Порядок векторизации элементов карты

Порядок векторизации элементов карты

Гидрография

3 Рельеф (съемка, свертка, отображение)

Сетки высот: регулярная, регулярная в плане, регулярная по высоте

Др.п/рег сетки, произвольные.

4 контуры   моно, стерео, свертка, отображение

Сбор по одиночному снимку

Сбор по паре

Классификатор

Порядок векторизации

Триангуляция Делоне

Текст

ПОРЯДОК ВЕКТОРИЗАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ КАРТЫ

определяется «степенью доверия» к плановому положению объектов на карте.

1.1 Объекты математической и планово-высотной основы (пункты ГГС, пункты нивелирной и съемочной сети и т.д.). Далее:

1.2  Объекты гидрографии: площадные, линейные, векторные, точечные.

1.3  Объекты рельефа, которые согласуют с созданными ранее объектами гидрографии. Объекты гидрографии приоритетны.

1.4  объекты Населенные пункты и объекты промышленного и социально-культурного назначения. Контуры населенных пунктов согласуют с объектами гидрографии, которые считаются приоритетными. (Поэтому, например, при нанесении контура населенного пункта, граничащего с объектом гидрографии, следует использовать режим копирования).

1.5 объекты Дорожная сеть. Вначале наносят линейные объекты (разные полилинии), а затем векторные (отрезок из двух точек, который можно поворачивать вокруг одной из них: дерево, скорость течения) и точечные, используя режимы копирования.

1.6 объекты Растительность. Объекты согласуются с объектами гидрографии, которые приоритетны.

Лирическое отступление касательно объектов. Возьмем высокохудожественное произведение «Актеон подсматривает за купающейся Дианой». На картине: часть Актеона, часть Дианы, участок реки, часть дерева. Если бы картина была написана объектно ориентировано, то можно было бы вытащить из-за дерева объект Актеон, или  скрыть в водах объекта река объект Диана или спилить объект дерево. Всегда все остальное осталось бы прежним, если игнорировать свойства объектов освещение и отражение Графическая карта это тоже художественное произведение, та же картина, на котором запечатлены объекты. А цифровая карта – это модель, составленная из объектов

Гидрография

Объекты гидрографии снимаются в первую очередь. Режим съемки -  стерео. Здесь важно 

  а) правильно отобразить уклон стока (вода течет вниз в зависимости от уклона быстрее – медленнее);

б) одинаковые высоты противоположных берегов потока

в) соблюсти горизонтальность зеркала водной поверхности, высота берега озера должна иметь одно значение

Эти характеристики должны быть одинаковы на смежных листах.

Рельеф   и контуры согласуются с  гидрографией.

Объекты местности согласуются с гидрографией и с рельефом.

Свойства слоя гидрографии, по сути, сочетают свойства контура и свойства рельефа.

Ряд искусственных объектов подобен гидрографии ( ж.дорога, шоссе - река, площадь – озеро, аэродром – система озер)

Объекты рельефа земной поверхности

 Объекты можно подразделить на макро, простирающиеся на весь лист карты или его части (макрорельеф), и микро – не выражающиеся в одном и более измерениях в масштабе карты (микрорельеф)

Макрорельеф

Макрорельеф снимают путем определения пространственного положения множества точек . Эти точки могут быть контурными точками местности, характерными и произвольными точками поверхности Земли. Высоты и плановые координаты точек измеряют на стереомодели или вычисляют по измерениям координат соответственных точек снимков. Взаимное расположение точек выбирают по-разному. Список высот (и плановых координат) точек есть описание поверхности местности. По нему формируют матрицу высот рельефа МВР (термин) или цифровую модель местности ЦМР. Так как решение неоднозначно, то разработано и применяется множество способов создания ЦМР. По данным списка или по ЦМР формируют также различные формы отображения рельефа. Соответственно и здесь применяется множество подходов. Кратко рассмотрим основныеэ

 Виды взаимного расположения высотных точек.

Отображение форм рельефа

1 Горизонтали (сплайн, полином, единичный вектор, совместное решение уравнивания).

2 Отображение форм (модель сплошная или каркасная, для ее поверхности применяют линии, раскраски, тени, различные перспективы).

(примечание: с помощью шкалы штрихов, как было принято в 18-19 веке, пока не отображают)

Элементы отображения

 0-мерные Точки (узлы node)

1-мерные Линии (векторы -отрезки прямых по 2 точкам, В-сплайны по 3-4точкам ) .

