автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Аппаратно-программный комплекс обработки цифровых карт территориального комплексного кадастра природных ресурсов Красноярского края

На правах рукописи

САВЕЛЬЕВ Андрей Сергеевич

АППАРАТНО - ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ОБРАБОТКИ ЦИФРОВЫХ КАРТ ТЕРРИТОРИАЛЬНрГО КОМПЛЕКСНОГО КАДАСТРА ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

Специальность 05.11.13 - приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск - 2003

работа выполнена в Красноярском государственном техническом университете и Красноярском филиале государственного научного и производственного центра «Природа»

кандидат технических наук И.В. Варфоломеев

доктор технических наук В.Б. Кашкин

кандидат физико-математических наук О-Э. Якубайлик

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН (г. Красноярск)

Защита диссертации состоится 20 ноября 2003 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.098.03 при Красноярском государственном техническом университете по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26, КГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярского Государственного технического университета.

Ведущая организация:

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью составителя, заверенные печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан " ^ ,. 2003 года.

■

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., профессор

Вейсов Е.А.

2.00? ~(\

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований

Решение проблемы рационального использования природных ресурсов невозможно без эффективной системы учета, оценки, прогнозирования их состояния. Сложная структура и большие объемы информации обуславливают использование в системах управления природно-ресурсным комплексом современных информационных технологий. Задачи сбора и автоматической обработки информации о природных и социально-экономических системах с целью изучения их структуры, связей и динамики посредством математического моделирования и компьютерной техники в последние десятилетия выделились в самостоятельное научное направление - геоинформатику.

Красноярский край является одним из наиболее богатых природными ресурсами регионов России. С целью информационно-аналитического обеспечения рационального управления природно-ресурсным комплексом и обеспечения экологической безопасности населения в Красноярском крае создается ГИС Территориальный комплексный кадастр природных ресурсов (ГИС ТКК ПР). Работы по созданию кадастра регламентируются Распоряжением Правительства РФ №58-р от 7.05.1993 г. "Об эксперименте по совершенствованию учета и социально-экономической оценке природно-ресурсного потенциала ряда регионов РФ", Постановлением администрации края от 11.07.96 г. №454-п "О территориальном комплексном кадастре природных ресурсов Красноярского края", Соглашением №84 между администрацией Красноярского края и Федеральной службой геодезии и картографии РФ "О разработке и ведении геоинформационной системы территориального комплексного кадастра природных ресурсов Красноярского края" (2000 г.).

При проектировании кадастров на основе геоинформационных технологий особую важность приобретает разработка цифрового картографического обеспечения, так как информация о природных ресурсах имеет пространственный характер и традиционно отображается в географии картографическими методами. Основными проблемами в реализации методов работы с цифровыми картами при помощи ГИС являются формализация картографической информации, создание цифровых моделей и алгоритмов ее обработки.

Комплексный и многоуровневый характер географической информации определяет необходимость использования при проектировании системного подхода, с позиций которого обработка цифровых карт выполняется в рамках системы "создание-использование карт". Подсистема создания карт включает средства врода и обработки пространственной информации в ГИС. Использование цифровых карт проходит в двух направлениях: для географической привязки тематической информации отраслевых кадастров и для создания цифровых моделей географических объектов и явлений.

Картографические модели наилучшим образом могут быть представлены в иерархических моделях данных на основе древовидного классификатора картографической информации. Цифровые карты Роскартографии, используемые в ГИС ТКЬС ПР, распространятся в форматах интегрального файла и Ф1М, имеющих иерархическую структуру. В современном программном обеспечении ГИС чаще всего используется объектно-реляционная модель данных. Для использования цифровых карт Роскартографии в ГИС необходимы средства отображения иерархической модели цифровой карты на объектно-реляционную модель ГИС. Среди множества координатных моделей пространственно - распределенных данных можно выделить объединяющие их базовые концепции, поэтому возможно определение отношений эквивалентности и отображений между моделями, обеспечивающих эквивалентные преобразования.

В ГИС ТКК ПР выработка программ и рекомендаций по использованию природных ресурсов и развитию природно-ресурсного блока экономики края осуществляется на основе информационных ресурсов отраслевых комитетов, управлений и органов государственного контроля. Для этого необходима разработка системы сбора, обработки, хранения и распространения тематической информации отраслевых кадастров в единой пространственной базе данных с привязкой к топографической основе.

Карты как модели обладают ценными гносеологическими свойствами, позволяющими использовать их в исследованиях географических объектов и явлений. Информация, имеющаяся на цифровых топографических картах Роскартографии, может быть использована при разработке математико-' картографических моделей размещения населения, транспорта, рельефа и т.д. Актуальность изучения вопросов автоматизации в экономико-географических исследованиях определяется необходимостью использования больших массивов данных для задач рационального природопользования, охраны окружающей среды и расширением сферы их практического применения.

Цель работы — разработка методического и программно-технического обеспечения для обработки и анализа цифровых карт в территориальном комплексном кадастре природных ресурсов Красноярского края. Исходя из поставленной цели, в диссертации решаются следующие задачи:

■ • анализ существующих методов и технологий создания и использования .. • цифровых карт, моделей данных геоинформационных систем и алгоритмов обработки пространственно - распределенных данных;

• создание методики и программного обеспечения для обработки цифровых карт Роскартографии в геоинформационных системах;

• проектирование программно-технических средств сбора, обработки, хранения и распространения пространственных данных в ГИС ТКК ПР;

• создание цифровых моделей и алгоритмического обеспечения для выполнения исследований объектов и явлений действительности по картам Роскартографии на основе геоинформационных технологий.

Научная новизна работы

• Комплексно исследована проблема разработки цифрового картографического обеспечения ГИС ТКК ПР на основе цифровых карт Роскартографии средствами геоинформационных систем.

• Предложена методика отображения иерархической модели данных картографических систем в объектно-реляционную модель ГИС, основанная на хранении классификатора картографической информации, характеристик объектов и топологической информации в реляционных базах данных. На ее основе разработан комплекс программ конвертации карт из формата Ф1М и интегрального файла в ГИС без потерь информации.

• Разработано программно-техническое обеспечение сбора, обработки, хранения и распространения информации отраслевых кадастров в единой пространственной базе данных ГИС ТКК ПР. , ~ ,

• Верифицированы методы тематического картографирования Красноярского края на основе информации цифровых топографических карт, ГИС-технологий и существующих географических моделей. Построены цифровые модели размещения населения, транспортной доступности, рельефа, классификации административных районов Красноярского края.

• Предложены методы эколого-экономического картографирования в . среде Internet на основе WebGIS MapServer и разработанного, программного обеспечения. Реализована система-сетевого многопользовательского доступа к материалам ГИС ТКК ПР с динамической генерацией тематических карт.

Практическое значение и внедрение результатов работы

• Преобразованные в форматы Maplnfo и Arc View цифровые топографические карты масштаба 1 : 1000000 и 1 : 200000 применяются В ГИС ТКК ПР для пространственной привязки тематических данных Красноярским филиалом Госцентра "Природа" и Красноярским научно-исследовательским институтом геологии и минерального сырья.

• ГИС особо охраняемых природных территорий используется в ГУ "Дирекция по особо охраняемым природным территориям Красноярского края" при паспортизации ООПТ.

• ГИС эксплуатируемых месторождений полезных ископаемых используется в ГУ "Центр реализацци программ по экологии и природопользованию администрации Красноярского драя".

• Цифровые модели размещения населения, транспортной доступности и рельефа были использованы при подготовке к изданию серии среднемас-штабных карт Красноярского края. ■ ' " '

• Созданнаяпри помощи картографического WEB-сервера Mapserver ГИС зоны наблюдения Горно-химического комбината использовалась при разработке проекта тома "Оценки воздействия на окружающую среду действующих и проектируемых объектов ГХК".

На защиту выносится:

• Методика отображения иерархической модели данных картографических систем в объектно-реляционную модель ГИС и разработанная на ее основе технология обработки цифровых карт Роскартографии.

• Программно-техническое обеспечение сбора, обработки, хранения, распространения информации отраслевых кадастров в единой пространственной базе данных ГИС ТКК ПР.

• Методы и результаты геоинформационного картографирования размещения населения, транспортной доступности, рельефа Красноярского края на основе информации цифровых топографических карт.

Апробация результатов и публикации

Основные теоретические и прикладные результаты работы были представлены на Третьей Всероссийской конференции "Проблемы информатизации региона" (1997 г.), Третьей конференции ГИС-Ассоциации "Проблемы ввода и -обновления пространственной.информации" (г. Москва, 1998 г.), 2-ой Всероссийской конференции "Проблемы региональной экологии" (г.Томск, 2000 г.), VII научно-практической и методической конференции, посвященной 100-летию Красноярского отдела Русского географического общества (2001 г.), XXXVI научной конференции "Общественное здоровье третьего тысячелетия" (г. Новокузнецк, 2002г.). Полученные результаты использовались при обучении студентов специальности 071902 ('Теоинформационные системы") на факультете информатики и вычислительной техники КГТУ. Подготовлены методические указания, включающие некоторые теоретические результаты работы. По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Личный вклад автора

Автором лично обобщен технологический опыт обработки цифровых карт в геоинформационных системах, разработаны программно-технические средства подготовки картографического обеспечения ГИС ТКК ПР. В работах по созданию ГИС особо охраняемых природных территорий, ГИС эксплуатируемых месторбждений, ГИС здоровья населения, экологического атласа Красноярского края и ГИС зоны наблюдения Горно-химического комбината автор принимал участие на этапах разработки архитектуры систем, проектирования структур баз данных и создания программного обеспечения. В исследовании гносеологических аспектов цифровой картографии автором разработан комплекс программ, позволяющих использовать информацию топографических карт для создания синтетических карт.

Структура и объем диссертации

" Материалы диссертации изложены на 181 странице машинописного текста. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 127 наименбваний, из которых 28 на иностранных языках. Работа содержит 64 рисунка и 4 таблицы. В приложениях приведены иллюстрации к разработанным моделям и геоинформационным системам.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проводится обзор методов и технологий создания и использования цифровых карт в геоинформационных системах. ГИС-технологии, получившие благодаря прогрессу вычислительной техники в последние десятилетия широкое распространение, при обработке карт имеют ряд преимуществ перед традиционными способами и становятся технологической основой для автоматизации картографического производства.

