Разработка методики создания цифровых картографических основ для мелкомасштабного картографирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.33, кандидат технических наук Дворников, Антон Викторович

• Дворников, Антон Викторович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дворников, Антон Викторович

Введение (актуальность цели задачи краткое содержание).

Глава I Теоретические основы камерального геоинформационного картографирования.

1.1 Формирование картографической базы данных.

1.2 Преобразование содержания картографической базы данных.

1.3 Использование картографической базы данных.

Глава II Разработка методики создания картографических основ масштаба 1:2 500 ООО с одновременным формированием картографической базы данных.

2.1. Сбор и анализ исходных картографических материалов.

2.2. Повышение качества и точности отображения населенных пунктов на цифровых картографических основах.

2.2.1. Анализ точности местоположения населенных пунктов на общегеографической карте России и сопредельных государств масштаба 1:2 500 000.

2.2.2. Повышение точности местоположения населенных пунктов.

2.2.3. Согласование населенных пунктов относительно рек.

2.2.4. Предложение по отображению пунсона в зависимости от площади населенного пункта.

2.3. Совершенствование системы классификации и кодирования картографируемых объектов.

2.3.1. Основные принципы построения системы классификации и кодирования картографической информации.

2.3.2. Классификация и кодирование границ.

2.3.3. Классификация и кодирование населенных пунктов.

2.3.4. Классификация и кодирование дорожной сети.

2.4. Конструирование и размещение условных знаков элементов карты.

2.4.1. Границы.

2.4.2. Элементы гидрографии.

2.4.3. Населенные пункты.

2.4.4. Пути сообщения.

2.5. Увязка и согласование геоинформации.

2.5.1. Согласование геоинформации.

2.5.2. Обобщение линейных объектов.

2.5.3. Размещение условных знаков.

Глава III Разработка методики преобразования содержания картографической базы данных и создание производных картографических основ.

3.1. Понятие и сущность эмпирико-математического метода.

3.2. Оценка Общегеографической карты России и сопредельных государств (ОКРиСГ) масштаба 1:2 500 ООО.

3.3. Концепция автоматизированного отбора картографических .объектов.

3.4. Методика автоматизированного отбора населенных пунктов.

3.4.1. Расчёт количества населенных пунктов на производных цифровых картографических основах.

3.4.2. Фактор значимости населенных пунктов.

3.4.3. Фактор площади условного знака населенного пункта.

3.4.4. Реализация автоматического отбора населенных пунктов.

3.5 Методика автоматизированного отбора речной сети.

3.5.1. Фактор густоты речной сети.

3.5.2. Фактор значимости рек.

3.5.3. Фактор размеров изображения рек.

3.5.4. Реализация методики автоматизированного отбора рек.

3.6. Методика автоматизированного отбора дорожной сети.

3.6.1. Фактор густоты дорожной сети.

3.6.2. Фактор значимости дорожной сети.

3.6.3. Фактор размеров объектов дорожной сети.

3.6.4. Реализация методики автоматизированного отбора дорог.

Глава IV Экспериментальное апробирование методик формирования и преобразования картографической базы данных на примере Липецкой области.

4,1 Формирование картографической базы данных.

4.1.1. Обработка исходного картографического материала.

4.1.2. Наполнение картографической базы данных информацией о координатах и площадях населенных пунктов.

4.1.3. Наполнение картографической базы данных информацией о численности населенных пунктов.

4.1.4. Взаимодействие картографической базы данных с общероссийским классификатором административных территориальных образований (OK ATO).

4.2. Формирование базовой цифровой картографической основы масштаба 1:2 500 000.

4.2.1. Расчет количества населенных пунктов на базовой цифровой картографической основе масштаба 1:2 500 000.

4.2.2. Конструирование условных знаков и подписей.

4.3. Расчет густоты и графической нагрузки картографических объектов на базовой цифровой картографической основе масштаба 1:2 500 000.

4.3.1. Определение густоты и графической нагрузки населенных пунктов.

4.3.2. Определение густоты и графической нагрузки речной и дорожной сети.

4.3.3. Создание формуляра базовой цифровой картографической основы масштаба 1:2 500 ООО.

4.4 Преобразование содержания базовой цифровой картографической основы и получение производных картографических основ.

4.4.1. Автоматизированный отбор населенных пунктов.

4.4.2. Расчет «порогов» отбора речной и дорожной сети на производных цифровых картографических основах.

4.4.3. Автоматизированный отбор речной сети.

4.4.4. Автоматизированный отбор дорожной сети.

4.4.5. Создание формуляров производных цифровых картографических основ.

