СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА СОСТАВЛЕНИЯ КАРТ И МЕТОДОВ АВТОМАТИЗАЦИИ МУЛЬТИМАСШТАБНОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ ДЛЯ ЗАДАЧ АЭРОНАВИГАЦИИ
|
Введение 3
Глава 1. Аэронавигация и ГИС. Мировой опыт составления аэронавигационных карт 6
1.1. Аэронавигационные карты: понятие, содержание, функции 6
1.2. Мировой опыт составления аэронавигационных карт. Современное состояние разработок в области составления аэронавигационных карт с использованием ГИС.8
1.2.1. Изображение рельефа на аэронавигационных картах служб и центров аэронавигационной информации мира 13
1.2.1.1. Отсутствие изображения рельефа 13
1.2.1.2. Изображение рельефа способом изолиний 16
1.2.1.3. Изображение рельефа с использованием теневой пластики 28
Глава 2. Автоматизация в картографии. Геоинформационное обеспечение мультимасштабного картографирования для задач аэронавигации 32
2.1. Автоматизация в картографии 32
2.2. Мультимасштабное картографирование - новое направление географической картографии 32
2.3. Геоинформационное обеспечение аэронавигации цифровыми моделями рельефа (ЦМР). Обзор источников данных для создания ЦМР 34
Глава 3. Формирование мультимасштабной растровой основы с рельефом и разработка стилистики для изображения рельефа на аэронавигационных картах 40
3.1. Исходные данные для формирования растровой основы 40
3.2. Требования к изображению рельефа на картах и разработка стилистики для изображения рельефа на аэронавигационных картах 46
3.2.1. Требования к изображению рельефа на картах 46
3.2.2. Разработка стилистики для изображения рельефа на аэронавигационных картах и пространственная фильтрация 47
Глава 4. Хранение растровых данных и обеспечение доступа к ним 54
Заключение 66
Список использованной литературы 67
Глава 1. Аэронавигация и ГИС. Мировой опыт составления аэронавигационных карт 6
1.1. Аэронавигационные карты: понятие, содержание, функции 6
1.2. Мировой опыт составления аэронавигационных карт. Современное состояние разработок в области составления аэронавигационных карт с использованием ГИС.8
1.2.1. Изображение рельефа на аэронавигационных картах служб и центров аэронавигационной информации мира 13
1.2.1.1. Отсутствие изображения рельефа 13
1.2.1.2. Изображение рельефа способом изолиний 16
1.2.1.3. Изображение рельефа с использованием теневой пластики 28
Глава 2. Автоматизация в картографии. Геоинформационное обеспечение мультимасштабного картографирования для задач аэронавигации 32
2.1. Автоматизация в картографии 32
2.2. Мультимасштабное картографирование - новое направление географической картографии 32
2.3. Геоинформационное обеспечение аэронавигации цифровыми моделями рельефа (ЦМР). Обзор источников данных для создания ЦМР 34
Глава 3. Формирование мультимасштабной растровой основы с рельефом и разработка стилистики для изображения рельефа на аэронавигационных картах 40
3.1. Исходные данные для формирования растровой основы 40
3.2. Требования к изображению рельефа на картах и разработка стилистики для изображения рельефа на аэронавигационных картах 46
3.2.1. Требования к изображению рельефа на картах 46
3.2.2. Разработка стилистики для изображения рельефа на аэронавигационных картах и пространственная фильтрация 47
Глава 4. Хранение растровых данных и обеспечение доступа к ним 54
Заключение 66
Список использованной литературы 67
Актуальность темы.
Информационные технологии и компьютерные методы обработки давно уже проникли во все сферы человеческой жизни. Не обошли они стороной и такую техническую дисциплину, как авиация. Практически вся информация, которой пользуются службы аэронавигации, имеет географический контекст. ГИС позволяют решать вопросы создания, редактирования и централизованного хранения аэронавигационных данных для дальнейшего использования, в частности, для проектирования карт для самолетовождения.
Аэронавигационная карта является важным документом, который используется и при подготовке к полету, и в процессе полета. Она нужна для прокладки и изучения маршрута полета, измерения путевых углов и расстояний между пунктами маршрута, определения географических координат пунктов и радиотехнических средств, обеспечивающих полет, изучения рельефа местности и определения высоты отдельных точек местности. Во время полета карта применяется для ведения визуальной и радиолокационной ориентировки, контроля пути и прокладки линий положения самолета, определения навигационных элементов полета.
Рельеф является неотъемлемым элементом содержания аэронавигационных карт, поскольку он служит для ориентирования и опознавания, определения безопасных высот пролета над местностью, четкого понимания аэронавигационной информации, планирования. Поэтому важно, чтобы элементы рельефа местности быстро и четко интерпретировались на карте, особенно когда они являются существенными, и не перенасыщали ее, не мешали пониманию пилотом основных и существенных аэронавигационных данных.
