автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизация технологии цифрового картографирования на базе геоинформационных систем

На правах рукописи

РГБ ОД

3 О МАП 2303

ДЕНИСОВ Александр Николаевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЦИФРОВОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ НА БАЗЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств (промышленность)

Автореферат диссертации иа соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете.

Научный руководитель -Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Л.В. Черненькая

доктор технических наук, член-корреспондент РАЕН Н.Ф. Афанасьев

кандидат технических наук, доцент B.C. Королев

Ведущая организация: Ассоциация центров инжиниринга

и автоматизации

Защита диссертации состоится « 30» 2000 года в

часов иа заседании диссертационного совета К 063.38.28 в Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29, главное здание, аул.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного технического университета.

Автореферат разослан л ^/¡¿^¿j) 2000 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета У^ ~ - Н.М.Чесноков

о2> У О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

С конца 60х годов начались работы по компьютеризации картографии - автоматизация производства бумажных карт, разработка картографических банков данных и создание собственно электронных карт. В основе создаваемых систем лежали многовековые традиции систематического производства бумажных карт, технологий сбора, обработки и представления пространственной информации. Новые возможности и подходы позволяют не только пересмотреть технологии производства карт, уйти от традиционной рутины картографического черчения, но и создают новый взгляд на содержание, наполнение и способы представления пространственной информации.

За это время геоинформационные системы (ГИС) прошли путь от узкоспециализированного инструментария картографов до открытых многоцелевых профессиональных систем. Их бурное развитие обуславливается информационными, экономическими и технологическими потребностями общества в пространственно привязанной информации. Это задачи инвентаризации земель, создания и ведения городского и земельного кадастра, организации ведомственных и административных информационных систем от навигации автотранспорта до управления и планирования развитием территорий и многие другие. Мощный дополнительный инструмент дает ГИС и для традиционных наук о Земле - геологии, географии, экологии.

ГИС представляют собой системы, интегрирующие в себе основные свойства автоматизированных систем управления (АСУ), систем автоматизированного проектирования (САПР) и автоматизированных систем картографирования (АСК).

Основополагающими стали работы Р.Ф.Томлинсона, О.Саламонссона, Т.Германсена, У.Марбла, Р.А.Бэрроу, М.Ф.Гудчайлда, Дж.Данжермонда. С 70х годов начались научно-исследовательские работы по автоматизации картографирования и обработке данных дистанционного зондирования под руководством Ю.Г.Васина, А.С.Васмута, А.А.Чигирева, Д.В.Лисицкого, В.ГШяткина, А.В.Кошкарева, В.С.Тикунова и др. За это время сформировался понятийный аппарат, система подходов к моделированию данных в ГИС, технология применения моделей и построения на их основе программно-аппаратных реализаций.

Современные ГИС обеспечивают решение очень широкого круга задач. Однако на основе анализа литературных источников и опыта применения мощных инструментальных ГИС в прикладных областях можно сделать вывод, что при массовом производстве геоинформационной продукции особое значение приобретает задача организации конвейера - постоянного единообразного выполнения одних и тех же операций, контроль за соблюдением заданных свойств продукции, организация процедур предупреждения и устранения ошибок. Современные ГИС поддерживают большинство из необходимых технологических операций как отдельные шаги. Необходимо создать автоматизированное управление технологией производства геоинформационной продукции, организующее наполнение системы данными, повышающее эффективность процесса

производства и качество продукции. Актуальными являются также задачи проведения анализа и обоснованного выбора базовых программных инструментов, анализа их функциональных возможностей и разработки подходов к их расширению.

Методы исследования. Теоретические основы ГИС создаются и развиваются на базе теории систем управления, математических и картографических подходов к пространственному моделированию, теории обработки изображений и полей, развития теории баз данных, формирования открыть« моделей атрибутивных и пространственных данных, вычислений и программных реализаций.

Связь работы с научными программами и проектами. Тематика и подходы к решению задач в данном исследовании формировались при решении научно-технических проблем, определенных следующими проектами и программами:

1. Федеральная инновационная программа - "Российская инжиниринговая сеть технических нововведений" ("Инжинирингсеть России") - утверждена По. становлением Правительства Российской Федерации от 15 апреля 1994 года №

322 и от 4 декабря 1995 года № 1207 (1993-1998 г.г.),

2. Международная программа COPESTAT - Copernicus Countries Network for Statistics and Information Delivery, Project No 97 (Германия, Польша, Чехия, Венгрия, Словакия, Греция, Россия; 1995-1997г.г.),

3. Международный образовательный проект TEMPUS (TACIS), T-JEP-; 08572-94 (Греция, Бельгия, Россия; 1994-1997гг.).

Комплекс исследований, выполняемых в ходе реализации программ и проектов, проводился под руководством и при участии автора.

Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение эффективности автоматизации промышленного производства геоинформационной продукции за счет разработки архитектуры и программной реализации модуля управления технологическими процессами и ГИС в вариантах локальной прикладной полнофункциональной системы и распределенной системы на базе современных инструментальных средств.

Решение задачи обеспечивается за счет разработки системы управления технологиями использования базовых ГИС, разработки прикладных ГИС, адек-. ватных по набору функций конкретным задачам технологических процессов. Система управления технологиями обеспечивает унификацию подготавливаемых цифровых карт, повышение качества выполнения работ, а также уменьшение стоимости работ и снижение требований к программно-аппаратному обеспечению. Для реализации такого управления разработаны технологические, алгоритмические и программные решения.

Научная новизна работы. Представленная на защиту диссертация является обобщением проведенных автором исследований и разработок, в результате которых решены задачи построения гибких технологий подготовки цифровых карт, настраиваемых на программно-аппаратную среду и различные области приложения. Разработанные подходы имеют большое значение для организации высококачественного и эффективного производства геоинформационной ' продукции. *

Конкретные результаты, обладающие новизной, состоят в следующем:

Проведена структуризация технологических процессов подготовки цифровых карт и ГИС для ряда прикладных областей, в том числе в условиях работы в разнородной среде программно-аппаратных средств, позволяющая использовать единый подход к разработке систем управления технологическими процессами и организации контроля качества продукции.

Разработана архитектура ряда оригинальных прикладных геоинформационных систем, позволивших автоматизировать производство цифровых кадастровых и землеустроительных данных, обработку и анализ геолого-геофизических данных совместно с данными дистанционного зондирования, производство общегеографических карт.

Разработана структура автоматизированной системы создания цифровых карт в распределенной программно-аппаратной среде в окружении ряда инструментальных ГИС, позволяющая настраиваться на прикладные задачи и быстро разворачивать производство новой продукции.

Разработаны алгоритмы и программные средства векторизации и редактирования карт, дополняющие функциональные возможности доступных коммерческих продуктов, позволяющие повысить общую производительность системы и качество создаваемых данных.

Практическая значимость полученных результатов. Результаты исследований послужили основой для реализации технологий производства цифровых картографических материалов и ГИС в ряде организаций и фирм. Апробация автоматизированной технологии производства цифровых карт проведена на фирме "ГИС технологии Санкт-Петербург" (ГТСП) при выполнении ряда международных проектов, в том числе программы COPESTAT, и при создании цифровых карт Греции в широком спектре масштабов - от 1:500 до 1:1 ООО ООО для ряда областей применения - от городских карт для создания административного кадастра до экологических и общегеографических карт.

Разработанные прикладные ГИС поддерживают эффективную обработку материалов кадастровой съемки, гибко настраиваемую на изменения требований заказчика к форматам цифровых данных и формам представления документов, анализ геолого-геофизической информации совместно с данными дистанционного зондирования.

Разработанный подход к автоматизации производства карт в распределенной программно-аппаратной среде послужил основой для постановки ряда технологий подготовки цифровых карт по всему масштабному ряду с использованием промышленных систем типа Arclnfo и Maplnfo.

В результате проведенных исследований стала возможной подготовка цифровых карт, совместимых с Arclnfo, Maplnfo, AutoCAD, на основе разработанного и реализованною автором векторизатора, картографического редактора и ряда утилит преобразования данных.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Методика построения гибких, настраиваемых на различные области приложения, автоматизированных технологий создания цифровых карт в распределенной программно-аппаратной среде.

2. Архитектуры программных решений и реализации ряда прикладных ГИС обработки кадастровой, общегеографической и геолого-геофизической информации совместно с данными дистанционного зондирования.

3. Алгоритмические решения для построения функциональных модулей разработанных ГИС, включая автоматизированную векторизацию полноцветных сканированных карт и ряд других оригинальных алгоритмов.

4. Реализации разработанных ГИС и технологий создания цифровых карт в различном программно-аппаратном окружении, обеспечивающие эффективное промышленное производство геоинформационной продукции с заданными свойствами и структурами данных.

Реализация результатов исследования. Результаты работы реализованы в ходе выполнения: федеральной инновационной программы "Инжинирингсеть России", международной программы COPESTAT и мевдународного образовательного проекта TEMPUS (TACIS).

Разработанные технологические решения и программное обеспечение, средства их настройки на конкретные задачи, области приложения и программно-аппаратные конфигурации использовались при выполнении ряда проектов по создают цифровых карт Греции в широком спектре картографических масштабов в фирме ГТСП.

Разработанное программное обеспечение используется при создании цифровых карт, обработке данных дистанционного зондирования, цифровой поддержке выполнения городских кадастровых работ в НЛП СКИН (Служба Кадастровой Информации) и ВНИИКАМ (ВНИИ Космо-Аэрогеологических Методов).

На основе полученных результатов и с использованием разработанного программного обеспечения создано более тысячи цифровых карт.

Апробадия работы.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: VII Международной научно-методической конференции "Высокие интеллектуальные технологии образования и науки" (Санкт-Петербург, СПбГТУ, 2000); "Четвертой конференции пользователей Arclnfo" (Афины, Греция, 1995); международной "Первой конференции пользователей программных продуктов ESRI и ERDAS" (Москва, 1995), учебно-практической конференции "Организация, технология и опыт ведения кадастровых работ" (Москва, 1997); второй, третьей и четвертой научно-практических конференциях "Географические информационные системы: Теория и практика" (Санкт-Петербург, 1995-1997); международной конференции "Аэрокосмические методы в геологических и экологических исследованиях" (Санкт-Петербург, 1994).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 научные работы, в которых полностью отражены полученные результаты.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (165 наименования) и приложений. Объем диссертации составляет 165 страниц, в том числе 45 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели исследования, определен перечень конкретных задач, которые необходимо решить для достижения поставленных целей, приведен краткий обзор содержания диссертации по главам.

В первой главе проведен обзор современных программно-аппаратных средств автоматизированного производства геоинформационной продукции. Представлены типовые технологии и инструментальные ГИС как средства организации производства.

