Создание и обновление крупномасштабных цифровых карт и планов
в составе ИПД

Технология создания крупномасштабных карт и планов в составе ИПД

Технология создания и обновления цифровых топографических карт (ЦТК) и цифровых топографических планов (ЦПГ) предназначена для наполнения пространственными данными инфраструктуры пространственных данных на государственном (федеральном, региональном) и муниципальном уровне.

Инфраструктура пространственных данных - территориально распределенная система сбора, обработки, хранения и предоставления потребителям пространственных данных.

Инфраструктура пространственных данных обеспечивает создание, обновление пространственных данных, доступ к пространственным данным, содержащимся в информационных системах органов государственной власти и органов местного самоуправления, и состоит из следующих элементов:

  • координатной системы отсчета и координатной основы;
  • государственных и муниципальных фондов пространственных данных.

Федеральный фонд и региональные фонды пространственных данных могут состоять из следующих разделов:

  • реестр базовых пространственных объектов;
  • реестр высот;
  • реестр административных границ;
  • реестр населенных пунктов;
  • государственные ортофотокарты и ортофотопланы;
  • государственные топографические карты и планы;
  • реестр государственных геодезических сетей;
  • реестр метаданных.

Для удостоверения местоположения базовых пространственных объектов (БПО) должен быть сформирован полный набор цифровых описаний следующих компонентов пространственных данных:

  • идентификатора БПО;
  • координатных данных БПО;
  • наименований, а при наличии, и адресных данных БПО;
  • писаний топологических отношений БПО с другими БПО.

Таким образом, данные цифровых топографических карт и планов должны быть представлены в фондах в разделе государственные топографические карты и планы, так и частично в реестре базовых пространственных объектов, в реестре высот, реестре административных границ и реестре населенных пунктов.
При создании и обновлении цифровых топографических карт и планов все разделы фондов пространственных данных должны заполняться и обновляться синхронно в автоматическом режиме с сохранением идентификации существующих объектов баз данных.

Создание и обновление карт и планов выполняется на основе данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). ЦТК и ЦПГ описывают местность с детальностью и точностью, которые выбираются исходя из качества исходных материалов и экономической целесообразности. Детальность и точность создаваемых карт и планов должны быть не хуже, чем определяют требования к базовому масштабу для заданной территории. При необходимости по базовым масштабам создаются карты и планы производных более мелких масштабов с помощью технологии автоматизированной генерализации.

Цифровые топографические карты и планы должны содержать максимально точное описание расположения реальных объектов местности в принятой государственной системе координат и их семантических характеристик (свойств). Свойства объектов описываются с применением единых классификаторов (справочников), обеспечивающих автоматизированный обмен и обработку данных ЦТК и ЦПГ.

Общая технологическая схема создания и обновления цифровых карт и планов на основе данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) состоит из следующих этапов:

Комплекс автоматизированного дешифрирования и векторизации по данным ДЗЗ, разработанный на базе ГИС Карта 2011, предназначен для автоматической векторизации линейных и площадных объектов по цветным растровым изображениям земной поверхности.

Процесс автоматической векторизации состоит из следующих основных этапов:

  • предварительная обработка растра;
  • классификация;
  • обработка растра классификации;
  • преобразование растра в вектор;
  • векторная обработка.

Предварительная обработка является необязательным этапом, включает масштабирование и фильтрацию растра. Масштабирование позволяет значительно ускорить обработку при избыточном разрешении снимка. Фильтрация уменьшает шумы изображения, что положительно влияет на результаты распознавания.

Классификация – процесс определения принадлежности отдельных пикселей исходного растра тому или иному распознаваемому объекту. Классификация состоит из трех основных этапов. На первом этапе пользователь определяет обучающие выборки – указывает области на снимке, однозначно принадлежащие распознаваемым объектам. Затем происходит обучение классификатора – процесс выявления и запоминания статистических дешифровочных характеристик, присущих распознаваемым объектам. Эти данные используются собственно в классификации - определения принадлежности отдельных пикселей исходного растра распознаваемому объекту.

Вычисление статистических дешифровочных характеристик при обучении и классификации выполняется для скользящего окна. При обучении окно перемещается в пределах обучающих выборок, при классификации на всем остальном снимке. В качестве статистических дешифровочных характеристик используется спектральные (средний цвет) и текстурные характеристики (контраст, энергия, корреляция).

Результатом классификации является растр классификации – растр принадлежности пикселей исходного растра тому или иному распознаваемому объекту. Растр классификации содержит много шумов – неправильно классифицированных пикселей. Их можно отфильтровать исходя из предположения, что плотность расположения неправильно классифицированных пикселей меньше правильно классифицированных.

Для этого используются морфологические операции - изменение бинарного состояния пикселя на основе анализа состояния его соседей. К таким операциям относятся:

  • эрозия – замена на ноль единичных пикселей, если рядом есть хоть один нулевой пиксель;
  • наращивание – замена на единицу нулевого пикселя, если рядом есть хоть один единичный пиксель;
  • удаление небольших областей – замена восьмисвязных локальных групп единичных пикселей на нули, если количество пикселей меньше допуска;
  • заливка небольших дырок – замена восьмисвязных локальных групп нулевых пикселей на единицы, если количество пикселей меньше допуска;

После обработки растр классификации преобразуется в набор векторных объектов – линий или площадей. В процессе преобразования в линии создаются непересекающиеся линейные объекты. При преобразовании в площади создаются площадные объекты, имеющие общие части контура. На окончательном этапе распознанные объекты объединяются или удаляются на основе анализа их взаимного расположения. Объединенная сеть объектов совместно сглаживается и фильтруется перед сохранением в создаваемую карту.

При обновлении цифровых карт имеющиеся контура объектов используются для автоматического обучения программы дешифрирования и векторизации. При необходимости оператор может выбрать отдельные участки, которые попадают на наиболее характерные изображения дешифрируемых объектов.

Программа сопоставляет контура объектов и соответствующие им области снимков, запоминает свойства изображения и выполняет уточнение контуров объектов по реальным границам областей с подобными свойствами изображения. При этом создаются и новые объекты в тех местах снимка, где будут найдены близкие по изобразительным свойствам области.

Элементы оформления бумажных топографических карт и планов (зарамочное оформление, линии сетки координат, подписи характеристик, линии рельефа, заполняющие условные знаки и т.д.) не входят в состав цифровых карт и планов, они создаются в автоматизированной технологии подготовки цифровых карт и планов к изданию.

Программное обеспечение Комплекса ведения банка данных цифровых карт предназначено для систематизации метаданных архива векторных, растровых и матричных пространственных данных, обработки заявок на получение цифровых карт и планов.

Основными функциями Комплекса являются:

  • автоматический сбор и анализ информации о составе Банка цифровых карт и планов;
  • автоматизированное формирование базы метаданных Банка цифровых карт и планов;
  • визуальное наглядное отображение состояния Банка цифровых карт и планов на фоне обзорной карты;
  • быстрый поиск географического объекта (регион, административный район, населенный пункт) на обзорной карте;
  • автоматизированное определение перечня имеющихся цифровых данных на заданный регион;
  • автоматизированное формирование списка выдаваемых материалов с возможностью его интерактивного редактирования;
  • автоматизированное формирование отчетно-справочных документов по реализованной заявке.