SofTool’96
Мы все со школы помним утверждение персонажа пьесы Фонвизина "Недоросль" о ненужности географии при наличии достаточного количества хороших извозчиков. С развитием транспортных средств, дорожных и железнодорожных сетей и т. п. этот тезис получал все более полное, хотя и неявное, признание. Расцвет электронной картографии и технологий Географических информационных систем (ГИС) при желании можно рассматривать как еще один аргумент в том же направлении. Ведь новый инструментарий позволяет, не притрагиваясь к учебникам, а лишь освоив несложный интерфейс, ориентироваться и находить нужные места, задавать с помощью систем запросов самые замысловатые критерии поиска, которые поставили бы в тупик опытных извозчиков и прочих работников транспорта.
Однако не все так просто. Подготовка и изготовление высококачественных географических карт, как электронных, так и бумажных, - сложная и многопрофильная индустрия.
Реализация всей технологической цепочки - от обработки аэрокосмических снимков до подготовки и печати бумажных карт или же выпуска электронной версии - по силам лишь достаточно крупным фирмам. Здесь просто необходимо сказать о двух лидерах мировой картографии, продукция которых была представлена на SofTool’96: ESRI и Intergraph. Первая достаточно известна в России благодаря деятельности СП DATA+ (линия ARC/Info и др.). Что касается Intergraph, то в этом году ее недавно созданное представительство в Москве организовало на выставке отдельную экспозицию. Intergraph предоставляет полные решения для создания тематических и топографических карт: маршрутных - для автотранспорта и метрополитена, городских, аэронавигационных, гидрографических, геологических и др. Создание и выпуск семейства MGE (Modular Geoinformational Environment - Модульной среды ГИС) и перевод этих продуктов под операционную систему Windows NT позволило Intergraph сделать шаг, важный для завоевания рынка.
Российская доля
Примерно с 1993 г. экспозиции ГИС-технологий на выставке SofTool прирастают за счет российских фирм. В этом году доля отечественной продукции стала еще значительнее. Консолидацией российских геоинформационных фирм, обменом и распространением информации между ними и о них успешно занимается ГИС-Ассоциация, причем не только в периоды крупных выставок, но и в промежутках.
Ввиду обилия и разнообразия увиденного попробую все же избежать последовательного пересказа, рассмотрев несколько типичных ГИС-продуктов, относящихся к разным технологическим сферам электронной картографии.
Настольные системы: разглядывать, чтобы увидеть
Начнем с так называемых систем картографической визуализации (Desktop mapping systems). Во всем мире они активно используются в таких областях, как торговля недвижимостью, оптимизация выбора мест торговых точек и складов, выбор маршрутов доставки и номенклатуры предлагаемых товаров, в рекламе, туризме и т. д. ГИС-средства анализа позволяют оценивать по различным критериям ситуации в регионах и тенденции их изменения, позволяют просчитать последствия тех или иных вариантов решений. Это дает возможность прогнозировать и планировать самые разные виды деятельности и соответствующие затраты.
Обработка аэрокосмических снимков: фотография и полученный после
обработки вариант карты местности (кафедра геоинформатики МГУ)
На стенде российской фирмы Geo Spectrum International (Москва) демонстрировался набор программных средств для решения на базе IBM-совместимых ПЭВМ следующих задач:
- создание и обновление электронных карт (ЭК) по картографическим и фотоматериалам любых масштабов на основе векторизации растрового изображения;
- редактирование ЭК с нанесением графической информации пользователя;
- ведение пользовательской базы данных для отображаемого района;
- решение прикладных задач с использованием БД и отображением результатов в графическом виде;
- создание автоматизированных систем отображения и управления процессами с использованием данных о местности.
Программа "Редактор классификатора электронной карты" ориентирована на построение и ведение цифрового классификатора объектов электронной карты и их семантических характеристик: создание и обновление перечня объектов ЭК, кодовых обозначений, формы представления способа распределения по тематическим слоям, правил генерализации. Эти средства позволяют значительно сэкономить на объемах хранимой информации и на времени доступа к ней. Последнее преимущество хорошо проявляется, например, при скроллировании изображения.
Режим "Выполнение расчетов" позволяет определять метрические характеристики: длины, периметры, площади объектов и произвольных участков местности на карте; строить профили местности и зоны видимости с учетом рельефа и т. п.
Еще одно важное приложение - программа для динамического слежения за состоянием и перемещением пользовательских объектов - демонстрирует возможности работы навигационных систем в режиме реального времени. Данные приходят по модему или через соответствующие порты и по заданному протоколу обрабатываются.