4.4.6. Конструирование и размещение условных знаков и подписей на производных цифровых картографических основах.

4.5. Использование базовой картографической основы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики создания цифровых картографических основ для мелкомасштабного картографирования»

Актуальность темы. Постоянно растущий спрос на разнообразную и качественную картографическую продукцию может быть удовлетворен развития автоматизации процессов создания и использования карт. Прежде всего, это касается общегеографических карт (включая топографические), которые кроме самостоятельного значения широко используются в качестве картографических основ при тематическом и атласном картографировании. . В отличие от системы топографических карт, математическая основа, содержание и оформление которых стандартизированы и унифицированы, мелкомасштабные общегеографические карты не имеют жестких регламентаций. Это препятствует их использованию в качестве исходных картографических материалов и созданию соответствующих цифровых аналогов. К тому же увеличивающаяся мера генерализации при уменьшении масштаба карты снижает точность положения картографируемых объектов, что также препятствует их использованию для создания цифровых карт. Всё это обуславливает актуальность темы диссертации.

Решение данной проблемы позволит не только уменьшить затраты в процессе производства, но и позволит создавать карты с оптимальной графической нагрузкой, согласующиеся по густоте и содержанию на протяжении всего масштабного ряда.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является автоматизация процессов создания типовых цифровых картографических основ для мелкомасштабного картографирования путём с одновременным формированием мелкомасштабной базы картографических данных и преобразованием её содержания.

Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие основные задачи:

1. Выявление степени разработанности проблемы, поставленной в диссертации.

2. Развитие и модернизация методик формирования и преобразования существующей мелкомасштабной картографической базы данных, предложенных Ивановым А.Г.

3. Совершенствование системы классификации и кодирования картографируемых объектов при создании картографической базы данных.

4. Анализ густоты, графической нагрузки картографируемых объектов и согласованности их отображения на общегеографических картах масштабов от 1:1 ООО ООО до 1:8 ООО ООО.

5. Определение зависимости изменения густоты и графической нагрузки картографических объектов при уменьшении масштаба карты.

6. Разработка программного обеспечения для реализации технологических этапов создания базовой и производных цифровых картографических основ.

7. Апробирование усовершенствованных методик.

Методы исследования. Исследования опирались на научные принципы и идеи в области автоматизации картографических процессов, разработанные В.И. Суховым, Е.И. Халугиным, A.C. Васмутом, А.И. Мартыненко, Д.В. Лисицким, С.Н. Сербенюком, B.C. Тикуновым и др., В основу работы положены исследования по камеральному геоинформационному картографированию, выполненные на кафедре картографии Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК) под научным руководством профессора, д.т.н. А.Г. Иванова.

В диссертационной работе автором широко использовались эмпирико-математический метод, методы статистического анализа и картографический метод исследования.

Научная новизна исследования заключается в том, что автором разработана методика создания цифровых картографических основ для мелкомасштабного картографирования на основе картографической базы данных и методика их использования для автоматизации информационных и технологических процессов.

Наиболее оригинальные исследования автора состоят в следующем:

1. Исследованы густота, графическая нагрузка картографируемых объектов и согласованность их изображения на общегеографических картах ряда масштабов: 1:1 000 000; 1:2 500 000; 1:3 000 000; 1:5 000 000; 1:8 000 000.

2. Разработаны предложения по повышению качества и точности объектов, отображаемых на цифровых картографических основах.

3. Значительно расширена система классификации и кодирования картографируемых объектов (границы, населенные пункты, пути сообщения), введены новые характеристики объектов; классификация согласована с общепринятой системой классификации территориальных образований (СЖАТО).

4. Усовершенствован математический аппарат, позволяющий установить характер и степень зависимости графической нагрузки и густоты картографируемых объектов от масштабов общегеографических карт.

5. Разработан комплекс программного обеспечения как база автоматизированной системы получения мелкомасштабных картографических основ. Комплекс включает следующие программы:

- расчет количества населенных пунктов, отображаемых на карте заданного масштаба, конкретного региона (любого субъекта РФ);

- вычисление графической нагрузки карт изображением гидрографии и дорожной сети;

- автоматизированный отбор элементов гидрографии, путей сообщения, населенных пунктов;

- автоматического вычисления координат центров поселений на топографической карте масштаба 1:200 000;

- сдвиг пунсонов населенных пунктов относительно рек;

- расчета коэффициентов густоты и графической нагрузки карты на заданный субъект РФ с представлением полученных данных в виде отчёта.

