автореферат диссертации по геодезии, 05.24.03, диссертация на тему:РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ФОРМИРОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БАЗ КАРТОГРАФИЧЕСКИХ ДАННЫХ (НА ПРИМЕРЕ ИНФОРМАЦИИ О НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТАХ)



МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОДЕЗИИ И КАРТОГРАФИИ

На правах рукописи УДК528.В

ГОНЧАРОВ Владимир Владимирович

Разработка методики формирования и использования баз картографических данных (на примере информации о населенных \ пунктах)

05.24.03 - картография

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

\ Москва - 1998

) I

УСьрт о гррарг^

Работа выполнена в Московском государственном университете геодезии и картографии.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент А.Г.Иванов Официальные оппоненты:

доктор технических наук Е.И.Халугин

кандидат технических наук А.П.Михайлов

Ведущее предприятие - Центральный научно- исследовательский

институт геодезии, аэросъемки и картографии

/л •'-■■ï^ivi.i .

Зашита состоится И1 *Г января 1Т)*)г n г щг iln нИд Yincri|j¡г г г rj-1 т ti n 11 rin

нога Совета K063.01 r ю защите диссертаций на степени

кандидата технических наук при Московском государсЛгМэЗы университете геодезия и картегр«фчн до адресу: 103064, Москва, ГфЙйадский пер., 4 (ауд.321). ~ -

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан Ж декабря 1998г.

Ученый секретв^^^&^лт '«¡ионного Совета. /^М^?Т*'?'В.В.Краснопевцев

■ ^■ Т

Актуальность проблемы В настоящее время, основным способом создана! карт является автоматизированный способ с использованием технологии компьютерных баз данных (БД). Во всем мире разработано значительное количество баз данных, предназначенных для создания крупномасштабных карт (масштаба 1:1 ООО ООО и крупнее). В зарубежных странах существуют несколько разработок БД для создания карт масштабов мельче 1:1 ООО ООО, характеристики которых приведены в диссертации. Основной особенностью этих баз данных состоит в том, что они предназначены либо только для тематических карт, либо только для общегеографических карт я на основании использования зарубежных же картографических источников, что, в частности, существенно ограничивает полезность и применимость накопленных данных для создания карт а нашей стране. Судя по публикациям в специальной технической литературе, в нашей стране отсутствует разработки по созданию баз данных для мелкомасштабного картографирования, в дальнейшем называемых мелкомасштабными картографическими базами данных или МКБД. В этой связи возникает проблема проведения исследование по теории к практике разработки баз данных для мелкомасштабного картографирования, при этом МКБД должна обеспечивать одновременно возможность как создания общегеографических, я тематических карт различного назначения, содержания и территориального охвата, так и служить информационным источником при решении различных прикладных задач. Таким образом, МКБД должна отличаться от существующих баз данных и содержать полную и подробную информацию, обеспечивающую решение всех указанных проблем. Следовательно, своевременное создание мелкомасштабных картографических баз данных на основе обзорной общегеографической карты России актуально на данный момент и, соответственно, создание методики их формирования н использования способно существенно ускорить щюцессы развития автоматизации картографического производства и дать толчок проникновению ГИС-технологий в прикладные информационные системы.

Таким образом, разработка МКБД является важным и актуальной задачей современного мелкомасштабного общегеографического и тематического к артографи роааниа.

Цель работы Исходя из вышеизложенного, целью настоящей диссертации является разработка теории и практики мелкомасштабных картографических баз данных и создание методики формирования и использования МКБД. Достижению данной цели требует разработки следующих задач:

• Разработать концепцию создания МКБД, отличающуюся возможностью создания общегеографических и тематических карт, то есть содержащую информацию с большей полнотой и подробностью.

• Определить базовые функциональные возможности МКБД

| зЦЕНТРАЛЬНАЯ '

| НАУЧ'-'.'П С13ЛИ0ТЁКА

I' («оск. , , цдвмии

инв.