Современные ГИС представляют собой новый тип интегрированных информационных систем, которые, с одной стороны, включают методы обработки данных многих родственных видов автоматизированных систем (АС), таких как АСУ, АСК, АСНИ,. САПР, а с другой - обладают спецификой в организации и обработке данных. Так, одной из характерных особенностей ГИС является послойная организация пространственно привязанных данных. ГИС являются основой многих автоматизированных систем управления и принятия решений. Это обусловливает повышенный интерес к применению ГИС во многих сферах. Так, в декабре 1996г. было принято постановление Правительства Российской Федерации "ГИС как органы государственной власти (ОГВ)".

Огромный путь прошли ГИС за три десятилетия с момента постановки пионерских работ в создании в конце 60х годов опытных образцов в Канаде (Р.Ф.Томлинсон). За это время сформировался понятийный аппарат, система подходов к моделированию данных в ГИС, технология применения моделей и построения на их основе программно-аппаратных реализаций. Современные программно-аппаратные решения в области ГИС предлагают широкий набор средств создания цифровых карт, реализации на их основе ГИС конечного пользователя как информационных систем, систем моделирования и принятия решений. Активно развиваются ГИС и как средства автоматизации производства традиционных карт на бумажной основе. Инструментальные ГИС, такие как Arclnfo, Mapinfo, MicroStation, ErMapper, ERDAS Imagine, предлагают программные решения для основных задач сбора, приведения в единые картографические проекции, обработки, анализа и визуализации геодезических и картографических материалов, данных дистанционного зондирования.

Современные ГИС хорошо поддерживают исследовательский режим работы, в котором надо выполнить уникальный для объекта набор операций, и режим запроса данных и анализа в системах конечного пользователя. Однако при организации промышленного производства геоинформационной продукции особенное значение приобретает уже не столько возможность выполнения отдельных операций, сколько организация их единообразного повторения для каждого создаваемого листа карты, а также контроль за соблюдением заданных свойств продукции, организация процедур предупреждения и устранения ошибок. Среди контролируемых свойств - структуры данных, наборы условных знаков, картографические проекции, заданное качество представления данных и т.п. Таким образом, встает задача построения автоматизированной системы

управления технологией производства на базе функциональных возможностей используемых ГИС.

ГИС используют растровые и векторные модели пространственных данных, которые могут содержать или не содержать топологические характеристики. Этот подход позволяет классифицировать модели по трем типам: растровая модель, векторная нетопологическая модель, векторная топологическая модель. Все три модели взаимно преобразуемы. Однако вопросы адекватного преобразования их друг в друга являются далеко нетривиальными и составляют объект научных исследований и разработки программно-технических решений.

Для ГИС в прикладных областях основной акцент делается на развитии функционального аппарата анализа данных, разработке адекватной базы моделирования процессов, развитии средств представления данных для визуального анализа и разработке эффективных алгоритмов. Актуальны вопросы повышения эффективности известных подходов и решений. Как правило, при внедрении подобных систем в исследовательских центрах приходится использовать несколько взаимодополняющих программных комплексов и организовывать взаимодействие между ними.

Во второй главе на базе литературных источников и накопленных автором материалов по практической реализации ГИС проектов выполнен анализ проблем, возникающих при организации промышленных технологий производства геоинформационной продукции и при создании ГИС в прикладных областях в различных вариантах используемого программно-аппаратного окружения.

Методология автоматизации технологических процессов предусматривает рациональное распределение технологических операций между человеком-оператором, с одной стороны, и техническими, измерительными и обрабатывающими средствами, с другой стороны. Схема управления технологическим процессом в обобщенном виде представлена на рис. 1. Здесь система управления накапливает информацию о параметрах выполнения отдельных технологических шагов производства, результатах оценки качества продукции на выходном и промежуточных этапах. Система управления действует в интерактивном режиме, предоставляя пользователю средства задания последовательности и параметров очередных процедур обработки данных на основе информации о завершенных технологических операциях, их параметрах и результатах оценки качества полученных результатов.

В работе приведены описание и анализ опыта по постановке технологий использования ряда инструментальных ГИС, экспериментов по сравнению различных вариантов организации работ в применении к созданию административного кадастра, геологическому, экологическому и общегеографическому картированию. Проведен анализ полученных данных по технологиям и трудозатратам, для чего выполнено моделирование технологий в среде программ управления проектами MS Project и TurboProject. Результатом моделирования явилась оптимизация по общему времени выполнения работ над проектом и по затратам ресурсов. Показана обоснованность организации работ в среде нескольких ГИС и необходимость создания системы автоматизированного управления при организации серийного производства карт.

Рис. 1. Обобщенная модель системы управления и контроля качества

Цель создания автоматизированной управляющей системы заключается в сокращении трудозатрат, уменьшении времени подготовки и создания продукции, снижении стоимости производства продукции, повышении качества создаваемой продукции, предупреждении потери данных, повышении устойчивости системы к сбоям технических и программных средств.

В повышении производительности, возможности параллельного выполнения, снижении стоимости программно-аппаратных средств поддержки нуждаются в первую очередь наиболее трудоемкие операции. В работе определены этапы технологии, совершенствование которых позволит повысить производительность и эффективность системы, качество создаваемой геоинформационной продукции, т.е. соответствие объектного состава электронной карты оригиналу, правильность передачи геометрических и атрибутивных характеристик объектов.

При организации работ производства цифровых карт с использованием мощных ГИС (АгсМо, МарМо) как базового ядра слабым местом остается этап оцифровки карт. В АгсГпйэ модуль оцифровки бинарных изображений хорошо развит и с большим запасом покрывает набор задач производства цифровых карт, но не предоставляет возможности полуавтоматической оцифровки полноцветных изображений карт. На основе анализа современных средств оцифровки карт (векторизаторов) можно сделать вывод, что, несмотря на пере-

насыщенность рынка программами векторизации, задача эффективной оцифровки полноцветных изображений пока остается нерешенной.

Проведен анализ функциональной полноты Агс1п& и других ГИС, необходимой для выполнения ГИС проектов. Для ряда областей применения показана недостаточная универсальность алгоритмов, в частности, для построения регулярной цифровой модели рельефа, которую можно получить по векторной карте в изолиниях. В существенном улучшении нуждается и система генерации выходных документов. Это относится как к модулям генерации чисто картографических документов, так и к генерации отчетов, содержащих смешанную описательную и картографическую информацию.

В третьей главе описан ряд разработанных автором алгоритмических, архитектурных и программно-технологических решений при создании прикладных ШС и автоматизации производства геоинформационной продукции.

Для решения задач автоматизированной поддержки технологии производства геоинформационной продукции автором предложен следующий подход (рис. 2). Организующим звеном создаваемой системы является модуль автоматизированной поддержки технологии (модуль управления), которому подчинен модуль организации контроля качества. Проектирование модуля управления проводится на основе принятой для данной технологии структуры данных, последовательности выполнения технологических операций, распределения операций между программными системами и операционными средами (для распределенных технологий), требуемым взаимодействием системы с внешним программно-организационным окружением.

Модуль управления отвечает за соблюдение соглашений о структурах данных и последовательности технологических операций, принятых в данной технологии. Он ограничивает функциональные возможности базовой ГИС, предоставленные пользователю, до набора возможностей, необходимых для выполнения конкретной операции. Для распределенной системы, где требуется передача данных между программными пакетами и операционными средами, используемыми в данной технологии, модуль управления отвечает за организацию разделения данных между системами. При взаимодействии с внешним программным окружением модуль реализует представление данных в специфицированной для обмена форме.

Система контроля качества, как подсистема модуля управления, организует проведение выходного контроля качества геоиформационной продукции. Эта система ответственна за контроль качества отдельных технологических операций или цепочек. Модули контроля качества могут дополняться средствами предупреждения систематических ошибок оператора. Эти модули создаются и совершенствуются по мере накопления опыта работы с системой, накопления статистической информации о типовых ошибках пользователей, выявленных в ходе создания цифровых данных.

Описанная архитектура системы может быть реализована различными программными решениями. В зависимости от конкретных программно-аппаратных условий и экономической целесообразности предложенная архитектура может реализовывагься полностью или частично. Важен подход к реализации

Подсистема

расширения функциональных возможностей

базовой ГИС

Базовая ГИС

Оцифровка сканированных материалов

Генерация отчетов, Экспоэт данных

Модуль управления

Подсистема ввода

Подсистема вывода

Редактирование картографических и атрибутивных

Специальные алгоритмы обработки данных

Подсистема

обработки, анализа и визуализации

Организация последовательностей обработки

Управление параметрами обработки

Контроль структур данных

Контроль качества по операциям

Рис. 2. Функциональное расширение базовой ГИС и организация модуля управления

автоматизированного управления технологическими соглашениями как необходимой надстройки над базовым программным обеспечением. Он позволяет осознанно оценить то, как и какие управляющие элементы должны быть реализованы в системе. На сегодняшний день практически не существует современных ГИС, за исключением системы ЕгМаррег, имеющих оформленные на уровне представления данных средства поддержки автоматизированной технологии.

Модуль управления реализуется путем разработки дополнительного программного обеспечения, взаимодействующего с базовыми средствами создания цифровых карт. Он может разрабатываться как отдельная программа или как набор процедур на макроязыке базовой ГИС.

Автором разработана программная архитектура ряда ГИС, в том числе для обработки данных кадастровой съемки, геолого-геофизических и дистанционных данных. Для этих систем разработаны и реализованы алгоритмы фильтрации изображений и двумерных полей, подчеркивания контуров, кластеризации и распознавания объектов по спектральным характеристикам, снижения размерности данных методом выделения главных компонент и регрессионного анализа, геометрических трансформаций растровых и векторных данных, преобразования географических систем координат, генерации текстово-картогра-фических отчетных документов. Кратко остановимся на разработанных оригинальных алгоритмах автоматизированного прослеживания контуров и восстановления значений двумерного поля.

Для решения задачи оцифровки отсканированных полноцветных карт автором разработан алгоритм, воплощенный в блоке векторизации программы Я2У.

Большинство известных систем векторизации работает с двухградационными изображениями. Ряд программ использует близкие по принципам обработки квантованные цветные изображения. Такой подход требует предварительного квантования изображения на два (объект/фон) или несколько классов, однородных по яркосгным или спектральным характеристикам. Неоднородность реальных изображений приводит к потере линий, их утолщению, превращению сплошных линий в пунктирные, и т.п. Для устранения подобных шумов приходится использовать специальные программные средства, которые не всегда позволяют получать изображение необходимого качества.