2-мерные Плоскости (плоские поверхности. плоские треугольники со смежными сторонами (общими вершинами) по 3 точкам каждый).

3-мерные Поверхности (surface) или объемы (Volume). Например, линейчатые поверхности, гиперболический параболоид, со смежными сторонами (общими вершинами) строятся по 4 точкам.

1. Более сложные поверхности в пространстве.

Линейные поверхности

Треугольник - плоскость

Линейчатые поверхности. Гиперболический параболоид

Нелинейные поверхности Кунса (привести картинки )

Полиномы Чебышёва, ортогональные; параметрические Бернштейна и Безье,

 Сплайны, NURBS: non-uniform, rational B-spline,  (здесь или в ММО )

Поверхности вращения

 

 

МИКРОрельеф

Ряд элементов рельефа может рассматриваться как объект. Соответственно и передается как контур: курган, обрыв, бровка, железнодорожная насыпь и т.п., но с высотной отметкой. С другой стороны контур, существенно возвышающийся над земной поверхностью, должен учитываться как элемент рельефа, препятствие, ориентир

Триангуляция Делоне

ДЕЛОНЕ Борис Николаевич [3(15).3.1890, Петербург,- 17.7.1980, Москва] - математик, чл.-корр. АН СССР (1929). Окончил Киевский университет (1913), профессор ЛГУ (1923или 22-35) и МГУ (1935-42), с 1932 в Математ. инсю им. В. А. Стеклова АН СССР (с 1945 зав. отделом). Основные труды по теории чисел к теории неопределённых уравнений 3-й степени с двумя неизвестными, по алгебре - к геометризации теории Галуа, по геометрии - к теории правильного разбиения пространства, теории приведения квадратичных форм, теории решётчатых покрытий пространства сферами, теории стереоэдров, математической кристаллографии, теории стереоэдров. Д. по-новому осмыслил и систематизировал основы геометрической кристаллографии, ему принадлежит алгоритм для правильной установки кристалла.

Триангуляцией называется планарное разбиение плоскости на плоские фигуры, из которых одна является внешней бесконечностью, а остальные - треугольниками. Будем рассматривать задачу построения триангуляции по заданному набору S двумерных точек. Эта задача состоит в соединении заданных точек из S прямыми отрезками так, чтобы никакие отрезки не пересекались. Решение этой задачи неоднозначно, поэтому возникает проблема построения оптимальной триангуляции.

Триангуляция Делоне - это такая триангуляция, при которой ни одна из точек набора S не попадает внутрь ни одной из описанных вокруг полученных треугольников окружностей. Впервые задача построение подобной триангуляции была поставлена Борисом Николаевичем Делоне в 1934 г.

Ниже показано несколько шагов алгоритма добавления новых точек к триангуляции Делоне. Этот алгоритм заключается в том, что для добавления берется не любая точка, а ищется такая, которая в совокупности с уже входящими в триангуляцию ребрами не нарушала условия Делоне.

Все ребра, образующие триангуляцию можно разделить на три группы.

Ребра, которые не принадлежат триангуляции Делоне.

Ребра, которые принадлежат только одному треугольнику из построенной триангуляции, второй треугольник еще не найден или еще не обнаружено, что данное ребро принадлежит границе триангуляции, а также, ребра, являющиеся границей триангуляции, и для которых неизвестен треугольник.

Ребра, образующие триангуляцию Делоне.

В начале алгоритма определяется ребро на границе заданного множества точек (2). Это ребро относится ко второму типу, потому что для него неизвестен треугольник, которому он принадлежит. На следующем шаге (3) определяется точка, образующая треугольник с текущим ребром, удовлетворяющий условию Делоне. Вновь полученные ребра из первой группы переходят во вторую (они обозначены толстыми линиями), то есть для них пока не известен второй треугольник или то, что они являются границей. Исходное ребро переходит в третью группу - это означает, что оно является частью триангуляции Делоне. Если найти точку, удовлетворяющую условию Делоне невозможно, то ребро предполагается граничным. В конечном итоге триангуляция состоит из набора ребер третьей группы

                                                            =====

4 Съемка контуров

Объекты Контура снимают/собирают по фотоснимкам в одном из двух режимов МОНО или СТЕРЕО. (использование увеличенных фрагментов снимков изложено в теме Обновление).

