Нові інформаційні технології та перспективи розвитку картографічних документів (електронні карти)

2.3 Нові інформаційні технології та перспективи розвитку картографічних документів (електронні карти)

У картографії протягом попередніх віків постійно нагромаджувалася інформація та знання про земну поверхню. У XX столітті створення комп’ютера кардинально змінило та розширило можливості застосування карт. Цифрове представлення просторових даних отримало назву – ГІС (Географічні інформаційні системи).

Побудова електронних карт та географічний аналіз з їх використанням є все більш поширеним застосуванням в інформаційних технологіях [15, 18]. Сучасні технології ГІС вже здатні виконувати не лише простий пошук та елементи аналізу при розв'язуванні проблем, що стоять перед організаціями та окремими користувачами, а й використовувати механізми узагальнення та повноцінного аналізу географічної інформації при прийнятті оптимальних рішень, що базуються на сучасних підходах та засобах візуалізації географічних даних. Згідно з визначенням [4, 66] ГІС – це сучасна комп'ютерна технологія для картування та аналізу об'єктів і подій реального світу. Такі технології поєднують традиційні операції роботи з базами даних з перевагами візуалізації та географічного (просторового) аналізу, який є природнім засобом обробки інформації, що може бути нанесена на карту. Ці особливості відрізняють ГІС від інших систем та забезпечують унікальні можливості для їх використання у вирішенні широкого спектру задач, пов'язаних із аналізом та прогнозом, виділенням головних факторів, причин та можливих наслідків, плануванням стратегічних та наслідків поточних рішень. Крім просторових запитів, проведення аналізу та обґрунтування рішень ГІС може виконувати також автоматичну побудову карт, яка є набагато простішою та гнучкішою, ніж в традиційних методах ручного або автоматизованого картографування. Процес починається з побудови картографічних баз даних, які можуть бути неперервними та не пов'язаними з масштабом. Далі, використовуючи таку базу даних, можливо створювати електронні карти або їх тверді копії будь-якої території, масштабу, з необхідним семантичним наповненням. Використання в ГІС сучасних технологій СУБД та Internet/Intranet дає можливість швидкого поновлення, експортування та розповсюдження географічних даних кінцевим користувачам. В даній статті описано підхід до реалізації таких систем на прикладі географічної інформації міста Києва.

Типова ГІС має складатись з п'яти частин і зображена на наступному малюнку.

Апаратні засоби складає комп'ютерна платформа, на якій розгорнута ГІС, а програмне забезпечення містить функції та інструментарій, необхідні для зберігання, аналізу та візуалізації географічної інформації. Дані – найважливіший компонент ГІС. Це інформація про просторове положення об'єктів, а також пов'язана з ними семантична інформація. Виконувачі – це персонал розробників, що працюють із програмними продуктами і розробляють їх застосування для розв'язування конкретних задач. Множину методів утворюють обрані плани та правила роботи кожної ГІС, що складаються у відповідності до специфіки завдань кожної організації.

Далі в роботі використовуються такі поняття картографічних даних як масштаб, географічний об'єкт, шар, растр, вектор та генералізація [5].

Масштабом називають відношення довжини нескінченно малого відрізка на геозображенні до довжини відповідного нескінченно малого відрізка на поверхні еліпсоїда або кулі. Існує велике розмаїття різної інформації, яка повинна бути нанесена на карту. Будь-яку одиницю такої інформації прийнято називати географічним об'єктом. Для побудови карт перш за все класифікується вся множина об'єктів карти. Першим кроком класифікації є виділення шарів картографічної інформації, де кожен шар містить певну множину об'єктів. Для карти, наприклад, міста Києва такими шарами можуть бути берегова лінія Дніпра та водосховищ, парки та зелені зони, система вулиць та кварталів. Далі множину шарів теж можна класифікувати, наприклад, на шари, що є ландшафтними особливостями, шари забудов та ін. Існує відповідність між класифікацією шарів із семантичної точки зору та їх відображеннями на картографічних матеріалах певного масштабу [5]. Вона описана у відповідних державних, галузевих стандартах та керівних документах.

Графічне відображення цієї інформації звичайно може бути оформлене у двох форматах: растровому або векторному. Растрове зображення визначає матрицю елементарних пікселів, які формують зображення. Проте семантичний аналіз растрового зображення, наприклад для виділення об'єктів, визначення масштабу або пошуку зразка, є досить складною задачею, що може вирішуватись за допомогою систем штучного інтелекту і тому не є придатним для використання у критичних до часу елементах інтерактивної системи. З іншого боку, кінцевими елементом інтерфейсу користувача є саме растрове зображення, яке формується за допомогою пікселів дисплею. Векторне зображення це математичний опис зображення як набору геометричних примітивів. Використання векторного формату дозволяє досить ефективно реалізувати семантичні операції над картографічними об'єктами.

