13014

Формат сохранения картографической информации и алгоритм работы программы-конвертора

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

В задачах цифровой картографии очень важное значение имеет выбор формата представления информации – основы БКД АГК. К географическим базам данных манипулирующим большими массивами информации и принадлежащим системам работающим в режиме реального времени предъявляют...

Русский

2013-05-07

134.5 KB

11 чел.

В задачах цифровой картографии очень важное значение имеет выбор формата представления информации – основы БКД АГК. К географическим базам данных, манипулирующим большими массивами информации и принадлежащим системам, работающим в режиме реального времени, предъявляются весьмя жесткие требования по производительности: наряду с требованием минимизации объема оперативной памяти, без потери при этом информативности, должна быть обеспечена минимизация времени поиска нужной записи в базе и времени доступа к ней.

Существующие до недавних пор отечественные технологии оцифровки, включая дигитализацию, базировались на основе технологии "АРКА-РВ", которая до сих пор не потеряла своих преимуществ, о которых будет сказано ниже.

Одним из последних, наиболее удобных и рекомендованных для широкого применения предлагается формат хранения F20S.

Рассмотрим пример организации базы картографических данных АГК, отображающую  цифровую карту местности, покрывающую территорию Украины. Отметим, что в стандартной разграфке при использовании проекции Гаусса-Крюгера ее территория делится на шестиградусные зоны, граничные меридианы которых совпадают с меридианами, ограничивающими западную и восточную рамки карты масштаба 1:1 000 000 и нумеруются цифрами. Начало координат в каждой зоне выбирается в точке пересечения осевого меридиана с экватором. Территория Украины полностью покрывается четырьмя шестиградусными зонами (34, 35, 36, 37). По широте каждая шестиградусная  зона  разделяется  на  координатные  зоны  протяженностью 4 град., ограниченные параллелями и обозначаемые строчными буквами латинского алфавита (для Украины это зоны L, M, N).


Рис 2.3.1. Структура геобазы, построенной на базе формата хранения  F20S.

Рассмотрим пример организации базы картографических данных АГК, отображающую  цифровую карту местности, покрывающую территорию Украины. Отметим, что в стандартной разграфке при использовании проекции Гаусса-Крюгера ее территория делится на шестиградусные зоны, граничные меридианы которых совпадают с меридианами, ограничивающими западную и восточную рамки карты масштаба 1:1 000 000 и нумеруются цифрами. Начало координат в каждой зоне выбирается в точке пересечения осевого меридиана с экватором. Территория Украины полностью покрывается четырьмя шестиградусными зонами (34, 35, 36, 37). По широте каждая шестиградусная  зона  разделяется  на  координатные  зоны  протяженностью 4 град., ограниченные параллелями и обозначаемые строчными буквами латинского алфавита (для Украины это зоны L, M, N).

Карте масштаба 1:500 000 соответствует система трехградусных зон, осевые меридианы которых расположены через 3 град. по долготе и совпадают поочередно с граничными и срединными меридианами карты масштаба 1:1 000 000. По широте трехградусные зоны делятся на координатные зоны протяженностью 2 град.

Карта Украины в масштабе 1:500 000 состоит из 26 листов, каждый из которых имеет свой номенклатурный номер. К примеру, листу с номенклатурным номером L 37010 соответствует первый квадрант координатной  зоны  L  37,  ограниченный  параллелями,  проходящими через

46 и 48 град. северной широты, и меридианами, проходящими через 36 и 38 град. восточной долготы.

Для представления картографической информации в электронном виде предусмотрены правила – своего рода язык, который считывается и обрабатывается специальными программами. Такое представление называется форматом. Картографические форматы имеют много общих черт с графическими форматами. Однако для картографических форматов присущи свои особенности, поскольку на экране необходимо выводить кроме контуров местности, которые могут иметь различное представление, поскольку принадлежат различным слоям -  гидрографии, рельефу и т.д., массу другой информации – названия, обозначения подвижных и неподвижных символов, специальные обозначения. Информация, представленная в таком формате имеет метрический и семантический характер.

