Mapy numeryczne - 6 Samodzielny Oddział Geograficzny :: Strona

Mapy numeryczne - 6 Samodzielny Oddział Geograficzny :: Strona

GEOSYGNAŁ Nr 3 / 2005
chor. inż. Andrzej ZIEMKIEWICZ
MAPY NUMERYCZNE
W 1994 r. Służba Topograficzna WP przystąpiła do opracowania pierwszych
wydawnictw kartograficznych w standardach NATO. Stało to się możliwe
po nawiązaniu współpracy i podpisaniu porozumień z Wojskową Agencją
Kartograficzną (DMA) Armii USA oraz Służbą Wojskowo-Geograficzną Bundeswehry
(MilGeo).
Zapoznanie się z produktami standardowymi i nowymi technologiami państw
NATO oraz zastosowanie ich w Wojsku Polskim było możliwe dzięki współpracy
dwustronnej ze służbami geograficznymi Wielkiej Brytanii, Francji, Danii, Portugalii
i Włoch, a także udziałowi oficerów służby w corocznych konferencjach
geograficznych w Brukseli i konferencjach tematycznych, podczas których możliwa
była wymiana doświadczeń i poznawanie najnowszych osiągnięć w tej dziedzinie.
Proces dostosowania polskich produktów geograficznych do standardów
NATO był bardzo złożony, kosztowny i obejmował między innymi:
− założenie w układzie WGS-84 Wojskowej Podstawowej i Szczegółowej
Sieci Geodezyjnej,
− wykonanie względnych pomiarów grawimetrycznych na punktach
Podstawowej Sieci Grawimetrycznej,
− przeliczanie istniejącego zbioru danych geodezyjnych do układu
odniesienia WGS-84 i układu współrzędnych płaskich UTM,
− opracowanie założeń i produkcję map lądowych i lotniczych
w standardach NATO,
− przeniesienie postanowień z dokumentów normatywnych z dziedziny
geodezji i kartografii obowiązujących w NATO do zbioru własnych
normatywów i utworzenie z nich norm obronnych.
W 1994 r. wtedy jeszcze 6 Samodzielny Oddział Topograficzny rozpoczął
opracowanie metodą numeryczną mapy topograficzne w skali 1:50 000 w wersji
dostosowanej do standardu NATO, a następnie w standardzie NATO. Wyżej
wymieniona metoda na początku była wykorzystywana tylko do przygotowania
diapozytywów wydawniczych, wykorzystywanych w procesie offsetowego druku map
topograficznych.
W 1999 r. nastąpiła zmiana technologii opracowania map numerycznych.
Produktem wyjściowym był nie tylko diapozytyw, ale również mapa numeryczna
powiązana z bazą danych, która zawiera uporządkowany zbiór informacji o określonej
strukturze. W praktyce polega to na powiązaniu elementu graficznego rysunku
z informacją tekstową. Dane opisowe – zwane atrybutami są przechowywane w bazie
danych. Mogą być udostępnione w formie tabel, list, tekstów.
49
GEOSYGNAŁ Nr 3 / 2005
Połączone ze sobą informacje umożliwiają prezentacje i analizę zebranych
wyników pracy w postaci ułożonych nakładek tematycznych np. warstwa drożni,
hydrografii, zabudowy itp.
Realizacja tak szerokiego zakresu integracji danych wymaga stosowania
profesjonalnego oprogramowania komputerowego. Możliwość graficznego zbierania
informacji oraz danych tekstowych i numerycznych tworzących logiczne powiązane
rekordy baz danych zapewniają Systemy Informacji Geograficznej (GIS – Geographic
Information System). Jest to zespół programów umożliwiających tworzenie
jednorodnego środowiska określonego obszaru geograficznego dla logicznie
połączonych elementów graficznych z bazą danych.
Istniejąca baza mapy zawierająca atrybuty opisowe obiektów umożliwia
tworzenie map tematycznych poprzez wybór obiektów o odpowiednich atrybutach.
Korzystając z danych w bazie możemy uzyskać mapę z obiektami spełniającymi
określony warunek. Może to być mapa:
• zawierająca tylko wybrane obiekty,
• wyróżniająca wybrane obiekty na tle treści mapy podkładowej.
