Создание и ведение городского кадастра

Информационной основой ГИС, которая определяет её основное отличие от других автоматизированных информационных систем, являются данные о земной поверхности, представляемые обычно в виде цифровых карт (ЦК), которые обеспечивают возможность решать типичные задачи ГИС. Преимущества ЦК перед традиционными (на твёрдых носителях) системами заключаются в компактности хранения, оперативности обновления, широком спектре применения. Существующие технические и программные средства позволяют просматривать и редактировать ЦК на экранах дисплеев, подготавливать и выводить бумажные копии, проводить и оформлять результаты сложных расчётов, связанных с обработкой территориально распределённых явлений. Главным препятствием широкого внедрения ЦК остаётся высокая трудоёмкость их создания, дороговизна и длительность изготовления.

Цифровая обработка  подразделяется на следующие этапы:

Первичная обработка  материалов и приведение разнообразной  топографической и кадастровой  информации к единому виду.

Формирование  цифровой модели местности (она содержит топоинформацию в более полном и упорядоченном виде, пригодном для универсального использования).

Преобразование  цифровой модели местности в цифровую карту (топографическая информация трансформируется в картографическую в соответствии с конкретными требованиями содержания карты). На этом этапе происходит рисовка горизонталей, интерполяция, аппроксимация, редактирование, генерализация и т.д.

Формирование  баз данных цифровой модели местности. В базе данных осуществляется стандартизация накопленной информации. С ее помощью можно оперативно принимать и выдавать требуемую информацию.

Изготовление  цифровых карт выполняется различными технологиями. Ниже рассмотрены такие  из них, как дигитализация, сканирование, цифровая фотограмметрия, координирование.

Основным прибором в дигитальной технологии является дигитайзер. Это устройство ручной оцифровки графической информации.

Технология оцифровки  с использованием дигитайзера очень  трудоёмка, поскольку требует кропотливого ручного труда квалифицированного опера-тора. Современный уровень развития средств ввода (сканеры) не позволяет полностью заменить ручную технологию, хотя в последнее время дигитайзеры стали вытесняться из ряда областей применения, и эта тенденция будет развиваться.

Разрешение современных дигитайзеров составляет 1/1 000 дюй- ма = 0.0254 мм. Личная погрешность оператора с применением специальных прицелов с линзой, составляет 0.05 мм. При применении современных дигитайзеров с учётом основных факторов точность сколки (передачи в циф-ровую форму) составляет от 0.1 до 0.15 мм. Дигитайзеры обеспечивают возможность:

расслоения информации по цветам (у монохромных сканеров эта функция отсутствует, а цветные - весьма дорогие);

работы с носителями информации, имеющими большую толщину (до 5 мм);

преобразования цифровой информации в векторную форму, готовую для непосредственного использования в различных ГИС. (Растровые файлы, получаемые в результате сканирования, требуют векторизации, а эта задача трудоёмкая);

экономии денежных средств по сравнению с широкоформатными сканерами при небольших объемах работ.

Создание цифровой карты с помощью дигитайзера  можно разделить на этапы:

Дигитализация топографических планов.

Обработка цифровой информации.

Создание массива  семантической информации.

Контроль метрической и семантической информации.

Исправление ошибочной  цифровой картографической информации.

Дигитализация топографических планов начинается с ориентирования планшета, которое  может осуществляться двумя способами:

Стандартный способ применяется для топографических планов с координатной сеткой. Он предполагает ввод координат юго-западного угла планшета и размеров трапеции в плане, после чего производится скалывание всех четырёх углов планшета.

Общий способ ориентирования предполагает ввод известных координат трёх или более точек на топографическом плане и последующее скалывание этих точек в том порядке, в котором они введены.

После ориентирования переходят к процессу дигитализации, который представляет собой скалывание точек линий, поворотных точек ломаных, пикетов, условных точечных знаков и т.д. Данная технология в настоящее время находит широкое применение в топографо-геодезическом производстве.