В разделе 1.1. изложены основные ГИС: модели данных, методы и алгоритмы пространственного анализа, способы представления семантической информации. Основной особенностью ГИС является географическая привязка информации. Для представления двумерных пространственных данных используются векторные и растровые модели данных, причем первые обычно используются в цифровой картографии, а вторые - в обработке космических снймков. 3-D модели представлены триангуляционными сетями (TIN) и регулярными решетками (GRID). Аналитические возможности ГИС во многом определяются моделью данных. Векторные системы ориентированны на работу с объектами и позволяют эффективно решать транспортные задачи, выполнять оверлейные операции. Анализ в пространственно-ориентированных растровых ГИС основывается на "алгебре карт" (Map Algebra).

В разделе 1.2. приведен обзор существующих цифровых карт на территорию России и Красноярского края, а также обосновывается использование в качестве географической основы ГИС ТКК ПР цифровых карт Роскартографии. При использовании карт как юридических документов должны выполняться требования достоверности, полноте и внутренней структуре карты. В разделе освещаются вопросы стандартизации цифровых карт.

В разделе 1.3. рассматриваются существующие в России кадастры природных ресурсов. Большая часть из них реализована на основе геоинформационных технологий. В Красноярском крае созданы и функционируют кадастры минерально-сырьевой базы и подземных вод, реестр ресурсов поверхностных вод, земельный и лесной кадастры. .

В разделе 1.4. изложена нормативно-правовая основа разработки ГИС ТКК ПР, приведена ее структура и основные направления работ краевого и районного уровня. На краевом уровне учет природных ресурсов и их эколого-экономическая оценка выполняются в разрезе административных территорий края. Эта информация предназначена для органов государственной власти края, федеральных органов исполнительной власти, а также прочих организаций, выполняющих функции по управлению природными ресурсами.

На районном уровне учет природных ресурсов и их эколого-экономическая оценка выполняются в границах одной административной территории края или их группы с учетом естественных природных выделов, образований и объектов хозяйствования. Эта информация предназначена для обеспечения органов государственной власти края и районов, территориальных подразделений федеральных органов исполнительной власти, а также прочих

предприятий и организаций, выполняющих функции по управлению природными ресурсами, планированию и проектированию мероприятий внутрирайонного или межрайонного значения.

В разделе 1.5. описаны методы использования цифровых карт для исследования географических объектов и явлений. Для описания структуры пространственных характеристик явлений используются модели пространственного размещения точечных объектов, "гравитационные" модели, аппроксимация поверхностей пространственных географических распределений. Модели структуры содержательных характеристик явлений представлены алгоритмами группировки территориальных единиц по комплексу показателей, в которых используется факторный анализ и метод главных компонент. Исследования взаимосвязи пространственных и содержательных характеристик явлений чаще всего основаны на корреляционных моделях. Реже используются информационные модели (пространственные) и таксономические модели (содержательные). Пространственное распространение явлений прослеживается при помощи диффузионных, стохастических и "гравитационных" моделей. К моделям динамики содержательного развития явлений относятся регрессионные модели и Марковские цепи.

В разделе 1.6. содержатся выводы по проведенному обзору методов и технологий создания и использования цифровых карт в геоинформационных системах. Обзор существующих методов и программного обеспечения создания и использования карт в ГИС не выявил разработок, достаточно полно учитывающих особенности картографических моделей.

Во второй главе описана технология обработки и актуализации цифровых карт Роскартографии. Эти карты создаются в специализированных системах и распространяются в форматах интегрального файла и Ф1М, имеющих отличную от ГИС модель данных. Непосредственное использование карт Роскартографии в ГИС Maplnfo и Arc View невозможно.

В ГИС Maplnfo и Arc View нет достаточных возможностей для создания карт по всем требованиям ГОСТ и отраслевых стандартов Роскартографии. Но на основе цифровых карт могут быть созданы топографические основы, используемые для пространственной привязки тематической информации отраслевых кадастров в ГИС ТКК ПР. Языки создания приложений ГИС Maplnfo и Arc View, библиотеки OGR позволяют автоматизировать большую часть операций обработки цифровых карт.

В разделе 2.1. описаны модели картографических данных в ГИС. Взаимосвязь между картографическим изображением и поверхностью Земли определяется математической основой карты: проекцией и системой координат. В России топографические карты создаются в системе координат Гаусса-Крюгера:

А2 А4

x = sm н--W-sinp-cosp+ — N-simpcos1 <p-(5-t2 +9tj2 +4r]*) + ...', (1)

2 24

y = ШС05В + — Ncos,f>(l-l2+r/2) + ~Ncossf>(S-l8t2+t4-14^2-58rjY). (2)

6 120

Особенности географического положения Красноярского края обуславливают возможность применения универсальной поперечной проекции Меркато-ра (иТМ), отличающейся от проекции Гаусса-Крюгера лишь старшими членами разложения в ряд Тейлора.

При обработке цифровых карт особое значение имеют топологические отношения между пространственными объектами (связанность, ориентация, соседство, вложенность) и топология отдельных объектов (острова в полигонах, самопересечение линий). Наличие в пространственной базе данных топологической информации позволяет снизить трудоемкость многих алгоритмов. Топологические отношения кодируются в ГИС при помощи модели "дуга-узел". Отношения между полигонами в оверлейных операциях описываются совокупностью пересечений между внутренностями, границами и дополнениями двух объектов (модель Эгенхофера).

В цифровой картографии наиболее часто используются иерархические модели. Так, в ГИС ТКК ПР используются цифровые карты Роскартографии масштаба 1 : 1000000 и 1 : 200000 в формате Ф1М и в интегральном файле. В формате Ф1М информация разделена на восемь сегментов: математическую основу, гидрографию, населенные пункты, промышленные объекты, транспортную сеть, рельеф, растительность и грунты, административные границы. Метрическая, семантическая и справочная информация кодируется в Ф1М в разных файлах на основе иерархического классификатора (рис.1).

Файл справочной информации

Объест 1

Номер Код Тип Семантиха Метрика Объект I

файл Штрическойинформтрш Номер объекта Число точек Х1 У)

Точка 1

Точка л

¡¡¡¡1 Номер объекта * Код* Значение Код и Значениев конец [|||||

>

Характеристика 1

Характеристика т

Рис. 1. Структура формата Ф1М.

Формат интегрального файла представляет собой объектно-ориентированную модель тополого-метрического структурированного описания картографической информации. В интегральном файле по сравнению с Ф1М и обменными форматами ГИС заложен ряд новых возможностей, позволяющих полностью передать содержание бумажной карты. Для кодирования топологических отношений используются связи и прерывания. Пространственная индексация объектов осуществляется в поле квадратов. Здесь содержатся

указатели на листья квадродерева, соответствующие элементам разбиения пространства карты, в которых лежит объект. В формате Ф1М и в интегральном файле отсутствует характерное для ГИС разбиение объектов на тематические слои. Здесь каждому объекту ставится в соответствие код классификатора цифровой топографической информации. В отличие от объектно-реляционной модели данных ГИС в картографических форматах объекты могут иметь переменный набор атрибутов, входящих в иерархию характеристик.

Интегральный файл

Формуляр файла Заголовок базы данных Объект 1 Объект г

3 аго повок Характер истюси Связи 1 Прерывания I Квадраты Метрика

! ^ :-1 1

Рис. 2. Интегральный файл цифровой картографической информации

В разделе 2.2. представлена система обработки цифровых карт Роскарто-графии, включающая блоки конвертации карт в форматы ГИС, создания производных картографических продуктов (проектов топографических основ и мелкомасштабных карт), преобразования систем координат картографических проекций, оформления карт по требованиям ГОСТ (рис.3).

Рис. 3. Система обработки цифровых карт Роскартографии в ГИС

С целью использования карт Роскартографии в ГИС была разработана методика отображения иерархической модели данных цифровых карт в объектно-реляционную модель, основанная на хранении в реляционных .базах данных классификатора карты, характеристик, связей и прерываний. Метрика объектов

импортируется в ГИС непосредственно и затем в процессе оформления карты корректируется с использованием информации о топологии объектов, хранящейся в базе данных.

Преобразование цифровой карты из формата Ф1М в ГИС МарГпбэ включает следующие операции (рис. 3). Сначала на основе файла метрики создается слой карты в формате МШ/МГО, содержащий указанные при вызове программы классы объектов. В МШ-файле для каждого объекта указываются порядковый номер и классификационный код. Далее обрабатывается файл семантической информации и получается таблица характеристик объектов в виде текстового файла с разделителями полей. Метрика объектов в формате М1Е/МГО и текстовый файл с характеристиками импортируются в ГИС Мар1пАэ, где они связываются по номерам и кодам объектов.

Рис. 3. Схема преобразования цифровых карт из формата Ф1М в ГИС.

Конвертация карт из формата интегрального файла в ГИС выполняется по аналогичной схеме. Сначала метрика объектов переносится в слои ГИС, затем создаются текстовые файлы с таблицами характеристик, связей, прерываний и квадратов, а окончательная обработка картографического изображения проводится в ГИС МарГпй). В разделе описаны способы обработки метрических и семантических прерываний, прерываний заимствования метрики и Обработки многосвязных объектов. >

При помощи разработанного программного обеспечения были конвертированы в ГИС Мар1пй> 28 листов цифровых топографических карт масштаба 1 : 1 ООО ООО в формате Ф1М и 265 листов карт масштаба 1 : 200 ООО в формате интегрального файла.

На основе цифровых топографических карт создаются производные Карты. Соседние планшеты часто используются совместно с целью создания топографических основ административных районов или всего края. Для этого требуется пересчет координат Гаусса-Крюгера единую зону или переход в систему координат широта/долгота. Метрика объектов на границах топографических планшетов имеет разрывы. Величина расхождения чаще всего лежит в пределах

картографической точности, поэтому возможно усреднение координат объектов на границах листов. Эта операция называется "сводкой" планшетов и реализована в виде программы на языке МарВавш (рис. 4).

Рис. 4. Сводка и сшивка планшетов топографических карт.