Широкое распространение в странах СНГ получили цифровые карты местности, получаемые по технологии «АРКА-РВ» в формате F1.

Цифровая карта  Украины, состоит из 26 файлов, по количеству листов ЦКМ, с общим объемом порядка 16,2 Мбайт и включает в себя пять элементов содержания: гидрографию; населенные пункты; промышленные объекты; дорожную сеть; границы.

Характерной особенностью архитектуры и файловой системы ОС-РВ является то, что чтение/запись в файлы с прямым доступом осуществляется блоками по 512 байт. Метрическое и семантическое описание каждого картографического объекта начинается с нового блока, а оставшееся свободным место в блоке дополняется нулями.

Поэтому при переносе ЦКМ, изготовленных в формате F1, с СМ ЭВМ на ПЭВМ возникала проблема устранения избыточности данных. До сих пор актуальной является также проблема качества ЦКМ. Недостатками рассматриваемой в качестве примера ЦКМ Украины,  являются: наличие выбросов в метрическом описании объектов (следствие сбоев аппаратуры при дигитализации либо при переносе файлов ЦКМ),  а также необходимость преобразования характеристик в семантическом описании объектов из одной кодовой таблицы в другую. К тому же некоторые картографические объекты могут иметь несколько метрических описаний, лишь одно из которых может являться достоверным. Последнее обстоятельство приводило к существенному увеличению объема файлов. Эти файлы, собираясь в огромные массивы при представлении определенных участков местности, да еще содержащих несколько слоев, превращались в громоздкие медленнодействующие базы, с которыми трудно было работать в обычном режиме и почти невозможно - в on-line. Поэтому формат F1 претерпел ряд модернизаций и усовершенствований, из них достаточно широко применялись F1м, F 4 и т.д.

Среди широко применяемых форматов в настоящее время заслуживает внимания формат.

Каждый лист карты в этом формате представляется тремя файлами:файлом справочной информации; файлом метрического описания объектов; файлом семантического описания объектов.

Для одного и того же исходного картографического материала объем данных, подготовленных с использованием формата F20S существенно меньше объема данных подготовленных с использованием формата F1. Так, при конвертации ЦКМ Украины из формата F1 в формат F20S общий объем файлов уменьшился в 4.5 раза и, вместо 16,2 Мбайт, составил размер порядка 3,6 Мбайт.

Однако, устраняя избыточность, присущую формату F1, формат F20S не решает других проблем, среди которых наиболее важной является проблема минимизации времени доступа к данным, что является критичным для систем реального времени.

Формат F20S представлен набором файлов. В первом файле  - ПАСПОРТ содержится информация, характеризующая ЦКМ в целом. Отдельные записи этого файла содержат информацию, которая указывает пути чтения файлов СПРАВКА, МЕТРИКА, СЕМАНТИКА.

В отличие от форматов хранения картографической информации современных зарубежных ГИС, таких как ARC\INFO, ArcView, MapInfo и др., в формате F20S реализовано разделение картографической информации на метрическую и семантическую на файловом уровне.

Характерной чертой и достоинством формата F20S есть наличие такой структуры, как запись. Запись является отдельной лингвистической единицей F20S. Она присутствует во всех файлах, представляющих ЦКМ – ПАСПОРТЕ, СПРАВКЕ и СЕМАНТИКЕ. Запись содержит указание на информацию, которая находится в «подчиненном» файле. Структура записей строится в иерархию данных, вершина которой располагается в файле ПАСПОРТ, далее через файл СПРАВКА информация адресуется в файл СЕМАНТИКА и МЕТРИКА, записи которых содержат информацию необходимую для визуализации необходимого слоя. Поэтому базы данных, построенные на таком формате, достаточно полно отвечают предъявленным требованиям построения баз картографических данных АГК. Их главное достоинство – доступность к любой информации, возможность актуализации и модернизации.

