Способ составления навигационных карт
Изобретение относится к области картографии, а именно к способам составления навигационных карт. Технический результат заключается в ускорении обработки и отображения изображений географических объектов. Технический результат достигается за счет переноса изображений географических объектов, средств навигационного обеспечения, береговой линии, линий изобат, кодирования деталей географических объектов и определения координаты центра географического объекта по значениям коэффициентов разложения, для которых пределы растяжения меньше заданного масштаба карты, а также определения числовых констант в зависимости от степени изрезанности береговой линии. 1 ил.
Способ относится к области картографии, а более конкретно к составлению навигационных карт.
Известен способ переноса изображений контурных точек с фотоснимка на топографическую карту, включающий выявление изменений в положении контурных точек на местности, определение масштаба переноса изображений и от сохранивших свое положение контуров дважды выполняемую линейную засечку переносимых изображений, последнюю из которых производят на топографической карте, в котором с целью повышения точности переноса изображений за счет уменьшения влияния ошибок линейных засечек перед определением масштаба переноса изображений контурных точек проецируют с увеличением часть фотоснимка на стереорассеивающий экран, на котором выполняют первую линейную засечку [1].
Недостатком способа является невысокая степень достоверности сохранения графического подобия линейных изображений, так как при изменении масштаба карты с воспроизведением линейных изображений по контурным точкам снижается геометрическая точность расположения линий.
Известен также способ картографического отображения двумерных распределений в непрерывную полутоновую форму с дальнейшим их представлением в форме линий эквидистант, в котором для повышения точности при оптическом моделировании кодируют цифровые значения признаков в заданной точке планшета оптическими символами в виде равновеликих пятен с оптической плотностью, пропорциональной величине признака [2].
В данном способе за счет кодирования цифровых значений признаков в заданной точке планшета оптическими символами в виде пятен с оптической плотностью, пропорциональной величине признака, обеспечивается возможность восстановить детали географических объектов. Однако при переносе оптических символов с последующим отображением двумерных распределений в непрерывную полутоновую форму с дальнейшим их представлением в форме эквидистант через параметры генерализации, которыми являются радиусы эквидистант преимущественно при малых масштабах, уменьшается геометрическая точность расположения деталей географических объектов, что снижает достоверность картографического отображения.
Известны также способы генерализации графической (линейной) информации [3], в которых:
1. Линейный знак разбивается на отдельные фрагменты. Выбирают два символа, один из которых является символом места, а второй - символом типа фрагмента. Символы типов фрагментов подразделяют на классы. Строят алфавит генерализации. В качестве фрагментов выбирают участки кривой, определяемые тремя соседними точками максимальной кривизны и двумя точками перегиба (извилины), которые далее подвергаются статистическому анализу. Исходная прямая разбивается на отрезки, каждый из которых характеризуется каким-либо рядом разложения, например Фурье. Процесс генерализации в этом случае заключается в отбрасывании старших коэффициентов ряда.
2. Параметры генерализации определяют посредством известных аналитических зависимостей путем сравнения исходной информации с цензовыми параметрами или заменой значений координат любой точки исходной прямой средним сглаженным значением.
3. Исходная информация принимается как массив чисел, состоящий из пар прямоугольных координат точек кривой, заданных с установленной дискретностью, и номера каждой пары. Далее строятся эквидистанты с выброшенными циклами и берется средняя линия между этими эквидистантами, которая определяет новую генерализованную кривую с меньшими величинами изгиба. Параметрами генерализации в этом способе являются радиусы эквидистант.
Существенным недостатком известных способов является несоответствие требованиям, предъявляемым к генерализации, так как при их использовании не учитываются такие важные факторы, как вид генерализуемого объекта, степень извилистости линии на исходном картографическом материале, степень уменьшения генерализуемого объекта.
Известен также способ генерализации графической (линейной) информации [4], который содержит следующие операции.
1. Сегментация - разделение линейного объекта по геометрическим показателям (кривизна, фрактальная размерность, фрактальный множитель).
2. Упрощение путем уменьшения количества точек линии.
3. Сглаживание путем уменьшения кривизны линии.
4. Смещение части линии или некоторых точек линии.
5. Утрирование, заключающееся в утверждении или исключении отдельных элементов, не выражающихся в уменьшенном масштабе карты.
Использование данного способа значительно упрощает исходные данные и позволяет затем восстановить детали географических объектов, что выгодно отличает его от известных способов [1-3]. Однако при изменении масштаба карты в связи с сохранением графического подобия линейного объекта снижается геометрическая точность расположения линии, что приводит к уменьшению достоверности при генерализации.
Кроме того, общим недостатком известных способов является большая трудоемкость процесса составления навигационных карт, обусловленная большим объемом картографической информации, переносимой с одной карты на другую или при ее визуализации на экран посредством оптических или матричных спектрометров, при обработке исходной картографической информации с использованием преобразований Фурье или Уолша на основе матриц Адамара [5].
Задачей настоящего предложения является повышение достоверности отображения картографической информации с одновременным снижением трудоемкости при составлении навигационных карт.
Поставленная задача достигается тем, что в способе составления навигационных карт, включающем перенос изображений географических объектов, средств навигационного обеспечения, береговой линии, линий изобат, выявление изменений в положении точек на местности, определение масштаба переноса изображений, картографическую генерализацию путем сглаживания и смещения линейных элементов кривой линии с последующим восстановлением элементов географических объектов, отображение двумерных распределений в непрерывную полутоновую форму с дальнейшим их представлением в форме линий эквидистант через кодированные цифровые значения в заданной точке в виде символов, отображение на экране навигационных карт посредством аппаратных средств, в котором кодированные символы географических объектов и линий определяют по координатам внутренних точек относительно координатной сетки навигационной карты, координаты центра географического объекта определяют по значениям коэффициентов разложения, для которых пределы растяжения меньше заданного масштаба карты, определяют числовые константы в зависимости от степени изрезанности формы береговой линии.