Автоматический режим векторизаторов оправдывает себя только для очень простых изображений. В разработанном подходе предлагается использовать полуавтоматически режим трассировки линейных объектов. В любой сомнительной для алгоритма ситуации управление передается оператору. При таком подходе автоматически обрабатываются участки без заметных разрывов и без пересечения линий. Разрывы и пересечения обрабатываются с участием оператора, но зато не требуют последующего выявления ошибок и их исправления. Опыт показывает, что выгоднее потратить в два раза больше времени на создание качественных данных, чем проводить затем массовое выявление и исправление ошибок.

Предлагаемый автором алгоритм основан па совместном использовании методов выделения и фокусировки границ, сегментации изображений и классификации с обучением (рис. 3). Во-первых, предлагается изменить традиционный подход к векторизации как выполнению двух независимых шагов -выделения линий из фона и прослеживания линий. Это достигается за счет совмещения этапов выделения и прослеживания линии. Работа ведется в локальной окрестности трассируемого участка. Такой подход позволяет в значительной мере уйти от проблем глобальных порогов. Во-вторых, объединение двух подходов к сегментации позволяет использовать сильные стороны методов выделения границ и поэлементной маркировки. В результате создается единый подход к векторизации как бинарных, так и полноцветных изображений. При этом исключается необходимость предобработки изображения с целью устранения шумов. Параметры алгоритма оцениваются по контексту прослеживания линии, заданному оператором, и уточняются по мере трассировки линии.

На первом шаге алгоритм использует настройку "от грубого к точному". В локальной окрестности исходной точки (Х0,У0) строится иерархическая модель изображения. Старшие уровни иерархии представляют собой сглаженное изображение, младшие - более точное приближение, стремящееся к оригинальной функции / Для сглаженного изображения менее выражены шумы, но размыты края. Для более точного приближения края становятся резче, но шумы проявляются сильнее. Один из подходов к разрешению этой коллизии и предлагается в модели Бергхольма. Используется следующая модель сглаживания. Пусть Дх,у) - двумерная функция яркости изображения, тогда сглаженная функция может быть представлена следующим образом:

+00+00

-«Л-си 1 0 л,

-00 —00

ё(х,у,(Г) =

Шаги алгоритм!

Исходное изображение Задание стартовой точки

Неявная гипотеза о поиближенчой шиоине линии

От грубого к точному (пространственный аспект) Фокусировка границы

Оценка ширины линии

I ии

(признаковое пространство)

Грубое разделение классов

Разделяющее правило по приближенной классификации

(анизотропный тест)

Оценка ориентации

I ~~

Параметры трассировки (сглаженный тест) Строгое разделение

оптимальное осреднение

Рис. 3. Настройка параметров трассировки линии

где а-параметр сглаживания. Одномерный единичный скачок представляется как

Здесь/(х) = 0 при х <= 0 и /(х) = 1 при х>0.

Одномерная функция показывает то, как локально связано сглаживание с изменениями идеального скачка. Точки контуров (яркостного скачка) на сглаженном изображении удовлетворяют уравнению (максимум значения градиента в направлении градиента): ¿х2 ■ + ¿у2 ^'уу + ^х'^у'^ху =0-

Здесь g- функция трех аргументов, g(x,y, а), где а- параметр пространственного разрешения. Отметим, что исходное изображение /(х,у) = §(х,у,0). Линия, с точки зрения алгоритма, представляет собой двойной скачок яркости. Оценка ширины линии начинается с приближенного значения параметра сглаживания Сто. Введем двузначное изображение Е(х, у, а) - матрицу границ: Е(х, у) = 1, если (х, у) - точка скачка, и Е(х, у) = 0 в противном случае. При последовательном уменьшении сг уточняется только положение скачка в окрестности точек, где Е(х, у) = 1.

Фрагмент изображения

На каждом шаге матрица Е обновляется. Ширина линии оценивается через о, при котором изображение линии в матрице Е из связного множества точек двойного скачка превращается в два изолированных множества противоположных скачков яркости. Число арифметических операций линейно зависит от параметра, сглаживания. Так для изображения размером Ых N число арифметических операций, затрачиваемых на вычисление сумм 2]г'2у/(•г + ''>' + Л'Н'>Л> -М/2< /, у < М/2, приблизительно равно 2ММ2.

Бергхольмом проведена оценка размера окна свертки (М = 8а), дающая достаточный уровень точности вычисления значений сглаженного изображения для квантования яркости на 256 градаций.

Следующие эвристические шаги алгоритма направлены на то, чтобы выделить из фона связный объект. Начнем с оценок по изотропной окрестности. В признаковом пространстве построим оценки разделимости изотропных классов линия/фон для окрестности с размером внутреннего пятна \У0, как нормированную оценку среднего расстояния между классами: Ю = —^ рдс

ат+аои1

Ц-т,Цои1 - средние значения яркости и а1П'аои{ ~ разброс значений внутри

классов точек линии и фона в локальной окрестности. Такая оценка хорошо работает для компактных (в признаковом пространстве) классов, что и получается для участков линии с хорошим визуальным контрастом, вдали от других линий и пересечений. Разделение на классы проводится в признаковом пространстве.

На следующем шаге алгоритма можно сделать переход от изотропной модели множества внутренних точек линии к неизотропной. В такой модели классов линия/фон уже можно говорить о строгом разделении классов и использовать ее в более сложных ситуациях (сближении линий, понижении визуального контраста). Начальная гипотеза о форме множества сводится к расширению пятна вокруг (Хо, Уо) до связного множества точек, значения яркости которых попадают в класс "точек линии" по апостериорной оценке, сформированной на предыдущем шаге. Направление линии У~(тю,то1) оценивается по первым моментам полученного множества точек линии. Здесь гпрд = -у^ ^(х,у)скс1у,

где g(x,y) - функция принадлежности точек множеству линии, т.е. g(x,y) = 1 для точек линии, и ¿(х,у) -О-в противном случае.

Конечная проверка гипотезы о существовании линии проводится по оценке строгой разделимости (£> > 7) классов линия/фон на основе классификации по методу ближайшего соседа при обучении на множестве, состоящем из трех параллельных полос фон/линия/фон. Определяется оптимальное с точки зрения разделимости классов значение параметра сглаживания (/?) без выхода окрестностей сглаживания за границы обучающих множеств. На данном этапе можно перейти от сглаживания с Гауссовской весовой функцией и параметром сглаживания <т к вычислению среднего по круглому окну радиуса Я. Гауссовская функция была удобна для модели с повторным сглаживанием и обеспечения свойства непрерывности и дифференцируемости функции g. Здесь же, напротив, задача заключается в локализации разрыва и ей отвечает сглаживание с весовой функцией, заданной на ограниченном множестве.

Далее проводится трассирование линии в направлении V. Оценка направления и уточнение всех параметров (IV, X, У Я) выполняется по мере движения вдоль линии. Остановка автомагической трассировки и запрос действия оператора проводятся при потере линии - потере строгой разделимости классов линия/фон: О (¡У, X, У) < Как правило, это происходит на пересечениях линии и на разрывах.

Большинство программ восстановления регулярной цифровой модели рельефа (или цифрового поля другой природы) основывается на предварительной триангуляции (рис.4), как правило, по алгоритму Воронова, и последующей линейной полиномиальной интерполяции внутри полученных треугольников. Такой подход хорошо соответствует задаче восстановления поля по сети нерегулярных измерений.

Однако при работе с картографическими данными широко распространена задача восстановления двумерного поля по данным в изолиниях, дополненных точечными измерениями. Здесь сеть измерений уже нельзя считать нерегулярной. Алгоритм Воронова не рассчитан на такую постановку, давая большое число треугольников с постоянным значением Ъ (рис. 5). Интерполяция с использованием сплайнов в этом случае порождает большое число ложных локальных экстремумов. При обратном восстановлении нарушается исходная картина расположения изолиний. В АгсГпй) для улучшения работы алгоритма предложены средства задания дополнительных точек или структурной информации в форме воображаемых линий хребтов и дна долин. Однако это привносит дополнительный момент субъективизма в полученный результат. С другой стороны, требуется как дополнительная работа по вводу такой информации, так и большой опыт оператора в том, как и какие дополнительные структурные линии изменят конечный результат.

Автором предложен и реализован алгоритм, не требующий ввода структурной информации. Картина изолиний при обратном восстановлении (в ТОМ числе И средствами Рис.4. Триангуляция сети измерений других программ) полностью сохраняется

с точностью до смещения не более, чем на шаг восстанавливаемой регулярной матрицы рельефа.

Алгоритм работает с растровой моделью и основан на построении промежуточных изолиний методом наращивания областей (рис. 6). Гарантируется гладкое, монотонное восстановление поверхности, в том числе и в окрестностях концов брошенных изолиний. На восстановленной поверхности отсутствуют ложные локальные экстремумы. РисЛ Вырожденные треугольники

Рассмотрим изолинии А,В,С,И, приведенные на рисунке. Значения восстанавливаемого поля в них соответственно равны:

F(A), F(B), F(C) и F(D). По ним методом наращивания областей получаем промежуточные линии p,q,t. Тогда значения в точках h, hi, h2, h3 равны F(hl)={F(B)+F(D)}/2, F(h2)=(F(B)+F(C)}/2, F(h3)={F(C)+F(D)}/2, F(h)={F(B) +F(C) +F(D)}/3. На отрезках Qi, hl),(h, h2),(h, h3) значения поля восстанавливаются линейной интерполяцией вдоль линии. От точек промежуточных линий к

основным восстановление проводится линейной интерполяцией вдоль линии кратчайшего расстояния.

В четвертой главе рассматриваются результаты практического внедрения разработанных автором подходов к автоматизации производства геоинфрорма-ционных данных в задачах общегеографического картографирования, подготовки планов и карт городов, выполнения кадастровых работ, обработки данных геофизических исследований. Технологии создания цифровых карт реализованы в ходе выполнения работ в ряде организаций.

Первый, ограниченный вариант модуля управления технологией был создан в Автоматизированной Топографической Системе Морской (АТС-М) в отделе Оптики и съемки шельфа ЦНИИГАиК (ЦНИИ Геодезии, аэросъемки и картографии) в 1985-1988 годах. Система состояла из двух модулей: бортового, устанавливаемого на корабле или катере, комплекса сбора информации на базе ЭВМ "Электроника-60" и стационарного комплекса на базе ЕС ЭВМ. АТС-М позволяла собирать на бортовом компьютере результаты промера глубин в прибрежной зоне. Данные от эхолота и датчиков радионавигационной системы проходили первичную обработку и записывались на магнитную ленту. На стационарном комплексе проводилось архивирование данных, обработка и уравнивание измерений, и автоматизированное построение карт. Модуль управления работой системы был воплощен в виде специально разработанного макроязыка управления работой системы. Система создавалась для эксплуатации геодезистом и картографом, а не профессиональным программистом.