Поэтому цифровые карты местности, представленные в формате хранения F20S, могут послужить основой для создания специализированных БКД АГК. Этот формат заслуживает того, чтобы быть принятым как формат долговременного хранения данных картографической информации не только в Украине и странах СНГ, но и в некоторых других странах за рубежом.

Особенности практического применения, различный характер предметных областей, выдвигают специфические требования к методам построения БКДАГК.

Опыт применения баз картографических данных на основе F20S в составе  интерактивных геоинформационных комплексов оперативного взаимодействия выявил ряд проблем, главной из которых является невозможность проведения быстрого поиска при идентификации картографических объектов по их местоположению и географическому названию. При этом имеют место также значительные затраты времени. Время построения дисплейного файла и вывод на экран картографического изображения с использованием выборки по элементам содержания или по критерию генерализации составляло значительные величины.

Устранить указанные трудности позволил предлагаемый нами модифицированный формат хранения данных. Структурная схема, получаемой при применении такого формата базы картографических данных приведена на рис.2.3.2. Здесь ФОРМУЛЯР геобазы представляет собой списочную структуру, каждый элемент которой является записью с двумя полями, номенклатурным номером исходного картографического материала (листа карты) и полем, в котором записаны геодезические координаты четырех углов листа карты РАЗМЕР ОКНА.

Структуре ФОРМУЛЯР соответствует список справочных описаний объектов СПРАВКА, каждый элемент которого СПРАВКА представляется записью, названия и значения полей которыми являются: классификационный код объекта; характер локализации; габаритная рамка; адрес метрического описания; адрес семантического описания.



Общепринятыми значениями поля
характер локализации записи СПРАВКА являются «точечный», «линейный» и «площадной». К этим значениям мы предлагаем добавить новое значение - «составной». Смысл этого поля записи означает введение нового внемасштабного условного знака, который состоит из графического представления (в виде символа объекта) и алфавитно-цифровой информации, представляющий собой формуляр. Например, семь легкомоторных самолетов, летящих строем «Пеленг», можно представить так: одним символом - легкомоторный самолет, а под ним формуляр, содержащий данные: 1. Тип - ЛА-5; 2. Количество - 7; 3. Скорость - 550 м/с; 4. Курс - 16.00; 5. Строй - «Пеленг».

Записи файла СПРАВКА отсортированы по первому символу поля классификационный код объекта в порядке его возрастания, т.е. согласно классификатору картографической информации. Элементу содержания «населенные пункты» будут предшествовать объекты  гидрографии, объекты элемента содержания «границы» будут расположены в самом конце. В пределах одного элемента содержания объекты должны быть отсортированы по координате юго-западного угла поля габаритная рамка в порядке возрастания долготы, а для объектов с одинаковой долготой - в порядке возрастания широты. Это значит, что при визуализации в пределах одного элемента содержания картографические объекты будут отображаться на экране дисплея снизу вверх и слева направо.

Структурной единицей метрического описания объекта МЕТРИКА является запись ТОЧКА, поля которой X-координата и Y-координата содержат геодезические координаты точки. Список записей ТОЧКА составляет элементарное метрическое описание объекта МЕТРИЧЕСКАЯ ЗАПИСЬ, его оказывается достаточно для описания точечных, линейных и площадных объектов.

Предлагаемый составной картографический объект должен также быть описан списком элементарных метрических описаний объекта МЕТРИЧЕСКАЯ ЗАПИСЬ.  В формате F20S полное метрическое описание крупных объектов, таких как моря, водохранилища, крупные города и др. разделено по группам записей. К примеру, метрическое описание крупного города разделено на метрику его контура и метрику городских кварталов, метрическое описание моря или большого водохранилища может состоять из метрики береговой линии и метрики островов. Такие записи никак между собой не связаны, т.е. при метрическом описании сложных объектов не учитывается их топологическая структура. Вследствие этого возникают сложности при быстром построении картографического изображения с учетом критериев генерализации и однозначной идентификации.