Przykładowo na mapie numerycznej opisuje się funkcję budynków, korzystając
z tych danych szybko możemy uzyskać mapę budynków spełniający określony
warunek logiczny tj. mapę przedstawiającą lokalizację obiektów, w których znajdują
się szkoły, urzędy, czy szpitale. Zasada tworzenia map tematycznych w formie
numerycznej jest podobna jak w formie klasycznej:
• wybór informacji jakie mają być na mapie,
• zaznaczenie obiektów na mapie,
• definiowanie nowych obiektów lub symboli graficznych obrazujących
wybrane zagadnienia.
Wykonanie map tematycznych na podstawie map numerycznych jest prostsze
od tradycyjnych metod, szczególnie gdy:
• mapa numeryczna zbudowana jest w oparciu o duże rozwarstwienie
(poszczególne kategorie),
• istnieje baza mapy numerycznej zawierająca rzetelne i potrzebne
informacje,
• istnieje możliwość zdefiniowania nowych obiektów mapy numerycznej.
Rozwarstwienie mapy numerycznej pozwala szybko i prosto uzyskać mapy
o określonej treści. Odpowiedni sposób rozwarstwienia map, grupowanie warstw
o podobnej tematyce ułatwia i przyspiesza wyszukiwanie odpowiedniej informacji.
Odznaczenie lub zaznaczenie kolejnych warstw czy grup warstw jest najprostszą
metodą wykonania map o określonej treści. Każda taka mapa o wybranej treści jest
mapą tematyczną i może być mapą podkładową do map bardziej specjalistycznych.
Ważną cechą map numerycznych jest możliwość poszerzenia, jak również
aktualizacja bazy o nowe informacje o obiektach (atrybuty). Rozbudowywanie bazy
danych zwiększa możliwość systemu do tworzenia bardziej specjalistycznych map
tematycznych.
50
GEOSYGNAŁ Nr 3 / 2005
Przy realizacji opracowań map numerycznych 6 Samodzielny Oddział
Geograficzny (6 sog) brał udział w następujących projektach:
• VMap L3 - mapa numeryczna w skali 1:25 000,
• VMap L2 - mapa numeryczna w skali 1:50 000,
• VMap L1 - mapa numeryczna w skali 1:250 000.
Poniżej przybliżymy technologię opracowania mapy numerycznej VMap L3.
Proces produkcyjny, który przedstawiony jest na rys. 1. realizowany jest w środowisku
programowym firmy INTERGRAPH z wykorzystaniem specjalistycznego
oprogramowania: GEOVEC, MicroStation, IrasB, IrasC, MGE, GeoMedia, Dynamo.
Realizacja wyżej wymienionego projektu rozpoczyna się od przygotowania
materiału źródłowego (materiał cyfrowy kartograficzny lub analogowy o zawartości
informacyjnej mapy topograficznej w skali 1:25 000), który ma na celu zapewnienie
poprawności realizacji projektu z jednoczesnym zapewnieniem odpowiedniej
dokładności położenia geometrycznego obiektów geograficznych.
Do podstawowych materiałów źródłowych można zaliczyć:
• Ortofotomapa w skali 1:25 000, wykonana ze zdjęć lotniczych w skali
1:26 000 lub zobrazowań satelitarnych zarejestrowanych nie wcześniej niż
1997 r. Arkusze ortofotomapy powinny być wykonane w układzie
odniesienia WGS-84 i w odzorowaniu UTM. Numeryczny model terenu
i ortofotomapa, wykonana na jego podstawie, daje najprawdziwszy obraz
terenu. Odwzorowuje każdy punkt widoczny na zdjęciu i umożliwia
odczyt jego współrzędnych. Na tym materiale podstawowym wykonuje się
aktualizację mapy topograficznej od razu w żądanej skali, przez co czas
wykonania aktualizacji ulega znacznemu skróceniu zapewniając
jednocześnie dokładność równą tradycyjnym metodom geodezyjnym.
• Raster rzeźby.
• Współrzędne punktów osnowy geodezyjnej.
• Współrzędne punktów granicznych.
Materiał rastrowy taki jak ortofotomapa nie wymaga transformacji ponieważ
jest on osadzony w geoprzestrzeni (wynika to ze specyfikacji opracowania
ortofotomapy), natomiast dane rastrowe uzyskane ze skanowania DLM-ów rzeźby
należy poddać transformacji przy użyciu aplikacji programu I/RASB. Proces ten ma
na celu poprawne umiejscowienie danych rastrowych w przestrzeni projektowej.
Dodatkowymi, uzupełniającymi materiałami źródłowymi są:
• Mapy topograficzne w innych skalach.