Следующий шаг в разработке системы как полнофункционалыюй ГИС, содержащей модуль управления системой и автоматизированного средства сохранения истории обработки данных, накопления технологических цепочек для их последующего воспроизведения, был сделан в системе RSdPS (Remote Sensing Data Processing System) во ВНИИКАМ в 1990-1995 годах. RSdPS -система обработки и комплексной интерпретации данных дистанционного зондирования (аэро- и космических снимков) совместно с геологической и геофизической информацией. Здесь же была реализована и первая версия алгоритма векторизации. Система была разработана для IBM PC под управлением MS DOS. RSdPS поддерживает ввод, обработку и визуализацию аэро- и космических панхроматических, многоспектральных и радиолокационных снимков, процедуры геометрической и спектральной коррекции, фильтрации, классификации и анализа растровой информации, комплексного анализа растровых и векторных данных, векторной интерпретации данных и редактора карт.

В работах над RSdPS были поставлены и решены в опытном варианте задачи организации обмена картографическими данными между программными системами на различных типах компьютеров, автоматизации обработки - отслеживания истории обработки данных и создания на ее основе макрокоманд для последующей серийной обработки. RSdPS до сих пор используется во ВНИИКАМ при обработке аэрокосмогеологической информации.

Построение модуля управления как распределенной программной системы было реализовано при запуске технологий создания цифровой картографической продукции на базе инструментальных ГИС Arclnfo 7.03 и ERDAS Imagine 8.02 на рабочих станциях HP 715/50 HP UX. Эти ГИС в течение многих лет являются одними из мировых лидеров в областях обработки данных дистанционного зондирования и геоинформационных систем. Их внедрение позволило значительно расширить круг решаемых задач, повысить производительность и качество получаемых результатов. С другой стороны, высокая стоимость программного обеспечения препятствует организации серийного производства цифровых карт только на основе данных систем. Для организации конвейера производства потребовалась разработка дополнительных программных средств организации технологического процесса и контроля качества. При постановке нестандартных задач обработки геолого-геофизических данных встала необходимость расширения функциональных возможностей системы.

Управляющая система реализована как набор макрокоманд на языках AML и SML. На поток были поставлены технологии подготовки цифровых карт практически всего масштабного ряда (от 1:500 до 1:1 ООО ООО), реализован ряд геоинформационных систем для работ, выполняемых совместно с фирмой Epsilon Internetional SA (Афины, Греция) и рядом других предприятий и организаций. Использование разработанного набора макрокоманд в 4-5 раз повысило производительность при выполнении операций создания макетов листов, преобразованиях структур данных и географических проекций, подготовки данных к контрольной отрисовке.

В качестве дополнительных ГИС использовалась RSdPS, а затем программа векторизации R2V. Стоимость рабочего места, состоящая из стоимости компьютера и программного обеспечения, в таком варианте оказывается в 2-4 раза ниже существующих аналогов. При этом обеспечивается высокая производительность и качество создаваемых данных. Использование R2V совместно с одним рабочим местом Arclnfo позволят задействовать до 7-10 рабочих мест операторов на персональных компьютерах, оставляя за базовой системой этапы приведения данных к результирующей структуре и выполнения приемочной проверки. Возможна организация работ с переносом этих завершающих операций на аппаратно-программную базу заказчика.

В разработанной технологической схеме можно гибко варьировать привлекаемыми людскими и программно-аппаратными ресурсами в соответствии с конкретными задачами и объемами работ. Экспериментально подтверждена возможность выполнения работ по производству цифровых карг силами нескольких организаций, в том числе и находящихся в различных странах.

- IB-

Повышение качества результирующих материалов достигается за счет предупреждения потенциальных ошибок операторов, поэтапного контроля на максимально возможном числе этапов. С помощью данной технологии подготовлены цифровые карты территории Греции (от общегеографической обзорной карты масштаба 1:1 ООО ООО до листов масштабов 1:5000 и 1:500 для административного кадастра и информационной системы служб водопровода и канализации г. Афины).

Среди подготовленных геоинформационных систем наибольший интерес представляет не имеющая аналогов информационная статистическая ГИС, подготовленная в рамках международной программы COPESTAT - Copernicus Countries Network for Statistics and Information Delivery, Project No 97 (Германия, Польша, Чехия, Венгрия, Словакия, Греция, Россия; 1995-1997г.г.).

Поставленные технологии использовались в рамках международного образовательного проекта TEMPUS (TACIS), T-JEP-08572-94 (Греция, Бельгия, Россия; 1994-1997гг.), на их базе организуется учебный процесс по дисциплине "Геоинформационные системы".

Реализация модуля управления, практически полностью встроенного в код программной системы, была сделана для специализированной геоинформационной системы GEOLES, разработанной в НПП СКИН. Ее основная задача -обработка данных полевых работ в области городского и земельного кадастра, подготовка и сопровождение полного пакета кадастровых документов на этапе регистрации земельных участков. GEOLES представляет собой семейство программных модулей для MS DOS и MS Windows, открытое для обмена данными с рядом наиболее популярных геоинформационных систем (Arclnfo, Mapinfo, AutoCAD) и городскими службами ведения кадастра. Основные принципы, заложенные в ее архитектуру, - это максимальная настраиваемость выходных документов на изменяющиеся требования заказчика цифровых данных, удобство работы оператора, предотвращение потенциальных ошибок оператора. На базе данной системы подготовлены сотни кадастровых дел, проведены работы по оценке экологического состояния магистральных газопроводов в ряде регионов России. В состав системы входит также векторизатор R2V, реализующий описанный выше алгоритм векторизации.

Последовательное развитие средств поэтапного контроля операций и предоставления оператору адекватных для операции инструментов, автоматизация генерации отчетных документов и гибкая настраиваемость документов на требования заказчика позволила в 2-3 раза повысить производительность работ операторов по сравнению с первоначальным использованием программ САПР и обработки данных полевых наблюдений. Количество ошибок, выявляемых на завершающем контроле документов, сокращено в десятки раз.

■ В Приложениях приведены краткое описание программной системы R2V и обзор AML-программ для поддержки технологии создания цифровых карт в среде Arclnfo.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Представленная на защиту диссертация является обобщением проведенных автором исследований и разработок, в результате которых решена важная задача повышения эффективности технологии создания цифровой геоинформационной продукции.

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Проведен анализ современных технологий подготовки цифровых карт и соответствующего программно-аппаратного обеспечения, позволивший выделить недостаточно технологичные и неэффективные звенья современных технологий. Выработан единый подход к разработке систем управления технологиями и организации контроля качества производства геоинформационной продукции.

2. Разработана архитектура ряда оригинальных прикладных геоинформационных систем, позволивших автоматизировать производство цифровых кадастровых и землеустроительных данных, обработку и анализ геолого-геофизических данных совместно с данными дистанционного зондирования, производство общегеографических карт.

3. Разработаны алгоритмические решения для построения функциональных модулей прикладных ГИС, в том числе автоматизированной векторизации полноцветных сканированных карт, и ряд других оригинальных алгоритмов: восстановления поля по данным в форме изолиний, обработки и анализа изображений, анализа систем линеаментов, генерации текстово-картографических отчетов.

4. Выполнена программная реализация разработанных ГИС и технологий создания цифровых карт в различном программно-аппаратном окружении, обеспечивающая эффективное промышленное производство геоинформационной продукции с заданными свойствами и структурами данных, позволяющая настраиваться на прикладные задачи и быстро разворачивать производство новой продукции.

5. Разработано программное обеспечение векторизации и редактирования цифровых карт, преобразования форматов, контроля качества создаваемых карт, обеспечивающее производство цифровых данных, совместимых с наиболее распространенными в мире инструментальными ГИС: Arcltifo, Mapinfo.

6. Разработан набор AML-программ поддержки отдельных технологических шагов создания цифровых карг в среде Arclnfo.

7. Результаты работ реализованы в ходе выполнения федеральной инновационной программы "Российская инжиниринговая сеть технических нововведений"; международного образовательного проекта TEMPUS (TACIS); международной программы COPESTAT.

8.Созданные системы использованы при создании более тысячи цифровых карт в ряде фирм и организаций.

ПО ТЕМАТИКЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:

1. А.Н.Денисов, Л.В. Черненькая, А.М.Суровегин. Геоинформационные системы как одна из дисциплин общепрофессиональной подготовки//Труды VII Международной научно-методической конференции "Высокие интеллектуальные технологии образования и науки", 27-28 января 2000, С.Петербург, СПбГТУ, с. 125-126.

2. Денисов А.Н., Колосова О.В., Черненькая Л.В. ГИС-технологии - городу// Материалы научно-технической конференции "Фундаментальные исследования в технических университетах". - СПб.: СПбГТУ,- 1998, с.308.

3. А.Н.Денисов, В.Е.Магер, Л.В.Черненькая. Краткие впечатления о подходах к цифровой картографии в Греции//Информационный бюллетень ГИС ассоциации, 1998, N3(15), с. 74.

4. А.Н.Денисов и др. Глава 14 "Геоинформационные системы как инструмент реализации интеграционных инноваций"// В.Г.Колосов и др. "Стратегия совместного инновационного развития государств-участников СНГ". - СПб.:, Политехника, 1998, с. 285-325.

5. А.Н.Денисов, Ю.В.Левин, А.Н. Рогов. Комплексная обработка векторных и растровых данных средствами систем ARC/INFO и ERDAS// Вторая конференция "Географические информационные системы". 25-27 октября 1994, С.Петербург, с. 23.

6. А.Н.Денисов, Ю.В.Левин, А.В.Перцов. Опыт использования программ ARC/INFO и ERDAS для рабочих станций НР// Первая Российская конференция пользователей ARC/INFO, 18-21 октября 1994, Голицыно. Москва.

7. A.Kirsanov, A.Denissov. The application of Space Radar Survey (SAR-Data) for Structural geology Investigations // Tenth Thematic Conference Geologic Remote Sensing. 9-12 May 1994. San-Antonio, Texas, USA, p. 51.

8. A.N.Rogov, A.N.Denissov. Integration of remote sensing and cartographic data by means of GIS // GIS in ecological studies & environmental management. Conf. 26-28 Sept. 1994. Warsaw, Poland.

9. А.Н. Рогов, А.Н.Денисов, В.И.Колесников, Г.В.Гальперов. Применение материалов дистанционных съемок для решения задач природопользования и комплексного развития регионов России// Международная конференция "Аэрокосмические методы в геологических и экологических исследованиях", С.Петербург, 30 мая- 4 июня,1994, с. 141.