Предложенное нами понятие составного картографического объекта устраняет эти сложности. Так, метрическое описание крупного города состоит из списка элементарных метрических описаний. Первым элементом этого списка является метрика контура города, а далее следуют метрики, описывающие городские кварталы. Этих элементов часто оказывается достаточно при построении картографического изображения с выполнением критерия генерализации. При этом  на экране дисплея отображаются только контур города с закрашенной внутренней областью без городских кварталов.

Структурной единицей семантического описания объекта СЕМАНТИКА

является элементарная СЕМАНТИЧЕСКАЯ ЗАПИСЬ, идентификаторы и

значения полей которой приведены следующие:

Адрес названия семантической х-ки

Номер варианта значения семантической х-ки

Значение семантической х-ки/

Адрес варианта значения семантической х-ки

Поле адрес названия семантической х-ки содержит ссылку на запись ХАРАКТЕРИСТИКИ, а номер варианта значения содержит номер варианта соответствующим ее значениям характеристики. Если это поле содержит 0, то в поле значение семантической х-ки записывается ее значение, в противном случае записывается адрес варианта значения семантической характеристики.

Полное семантическое описание картографического объекта представляется списком, состоящим из элементарных семантических записей. Пусть, к примеру, семантическое описание картографического объекта с классификационным кодом объекта 5131 состоит из двух записей блока

СЕМАНТИЧЕСКАЯ ЗАПИСЬ:

№ записи

Адрес названия семантической х-ки

Номер варианта значения

Значение семантической х-ки/Адрес варианта значения

1

AdrCh1

16

AdrVar

2

AdrCh2

0

Уренгой-Ужгород

 

И пусть AdrCh1 указывает на запись «функциональное значение», AdrCh2 - на запись «собственное название», а AdrVar - на запись «газопровод». Семантическое описание будет соответствовать картографическому объекту  «Газопровод Уренгой-Ужгород».

Запись ХАРАКТЕРИСТИКИ состоит из одного поля имя характеристики, которое содержит название семантической характеристики. Примерами таких записей могут быть: «высота максимальная», «количество жителей», «политико-административное значение» и т.п.

Запись ВАРИАНТЫ СИМВОЛОВ содержит варианты значений семантической характеристики. Так, для семантической характеристики «политико-административное значение» вариантами значений могут быть записи: «центр области», «центр района», «поселковый совет».

Указатель собственных географических названий состоит из записей ИМЯ ГЕОИНДЕКСА, поля которых суть:

ГЕОИМЯ

Географическое название

Позиция ссылки

Адрес справочного описания

Записи ИМЯ ГЕОИНДЕКСА отсортированы по полю Геоимя, т.е. расположены в алфавитном порядке, что на практике оказалось чрезвычайно удобным при решении задачи идентификации картографических объектов по их географическому названию.

Возникает вопрос, что делать, когда приходится иметь дело с картами территорий, выходящих за границы бывшего СССР? В этом случае приходится иметь дело с другими форматами хранения данных, в частности, ведущих мировых фирм, таких как ARС INFO, MAP INFO и др. В этом случае  необходима конвертация таких форматов данных в данные формата F20S.  Программы конвертации из формата в формат называют программами-конверторами. Алгоритм работы такой программы-конвертора представлен на рис. 2.3.3, а ее реализация на алгоритмическом языке ТУРБО ПАСКАЛЬ 6.0.

Суть алгоритма состоит в том, что для каждого листа карты последовательно считываются данные, представленные в формате F20S, по каждому данному картографическому объекту, которые затем преобразуются  в файлы справочного, метрического и семантического описания, а также в файл-индекс географических названий. При этом записи в файле справочного описания сор тируются по приведенному выше методу и содержат указатели. Алгоритм, показанный на рис. 2.3.3, работает следующим образом.

