От бумажной карты к ГИС. Опыт векторизации топографических карт в среде Spotlight - Полозюк Валерий Николаевич

Annotation

В статье, опубликованной в № 1 журнала «CADmaster» за 2004 год, автор, на примере собственного опыта, описывает методику векторизации топографических карт.

Повторно статья была опубликована в журнале «САПР и графика», № 4 за 2004 год.

Немного истории

Вначале был растр…

Система координат

Калибровка топографических карт

Векторизация

Экспорт

Об авторе

notes

1

2

Немного истории

«Тюменбургаз», филиал буровой компании Газпрома, по праву считается крупнейшим из буровых предприятий отрасли. Основные объекты бурения располагаются на огромной территории, ограниченной 72 и 82 градусами восточной долготы и 63 и 69 градусами северной широты, отдельные месторождения располагаются и за пределами указанного участка. Наши основные заказчики — крупнейшие газодобывающие предприятия Газпрома — используют государственную систему координат в проекции Гаусса-Крюгера 1942 года. Предприятия поменьше предпочитают условную систему координат 1963 года: благодаря снижению уровня секретности это обеспечивает им солидную экономию. По той же причине некоторые предприятия работают с местными системами координат. Кроме того, при производстве многих видов работ с использованием спутниковых геодезических комплексов удобнее пользоваться системой координат WGS-84 в проекции UTM. Таким образом, единый стандарт оформления маркшейдерской документации невозможен: маркшейдерско-геодезической службе

«Тюменбургаза» приходится оперировать картографо-геодезической информацией во всех перечисленных системах координат, причем в любой из них территория деятельности филиала располагается как минимум в двух зонах.

Это обстоятельство стало определяющим при выборе геоинформационной системы (ГИС): «Тюменбургаз» приобрел программный продукт Mapinfo Professional и набор электронных карт от Федеральной службы геодезии и картографии (ФСГК). Со временем качество электронных карт ФСГК, созданных на основе устаревших листов топографических карт масштаба 1:200000, было признано недостаточным: требовалась самостоятельная векторизация крупномасштабных топографических карт на отдельные участки деятельности «Тюменбургаза». Поскольку ГИС Mapinfo для подобных целей совершенно не приспособлена, предстояло выбрать программу-векторизатор…

Прежде всего мы сформулировали основные требования к этой программе. Во-первых, ее инструментарий должен обеспечивать трассировку по цветному растру: топографические карты несут большой объем информации, заключенной именно в цвете. Во-вторых, для ускорения оцифровки необходимы средства автоматической векторизации. В-третьих, программа-векторизатор должна обеспечивать возможность импорта данных из формата DGN MicroStation и экспорта в форматы DWG (DXF) AutoCAD, MIF (MID) Mapinfo: многие предприятия-заказчики требуют представлять материалы в формате AutoCAD, а в формате DGN предоставляют электронные чертежи многие проектные организации.

Всем этим требованиям полностью соответствовала программа Spotlight Pro 5, разработанная компанией Consistent Software. Правда, сотрудники компании предупредили: для векторизации топографических карт Spotlight Pro 5 еще никем не применялся. С тех пор прошло полтора года. За это время появились новые версии программы, а мы накопили некоторый опыт, который, надеюсь, будет интересен пользователям Spotlight Pro, работающим с топографическими картами…

Вначале был растр…

Несколько практических советов перед началом работы:

• лучшие результаты преобразования растра в вектор получают на растре с разрешением 600–700 dpi;

• перед калибровкой убедитесь, что вокруг обрабатываемого растрового изображения имеется небольшая рамка (5–6 мм). При калибровке изображение, возможно, будет не сжиматься, а растягиваться — в этом случае наличие такой рамки убережет изображение от потерь;

• если возникли проблемы, не спешите громко возмущаться — окружающие ни в чем не виноваты. Сообщите о проблеме в службу технической поддержки Consistent Software (ra_support@ csoft.ru) — вам всегда придут на помощь.

Система координат

Итак, вы приступаете к векторизации топокарт в программе Spotlight Pro. Каким образом задать систему координат, чтобы полученные данные можно было использовать в Mapinfo совместно с уже имеющимися данными? Какие единицы использовать, какой задать масштаб, в какой последовательности вводить координаты? Немного поэкспериментировав, приходишь к выводу, что размерность единиц особого значения не имеет: можно использовать и дюймы, главное задать масштаб таким образом, чтобы получаемые числовые значения координат не противоречили истине. Мы использовали в качестве пользовательских и мировых единиц миллиметры и задали для карт 1:25 000 масштаб 25.

Рис. 1

Обратите внимание на очередность записи координат проекции Гаусса-Крюгера: у, х. Координата у записывается с указанием номера зоны — это полностью соответствует структуре MIF-файла. Такую же запись, используя ПСК по умолчанию, предпочитают практически все пользователи AutoCAD. Предложенный подход протестирован следующим образом: лист карты с заданной системой координат был экспортирован из Spotlight в AutoCAD, а затем в этот же файл были экспортированы данные, полученные при работе спутникового оборудования в том районе. Данные полностью совместились с изображением на карте.

Калибровка топографических карт

Работая с топографическими картами в программе Spotlight, пользователь прежде всего должен решить проблему калибровки сканированного изображения. В противном случае работа по векторизации карт лишена всякого смысла.

Рис. 2

Зеленые линии на рис. 2 — это километровая сетка в системе координат листа карты. В данном случае мы имеем дело с обычными незначительными деформациями, но для векторизации исходное изображение не годится.

Провести оцифровку чертежа необходимо в прямоугольной системе координат — на листе карты она задается координатной (километровой) сеткой. В то же время, выполнив калибровку только по точкам пересечения сетки координат (рис. 3), мы получим прекрасный результат внутри калибровочной области и совершенно непредсказуемый — на краях листа карты: в области между сеткой координат и рамкой трапеции, задаваемой геодезической системой координат (широта, долгота).

Рис. 3

Совершенно очевидно, что для калибровки листа карты необходимо использовать точки пересечения координатной сетки и рамки трапеции. Программными средствами задать значения их реальных координат невозможно, поэтому применяем довольно удобный и простой графический метод.

1-й этап. В любой доступной программе перевычисления координат переводим геодезические координаты углов рамок трапеции и точек пересечения осевого меридиана листа с верхней и нижней стороной трапеции в прямоугольную систему координат, используемую на обрабатываемом листе.

2-й этап. После загрузки исходного растра карты и задания системы координат создаем в программе Spotlight вспомогательный векторный слой «Рамка». Используя инструмент  строим боковые стороны рамки по вычисленным координатам углов рамки трапеции.