Варианты сбора возможны такие

МОНО Монокулярно по трансформированному изображению

Монокулярно по нетрансформированному изображению:

с использованием ЦМВ или без использования ЦМВ

Монокулярно по нетрансформированному фрагменту изображения:

с использованием ЦМВ или без использования ЦМВ

при этом:

 с привязкой вектора к растру

с последующим трансформированием вектора.

СТЕРЕО Стереоскопически

Высоты устанавливаются путем стереоскопического наведения (операторно или автоматом)

По внешне ориентированным моделям

По неориентированным моделям с последующим внешним ориентированием векторов

При этом, как и для рельефа, осуществляется 1) обратным проектированием от пространства объектов к их изображениям на стереопаре 2) прямой засечкой от изображений на снимках в пространство объектов.

(об этом в общем сказано при создании ЦКМ)

Предпочтительнее сбор по одиночному снимку, т.е. режим МОНО, так как отпадает лишняя операция - стереоскопическое наведение марки на поверхность модели. Лучше по исходному образу, так как фотометрическая обработка приводит к потере детализации.

Однако, если  съемка подробностей выполняется для крупного масштаба, то кроме влияния рельефа необходимо учитывать и высоту местных предметов. По одиночному снимку это делать затруднительно. Тогда приходится использовать стереопару (стереоскопически высоту можем учесть, но зоны невидимости могут оставаться) или же использовать длиннофокусные снимки, на которых смещения, вызванные превышениями точек объекта, будут малы, и изображения местных предметов будут близки к ортогональным.

 Сбор контуров в режиме СТЕРЕО особо не отличается от сбора рельефа.

 

Сбор по одиночному снимку

Программа сбора по одиночному снимку должна решать в режиме СБОР обратную задачу, т.е. по координатам точки местности вычислять ее положение на снимке (режим работы АФА). Естественно, должны быть известны ЭВО снимка и ЦМВ рельефа.

На цифровой фотограмметрической системе (ЦФС) такой режим обеспечивается.

 Если же станция аналитическая с прямой связью, т.е. такая, что датчиком координат на снимке служит дигитайзер (стереокомпаратор, монокомпаратор или дигитайзер планшетного типа), то координаты на местности мы задавать не можем. Поэтому решаем прямую задачу, а именно по ЭВОС, координатам изображения точки на снимке и геодезической высоте этой точки вычисляем ее положение на местности. Это осложняет съемку по заданным на местности направлениям (профиль, вертикаль, створ, строение).

 

В режиме МОНО существует два варианта сбора.

1. Сбор по исходному цифровому изображению и

2.Сбор по трансформированному цифровому изображению.

 

4.2  Сбор по исходному цифровому изображению. С точки зрения качества изображения предпочтительнее исходный, т.е. не подвергшийся изменениям цифровой образ.

 Однако, если влияние рельефа существенно, то при сборе по исходному изображению необходимо подключать МВР (матрицу высот рельефа) и по ней интерполировать высоту на каждую точку объектного пространства. Наведя изображение марки на контур снимка, мы фиксируем три его геодезические координаты. Так как эти несложные вычисления выполняет ПО (компьютер) то такой вариант предпочтителен.

Более простой вариант – съемка по зонам. Если имеется карта, то можно устанавливать высоту каждой зоны снимка, в которой снимаем контура. Трудоемкость возрастает, ибо оператор должен находить высоты зон и размечать их границы.

 

 4.3 Сбор по трансформированному цифровому изображению. В процессе трансформирования пикселы (значения оптической плотности) будут перемещаться и изменяться. Размер пиксела также может быть изменен по желанию оператора. Поэтому неизбежна потеря четкости по границам контуров.

 Однако такое трансформированное изображение обладает (1) тем замечательным качеством, что известны три координаты каждого пиксела (x,y,Z), четвертая координата оптическая плотность черно-белого изображения. Поэтому, наводя курсор на точку цифрового изображения такого трансформированного снимка, мы просто считываем координаты. Если это точка принадлежит контуру, то мы эти три координаты записываем, как вершину.

Процесс сбора свободен от вычислений координат (конечно программное преобразование от пиксельных координат к объектным осуществляется). 