Еще совсем недавно изображение рельефа на картах центра аэронавигационной информации было достаточно грубым, негенерализованным, послойная окраска была яркой и затрудняла (особенно это было видно в горных районах) восприятие аэронавигационной информации, отсутствовало согласование соседних листов карт. Кроме этого, время работы с рельефом критично из-за больших объемов GeoTIFF-изображений. Применение и совершенствование визуализации и методов автоматизации в составлении аэронавигационных карт при работе с растровыми данными о рельефе необходимо для оптимизации процесса картосоставления.
Объектом исследования является рельеф и его изображение на аэронавигационных картах. Исследование проводится на нескольких масштабах: 1:200 000, 1:500 000, 1:1 000 000, 1:2 000 000, 1:3 000 000, поэтому носит мультимасштабный характер.
Цель исследования. Цель работы - поиск путей оптимизации и усовершенствования процесса составления аэронавигационных карт. Цель обусловлена потребностями конкретной организации - центра аэронавигационной информации, сотрудником которой я являюсь в настоящее время.
Достижение поставленной цели предусматривало выполнение ряда последовательных этапов работы:
• анализ предшествующего опыта составления аэронавигационных карт отечественными и международными организациями на основе геоинформационных систем;
• оценка современного состояния разработок по теме изображения рельефа на картах;
• изучение требований по изображению рельефа на аэронавигационных картах;
• поиск всех доступных источников ЦМР (цифровых моделей рельефа), которые бы удовлетворяли рабочим масштабам картографирования, а также моделирование новых с их последующим анализом;
• разработка стилистики для отображения рельефа на аэронавигационных картах ;
• составление единой мультимасштабной растровой основы, содержащей данные о рельефе, выполненной в едином стиле;
• обеспечение быстрого доступа к данным, решение вопроса централизованного хранения растровых данных.
Методы исследования. Работа основана на анализе доступных и смоделированных по данным из картографической базы данных (ЦАИ - центра аэронавигационной информации) ЦМР различного разрешения и составлении единого растрового покрытия по этим данным. Исследование опиралось на анализ автоматизированных методов генерализации и изображения рельефа на основе ЦМР, проведенный на кафедре картографии и геоинформатики МГУ Т.Е. Самсоновым; разработанные на кафедре оформления и издания карт МИИГАиК приемы и методы изображения рельефа, а также их совершенствования в условиях компьютеризации картографии (О.В. Ковалева, Т.В. Верещака); картографические и геоинформационные методы исследования, разработанные И.К. Лурье, В.С. Тикуновым; теоретические принципы моделирования рельефа в ГИС, изложенные С.М. Кошелем.
Использованный материалы. В качестве основных материалов в работе были использованы ЦМР Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), Global Multi-resolution Terrain Elevation Data (GMTED), AsterGDEM (Aster Global Digital Elevation Model), данные с сайта (viewfinder panoramas), а также векторные данные из картографической базы данных отдела.
Научная новизна работы состоит в следующем:
• впервые обстоятельно изучен и проанализирован вопрос составления рельефа на аэронавигационных картах разных масштабов;
• составлена мультимасштабная растровая основа, покрывающая всю территорию России, обеспечивающая единое, сплошное изображение рельефа;
• разработан уникальный стиль для изображения рельефа на картах разных масштабов;
• предложен способ хранения и доступа к большим объемам данных, оптимизирующий процесс составления карт.
Защищаемые положения.
Основные положения, выносимые на защиту:
• изложенный способ отбора данных с использованием оценки точности для составления растровой основы заданного масштаба обеспечивает как визуальное, так и географическое согласование разнородных источников данных;
• составленная мультимасштабная растровая основа на территорию России обеспечивает единое, согласованное изображение рельефа;
• разработанный стиль для изображения рельефа методом теневой пластики при комбинированном освещении с использованием послойной окраски, исполненный в соответствии с требованиями по изображению рельефа на аэронавигационных картах и со схемой районирования территории СССР по высоте сечения рельефа и шкале гипсометрической окраски позволяет подчеркнуть характерные особенности рельефа местности и в то же время обеспечить его приглушенное представление;
• выполненное представление растрового покрытия в виде набора тайлов разного масштабного уровня существенно сокращает время работы с данными о рельефе и, соответственно, время отрисовки карты, а предложенный способ доступа к данным значительно упрощает процесс составления аэронавигационных карт.
Практическая значимость полученных результатов. Подготовленная растровая основа в разработанной стилистике уже используется при составлении аэронавигационных карт. Кроме этого, она может быть использована при составлении других соответствующих карт (карты захода на посадку по приборам, карты района (ИКАО)).