6. Составлены оригинальные цифровые картографические основы карт Липецкой области в масштабах: 1:2 500 000, 1:3 000 000, 1:5 000 000, 1:8 000 000 и основа карты Центральной России (Белгородская, Воронежская, Липецкая, Рязанская, Тамбовская, Тульская области) в масштабе 1:3 000 000.

7. Сформированы направления дальнейшего развития геоинформационного мелкомасштабного картографирования.

Правомерность и корректность разработанной методики подтверждена экспериментальными работами по составлению картографических основ.

На защиту выносятся:

1. Методика формирования цифровой картографической основы на базе цифровых топографических карт масштаба 1:1 000 000 с одновременным созданием мелкомасштабной картографической базы данных.

2. Методика преобразования элементов содержания цифровой картографической основы и получения производных основ на базе разработанного программного обеспечения.

3. Методика использования базы картографических данных при создании мелкомасштабных общегеографических и тематических (социально-экономических) карт.

Практическое значение работы. Работа имеет практическую значимость в народном хозяйстве. Разработанная и апробированная методика создания мелкомасштабных цифровых картографических основ позволит оптимизировать процесс камерального мелкомасштабного картографирования, повышает качество мелкомасштабных карт и существенно снижает затраты.

Методика создания цифровых картографических основ реализована на примере составления образцов цифровых картографических основ на Липецкую область масштабов: 1:2 500 000, 1:3 000 000, 1:5 000 000, 1:8 000 000 и получения цифровой картографической основы для карт Центральной России (Белгородская, Воронежская, Липецкая, Рязанская, Тамбовская, Тульская области) масштаба 1:3 000 000.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях студентов, аспирантов, молодых ученых МИИГАиК (2005 - 2009гг.), на XVI Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2009» в МГУ имени М.В.Ломоносова, на Международной научно-технической конференции «Геодезия, Картография и Кадастр XXI век» в МИИГАик. Результаты разработанной методики используются в учебном процессе по курсу «Геоинформационное картографирование» на кафедре картографии Московского университета геодезии и картографии.

По предложенной методике также выполняются работы в «Научно-учебном центре геоинформационного картографирования» МИИГАиК Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. В первой главе рассматриваются теоретические основы камерального геоинформационного картографирования, а также раскрываются основные положения, факторы и принципы картографической генерализации. Во второй главе анализируется исходный картографический материал и подробно рассматривается предлагаемая автором методика создания базовой картографической основы масштаба 1:2 500 000 с одновременным формированием картографической базы данных на основе номенклатурных листов цифровой топографической карты масштаба 1:1 000 000. В третьей главе представлены основные этапы методики преобразования содержания картографической базы данных и создание производных цифровых картографических основ, а также рассматриваются варианты использования цифровых картографических основ для тематического картографирования. В четвертой главе, в ходе экспериментальных исследований диссертации, была выполнена апробация разработанных методик на примере создания цифровой картографической основы карты Липецкой области масштаба 1:2 500 000 на основе номенклатурных листов цифровой топографической карты масштаба 1:1 000 000 с одновременным формирова

Заключение диссертации по теме «Картография», Дворников, Антон Викторович

Заключение

В соответствии с поставленной целью выполнены теоретические и экспериментальные исследования, которые привели к следующим основным результатам и выводам:

• проведен анализ исходных картографических материалов, используемых при создании цифровых картографических основ для мелкомасштабного картографирования;

• выявлен характер зависимости изменения густоты и графической нагрузки картографических объектов при уменьшении масштаба карты.

• значительно расширенна система классификации и кодирования картографических объектов (границы, населенные пункты, пути сообщения), введены новые характеристики объектов; классификация согласована с общепринятой системой кодирования общероссийского классификатора территориальных образований (ОКАТО);

• разработаны предложения по повышению качества и точности цифровых картографических основ для мелкомасштабного картографирования.

• внесены существенные концептуальные изменения в технологический процесс камерального геоинформационного мелкомасштабного картографирования;

• создана автоматизированная система получения мелкомасштабных картографических основ;

Разработанная методика апробирована на примере формирования базовой и производных цифровых картографических основ для карт на территорию Липецкой области.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Дворников, Антон Викторович, 2009 год

1. Boyle A.R. The quantised line // Cartogr. J., 1970, Vol. 7, No. 2, pp. 91-94.

2. Douglas D.H., Peucker T.K. Algorithms for the reduction of the number of points required to represent a digitized line or its caricature //Canadian Cartographer, 1973, vol. 10, No. 2, pp. 112-122.