Среди объектов, имеющих выход на границу листа, ищутся пары объектов, концевые точки которых лежат друг к другу ближе, чем на <1. Трудоемкость алгоритма, равная 0(п ), для разных слоев цифровой карты может быть снижена при помощи соответствующих эвристик. Так при сводке слоя изолиний выходящие на границу объекты упорядочиваются по координатам у концевой точки, а при поиске пар учитывается высота изолиний. Это позволяет снизить трудо-' емкость до О(п). Метрика сведенных объектов впоследствии "сшивается".

Карты масштаба 1 : 1 000000 используются для создания мелкомасштабных цифровых карт (1 : 2500000 - 1 : 12000000). В настоящее время не существует единой модели автоматической генерализации карт в ГИС. Наиболее изученная часть проблемы — упрощение геометрии объектов, где наиболее часто используется алгоритм Дугласа - Пекье. При генерализации цифровых карт Роскартографии сокращение объектного состава и содержательная разгрузка карты выполнялись в ГИС Мар1п1Ь. Для упрощения геометрии объектов была разработана программа на языке Си, выполняющая

• замену ломаной линии прямой при заданном предельном угле излома;

• удаление точек, лежащих на одной прямой;

• удаление узлов, лежащих между близкими параллельными прямыми.

При работе с цифровыми картами часто возникает задача преобразования проекций и систем координат. В задачах ввода пространственных данных в ГИС используются наиболее простые - аффинные преобразования: масштабирование, поворот и сдвиг.

х' X 1 0 0 0\ cosa sin a <f ДЗ)

Y =р- У ; P = ALA„Aa = 0 1 дУ о 0 -sino cosa 0

0 lj 0 1 ^ 0 0

Более сложные преобразования координат становятся необходимы, когда цифровая карта трансформируется из системы координат одной картографической проекции в другую. Для выполнения этих операций линейных преобразований недостаточно. Здесь используются уравнения проекций, итерационные методы, и аппроксимация функции преобразования полиномами 3-5 степени по опорным точкам.

Современные ГИС позволяют визуализировать картографические слои с системой координат широта/долгота в заданной проекции. Для решения обратной задачи - получения географических координат по координатам проекции разработан комплекс программ на языке Си. В программе преобразования карт из проекции Гаусса-Крюгера в географическую систему координат используется принцип сжимающих отображений. По уравнениям проекции (1), (2) построен быстро сходящийся итерационный процесс:

__1_

" 636755§5

Лг £

дг+^ОЗб^-втг^, -16,8'51п4ря —^ Л^ш^. -акр. -— //^тр, -С053 <рп • + ...

А.., =

ЛГс<кВ

; > х '

у - Исог' ф —— N соз! р "в г 120

(4)

(5)

Если имеется цифровая карта в некоторой заданной проекции, можно получить ее изображение в другой проекции, преобразовав ее в географическую систему координат и воспользовавшись уравнениями требуемой проекции. Если проекция исходной карты неизвестна, уравнения преобразования аппроксимируются степенными полиномами, коэффициенты которых определяются по опорным точкам методом наименьших квадратов.

При оформлении карты наиболее трудоемкой задачей является размещение подписей объектов. Она заключается в позиционировании текстовых подписей на карте со следующими условиями: подписи должны разборчиво для читателя соотноситься с пространственными объектами, не должны' перекрываться или закрывать другие важные элементы карты. "Грубое" размещение подписей точечных объектов и прямых подписей полигонов и полилиний осуществлялось в ГИС Мар1пй). Дальнейшее улучшение размещения' подписей проводилось в полуавтоматическом режиме с помощью программ на МарВавю.

Заключительным этапом обработки цифровых карт Роскартографий является их оформление в соответствии с принятой 'системой "условных знаков. С этой целью подготовлена библиотека символов и шаблонов МарГпГо, включающая обозначения для всех элементов классификатора цйфровой картографической информации: Раскраска объектов выполняется автоматически'при помощи программы на языке МарВавю.

В разделе 2.3 формируются выводы по описанной в главе системе обработки цифровых карт Роскартографии в ГИС.

В третьей главе отражены вопросы проектирования ГИС ТКК ПР и использования в них цифровых карт, представлено аппаратное и программное обеспечение,ГЙС, описаны разработанные ГИС особо охраняемых природных территорий, эксплуатируемых месторождений, здоровья населения края.

В разделе 3.1. описана схема взаимодействия программно-технических и телекоммуникационных средств для сбора, обработки, хранения пространственной информации в ГИС ТКК ПР (рис. 5). Рассмотрены средства ввода пространственных данных в ГИС для различных видов источников информации: бумажных карт, космических снимков, статистических и библиографических источников. Описана технология оцифровки карт и обработки космоснимков.

Источники информации

Интерактивные средства ввода информации в сети «Кадастр»

Процедуры сетевого доступа к ГИС

Средства передачи карт в Internet

Тематическое картографирование

Подготовка карт к печати в типографии

........1 г*.......!

Процедуры резервного —►

копирования и

восстановления

Резервные копни

Рис. 5. Схема программно-технического обеспечения ГИС ТКК ПР

Для распределенного ввода кадастровой информации в сети, связывающей ГЦ «Природа» с Администрацией Красноярского края и организациями, ведущими отраслевые кадастры, используются Internet-технологии. Формы ввода, поиска информации, отчеты отображаются средствами HTML. Формы и отчеты генерируются динамически через интерфейс CGI программами на языке Perl, которые обращаются к СУБД через драйверы DBD/DBI блоком команд манипулирования данными SQL. Так достигается независимость прикладных программ от выбора сервера СУБД. Переход на новую платформу осуществляется переключением на соответствующий драйвер DBD. В разделе описана архитектура хранилища данных ГИС ТКК ПР: сервера СУБД и файлового сервера. Рассматриваются вопросы обеспечения безопасности данных.

Предложенная схема интеграции программно-технических и телекоммуникационных средств обладает следующими преимуществами:

• независимостью от платформы и выбора сервера СУБД;

• возможностью ведения кадастра с рабочих мест специалистов;

• ориентированностью на программное обеспечение freeware;

• отсутствием затрат на администрирование их рабочих мест пользователей.

В разделе 3.2. представлена ГИС Особо охраняемых природных территорий Красноярского края. Система разработана с целью пространственного мониторинга растительных сообществ, ценных и редких видов животных, а также для определения масштабов антропогенного воздействия на природу. Объем кадастровой информации по ООПТ определен типовой формой учетной документации, утвержденной приказом Госкомэкологии от 31.03.98. № 185 и содержит 33 группы показателей. В разделе описана структура базы данных системы, программно-техническое обеспечение, и модели представления характеристик ООПТ, имеющих пространственный характер.

Раздел 3.3. содержит описание ГИС эксплуатируемых месторождений полезных ископаемых Красноярского края. Система разработана для решения задач по оценке минерально-сырьевой составляющей природно-ресурсного потенциала края и его районов, определения приоритетных направлений инвестиционных проектов, оптимизации системы налогов и платежей за недропользование, оценки воздействия горнодобывающих предприятий на окружающую среду. Перечень учитываемых в информационной системе показателей разработан на основе «Временных методических рекомендаций по формированию комплексных территориальных кадастров природных ресурсов».

В разделе 3.4. представлена ГИС "Здоровье населения", разработанная с целью обработки имеющейся в лаборатории проблем охраны здоровья населения Института комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний СО РАМН многолетней информации по состоянию здоровья населения Красноярского края, проведения мониторинга и оперативного информационно-аналитического обеспечения управления медико-экологическим состоянием региона. В разделе описывается информационная структура системы, схема базы данных и технические аспекты проектирования.

Раздел 3.5. посвящен средствам представления картографических моделей в сети Интернет. Возможности Интернет могут применяться для решения такой актуальной проблемы, как обеспечение связи поставщиков и потребителей геоинформационных ресурсов, в том числе для организации доступа пользователей к цифровым картам. В ГИС ТКК ПР для этих целей используется WebGIS MapServer (mapserver.gis.umn.edu). В разделе рассматривается архитектура и схема работы этого сервера, его взаимодействие с прочими программно-техническими средствами ГИС. Использование WebGIS MapServer иллюстрируется на примерах ГИС зоны наблюдения Горно-химического комбината и экологического атласа Красноярского края.

IF

й л

; * i П:

Ландшафтное районирование

Обозначения

1. КЕМЧУГСКЯЯ Т ИХНЯЯ РРВНИНЙ

2. ЛЕСОСТЕПНМЕ РйВНИНЫ

2.2. Рывиискоя

2.3. Твс**всквя

I 3. АОА»М Р.ЕНИСЕЯ

4. ВХЮ-ЕНИСЕЙСХИЙ КРЯХ I 4.1. Нткого»ь» 4.2. IWjyork» s. восточный сйян с 5.1. Ни»когегь» В.2.

Выбор слоев

Подййеи нас пустое Подписи рек Подписи озер

Границы нвс.пунктов Части наспунктов Болота

Мелкие реки Железные дороги Автомобильные дороги Плотины и мосты •• Коммуникации

I I Ж ООП 1 • SGÜ ПОП 1 .200 000 I нщщо

Рис. 6. Интерфейс WebGIS MapServer в Internet Explorer

Дополнительная функциональность при использовании MapServer получается при помощи программного интерфейса MapScript на языках Perl, TCL, Python, Java. С целью автоматизации процесса построения тематических карт была разработана система on-line картографирования различных показателей районов Красноярского края (рис.7). Система позволяет тематически раскрашивать в зависимости от показателей, хранящихся в базе данных, слой районов цифровой карты и отображать результат в виде Web-страницы.

Цифровая топографическая основа хранится в виде Shape-покрытий, предусмотрена возможность ее оперативного обновления при помощи ГИС Arc View. Картографическое изображение в формате GIF или PNG формируется MapScript, а идентификаторы объектов карты из DBF-таблиц получаются при помощи Рег1-библиотеки XBase.

Показатели административных районов хранятся в СУБД ORACLE 8. СпраЬочник районов содержит название района и Идентификационный номер, по которому осуществляется связь с объектами цифровой топографической основы. Справочник районов связан с таблицей показателей отношением "один -Ко многим". Пользователь системы имеет возможность вводить новые показатели, исправлять их и строить по выбранным показателям тематические карты. Доступ к СУБД ORACLE осуществляется через драйверы DBD/DBI.

