21908

Некоторые вопросы оценки качества цифровых карт

Лекция

География, геология и геодезия

Для быстрой оценки точности цифровой карты необходимо проверить значения реальных координат объектов карты. Проверить значения координат в углах рамки карты. в зависимости от вида и масштаба карты. Если югозападный угол карты имеет неточную привязку то весьма вероятно что все объекты карты будут иметь координаты со сдвигом.

Русский

2013-08-04

110 KB

8 чел.

ЛЕКЦИЯ № 11

Тема:  Некоторые вопросы оценки качества цифровых карт

1. Для быстрой оценки точности цифровой карты необходимо проверить значения реальных координат объектов карты. Например, так. Проверить значения координат в углах рамки карты. Для карт, рамка которых имеет точки прогиба, необходимо проверить и эти точки. Как правило, в этих точках координаты должны иметь целочисленные значения в метрах, километрах, градусах и т. п. в зависимости от вида и масштаба карты. Если юго-западный угол карты имеет неточную привязку, то весьма вероятно, что все объекты карты будут иметь координаты со сдвигом. Анализируя значения координат в указанных точках, а также в точках, образуемых пересечением линий километровой сетки, параллелей и меридианов, можно получить достаточно полную картину искажений карты и оценить возможность ее применения или исправления с помощью специальных процедур учета деформации и поворота в заданную проекцию. Проверку координат необходимо выполнять в увеличенном масштабе отображения путем наведения курсора на соответствующие точки. Расхождения координат не должны превышать заданной точности карты в плане (это значение можно узнать у поставщика цифровых карт).

2. Множество задач, решаемых по цифровой карте, опирается на данные о рельефе местности. Очень многие ошибки связаны с неточным цифрованием горизонталей и присвоением им значений высот.

Быстрая проверка таких ошибок может быть выполнена несколькими способами.

Можно выборочно построить профили вдоль ломаных линий, проходящих по характерным участкам местности, и выполнить их визуальную оценку. Необходимо обращать внимание на пересечение гидрографии, обрывов, холмов и т.п. При пересечении границ листов не должно происходить скачков.

Общее представление о качестве цифрования рельефа можно получить путем построения и визуализации простой трехмерной модели рельефа местности. Наличие скачкообразных изменений может свидетельствовать об ошибках цифрования.

3. Площадные объекты кроме внешней могут иметь внутренние границы, например, внутренняя граница леса, образуемая озером или поляной. Если при создании цифровой карты не будут оцифрованы внутренние границы объекта, то его площадь будет рассчитана неправильно, могут быть сделаны ошибочные выводы при анализе свойств местности.

Для визуальной оценки корректности оцифровки внутренних границ необходимо выполнить визуализацию контролируемых участков местности с разным набором слоев. Например, если лес не имеет внутренних границ (вырезанных участков), а на его территории есть другие площадные объекты, исключающие лес (озеро, населенный пункт и т.п.), то это является ошибкой.

4. Как правило, листы цифровой карты используются не по отдельности, а путем логического или физического объединения. Многие объекты карты могут изображаться на нескольких листах одновременно (дорога, река, рельеф, город и т. д.). Для корректного применения таких объектов (решения транспортной задачи, расчета площади, периметра и т.д.) необходимо, чтобы они пересекали границы листов в одной точке и имели одинаковые атрибуты.

Проверка таких объектов может быть выполнена выборочно.

Типичные ошибки цифровых карт

Название ошибки 

Причина возникновения 

Способ выявления 

Замечания 

Ошибки пропуска. 

1. Пропуск объекта. 

Невнимательность оператора или отсутствие системы

При дигитайзерной технологии обычно строится графическая копия, которая на просвет сверяется с оригиналом. Как правило, ошибки неизбежны.

При векторизации для контроля часто используют операцию удаления на растре объектов, для которых создаем векторный образ

При технологии векторизации программный контроль достаточно надежен.

2. Создание лишнего объекта.

Как правило повторный ввод или случайное перемещение объекта

То же, что и в предыдущем пункте

То же, что и в предыдущем пункте

3. Отнесение объекта к другому слою. 

Невнимательность оператора или плохое качество цифруемого материала

То же, что и в предыдущем пункте

То же, что и в предыдущем пункте

Ошибки в метрике (графике) отдельного объекта.