Генералізацією називають узагальнення зображень малих масштабів відносно більших, яка здійснюється у зв'язку з тематичним призначенням або технічними умовами отримання самого зображення [5].

Звичайно картографічне застосування повинне задовольняти таким технологічним вимогам, як масштабованість, відкритість, переносність, ізольована розробка, та "легкість" клієнтів, що означає зосередження всієї обробної частини застосування на серверній стороні. Масштабованіcть – це можливість підвищення обчислювальної потужності комп'ютерної системи (наприклад, збільшення кількості операцій або трансакцій за одиницю часу) за рахунок збільшення кількості обчислювальних модулів або заміни їх на більш потужні. Відкритість гарантує, що система безпроблемно інтегрується в існуючі або нові застосування. Крім того обчислювальна система повинна функціонувати в гетерогенних і, що найбільш важливо, розподілених середовищах. Відкритість безпосередньо пов'язана із поняттям масштабованості. Вона його розширює, оскільки вимагає одночасної підтримки багатьох платформ, мережних середовищ та серверів баз даних. Крім того, застосування повинно забезпечувати легке підключення зовнішніх застосувань. Практично це означає, що воно повинне мати відкрите інтерфейс користувача АРІ та підтримку технологій COM (DCOM) або CORBA, а також підтримка існуючих стандартів у даній галузі [6-7]. Вимога переносимості забезпечує виконання застосування коду на інших платформах без істотної втрати функціональності. Фактично вона є окремою частиною вимоги відкритості.

Ізольована розробка означає властивість розподілених застосувань через свою модульну основу дозволяти ізольовані один від одного створення і заміну модулів (компонент). Вся система розбивається на автономні модулі, робота над якими може вестись окремо від інших [12]. В той же час модулі можуть взаємодіяти між собою. Для цього вони повинні підтримувати протоколи і інтерфейси, що визначають спільні принципи їх взаємодії. Оскільки методи, що існують в модулях, ізольовані від методів інших модулів, вони можуть розроблятися незалежно. Таким чином, міра реалізації компонент не залежить від стану коду в інших частинах системи. Стає можливою паралельна робота декількох команд над різними частинами застосування або системи. Взаємодія ж між різними модулями відбувається через встановлені протоколи і інтерфейси.

Географічні інформаційні системи зберігають інформацію про реальний світ у вигляді набору тематичних шарів, котрі об’єднані на основі географічного положення. За допомогою ГІС, необхідна для прийняття рішень інформація може відображатися у лаконічній картографічній формі з додатковими текстовими поясненнями, графіками та діаграмами.

Здатність ГІС проводити пошук у базах даних, приєднувати власні бази, здійснювати просторові запити, безперервно нагромаджувати та коректувати наявні просторові і атрибутивні дані, дозволило багатьом компаніям зекономити значні кошти.

Геоінформаційний аналітичний комплекс дозволяє перенести корпоративну бізнес-логіку на електронну карту. До звичайних операцій з базами даних додається географічний аналіз який полягає у наступному: відображення корпоративної інформації замовника на карті України та конкретного населеного пункту, просторові запити, відбір з об'єктів з карти, запити на карті, відображення інформації графіками, діаграмами, градієнтними заливками, нанесення фотографічних зображень на карту, побудова оптимального шляху, нанесення та редагування точок, ліній полігонів, створення довільної кількості користувацьких шарів даних на корпоративному сервері. Картографічним шаром може бути будь яка інформація: ринки, точки збуту, територія впливу, контрагенти, потенціал, конкуренти. Система функціонує як у мережевій версії з підтримкою багатьох SQL серверів так і в локальній моделі даних. Як правило система поставляється у вигляді бібліотеки (ядра геоінформаційної технології), а користувацькі робочі місця формуються на базі технічного завдання та вимог замовника у відкритих кодах, що дає можливість, проводити модифікацію та доробку продукту власними силами. Ліцензія на продукт видається на організацію без підрахунку робочих місць.

Опис технологічних можливостей системи

1.  Система підтримує архітектуру Client-Server

2.  Користувацькі картографічні шари зберігаються на рівні таблиць будь яких сучасних SQL серверів: MS SQL, My SQL, Oracle та інших.

3.  Кожен структурний підрозділ може створювати свій геонформаційний сервер з власними шарами даних.

4.  Система підтримує підключення у одному сеансі до довільної кількості серверів з картографічними шарами, для візуалізації, редагування та побудови просторових запитів у реальному режимі часу.

5.  Редагування картографічних шарів у режимі реального часу без проміжних структур.

6.  Система може оформлювати результат SQL запита у вигляді картографічного шару при наявності там просторових даних.

7.  Система забезпечує підключення та редагування картографічних даних при слабких каналах зв'язку на рівні deal-up під`єднання та My SQL сервера.