Сканер представляет собой устройство автоматической оцифровки  графической информации. Несколько  лет назад область применения сканеров ограничивалась издательской и рекламной деятельностью для ввода графических изображений и в системах распознавания текста. Применение сканеров в ГИС-системах началось после появления широкоформатных моделей, которые позволяют работать со всеми форматами документов. Конструктивно сканеры являются роликовыми устройствами, в которых имеется неподвижная считывающая камера, а носитель информации перемещается при вращении специальных роликов. В монохромных устройствах считывание происходит за один проход, в цветных - за несколько проходов. Цветные сканеры распознают до 256 значений оттенков. Считывание многоцветной топографической карты с рельефом требует ресурсов памяти около 540 Мб, а многоцветной фотографии - более 1 Гб.

Важнейшим параметром сканера является разрешение, показывающее, каким количеством пикселов будет описываться отсканированное изображение. Единица измерения этого параметра - dpi (количество точек на дюйм). Очень важно различать оптическое (физическое) разрешение и программное (интерполированное). Программное разрешение имеет величину, в 1.5-2 раза превышающую оптическое разрешение. Это достигается за счёт программной обработки цепочки пикселов и добавления к ним дополнительных пикселов, что позволяет сглаживать линии.

Широкоформатные сканеры являются мощным автоматизированным средством оцифровки и находят  широкое применение. Без них немыслимо  решение задач оцифровки больших  бумажных архивов в картографии, строительстве и других областях. Вместе с тем технологии оцифровки и дальнейшей векторизации требуют помимо сканеров участия квалифицированных специалистов, обученных операtoров для работы со сканерами и векторизаторами, мощных компьютеров, серверов и т.д.

Поэтому, наряду с неоспоримыми преимуществами они  имеют ряд недостатков, которые не позволяют полностью избежать ручных технологий оцифровки с применением дигитайзеров. Одним из главных их недостатков является высокая стоимость. Поэтому распространяются сканеры, особенно в России, достаточно медленно.

Среди других устройств, позволяющих сканировать широкоформатные документы, можно выделить сканирующие головки, которые устанавливаются на плоттер. Их принцип работы следующий: сканирующая головка устанавливается вместо пишущего элемента и считывает изображение с бу-маги. За один проход считывается кадр шириной 15 мм, поэтому для полного сканирования необходимо несколько проходов. Специальное программное обеспечение "сшивает" отдельные кадры в один растровый файл. Такие файлы гораздо труднее поддаются векторизации из-за сдвига кадров друг относительно друга. Поэтому использование сканирующих головок для целей кадастра ограничено.

Процесс создания цифровой карты методом оцифровки  сканированных планшетов можно  разбить на пять этапов:

Сканирование  планшета (получение растрового изображения планшета).

Оцифровка растрового изображения (процесс проходит автоматически  или полуавтоматически).

Создание массива  семантической информации.

Контроль метрической  и семантической информации.

Исправление ошибочной  цифровой картографической информации.

Координирование данных широко используется при инвентаризации земель. Оно заключается в определении  координат объектов. На практике это  осуществляется проведением съёмки на определённом объекте. Результаты измерений  могут быть записаны в журнал (традиционный метод), в регистратор или карту памяти тахеометра (автоматизированный метод). Обработка данных осуществляется в камеральных условиях с использованием персонального компьютера и пакета прикладных программ, либо непосредственно в процессе измерений при использовании электронного тахеометра. Результатом обработки могут являться каталоги координат, планы, кадастровые карточки, румбы и длины линий всех сторон земельных участков.