• Album sieci kolejowej RP – opracowanie graficzno-cyfrowe wykonane
przez jednostki służby topograficznej w latach 1996-1997.
• Album sieci elektroenergetycznych RP – opracowanie graficzno-cyfrowe
wykonane przez jednostki służby topograficznej w latach 1996-1997.
• Podział administracyjny kraju,
51
GEOSYGNAŁ Nr 3 / 2005
Rys. 1. Ogólny schemat procesu produkcyjnego, źródło JW 1950 Leszno
Rys. 1. Ogólny schemat procesu produkcyjnego
Vmap L3.
52
GEOSYGNAŁ Nr 3 / 2005
•
•
Atlas jezior Polski (III tomy), IMiGW Poznań 1997 r.
Rozporządzenie Rady Ministrów w sprawie ustalenia wykazu dróg
krajowych i wojewódzkich,
• Kalki jawne terenów zamkniętych,
• Urzędowy Wykaz Nazw Miejscowości w Polsce; Warszawa 1982 r.
• Polskie Nazwy Geograficzne Świata; Warszawa 1996 r.
• Wytyczne w sprawie stosowania skrótów na wojskowych mapach
topograficznych nowego wydania, ZGW Warszawa 2000 r.
Następny etap prac nad realizacją projektu mapy numerycznej to digitalizacja
i zbieranie danych opisowych obiektów geograficznych mapy. Polega on na
opracowaniu grafiki wektorowej obiektów geograficznych oraz uzupełnieniu ich części
bazodanowej. Opracowanie tego etapu przebiega w środowisku MicroStation,
wykorzystując aplikacje Geovec, IrasC, IrasB, które dostarcza szeregu narzędzi do
tworzenia grafiki wektorowej wraz ze środowiskiem bazodanowym. Oprogramowanie
umożliwia prowadzenie digitalizacji ręcznej jak i półautomatycznej, (rys. 2).
Rys. 2. Opracowanie treści mapy z wykorzystaniem ortofotomapy
(proces digitalizacji).
53
GEOSYGNAŁ Nr 3 / 2005
Po zakończeniu tego etapu rozpoczyna się proces przeniesienia grafiki
wektorowej i informacji bazodanowej zawartej w plikach parametrycznych środowiska
GEOVEC do środowiska MGE z jednoczesnym podziałem informacji graficznej
i opisowej na kategorie tematyczne. W efekcie otrzymujemy komplet plików
projektowych w ilości zgodnej z ilością kategorii tematycznych.
Zebrane na podstawie ortofotomapy i innych materiałów dane muszą być
zweryfikowane w terenie. W tym celu drukuje się kalki sprawdzenia terenowego (KST)
i wyjeżdża w teren.
W środowisku MGE przeprowadza się etap kontrolny, wykonywany głównie
automatycznie, jest to sprawdzenie poprawności geometrycznej oraz powiązań
elementów grafiki z rekordami bazy danych.
Na tym etapie przeprowadza się również kontrolę w środowisku GEOMEDIA,
która pozwala na szybkie sprawdzenie atrybutów – wartości opisowych
digitalizowanych obiektów (rys. 3). Plotowane są wydruki kontrolne zestawień
tematycznych oraz wydruki tabel atrybutów dla każdego arkusza mapy.
Środowisko kontrolne
Środowisko produkcyjne
ARKUSZ MAPY W PROJEKCIE
GeoMediów
ARKUSZ MAPY W PROJEKCIE MGE
DOKUMENTY KONTROLNE
POPRAWIONY ARKUSZ MAPY W
PROJEKCIE MGE
- zestawienia tematyczne
- tabele wartości atrybutów
PROCES KONTROLI
Rys. 3. Schemat przebiegu kontroli.
Po przeprowadzeniu procesów kontrolnych w MGE następuje podział pracy
na dwa etapy:
54
1)
wydzielenie kartograficznej wersji bazy danych i redakcja kartograficzna
(przygotowanie wersji do druku),
2)
dalsze opracowanie mapy numerycznej do formatu użytkowego jakim jest
ShapeFile.