Второе свойство этого цифрового изображения, что (2) его можно присоединять, пользуясь зонами перекрытия к другим. Несколько изображений монтируются  в одно ( цифровая мозаика = ортофотоплан). Правда задача точного соединения весьма сложна: следует учесть и погрешности, и наклоны, и интерполяцию высот, и кривизну Земли.

 

Примитивы контура

 Сбор контуров может проводиться в двух пространственных режимах на плоскости (2D) и в пространстве (3D). Определяется задачей сбора и используемым Программным Обеспечением.

Если сбор двухмерный (напр., по фотоплану), то все в одной плоскости. Если используется фотоплан, (а не ортофотоплан, содержащий высоты точек), то высоты нужно брать из МВР (матрица высот рельефа.).  Здесь нет влияния высот на план точки контура.

Если сбор трехмерный (напр., по стереопаре), то точки контуров поверхности дополняют точки рельефа: т.к. это точки рельефа, на коих что-то находится. Ошибка высоты приведет к сдвигу проекции точки в  плане.( в плане берешь не тот пиксел, что лежит под точкой, а тот, что приводит марку на с/паре на нужный контур).

 

 

Элементы (примитивы, из коих создают контур) контура таковы

0. 0-мерные Точки (узлы node)

одномерные: линии, полилинии(?) (отрезки прямых по 2 точкам (векторы), В-сплайны по 3-4точкам ).

двумерные: полигоны (замкнутая полилиния), площади (замкнутая граница, ограничивающая площадь), плоскости (плоские поверхности).

трехмерные Поверхности (surface) или Объемы (Volume), полигоны.

сложные поверхности в пространстве.

Из этих элементов в последующем могут конструироваться объекты и сверх-объекты (как рассматривали в ГИС). Объект полезен тем, что с объектом  в дальнейшем можем оперировать как с единым целым.

Топология

В ЦММ должны быть реализованы следующие типы топологических отношений:

– совмещение - координаты каждой точки метрики одного объекта должны совпадать с каждой точкой другого объекта, находящегося с ним в пространственной связи;

– наложение - один объект должен находиться внутри другого, т.е. накладываться и не выходить за границы основного объекта;

Пример – Строения в квартале, а кварталы в населенном пункте.

– смежность - координаты точек объектов имеют одинаковое значение на совпадающих участках;

– пересечение - пересекающиеся объекты местности должны иметь одинаковые координаты точки пересечения;

– примыкание – примыкающие объекты местности должны иметь одинаковые координаты точки в месте примыкания;

– продолжение на смежном листе – сводимые объекты местности должны иметь общие точки на общей границе смежных ЦММ.

           В ЦММ имеют место следующие топологические отношения:

– внутренние - части объекта должны иметь топологические отношения между собой;

– межобъектные - самостоятельные смежные объекты должны иметь общие узлы и дуги;

– межслойные - топологические отношения устанавливаются между объектами разных слоев.

 

ЦКИ.  Цифровая векторная картографическая информация содержит описание заданного участка местности в определенном масштабе, проекции, системе координат, как совокупность описаний метрических (пространственных) (.dat) и семантических (атрибутивных) (.sem) свойств реальных (озеро, лес) и условных (зона затопления, административная граница) объектов местности.

Объекты векторной карты могут логически объединяться по слоям, характеру локализации и признакам, устанавливаемым пользователями. Образуется иерархическая структура представления данных, которая применяется при решении различных прикладных задач.

 

Цифровой классификатор (файл ресурсов) электронной карты содержит Описание видов объектов цифровых векторных карт; семантических характеристик; слоев, в которые объединяются объекты; условных знаков, используемых при формировании электронной карты на графических устройствах.

При загрузке цифровых векторных карт (ЦКМ) в базу данных системы система преобразует цифровые векторные карты в электронные карты (ЭК) путем установления логических связей между объектами ЦКМ и соответствующими записями классификатора ЭК.

Виды электронных карт: векторные карты, матричные карты, растровые карты.

Система Вектор обеспечивает отображение района работ, состоящего из нескольких листов, как единого целого, что облегчает решение прикладных задач на больших территориях. Отдельные листы района работ могут быть в любой момент обновлены, отредактированы без дополнительных действий над остальными листами района работ.