Перечисленный инструментарий является типовым для настольных картографических систем, многие из которых демонстрировались на выставке.
Деятельность Geo Spectrum International интересна тем, что эта организация в государственном масштабе интенсивно занимается сбором картографических данных и их оформлением в виде электронных карт различной тематики и масштаба как для военно-топографических ведомств, так и (разумеется, в случае "открытости" информации) для гражданских организаций. Возможна конвертация данных в популярные картографические форматы.
От растра - к линиям и контурам
Очень полезным инструментом электронной картографии стали программные векторизаторы, позволяющие преобразовывать растровые изображения в векторные карты. Объекты на поверхности Земли, присутствующие в растре как группы разноцветных точек, идентифицируются и по различным алгоритмам представляются с помощью геометрических примитивов: точек, линий и контуров. Отход от традиционных технологий с использованием планшетных дигитайзеров позволил многократно повысить качество и скорость векторизации картографических материалов, ввести элементы автоматизации столь трудоемкого процесса, каким является векторизация карт.
Пакеты российских программ векторизации успешно распространяются. Лидируют две фирмы: НПП "Массив" (Рязань) и АО "Резидент" (Москва). На стенде АО "Резидент" был представлен пакет программ MapEDIT. Создаваемые с его помощью цифровые карты отвечают всем современным требованиям и могут быть импортированы и использованы в большинстве существующих геоинформационных систем. Пакет ориентирован в основном на оцифровку картографических материалов, однако сфера его применения значительно шире: он годится для векторизации схем, чертежей, фотографий и т. д.
Кратко перечислим, что умеет векторизатор:
- формализовать объекты с разделением их по слоям непосредственно в процессе векторизации;
- автоматически трассировать линии произвольного типа и оконтуривать площадные объекты;
- использовать априорные данные о форме объекта (ортогональность и др.);
- выравнивать границы объектов по заданному направлению;
- задавать структуру базы атрибутивных данных индивидуально для каждого типа объектов и наполнять ее в процессе векторизации;
- использовать специальные процедуры для проверки и создания топологически корректных структур графических данных;
- использовать сканеры небольшого формата для векторизации значительных по площади исходных графических материалов.
Векторизатор работает в среде MS-DOS, имеет дружественный Windows-подобный графический интерфейс и встроенную развитую систему подсказок. Характер работы с пакетом позволяет оператору одновременно наблюдать на экране как сканерное изображение исходных материалов, так и результаты векторизации. Обеспечивается частичная компенсация нелинейных искажений сканера и ошибок, возникающих вследствие деформации твердого носителя исходных материалов, с использованием сети реперных точек, введенных пользователем. Специальные дополнительные утилиты, входящие в состав пакета, позволяют решать задачи "сшивки" векторизованных карт.
Помимо векторизатора, пакет MapEDIT включает в себя набор программ-конверторов для экспорта данных в наиболее распространенные ГИС, системы автоматизированного проектирования (САПР) и графические системы (MapInfo, ARC/INFO, ArcView, ArcCAD, GeoGraph/GeoDraw, CADdy, WinGIS, AutoCAD, CorelDRAW и др.).
Краткие технические характеристики пакета MapEDIT 2.1:
- Входная информация - черно-белые и цветные растровые файлы в формате PCX; размеры исходного материала - от нескольких миллиметров до формата А0 и более.
- Выходная информация - векторные данные в форматах MIF (MapInfo), DXF (AutoCAD), GEN (ARC/ INFO), Shapefile (ArcView), ASC (CADdy), ASC (WinGIS).
- Требования к оборудованию - AT 386/486/Pentium с RAM от 3 Мб и математическим сопроцессором, VGA адаптер, манипулятор типа "мышь".
Фирмой "Резидент" уже закончена разработка новой версии комплекса программ MapEDIT. Она будет работать в среде Windows и иметь следующие возможности:
- работа с "неограниченным" растром произвольной цветности в форматах PCX, BMP, TIFF, GIF, RLE, JPEG и т. д. (всего 36 форматов);
- поддержание реальных координат и распространенных проекций сразу в среде MapEDIT;
- явное поддержание слоевой структуры цифровой карты;
- новые более эффективные алгоритмы трассировки;
- новые возможности работы с аэрофотоснимками и результатами дистанционного зондирования.
Перечисленные возможности автоматической векторизации сканерных изображений не означают конец эпохи ручного "цифрования" с помощью планшетных дигитайзеров. Ведь всегда найдутся настолько сложные (или просто недостаточно качественные) изображения, что никакие алгоритмы трассировки не в состоянии будут в них разобраться.