GEOSYGNAŁ Nr 3 / 2005
Przygotowanie mapy do druku obejmuje szereg, następujących po sobie
czynności:
• kompleksację elementów powierzchniowych;
• nadanie patternów niektórym obiektom powierzchniowym (ponieważ
zasięg części zjawisk występujących w projekcie VMap zaznaczany jest
jako powierzchnia, natomiast na mapie topograficznej zasięg ten
przedstawiany jest sygnaturą, w związku z tym zachodzi konieczność
wprowadzenia na obszar występowania zjawiska odpowiedniego znaku
punktowego), np.:
- bagno niemożliwe do przejścia,
- bagno możliwe do przejścia;
• resymbolizację (proces dokonuje zmiany atrybutów graficznych
poszczególnych elementów w oparciu o kod obiektu i atrybuty bazy
danych);
• kompleksację elementów liniowych (ze względu na występującą
współbieżność wielu obiektów i związaną z tym konieczność dołączania
obiektów okazuje się, że poszczególne obiekty liniowe składają się z wielu
krótkich odcinków – w związku z tym, aby prawidłowo przedstawić tego
typu obiekty mające na mapie wygląd linii przerywanej należy dokonać
kompleksacji tych elementów);
• zmiana stylów linii (proces obejmuje zamianę linii szkieletowych na style
linii pokazujące ich rzeczywisty rozmiar na mapie);
• podmianę cel (zamianie podlegają elementy punktowe projektu, które
w pliku przedstawiane są jednym i tym samym obiektem – symbolem,
a różnią się atrybutami i na mapie papierowej są pokazane różnymi
znakami), np.:
- cmentarz z drzewami i bez drzew,
- punkt topograficzny i punkt topograficzny na dominującym
wzniesieniu;
• opracowanie siatki i ramki arkusza (procedura pozwala na wygenerowanie
ramki i siatki UTM oraz przykładowej legendy: dwujęzycznej bądź
trójjęzycznej dla map w skali 1:25 000);
• tworzenie pliku zbiorczego do rasteryzacji (etap ten obejmuje łączenie
poszczególnych kategorii tematycznych w jeden wspólny plik zbiorczy
przeznaczony do rasteryzacji);
• rasteryzację pliku zbiorczego (proces ten polega na uruchamianiu
skryptów dostarczonych razem z projektem, które kończą etap prac
przygotowawczych do otrzymania produktu ostatecznego, którym jest
kolorowy plik rastrowy do wydruków korektowych w formacie *.tif lub
plików do naświetlania diapozytywów w formacie *.lsr.
Kolejnym etap, który stanowi dalsze opracowanie mapy numerycznej
po zakończonych procesach kontrolnych w MGE jest przetworzenie danych do struktur
stanowiących przestrzenie obiektowe pakietu MGE Dynamo. Wykonuje się to w celu
sprawdzenia poprawności topologicznej i wytworzenia wyjściowego formatu danych
55
GEOSYGNAŁ Nr 3 / 2005
W 2004 r. i 2005 r.
6
sog
brał
udział
w opracowaniu produktu
jakim była VMapa L3
poprzez kontrole kolejnych
etapów realizacji projektu.
Produkt przeznaczony jest
do stosowania w różnych
systemach działań opera cyjnych
wymagających
map podkładowych o bar dzo dużej szczegółowości.
Na dzień dzisiejszy
Vmap L3 pokrywa wy brane obszary Polski tak
jak przedstawiono obok
na rys. 4.
Rys. 4. Skorowidz zasięgu map
6 sog także brał udział w realizacji
projektu numerycznych map wektorowych
poziomu 2 (VMap L2) w skali 1:50 000.
Dane potrzebne do aktualizacji tych map
są zbierane z map topograficznych w skali
1:50000,
ortofotomap
cyfrowych
wytworzonych ze zdjęć lotniczych lub
wysokorozdzielczych scen satelitarnych
nie starszych niż z 2002 roku oraz innych
materiałów uzupełniających. Kategoriami
tej mapy wektorowej są: granice, rzeźba
terenu, hydrografia, przemysł, fizjografia,
obiekty socjalno-kulturalne, transport,
uzbrojenie terenu i roślinności. Aktualnie
produkt ten pokrywa w 100% obszar
Polski rys. 5.
Rys. 5. Zasięg map – obszar Polski
Produkt przeznaczony jest do stosowania w różnych systemach działań
operacyjnych wymagających map podkładowych o znacznej szczegółowości.
Natomiast w 2003 r. 6 sog opracował numeryczną mapę wektorową poziomu 1
(VMap L1) na obszar Zambii, Tanzanii, a w 2005 r. zakończono opracowanie rejonu
Argentyny.
56