Векторная карта во внутреннем формате ГИС состоит из файла-паспорта MAP  (карта) и набора файлов на каждый лист карты: индексный файл HDR (заголовок), файл координат DAT (метрика), файл атрибутов объектов SEM (семантика), файл графических примитивов DRW (рисунки). Файлы MAP и HDR обязательны. Вместе с картой или в другой директории может размещаться файл классификатор RSC, содержащий библиотеку условных знаков объектов, описание слоев, атрибутов объектов и самих объектов карты. В описание объектов и атрибутов обязательно входит числовой код и название.

Поверх векторной карты местности может отображаться произвольное количество пользовательских карт.

В директории \LOG вспомогательные файлы ЭК: протокол работы LOG, журнал транзакций TAC, макеты редактора векторной карты EDT, журнал контроля качества ERR, макеты условий поиска и отображения объектов VCL, параметры отображения в последнем сеансе INI и копии объектов для отмены операций редактирования в файлах ^DA, ^HD, ^SE и т.д.

Матричные карты создаются по данным из векторных карт. Матрицы высот по данным о высоте объектов. Матрицы качеств путем обработки координат объектов и заданного набора атрибутов. Импорт матричных карт - из формата GRD.

Для геологических данных применяют многослойные матрицы, которые строятся на основе набора точечных измерений. Во внутреннем формате матричная карта в файле MTW. Многослойная матрица в файле MTL.

 

Панорама. Перенос объектов с пользовательской карты (.sit) на основную (.map) получается:

прямым переносом «выделить объекты, копировать выделенные – вставить выделенные».

обводом в Редакторе ЭК объектов пользовательской карты, которую добавили в ЭК («на просвет»).

Использованием сохраненого в растровом виде.

На карте можно задавать/изменять параметры, в том числе ставить абсолютную высоту дома, но атрибута «высота строения»– нет (это есть в 3D -классификаторе (*.p3d)).

Автоматически

1. Выделение границ фотоизображения операторами (вставить фильтры из Фильтрации)

2. Режь-клей статистический метод выделения границ по числовым характеристикам (было выше)

3. Отождествление - статистическое определение содержания контура (создание классификатора и набора признаков, определение их вероятностей, вычисление критерия, решающее правило)

А) смежные снимки Здесь выполняется операция отождествления

Б) снимок с ключами («эталон»). Здесь – дешифрирование, т.е. опознавание объекта по его изображению, библиотеке признаков и их вероятностей, классификации объектов и решающему правилу

4. Корреляция с целью наведения марки на поверхность. Более развернута по сравнению с коэффициентом корреляции, т. е. применяют еще и другие характеристики или поле коэффициентов.

 

Операторная фильтрация

.Общий вид операторов:

 норма G(i,j) = ||d₁(i,j ), d₂(i,j)|| где d₁(i,j) = В Ä Н₁⁽¹⁾ , d₂(i,j)= В Ä Н₁⁽²⁾

Для вычисления нормы ||d₁(i,j ), d₂(i,j)|| можно применить любую из формул (14) – (16).

Операторная фильтрация (об этом есть в Путятин Е.П., Аверин С.И. Обработка образовв роботехнике. –М.: Машиностроение, 1990 318 с. (глава 1))

Контрастирование

Для выделения (подчеркивания) границ контуров применяют операторы дифференцирования. Основные это операторы 3х3 пиксела  Робертса, Собела ( Sobel ), Превитт ( Prewitt ), Кирша, Sharp разностный оператор. Общий вид операторов: норма G(i,j) = ||d₁(i,j ), d₂(i,j)|| где d₁(i,j) = В Ä Н₁⁽¹⁾ , d₂(i,j)= В Ä Н₁⁽²⁾

Параметры сравнения

1. Законы распределения

2. Статистические характеристики точечные и функции, с учетом того, чтобы был минимум вычислений. Например, å d , å d ², å d ³ , å d ⁴ , å d _i d_j   или сумма каких-либо подсчетов å d > d _доп

1. Специальные характеристики

                А) число площадных точек б) площадь точек   в) длина границ точек

2. Корреляционные характеристики

         точка – число, линия – корр.функция, площадь – двумерная функция

3. Корреляционные функции, спектральные функции

Порядок векторизации элементов карты

Гидрография

3 Рельеф (съемка, свертка, отображение)

Сетки высот: регулярная, регулярная в плане, регулярная по высоте

Др.п/рег сетки, произвольные.

4 контуры   моно, стерео, свертка, отображение

Сбор по одиночному снимку

Сбор по паре

Классификатор

Порядок векторизации

Триангуляция Делоне

Текст

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: