CC BY
116
УДК 528.926:004 С.С. Титов, А.И. Вдовин ВЕАГП, Минусинск
О МЕТОДИКЕ СОЗДАНИЯ РАСТРОВЫХ МУЛЬТИМАСШТАБНЫХ ГИС ДЛЯ ШИРОКОГО КРУГА ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ЦИФРОВЫХ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ (ЦТК)
Рассматривается проблема выбора оптимальной проекции при отображении картографической информации для широкого круга пользователей. Методика перепроецирования основана на использовании вспомогательных коэффициентов.
S.S. Titov, A.I. Vdovin
Verkhneyeniseysk aerogeodetic enterprise, Minusinsk
TECHNIQUES OF CREATING RASTER MULTISCALE GIS FOR PUBLIC AT LARGE ON THE BASIS OF DIGITAL TOPOGRAPHIC MAPS
The problem of choosing the optimal projection when presenting cartographic information for public at large is considered. The technique of reprojecting is based on the auxiliary coefficients application.
В настоящее время в программном обеспечении различных информационных устройств широкое распространение получают картографические сервисы и приложения, основанные на представлении данных в растровой форме. Для профессионального пользователя ГИС такой подход сопряжен с рядом очевидных недостатков, выражающихся в невозможности решать задачи пространственного анализа, автоматически обрабатывать массивы геопространственных данных и т.п. Однако задачи рядового пользователя ГИС обычно на порядок проще и сводятся к визуальной оценке отображаемой картографической информации, а общий подход основывается на тех же принципах, что и работа с бумажной картой [1]. Исходя из этого, недостатки растровой формы представления данных не выглядят столь существенными. Авторы считают, что наиболее удачным решением, при предоставлении государственных топографических карт открытого доступа широкому кругу рядовых пользователей, было бы создание сервисов и приложений основанных на растровой форме представления геопространственных данных.
Основа подхода к отображению картографической информации в таких системах - это создание каждого из отображаемых масштабов отдельным растровым слоем и хранение растровых изображений виде отдельных тайлов. Тайлы - небольшие изображения одинаковых размеров, которые являются
фрагментами, формирующими общую картину [2]. Благодаря использованию такого метода время, расходуемое компьютером на загрузку и отображение интересующего фрагмента карты сравнительно невелико.
В данной статье речь пойдёт об алгоритмах перепроецирования и растеризации исходного картографического материала и о формировании тайловой структуры на основе государственных цифровых топографических карт.
Выбор оптимальной картографической проекции и переход к ней являются одними из важнейших этапов подготовки данных. Сохранение проекции Гаусса - Крюгера в неизменном виде не позволит отображать непрерывно более одной шестиградусной зоны. Таким образом, требуется глобальная цилиндрическая проекция, как наиболее удобная для восприятия пользователем. Обычно для подобных целей применяется равноугольная проекция Меркатора, являющаяся традиционной в некоторых странах. Но, при внимательном рассмотрении, главное достоинство проекции, выражающееся в сохранении углов, не имеет определяющего значения при автоматизированном проведении расчетов по карте, без применения традиционных измерительных инструментов. Существенным недостатком проекции является значительное искажение площадей у полюсов, приводящее к не совсем корректному восприятию карты пользователем. Так, например, визуально Гренландия в проекции Меркатора значительно превосходит по площади Австралию и соизмерима с Южной Америкой. Применение равновеликой цилиндрической проекции обладает схожими недостатками (значительными искажениями «сплющенность» у полюсов) [3]. Решением данной проблемы видится применение в растровых ГИС равнопромежуточной (прямоугольной) цилиндрической проекции.
Рис. 1. Цилиндрическая равнопромежуточная проекция
Эта проекция, наряду с удовлетворительным для пользователя внешним видом, обладает существенными преимуществами для разработчика ГИС. Географические координаты широта и долгота, представлены в прямоугольном
виде, размеры градуса одинаковы по всей площади проекции, эта особенность позволяет разработчику четко и однозначно связать размерность битовой карты изображения с географическими координатами.
Однако, принимая во внимание тот факт, что большая часть территории нашей страны находится в средних широтах, соотношение длин сторон номенклатурных листов карт в угловых величинах вдоль параллелей и вдоль меридианов составляет три к двум. Такое соотношение позволяет добиться примерно одинаковых линейных размеров номенклатурного листа по вертикали и по горизонтали, и приблизить его форму к квадратной. Исходя из этих же соображений, необходимо модифицировать цилиндрическую
равнопромежуточную проекцию, увеличив масштаб проекции по вертикали в 1,5 раза, с сохранением неизменного горизонтального масштаба. Применение такого коэффициента приведёт к тому, что при перепроецировании номенклатурные листы станут квадратными, что упростит их нарезку на тайлы. Также введение коэффициента позволит уменьшить искажение площадей на территории нашей страны. При этом проекция примет следующий вид:
Рис. 2. Модифицированная цилиндрическая равнопромежуточная проекция
Выполняя растеризацию ЦТК, следует выбирать такие значения для разрешения и масштаба отображения, которые обеспечивают лучшую читаемость картографической информации в растровом виде, при этом выбранные масштабы не обязательно должны соответствовать масштабам исходного картографического материала. Часто при работе с бумажными
картами, информация на которых изображена максимально компактно и сжато, приходится применять увеличительные приборы. Делать размеры листов бумажных карт больше - не целесообразно ввиду удобства пользования, хранения и транспортировки. Поскольку этих ограничений нет у электронной карты, желательным условием является обеспечение максимально возможной наглядности при отображении в программе конечного пользователя.
Тайловая структура мультимасштабной растровой ГИС предполагает наличие иерархической структуры хранения тайлов разных масштабов и алгоритмов, обеспечивающих работу с этой структурой [4] . С нашей точки зрения, создавая такую структуру, целесообразно было бы использовать принципы, на которых основывается государственная система номенклатур топографических карт. Но в отличие от государственной системы номенклатур в нашем случае необходимо добиться соответствия размеров листа старшего масштаба четырём листам младшего масштаба. Соответственно четыре листа масштаба 1:200 000 должны соответствовать одному листу масштаба 1:400 000, четыре листа которого, в свою очередь, должны соответствовать одному листу масштаба 1:800 000. Таким образом, необходимо некоторое изменение масштабов ряда государственных карт для построения структуры растровой ГИС.
При организации хранения растровых данных для оптимизации доступа целесообразно выстраивать иерархическую структуру, где папка с тайлами каждого следущего масштаба хранится в папке старшего масштаба. На основе государственных карт должны быть созданы тайлы всех масштабов, начиная с 1:1 600 000. Соответственно весь мир будет делится на области 5.333*8 градусов. Тайлы более мелких масштабов должны быть созданы отдельно на основе карты мира. Причём структура тайлов более мелких масштабов может отличаться. Таким образом, путь к тайлу масштаба 1: 25 000 будет иметь вид: «326\3\4\4\1\4\1\57.р^», где 326 - номер зоны масштаба 1:1 600 000, остальные номера папок означают более крупные масштабы, 57 - расположение тайла на битовой карте (строка и столбец). Такая структура хранения тайлов полностью соответствует требованием файловых систем и удобна для автоматизированного расчета пути к интересующему тайлу по координатам точки.
1 2 вх
V.
3 4
ВоЛо
Рис. 3. Расчет пути к тайлу по координатам точки
Расчет пути к интересующему тайлу по координатам точки будет производится по следующим формулам:
N = ( Б - Б0 ) / Rв
N = ( L - ) / RL
где Б, L - координаты точки в градусах,
Б0, L0 - координаты левого нижнего угла листа карты данного масштаба,
RБ, RL - размер листа карты данного масштаба в градусах.
Получаемые в результате параметры № и ^ это коэффициенты размещения точки на листе данного масштаба. Они могут изменятся от 0 до 1. Анализируя их можно определить в какой четверти листа находится точка. После чего в путь к тайлу записывается имя очередной ступени, а алгоритм применяется к более младшему листу и так до достижения требуемого масштаба.
Предлагаемые подходы и методы не претендуют на звание единственно верных, они основаны на опыте практических наработок, полученном в ходе выполнения ряда некоммерческих проектов по созданию растровых мультимасштабных ГИС на основе масштабного ряда топографических карт. В ходе дальнейших работ будут разрабатываться новые алгоритмы, а созданные будут корректироваться и уточняться.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Инструкция Главного управления геодезии и картографии при Совете Министров СССР о порядке составления и издания планов городов и других населенных пунктов, предназначенных для открытого опубликования и с грифом "для служебного пользования" (СПГ-88) [Текст].
2. Bing Maps Tile System [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://msdn.microsoft.com/ru-ru/library/bb259689.aspx.
3. Map Projections [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //mathworld.wolfram.com/topics/MapProj ections. html.
4. Картографические проекции [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //www.cultinfo .ru/fulltext/1/001/008/059/563.htm.
© С.С. Титов, А.И. Вдовин, 2011
