Журнал "Компьютерра" N749

Журнал Компьютерра

Исходная геоинформация для модели — трехмерные таблицы высот (или глубин, если речь идет об акватории), которые задаются в узлах пространственной сетки. Иногда эта информация задается совокупностью горизонталей, представленных в аналитической или матричной форме. В ГИС чаще всего рельеф поверхности аппроксимируется поверхностью, составленной из регулярных прямоугольных или нерегулярных треугольных ячеек, узлам которых поставлены в соответствие отметки высот.

Но ведь эти высоты кто-то должен мерить?

— Конечно. Их меряют разными способами.Начиная с нивелирования в "ручной" геодезии. А вообще-то, проводят специальную альтиметрическую аэросъемку, используют данные спутниковой

радиолокации и даже лазерные спутниковые дальномеры.Рельеф дна акваторий строят на основе данных гидролокации… Для ГИС — это все исходная информация, сырье для дальнейшей математической обработки.

Расскажите, пожалуйста, о дальнейшей обработке…

— По существу, это уже создание модели. Вначале исходные снимки проходят цикл цифровой обработки, в результате которой корректируются искажения, вызванные угловым положением объектива относительно объекта съемки, вносятся коррекции масштаба с учетом истинной высоты. Для стереопар проводится большой объем вычислений, позволяющих построить сетку высот и воссоздать рельеф.

После предварительной обработки снимков и привязки к геодезической сетке высот начинается построение собственно цифровой модели местности. На этой стадии строятся трехмерные визуализации;вычисляются профили местности, позволяющие получать поперечные сечения, строить линии водоразделов; находятся местные, локальные вершины и впадины;выделяются какие-то особые образования рельефа. Полученная в результате этих процедур модель позволяет в дальнейшем вычислять вторичные геопространственные параметры — интерполяцию высот, освещенностей и ряд других.

И что со всем этим происходит дальше?

— Сформированные модели хранятся и при необходимости могут корректироваться в соответствии с данными позднейших измерений. Многие ГИС способны обмениваться моделями, для чего существуют процедуры автоматического преобразования форматов данных и их экспорта/импорта.

В обычной работе ГИС осуществляют функции перестройки картографических проекций, переходы между большим количеством используемых в геодезии и картографии систем координат. ГИС умеют вычислять расстояния между объектами на карте, определять площади на местности, вычислять точные координаты указываемых оператором объектов. Они способны выполнять логические и вычислительные операции над слоями и объектами карты, а также пространственный анализ взаимного расположения и связей объектов.

По окончании работы система генерирует картографическое плоское изображение в формате, пригодном для использования конечным потребителем, — в электронном виде для картплоттеров или в формате, принятом для полиграфического воспроизведения. При этом формируются таблицы и тексты, содержащие информацию, которая относится к содержимому карты либо сгенерирована по текущему запросу пользователя-оператора.

В состав ГИС всегда включаются средства разработки и программный инструментарий, позволяющий наращивать возможности системы и дополнять ее специфическими функциями, необходимыми пользователю. Такие ГИС больше похожи на оболочки, конкретную функциональность которым должны придавать конечные потребители подобных продуктов.

Давайте вернемся к вопросу о получении исходных геопространственных данных.Предположим, для моей ГИС понадобилась какая-то информация…

— Если информация может быть получена со спутника — это одно дело. И совсем другое, если для ее получения вам нужна специальная аэрофотосъемка — проблем будет больше, как технических, так и чисто организационных. В принципе, можно думать и об экспедиции геодезистов… Шутка.

Нет, об этом даже думать страшно. Остановимся на спутниках. Расскажите, как воспользоваться их возможностями?

— Для

начала вам нужно будет разобраться в том, какие аппараты ДЗЗ сейчас находятся в рабочем состоянии, какую аппаратуру они несут на борту, удовлетворяют ли характеристики аппаратуры тем требованиям, которые вы сформулировали… Далее, важно знать параметры орбит и зоны охвата территории. Теперь, в принципе, вы уже можете себе сказать: "Вот, такой-то спутник меня устраивает. Он получает нужную мне информацию". Однако этот поиск — довольно большая работа, причем работа для знающего специалиста. Но вообще-то можно обратиться в специализированные организации и сказать: "Мне нужно то-то и то-то…" Они сами подберут спутник и даже предоставят пробную информацию.

Например, вы нуждаетесь не просто в снимках местности из космоса, а собираетесь анализировать в ГИС распространение вредных выбросов, миграцию пернатых, динамику лесных пожаров или таяния льда на судоходных реках. Тогда вам нужна спектрозональная съемка в широком диапазоне и с тем разрешением на местности, которое позволит решать вашу задачу. Смотрим справочники… Вот, допустим, MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) — хороший гиперспектральный прибор, способный снимать в 36 спектральных зонах с разрешением 250, 500 или 1000 метров, установлен на борту американских спутников TERRA и AQUA, которые работают по программе NASA EOS (Earth Observing System) [www.eostation.irk.ru/index.html.]. Над Россией эти спутники проходят четыре-шесть раз в сутки, есть карты прохождения с указанием номера витка и времени начала и завершения сеанса связи для конкретных пунктов приема информации. Не подходят эти аппараты, значит, ищем дальше. Например, нам требуется лишь высокое разрешение снимков, — тогда идем в DigitalGlobe — договариваться о покупке снимков с их аппаратов WorldView-1, WorldView-2 и QuickBird.

У них высочайшее разрешение снимков — 50-60 см в монохроме и порядка 2 м в мультиспектре. Спутник Geoeye-1 обещает даже большее разрешение…

Перечни функционирующих аппаратов можно найти в Интернете[gis-lab.info/projects/ss/ss.html.] или запросить у компаний, торгующих данными дистанционного зондирования. В любом случае, вам потребуется определить, какая компания является владельцем спутника и какие фирмы предоставляют услуги заказных съемок или доступа к архивам данных.

Данные со спутника — это же цифровая информация. С ней должна работать какая-то программа или даже комплекс программ…

— Эти программы либо пишутся самими разработчиками ГИС, либо — что значительно быстрее и проще — приобретаются у компании-провайдера услуг конкретного спутника. Есть и фирмы, специализирующиеся на поставках такого рода программ[ Например, ITT Visual Information Solutions поставляет интегрированный программный комплекс ENVI (визуализация и обработка данных дистанционного зондирования; обработка и глубокий спектральный анализ мультиспектральных и гиперспектральных изображений; пространственная привязка изображений; ортотрансформирование; создание ЦМР на основе стереоизображений; трехмерная визуализация; топографический анализ; обработка и анализ данных радарной и лидарной съемки; интерактивное дешифрование и классификация; анализ растительности с использованием вегетационных индексов (NDVI); геометрическая и радиометрическая коррекция; интерактивное спектральное и пространственное улучшение изображений; калибровка и атмосферная коррекция; поддержка растровых и векторных форматов; обеспечение поддержки данных дистанционного зондирования, полученных со спутников WorldView-1, QuickBird, Ikonos, Cartosat, ALOS, EROS, Orbview, SPOT, IRS, TERRA (ASTER), Landsat.