1. Образование петель. 

Примыкание к существующим дугам при отсутствии визуализации в достаточно крупном масштабе или дерганье руки оператора

Программный поиск самопересечений дуг

Над жен только программный контроль. Надежный визуальный контроль практически невозможен

2. Разбиение объекта на части (образование мнимого узла)

или разрыв)

Неверное выделение дуг оператором или неправильная трактовка картографического изображения

Показ всех псевдо - и висячих узлов

Надежно устраняются только при просмотре все псевдо и висячих узлов из очереди

4. Незамкнутость замыкаемых контуров. 

Ошибка оператора или плохое качество векторизуемого материала

Программный показ все незамкнутых объектов

При вводе атрибутивных данных по объектам контроль неизбежен

5. Невыполнение геометрических условий. 

Характерно для крупных масштабов, где показаны рукотворные объекты , которые имеют прямые углы, параллельные и дуговые элементы, симметрию и т.д. При отсутствии технологической поддержки ошибки неизбежны

Необходимы функции проверки геометрических условий.

Возможна только программная проверка

Ошибки в метрике взаимного расположения

1. Недовод 

Характерно для цифрования по расчлененным оригиналам или при отсутствии технологической поддержки в виде операций примыкания

Программная подтяжка и показ узлов

Использовать ПО, имеющее технологи-ческую поддержку операций примыкания. При создании слоя использовать в качестве пассивных слоев те, к которым будет выпол-няться примыкание.

2. Объекты, не имеющие реального пересечения, пересекаются. 

Характерно для цифрования по расчлененным оригиналам или при отсутствии технологической поддержки в виде операций примыкания

Программное отсечение усов и показ висячих узлов.

При создании слоя использовать в качестве пассивных слоев те, слои с которыми будет выполнятся согласование.

3. Несовпадение реально совпадающих цепочек. 

Обычно при повторном обводе, чаще всего по расчленкам или, "при плохой" дигитайзерной технологии.

Не допускать повторного обвода. Технология должна собирать объекты из дуг.

Если объекты собираются из дуг (цепочек), такого быть не может.

Качество электронных карт 

Бум эйфории и восторга от электронных (цифровых) карт прошел. Этот вид карт прочно вошел в быт потребителя. Привыкнув к ним, пользователь стал смотреть на эти карты придирчивее и высказывать определенные претензии. Прежде всего, они относятся к качеству карт, их точности, содержанию, оформлению и способу представления. Большинство претензий вполне справедливо, хотя многие критерии отношения к ним наследованы из обращения с бумажными картами, что не всегда корректно.

Цифровые карты (ЦК), хотя и относятся к семейству картографических произведений, далеко не тождественны своим бумажным предшественникам. Ряд специфических черт, по-видимому, должен также определять и особые критерии оценки данного типа продуктов.

  •  Прежде всего, особенность состоит в способе хранения карты в виде цифровой модели с высокой точностью представления координат, которые невозможно снять с такой же точностью с бумажных аналогов.
  •  ЦК как правило хранятся в реальных географических координатах, и в такой форме явно лишены понятия масштаба. На экране или бумаге они могут иметь любой по желанию масштаб, наследуя от оригинала лишь состав и подробность изображения объектов.
  •  В цифровом виде важным особым параметром карт является их размер в единицах хранения информации (битах), от которого зависит скорость появления ЦК на экране и возможность работы с ней в реальном режиме времени (при равных возможностях техники).
  •  Для ЦК большое значение имеет полное знание об их математической основе - проекции представления карт и всех параметрах последней, поскольку на них основаны процедуры пересчета ЦК в реальные географические координаты.
  •  Цифровые карты более требовательны к их корректности. Если "бумага терпит все", то в ЦК многие ошибки типа пропуска каких-либо объектов или излишних элементов, будут служить препятствием для их просмотра на экране в надлежащем виде или последующего использования : приписывания атрибутов, раскраски и др.
  •  Цифровые карты не подчиняются положению, что "на карте есть только то, что на ней есть". Они могут иметь намного больше информации, чем представлено одномоментно, за счет возможности хранения большого объема данных в свернутом виде (в связанных с картами базах данных) и существующих возможностях оперативного доступа к ним.
  •  Содержание легенд ЦК и их раскраска часто не могут и не должны в точности следовать своим бумажным аналогам или источникам. В ряде случаев это зависит от технических возможностей экранного отображения карт в сильно уменьшенном виде (на экране) или средств вывода карт непосредственно с компьютера на бумагу (отличие цветовых оттенков и пр.)
  •  В цифровом виде карты легко и чаще всего бесконтрольно тиражируются, распространяясь среди пользователей без сопровождающей технической информации (метаданных) об их происхождениии и точности. Созданные для одних целей, карты переходят в проекты и задачи, для которых они не соответствуют по требованиям к качеству.

