то есть выбирают объекты, лежащие в области другого объекта.

С помощью инструмента ВЫБОР В РАМКЕ выбираются объекты с верхнего слоя, расположенные внутри заданного прямоугольника.

Запросы. Производить выбор объектов можно также и с помощью команды SQL-запрос, которая позволяет составлять запросы разной сложности, например:

  •  создавать таблицы запросов, содержащие данные, которых не имеется в исходных таблицах (комбинирование различных таблиц в одну новую таблицу);
  •  создавать вычисляемые колонки;
  •  обобщать данные из всех записей в заданной колонке. При обобщении данных необходимо указать как группировать записи и как обобщать данные.

2. Создание тематических карт

Тематические карты предоставляют широкие возможности для анализа данных путем присвоения графическим объектам на карте цветов, штриховок, типов линий и символов на основании некоторого условия или числового значения.

Создание карты в MapInfo начинается с открытия таблицы или таблиц. Возможны два метода использования данных для создания тематической карты.

  1.  Данные используются из базовой (основной) таблицы. Нужно указать название Таблицы и Поля в диалоге КАРТА Создание тематической карты.
  2.  Данные используются из другой таблицы. В этом случае выбирают функциюОбъединение в диалоге КАРТА Создание тематической карты в списке. Поля для показа диалога "Обновить тематическую колонку". С его помощью создают временную колонку, по значениям которой и будет создаваться тематическая карта.

Вновь созданные тематические карты добавляются в окно КАРТА Управление слоями в виде отдельного слоя, помещаясь поверх того слоя, на основе которого она была создана. При этом необходимо соблюдать порядок их расположения, что важно при показе нескольких тематических слоев одновременно MapInfo позволяет создавать тематические карты следующего типа (рис. 6):

  1.  диапазоны значений;
  2.  столбчатые диаграммы;
  3.  круговые диаграммы;
  4.  размерные символы;
  5.  плотность точек;
  6.  отдельные значения;
  7.  поверхности.

Тематической переменной называется величина, отображаемая на тематической карте. Так, тематические карты типа "круговые диаграммы" и "столбчатые графики" строятся по нескольким тематическим переменным, а остальные типы карт отображают изменение одной переменной.

Рассмотрим более подробно каждый тип тематических карт.

Метод диапазонов группирует записи с близкими значениями тематической переменной, присваивая им различные цвета или типы линий.

Столбчатые и круговые диаграммы позволяют анализировать значения нескольких переменных одновременно. На такой карте значения определяют величину соответствующего столбца на графике или сегмента диаграммы. Пользователь имеет возможность:

  •  задавать цвет каждого столбца или сегмента, закрашивать фоновым цветом рамку вокруг каждого графика или тип границ секторов;
  •  изменять ориентацию столбцов (вертикальная или горизонтальная) или задавать угол, определяющий начальное положение первого сектора диаграммы;
  •  задавать месторасположение диаграмм;
  •  изменять вид диаграмм (например, диаграмма состоит из нескольких столбцов, или столбцы можно накладывать друг на друга);
  •  задавать различные размеры для разных столбцов.

Рис. 6

Метод размерных символов - тематическая переменная отображается символом, размер которого пропорционален ее значению, при этом цвет, тип и предельно допустимые размеры значков выбирает пользователь.

Метод плотности точек позволяет показывать данные точками, при этом число точек в каждой области пропорционально значению тематической переменной. Можно регулировать значение (задавать количество точек), изменять размер точек на карте (увеличивать или уменьшать). На карте точки расставляются хаотично.

Метод отдельных значений позволяет выделять точки, линейные и площадные объекты по отдельным значениям из заданного поля таблицы, сопоставляя каждое значение своим цветом.

Метод поверхности отображает данные в виде растровой поверхности с непрерывной цветовой раскраской карты. Этот метод в основном используется для иллюстрации изменений температуры или изображения рельефа топографической поверхности.

Процесс создания тематических карт состоит из следующих шагов:

  1.  выбор типа тематической карты;
  2.  выбор тематических переменных (название таблицы и ее поля);
  3.  настройка тематической карты.

Содержание задания. В процессе лабораторных работ каждый студент по отсканированному фрагменту план-схемы г. Новосибирска и статистическим данным об источниках загрязнения и объемах выбросов на данную территорию (вариант выдается преподавателем) должен сформировать средствами ГИС MapInfo следующую продукцию:

  1.  Создать базовые слои (гидрография, квартал, автомобильные и железнодорожные дороги, озеленение).
  2.  Сформировать тематические карты двух видов:
    •  методом диапазонов показать различные источники загрязнения;
    •  методом "круговая диаграмма" отобразить соотношение выбросов вредных веществ в атмосферу различными источниками загрязнения (данные приведены в приложении).