Рис. 7. Схема программно-технического обеспечения системы динамической генерации тематических карт

В разделе 3.6. приводятся выводы по описанному в главе программно-техническому обеспечению ТКК ПР и разработанным ГИС особо охраняемых природных территорий, эксплуатируемых месторождений, здоровья населения Красноярского края, ГИС зоны наблюдения ГХК и экологическому атласу.

В четвертой главе описаны модели географических объектов и явлений, созданные по цифровым картам Роскартографии. Возможности ГИС для автоматизированного пространственного анализа картографических данных позволяют использовать цифровые карты не только как средство передачи географической информации, но и для фиксации и систематизации знаний, выделения пространственных закономерностей, создания синтетических карт.

В разделе 4.1 представлены модели размещения населенных пунктов Красноярского края. В качестве источника данных для создания этих моделей используется слой населенных пунктов среднемасштабных цифровых карт. Равномерность размещения населенных пунктов оценивается относительно гексагональной решетки Кристаллера, соответствующей идеальному равномерному размещению населенных пунктов на однородных территориях. При этом для каждого пункта рассчитывается коэффициент равномерности V:

НР"*-М«-*)'1У-7100*- (6)

Здесь первые шесть значений с11 - расстояния между населенным пунктом и шестью его ближайшими соседями. Для вычисления оставшихся шести значений <1, при помощи алгоритма коммивояжера находится кратчайший путь обхода шести ближайших пунктов. Длины сторон получившегося шестиугольника дают оставшиеся значения. В гексагональной решетке все значения </, равны, и коэффициент V = 0 (рис. 8). Поэтому близкие к нулю значения V свидетельствуют о равномерности распределения в данном населенном пункте. Для абсолютно неравномерного распределения значения V в пределе достигают 100 %.

Для расчета коэффициентов (6) разработана программа на языке MapBasic. С целью создания карты равномерности размещения населения полученная нерегулярная сеть точек преобразована в TIN, по. которой построены изолинии (рис. 8). Легко видеть, что густо населенные сельские районы характеризуются высокой равномерностью размещения населенных пунктов.' Линейные схемы размещения населенных пунктов, связанные с транспортными магистралями, влияния на равномерность,расселения не оказывают. '

В задачах картографирования трудовых ресурсов используется' понятие демографического потенциала, соответствующее агломерационным схемам расселения. По аналогии с формулой тяготения сила взаимодействия населенных пунктов ( и j может быть записана как f = —^, где N, и Nj - численность

населения, D4 - расстояние между ними, а к - параметр модели. Демографически^ потенциал произвольной точки j на карте соответствует степени взаимодействия этой точки со всеми населенными пунктами: р)

I Du

Для создания карт плотности населения применяются модели аппроксимации. При этом задается регулярная решетка, в узлах которой оцениваются значения плотности населения. На территории Красноярского края расположены около двух тысяч населенных пунктов. Поэтому при построении аппроксими-

рующей функции в узлах регулярной решетки следует учитывать только ближайшие населенные пункты. С этой целью использовался модифицированный метод Шеппарда. Функция С двух переменных, аппроксимирующая значения плотности населения в некоторых распределенных на плоскости узлах (хк,Ук)к-1 N. определяется как

---^-"■>•=1 о ¿.г*.

(7)

м

где где <1к(х,у) - расстояние между (х, у) и (хьУк), а Л», - радиус влияния точки хк,ук. Значение функции в точке (х, у) зависит только от значений узловых точек, лежащих не далее чем на К„. Нодальные функции Ск заданы при помощи кубических полиномов

Коэффициенты а1к,а» можно найти, минимизируя

где весовая функция

(Дс-4.).

. Здесь — расстояние между узловыми точ-

ками г и к, а - радиус влияния точки к. Значение функции Ск зависит только от значений узловых точек, лежащих не далее чем на Яс.

Рис. 9. Модели размещения населенных пунктов: а) - карта демографического потенциала; б) — карта плотности населения

Модели демографического потенциала и плотности населения, реализованные на языке МарВаыс, позволяют получать результаты в виде регулярных решеток, по которым были построены карты в изолиниях. На рис. 9 приведены

фрагменты карт демографического потенциала и плотности населения Красноярского края. Высоким демографическим потенциалом и плотностью населения выделяются окрестности городов, полосы вдоль крупных транспортных путей.

В разделе 4.2 описана модель классификации административных районов Красноярского края по комплексу показателей, получаемых из различных статистических источников. Способ классификации заключается в выделении классов на основе вычисленных расстояний между объектами в ортонормированием пространстве их характеристик.

Имеется п территориальных единиц, характеризующихся набором из т показателей. Набор показателей для г'-ой территории записывается как вектор-строка [хп,х,2,ха...х„], ¿ = 1...л, а для всех территорий - в виде матрицы X размером т х п. Матрица X нормализуется по дисперсиям и подвергается ортогона-лизации. Далее вычисляются "расстояния" между районами. При этом районы рассматриваются как точки в т-мерном пространстве характеристик.

И

¡и

и

"5"

Й

а)

Рис. 10. Классификация районов Красноярского края в ГИС «Здоровье населения»: а) - дендрит; б) - картографическое изображение классификации

Группирование объектов в классы производится на основе вычисленной матрицы таксономических расстояний с использованием метода динамических ядер. Алгоритм классификации заключается в эвристическом выделении нескольких исходных ядер, группировании путем присоединения к наиболее близкому ядру остальных элементов и вычислении новых ядер. Если новое разделение и его ядра на следующем шаге остаются неизменными, процесс прекращается, а получившееся разделение считается окончательным.

В ГИС "Здоровье населения Красноярского края" на основе комплекса интегральных показателей, влияющих на здоровье населения, была выполнена классификация административных районов. Связи территориальных единиц представлены в виде дендрита (рис. 10-а), на основе которого построена тематическая карта (рис. 10-6). Следует заметить, что районы, принадлежащие одному иерархическому уровню, сгруппированы и на карте. Особенно хорошо выделяются северные районы (уровень 2) и восточные районы (уровень 112).

Раздел 4.3 посвящен вопросам моделирования рельефа. На цифровых картах Роскартографии большая часть информации о рельефе представлена в виде изолиний. Командные высоты и геодезические пункты показаны в виде точечных объектов. Оставшиеся объекты рельефа характеризуются большим разнообразием, но не несут информации о форме поверхности. Для улучшения восприятия формы рельефа при визуализации слой изолиний преобразован в гипсометрическую карту. При этом изолинии рельефа были разделены на слои, в каждом из которых хранятся линии с равными высотами. Далее из линейных объектов были созданы площадные, и слои упорядочивались по высотам.

Цифровые карты используются как источник данных для моделей местности (terrain modeling). В разделе представлен метод создания триангуляционной сети (TIN) по слою рельефа цифровой карты (рис.11), описывается алгоритм У отсона и разработанная программа для построения триангуляции Делоне.

Добавление точки

Удаление треугольников, описанная окружность которых содержит добавляемую точку

Результат

а)

б)

Рис. 11. Триангуляция Делоне: а) -алгоритм Уотсона; б) - фрагмент модели TIN, построенной по изолиниям рельефа карты масштаба 1 :1000000

Модель TIN применяется в задачах анализа рельефа: по ней построены карты экспозиций и углов склонов (рис. 12), рассчитываются срезы высот вдоль заданной полилинии, и построены изолинии. На основе TIN-модели может быть построена растровая модель рельефа. Для этого в узлах регулярной решетки по TIN оцениваются возвышения по уравнению плоскости треугольника,

внутри которого расположен узел. При расчете углов и экспозиций склонов в растровой модели используются фокальные операции Map Algebra, что позволяет на порядки уменьшить трудоемкость вычислений.

а) б)

Рис. 12. Карты, построенные по модели TIN: а) - углы наклона рельефа; б) - экспозиция склонов

. В разделе 4.4 представлены модели транспортной доступности Красноярского края. Освоение различных видов природных ресурсов подразумевает на-личиехоответствующих видов транспортных путей сообщения. Для исследования транспортной доступности могут использоваться топографические карты.

Удаленность от автодорог, км ЦМенее 1 , .Ql-2 |—[ 2—3 j—] Более 3

Рис. 13. Транспортные коридоры: а) — построение полос доступности при помощи буферов; б) - полосы доступности (I - к железным дорогам; 2 - к автомобильным дорогам с твердым покрытием; 3 - к судоходным рекам).

Наиболее простым способом построения карт транспортной доступйости, позволяющим быстро получать по цифровым картам легко интерпретируемые результаты, является построение транспортных коридоров - полос вдоль транспортных путей сообщения, дифференцированных по толщине в зависимости от их вида и значимости (рис. 13).

Автомобильные и железные дороги обычно имеют сетевую структуру, которая кодируются в ГИС в рамках модели «узел-дуга». При этом населенные пункты являются узлами графа, а линии дорог - дугами. Исходные цифровые карты не содержат описания топологии. Отношения пересечения, примыкания дорог между собой и населенными пунктами вычисляются на основе метрических свойств объектов. Для этого была разработана программа Net Validate на языке Си, обращающаяся к Maplnfo через библиотеку OGR.

Полученная модель позволяет решать такие транспортные задачи, как выбор оптимального маршрута и анализ времени движения, поиск кратчайшего пути обхода нескольких пунктов, построение зон обслуживания и т.п. В разделе описаны программы построения сетевой модели дорог, алгоритм Дейкстры для поиска оптимального маршрута между двумя населенными пунктами, алгоритм Краскала для решения задачи коммивояжера. Удаленность от населенного пункта выражается в виде карты изохрон (рис. 14).

ГЛ

\ х

—т0Г. Канск

и-■-—_

/ Карапсель

' Новый Путь

/R«75

4/"f Зеленый Луг Чечеул Ашкаул

V9497 ,—0 '

Узлы дорожной сети в населенных пунктах (центроиды объектов) Узлы дорожной сети вне населенных пунктов

Дуги дорожной сети получены из слоя автодорог

Узлы сети

Код НП (РК)

Название Население

1 Автодороги

б)

Код дороги (РК)

Узел 1 (FK) Узел 3(FK)

Значение Тип покрытия Протяженность

а)

В)

Рис. 14. Сетевая модель автодорог: а) - модель "дуга-узел"; б) - представление узлов и дуг в реляционной базе данных; в) — изохроны удаленности от г. Канск

В разделе 4.5 сформулированы основные выводы по созданию цифровых моделей географических объектов и явлений по цифровым картам в ГИС.