В связи с названными особенностями трудно оценить качество карт по критериям бумажных. Кроме того, понятие качества как категории оценочной неоднозначно: что хорошо для одного использования, может быть никуда негодным для другого. Тем не менее, центральным параметром качества любой карты, в том числе и цифровой, остается ее точность, то есть степень приближенности " цифровой модели реальности" к самой реальности, разумеется, в соответсвии с картографическими законами подробности картографического изображения объектов на разных по масштабу и содержанию картах.

Для ЦК качество во многом зависит от самого процесса их производства: выбранных технических и программных средств с одной стороны и самих процедур по их созданию и обработке с другой.

Наш опыт работ по автоматизации карт разного масштаба и содержания в рамках различных работ проектного отделения СП ДАТА+ связан прежде всего с технологией, предлагаемой программным продуктом ESRI (США) - ARC/INFO - инстументом мирового уровня по производству высококачественных карт. Однако вышедшие из под пера ARC/INFO карты оказываются разными по своей точности. Постараемся остановиться на основных причинах таких досадных различий.

В электронной картографии немаловажную роль в точности получаемого продукта играет качество источника и способ его автоматизации. Если координаты объектов вводятся в компьютер с клавиатуры, то важно, с какой точностью они получены. Большинство систем хранит графические объекты в десятичных значениях градусов с высокой точностю (в ARC/INFO -15 знаков после запятой). Если данные координат сняты грубо, скажем до минут, то пересчет их в координаты с высокой точностью дадут обратный эффект - не повышение точности а, наоборот, скрытое округление). При получении исходных данных с бумажных карт имеет значение, с карты какого масштаба они сняты и с какими по подробности изображения графическими объектами предполагается их использовать. Действует традиционное картографическое правило, что информация обязательно должна сниматься с карт более подробных, то есть более крупного масштаба, по сравнению с подробностью составляемой электронной карты.

Два других способа: оцифровка карт с бумажного оригинала и сканирование карт для последующего преобразования в вектороный формат, - будут во многом зависеть от качества бумажных исходников и точности приборов. Сейчас бесспорное предпочтение по качеству получаемых результатов и меньшей трудоемкости отдается сканерной технологии. Сканирование занимает буквально минуты, а автоматическая векторизация проходит без участия оператора.Тем не менее, сканерные технологии имеют ряд подводных камней: высокие требования к качеству оригинала, сложности с вычленением и удалением надписей и условных значков, неоднозначность векторизации объектов, изображенных сложными условными знаками таких как, например, железная дорога, отдельно стоящие деревья и т.п. Да и сама карта по техническим требованиям многих сканеров должна быть на достаточно тонкой основе. Неудовлетворительный результат может дать векторизация при очерчивании границ полигонов, когда появляется эффект "кружевной линии" при отсутсвии тонкой настройки или не очень хорошем качестве источника и, наоборот, слишком большом загрублении сильно изрезанного контура. Постоянное регулирование зернистости векторизации возможно лишь в полуавтоматическом режиме, что может превратить работу в бесконечную настройку программы на каждый отдельный объект. При неудачной векторизации правка полученной векторной карты по существу превратиться в обычную работу по оцифровке (перецифровке) сканерного изображения на экране. Но и в этом случае результат будет значительно лучше, чем при цифровании на дигитайзере в силу ряда причин. Главная из них - возможность значительно увеличить исходную карту на экране и тщательно оцифровать (не выходя за пределы линии) даже самые сложные для электронного ввода мелкоизвилистые объекты.

Дигитайзерная технология помимо того, что вовлекает времяемкий ручной труд, имеет еще ряд причин снижения точности карт. Одна из них - многоразовая регистрация по контрольным точкам, которая при значениях выше 0.003" может вносить существенные искажения графики.