Новые признаки, характеризующие объект, а именно кодированные символы географических объектов и линий определяют по координатам внутренних точек относительно координатной сетки навигационной карты, координаты центра географического объекта определяют по значениям коэффициентов разложения, для которых пределы растяжения меньше заданного масштаба карты, определяют числовые константы в зависимости от степени изрезанности формы береговой линии, из известного уровня техники не выявлены, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Новые отличительные признаки в совокупности с известными признаками позволяют восстановить детали географических объектов и форму линий эквидистант с сохранением геометрической точности их расположения на оригинале, а соответственно, и на местности.
Аппаратура для реализации способа включает компьютер, плоттер, модуль хранения картографической информации, преобразователи картографической информации.
Способ осуществляется следующим образом.
Посредством плоттера снимается картографическая информация с оригинала, которая поступает на преобразователи картографической информации, где географические символы и линии кодируются. При этом местонахождение кодированных символов и линий определяется как координаты внутренних точек относительно координатной сетки навигационной карты. Каждая внутренняя точка географического объекта и линий эквидистант определяется в виде Z=Х+iY, где X, Y - вещественные плановые координаты внутренних точек географических объектов. При этом направление осей Х и У совпадает с направлениями осей координатной сетки навигационной карты соответственно.
Далее кривая линия подвергается всплеск-преобразованию в соответствии с зависимостью
где звездочка означает комплексное сопряжение,
a1/2g((x-b)/a) - семейство анализируемых всплеск-функций,
b - операция сдвига,
а - операция растяжения,
Тg(a, b) - коэффициенты всплеск-разложения.
По заданному масштабу (разрешению) карты определяется генерализованная кривая (сигнал) в соответствии с зависимостью
где Tg(a, b) - подмножество множества коэффициентов Тg(a, b), для которых а меньше заданного масштаба (разрешения) карты. При этом длина береговой линии L связана с масштабом карты δ степенным соотношением L(δ)=qδl-d, где q и d (d>l) - числовые константы, определяемые изрезанностью формы береговой линии. Кривые линии удовлетворяющие данному соотношению являются фрактальными.
По заданному масштабу (разрешению) карты устанавливают генерализованную кривую, которая описывается зависимостью
где Tg(ab) - коэффициенты всплеск-разложения, b - сдвиг, а - растяжение,
Cg - фрактальный множитель.
Всплеск-преобразование дает более подробную информацию о картографической информации, чем стандартный анализ Фурье. Всплесковые ряды очень удобны для вычислений, поскольку количество операций, необходимых для вычисления коэффициентов разложения, так же как и количество операций для восстановления функции по ее всплесковым коэффициентам, пропорциональны количеству географических объектов.
Основное достоинство всплеск-преобразований заключается в возможности отображения и выявления пересечений. Это особенно полезно в больших ГИС приложениях. Коэффициенты всплеск-преобразования позволяют разделить кривую или поверхность на области с различной сложностью, что исключает механическое искажение контуров естественных географических объектов при изменении масштаба карты.
На чертеже представлен пример генерализации контура Африки с помощью всплеск-преобразования, где
а - аппроксимация контура Африки при использовании 6,25% общего числа коэффициентов всплеск-разложения.
б - аппроксимация контура Африки при использовании 12,5% общего числа коэффициентов всплеск-разложения.
Предлагаемый способ выгодно отличается от аналогов и прототипа, так как всплеск-преобразование дает иерархическое многомасштабное представление анализируемого сигнала и обеспечивает эффективные геометрические преобразования на выбранных уровнях точности, быструю классификацию данных, быстрое отображение и мультиразрешающий рисунок поверхности.
Преимуществами предлагаемого способа являются:
- хорошо понятные свойства аппроксимации изолиний и поверхностей;
- коэффициенты всплеск-преобразования, обеспечивающие точную меру ошибки аппроксимации, пространственно-частотную локализацию, робастные цифровые вычисления, получение алгоритмов сжатия для компактного накопления данных, иерархическое представление изолиний поверхности, что расширяет применение аппаратных средств последующего анализа.
Предлагаемый способ может быть использован также при анализе отображений с выявлением точек пересечений и в геоинформационных системах при визуализации гидрометеорологических полей.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1271198.
2. Авторское свидетельство СССР №640113.
3. Основы автоматизации картографической информации Мирового океана / Киселев В.А., Свердлов Э.Н., Башкиров О.А. и др.: - Изд: Главное управление навигации и океанографии МО СССР, адм. №9119 - Л.: 1979, с.109-112.
4. Берлянт А.М., Бусин О.Р., Собчук Т.В. Картографическая генерализация и теория фракталов. М.: МГУ им. Ломоносова - 1998. - 136 с.; с.96-112.
5. Залманзон Л.А. Преобразования Фурье, Уолша, Хаара и их применение в управлении, связи и других областях. М.: Наука, 1989, с.386-388.
Способ составления навигационных карт, включающий перенос изображений географических объектов, средств навигационного обеспечения, береговой линии, линий изобат путем кодирования деталей географических объектов, средств навигационного обеспечения, береговой линии, линий изобат в заданной точке в виде символов с последующим восстановлением изображений, отличающийся тем, что кодированные символы географических объектов, средств навигационного обеспечения и линий определяют по координатам внутренних точек относительно координатной сетки навигационной карты, координаты центра географических объектов и средств навигационного обеспечения определяют по значениям коэффициентов разложения, для которых пределы растяжения меньше заданного масштаба карты, определяют числовые константы в зависимости от степени изрезанности береговой линии.