10.А.Н. Рогов, А.Н.Денисов, В.И.Колесников, Л.К.Серова, А.М.Суровегин. Программная система обработки материалов дистанционной съемки на базе ГИС технологии// Международная конференция "Аэрокосмические методы в геологических и экологических исследованиях", С.Петербург, 30 мая -4 июня,1994, с. 64

11 .И.К.Рундквист, В.И.Захаров, А.Н.Денисов, Ф.А.Питкянен, Т.Н.Смирнова, Л.В.Тарасенкова. Использование космических радиолокационных снимков АЛМАЗ для прогнозирования геодинамических систем// Исследования земли из космоса. N 2.1994, с. 94-108.

12.Denissov A.N. Algorithm for Interactive Extraction of Lineaments from Remote Sensing Data//Visual Analysis and Interface, 1-4 August 1991, Novosibirsk, USSR, p. 15.

13.А.Н.Рогов, А.Н.Денисов, В.И.Колесников, Г.А.Кораблева, И.Ш.Латыпов. Подготовка карт в интерактивном режиме для их цветного полиграфического воспроизведения// Обработка изображений и дистанционные исследования", 19-21 августа, 1990 .Новосибирск, ВЦ СО АН СССР, с. 72.

14.А.Н.Денисов. Алгоритм выделения иерархического семейства границ однородных областей// Труды конференции "Обработка изображений и дистанционные исследования", 19-21 августа, 1990, ВЦ СО АН СССР, Новосибирск, с. 71.

15.А.Н.Денисов, А.В.Скиданов. Автоматизированная обработка данных съемки шельфа// Сборник научных трудов ЦНИИГАиК "Технология топографического картографирования шельфа", ЦНИИГАиК, Москва, 1988, с. 69-92.

16.Наговицин В.А.,Сысоев А.Г., Денисов А.Н., Фороща Е.С. Авторское свидетельство №1585691 "Устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах", 15 апреля 1990.

17.А.И.Кощеев, А.Н.Денисов. Опыт использования водного нивелирования по неполным рядам наблюдений// Геодезия, аэросъемка и картография. Экспресс информация. Вып. 7, 1988, Москва, ЦНИИГАиК, ГУГК, с.14-19.

18.А.Н.Денисов. Описание иерархической структуры изображений на основе инвариантных признаков// Труды XVI конференции молодых ученых и специалистов ЦНИИГАиК, Москва, 24 апреля, 1984. Деп. В ОНТИ ЦНИИГАиК 05.05.1985г., №178гд-85Деп.

19.А.Н.Денисов. Алгоритм иерархической сегментации гидролокационных снимков по вариации сигнала//Сб. "Совершенствование техники и технологии и передовой опыт выполнения геодезических и топографических работ", № 103, Москва, ЦНИИГАиК, 1983, с. 55-56.

20.А.В.Теосев, А.Н.Денисов. Иерархическая сегментация сложного изображе-ния//Сб. "Методы и программные средства автоматизированной обработки изображений", Вып 4/53/,ВИЭМС, Москва, 1982, с. 23-24.

21.А.В.Теосев, А.Н.Денисов. Формирование описания изображения на основе моделирования структуры пространственных взаимосвязей//Сб. "Методы и программные средства автоматизированной обработки изображений", Вып 4/53/,ВИЭМС, Москва, 1982, с. 24-25.

22.А.Н.Денисов. Применение групповой теории инвариантов к задаче морфологического анализа изображения//Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического семинара "Использование аэрокосмоматериалов при региональных геологических исследованиях и прогнозировании полезных ископаемых", Москва, 1980, с.114-115.

Введение

Глава 1. Типовые технологии и средства автоматизации создания геоинформационной продукции

1.1. Автоматизация создания карт, цифровые карты.

1.2. ГИС как автоматизированные системы

1.3. Модели данных в ГИС

1.4. Растровое и векторное представление информации

1.4.1. Особенности векторной модели данных

1.4.2. Особенности растровой модели данных

1.5. Послойное представление информации в ГИС.

1.6. Цифровая модель местности.

1.7. Назначение и типы ГИС

1.8. Типовые технологии производства карт

1.9. Инструментальные ГИС как база создания автоматизированных технологий

Глава 2. Анализ проблем автоматизации серийного производства геоинформационной продукции на базе инструментальных ГИС

2.1. Автоматизация серийного производства цифровых карт

2.1.1. Технология производства цифровых карт на основе бумажных оригиналов

2.1.2. Анализ и оптимизация технологического процесса

2.1.3. Отличие процесса создания единичной карты от постановки серийного производства

2.2. Роль автоматизированной векторизации и прослеживания контуров

2.3. Создание и обновление карт с помощью данных дистанционного зондирования. Задача системы управления для организации работы ГИС в прикладных областях

2.3.1. Расширение функциональных возможностей типовых ГИС.

2.4. Особенности организации работ на базе нескольких ГИС.

Проблемы совместимости и взаимодействия.

Глава 3. Программная архитектура и алгоритмы систем автоматизации производства геоикформационной продукции

3.1. Система автоматизации технологий производства геоинформационной продукции с использованием инструментальных программных средств.

3.1.1. Основные задачи и варианты построения системы управления технологией производства

3.1.2. Система контроля качества. Типовые задачи и средства реализации.

3.1.3. Построение процедур контроля качества по операциям

3.2. Создание ГИС в прикладных областях

3.3. Алгоритм автоматизированной векторизации на основе методов выделения контуров и границ на изображениях

3.3.1. Автоматизированное выделение однородных областей и границ на изображениях

3.3.2. Структура модуля векторизации. Общее описание алгоритма

3.3.3. Настройка параметров алгоритма через фокусировку границ

3.3.4. Адаптивное отслеживание параметров линии

3.4. Алгоритм восстановления значений двумерного поля по данным в изолиниях

Глава 4. Практическая реализация специализированных ГИС и средств автоматизации производства геоинформационных данных.

4.1. Автоматизированная система съемки шельфа

4.1.1. Функциональные возможности системы

4.1.2. Автоматизация обработки данных и контроля качества съемки

4.2.ГИС обработки геолого-геофизической информации и

Данных дистанционного зондирования

4.2.1. Функциональные возможности. Автоматизированный анализ ДДЗ

4.2.2. Автоматизация разработки методик обработки данных

4.2.3. Реализация алгоритмов автоматизированной векторизации

4.3. ГИС обработки данных кадастровой съемки

4.3.1. Функциональные возможности системы

4.3.2. Реализация и функции встроенной системы управления

4.3.3. Средства предупреждения ошибок оператора, автоматизации трудоемких процедур обработки данных

4.3.4. Реализация алгоритма автоматизированной векторизации полноцветных изображений

4.4.Автоматизация производства общегеографических карт в среде инструментальных ГИС.

4.4.1. Распределенная технология в среде нескольких ГИС

Актуальность исследований. С конца 60х годов начались работы по компьютеризации картографии - автоматизация производства бумажных карт, разработка картографических банков данных и создание собственно электронных карт. В основе создаваемых систем лежали многовековые традиции систематического производства бумажных карт, технологий сбора, обработки и представления пространственной информации. Новые возможности и подходы позволяют не только переи и смотреть технологии производства карт, уити от традиционной рутины картографического черчения, но и создают новый взгляд на содержание, наполнение и способы представления пространственной информации.

За это время геоинформационные системы (ГИС) прошли путь от узкоспециализированного инструментария картографов до открытых многоцелевых профессиональных систем. Их бурное развитие обуславливается информационными, экономическими и технологическими потребностями общества в пространственно привязанной информации. Это задачи инвентаризации земель, создания и ведения городского и земельного кадастра, организации ведомственных и административных информационных систем от навигации автотранспорта до управления и планирования развитием территорий и многие другие. Мощный дополнительный инструмент дает ГИС и для традиционных наук о Земле - геологии, географии, экологии.

ГИС представляют собой системы, интегрирующие в себе основные свойства автоматизированных систем управления (АСУ), систем автоматизированного проектирования (САПР) и автоматизированных систем картографирования (АСК).

Огромный путь прошли ГИС за три десятилетия с момента постановки пионерских работ в создании в конце 60х годов опытных образцов. За это время сформировался понятийный аппарат, система подходов к моделированию данных в ГИС, технология применения моделей и построения на их основе программно-аппаратных реализаций.

Теоретические основы создаются и развиваются на базе теории систем управления, математических и картографических подходов к пространственному моделированию, теории обработки изображений и полей, развития теории баз данных, формирования открытых моделей атрибутивных и пространственных данных, вычислений и программных реализаций.

Современные ГИС обеспечивают решение широкого круга задач сбора, приведения в единые картографические проекции, обработки, анализа и визуализации геодезических и картографических материалов, данных дистанционного зондирования. Однако на основе анализа литературных источников и опыта применения мощных инструментальных ГИС в прикладных областях можно сделать вывод, что при массовом производстве геоинформационной продукции особое значение приобретает задача организации конвейера - постоянного единообразного выполнения одних и тех же операций, контроль за соблюдением заданных свойств продукции, организация процедур предупреждения и устранения ошибок. Современные ГИС поддерживают большинство из необходимых технологических операций как отдельные шаги. Необходимо создать автоматизированное управление технологией производства геоинформационной продукции, организующее наполнение системы данными, повышающее эффективность процесса производства и качество продукции. Актуальными являются также задачи проведения анализа и обоснованного выбора базовых программных инструментов, анализа их функциональных возможностей и разработки подходов к их расширению.

Связь работы с научными программами и проектами. Тематика и подходы к решению задач в данном исследовании формировались при решении научно-технических проблем, определенных следующими проектами и программами:

1. Федеральная инновационная программа "Российская инжиниринговая сеть технических нововведений" ("Инжинирингсеть России") - утверждена Постановлением Правительства Российской Федерации от 15 апреля 1994 года № 322 и от 4 декабря 1995 года№ 1207 (1993-1998 г.г.),

2. Международная программа COPESTAT - Copernicus Countries Network for Statistics and Information Delivery, Project No 97 (Германия, Польша, Чехия, Венгрия, Словакия, Греция, Россия; 1995-1997г.г.),

3. Международный образовательный проект TEMPUS (TACIS), T-JEP-08572-94 (Греция, Бельгия, Россия; 1994-1997гг.).

Комплекс исследований, выполняемых в ходе реализации программ и проектов, проводился под руководством и при участии автора.

Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение эффективности автоматизации промышленного производства геоинформационной продукции за счет разработки архитектуры и программной реализации модуля управления технологическими процессами и ГИС в вариантах локальной прикладной полнофункциональной системы и распределенной системы на базе современных инструментальных средств.

Решение задачи обеспечивается за счет разработки системы управления технологиями использования базовых ГИС, разработки прикладных ГИС, адекватных по набору функций конкретным задачам технологических процессов. Система управления технологиями обеспечивает унификацию подготавливаемых цифровых карт, повышение качества выполнения работ, а также уменьшение стоимости работ и снижение требований к программно-аппаратному обеспечению. Для реализации такого управления разработаны технологические, алгоритмические и программные решения.

Научная повнзна работы. Представленная на защиту диссертация является обобщением проведенных автором исследований и разработок, в результате которых решены задачи построения гибких технологий подготовки цифровых карт, настраиваемых на программно-аппаратную среду и различные области приложения. Разработанные подходы имеют большое значение для организации высококачественного и эффективного производства геоинформационной продукции.

Конкретные результаты, обладающие новизной, состоят в следующем:

Проведена структуризация технологических процессов подготовки цифровых карт и ГИС для ряда прикладных областей, в том числе в условиях работы в разнородной среде программно-аппаратных средств, позволяющая использовать единый подход к разработке систем управления технологическими процессами и организации контроля качества продукции.

Разработана архитектура ряда оригинальных прикладных геоинформационных систем, позволивших автоматизировать производство цифровых кадастровых и землеустроительных данных, обработку и анализ геолого-геофизических данных совместно с данными дистанционного зондирования, производство общегеографических карт.

Разработана структура автоматизированной системы создания цифровых карт в распределенной программно-аппаратной среде в окружении ряда инструментальных ГИС, позволяющая настраиваться на прикладные задачи и быстро разворачивать производство новой продукции.

Разработаны алгоритмы и программные средства векторизации и редактирования карт, дополняющие функциональные возможности доступных коммерческих продуктов, позволяющие повысить общую производительность системы и качество создаваемых данных.

Практическая значимость полученных результатов. Результаты исследований послужили основой для реализации технологий производства цифровых картографических материалов и ГИС в ряде организаций и фирм. Апробация автоматизированной технологии производства цифровых карт проведена на фирме "ГИС технологии Санкт-Петербург" (ГТСП) при выполнении ряда международных проектов, в том числе программы COPESTAT, и при создании цифровых карт Греции в широком спектре масштабов - от 1:500 до 1:1 ООО ООО для ряда областей применения - от городских карт для создания административного кадастра до экологических и общегеографических карт.

Разработанные прикладные ГИС поддерживают эффективную обработку материалов кадастровой съемки, гибко настраиваемую на изменения требований заказчика к форматам цифровых данных и формам представления документов, анализ геолого-геофизической информации совместно с данными дистанционного зондирования.

Разработанный подход к автоматизации производства карт в распределенной программно-аппаратной среде послужил основой для постановки ряда технологий подготовки цифровых карт по всему масштабному ряду с использованием промышленных систем типа Arclnfo и Maplnfo.

В результате проведенных исследований стала возможна подготовка цифровых карт, совместимых с Arclnfo, Maplnfo, AutoCAD, на основе разработанного и реализованного автором векторизатора, картографического редактора и ряда утилит преобразования данных.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Методика построения гибких, настраиваемых на различные области приложения, автоматизированных технологий создания цифровых карт в распределенной программно-аппаратной среде.

2. Архитектуры программных решений и реализации ряда прикладных ГИС обработки кадастровой, общегеографической и геолого-геофизической информации совместно с данными дистанционного зондирования.

3. Алгоритмические решения для построения функциональных модулей разработанных ГИС, включая автоматизированную векторизацию полноцветных сканированных карт и ряд других оригинальных алгоритмов.

4. Реализации разработанных ГИС и технологий создания цифровых карт в различном программно-аппаратном окружении, обеспечивающие эффективное промышленное производство геоинформационной продукции с заданными свойствами и структурами данных.

Реализация результатов исследования. Результаты работы реализованы в ходе выполнения: федеральной инновационной программы "Инжинирингсеть России", международной программы COPESTAT и международного образовательного проекта TEMPUS (TACIS).

Разработанные технологические решения и программное обеспечение, средства их настройки на конкретные задачи, области приложения и программно-аппаратные конфигурации использовались при выполнении ряда проектов по созданию цифровых карт Греции в широком спектре картографических масштабов в фирме ГТСП.

Разработанное программное обеспечение используется при создании цифровых карт, обработке данных дистанционного зондирования, цифровой поддержке выполнения городских кадастровых работ в НИИ СКИН (Служба Кадастровой Информации) и ВНИИКАМ (ВНИИ Космо-Аэрогеологических Методов), ряде других организаций.

На основе полученных результатов и с использованием разработанного программного обеспечения создано более тысячи цифровых карт.

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: VII Международной научно-методической конференции "Высокие интеллектуальные технологии образования и науки" (Санкт-Петербург, СПбГТУ, 2000); "Четвертой конференции пользователей Arclnfo" (Афины, Греция, 1995); международной "Первой конференции пользователей программных продуктов ESRI и ERDAS" (Москва, 1995), учебно-практической конференции "Организация, технология и опыт ведения кадастровых работ" (Москва, 1997); второй, третьей и четвертой научно-практических конференциях "Географические информационные системы: Теория и практика" (Санкт-Петербург, 1995-1997); международной конференции "Аэрокосмические методы в геологических и экологических исследованиях" (Санкт-Петербург, 1994).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 научные работы, в которых полностью отражены полученные результаты.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.

8. Результаты работы реализованы в ходе выполнения: федеральной инновационной программы "Инжинирингсеть России", международной программы COPESTAT и международного образовательного проекта TEMPUS (TACIS).

9. Разработанное программное обеспечение используется при создании цифровых карт, обработке данных дистанционного зондирования, цифровой поддержке выполнения городских кадастровых работ в НПП СКИН (Служба Кадастровой Информации), и ВНИИКАМ (ВНИИ КосмоАэрогеологическихМетодов).

10. На основе полученных результатов и с использованием разработанного программного обеспечения в вышеупомянутых фирмах и ряде других организаций создано более тысячи цифровых карт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная на защиту диссертация является обобщением проведенных автором исследований и разработок, в результате которых решены задачи построения гибких технологий подготовки цифровых карт, настраиваемых на программно-аппаратную среду и различные области приложения. Разработанные подходы имеют большое значение для организации высококачественного и эффективного производства геоинформационной продукции.

1. Айвазян С.А., Бежаева З.И., Староверов О.В. Классификация многомерных наблюдений. -М.: Статистика, 1974. -240с.

2. Акопов Э.Н., Кощеев А.И., Морозов Б.Н. Новое издание инструкции по созданию топографических карт шельфа и внутренних водоемов // Геодезия и картография, 1987, №8, с. 33-36.

3. Алгоритмы и программы восстановления зависимостей / Под ред. В.Н.Вапника. -М: Наука, 1984.-815с.

4. Алиев P.A. и др. Производственные системы с искусственным интеллектом/ Р.А.Алиев, М.М. Абдикеев, М.М.Шахназаров. М.: Радио и связь, 1990. - 264 с.

5. Алексеев A.C., Пяткин В.П., Дементьев В.Н. и др. Автоматизированная обработка изображений природных комплексов Сибири. Новосибирск: Наука, 1988. - 223с.

6. Андреев A.M., Березкин Д.В., Мелехин Ю.Ф., Смагин А.Ю. Компьютерные технологии обработки визуальной информации и их применение при издании карт // Геодезия и картография, №8, 1995, с. 47-49.

7. Андреев В.П, Белов Д.А., Ванштейн Г.Г., Москвина Е.А. Эксперименты с машинным зрением. М.: Наука, 1987. - с. 126.

8. Анохин В.Н., Шумахер Д.А. Опыт создания цифровых карт / Информационный бюллетень ГИС Ассоциации, 1998, №4(16), с. 73-74.

9. Афанасьев А.И., Баг Д.А. Организация картографического обеспечения в Санкт-Петербурге/ Информационный бюллетень ГИС Ассоциации, 1998, №5(17), с.63-64.

10. Ю.Афанасьев Н.Ф. Статистический анализ аэрофотоизображений // Исследование оптических свойств природных объектов и их азрофотографического изображения. -Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1970.

11. П.Афанасьев Н.Ф. Математическое моделирование изучения природных объектов// Проблемы развития АСУ. Геология и применения математических методов в геологии: тез. докл. М.: ВИЭМС. 1977, ч 2.

12. Афанасьев Н.Ф., Чигирев A.A. Состояние и перспективы автоматизации геологического дешифрирования аэро- и космических снимков. М.: ВИЭМС, 1978.

13. Астахов С.И. Контроль качества цифровых и электронных карт в Топографической службе ВС РФ / Информационный бюллетень ГИС Ассоциации, 1997 №5(7), с. 48-49.

14. Аэрокосмические съемки при прогнозировании и поиске полезных ископаемых. -JL; ВСЕГЕИ, 1985,- 239с.

15. Бакут П.А., Колмогоров Г.С., Ворговицкий И.Э. Сегментация изображений: методы пороговой сегментации; методы выделения границ / Зарубежная радиоэлектроника, № 10, 1987.

16. Беллман Р., Заде JI. Принятие решений в расплывчатых условиях // Вопросы анализа и процедуры принятия решений, М., 1976, с. 172-215.

17. Берлянт A.M. Картографическое моделирование и системный анализ// Пути развития картографии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1975, с. 98-106.

18. Берлянт A.M. Геоиконика. М.: МГУ, АЕН РФ, «Астрея», 1996. - 208 с.

19. Берлянт A.M. Геоинформационное картографирование. М.: МГУ, АЕН РФ, "Астрея", 1997.-64 с

20. Бобков В.А., Говор В.И., Семенов С.М. Структура и функциональные задачи автоматизированной картографической системы // Геодезия и картография, 1982, № 6, с 33-38.

21. Боулдинг К. Общая теория систем скелет науки/7 Исследования по общей теории систем: Пер. с англ. - М.: Прогресс, 1969, с. 106-142.

22. Бревнов В.А., Нейман Б.Н. Вопросы автоматизации топографо-геодезических и картографических работ // Геодезия и картография, 1982, №6, с 6-10.

23. Бусленко В.Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем. -М.: Наука, 1977.-240 с.

24. Бусыгин Б.Е. Конструирование признаков для анализа пространственной структуры физических полей при распознавании геологических объектов // Математические методы и автоматизированные системы в геологии. М.:ВИЭМС, 1987, с 54.

25. Василенко В.А. Сплайн функции: теория, алгоритмы, программы. Новосибирск: Наука, 1983. -214с.

26. Васин Ю.Г. "Хорошо приспособленные" локально однородные методы обработки графической информации //Методы и средства обработки сложно структурированной семантически насыщенной графической информации. I Всесоюзн. конф. Горький, 1983, с. 60.

27. Васмут A.C. Искусственный интеллект в картографии / Состояние и перспективы развития геодезии и картографии. М., 1986, с. 95-102.

28. Васмут A.C. Перспективы и тенденции развития автоматизированных банков картографических данных / Картография в эпоху НТР. Теория, методы, практика. -М.,1987, с 23-25.

29. Венцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. - 576 с.

30. Вестник Mapinfo / Вторая всероссийская конференция пользователей Mapinfo. Вып. 2. М:, МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1996, с 64.

31. Вискоков С.О., Голубков С.Н., Зайцев A.A. Bentley. Microstation 95/ Информационный бюллетень ГИС Ассоциации, №4(6), 1996, с. 30-31.

32. Волкова В.Н. Денисов A.A. Основы теории систем и системного анализа. СПб.: Издательство СПбГТУ. 1997. - 510 с.

33. Ворошухо В.И., Чигирев A.A. Вопросы построения систем обработки данных аэро-и космических съемок. // Методы и технические средства автоматизации обработки материалов аэрокосмических съемок: Сб. науч.тр. ВСЕГЕИ Л., 1979, с. 15-21.

34. Вяткин В.Н. и др. Методы структурной настройки систем управления производством. М.: Статистика, 1976. - 183 с.

35. Гарбук C.B., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. М.: Издательство А и Б, 1997. - 296 с.

36. Гарелик И.С. Географические информационные системы и дистанционное зондирование / Исследование Земли из Космоса. Итоги науки и техники, т. 3, ВИНИТИ АН СССР, М, 1989, с. 3-80.

37. Гарнер Б.Дж. Модели географии городов и размещения населенных пунктов// Модели в географии. М.: Прогресс, 1971, с. 29-86.

38. Геоиндикационное моделирование ( с использованием материалов аэро- и космических съемок)/ Можаев Б.Н., Афанасьев Н.Ф., В.И.Астахов и др. JI.; Недра, 1984. - 247с.

39. Германсен Т. Информационные системы для планирования: вопросы и проблемы / Новые идеи в картографии. Вып. 2. Городские системы и информатика,- М.: Прогресс 1976, с. 223-242.

40. Геоинформационные системы с дистанционным потоком информациию — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990.

41. Говор В.И., Каморный В.М., Свидерский М.М. Автоматизированная система для создания топографических карт акваторий // Геодезия и картография, 1986, №8, с 46-50.

42. Глушков В.М. Основы безбумажной информатики. Изд. 2-е, испр. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. - 552 с.

43. Данжермонд Дж. Arc/Info-самая мощная ГИС в мире/ ArcReview, N1,1997,- с. 1-2.

44. Денисов A.A., Колесников Д.Н. Теория больших систем управления. Учебное пособие для вузов. Л.: Энергоиздат, 1982. - 288 с.

45. Денисов А.Н. Колосова О.В. Черненькая JI.B. ГИС-технологии городу// Материалы научно-технической конференции «Фундаментальные исследования в технических университетах». - СПб.: СПбГТУ, 1998 - 308 с.

46. Денисов А.Н., Магер В.Е., Черненькая Л.В. Краткие впечатления о подходах к цифровой картографии в Греции// Информационный бюллетень ГИС-ассоциации, 1998, №3(5), с. 74.

47. Денисов А.Н. R2V / Ежегодный обзор., Вып. 4, 1998. М:, ГИС Ассоциация, 1999. -с.298.

48. Денисов А.Н., Левин Ю.В., Рогов А.Н. Комплексная обработка векторных и растровых данных средствами систем ARC/INFO и ERDAS // Вторая конференция

49. Географические информационные системы". 25-27 октября, С. Петербург, 1994, с.23.

50. Денисов А.Н., Левин Ю.В., Перцов A.B. Опыт использования программ ARC/TNFO и ERDAS для рабочих станций HP // Первая Российская конференция пользователей ARC/INFO. 18-21 Октября 1994, Голицыно, Москва.

51. Денисов А.Н. Алгоритм выделения иерархического семейства границ однородных областей//' Труды конференции "Обработка изображений и дистанционные исследования", 19-21 Августа, 1990, ВЦ СО АН СССР, Новосибирск, с. 71.

52. Денисов А.Н., Скиданов A.B. Автоматизированная обработка данных съемки шельфа// Сборник научных трудов ЦНИИГАиК "Технология топографического картографирования шельфа" ЦНИИГАиК, Москва, 1988, с. 69-92.

53. Денисов А.Н. XVII научно-техническая конференции молодых ученых и специалистов ЦНИИГАиК// Геодезия, аэросъемка и картография. Экспресс информация. Вып. 6, 1986, Москва, ЦНИИГАиК.

54. Денисов А.Н. Описание иерархической структуры изображений на основе инвариантных признаков// Труды XVI конференции молодых ученых и специалистов ЦНИИГАиК, Москва, 24 апр., 1984. Деп. В ОНТИ ЦНИИГАиК 05.05.1985г. №178гд-85Деп.

55. Денисов А.Н. Алгоритм иерархической сегментации гидролокационных снимков по вариации сигналаЛ'Сб. "Совершенствование техники и технологии и передовой опыт выполнения геодезических и топографических работ", № 103, Москва, ЦНИИГАиК, 1983, с. 55-56.

56. Денисов Д.А. Быстрый алгоритм кластер-анализа изображений // Исследование Земли из космоса, 1986, №16, с. 88-98.

57. Джордан Лори. На пороге новой эры: интеграция ГИС и дистанционного изображения/ArcReview, N1,1997.- с. 8-9.

58. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен. М.: Мир, 1976. - 510 с.

59. Джон Ф. Кинг. Непрерывная логика: альтернатива вероятностному подходу // Электроника,- 1985, № 12, с. 55-58.

60. Егоров В.Б., Дмитроченков В.Н., Киреева О.В. Зарубежные работы по созданию региональных банков топографической и картографической информации и информационных систем // Обзорная информация ЦНИИГАиК, 1985, Вып. 3. 53 с.

61. Жамбю М. Иерархический кластер-анализ и соответствия/ Пер. с франц. М.: Финансы и статистика, 1988. - 579 с.

62. Жуков В.Т., Сербенюк С.Н., Тикунов B.C. Математико-картографическое моделирование в географии. М.: Мысль, 1980. - 224 с.

63. Заде JI.A. Понятие лингвистической переменной и ее применение к принятию приближенных решений. М.: Мир, 1976. - 167 с.

64. Зайцев В.М., Лаврова B.C., Чигирев A.A. Построение карт изолиний по стереомо-дели местности с помощью ЭВМ // Геодезия и картография. 1973, №4.

65. Изучение ГИС. Методология Arc/Info. ESRI, 1996. - 300 с.

66. Инструкция по топографической съемке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500. М.: ГУГиК, 1982г. - 273 с.

67. Картография. Вып.4. Геоинформационные системы. Сборник переводных статей. Под ред. Берлянта A.M. и Тикунова B.C. М.; Картгеоцентр-Геодезиздат, 1994.-350с.

68. Каморный В.М., Свидерский М.М., Молин В.Г. Автоматизированная система сбора информации при съемке шельфа//Геодезия и картография, 1987, №4, с.43-47.

69. Келли Дж. Общая топология. М.: Наука, 1981. - 431 с.

70. Кендалл М.Дж., Стюарт А. Многомерный статистический анализ и временные ряды. М.: Наука, 1976. - 550с.

71. Капралов Е.Г. Типичные ошибки цифровых карт / Информационный бюллетень ГИС Ассоциации №5(7) 1997, с. 50.

72. Кирсанов A.A. Использование материалов аэрокосмической съемки при мониторинге окружающей среды. /' Информационный бюллетень ГИС Ассоциации №4(16) 1998,-с. 64-66.

73. Кирсанов A.A. Применение материалов аэро- и космических съемок в геоэкологических исследованиях (состояние и перспективы) / Отечественная геология, №6, 1994, с 50-53.

74. Колмогоров А.Н., Фомин В.Н. Элементы теории функций и функционального анализа. М.: Наука, 1976. - 542 с.

75. Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС (учебное пособие). М.: ООО «Библион», 1997. - 160 с.

76. Костенко C.B. Программа GeoLES / Информационный бюллетень ГИС Ассоциации №4(11), 1997,-с 9.

77. Кошкарев A.B. Тикунов B.C. Геоинформатика. М.: Картоцентр - Геоиздат, 1993. -213 с.

78. Кошкарев A.B. Региональная геоинформационная система: состояние и пути развития / Рационализация природопользования на Дальнем Востоке, Владивосток, ДВНЦ АН СССР, 1984, с. 43-59.

79. Кошкарев A.B. Каким должен быть истинный стандарт на пространственные метаданные, и как должна быть организована работа над ним. / Информационный бюллетень ГИС Ассоциации №4(16) 1998, с. 68-69.

80. Кощеев А.И., Денисов А.Н. Опыт использования водного нивелирования по неполным рядам наблюдений// Геодезия, аэросъемка и картография. Экспресс информация. Вып. 7, 1988, Москва, ЦНИИГАиК, ГУГК, стр. 14-19.

81. Кукушкин Д.А. Методика анализа поля мегатрещинноватости. Сов. геология, 1982, №9, с. 105-111.

82. Лебедева Н.Я., Илюнин И.А. Создание качественных цифровых карт / Информационный бюллетень ГИС Ассоциации №3(2) 1997, с. 24-25.

83. Лисицкий Д.В. Автоматизированная система крупномасштабного картографирования местности // Геодезия и картография, 1986, №12, с. 12-21.

84. Лисицкий Д.В. Основные принципы цифрового картографирования местности. М., Недра, 1988, -261с.

85. Математические методы в геологическом дешифрировании аэроснимков/ Афанасьев Н.Ф., Петров K.M., Теосев A.B. и др. М.: Недра, 1981. 280с.

86. Мандель И.Д. Кластерный анализ. М.: Наука, 1988. - 268 с.

87. Мартин Дж. Планирование развития автоматизированных систем. Пер. с англ. -М.: Финансы и статистика, 1984. 196 с.

88. Методы и технические средства автоматизации обработки материалов аэро- и космических съемок / Под. ред. А.А.Чигирева Л.: ВСЕГЕИ,1979.

89. Наговицин В.А., Сысоев А.Г., Денисов А.Н., Фороща Е.С. Авторское свидетельство №1585691 "Устройство для измерения вертикального распределения скорости звука в жидких средах", 15 апреля 1990.

90. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта/ Под ред. Д.А.Поспелова. М.: Наука, 1986. - 312 с.

91. Нильсон Н. Принципы искусственного интеллекта. М.: Радио и связь. - 1985. -338 с.