Появление ГИС  потребовало от фотограмметрии оперативного преобразования информации и, что самое главное, более дешёвыми средствами. В середине 70-х годов появились достаточно мощные графические станции, которые позволили моделировать отдельные фотограмметрические процессы. Однако первые опыты не дали желаемого результата, так как процесс развития цифровой фотограмметрии сдерживался развитием прецизионных сканеров высокого разрешения, преобразующих аналоговое изображение фотоснимков в растровый вид. В середине 80-х годов данный сдерживающий барьер был преодолён, и зарубежные фирмы наладили серийный выпуск данного оборудования. С середины 80-х годов началось интенсивное развитие цифровой фотограмметрии за рубежом. В нашей стране её развитие сдерживалось отсутствием отечественной аппаратуры и дороговизной импортной.

Преимуществом цифровой фотограмметрии является то, что она поставляет потребителю  самую современную информацию о  состоянии исследуемой области. Это существенно как для обновления карт, так и для функционирования ГИС. Недостатком является то, что  задействованное оборудование дорогостоящее.

На конференции  Международного общества фотограмметрии и дистанционного зондирования в 1991 году крупные зарубежные учёные отметили, что если переход от аналоговой фотограмметрии к аналитической носил эволюционный характер, то переход от аналитической к цифровой является революционным. При этом фотограмметрическое приборостроение не имеет перспектив. Цифровая фотограмметрическая система включает рабочую станцию по обработке цифровых изображений и диалогу с пользователем, интерфейс с ГИС и автоматизированное проекти-рование, а также технические устройства по вводу и выводу изображений.

В цифровой фотограмметрической  системе процесс стереоскопического измерения координат точек снимков  на фотограмметрических приборах заменяется работой оператора с курсором и "мышью" после воспроизведения на экране одного или двух дисплеев (стереомонитора) перекрывающихся частей цифровых изображений. При соответствующем программном обеспечении допускается возможность использования специалистов невысокой квалификации. К сожалению, вследствие высокой стоимости оборудования, цифровая фотограмметрия в России распространяется очень медленно.

Потребности в  цифровой форме представления топографической  и специальной информации как  метрической основы геоинформационных систем становятся всё более насущными для пользователей. Это особенно относится к ведению земельного и городского кадастра. При цифровой форме представления данных о местности очень важным и трудоёмким является начальный сбор топографической и специальной информации. Для сбора этой информации в зависимости от поставленных задач используются полевой, картометрический, фотограмметрический методы.

Полевой метод  представляет собой непосредственно  съёмку (с помощью теодолита, тахеометра, GPS), ввод полученных измерений в компьютер и координирование информации с помощью специальных программ (например, AutoСAD).

В картометрическом методе берутся за основу готовые  карты и планы, которые с помощью  дигитализации или сканирования переводят ее в цифровую форму. Основой фотограмметрического метода являются аэрокосмические снимки, которые переводятся в цифровую форму. Общие преимущества всех полевых методов следующие: непосредственный обзор исполнителем ситуации на местности, более современная информация о местности, высокая точность получаемого цифрового материала. К недостаткам можно отнести трудоёмкость, сезонность работ, охват небольшой территории местности.

Картометрические  методы имеют свои преимущества, например: все проводимые работы полностью  камеральные. На создание цифровых карт требуется меньше времени. Недостатком является использование устаревшей информации о местности, в некоторых случаях материалы могут быть 10-20 летней давности. Точность получаемых цифровых карт за счёт различных ошибок (деформация картматериала, ошибки оператора и т.д.) ниже, чем при полевых методах.

Отдельно можно  рассмотреть преимущества и недостатки дигитализации и сканирования. Преимущество дигитализации заключается в  том, что информация получается в  векторной форме, а при сканировании сначала получаются растровые модели, которые нужно переводить в векторную форму.

Достоинство сканирования заключается в том, что не нужно  обводить каждый контур вручную. Процесс  автоматизирован и как следствие  отсутствуют ошибки оператора. Главный недостаток сканирования заключается в значительной стоимости аппаратуры.

Положительные стороны цифровой фотограмметрии заключаются  в возможности охвата больших  территорий, использовании современных  сведений о местности для создания цифровых карт, автоматизации процесса, привлечении операторов невысокой квалификации. Стоимость оборудования также является сдерживающим для широкого внедрения фактором.