8.  Система забезпечує режим кешування інформації при відключенні каналів зв'язку з подальшою реплікацією на сервер баз даних.

9.  Система має можливість автономної роботи на базі локального формату даних з подальшою реплікацією на сервер баз даних

10.  Ядро геоіформаційної системи поставляється у вигляді бібліотеки власного виробництва.

Функціональні можливості

·  Зберігання шарів у таблицях SQL серверів.

·  Ведення унікальних ідентифікаторів об'єктів шару та механізмів співставлення записів у базі даних з картографічними об'єктами на карті.

·  Підтримка двохсторонньої передачі ідентифікаторів картографічних об'єктів з метою як відображення запитів географічних об'єктів з бази даних так і передачу набору даних для її модифікації .

·  Можливість побудови оптимального шляху між довільною кількістю елементів та збереження цієї інформації у вигляді картографічного шару.

·  Можливість визначити відстань між географічними елементами.

·  Обчислення користувачем на карті відстаней за заданою ломаною.

·  Обчислення довільної площі.

·  Можливість відображення на карті даних різноманітними способами: виділення елементів різними кольорами в залежності від даних, виведення хінтів на картографічному елементі, градієнтні заливки областей, графіки та діаграми на карті, зміна кольору областей, відображення іконок, комбіновані стилі відображення елементів.

·  Всі стилі відображення можуть задаватись користувачем та зберігатись або на сервері або як локальний профіль користувача.

·  Комбінований стиль відображення та виділення картографічних об'єктів.

·  Задання видимості картографічних шарів в залежності від масштабу.

·  Редагування точок, ліній, полігонів.

·  Нанесення геометричних фігур на карту: прямокутник, круг.

·  Можливість топологічної зв'язки картографічних шарів та елементів.

·  Вибір картографічних елементів з карти: окружністю, прямокутником, полігоном.

·  Підтримка GPS приладів на базі стандартного протоколу.

 

ВИСНОВКИ

Отже, повівши дослідження обраної проблеми можна зробити ряд висновків та узагальнень.

Картографія – це наука про виготовлення всіх видів карт і планів, включаючи зйомку і друк; мистецтво створення карт, оформлення та навчання їх використання. Картографія виникла ще за прадавніх часів, коли існували примітивні уявлення про форму Землі, і згодом трансформувалася в цілу науку. Значний вклад у розвиток науки картографії зробили давні греки.

Картографія як наука пов’язана з рядом дисциплін. Серед них можна назвати й історію, й філологію (оскільки існують історичні карти, карти мовних діалектів, карти розповсюдження певного мовного явища), й психологією (коли ми говоримо про сприйняття спеціальних позначень, які використовуються у створенні карт).

Дослідження особливостей карт як виду документу показали, що існують різні типи карт на основі класифікацій за способом картографічного зображення, за охопленням території, за особливостями картографованих явищ тощо.

На сьогоднішній день активно розвивається система електронних карт, яка має цілий рід переваг, зручна у використанні й дає безліч можливостей у роботі з картографованим матеріалом. Цифрове картографування – перспективна галузь картографування, яка потребує подальшого вивчення й удосконалення.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

 

1.  Берлянт А.М. Образ пространства: Карта и информация. – М.: Мысль, 1986.

2.  Вахрамеева Л.А. Картография. – М. 1981.

3.  Географические информационные системы. – М.: ООО Дата + // http://www.dataplus.ru/

4.  Географические информационные системы в науках о Земле Берлянт А.М. // СОЖ. – 1999. – №5 – С. 66–73.

5.  Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов/ Под редакцией А.М. Берлянта и А.В. Кошкарева. – Москва: ГИС-Ассоциация, 1992. – 204 с.

6.  ГОСТ Р 50828-95 Геоинформационное картографирование. Пространственные данные, цифровые и электронные карты. Общие требования.

7.  ГОСТ Р-51353-99 Геоинформационное картографирование. Метаданные электронных карт. Состав и содержание.

8.  Мала гірнича енциклопедія: В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. – Донецьк: Донбас, 2004.

9.  Орфали Р., Харки Д. Java и CORBA в приложениях клиент-сервер. – Лори, 2000.

10.  Рехтзамер Г.Р. Основы картографии. – Л., 1974.

11.  Салищев К.А. Картография. – М., 1982.

12.  Семихатов С. Технологии WWW, Corba и Java в построении распределенных объектных систем // http://www.javable.com/docs/jav_dist/

13.  Сосса Р.І. 2000. Історія картографування території України: Від найдавніших часів до 1920 р. – К., 2000. – 248 с.

14.  Трешников А.Ф. Географический энциклопедический словарь. – М., 1989.

15.  Open Gis Consortium. Open GIS Abstract Specification - 99-AS-RFP009 24 June 1999 // http://www.opengis.org/