• Разработать единую для решения различны* задач методику ввода, обновления и вывода общегеографической и тематической информации из МКБД

• Разработать методику использования существующих математических методов для обеспечения технологических и информационных процессов цифрового картографирования

» Разработать методику реализации концепции МКВД, включающее уточнение структуры базы данных, состава математического обеспечения, форматов хранения н представления данных.

• Разработать методы взаимодействия с банками картографических и тематических данных на основании общепринятых стандартов.

Научная новизна и практическая ценность диссертации

• Разработана подробная концепция мелкомасштабной картографической базы данных с описанием структуры данных и базовым набором функциональных возможностей, предоставляемых МКВД.

• Разработана н описана методика формирования и использования МКВД в условиях взаимодействия с внешними тематическими и картографическими банками данных, включая распределенный доступ с использованием глобальных компьютерных сетей.

• Разработан врпяадп формирования ШСБД по политике - административному признаку, а не до номенклатурным листам или листам карты.

Практическую ценность диссертации представляют собой разработанные способы формирования и использования МКБД, включая классификацию и кодирование картографической информации, разработку структур данных и разработку алгоритмов ввода и использования информации. Организация МКБД по изложенным методикам существенно упрощает использование мелкомасштабных цифровых картографических данных в различных проектах, в том числе таких значимых, как:

• Организация цифровой обшегеографичесхой карты масштаба 1:2 500 ООО, являющейся основной для проектирования большого числа тематических карт

• Обеспечение информационной поддержки государственного каталога географических названий ЦНИИГАнК

• Формирование информационной базы для вновь'ссодаваемого Атласа России

Апробация полученных результатов м практической ценности работы ■ Основные выводы и положения диссертации докладывались и обсу- -ждались на следующих конференннях и семинарах;

• Seminar for ecosystems approach for water management Economic commision for Europe, Oslo, Norway,1991

• Юбилейной конференции, посвященной 60-летию картографического факультета "Состояние и перспективы картографии", МИИГАиК, 1996

• V юбилейной международной конференции "Крым-ЭЗ" "Библиотеки и ассоциации в меняющемся мире: новые технологии и новые формы сотрудничества" , Судак, Украина, 1998

• 2-х конференциях молодых ученых МИИГАиК 1995-1936

Разработанная методика формирования и использования МКБД вошла в курс как теоретических, так и практических занятий по темам:

• "Цифровое картографирование"

■ "Автоматизация процессов создания и использования карт" для студентов картографического факультета МИИГАиК.

Основное содержание

Глава 1 Анализ существующих картографических баз данных D первой главе рассматриваются существующие и вновь проектируемые базы и банки картографических данных, причем основное внимание уделяется мелкомасштабным данным. Приводится классификация КБД по следующим критериям:

• Организационной принадлежности

- Нациокальные(государственкые)

- Отраслевые{тематическке)

- Научно-исследовательские

- Коммерческие

• Масштабу исходных картографических материалов

- Крупномасштабные КБД, полученные с топографических карт

- Мелкомасштабные КБД, полученные с мелкомасштабных обзорных общегеографических карт

• По назначению

— О&шгеографкческие

~ Тематические

» По характеру размещения и использования данных

— локализованные

— централизованны«

— распределенные

• Представление географических координат

— Используются географические координаты непосредственно

— Используются координаты в каких-либо проекциях, в большинстве случаев в сщкой проекции

— Используются параметрические координаты я какая-пибо фупк-вия. обеспечивающая получение географических координат по параметрам

