Общие сведения о планово – картографических материалах, применяемых в землеустройстве, земельном и городском кадастре.

Лекция № 11

Требования к аппаратным возможностям и базовому программному обеспечению клиентов и серверов

Типичное разделение функций между клиентами и серверами

В типичном на сегодняшний день случае на стороне клиента СУБД работает только такое программное обеспечение, которое не имеет непосредственного доступа к базам данных, а обращается для этого к серверу с использованием языка SQL. В некоторых случаях хотелось бы включить в состав клиентской части системы некоторые функции для работы с «локальным кэшем» базы данных, т.е. с той ее частью, которая интенсивно используется клиентской прикладной программой. В современной технологии это можно сделать только путем формального создания на стороне клиента локальной копии сервера базы данных и рассмотрения всей системы как набора взаимодействующих серверов. С другой стороны, иногда хотелось бы перенести большую часть прикладной системы на сторону сервера, если разница в мощности клиентских рабочих станций и сервера чересчур велика. В общем-то при использовании RPC это сделать нетрудно. Но требуется, чтобы базовое программное обеспечение сервера действительно позволяло это. В частности, при использовании ОС UNIX проблемы практически не возникают.

Из предыдущих рассуждений видно, что требования к аппаратуре и программному обеспечению клиентских и серверных компьютеров различаются в зависимости от вида использования системы. Если разделение между клиентом и сервером достаточно жесткое (как в большинстве современных СУБД), то пользователям, работающим на рабочих станциях или персональных компьютерах, абсолютно все равно, какая аппаратура и операционная система работают на сервере, лишь бы он справлялся с возникающим потоком запросов.

Но если могут возникнуть потребности перераспределения функций между клиентом и сервером, то уже совсем не все равно, какие операционные системы используются.

Многие задачи землеустройства, земельного кадастра, картографии, геодезии, поисковые, оперативного управления, городского хозяйства, сельскохозяйственного назначения решаются с помощью контактных фотоснимков и визуализированных изображений, полученных с помощью нефотографических съемочных систем.

Контактные фотоснимки являются основным, наиболее дешевым и быстро изготавливаемым материалом, полученным в результате фотографирования участка земной поверхности. Большей разрешающей способностью и информативностью обладают увеличенные фотоизображения.

Контактные или увеличенные снимки служат материалом для изготовления фотосхем. Фотосхемой называется фотографическое изображение местности, составленное из рабочих площадей снимков. Фотосхемы на производственных предприятиях изготовляют преимущественно одномаршрутные. Если возникает необходимость в обеспечении фотосхемами территорий, выходящих по площади за пределы одномаршрутной фотосхемы, то монтируется несколько одномаршрутных фотосхем и наклеиваются на основу одна под другой. Это позволяет избежать в некоторых случаях значительных расхождений ситуационных элементов в полосе поперечного перекрытия фотосхемы. Достоинства фотосхем: для их изготовления не требуется геодезической подготовки снимков и на монтажные работы требуется мало времени.

Фотосхемы можно использовать как приближенный картографический материал на стадии предварительного изучения территории и эскизного межевания. Проектировщик при этом получает существенные преимущества по сравнению с решением тех же задач по имеющимся графическим планам или картам – фотоизображение содержит большой объем самой свежей информации о состоянии угодий, объектов инфраструктуры, водоёмов и др. Фотосхемы более удобный материал, чем отдельные снимки для тех видов дешифрирования, в которых требуется выявление взаимосвязей ландшафта, закономерностей строения рельефа на больших территориях, например, при почвенном дешифрировании или мелиоративных изысканиях.

Фотосхемы — незаменимый материал при выполнении дешифровочных работ с борта самолета или вертолета (аэровизуальное дешифрирование).

Стереофотосхемы удобны для стереоскопического наблюдения изображений большой протяженности, что важно при изучении различных эрозионных процессов, почвообразования и других проблем.

Контактные аэрофотоснимки, увеличенные фотоснимки, фотосхемы, стереофотосхемы просты в изготовлении, но содержат основные погрешности, влияющие на их разномасштабность, вследствие влияния основных факторов: угла наклона аэрофотоаппарата и рельефа местности.

Фотопланы – одномасштабные изображения местности в заданном, обычно стандартном масштабе, на которые нанесена координатная сетка, свободны от перечисленных недостатков и позволяют решать задачи землеустройства, земельного кадастра на более высоком уровне. Как правило, фотопланы изготовляют в рамках трапеций государственной или условной разграфки или на территорию отдельных землепользований.

На контурных фотопланах условными знаками показаны необходимые элементы ситуации, некоторые элементы естественного рельефа: бровки балок, оврагов, линии резкого изменения крутизны склонов, а также искусственные формы рельефа.

На топографических фотопланах условными знаками показана ситуация и нанесены горизонтали. После удаления фотоизобра­жения контурные и топографические фотопланы превращаются соответственно в контурные и топографические планы.