Апробация работы. Результаты и выводы диссертационной работы представлялись и докладывались на Большом Географическом Фестивале, проводимом в СПбГУ 7 - 9 апреля 2017 года.
Структура и объем работы. Магистерская работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы (92 наименования). Материал изложен на 71 страницах, содержит 5 таблиц, 67 рисунков.
Информационные технологии и компьютерные методы обработки давно уже проникли во все сферы человеческой жизни. Не обошли они стороной и такую техническую дисциплину, как авиация. Практически вся информация, которой пользуются службы аэронавигации, имеет географический контекст. ГИС позволяют решать вопросы создания, редактирования и централизованного хранения аэронавигационных данных для дальнейшего использования, в частности, для проектирования карт для самолетовождения.
Аэронавигационная карта является важным документом, который используется и при подготовке к полету, и в процессе полета. Она нужна для прокладки и изучения маршрута полета, измерения путевых углов и расстояний между пунктами маршрута, определения географических координат пунктов и радиотехнических средств, обеспечивающих полет, изучения рельефа местности и определения высоты отдельных точек местности. Во время полета карта применяется для ведения визуальной и радиолокационной ориентировки, контроля пути и прокладки линий положения самолета, определения навигационных элементов полета.
Рельеф является неотъемлемым элементом содержания аэронавигационных карт, поскольку он служит для ориентирования и опознавания, определения безопасных высот пролета над местностью, четкого понимания аэронавигационной информации, планирования. Поэтому важно, чтобы элементы рельефа местности быстро и четко интерпретировались на карте, особенно когда они являются существенными, и не перенасыщали ее, не мешали пониманию пилотом основных и существенных аэронавигационных данных.
Еще совсем недавно изображение рельефа на картах центра аэронавигационной информации было достаточно грубым, негенерализованным, послойная окраска была яркой и затрудняла (особенно это было видно в горных районах) восприятие аэронавигационной информации, отсутствовало согласование соседних листов карт. Кроме этого, время работы с рельефом критично из-за больших объемов GeoTIFF-изображений. Применение и совершенствование визуализации и методов автоматизации в составлении аэронавигационных карт при работе с растровыми данными о рельефе необходимо для оптимизации процесса картосоставления.
Объектом исследования является рельеф и его изображение на аэронавигационных картах. Исследование проводится на нескольких масштабах: 1:200 000, 1:500 000, 1:1 000 000, 1:2 000 000, 1:3 000 000, поэтому носит мультимасштабный характер.
Цель исследования. Цель работы - поиск путей оптимизации и усовершенствования процесса составления аэронавигационных карт. Цель обусловлена потребностями конкретной организации - центра аэронавигационной информации, сотрудником которой я являюсь в настоящее время.
Достижение поставленной цели предусматривало выполнение ряда последовательных этапов работы:
• анализ предшествующего опыта составления аэронавигационных карт отечественными и международными организациями на основе геоинформационных систем;
• оценка современного состояния разработок по теме изображения рельефа на картах;
• изучение требований по изображению рельефа на аэронавигационных картах;
• поиск всех доступных источников ЦМР (цифровых моделей рельефа), которые бы удовлетворяли рабочим масштабам картографирования, а также моделирование новых с их последующим анализом;
• разработка стилистики для отображения рельефа на аэронавигационных картах ;
• составление единой мультимасштабной растровой основы, содержащей данные о рельефе, выполненной в едином стиле;
• обеспечение быстрого доступа к данным, решение вопроса централизованного хранения растровых данных.
Методы исследования. Работа основана на анализе доступных и смоделированных по данным из картографической базы данных (ЦАИ - центра аэронавигационной информации) ЦМР различного разрешения и составлении единого растрового покрытия по этим данным. Исследование опиралось на анализ автоматизированных методов генерализации и изображения рельефа на основе ЦМР, проведенный на кафедре картографии и геоинформатики МГУ Т.Е. Самсоновым; разработанные на кафедре оформления и издания карт МИИГАиК приемы и методы изображения рельефа, а также их совершенствования в условиях компьютеризации картографии (О.В. Ковалева, Т.В. Верещака); картографические и геоинформационные методы исследования, разработанные И.К. Лурье, В.С. Тикуновым; теоретические принципы моделирования рельефа в ГИС, изложенные С.М. Кошелем.
Использованный материалы. В качестве основных материалов в работе были использованы ЦМР Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), Global Multi-resolution Terrain Elevation Data (GMTED), AsterGDEM (Aster Global Digital Elevation Model), данные с сайта (viewfinder panoramas), а также векторные данные из картографической базы данных отдела.
Научная новизна работы состоит в следующем:
• впервые обстоятельно изучен и проанализирован вопрос составления рельефа на аэронавигационных картах разных масштабов;
• составлена мультимасштабная растровая основа, покрывающая всю территорию России, обеспечивающая единое, сплошное изображение рельефа;
• разработан уникальный стиль для изображения рельефа на картах разных масштабов;
• предложен способ хранения и доступа к большим объемам данных, оптимизирующий процесс составления карт.