Проведен подробный анализ каждого раздела с акцентом на недавно появившиеся и активно развивающиеся категория К БД, а именно распрямленные КБД, появление которых, в первую очередь, связано с развитием сетевых технологий, а том числе и глобальных сетей, как ведомственных, так и публичных, среди которых главенствующую роль играет сеть Internet. Новым является метод хранения и использования географических координат объектов, при котором географические координаты не хранятся непосредственно в КБД, ко могут быть получены в результате вычисления некоторой функция F(t) , где t — некоторый параметр, хранящийся в КБД. В сочетании с распределенным способом хранения данных это может привести (и приводит) к созданию новых видов КБД, создаваемых на основе тематических банков данных я яе содержащих географические координаты в явном жида, яо использующие уникальные идентификаторы в других КБД, где эта информация присутствует. Обычно для этих целей используются национальные (государствен кые) или отраслевые КБД. Сделан вывоз об актуальности создания в использования на данном этапе общенациональных банков картографических данных, обладающих стандартизованным интерфейсом и способных обеспечить на этой основе необходимой географической привязкой данные в многочисленных тематических собраниях данных. Отмечается, что данный процесс имеет и обратную сторону: он может оперативно связывать тематические и общегеографические данные, что обеспечивает следующие преимущества:

• Освобождение общегеографи ческнх БД от необходимости хранения разнообразной информации, представленной в более полном объеме в тематических банках данных

• Оперативное создавав тематических карт яа основании информации, имеющейся в наличии па момент создания карты, а не накопленной когда-либо ранее

• Оперативное дежурство и обновление КБД посредством учета изменений, происходящих в связанных базах данных

Приводятся примеры общенациональных КБД и примеры их использования. Особое внимание уделяется Цифровой Карте Мира (DCW — Digital Chart of the World) масштаба 1:1 ООО ООО и влиянию, оказываемому ей на развитие цифрового картографирования во всем мире, в том числе и России. Приводятся примеры распространения тематической информации со ссылками на DCW и примеры распространения цифровой картографической информации (ЦКИ), освобожденной от некоторой части нагрузки, в том числе и и от географических названий. Проанализированы типичные структуры данных, используемые для представления картографической информации и способы обмена ею между различными собраниями данных. Обобщены схемы н способы предоставления ЦКИ потребителям, как традиционные, так и появившиеся в последнее время.

На основании проанализированной информации сделан вывод о необходимости создания общенациональной КБД, способной обеспечить снабжение потребителей цифровой картографической информацией и, на этой основе, сделать возможным широкое использование современных технологий цифрового картографирования. Своевременное создание по новейшим технологиям КБД (МКБД) способно обеспечить адекватное сегодняшнему уровню развития техники состояние картографического производства.

Глава 2 Концепция мелкомасшабвой картографической базы дан* ных (МКБД) В этой главе формализовано понятие мелкомасштабной картографической базы данных как специализированной базы данных, наделенной функциями хранения и обработки географических координат, в перечисляются основные требования по составу хранимой информации и способам ее представления, набору функций МКБД и даются рекомендации по их реализации. Обсуждается понятие (Танков картографических данных, дается обзор существующих стандартов и определений.

Требования предъявляемые к МКБД общего назначения на современном этапе:

• Обеспечение хранения и обработки больших структурированных объемов данных

• Обработка запросов в оперативном режиме

• Открытый интерфейс обмена данными

• Возможность изменения состава хранимой информации в оперативном режиме

На современном уровне развития программных технологий и, с учетом требований, налагаемых на доступность МКБД со стороны различных прикладных приложений, представляется разумным реализация МКБД на базе СУБД использующих Structure Query Language (Структурный Язык Запросов) ила, иначе, SQL серверов. Безусловно, использование SQL серверов вызывает повышенные накладные расходы и потребует использования более мошной вычислительной техники, чем это требуется для обычных задач хранения к использования картографических данных в специализированных системах, но требование универсальности н всеобщности доступа, налагаемые на более или менее крупную МКБД, планируемую для использования я сколько-нибудь значительных масштабах, обязывают использовать именно такое представление данных. Приведены различные способы хранения географических координат в базах данных, в том числе, рекомендованные международными организациями к использованию на SQL. Описаны базовые стуктуры данных, обеспечивающие хранение географических координат и, на этой основе, определены примитивы, обеспечивающие представление основных географических объектов — населенных пунктов, водных объектов, границ и дорог.