Иногда, например, при проектировании противоэрозионных мероприятий, целесообразно сохранить фотоизображение, несу­щее максимум информации об эрозионных процессах. В таких случаях на топографических фотопланах число условных знаков уменьшают до необходимого минимума. В результате получают продукцию, называемую фотокартой.

Ортофотоплан — фотографическое изображение местности в ортогональной проекции. Первоначально по экономическим со­ображениям ортофотопланы изготовляли преимущественно на горные территории. В настоящее время ортофотопланы получают на различные районы местности с любыми превышениями и фор­мами рельефа.

Использование новейших типов съемочных систем, переход к компьютерным технологиям и информационным системам позволяют получать и хранить полученную информацию о местности в виде цифровых моделей. При необходимости цифровые модели могут быть представлены в визуализированном виде (на экране монитора или в графическом виде на бумаге). Графические планы и карты стали вторичны по отношению к цифровым моделям местности.

Цифровая модель местности — это массив чисел. Каждым элементом массива являются координаты (X, Y, Z) точки местности и зашифрованная цифровым кодом какая-либо семантическая информация об этой точке местности. Цифровая модель местности содержит информацию о рельефе и о ситуации. При разделении этой информации получают цифровую модель ситуации и цифровую модель рельефа.

Цифровая модель ситуации содержит информацию о плановых координатах (X, Y) точек, лежащих на границах различных объектов. Границы каких объектов описывает цифровая модель ситуации определяет тематика модели ситуации. Это могут быть границы топографических элементов, сельскохозяйственных угодий, лесотаксационных единиц и т. п.

Цифровая модель рельефа представляет собой плавную поверхность, проходящую через точки с известными высотами, описываемую некоторой функцией F, определяющей зависимость отметки точки местности от ее плановых координат: Z = F (X, Y).

Отметки пикетов, используемых для построения цифровой модели рельефа, могут быть получены в результате полевых геодезических измерений, по топографическим картам, путем стереофотограмметрической обработки снимков.

В зависимости от расположения пикетов различают регуляр­ные, полурегулярные и структурные ЦМР.

Наиболее широкое распространение получили регулярные ЦМР, в которых пикетные точки располагаются в узлах сетки квадратов, прямоугольников или равносторонних треугольников. Однако построение регулярных ЦМР может повлечь потерю ин­формации о рельефе местности. Это вызвано тем, что характерные точки и линии рельефа — вершины холмов, дно котловин, тальве­ги, водоразделы и т. п. могут оказаться между узлами сетки и не отобразиться на ЦМР.

Структурные ЦМР наиболее точно описывают рельеф, по­скольку их пикетные точки выбирают в характерных местах релье­фа.

При проектировании линейных сооружений, таких, как линии электропередачи, трассы автомобильных или железных дорог, обычно создают полурегулярные ЦМР. В этих моделях пикетные точки располагают на поперечниках к трассе в характерных местах рельефа или на определенном расстоянии друг от друга.

Цифровая модель рельефа позволяет получить отметку любой точки местности с определенной точностью, что необходимо при цифровой фотограмметрической обработке одиночных снимков.

Цифровая модель местности - комплексная модель местности, которая должна содержать четыре основных свойства:

- как цифровая она должна быть оптимально организована и удобна при работе на ЭВМ. Это означает, что для полной ее реализации должна быть определена ее "физическая" структура;

-как модель, цифровая модель местности должна быть определена на известном классе моделей. Это означает, что она должна иметь вполне определенную структуру и содержать в своей основе одну из базовых моделей данных, а также удовлетворять требованиям и обладать общими свойствами моделей соответствующего класса безотносительно к предметной области;

- как модель местности - она должна содержать специальную информацию данной конкретной предметной области. Это означает, что цифровая модель местности должна содержать элементы координатного и атрибутивного описания, характеризующие как саму предметную область, так и индивидуальные свойства моделируемых объектов;

- как структура базы данных цифровая модель местности должна иметь возможность для моделирования, многократного использования, анализа и решения различных задач. Для возможности многократного применения цифровая модель местности должна быть переопределена (более информативна) по сравнению с информационной моделью ручной технологии, обеспечивающей получение разового продукта. Это требует выполнения обобщенного описания цифровых моделей местности на уровне типов, т.е. для этого необходимы предварительный анализ и последующая максимальная типизация пространственных объектов.

В общем виде цифровая модель местности может быть определена как совокупность множеств метрической, семантической, параметрической информации и класса операций преобразования над этими множествами.

Рассмотрим работу с цифровыми моделями в соответствии с тремя системными уровнями: сбор и первичная обработка информации, хранение и обновление, представление (отображение).

При сборе информации для построения цифровых моделей используются автоматизированные средства регистрации и автоматизированных технологий. Источниками информации служат карты, таблицы, спецификации, геодезические координаты точек и объектов местности, координаты точек на аэрокосмических и наземных фотоснимках, данные, получаемые по телевизионным или радиолокационным снимкам, телеметрические данные, информация, считываемая с планов и карт, данные о допусках и погрешностях, дополнительная информация текстового характера.