В ЦК хотя и нет фиксированного масштаба, понятие масштаба выражается в подробности состава и изображения графических объектов. В каком бы масштабе вы ни изображали эти карты на экране или на бумаге, вы не увидите более подробных элементов, чем те, которые были в источнике конкретного масштаба. Поэтому не стоит упрекать электронную основу в грубом отображении объектов, если вы ее увеличили на порядок крупнеее исходного масштаба.

Возможность хранения данных со столь высокой точностью предъявляет высокие требования к процедурам последующей обработки карты до того, как карта будет считаться законченной.

Вторым после ввода графики шагом, как правило, является выявление и исправление ошибок. Получить безупречно правильную графику после оцифровки или векторизации даже при имеющихся функциях корректировки в процессе цифрования практически невозможно. Технология и способы последующей обработки электронных карт во многом определят и качество конечного продукта. Наиболее типичные ошибки графики электронных карт - пропущенные объекты, несвязанность дуг, отсутствие или более чем одна метка в полигоне.

Большинство из этих ошибок выявляется программным способом, если программа позволяет строить и поддерживает топологические отношения объектов. Поддержка топологических отношений - одна из важнейших особенностей программных продуктов, определяющих качество производимых в них электронных карт.

Так, в ARC/INFO, будут выявлены все названные типы ошибок: повисшие дуги незамкнутых полигонов или несоединенных дуг, ошибки меток. Выявление последних особенно удобно для идентификации мелких, незаметных на глаз "петель" - полигончиков-паразитов, которые могут возникнуть в разных ситуациях даже при аккуратном цифровании или векторизации. Избавиться от таких ошибок достаточно просто в автоматическом режиме, хотя эта процедура таит в себе много опасного для качества карты. Так, процедура автоматического замыкания узлов, которую можно применить ко всей карте, может убрать ошибки в одних ситуациях и породить новые в других. Причем выявить последние ( например, "схлопывание" очень мелких дуг) будет намного сложнее, поскольку эти ошибки не будут нарушать логики топологических отношений. Избежать такой ситуации можно при тщательном подборе допусков автоматического исправления ошибок. В высокоразвитых программах по автоматизации карт предоставляются различные сервисные функции по выявлению и устранению ошибок в автоматическом режиме. Тем не менее, опыт показывает, что лучше оставить часть работы по исправлению ошибок для "ручной" правки, чем, например, сильно загрубить допуски замыкания узлов или повторить автоматическую процедуру замыкания несколько раз.

Выявление пропущенных или, наоборот, ошибочно привнесенных при автоматизации графических объектов, не нарушающих топологических отношений, лучше всего проводить путем наложения полученной векторной карты на сканерное изображение исходника. В ARC/INFO эта процедура достаточно хорошо проработана для визуального совмещения карты и изображения независимо от систем координат, в которых они хранятся.

После того, как явные ошибки графики устранены, занимаются более мелкими дефектами, которые, впрочем, могут существенно сказаться на качестве карты. Речь идет о точности передачи формы линейных объектов. Дело в том, что суть векторного формата хранения данных состоит в хранении координат отдельных точек, между которыми аппроксимируются прямые линии. Естественно, что в общем случае, чем чаще проставлены точки, тем плавнее линии. При ручном цифровании "зернистость" определяется самим оператором на глаз, и качество выходящей из-под его руки карты зависит от опыта, интуиции и картографической подготовки. При автоматической векторизации шаг цифрования одинаков по всей карте. В этом случае любое отклонение от оптимума в плюс (более подробно) или в минус (менее подробно) сказывается отрицательно на качестве результата. Линии с очень мелким шагом цифрования большие по объему и медленно выводятся на экран. При большом шаге графические линейные объекты получаются "угловатыми" и при увеличении выглядят скорее ломаными, чем плавными линиями.

Для исправления недостатков первого типа (избыток точек) используют автоматическую генерализацию. Эта процедура очень неоднозначна в традиционной картографии и поэтому плохо формализуема. Генерализация всех линейных графических объектов с одинаковыми параметрами не дает хороших результатов, а скорее ведет к большим искажениям. Подбор же шага генерализации для отдельных дуг - достаточно кропотливая и времяемкая работа. Нужны более тонкие механизмы генерализации, которые способствовали бы улучшению восприятия карты при сохранении ее точности.