Далее рассматривается вопрос об обеспечении идентификации географических объектов, хранящихся в МКБД. Обычно для поиска и пндентифи-кации объектов в картографических базах данных используются различные схемы индексации географически координат, что недостаточно для реализации обшепелевой МКБД, учитывая необходимость обеспечения универсального интерфейса с тематическими байкам» данных. Предлагается к использованию следующая схема;

• Географические координаты объекта или характеризующей точки объекта, вычисляемой на основе определенных правил

• Название

• Код типа объекта

• Код адм.-терр. принадлежности

К этому набору может быть добавлен уникальный индекс объекта, который создается автоматически яри создании нового элемента в базе данных и предназначен ля* обеспечения связей в многотаблнчных и распределенных БД.

Для реализации требования о возможности оперативного изменения состава храиткйс* информации предложен принцип разделения информации об объекте на общую и специализированную часть. В общую часть должна быть отнесена информация, присущая всем географическим объектам, то есть идентификатор и, возможно, некоторая характеристика объекта, облегчающая поиск к отбор данных. В развитие предложения, далее обсуждается вопрос о форматах представления информации об объектах в базе данных - универсальном (общем) и специализированном (частном). Указывается, что в соответствии с принципом объектного представления данных, предусматривается наличие базового универсального формата представления данных, лежащего в основе любой единицы хранения данных об объекте, имеющем географическое представление иди, иначе, имеющем географические координаты. Это является необходимым условием для обеспечения возможности использования единого протокола взаимодействия с различными потребителями и поставщиками картографической информации, использующими МКЕД. О общем случае, все стороны, вовлеченные в обмен информацией могут использовать базовые функциональные возможности, которые оперируют данными, представленными в универсальном формате, то есть реализуете» наследование объектов, в данном случае, географических. Впоследствии, при переходе от общего к частному после определения типа объекта, прикладные или системные утилиты могут использовать данные, специфические для конкретной категории объектов и, следовательно, использовать специализированные функциональные возможности. В работе указано, что в универсальный формат задней должны войти идентификатор объекта, содержащий составной код, описывающий качественные характеристики объекта. Структура кода зависит от размеров территориии, представленной в МКЕД, и должна описывать все множество категорий объектов, представленных на этой территории. Учитывая возможное многообразие объектов и дополнительных тематических атрибутов, предложена организация дополнительного кодирования частной информации на основе регулярных выражений »адаптированного к ограниченным возможностям, предоставляемым стандартом 3(ЗЬ-92. Указанный код представляет из себя символьно-цифровую строку неопределенной длины, содержащую в себе специальным образом структурированную информацию об объекте. Дополнительный код может быть включен в состав базового формата данных для представления дополнительных услуг по поиску и отбору картографических объектов в МКБД. В результате, предложен следующий вариант универсального формата записи для МКБД (рис. 1). Разработка кодов и составление структуры регулярных выражений происходит на этапе проектирования БД и может быть дополнено в процессе заполнения н использована я. Один из вариантов копировки объектов предлагается в последующих главах.

При проектировании МКБД необходимо определить состав и перядок авода данных. Для картографических баз данных характерно хранение информации во слоям, отражающим различные категории объектов на карте. Учитывая пели создания МКБД и ее связи с крупномасштабными банками данных, предлагается

Рис. 1: Обший формат записи

Название поля Тип поля Комментарий Пример

Координаты Название Тип Адм.-тер код Характеристика (Л Л) Символьное Целое Числовое Символьное Координаты точки привязки объекта Название объекта Код типа объекта Адми я истрати дно-территориальный код Регулярная я-ка объекта ( 55.85, 34.90 ) Москва 111 26.161 (Э=0)(Э(Пром=30){Адм=20))