3. Horton, R.A: Erosional development of Streams and their Drainage Basins: Hy-drophisical approach to Quantitative Morphology .Geo. Soc. America Bull, Vol. 56 (1945) PP.275-370

4. Ivanov A.G., Krylov S.A. Development and Implementation of Geoinforma-tional Small-Scale mapping. // Abstract of Papers XXIII th International cartographic conference. Moscow, 2007, p. 386.

5. Julien Gaffuri: Outflow preservation of the hydrographic network on the re-lief in map generalisation. The paper of the XXIIIth International Carto-graphic Conference, Moscow (Russia), 2007. 12p.

6. Mackaness W., s. Perikleous, o. Chaudhry: Representing forested regions at small scales: automatic derivation from the very large scale. The paper of the XXIIIth International Cartographic Conference, Moscow (Russia), 2007. lip.

7. Muller J.C and Wang Z.,1992. Area Patch Generalization: A competitive approach, The Cartographic Journal vol. 29 PP. 137-144.

8. Shreve, R.L: Statistical low of stream numbers. Journal of Geology , Vol.74 (1966) PP. 17-37

9. Thara K. Automatic line generalization using zero-crossings //Photogramm. Eng. & Remote Sensing, 1988a, Vol. 54, No. 4, pp. 511-517.

10. Thara K. Critical points detection and automatic line generalization in raster data using zero-crossings //Cartogr. J., 1988b, Vol. 25, No. 1, pp. 58-68.

11. The paper of the 10th ICA Workshop on Generalization and Multiple Representation, Moscow (Russia), 2007. 17p

12. Touya G. : River network selection based on structure and pattern recognition

13. Weber W. Automationsgestutzte Generaralisierung //Nachr. Karten und Vermessungswesen, 1982, R. 1, H. 88, s.55-66.

14. Агапов B.C. Разработка программы корректуры семантической информации //Изв. Вузов . Геодезия и аэрофотосъемка.-2003.-Спецвыпуск№1 .-с. 99-100.

15. Бауэр П. Об одном практически испытанном варианте автоматизированной генерализации линейных объектов картографического изобра-жения //Геодезия и картография, 1973, №8, с. 49-53.

16. Берлянт A.M. Картография:Учебник для вузов.-М.:Аспект Пресс, 2001.-336с.

17. Берлянт A.M., Верещака Т.В., Лютый A.A. и др. Концепция и принципы разработки классификатора объектов картографирования.- М.: Росгео-информ, 1993.-23 с.

18. Берлянт A.M., Мусин О.Р., Собчук Т.В. Картографическая генерализа-ция и теория фракталов. М.: МГУ, 1998, 136 с.

19. Билич Ю.С., Васмут А.С, Проектирование и составление карт.-М.: Недра, 1984.-364с.

20. Богинский В.М. Обзор средств и методов автоматизации в картографии //Методика, техника и экономика геодезических и картографических ра-бот. Обзорная информация.-М.:ВИЭМС, 1996.-№3.-19 с.

21. Волков Н. М. Принципы и методы картометрии. М.: Изд-во АН СССР, 1950.-328 с.

22. Геоинформатика: В 2 кн. /Под ред. B.C. Тикунова. 2-е изд.-М.:Академия, 2008. Кн.1-384 е., Кн.2-384 с.

23. Геоинформационное карторафирование. Пространственные данные, цифровые и электронные карты. Общие требования// ГОСТ Р 50838-95.-М.:1995

24. Геоинформационные системы. Обзорная информация. М.: ЦНИИГАиК, 1992.-52с.

25. Гетц А. Унификация густоты изображения населенных пунктов на Кар-те Мира масштаба 1:2 500 000 // Сб. статей по карте мира масштаба 1:2 500 000 / ОНТИ ЦНРШГАиК. -М., 1977, с. 149- 156;26. ГОСТ 52398-2005

26. Дворников A.B. Подходы к автоматизации картографической генерализации (по материалам XXIII Международной картографической конференции, Москва 8—10 августа, 2007). «Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка», 2008, №6.

27. Джен JI. Харрингтон Проектирование реляционных баз данных. Издательство: Лори, 2006 г., 230 стр.

28. Иванов А. Г., Гончаров В. В., Крылов С. А. Мелкомасштабное цифровое картографирование (концептуальные основы) \\ Изв. ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка, 1999, № 1, с. 96 104.

29. Иванов А. Г., Гончаров В. В., Крылов С. А. Мелкомасштабное цифровое кар-тографирование (концептуальные основы) \\ Изв. ВУЗов. Геодезия и аз-рофо-тосъемка, 1999, № 1, с. 96 104.

30. Иванов А. Г., Крылов С. А., Татарников А. Н. Автоматизированная кар-то-графическая генерализация // Геодезия и картография, 2000, № 1. с. 33 -36.