Защищаемые положения.
Основные положения, выносимые на защиту:
• изложенный способ отбора данных с использованием оценки точности для составления растровой основы заданного масштаба обеспечивает как визуальное, так и географическое согласование разнородных источников данных;
• составленная мультимасштабная растровая основа на территорию России обеспечивает единое, согласованное изображение рельефа;
• разработанный стиль для изображения рельефа методом теневой пластики при комбинированном освещении с использованием послойной окраски, исполненный в соответствии с требованиями по изображению рельефа на аэронавигационных картах и со схемой районирования территории СССР по высоте сечения рельефа и шкале гипсометрической окраски позволяет подчеркнуть характерные особенности рельефа местности и в то же время обеспечить его приглушенное представление;
• выполненное представление растрового покрытия в виде набора тайлов разного масштабного уровня существенно сокращает время работы с данными о рельефе и, соответственно, время отрисовки карты, а предложенный способ доступа к данным значительно упрощает процесс составления аэронавигационных карт.
Практическая значимость полученных результатов. Подготовленная растровая основа в разработанной стилистике уже используется при составлении аэронавигационных карт. Кроме этого, она может быть использована при составлении других соответствующих карт (карты захода на посадку по приборам, карты района (ИКАО)).
Апробация работы. Результаты и выводы диссертационной работы представлялись и докладывались на Большом Географическом Фестивале, проводимом в СПбГУ 7 - 9 апреля 2017 года.
Структура и объем работы. Магистерская работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы (92 наименования). Материал изложен на 71 страницах, содержит 5 таблиц, 67 рисунков.
В ходе проведенных теоретических исследований и экспериментальных работ достигнута основная цель диссертации: усовершенствован процесс составления аэронавигационных карт, а именно обеспечен быстрый доступ к растровым данным, содержащим информацию о рельефе, увеличена производительность при составлении карт и выводе их на печать, и, что не менее важно, значительно увеличен объем свободного пространства на сервере за счет создания единого растрового покрытия с тайловой структурой.
Результаты диссертационного исследования заключаются в следующем:
• проведен обзор и анализ предшествующего опыта составления аэронавигационных карт отечественными и международными организациями на основе геоинформационных систем;
• выполнена оценка современного состояния разработок по теме изображения рельефа на картах;
• изучены требования по изображению рельефа на аэронавигационных картах;
• произведен поиск всех доступных источников ЦМР (цифровых моделей рельефа), которые бы удовлетворяли рабочим масштабам картографирования, а также выполнено моделирование новых;
• проделан сравнительный анализ всех ЦМР на основе определения оценки точности по разностям двойных равноточных измерений и визуальная оценка данных, вызванные использованием разнородных источников;
• разработана стилистика для отображения рельефа на аэронавигационных картах;
• составлена единая мультимасштабная растровая основа, содержащая данные о рельефе, выполненная в едином стиле;
• реализована пространственная фильтрация данных в целях устранения шумов и выделения более крупных структур;
• обеспечен быстрый доступ к растровым данным, а также решен вопрос их централизованного хранения.
В дальнейшем планируется разработка приложения, практически полностью автоматизирующее картосоставительский процесс, которое бы потребовало минимум ручного труда и позволило бы издавать все аэронавигационные карты на каждый цикл аэронавигационной информации.
Результаты диссертационного исследования заключаются в следующем:
• проведен обзор и анализ предшествующего опыта составления аэронавигационных карт отечественными и международными организациями на основе геоинформационных систем;
• выполнена оценка современного состояния разработок по теме изображения рельефа на картах;
• изучены требования по изображению рельефа на аэронавигационных картах;
• произведен поиск всех доступных источников ЦМР (цифровых моделей рельефа), которые бы удовлетворяли рабочим масштабам картографирования, а также выполнено моделирование новых;
• проделан сравнительный анализ всех ЦМР на основе определения оценки точности по разностям двойных равноточных измерений и визуальная оценка данных, вызванные использованием разнородных источников;
• разработана стилистика для отображения рельефа на аэронавигационных картах;
• составлена единая мультимасштабная растровая основа, содержащая данные о рельефе, выполненная в едином стиле;
• реализована пространственная фильтрация данных в целях устранения шумов и выделения более крупных структур;
• обеспечен быстрый доступ к растровым данным, а также решен вопрос их централизованного хранения.
В дальнейшем планируется разработка приложения, практически полностью автоматизирующее картосоставительский процесс, которое бы потребовало минимум ручного труда и позволило бы издавать все аэронавигационные карты на каждый цикл аэронавигационной информации.