использовать следующий базовый набор слоев:

• Населенные пункты

• Гидрография

• Гранины

• Пути сообщение

Остальные слеш могут быть добавлены по мере заполнения МКБД и развития ее свазен с тематическими баянами данных. Особо следует остановиться на рельефе, информация о котором, по некоторым оценкам, может ааяпнать дао 80-90% объема базы данных. Представляется разумным по вносить заново информацию о рельефе в общепелевую МКБД, а иснолыоьать ранее накопленные давньге в других картографических Сазах данных, в тем числе и крупномасштабных, лрймеля* специализированные алгоритмы преобразования данных- Наиболее удачным пред, статней* распрсжиенноо представление лонных с использованием информации о рельефе, содержащейся в каком-нибудь национальном или международном КБД.

Далее проведен анализ базовых фунжциЙ МКБД в соответствии с задачами, на нее возлагаемыми:

■ Внесение информации об объекте в базу данных

• Идентификация объекта по географическим координатам и типу объекта

• Идентификация объекта по названию и тину объекта и коду административно-территориальной принадлежности ,

• Выборка объектов по информации в обшем фермате записи'

• Выборка или исключение объектов на основании географических координат

• Внесение изменений в идентифицированный объект

• Удаление информации об идентифицированных или отобранных объектах

• Получение полного списка координат объекта

• Представление данных в форматах, обеспечивающих обмен с другими КБД:

- Обменный формат интегрального файла цифровой картографической информации

- Формат SDTS (Spatial Data Tïamfcr Standart)

- Формат ACS — текст, разделенный запятыми, предназначенный дл* обмена в общем случае, возможно с частичной утратой структуры информации

Эти функции являются минимальным набором возможностей картографической базы данных, использующих общую форму записи, и могут быть дополнены более специализированными, ориентированными на конкретное приложение. Например, обмен данными в форматах какой-либо коммерческой ГИС может быть весьма полезен для конкретной реализации КБД.

Далее рассмотрена характерная особенность мелкомасштабных КБД — группирование объектов в соответствии с административно- территориальным делением. Показано, что подобная структуризация, отраженная в универсальном формате записи, облегчает ввод данных с мелкомасштабных картографических материалов и существенно упрощает взаимодействие с тематическими банками данных, не содержащими, как правило, географические характеристики объектов, но оперирующими ик административно- территориальными атрибутами. Включение копа административно- территориальной принадлежности в общий фермат записи обусловлено именно зтой зависимостью,

Взаимодействий МКБД с картографическими и тематическими базами данных и, в частности, организация распределенных банков данных является насущной проблемой современного этап л развития срелств автоматизации картографического производства. В настоящее время, большинство тематической информации уже сосредоточено в различных банках данных. Также, все большее количествно информации доступно в оперативном режиме с использованием современных сетевых технологий и, особенно, глобальной сети Интернет. В свете этого, становится необходимым обеспечить способы обмена информацией МКБД с тематическими банками данными. Для этого МКБД должна предоставить методы распределенного доступа к своим базовым и специализированным функциям. Здесь выделяется два уровня взаимодействия:

• Оперативный (он-лайн), при котором приложение непосредственно использует такие функции, как ввод и поиск объектов

• Пакетный (офф-лайн), при котором обмен данными происходит в киле наборов, представленных в каком-либо стандарте обмена, и приложение не взаимодействует непосредственно е МКБД