В Заключении изложены основные результаты представленной работы.

В приложениях содержатся фрагменты моделей рельефа и транспортной доступности, иллюстрации к ГИС "Особо охраняемые природные территории Красноярского края", ГИС "Эксплуатируемые месторождения полезных ископаемых Красноярского края", приводится структура ГИС ТКК ПР.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе были получены следующие результаты.

• Разработана система обработки и актуализации цифровых карт Роскар-тографии масштаба 1 :itl 000000 и 1 : 200000 в ГИС. Предложена методика отображения иерархической модели данных картографических систем в объектно-реляционную модель ГИС. Создан комплекс программ для преобразования цифровых карт из формата Ф1М и интегрального файла в форматы ГИС Maplnfo и ArcView, преобразования систем координат картографических проекций, сводки и сшивки планшетов карт. Выполнена генерализация карт масштаба 1 : 1000000 и получена серия мелкомасштабных топографических основ.

• Реализована система сбора, обработки, хранения и распространения информации отраслевых кадастров в единой пространственной базе данных с привязкой к картографической основе. На основе предложенной в работе схемы интеграции, программно-технических и телекоммуникационных средств разработаны ГИС особо охраняемых природных территорий, эксплуатируемых месторождений, здоровья населения Красноярского края. Предложены методы эколого-экономического кар-тографировйия в среде Internet на основе WebGIS MapServer и разработанного программного обеспечения. Реализован сетевой многопользовательский доступ к картографическим материалам ГИС ТКК ПР и разработаны ГИС зоны наблюдения Горно-химического комбината и экологический атлас края. <*

• На основе карт Роскартографии с использованием ГИС-технологий созданы цифровые модели размещения населения, транспортной доступности, рельефа. Реализованы алгоритмы пространственного анализа и построения синтетических тематических карт. Разработана модель иерархической дифференциации районов Красноярского края по комплексу показателей, получаемых из статистических источников.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Косяков H.A., Савельев A.C., Гультяев Э.Н. Техническое обеспечение Территориального комплексного кадастра (ТКК) Красноярского края. Проблемы информатизации региона. ПИР-97 // Труды Третьей Всероссийской конференции (Красноярск, 25-27 ноября 1997 г.). - Красноярск: АО "Диалог-Сибирь", 1997.-С 303.

2. Варфоломеев И.В., Гультяев Э.Н., Косяков H.A., Савельев A.C. Техническое обеспечение подготовки цифровых карт для Территориального комплексного кадастра Красноярского края // Материалы Третьей конференции ГИС-Ассоциации "Проблемы ввода и обновления пространственной информации". Москва, 23-27 февраля 1998 г. - С.76-79.

3. Варфоломеев И.В., Лопатин А.П., Ускова Л.М., Скоробогатько Е.В., Гультяев Э.Н., Савельев A.C. Мониторинг лесов в рамках ГИС-Территориаль-ный комплексный кадастр природных ресурсов Красноярского края // Тезисы докладов международного совещания «Методы оценки состояния и устойчивости лесных экосистем». Красноярск, Институт леса СО РАН, 8-13 августа 1999 г. - С. 216.

4. Варфоломеев И.В., Лопатин А.П., Деменюк А.Ф., Савельев A.C., Гультяев Э.Н. ГИС зоны наблюдения Горно-химического комбината // Материалы 2-й всерос. конф. "Проблемы региональной экологии", г. Томск, 15-19 мая 2000г. - г. Новосибирск: изд-во СО РАН - 2000 г.- Вып. 8. - С.115-116.

5. Савельев A.C., Лопатин А.П., Янкевич В.В. Электронный экологический атлас Красноярского края // Материалы VII научно-практической и методической конференции, посвященной 100-летию Красноярского отдела Русского географического общества. Красноярск, 26-28 апреля 2001 г. -Красноярск: РИО КГПУ, 2001. - С.90-91.

6. Савельев A.C., Янкевич В.В. Картографирование динамики характеристик районов Красноярского края в Интернете // Информатика и информационные технологии: Материалы межвуз. научн. конф. / Под. ред. Ю.А. Шитова. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002. - С. 246-254.

7. Савельев A.C., Мажаров В.Ф. Классификация административных районов Красноярского края на основе комплекса интегральных антропогенных и природных показателей // Общественное здоровье третьего тысячелетия: Материалы XXXVI научной конференции НИИ КПГПЗ СО РАМН / Под ред. В.Д. Суржикова. - Новокузнецк, 2002. - С. 68-71.

8. Варфоломеев И.В., Ермакова И.Г., Савельев A.C. Рабочая тетрадь для практических занятий по тематическому картографированию с использованием ГИС-технологий: Методические указания для студентов специальности 071902. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001. - 24 с.

9. Варфоломеев И.В., Савельев A.C. Представление и обработка пространственных данных в ГИС: Методические указания для студентов специальности 071902. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002. - 32 с.

10. Варфоломеев И.В., Савельев A.C. Алгоритмы и структуры данных геоинформационных систем: Методические указания для студентов специально-сти'071902. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2003. - 34 с.

A.C. Савельев

Савельев Андрей Сергеевич

АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ОБРАБОТКИ ЦИФРОВЫХ КАРТ ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО КОМПЛЕКСНОГО КАДАСТРА ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

Специальность 05.11.13 - приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Отпечатано с готовых оригинал-макетов Подписано в печать 10.10.03. Формат 84 х 108 '/32 Усл.печ. л. 1,47. Уч.издл. 1,2. Тираж 100 экз. Заказ № 5047.

Отпечатано Издательством «КЛАРЕТНАИУМ». Полиграфическая лицензия ПОД № 48-65 от 22. 02.1999. 660049, г. Красноярск, а/я 1023 Телефоны: (3912) 27-94-00, 27-88-48 e-mail: info @ claret.krsn.ru http://claret.krsn.ru

I117 09 7

loo?'A

ч &T7

и i -i,

Введение

1 Обзор систем обработки цифровых карт в ГИС

1.1 Геоинформационные системы и технологии

1.1.1 Модели и структуры данных

1.1.2 Обработка пространственных данных в ГИС

1.1.3 Системы управления базами данных

1.2 Цифровые карты в геоинформационных системах

1.3 Обзор существующих кадастровых систем

1.4 ГИС - Территориальный комплексный кадастр природных ресурсов Красноярского края

1.5 Математико-картографические модели в ГИС

1.6 Выводы

2 Технология обработки цифровых карт в ГИС

2.1 Модели цифровых карт Роскартографии в ГИС

2.1.1 Математическая основа и проекции цифровых карт

2.1.2 Топологическая структура цифровой карты

2.1.3 Формат цифровой картографической информации Ф1М

2.1.4 Модель картографической информации и структура интегрального файла

2.2 Система обработки цифровых карт Роскартографии

2.2.1 Методика и программы отображения иерархических моделей цифровых карт в объектно-реляционную модель ГИС

2.2.2 Создание производных картографических продуктов

2.2.3 Преобразования систем координат и картографических проекций

2.2.4 Пространственный оверлей

2.2.5 Размещение подписей объектов на карте

2.3 Выводы

3 Проектирование ГИС Территориального комплексного кадастра природных ресурсов

3.1 Программно-техническое обеспечение ГИС

3.1.1 Средства ввода пространственных данных в ГИС

3.1.2 Интерактивные средства наполнения баз данных в Intra-сети

3.1.3 Архитектура хранилища данных

3.1.4 Средства подготовки тематических карт

3.2 ГИС «Особо охраняемые природные территории».

3.2.1 Структура и содержание системы

3.2.2 Схема базы данных

3.3.3 Технические аспекты реализации системы

3.3 ГИС "Эксплуатируемые месторождения полезных ископаемых"

3.4 ГИС "Здоровье населения"

3.4.1 Информационная структура системы

3.4.2 Схема базы данных

3.4.3 Технические аспекты реализации системы

3.5 Средства представления картографических моделей в сети

Интернет

3.5.1 Архитектура WebGIS-cepeepa MapServer

3.5.2 Динамическое построение тематических карт на MapScript

3.5.3 ГИС зоны наблюдения Горно-химического комбината

3.5.4 Экологический атлас Красноярского края

3.6 Выводы

4 Создание моделей географических объектов и явлений по цифровым картам

4.1 Модели пространственного размещения населенных пунктов

4.1.1 Модель равномерности размещения населенных пунктов.

4.1.2 Картографирование демографического потенциала

4.1.3 Картографирование плотности населения

4.2 Классификация административных районов

4.2.1. Вычисление матрицы таксономических расстояний

4.2.2 Выделение классов на основе метода динамических ядер

4.2.3 Программное обеспечение классификации районов

4.2.4 Интерпретация результатов классификации

4.3 Моделирование топографических поверхностей

4.3.1 Гипсометрические карты рельефа

4.3.2 Нерегулярные триангуляционные сети (TIN).

4.3.3 Расчет угла и экспозиции склона в TIN-модели

4.3.4 Преобразование триангуляционной сети в регулярную сеть

4.3.5 Расчет угла и экспозиции склона в регулярной сети

4.4 Моделирование транспортной доступности

4.4.1 Транспортные коридоры

4.4.2 Представление автомобильных дорог в модели "дуга-узел"

4.4.3 Алгоритмы и программы анализа транспортной доступности

4.5 Выводы

Актуальность темы исследования

Решение проблемы рационального использования природных ресурсов невозможно без эффективной системы учета, оценки, прогнозирования их состояния. Сложная структура и большие объемы информации обуславливают использование в системах управления природно-ресурсным комплексом современных информационных технологий. Задачи сбора и автоматической обработки информации о природных и социально-экономических системах с целью изучения их структуры, связей и динамики посредством математического моделирования и компьютерной техники в последние десятилетия выделились в самостоятельное научное направление — геоинформатику.

Красноярский край является одним из наиболее богатых природными ресурсами регионов России. С целью информационно-аналитического обеспечения рационального управления природно-ресурсным комплексом и обеспечения экологической безопасности населения в Красноярском крае создается ГИС Территориальный комплексный кадастр природных ресурсов (ГИС ТКК ПР).

При проектировании кадастров на основе геоинформационных технологий особую важность приобретает разработка цифрового картографического обеспечения, так как информация о природных ресурсах имеет пространственный характер и традиционно отображается в географии картографическими методами. Основными проблемами в реализации методов работы с цифровыми картами при помощи ГИС являются формализация картографической информации, создание цифровых моделей и методов их обработки.

Комплексный и многоуровневый характер географической информации обуславливает необходимость использования при проектировании системного подхода, с позиций которого обработка цифровых карт выполняется в рамках системы "создание-использование карт". Подсистема создания карт включает средства ввода и обработки пространственной информации в ГИС.

Использование цифровых карт проходит в двух направлениях: для географической привязки тематической информации кадастра и для создания моделей исследования географических объектов и явлений.

Картографические модели наилучшим образом могут быть представлены в иерархических моделях данных на основе древовидного классификатора картографической информации. Цифровые карты Роскартографии, используемые в ГИС ТКК ПР, распространятся в форматах интегрального файла и Ф1М, имеющих иерархическую структуру. В современном программном обеспечении ГИС чаще всего используется объектно-реляционная модель данных. Для использования цифровых карт Роскартографии в ГИС необходимы средства отображения иерархической модели цифровой карты на объектно-реляционную модель ГИС. Среди множества координатных моделей пространственно - распределенных данных можно выделить объединяющие их базовые концепции. Поэтому возможно определение отношений эквивалентности и отображений между моделями, обеспечивающих эквивалентные преобразования.

В ГИС ТКК ПР выработка программ и рекомендаций по использованию природных ресурсов и развитию природно-ресурсного блока экономики края осуществляется на основе информационных ресурсов отраслевых комитетов, управлений и органов государственного контроля. Для этого необходима разработка системы сбора, обработки, хранения и распространения тематической информации отраслевых кадастров в единой пространственной базе данных с привязкой к топографической основе.

Карты как модели обладают ценными гносеологическими свойствами, позволяющими использовать их в исследованиях географических объектов и явлений. Информация, имеющаяся на цифровых топографических картах Роскартографии, может быть использована при разработке моделей размещения населения, транспортной доступности, гидрологии, рельефа и т.д. на основе методов математико-картографического моделирования. Актуальность изучения вопросов автоматизации в экономико-географических исследованиях определяется необходимостью эффективного использования больших массивов данных для задач рационального природопользования, охраны окружающей среды и расширением сферы их практического применения.

Цель работы - разработка методического и программно-технического обеспечения для обработки и анализа цифровых карт в ГИС ТКК ПР. Исходя из поставленной цели, в диссертации решаются следующие задачи:

• анализ существующих методов и технологий создания и использования цифровых карт, моделей данных геоинформационных систем и алгоритмов обработки пространственно - распределенных данных;

• создание методики и программного обеспечения для обработки цифровых карт Роскартографии в геоинформационных системах;

• проектирование программно-технических средств сбора, обработки, хранения и распространения пространственных данных в ГИС ТКК ПР Красноярского края;

• создание цифровых моделей и алгоритмического обеспечения для выполнения исследований объектов и явлений действительности по картам с применением геоинформационных технологий.

Научная новизна работы

• Комплексно исследована проблема разработки цифрового картографического обеспечения ГИС ТКК ПР на основе цифровых карт Роскартографии средствами геоинформационных систем.

• Предложена методика отображения иерархической модели данных картографических систем в объектно-реляционную модель ГИС, основанная на хранении классификатора картографической информации, характеристик объектов и топологической информации в реляционных базах данных. На ее основе разработан комплекс программ конвертации карт из формата Ф1М и интегрального файла в ГИС без потерь информации.

• Разработано программно-техническое обеспечение сбора, обработки, хранения и распространения информации отраслевых кадастров в единой пространственной базе данных ГИС ТКК ПР.

• Верифицированы методы тематического картографирования Красноярского края на основе информации цифровых топографических карт, ГИС-технологий и существующих географических моделей. Построены цифровые модели размещения населения, транспортной доступности, рельефа, классификации административных районов Красноярского края.

• Предложены методы эколого-экономического картографирования в среде Internet на основе WebGIS MapServer и разработанного программного обеспечения. Реализована система сетевого многопользовательского доступа к материалам ГИС ТКК ПР с динамической генерацией тематических карт.

На защиту выносится:

1. Методика отображения иерархической модели данных картографических систем в объектно-реляционную модель ГИС и разработанная на ее основе технология обработки цифровых карт Роскартографии.

2. Программно-техническое обеспечение сбора, обработки, хранения, распространения информации отраслевых кадастров в единой пространственной базе данных ГИС ТКК ПР.

3. Методы и результаты геоинформационного картографирования размещения населения, транспортной доступности, рельефа Красноярского края на основе информации цифровых топографических карт.

Личный вклад автора

Автором обобщен технологический опыт проектирования цифровых карт в геоинформационных системах и разработаны программно-технические средства подготовки картографического обеспечения ГИС ТКК ПР. В работах по созданию ГИС особо охраняемых природных территорий, ГИС эксплуатируемых месторождений и ГИС здоровья населения Красноярского края автор принимал участие на этапах разработки архитектуры систем, проектирования структур баз данных и создания программного обеспечения. В исследовании гносеологических аспектов цифровой картографии автором разработан комплекс программ, позволяющих использовать информацию топографических карт для создания синтетических карт.

Структура и объем диссертации

Материалы диссертации изложены на 181 странице машинописного текста. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 127 наименований, из которых 28 на иностранных языках. Работа содержит 64 рисунка и 4 таблицы. В приложениях приведены иллюстрации к разработанным цифровым моделям географических явлений и геоинформационным системам.

4.5 Выводы

В главе верифицированы методы тематического картографирования Красноярского края на основе информации топографических карт, ГИС-технологий и существующих географических моделей. На основе информации цифровых карт, были построены цифровые модели размещения населения, транспортной доступности, рельефа Красноярского края. Построена модель классификации административных районов края.

Модели размещения населения представлены синтетическими картами равномерности размещения населения, демографического потенциала, плотности населения.

По слою изолиний рельефа и отметкам высот созданы гипсометрические карты. Для создания цифровых моделей местности в виде TIN разработана программа, реализующая алгоритм Уотсона триангуляции Делоне. Модель TIN использовалась для построения карт углов и экспозиции склонов. На ее основе построены растровые модели DEM, в которых операции пространственного анализа выполняются на порядки быстрее.

На основе слоев автомобильных, железных дорог и рек с характеристиками судоходности созданы модели транспортной доступности. Наиболее простым и легко интерпретируемым способом построения таких карт являются транспортные коридоры. Автомобильные и железные дороги представлены в модели ГИС "узел-дуга", что позволило реализовать операции поиска оптимальных путей движения между пунктами, строить карты изохрон удаленности от заданного пункта.

Способ классификации административных районов по комплексу показателей заключается в выделении классов на основе вычисленных расстояний между объектами в ортонормированном пространстве их характеристик. Группирование объектов производится на основе вычисленной матрицы таксономических расстояний с использованием метода динамических ядер. Результат представляется в виде дендрита и тематической карты.

Заключение

В работе были получены следующие результаты.

• Разработана система обработки и актуализации цифровых карт Роскартографии масштаба 1 : 1000000 и 1 : 200000 в ГИС. Предложена методика отображения иерархической модели данных картографических систем в объектно-реляционную модель ГИС. Создан комплекс программ для преобразования цифровых карт из формата Ф1М и интегрального файла в форматы ГИС Maplnfo и ArcView, преобразования систем координат картографических проекций, сводки и сшивки планшетов карт. Выполнена генерализация карт масштаба 1 : 1000000 и получена серия мелкомасштабных топографических основ.

• Реализована система сбора, обработки, хранения и распространения информации отраслевых кадастров в единой пространственной базе данных с привязкой к картографической основе. На основе предложенной в работе схемы интеграции программно-технических и телекоммуникационных средств разработаны ГИС особо охраняемых природных территорий, эксплуатируемых месторождений, здоровья населения Красноярского края. Предложены методы эколого-экономического картографирования в среде Internet на основе WebGIS MapServer и разработанного программного обеспечения. Реализован сетевой многопользовательский доступ к картографическим материалам ГИС ТКК ПР и разработаны ГИС зоны наблюдения Горно-химического комбината и экологический атлас края.

• На основе карт Роскартографии с использованием ГИС-технологий созданы цифровые модели размещения населения, транспортной доступности, рельефа. Реализованы алгоритмы пространственного анализа и построения синтетических тематических карт. Разработана модель иерархической дифференциации районов Красноярского края по комплексу показателей, получаемых из статистических источников.

Практическое значение и внедрение результатов работы

• Преобразованные в форматы Maplnfo и ArcView цифровые топографические карты масштаба 1 : 1000000 и 1 : 200000 применяются в ГИС ТКК ПР для пространственной привязки тематических данных Красноярским филиалом Госцентра "Природа" и Красноярским научно-исследовательским институтом геологии и минерального сырья.

• ГИС ООПТ используется в ГУ «Дирекция по особо охраняемым природным территориям Красноярского края» при паспортизации ООПТ.

• ГИС эксплуатируемых месторождений полезных ископаемых Красноярского края используется в ГУ Центр реализации программ по экологии и природопользованию администрации Красноярского края.

• Цифровые модели размещения населения, транспортной доступности и рельефа были использованы при подготовке к изданию серии среднемас-штабных карт Красноярского края.

• Созданная при помощи картографического WEB-сервера Mapserver ГИС зоны наблюдения Горно-химического комбината использовалась при разработке проекта тома "Оценки воздействия на окружающую среду действующих и проектируемых объектов ГХК".

1. Андреев, A.M. Объектно-ориентированный подход к проектированию ГИС / A.M. Андреев, Д.В. Березкин // Геодезия и картография. 1995. -№9.-С. 41-44.

2. Атре, Ш. Структурный подход к организации баз данных / Ш. Атре. -М.: Финансы и статистика, 1983. 320 с.

3. Безруков, В.Б. Проект геоинформационной технологии для создания отраслевых кадастровых систем / В.Б. Безруков, В.А. Бурцев, С.А. Дмитриев и др. // ГИС-обозрение. 1994, Зима. - С. 16-19.

4. Бендерский, Ю.Г. Проблемы экономической оценки приро дно-ресурсного потенциала Красноярского края / Ю.Г. Бендерский, И.В. Варфоломеев, А.П. Лопатин. Красноярск: "Кларетианум", 2001. - 95с.

5. Берлянт, A.M. Картография: Учебник для вузов / A.M. Берлянт. -М.: Аспект Пресс, 2001. -336 с.

6. Берлянт, A.M. Справочник по картографии / A.M. Берлянт, А.В. Геды-мин, Ю.Г. Кельнер. М.: Недра, 1988. - 428 с.

7. Бессмертный, А.Н. Опыт использования геоинформационных систем в региональной распределенной компьютерной сети Ярославской области / А.Н. Бессмертный, Е.А. Улисков // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 2001. - №2-3. - С.27-29.

8. Бобровски, С. Oracle-7 и вычисления клиент-сервер / С. Бобровски. -М.: "Лори", 1996.-651 с.

9. Бойко, В.В. Проектирование баз данных информационных систем / В.В. Бойко, В.М. Савинков. М.: Финансы и статистика, 1989. - 351 с.

10. Бондарчук, Е.А. Социально-экономическая информация в ГИС / Е.А. Бондарчук // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 2001. -№2-3. - С.36-38.

11. Бугаевский, Л.М. Преобразования координат из одной картографической проекции в другую / Л.М. Бугаевский, Ю.И. Маркузе // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2000. - №6. - С.3-19.

12. Васмут, А.С. Автоматизация и математические методы в картосостав-лении: Учеб. пособие для вузов / А.С. Васмут, Л.М. Бугаевский, A.M. Портнов. М.: Недра, 1991г. - 391 с.

13. Вахрамеева, Л.А. Математическая картография: Учебник для вузов / Л.А. Вахрамеева, Л.М. Бугаевский, З.Л. Казакова. М.: Недра. - 1986. -286 с.

14. Вирт, Н. Алгоритмы и структуры данных / Н. Вирт. М.: Мир, 1989. -360 с.

15. Гераськин, С. Публикация геоданных в Интернете / С. Гераськин, Н. Назаренко // PC Magazine Russian edition. 1999. - №3.

16. Гонин Г.Б. Космические съемки Земли / Г.Б. Гонин. Л.: Недра, 1989. -252 с.

17. ГОСТ 21667-76. Картография. Термины и определения. Введ. 07.01.77.

18. ГОСТ 28441-99. Картография цифровая. Термины и определения. -Взамен ГОСТ 28441-90; Введ. 07.01.2000.

19. ГОСТ Р 50828-95. Геоинформационное картографирование. Пространственные данные, цифровые и электронные карты. Общие требования. -Введ. 07.01.96.

20. ГОСТ Р 51605-2000. Карты цифровые топографические. Общие требования.-Введ. 01.01.2001.

21. ГОСТ Р 51606-2000. Карты цифровые топографические. Система классификации и кодирования цифровой картографической информации. Общие требования. Введ. 01.01.2001.

22. ГОСТ 51607-2000. Карты цифровые топографические. Правила цифрового описания картографической информации. Общие требования. -Введ. 01.01.2001.

23. ГОСТ 51608-2000. Карты цифровые топографические. Требования к качеству. Введ. 01.01.2001.

24. Грабер, М. Введение в SQL / М. Грабер. М.: Лори, 1996. - 379 с.

25. Грабер, М. Справочное руководство по SQL / М. Грабер. М.: Лори,1997.-291 с.

26. Грэй, П. Логика, алгебра и базы данных / П. Грэй М.: Машиностроение, 1989. - 368 с.

27. Дейт, К. Введение в системы баз данных / К. Дейт. Киев: Диалектика,1998.-784 с.

28. Дейт, К. Руководство по реляционной СУБД DB2 / К. Дейт. М.: Финансы и статистика, 1988. - 320 с.

29. Демидович, Б.П. Основы вычислительной математики / Б.П. Демидо-вич, И.А. Марон М.: Наука, 1970. - 664 с.

30. Жалковский, Е.А. Прогрессивные технологии картографо-геодезического обеспечения Российской Федерации / Е.А. Жалковский // Геодезия и картография. 1994. - №3. - С.8-13.

31. Жданов, Н.Д. Описание обменного формата интегрального файла цифровой картографической информации / Н.Д. Жданов, Е.А. Жалковский, В.Н. Александров, Л.Г. Палло. Федеральная служба геодезии и картографии России, 1997. - 78 с.

32. Жданов, Н.Д. Классификатор картографической информации цифровой карты (F1M) / Н.Д. Жданов, Е.А. Жалковский, В.Н. Александров, Л.Г. Палло. Федеральная служба геодезии и картографии России, 1993 -34 с.

33. Зайченко, В.Ю. Методологические вопросы геоинформатики / В.Ю. Зайченко // Геоинформатика. 1998. - №4. - С. 16-20.

34. Замай, С.С. Программное обеспечение и технологии геоинформационных систем / С.С. Замай, О.Э. Якубайлик. Красноярск: Изд-во СО РАН, 1998.- 100с.

35. Капралов, Е.Г. Формат F1M. Мнение / Е.Г. Капралов // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 1997. - №2. - С.26.

36. Киенко, Ю.П. Введение в космическое природоведение и картографирование: Учебник для вузов / Ю.П. Киенко. М.: Картгеоцентр - Гео-дезиздат. - 1994. - 212 с.

37. Кинг, Д. Создание эффективного программного обеспечения / Д. Кинг. М.: Мир, 1991.-288 с.

38. Кириллов, С.А. Создание качественных цифровых карт / С.А. Кириллов // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. -1996. №4. - С.24-25.

39. Кнут, Д.Э. Искусство программирования, том 3. Сортировка и поиск / Д.Э. Кнут. М.: Издательский дом "Вильяме". - 2000. - 832с.

40. Козырь, В.И. Вопросы защиты конфиденциальной информации / В.И. Козырь // ГИС-обозрение. 1998. - №3. С. 27-28.

41. Комосов, Ю.А., Рогачев А.В. Цифровые карты в ГосГИСцентре / Ю.А. Комосов, А.В. Рогачев // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 1996. - №3.

42. Копаев, Г.В. Цифровые карты России масштаба 1 : 1000000 / Г.В. Копа-ев, В.В. Грошев // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. -1996. №3. - С.17-18.

43. Королев, Ю.К. Модели данных геоинформационных систем / Ю.К. Королев // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 1998. - №2. -С.70-72.

44. Коропачинский, И.Ю. Электронные публикации биологических данных / И.Ю. Коропачинский, Ю.И. Шокин, К.С. Байков, Н.Б. Ермаков, A.M. Федотов // Тезисы IV Международного рабочего совещания по электронным публикациям (E1-PUB-99). Новосибирск, 1999.

45. Косяков, Н.А. Техническое обеспечение Территориального комплексного кадастра (ТКК) Красноярского края / Н.А. Косяков, А.С. Савельев, Э.Н. Гультяев. // Сб. науч. тр. «Проблемы информатизации региона». -Красноярск: АО "Диалог-Сибирь", 1997. С. 303.

46. Кошкарев, А.В. Геоинформатика / А.В. Кошкарев , B.C. Тикунов. М.: Картоцентр-Геоиздат. - 1993. - 213с.

47. Кравченко, Ю.А. О некоторых проблемах цифрового картографирования / Ю.А. Кравченко, А.Ф. Чепкасов // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 1996. - № 3. - С.24-25.

48. Крыловский, И.JI. Опыт внедрения зарубежного и создания отечественного программного обеспечения для горнодобывающей промышленности / И.Л. Крыловский, М.Ю. Каймин // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 1996. - №4. - С.32-33.

49. Кузнецов, С.Д. Введение в системы управления базами данных / С.Д. Кузнецов // СУБД. 1995. - №1,2,3,4; 1996. - №1,2,3,4,5.

50. Кузнецов, С.Д. Операционные системы для управления базами данных / С.Д. Кузнецов // СУБД. 1996. - №3. - С.95-102.

51. Лапко, А.В. Имитационные модели пространственно-распределенных экологических систем / А.В. Лапко, Н.В. Цугленок, Г.И. Цугленок. -Новосибирск: Наука, 1999. 190 с.

52. Лупян, Е.А. Данные спутникового дистанционного зондирования в компьютерных сетях Internet / Е.А. Лупян, А.А. Мазуров // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 1997. - №3. - С.40-41.

53. Лычагин, А.В. Создание приложений конечного пользователя в среде Maplnfo / А.В. Лычагин // Муниципальные ГИС: Матер.конф. -Обнинск. 1995. - С.32-34.

54. Макеев, В.Н. Комплексный мониторинг в эколого-экономической оценке территории Ханты-Мансийского автономного округа / В.Н. Макеев, В.А. Дикунец, В.И. Кудрин // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 2001. - №1. - С. 12-13.

55. Малышев, С.В. ГИС-технологии компании ESRI / С.В. Малышев // Муниципальные ГИС: Матер.конф. Обнинск. - 1995. - С. 15-16.

56. Мартыненко, А.И. Картографическое моделирование и геоинформационные системы / А.И. Мартыненко // Геодезия и картография. 1994. -№9.-С. 43^45.

57. Мейер, М. Теория реляционных баз данных / М. Мейер. М.: Мир, 1987.-608 с.

58. Моделирование социо-эколого-экономической системы региона / Под ред. В.И.Гурмана, Е.В.Рюминой. М.: Наука, 2001г. - 175 с.

59. Никитин, А.А. Становление и развитие геоинформатики в СССР и России / А.А. Никитин // Геоинформатика. 1998. -№3. - С.55-56.

60. Новаковский, Б.А. Использование компьютерных технологий в экологическом картографировании / Б.А. Новаковский, М.В. Сыроватская, Н.И. Тульская // Геоинформатика 1997. - №2 - С.36-39.

61. Полшков, Е.А. Отображение трехмерных математических моделей геологических объектов в геоинформационной системе / Е.А. Полшков // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 1997. - №2. - С.65.

62. Прэтт, У. Цифровая обработка изображений / У. Прэтт. М.: Мир, 1982. - Кн.1. - 320 с. - Кн.2. - 780 с.

63. Реймерс, Н.Ф. Особо охраняемые природные территории / Н.Ф. Рей-мерс, Ф.Р. Штильмарк. М.: Мысль, 1978. - 296 с.