О точности, высоких технологиях и фундаментальной науке
Исходным материалом для электронных карт, наряду с аэрокосмическими снимками и цифровыми данными, полученными путем геодезических измерений, являются бумажные карты. Запасы таких карт накапливались десятилетиями. Для извлечения из них информации, которую затем можно будет преобразовать в электронный картографический материал, служат, как известно, сканеры. Их обилие и многоликость - не прихоть производителей, а следствие разнообразия задач и условий применения. На стенде московской фирмы ЛИР (Лаборатория Инженеров Радиоэлектроники), предоставляющей услуги по выбору, поставке и сопровождению сканеров, плоттеров и дигитайзеров, можно было подробно ознакомиться с последними достижениями этой отрасли, опирающимися на самые высокие технологии электроники, оптики и точной механики.
К механике и оптике сканеров предъявляются повышенные требования по геометрической и динамической стабильности и оптическому совершенству, что относит такие изделия к группе уникальных дорогих приборов. Потребитель в США, например, воспринимает цены в $150000 - $200000, как неизбежное зло. Однако в России такие цены вряд ли нашли бы понимание. Можно ли в таких условиях рассчитывать на появление отечественных сканеров?
Зеленоградские разработчики изделия PCM-400, представляющего собой монохромный полутоновый планшетный сканер на гибридном крупноформатном линейном фотоприемнике, попытались достичь мировых стандартов точности, не выходя за рамки приемлемой себестоимости и используя лишь типовые возможности неспециализированного приборного производства. Задача решена благодаря использованию динамической оптической обратной связи по позиционированию оригинала и данных о перемещениях при каждом сканировании для коррекции текущего формируемого растра. Несмотря на высоконаучность терминологии, была достигнута вполне осязаемая практическая цель: цена прибора почти на порядок ниже, чем у зарубежных аналогов. Такое "отставание" в цене радует и дает надежду на возможность тиражирования и развития прибора в российских условиях.
Это редчайший случай экономически успешного применения достижений естественных наук в сегодняшних наших условиях. В целом же ситуация в области фундаментальных наук, составляющих базис геоинформатики, - крайне тяжелая, и это еще мягко сказано. В те же самые дни, когда на SofTool демонстрировались компьютерные и аппаратные комплексы для электронной картографии, директор Института физики Земли РАН академик
В. Н. Страхов (кроме всего прочего являющийся президентом ГИС-Ассоциации) объявил, что приступает к акции протеста (голодовке на рабочем месте) в связи с ситуацией в отечественной сейсмологии: она в настоящее время находится на грани "голодного вымирания", что грозит стратегически непоправимыми для государства последствиями.
Обаяние интеллектуальных изображений
Вернемся на выставку, на стенд ЛИР, где демонстрировались сканеры и плоттеры, искушенным потребителем которых и одновременно движущей силой для совершенствования всегда была сейсмология. Как указал директор ЛИР Андрей Макачев, в последнее время наблюдается процесс усиленной интеллектуализации функций сканеров и плоттеров как за счет встроенных аппаратных средств, так и за счет программного обеспечения. В частности, в процессе сканирования удается получать с плохих оригиналов вполне приемлемое изображение, очищенное от "мусора" и с равномерной контрастностью по всей площади. Использование в современных плоттерах RIP-процессоров (Raster Image Processor) позволяет в темпе вывода рисунков на бумагу учесть особенности восприятия цветных изображений человеческим глазом, применяя так называемое стохастическое распределение цветовых точек, обеспечивающее очень высокое качество результата. Конечно же, эти достижения применяются не только в электронной картографии, но и для производства самых разных полиграфических изделий. Один из плоттеров в экспозиции ЛИР, привлекая всеобщее внимание, непрерывно демонстрировал свои возможности, не спеша, но с достаточно заметной скоростью выдвигая из себя изумительной красоты и более чем метрового размера яркое цветное изображение девушки c вишенкой. Исполнялось это на бумаге с как бы лакированной поверхностью, исключающей размывание наносимых точек. Вряд ли оригинал, появись он там, смог бы соперничать по эстетическому эффекту с получившимся рекламным плакатом. Кстати, размер файла-изображения - около 150 Мб.
Стоит ли говорить, что у посетителей не возникало колебаний, к какому стенду подойти в первую очередь.
Андрей Карасев
Очень полезным инструментом электронной картографии стали программные векторизаторы, позволяющие преобразовывать растровые изображения в векторные карты