Приведено несколько способов реализация к ах оперативного, так и пакетного взая-мсщействи*. Показано, что оперативное взаимодействие применимо дли сильносвязанных банков данных, соединенных достаточно производительной линией связи, а пакетное более применимо для связи с отдаленными БД и обмена большими объемами данных. На основании анализа сделан вывод о необходимости предусмотреть обе схемы в МКБД общего назначения для обеспечения различных схем взаимодействия, примеры которых приводятся в главе, посвященной экспериментальной реализации МКБД Отмечается, что котя специализированные ферматы оттесываются при разработке структуры МКБЛ, реальные данные могут хранится в сторснннзс внешних картографических или тематических Сана»ах данных. Более того, возможно и, зачастую, необходимо использование транзитивных отношений для включения в МКБД данных, не придерживающих принятую уникальную идентификацию объектов. То есть, если R1 — есть первичный ключ объекта в МКБД, а 112 — уникальный идентификатор элемента данных в некоторой внешней базе данных, то (R1.R2) может рассматриваться как виртуальный частный формат, описывающий внешний по отношению к МКБД тип объектов. После (юллизаили этих функций становится возможным выполнение целей и задач, возложенных на МКБД:

• автоматизация общегеографического и тематического картографирования

• обеспечение качественного улучшения состава информации, хранящейся в МКБД

• актуализация доступной картографической информации — ее современность и адекватность реалиям

В результате исследований, изложенных в этой главе, сделан вывод, что МКБД на современном этапе представляет собой сложный программно - технический комплекс, реализуемый на базе SQL серверов и обслуживающий поставщиков-потребителей информации с помощью базового набора функций как при непосредственном взаимодействии, так и удаленно, в оперативном н в в пакетном режимах. Для реализации специфических взаимодействий предусматриваете* аппарат расширяемых функций, ориентированных на специальные форматы записей. Общий (универсальный) и -частный (специальный) формат записи используют и идентификатор объект для связи между ферматами и »тот же идентификатор может быть использован для связи с внешними картографическими и тематическими банками данных, которые можно рассматривать как особые случаи специальных форматов.

Глава 3 Методика формирования МКБД D этой главе освещена методика формирования МКБД , использующая положения, сформулированные в предыдущих главах. Указанная методика разработана на основе, обще географической обзорной карты России и сопредельных государств масштаба 1:2 500 ООО, на примере наоеленных пунктов. . '

В начале главы рассмотрены методы, применяемые-при выборе программно - технического обеспечения. В настоящее время, этот воятрос стоит не так остро,

как на более ранних стадия* развития вычислительной техники, яот тем не менее, правильный выбор щхэграммиого обеспечения в значительной мерс onjienc-ляет полезность и применимость разработки. Отмечено, '1-го согласно концепции мелкомасштабной картографической базы данных, для реализации базы данных необходимо использовать какую-либо реализацию SQL сервера для выбранной технической платформы. При этом, в целях обеспечении переносимости данных и обеспечения единого интерфейса с прикладными приложениями разумнее ограничиться рамками одного из стандартов SQL — например, SQL-92. Подвои итоги, выбор программно-технической платформы для построения МКБД предложено организовывать по следующей схеме:

1. Определение средств вычислительной техники, на которой будет выполнена разработка.

1. Выбор SQL-сервера или серверов, существующих для выбранных платформ.

3. Определение подмножества SQL, оШцсп» для всех залейстпоиаипнх ссрпе[юо

4. Проектирование межсерверных связей в случае планирования распределенных систем

Показано, что при подобном выборе программно- технических средств обоспечи-ватся возможность миграции МКБД на другие компьютерные платформы по мере необходимости в связи с постепенным заполнением МКБД или развитием средств вычислительной техники.

Далее рассмотрены метопы организации хранения координат объектов и сделан вывею, что для хранения информации о географической локализации объектов разумнее использовать географические координаты нежели координаты в проекции или параметрические. Это связано с универсальностью географических координат, их ортогональностью относительно других типов данных, используемых в базе данных. Более того, доказано, что следует задавать географические коор» динаты для каждого объекта, за исключением границ, независимо от остальных объектов, присутствующих в МКБД. Такого рода координаты называются в дальнейшем абсолютными географическими координатами или просто йбеолютнымм координатами. Для хранения и обработки абсолютных координат использованы структуры данных, разработанные для представления географических координат на SQL. Обсужден вопрос об исключении дублирования координат линейных объектов или границ объектов, находящихся в отношениях емгжность,прилегани* и т.п. Указано на сложности, возникающие при попытке добиться эффективности при обработке координат объектов за счет исключения совпадающих и прилегающих участков.