После сбора первичных данных на уровне хранения и обновления информации осуществляются коррекция информации, содержащей ошибки и дополнения к ней. Таким образом, формируется унифицированная совокупность данных, одинаковая для различных средств и технологий сбора, позволяющая в дальнейшем применять ее для получения чертежей и планов не одного, а нескольких смежных масштабов.

На уровне представления цифровой модели местности отображается цифровая информация в виде, удобном для пользования. Визуальное представление цифровой модели местности реализуется на современных устройствах вывода информации.

Технологически можно выделить следующие виды моделирования: семантическое, инвариантное, геометрическое, эвристическое, информационное. Они проявляются на разных системных уровнях обработки информации в разной степени.

Семантическое моделирование взаимосвязано с задачами кодирования и лингвистического обеспечения, поэтому оно в большей степени используется на уровне сбора первичной информации. Это обусловлено также большим объемом и разнообразием входной информации, сложностью ее структуры, возможным наличием ошибок.

Чем более разнородна входная информация по структуре и содержанию, чем менее она унифицирована, тем больший объем семантического моделирования применяется в подсистеме сбора.

Инвариантное моделирование основано на работе с полностью или частично унифицированными информационными элементами или структурами. Этот вид моделирования предполагает использование групповых операций, чем обеспечивается повышение производительности труда по сравнению с индивидуальным моделированием.

Геометрическое моделирование можно рассматривать как разновидность инвариантного, тем не менее, оно применяется там, где требуется обработка метрических данных.

Эвристическое моделирование применяется при учете индивидуальных свойств объектов на видеоизображениях и при решении специальных нетиповых задач. В основном оно реализуется при интерактивной обработке.

Информационное моделирование связано с созданием и преобразованием различных форм информации, например графической или текстовой, в вид, задаваемый пользователем. Оно эффективно только при предварительной разработке интегрированной информационной основы и применении баз данных.

Описание цифровой модели динамично. Оно изменяется или дополняется по мере появления новых задач, новых методов обработки и новых технических средств автоматизации проектирования.

Цифровые модели местности являются базой для создания широкого спектра картографической продукции, используемой землеустроительными и кадастровыми службами. Это цифровые, электронные карты, фотопланы, контурные фотопланы, топографические фотопланы, ортофотопланы, фотокарты и топографические планы.

Цифровая карта (план) - это цифровая модель местности, записанная на магнитном носителе в установленных структурах и кодах, сформированная с учетом законов картографической генерализации в принятых для карт проекции, разграфке, системе координат и высот, по точности и содержанию, соответствующая карте определенного масштаба (ГОСТ 28441-90).

Цифровая карта (план) служит основой для изготовления обычных бумажных, компьютерных, электронных карт, она входит в состав картографических баз данных, составляет один из важнейших элементов информационного обеспечения ГИС и может быть результатом функционирования ГИС.

Как правило, в цифровых картах используют географические координаты, поэтому цифровые карты не имеют масштаба. При визуализации цифровая карта (план) может быть представлена в любом масштабе, но не крупнее того, точность которого соответствует точности исходных данных для создания ЦК.

Цифровые карты содержат значительно больший объем информации, нежели традиционные графические карты, благодаря послойному ее хранению.

Кроме того, цифровые карты физически не устаревают, не ветшают. Информацию о местности на современном уровне поддерживают ведением непрерывного мониторинга и картографического дежурства.

Развитие современных средств вычислительной техники и математических методов обработки данных позволяет в настоящее время создать интерактивные системы управления пространственными процессами, основанные на использовании трехмерных моделей территории (3D-модель).

3D-моделирование ситуаций дает возможность визуальной оценки взаимного влияния различных факторов друг на друга и составления последующего прогноза развития ситуации.

3D-модели широко используются в строительстве и реконструкции промышленных и гражданских объектов, инфраструктурных проектах, геологоразведке и научной деятельности. Кроме того, трехмерные модели используются для мониторинга (в т.ч. экологического), позволяют осуществлять увязку проектируемых сооружений и уже существующих объектов, что существенно облегчает модернизационные работы. Привязка моделей к данным спутниковой навигации ГЛОНАСС, GPS обеспечивает решение задач навигации и отслеживания перемещения объектов. Во многих отраслях трехмерные модели местности обеспечивают современный уровень проведения различных видов работ, связанных с необходимостью использования геоинфомационных систем и географической информации.

Таким образом, цифровые модели местности являются базой для создания ши­рокого спектра картографической продукции, используемой зем­леустроительными и кадастровыми службами. Это цифровые (электронные) карты, фотопланы, контурные фотопланы, топог­рафические фотопланы, ортофотопланы, фотокарты и топографи­ческие планы.