Рассмотрим последовательность выполнения операций на примере создания тематической карты "Источники загрязнения атмосферы вредными веществами" методами диапазонов и круговой диаграммы. В качестве основного материала будем использовать план-схема города Новосибирска масштаба 1 : 32 000.

Тематический слой (нагрузка) - источники загрязнения (заводы, фабрики, ТЭЦ и т.д.), - отрисовывается на карте после создания основных слоев (гидрографии, кварталов, автомобильных и железных дорог, озеленения).

Информация об источниках загрязнения содержится в таблице (рис. 7), по которой и будет строиться тематическая карта методом диапазонов.

Рис. 7

Для этого нужно указать название Таблицы и Поля в диалоге КАРТА Создание тематической карты (рис. 8):

Рис. 8

При нажатии на кнопкуДалее > появится таблица "Создание тематической карты", в которой предлагается образец автоматически раскрашенных диапазонов и окно Настройки, посредством которого можно задавать свои Диапазоны, Стили и Легенду. При выборе клавишиДиапазонов на экране монитора появится таблица "Настройка диапазонов". Выбираем метод - Равное количество записей, а с помощью команды # диапазоны задаем число диапазонов (в данном примере, число диапазонов равно 4). Таким образом, получим цветовую характеристику различных источников загрязнения. Выбрав клавишуСтили, настраиваем нужный нам стиль (например, от светло-серого до темно-серого тона) нажатием на кнопку слева.

С помощью кнопкиЛегенда можно задавать порядок строк в легенде, добавлять Заголовки, Подзаголовки, выбирать Шрифты и надписи при диапазонах (источники загрязнения) с помощью функции "Правка выбранного", а также изменять порядок показа условных значений в легенде с помощью клавишПо возрастанию илиПо убыванию. Каждая выбранная операция подтверждается кнопкойOK.

На рис. 9 отображен фрагмент тематической карты источников загрязнения методом диапазонов.

Для сохранения установок тематических карт, как стандартных, используется кнопкаЗапомнить как в соответствующих диалогах, и в дальнейшем они будут применяться по умолчанию при создании тематических карт.

Рис. 9

  1.  ОКНО Новый список "Новое окно списка" - (имя - легенда заводов)
  2.  КАРТА Создать тематическую карту - (тип - метод диапазонов) -Далее
  3.  "Создание тематической карты" - (таблица - заводы, поле - id) -Далее
  4.  Диапазоны - (метод - равное количество записей, число диапазонов) -OK
  5.  Стили "Настройка стиля картограммы" -OK
  6.  Легенда "Настройка легенды" - (заголовок, обозначение диапазонов) -OK
  7.  Сохранить как (имя - картограмма стандартная) -OK

Для отображения соотношений выбросов вредных веществ в атмосферу конкретным источником загрязнения, необходимо, чтобы таблица, содержащая информацию о вредных веществах (рис. 10) и базовая таблица заводов (рис. 7) были открыты. Затем выполняем команду КАРТА Создание тематической карты и выбираем метод "круговая диаграмма". При нажатии на кнопкуДалее > на мониторе появится диалог "Создание тематической карты", в котором выбирается "таблица заводов".

В окошке списка "Поле" при выбореОбъединение появится диалог "Обновить тематическую колонку". В окошке "Обновить таблицу" уже автоматически будет установлено базовое название - заводы, а в окошке "Обновить колонку" - установлено "Добавить новую временную колонку". В списке "Значения извлечь из" "Значение", а в списке "для" выбрать одно из вредных веществ, и после чего появится диалог "Создание тематической карты", в списке "Поля" из таблицы выбрать вредное вещество и при нажатии на клавишуДобавить> оно переместится в список "Поля для диаграммы", таким образом задаем поля для всех заданных вредных веществ.

Задав поля для диаграммы, нажимаем на кнопкуДалее>, появится диалог "Создание тематической карты", и в окошке "Образец" нам будет предложена диаграмма, сектора которой раскрашены автоматически. В списке "Настройки", выбрав кнопкуСтили, задаем свой цвет сегмента для каждого вредного вещества, вид, размеры, положение и оформление (задаем начальное положение первого сектора) диаграммы.

Легенда вредных веществ (рис. 10) создается аналогично легенде заводов (источников загрязнения).