При недостатке точек используют способ их автоматического добавления в режиме сглаживания. Опять-таки, обработка всей карты в автоматическом режиме ведет к неоправданному "утяжелению" карты за счет добавления дополнтительных точек там, где они не требуются (например, на абсолютно прямых линиях). Могут быть сглажены резкие изломы линии, где они в действительности такие.

Следующим важным шагом процесса производства электронной карты является перевод коодинат, в которых получена цифровая карта после цифрования или векторизации, в реальные географические координаты. Этого не потребуется, если вы вводили координаты вручную уже в реальных координатах.

Проектирование - одна из наиболее сложных операций, поскольку она требует достаточно глубоких сугубо картографических знаний. Опасность таится в том, что ошибки проектирования могут свести на нет всю предыдущую тщательную работу. Неправильно спроектированные карты будут безнадежно искажены.

Как правило, программные продукты по производству карт имеют в арсенале своих функций процедуры пересчета сферических координат (градусов) в прямоугольные координаты различных проекций. Так, ARC/INFO поддерживает более пятидесяти типов проекции, большинство из которых требует настройки (задания параметров) со стороны оператора. Проверить же все математические формулы пересчета невозможно, поскольку они просто закрыты для доступа. Так что приходится уповать на стандартизацию преобразований. Процесс перевода электронной карты в реальные географические координаты требует обязательным шагом ее пересчета в проекцию исходной карты. В том случае, если на карте приводятся все параметры ее проекции, сложностей не будет, если вы аккуратно будете следовать технологии преобразований. Но и в этом случае следует использовать как можно больше реперных точек. Если параметры проекции на исходнике не приводятся, то ошибиться в их определении очень легко. В ARC/INFO, например, об ошибке проекции вы догадаетесь по рассчитываемой программой среднеквадратичной ошибке афинных или проективных преобразований по каждой из реперных точек. Допустимость ошибки не должна превышать толщину линии на исходнике или способности глаза различать линии на расстоянии 0.1мм (то есть смещение объектов может быть не более чем 0.1 мм в масштабе исходной карты). Опять-таки, точность пересчета будет зависеть от точности хранения координат. В любом случае, каждый пересчет проекции ведет к определенной потере точности за счет округлений координат. Чтобы не связываться со сложной задачей поиска параметров проекции все чаще пользователи предпочитают иметь дело с электронными картами, хранящими координаты в градусах. Ряд вьюеров карт (например, ARCVIEW версии 2 и старше) включают утилиты виртульного пересчета и представления карты в той или иной заказанной пользователем проекции, если координаты карты хранятся в градусах. То есть после пересчета карты в родную проекцию исходника предстоит еще один пересчет в градусы. Каждое такое преобразование вносит определенные искажения в графику за счет округлений координат, так что не стоит злоупотреблять многократным пересчетом карты из одной проекции в другую.

Одна из важных особенностей электронных карт - хранение графических объектов послойно, в отдельных, но связанных между собой графических базах данных. В связи с этим целый ряд ошибок связан с повторным цифрованием одних и тех же объектов, или плохой согласованностью взаимосвязанных элементов карты, которые присутствуют в разных слоях. Точное координатное совпадение (точные копии) таких объектов в разных слоях - непременное условие качественной карты. Любые дефекты такого типа легко выявляются при использовании возможностей увеличения изображения.

После того, как графика карты приведена в порядок, к объектам приписываются атрибуты. Эта процедура наиболее уязвима для внесения ошибок оператором. Большинство ГИС хранят информацию в реляционных СУБД, которые могут потребовать некоторой перестройки а порой и полного изменения структуры легенд карт. Разработка системы базы данных - непременный этап автоматизации. Чтобы карта не потеряла своей информативности, а значит и качества, необходимы тщательные проверки соответствия приписанных атрибутов исходным данным, а также полноты охвата необходимой информации источника. Удобно проверять карту при подложенном отсканированном цветном изображении исходника, закрашивая ЦК для проверки с использованием той же легенды, что и оригинал. Это облегчит выявление ошибок при сравнении цифровой карты с исходной. Нелишне проверить и логику исходных данных. Так, проверенные на логику исходные авторские карты электронного атласа мира "Наша Земля" содержали до 30% ошибок. Большая их часть не обнаруживается "на глаз", а требует специальных процедур поиска нарушений логики: например, одинаковых атрибутивных значений у соседних полигонов, когда лишние границы на графике ничего не разграничивает; наличие у объектов противоречащих атрибутов в одной и той же или в сопряженных картах и др.

До того, как ЦК будут считаться пригодными для использования,они должны быть тщательно задокументированы. Метаданные карты - важный атрибут и единственный источник, хранящий полную информацию о параметрах проекции, масштабе исходника, цели и технологиии создания, авторстве и полном описании легенд (содержания) этого произведения. Без таких данных трудно оценить пригодность карты для того или иного использования.

Приведенный выше обзор возможных причин появления ошибок в электронных картах, а значит и снижения их качества, свидетельсвует о том что вся технология создания электронных карт должна включать постоянную проверку качества. Процесс проверки качества карт в целом и отдельных ее слоев может занимать до 50% времени, потраченного на их автоматизацию. Однако, без отведенного на различные виды тестирования времени нельзя рассчитывать на успех получения профессионально безупречного качественного картографического продукта. Процедуры таких проверок требуют дополнительного развития и систематизации.

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

72140. Образование СССР. Советские республики в 1921-1922 гг.: необходимость, возможности и трудности объединения. Первый Всесоюзный Съезд Советов (30 декабря 1922 г.) 32 KB
  Для начала нужно выделить предпосылки образования СССР: однотипная экономика давние хозяйственные связи разделение труда между народами; смешанное население прочные родственные связи природа советской власти дружественные отношения; однотипная власть советы; единая партия РКПб единая армия...
72141. Присоединение Прибалтики к России. Эстляндия и Лифляндия в составе России 33 KB
  Прибалтика, состоящая из Эстляндии, Курляндии и Лифляндии, была присоединена к России в ходе Северной войны (1700-1721), которую вела Россия со Швецией за выход к Балтийскому морю. В результате победы России, по Ништадтскому мирному договору 1721 г., в состав империи вошли Эстония...
72142. Административные наказания 45.5 KB
  Установлено и новое административное взыскание административное выдворение за пределы Российской Федерации иностранного гражданина или лица без гражданства. Административное выдворение за пределы Российской Федерации иностранных граждан и лиц без гражданства заключается в принудительном...
72143. Понятие и принципы гражданского процессуального права 32.5 KB
  Таким образом нормы этой отрасли права регламентируют общественные отношения возникающие в сфере гражданского судопроизводства гражданско-процессуальные отношения. Следует иметь в виду что в рамках гражданского судопроизводства обеспечивается реализация норм не только гражданского но и ряда других...
72144. Подведомственность и подсудность 22.5 KB
  Между ними дела распределяются следующим образом. К ведению общих судов относятся независимо от того из каких правоотношений возник спор все дела одной из сторон в которых выступает гражданин. Арбитражные суды рассматривают преимущественно дела связанные с разрешением хозяйственных споров...
72145. Стадии гражданского процесса 23 KB
  Стадия гражданского процесса – совокупность процессуальных действий, направленных к одной ближайшей цели: принятие заявления, подготовка дела к судебному разбирательству, судебное разбирательство и т.д.
72146. Понятие и принципы уголовно-процессуального права 36 KB
  В наибольшей степени регламентирована правовыми нормами уголовно-процессуальная деятельность. Это обусловлено, с одной стороны, тем, что из всех правонарушений именно преступления представляют наибольшую опасность для общества и особенно важно их раскрытие и наказание виновных...
72147. Стадии уголовного процесса 26.5 KB
  Процессуальные стадии это сменяющие друг друга части ступени развития юридического процесса. Так в уголовном процессе обычно выделяют следующие стадии: возбуждения уголовного дела; предварительного расследования; подготовки к судебному разбирательству; судебного разбирательства; кассационного рассмотрения...
72148. Володимир Володимирович Маяковський 79 KB
  Маяковському, щоб описати краще сучасників, необхідно було вчитися майстерності. І він вирішує покинути ряди партії, щоб знаходитися на легальному становищі. Першим ділом береться за живопис, навчається у Жуковського. Через рік починає освоювати рукоділля у Келіна.