31. Иванов А.Г., С.А. Крылов, A.B. Дворников Повышение качества и точности мелкомасштабного картографирования. «Известия вузов. Геоде-зия и аэрофотосъемка», 2008, №6.

32. Иванов А.Г., Гончаров В.В., Крылов С.А. и др. Автоматизированная картографическая генерализация //Геодезия и Картография, 2000, №1, с. 33-36

33. Иванов А.Г., Гончаров В.В., Крылов С.А. Мелкомасштабное цифовое картографирование (концептуальные основы) // Изв. Вузов . Геодезия и аэрофотосъемка.-1999- №1.-с. 96-104.

34. Иванов А.Г., Крылов С.А, Татарников А.Н., Котова О.И., Агапов B.C. Формирование мелкомасштабной базы картографических данных и её использование для разработки ГИС //Изв. Вузов . Геодезия и аэрофото-съемка.-2001- №5.-с.150-154.

35. Иванов А.Г., Крылов С.А. Методика расчета количества населенных пунктов на мелкомасштабных общегеографических картах. // Изв. Ву-зов. Геодезия и аэрофотосъемка, 2007. -№4., с. 120-127.

36. К. Дж. Дейт Введение в системы баз данных = Introduction to Database Systems. — 8-е изд. — М.: «Вильяме», 2006. — С. 1328.

37. Картография цифровая. Термины и определения // ГОСТ 28441-90

38. Картография. Термины и определения // ГОСТ 21667-76. Переиздание 1988г. С изменением №1, утв. В июле 1981г. М.:1988.

39. Конституция Российской Федерации.

40. Кузков О.Н. Цифровое картографирование — к вопросу о целях и задачах //Информационный бюллетень ГИС-ассоциации. М.:2009, №2, с. 48-50

41. Лурье И.К. Геоинформационное картографирование. Методы геоинформатики и цифровой обработки космических снимков, учебник-М. :КДУ 2008.- 424 с.

42. Нефедова Е. А. Система базовых общегеографических карт. Семинар и учебный курс ООН // Роль картографии и дистанционного зондирова-ния в социально-экономическом развитии, - М., 2001 — 19 с.

43. Свентэк Ю.В. Обощение очертаний на картах: опыт формализации метода //Тематическое системное картографирование с использованием автоматики и дистанционных методов. М.: Московский филиал гео-графического общества, 1986, с. 18-23.

44. Свентэк Ю.В. Распознавание классов линейных объектов как подход к решению проблемы машинной генерализации //Вестник МГУ. Сер.: География. -М.: 1980, №2, с. 28-34.

45. Сербенюк С.Н., Мусин O.P., Собчук Т.В. Кривизна и генерализация линейных объектов на картах //Вест. Московского ун-та, Сер.: География, 1990, №5, с. 49-56.

46. Сербенюк С.Н., Тикунов B.C. Автоматизация в тематической картографии. М.: МГУ,1983, 109 с.

47. Сухов В. И. Составление и редактирование общегеографических карт. -М., Геодезиздат, 1957

48. Сухов В.И. Изображение населенных пунктов СССР на топографиче-ских картах // Труды ЦНИИГАиК. Вып. 48. М.: Геоиздат, 1947.

49. Сухов В.И. Нормы отбора населенных пунктов для мелкомасштабных карт. М.:Геоиздат, 1951.

50. Сухов В.И. Отбор населенных пунктов на миллионной карте СССР // Сб. научно-технических статей. Вып.23. М.:Геоиздат, 1948.

51. Указ Президента России № 849 «О полномочном представителе Президента Российской Федерации в федеральном округе» от 13 мая 2000.

52. ФЗ -281 «Об общих принципах организации местного самоуправления в Российской Федерации» от 25 декабря 2008 года.

53. Флоринский И.В. Генерализация в картографии. Краткий обзор проблемы-Пущино, 1991, 55 с.

54. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. Учебное пособие. М.: 1996.- 112 с.1. Карты и атласы

55. Карта масштаба 1:3 ООО ООО малого атласа РФ;

56. Атлас железных и автомобильных дорог России, стран СНГ и Балтии Издательства: АСТ, 2005 г., 320 стр.

57. Атлас схем железных дорог государств-участников СНГ Латвии, Литвы, Эстонии Издательство: Омская картографическая фабрика , 2007.

58. Карта масштаба 1:5 000 000 малого атласа Мира.65. общегеографическая карта России масштаба 1:4 000 000;

59. Общегеографическая карта России и сопредельных государств масштаб 1:2 500 000

60. Политико-административная карта России масштаб 1:8 000 000.