П.1. Начало программы.

П.2. Производится регистрация потоковых типов объектов (согласно объектно-ориентированного подхода к операциям ввода-вывода в Turbo Vision).

П.3. Вводится номер номенклатурного листа карты NI.

П.4. Открываются файлы NI.spr, NI.met и NI.har справочной информации, метрического описания и семантического описания (характеристик) представления листа карты в формате F20.

П.5. Инициализируются потоки StreamSpr, StreamMtr, StreamSem для сохранения данных в новом формате.

П.6. Определяется максимальный номер картографического объекта JMAX.

П.7. Счетчик текущего номера объекта J устанавливается в 1. (номенклатурных листов карты), покрывающих (полностью или частично) отображаемую область.

П.8. Считывается запись справочного описания объекта J из файла NI.spr.



П.9. Считывается запись метрики объекта
J из файла NI.met.

П.10. Формируется объект PMBuf метрического описания картографического объекта J.

П.11. Объект PMBuf помещается в поток StreamMtr.

П.12. Считывается запись семантического описания объекта J из файла NI.har.

П.13. Формируется объект PSBuf семантического описания картографического объекта J.

П.14. Объект PSBuf помещается в поток StreamSem.

П.15. Формируется объект PGeoObj справочного описания картографического объекта J.

П.16. Объект PGeoObj помещается в отсортированную (согласно описания выше) коллекцию PSortedGeoObjects.

П.17. Счетчик текущего номера картографического объекта J увеличивается на 1.

П.18. Если счетчик текущего номера картографического объекта J меньше или равен максимального номера картографического объекта JMAX, то происходит переход к п. 8.

П.19. Отсортированная коллекция PSortedGeoObjects помещается в поток StreamSpr.

П.20. Производится закрытие файлов NI.spr, NI.met, NI.har.        

П.21. Удаляются потоки StreamSpr, StreamMtr, StreamSem.

П.22. Если номенклатурный лист карты не последний, переход к п.3.

П.23. Конец программы.

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

70686. Поликонденсация 2.79 MB
  Поликонденсацией называют реакцию образования высокомолекулярных веществ, в результате конденсации многих молекул, сопровождающейся выделением простых веществ (воды, спирта, углекислого газа, хлористого водорода и т. д.).
70687. Введение в технологию синтеза полимерных материалов. Термины и определения 566.14 KB
  Возможны два варианта дозирования: на всасывание компрессора промежуточного давления при давлении 12 МПа или на всасывание компрессора реакционного давления при давлении 2530 МПа. Принципиальная схема дозирования кислорода на всасывание компрессора промежуточного давления...
70688. Классификация оборудования для синтеза полимеров 528.67 KB
  В промышленности чаще всего используют электрический привод в некоторых случаях можно применять паровой и гидравлический. приведен привод типа А соединение вала мешалки с валом редуктора продольно-разъемной муфтой.
70689. Основное оборудование синтеза полимеров. Реакторы. Горизонтальные реакторы 561.52 KB
  Перемешивание и транспортировка массы вдоль корпуса реактора осуществляется вращающимися сетчатыми наклонными дисками. Масса покрывает тонким слоем диски и попадает в паровое пространство реактора где создается разрежение.
70690. Заключительные операции в синтезе полимеров 637.14 KB
  Полимерный материал из реактора поступает на дальнейшую обработку. Для большей части технологических процессов синтеза полимеров отделение жидкой фазы и сушка обязательные технологические стадии.
70694. Особенности регулирования труда отдельных категорий работников 37.91 KB
  Особенности регулирования труда женщин лиц с семейными обязанностями. Особенности регулирования труда работников в возрасте до 18 лет. Особенности регулирования труда лиц работающих по совместительству.