Рис. 10

После нажатия кнопкиOK MapInfo покажет тематическую карту в текущем окне, на которой будет показано соотношение выброса вредных веществ в зависимости от источника загрязнения (рис. 11).

Рис. 11

С помощью ОКНО Новый отчет можно подготовить прекрасный наглядный материал с использованием созданной тематической карты, легенды и дополнительных данных (таблиц и графиков).

  1.  ОКНО Новый список "Новое окно списка" - (имя - легенда заводов, легенда вредных веществ)
  2.  КАРТА Создать тематическую карту - (тип - метод "круговая диаграмма") -Далее
  3.  "Создание тематической карты" - (таблица - заводы, поле - объединение) -Далее
  4.  "Обновить тематическую колонку" Добавить - (поля для диаграммы - вредные вещества) -Далее
  5.  Стили "Настройка стиля диаграммы" - (размеры, положение, оформление) -OK
  6.  Легенда "Настройка легенды" - (заголовок, обозначение диапазонов) -OK
  7.  Сохранить как - (имя - "круговая картодиаграмма") –OK

3. Создание таблиц

Для создания в MapInfo таблицы данных в косметическом слое устанавливаем флажком новый слой, после этого раскрываем меню Файл Новая таблица. При нажатии на кнопкуOK появится диалоговое окно "Новая таблица", выбираем функцию "Показать списком" Создать. На мониторе высветится диалог "Показать структуру данных", с помощью кнопкиДобавить поле задаем "Имя поля" (Поля: id, заводы), "Тип": целое, символьное, "Размер" и "Индексирование".

Для выбора характеристик имеется окно "Описание поля". После заполнения таблицы нажимаем на кнопкуСоздать (рис. 12).

Рис. 12

Появится диалоговое окно "Создать новую таблицу", то есть нам будет предложено сохранить таблицу под своим именем (например, сохраним файл под именем "заводы"), и после нажатия на кнопкуСохранить увидим созданную нами структурную таблицу, которую нужно заполнить соответствующей информацией. Нажатием на правую кнопку мыши увидим подменю и выберем команду Новая запись, с помощью которой и будет заполняться таблица нужными данными (см. рис. 7).

Таблица вредных веществ создается аналогично рассмотренной выше таблице заводов*.

  1.  ФАЙЛ Новая таблица - (Показать списком) -Создать
  2.  Добавить поле - (поля - id, заводы; тип - целое, символьное; индекс, помечая флажком) -Создать
  3.  "Создать новую таблицу" - (имя - легенда заводов) -Сохранить
  4.  Вводим информацию в созданную структурную таблицу, нажав на правую кнопку мыши Новая запись (заполняем таблицу данными - источники загрязнения).

* Для вредных веществ устанавливают: Тип - вещественное.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

72709. РЕЗЬБОВОЙ МИКРОМЕТР СО ВСТАВКАМИ 1.49 MB
  Комплексный метод служит для оценки годности резьбы. При этом учитываются погрешности всех параметров резьбы. Контроль резьбы калибрами прост и удобен.
72711. Микрометрический нутромер 198.5 KB
  Устройство и принцип действия прибора Микрометрический нутромер по устройству напоминает микрометр. Цена деления прибора -– 001 мм. Настройка прибора на конкретное измерение выполняется путём подбора подходящих удлинителей отсчёт производится п шкалам барабана и стебля.
72713. Индикаторный нутромер 100 KB
  Нутромеры индикаторного вида выпускают со стандартизованными пределами измерений 610 мм 1018 мм и др. К прибору прилагаются сменные стержни и шайбы устанавливающиеся в отверстие тройника головки нутромера. Устройство и принцип действия прибора.
72714. Оптимизация каналов реализации продукции 37.5 KB
  Постановка задачи Определить оптимальную структуру каналов реализации получения максимальной выручки от реализации продукции. Известна цена реализации продукции по каждому каналу реализации табл. цена реализации продукции тыс.
72715. Знакомство со средой программирования C++ Builder 6 394 KB
  Цель работы: Знакомство с оболочкой среды визуального программирования C++Builder. Получение навыков создания простейших приложений. Методические указания. В ходе выполнения лабораторной работы необходимо, используя предложенную последовательность действий, ознакомиться с интерфейсом...
72716. Изучение основных компонентов среды С++ Builder 6: Button, Edit, Label. Решение алгебраических задач 443.5 KB
  Из главной формы необходимо вызвать вторую форму нажатием кнопки мыши на поле главной формы. На поле второй формы должны быть расположены поле для ввода числа поле результата суммирования вводимых чисел поля ввода и вывода чисел должны иметь поясняющий текст.