64. Рогов, А.Н. Особенности интеграции технологий географических информационных систем и дистанционного зондирования при изучении природных ресурсов / А.Н. Рогов // Отеч. геол. 1994. -№6. - С.60-68.

65. Ружников, Г.М. Геоинформационная система органов государственной власти Иркутской области / Г.М. Ружников, А.Н. Моисеев, В.А. Оглоб-лин и др. // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 2001. -№2-3. - С.30-32.

66. Савельева, И.Л. Природно-ресурсный потенциал районов Иркутской области / И.Л. Савельева, Л.М. Корытный, Л.А. Безруков и др.— Иркутск: Изд-во Сибирского отделения РАН, 1998.

67. Сазонов, Н.В. Мировой опыт становления кадастра / Н.В. Сазонов // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 1996. - №2. - С.25.

68. Салищев, К.А. Картоведение: Учебник / К.А. Салищев. М.: Изд-во МГУ, 1990.-400 с.

69. Симонов, А.В. ГИС и Интернет (обзор информационных ресурсов и технологий) / А.В. Симонов, Е.С. Кикнадзе, П.Г. Плеханов, Н.В. Тро-хинин // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 2001. - №5.- С.23-27.

70. Смирнягин, Л.В Типология и картографирование границ на примере экономических районов США / Л.В. Смирнягин, B.C. Тикунов // Географические границы. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1982. - С.3-15.

71. Сорокин, А. Проблемы обмена пространственной информацией; зарубежный и отечественный опыт / А. Сорокин, И. Мерзлякова // ГИС-обозрение. 1996. - №2. - С. 32-40.

72. Тикунов, B.C. Моделирование в картографии: Учебник / B.C. Тикунов.- М.: Изд-во МГУ, 1997. 405 с.

73. Тикунов, B.C. Типология математико-географических моделей социально-экономических явлений / B.C. Тикунов // Изв. АН СССР. Сер. Геогр.- 1979.-№2.-С. 130-134.

74. Тиори, Т. Проектирование структур баз данных. В 2 кн. / Т. Тиори, Дж. Фрай.-М.: Мир, 1985.-Кн. 1.287 е.: Кн. 2.320 с.

75. Торопов, С.М. Типизация и стандартизация информационных ресурсов управления фондом недр в условиях региональной ГИС / С.М. Торопов // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 1998. - №2. - С.42-44.

76. Урмаев, М.С. Космическая фотограмметрия: Учебник для вузов / М.С. Урмаев. М.: Недра, 1989. - 279 с.

77. Фор, А. Восприятие и распознавание образов / А. Фор. М.: Машиностроение. 1989. - 272 с.

78. Хаббард, Дж. Автоматизированное проектирование баз данных / Дж. Хаббард. М.: Мир, 1984. - 294 с.

79. Цикритзис, Д. Модели данных / Д. Цикритзис, Ф. Лоховски. М.: Финансы и статистика, 1985. - 344 с.

80. Чекалин, В.Ф. Ортотрансформирование фотоснимков / В.Ф. Чекалин. -М: Недра, 1986.- 168 с.

81. Чертко, Н.К. Математические методы в физической географии / Н.К. Чертко. Мн.: Изд-во "Университетское", 1987. - 151 с.

82. Чистов, С.В. Информационное обеспечение экологического картографирования на региональном уровне / С.В. Чистов // Геоинформатика. -1997. №2 - С.44^48.

83. Шлихт, Г.Ю. Цифровая обработка цветных изображений / Г.Ю. Шлихт. М.: Издательство ЭКОМ, 1997. - 336 с.

84. Шокин Ю.И. Распределенные информационные системы / Ю.И. Шо-кин, A.M. Федотов // Вычислительные технологии. Том 3. №5. - 1998.

85. Шустров, Д. Цифровые карты Роскартографии / Д. Шустров // ArcReview (Совместное издание Дата+, ESRI Inc., ERDAS Inc.) 2000.

86. Юркина, М.И. Действующие системы координат в России / М.И. Юр-кина, Л.И. Серебрякова // Известия высших учебных заведений. Раздел геодезия и аэтофотосъемка. 2001. - №3. С. 40-53.

87. Юрова, Н.А. Интеграция отраслевых кадастровых систем в структуре единой ГИС субъекта федерации (опыт Новгородской области) / Н.А. Юрова, М.А. Почепцов // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 1998. - №2. - С.8-9.

88. Яровых, В.Б. Проблемы качества векторных цифровых карт / В.Б. Яровых // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 1996. - №4. - С. 17-19.

89. Яровых, В.Б. Экспресс-оценка качества ЦК при приемке оцифрванного материала / В.Б. Яровых // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 1996. - №4. - С. 19.

90. Яровых, В.Б. Основные понятия геоинформатики и цифровой картографии / В.Б. Яровых, Е.Г. Капралов // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 2001. - №5. - С. 19.

91. Albaredes, G. Geolnformation through the Internet / G. Albaredes // Geolnformatics. Vol.1. - 1998. - pp. 6-7

92. Alexandroff, P. Elementary Concepts of Topology / P. Alexandroff. NY.: Dover Publications Inc. - 1961.

93. ANSI X3.135-1992. American National Standart for Information Systems -Database Language (SQL). November 1992.

94. Chen, Z.T. Quadtree representation of digital terrain / Z.T. Chen, W.R. To-bler // Proceedings Autocarto, London. 1986. - pp. 475-484.

95. Christaller, W. The central places of southern Germany / W. Christaller. -Baskin CW, trans. Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ. 1966. - 230 pp.

96. Christensen, J. Fitting triangulation to contour lines / J. Christensen // Proceedings AUTOCARTO 8, Baltimore, Maryland. 1987. - pp. 57-67.

97. Codd, E.F. A relational model of data for large shared data banks / E.F. Codd. Commun. ACM, 13. - 1970. - pp. 377-387.

98. De Floriani, L. Hierarchical triangulation for multiresolution surface description / L. De Floriani, E. Puppo // ACM Transactions on Graphics. -№14,- 1995.-pp. 363-411.

99. Doerschler, J.S. A rule-based system for dense-map name placement / J.S. Doerschler, H. Freeman // Communications of the ACM. 1992. - vol(l) №35.-pp. 68-79.

100. Douglas, D.H. Algorithms for the reduction of the number of points required to represent a digitized line or its caricature / D.H. Douglas, Т.К. Peucker // The Canadian Cartographer. 1973. - №10. - pp. 112-122.

101. Egenhofer, M. Point-Set Topological Spatial Relations / M. Egenhofer // International Journal Geographical Information Systems. -1991. -№5. pp. 161-174.

102. Eklund, P.W. A Dynamic Multi-source Dijkstra's Algorithm for Vehicle Routing / P.W. Eklund, S.D. Kirkby and S.E. Pollitt // Australian and New Zealand Conference on Intelligent Information Systems (ANZIIS '96). -IEEE press. 1996. - pp. 329-333.

103. Frank, A. Cell Graph: A Provable Correct Method for the Storage of Geometry / A. Frank, W. Kuhn // Second International Symposium on Spatial Data Handling, Seattle, WA. -1986. pp. 411-436.

104. Frank, A. U. Geographic information business in the next century / A. U. Frank // Proceedings of Third Joint European Conference on Geographical Information. Amsterdam: IOS Press. - Vol. 1. - pp. 13-22.

105. Franklin, W.R. Efficient intersection calculations in large databases / W.R. Franklin // Proceedings International Carthographic association 14th World Conference, Budapest. 1989. - pp. A62-A63.

106. Franklin, W.R. Geometric computing and the uniform grid data technique / W.R. Franklin, M. Kankanhalli, C. Narayanaswami // Computer Aided Design. 1989.-№21.-pp. 410-420.

107. Fuchs, H. Optiamal surface reconstruction from planar contours / H. Fuchs, S.P. Uselton, Z. Zedem // Communications of the ACM. 1977. - vol(20) №30. - pp. 693-702.

108. Goodchild, M. F. Spatial data representation and basic operations on triangular hierarchical data structure / M. F. Goodchild, Y. Shiren, et al. // National Center for Geographic Information and Analysis. Santa Barbara. -Technical Report 91-8.

109. Kirkby, S. Implementing shortest-path algorithms in a 3-Dimensional GIS / S. Kirkby, S. Pollitt and P. Eklund // 7th International Symposium on Spatial Information Systems, Delpht, The Netherlands. 1996. - p. 7B, 31.

110. Mirante, A. The Radial Sweep Algorithm for constructing Triangulated Irregular Networks / A. Mirante, N. Weingarten // IEEE Computer Graphics and Aplications. 1982. - vol 2, №3.

111. Mitasova I. Approaches to data modeling in GIS /1. Mitasova, J. Visovkova, M. Hajek // Proceedings Intercarto 3: GIS for environmentally sustainable development. Novosibirsk. - 1997. - pp. 197-207.

112. Petrie, G. Modeling, interpolation and contouring procedures / G. Petrie // Terrain modeling in Survey and Civil Engineering. London: Whitless Publishing - Thomas Telfold. - 1990. - pp. 112-127.

113. Renka, R.J. Multivariate interpolation of large sets of scattered data / R.J. Renka // ACM Trans. Math. Softw. 14(2): 139 148. - June 1998.

114. Sloan, K.R. Surface reconstruction from sparse data / K.R. Sloan, L.D. Hre-chanyk // Proceedings Conference on Pattern Recognition and Image Processing. 1981.-pp. 45-48.

115. Sloan, S.W. An Implementation of Watson's Algorithm for Computing 2-D Delauney Triangulations / S.W. Sloan, G.T. Houlsby // Advanced Engineering Software. 1984. - vol 6, №4.

116. Takeyama, M. Map dynamics: Integrating cellular automata and GIS through Geo-Algebra / M. Takeyama, H. Couclelis. // International Journal of Geographical Information Science. 1997. - vol(l 1) №1 . - pp. 73-91.

117. Von Herzen, B. Accurate triangulations of deformed, intersecting surfaces / B. von Herzen, A.H. Barr // Computer Graphics. 1987. - № 21. - pp. 103—110.

118. Wenninger, H. Terra Bavaria. Cadastral Data on the Internet / H. Wenninger, M. Wandinger. // Geolnformatics. 1998. - Vol(l) №1. - pp. 32-35.