92. Нормативно-правовая база. Программно-аппаратное обеспечение. Пространственные данные и услуги на рынке геоинформатики в России// Ежегодный обзор. Вып. 4 ( 1998). М. : ГИС Ассоциация, 1999. 311 с.

93. Первозванский A.A. Математические модели в управлении производством. М.: Наука, 1975. - 616 с.

94. Перцов A.B. Развитие аэрокосмических методов во ВНИИКАМ/ Отечественная геология, №6, 1994, с 3-11.

95. Петров Б.Н., Ульянов Г.М., Гольденблат И.И., Ульянов C.B. Теория моделей в процессах управления. М.: Наука, 1978. - 127 с.

96. Победоносцева O.A. Программно-методическое обеспечение автоматизации процессов создания карт // Обзорная информация ЦНИИГАиК, 1984, вып 1. 58 с.

97. Построение экспертных систем / Под ред. Ф.Хейеса-Рота, Д.Уотермана, Д.Лената. М.: Мир, 1987. - 441 с.

98. ПрэтгУ. Цифровая обработка изображений. -М.:.Мир. 1982. 264с.

99. Рене ван дер Сханс. Различие и сходство ГИС и САПР / ГИС Обозрение 3-4(9), 1996, с. 52-54.

100. Роберте Л. Автоматическое восприятие трехмерных объектов // Интегральные роботы. М.: Мир, 1973, вып. 1, с 162-208.

101. Рогов А.Н. Особенности интеграции технологий географических информационных систем и дистанционного зондирования при изучении природных ресурсов / Отечественная геология. №6, 1994. с 60-68.

102. Розенфельд А. Распознавание и обработка изображений с помощью вычислительных машин. М.: Мир, 1972.

103. Рундквист И.К., Захаров В.И., Денисов А.Н., Питкянен Ф.А., Смирнова Т.Н., Тарасенкова Л.В. Использование космических радиолокационных снимков АЛМАЗ для прогнозирования геодинамических систем// Исследования земли из космоса, N 2, 1994, с. 94-108.

104. Саламонссон О. Об идентификации, интеграции и организации данных в городских и региональных информационных системах / Новые идеи в картографии. Вып. 2. Городские системы и информатика. М.: Прогресс, 1976, с 223-242.

105. Свентэк Ю.В., Тикунов B.C. Применение таксономических методов для целей картографирования географических комплексов//Построение картографического изображения с помощью ЭВМ, Калинин, 1973, с. 108-146.

106. Собчук Т.В. Сегментация линейных объектов для автоматизированной генерализации / ГИС Обозрение. №3-4(9) 1996, с. 50-51.

107. Соловьев В.А., Тетерин И.И. Стандартизация обмена информацией между участниками формирования государственного земельного кадастра. / Информационный бюллетень ГИС Ассоциации №3(15) 1998, с. 70-72.

108. Сорокин А. Проспект методики обмена наборами пространственных данных с использованием распространенных форматов файлов / Информационный бюллетень ГИС Ассоциации №4(6) 1996, с. 34.

109. Степанов Г.Н. Роль и место векторизатора как инструмента ГИС-технологий / Информационный бюллетень ГИС Ассоциации №3(10) 1997, с. 26.

110. Теосев A.B., Денисов А.Н. Иерархическая сегментация сложного изображе-ния//Сб. "Методы и программные средства автоматизированной обработки изображений", Вып 4/53/, ВИЭМС, Москва, 1982, с. 23-24.

111. Теосев A.B., Денисов А.Н. Формирование описания изображения на основе моделирования структуры пространственных взаимосвязей//Сб. "Методы и программные средства автоматизированной обработки изображений", Вып 4/53/, ВИЭМС, Москва, 1982, с. 24-25.

112. Теория выбора и принятия решений/ Учебное пособие,- М.: Наука, 1986.-168 с.

113. Теория графов/ В.В.Белов, Е.М.Воробьев, В.Е.Шаталов. М.: Высшая школа, 1976.-391 с.

114. Тикунов B.C. Классификации в географии. Москва-Смоленск: Изд-во СГУ, 1997.-367 с.

115. Тикунов B.C. Моделирование в картографии (учебник). М.: МГУ, 1997. - 405с.

116. Тикунов B.C. Типология математико-картографических моделей социально-экономических явлений// Изв. АН СССР, сер. геогр., 1979, № 2, с. 130-134.

117. Уоллер JI. Нечеткая логика новая перспективная технология// Электроника,-1989, №5, с. 70-73.

118. Хаггет П. Сетевые модели в географии// Модели в географии. М.: Прогресс, 1971, с. 287-343.

119. Хаксольд В. Введение в городские географические информационные системы. -Изд-во Оксфордского университета, 1991.-321 с.

120. Цветков В Я. Моделирование в научных исследованиях и проектировании. М.: ГКНТ, ВНТИЦентр, 1991. - 125 с.

121. Цветков В .Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика, 1998. -288 с.

122. Черемисина Е.Н, Митракова О.В., Финкельштейн М.Я.,. Технология использования автоматизированной системы АЛСИА для решения геолого-прогнозных задач// Автоматизированные системы в геологии М:, ВИЭМС, 1988, Вып 1(67). -64с.

123. Черненькая JI.B. Управление качеством на основе ГИС. СПб.: Политехника, 1998.- 124 с.

124. Чочиа П.А. Двухмасштабная модель изображения // Кодирование и обработка изображений. М.: Наука, 1988, с. 69-87.

125. Чочиа П.А. Сглаживание изображений при сохранении контуров // Кодирование и обработка изображений. — М.: Наука, 1988, с. 87-98.

126. Юдин А.Н. Восстановление рельефа местности / Автоматизированная обработка изображений природных комплексов Сибири. Алексеев А.С. и др., Новосибирск: Наука, 1988 ,с. 59-84.

127. Яровых В.Б. Проблемы качества векторных цифровых карт для ГИС/ Информационный бюллетень ГИС Ассоциации №4(6), 1996, с. 17-29.

128. Akima, Hiroshi. Bivariate interpolation and smooth surface fitting for irregularly distributed data points / ACM Trans, for Mathematical Software.- June 1978,- pp. 148-159.

129. Asa Carlsson., Katarina Johnsson. A Map Production and Information Management System. // GIS Our Common Language. 1997 ESRI User Conference paper abstracts. ESRI, 1997,- 69 p.

130. Baldrige M/,. Byrne J.V, McElroy J.H. NOAA Satellite Programs Briefing/ NOAA, January 1984.-203 p.

131. Benie G.B., Thomson K.P. Hierarchical image segmentation using local and adaptive similarity rules / Int. J. Remote Sensing, 1992, v 13, No 8. pp. 1559-1570.

132. Bergholm F. Edge focusing. IEEE trans. On Pattern Analysis and Machine Intel-legence/ v PAMI-9, No 6, Nov 1987, pp. 726-741.

133. Bongham-Carter G.F. Comparison of image analysis and geographic information systems for integrating geoscientific maps / Statistical Analysis in the Earth Sciences, paper 89-9, pp. 141-155.

134. Brzakovic D., Patoon R., Wang R.L. Rule-based Multitemplate Edge Detector / CVGIP: Graphical Models and Image Processing, vol. 53, No 3, May, 1991. pp. 258268.

135. Burrough P. A. Principles of Geographical Information Systems for Land Resources Assignment. Clarendon Press. Oxford. 1986. 193p.

136. Canny J.F. Finding Edges and Lines in Images. Artificial Intelligence. Lab. MIT, Cambridge, MA, 1983.

137. Dangermond J. and Freedman C. A Technical Architecture for GIS, CISAJS'88 Proc. vol. 2. ACSM, ASPRS, AAG, URISA, 1987, pp. 561-570.

138. Denissov A.N. Algorithm for Interactive Extraction of Lineaments from Remote Sensing Data I I Visual Analysis and Interface, 1-4 August 1991, Novosibirsk, USSR, pp. 15.

139. Dueker K.J. Geographic Information Systems and Computer-Aided Mapping. "Journal of American Planning Association", 1987, 53, N 3, pp. 383-390.

140. Estes J.E. Remote sensing and GIS integration: research needs, status and trends / ITC-Journal 1992-1, pp. 2-9.

141. Goodehild M.F. Geographic Information Systems. "Progr. Human Geographic", 1888-1912, N4, pp. 560-566.

142. Kirsanov A, Denissov A. The application of Space Radar Survey (SAR-Data) for Structural geology Investigations // Tenth Thematic Conference Geologic Remote Sensing. 9-12 May 1994. San-Antonio, Texas, USA, p. 51.

143. Kirsanov A., Denissov A. The application of remote sensing for studying environment regional changes of the North-West of Russia// East Europe and Global Change Conf. 3-10 Oct. 1994. Halkidiki, Greece.

144. Naithani K.K., Sharma P.S. DEM generation for the SOI PC/AutoCAD / ITC Journal 1991-2, pp. 78-81.

145. Niblack C.W., Gibbons P.B., Capson D.W. Generating Skeletons and Centerlines from the Distance Transform / CVGIP: Graphical Models and Image Processing, vol. 54, No 5, September, 1992. pp. 420-437.

146. Powell J.E. TurboProject 3.0 Nips at the Heels of MS Project. / Windows Magazine. Aug 1999, p 71.

147. Richards J.A. Remote Sensing Digital Image Analysis. An Introduction. SpringerVerlag, 1986.-281 p.

148. Rogov A.N., Denissov A.N. Integration of remote sensing and cartographic data by means of GIS// GIS in ecological studies & environmental management. Conf. 26-28 Sept. 1994. Warsaw, Poland.

149. Rosenfeld A. and Banerjee S. Maximum-likelihood Edge Detection in Digital Signals/ CVGIP: Graphical Models and Image Processing, vol. 55, No 1, January, 1992. -pp. 1-13.

150. Shen J. and Castan S. An Optimal Linear Operator for Step Edge Detection / CVGIP: Graphical Models and Image Processing, vol. 54, No. 2, March, 1992. -pp 112-133/

151. Stollnitz E.J., DeRose T.D., Salesin D.H. Wavelets for Computer Graphics: A Primer. // IEEE Computer Graphics and Applications. 15(3): pp. 76-84, May 1995 (Parti) and 15(4) July 1995 (Part 2),-pp. 75-85.

152. Surface modelling with TIN/Arclnfo 6.0 Users Guide. ESRI. 1991.-267 p.

153. Tomlinson R.F. Geographical Information Systems, Spatial Data Analysis and Decision Making in Government, University of London, July 1984. 444p.

154. Using Arclnfo. ESRI, 1995. - 634p.

155. Using ArcView GIS.ESRI. 1996. - 350p.

156. Using Microsoft Project 98. Microsoft Press, 1998. - 732p.