На следующем этапе определяется состав информации, предполагаемой для цифрования н занесения в МКБД. Как уже отмечалось, в современном цифровом картографировании принято ввалить информацию по слоям, отвечающим опрше-ленкым характеристикам географических объектов. Для мелкомасштабного картографирования, в соответствии с целями и задачами построения МКБД, разумно для первоначального ввода данных использовать слсдуюшио слоги:

> Населенные пункты

* Гидрография

■ Границы

* Пути сообщение

Исследован вопрос о представлении в МКБД рельефа и установлено, что на этапе формирования МКБД на базе карты России нет непосредственной необходимости цифрования рельефа, ибо:

1. рельеф не отражает» подробно на большинство тематических карт

2. информация о рельефе мошгг быть получена из других КБД

3. в дальнейшем, цифдовыс данные о рельефе могут быть с помощью соответствующих алгоритмов преобразованы в объекты МКБД или использоваться как распределенные данные

Другие слои могут быть добавлены в МКБД по мерс потребности путем цифрования или па мере установления связей с тематическими банками донных. Показано, что наличие таких связей способно оказать существенную помощь и при под готово данных для базовых слоев. Цифрование элементов математической основы карты не представляется целесообразным, так кок в случае мелкомасштабных обзорных общегеографических и тематических карт методы построения математической основы хорошо изучены н автоматизированы.

После ощкзделепия состава вводимой информации разрабатываются схемы кодирования данных, tt> есть методы п| «.ч ¡бракован и я графической информации на карте в цифровую нн^шрыаинн) и МКБД. Рассмот|>сиы различные схемы кодирования, указаны их достоинства н недостатки. Отмечена необходимость организации сквозной единой схемы кодирования для всех объектов кпрты и прелстовленки ко-Жч> в шще |Регулярных ст^нж для uGciticîchiiji унификации доступа к объектам. Ойсуждаютси зшшсимисти структуры кодов от исконного картографического материала м, на основании исследований, созданы системы кодировок на осп осе карты России масштаба 1:2 500 ООО. Рассмотрена возможность создания нескольких ортогональных схем кодирования для отражения различных качественных характеристик объекта. Приведен пример разработки структуры коде® иа основе информации о населенных пунктах:

» Кодирование картографических условных знаков (КУЗ) ИП

1. О ид шрифта

2. Размер шрифта

3. Цвет КУЗ

4. Тип КУЗ

5. Размер КУЗ

* Кодирование кода значимости НП

1. Код типа НП

2. Код пол.-адм, значения

3. Код градации численности жителей

Полностью таблица кодирования НП приведена в приложении.

Согласно концепции МКБЛ, сдоанизация данных в базе данных слодует оОъсктной-ориентированной модели. Так как большинство современных СУБД не представляет средств поддержки объектов, то следует, используя базовые понятия языка описания данных, в вашем случае SQL, эмулировать поп слаще объектов на основе имеющихся стуктур данных. Как уже отмечалось, с целью обеспечения возможности свободного обмена цифровой картографической информацией с другими картографическими и тематическими базами данных, важно разработать обшое представление географических объектов я базе. Млн, в терминах, предыдущий главы, разработать оОший или универсальный формат записи, с помощью которого можно будет однозначно идентифицировать объекты, содержащиеся в МКБД, Каждый объект в универсальной формате записи прслставлги одной парой координат, выбранной по некоторому алгоритму. Далее, для обеспечения уникальности идентификатора добавлена дополнительная информация, позволяющая точно определять объехт, Для МКБД, основанной па общегсографичесаой обзорной карге России, такой инфмормадией является название объекта и его код типа, в соответствии со систематизированной категоризацией содержания МКБД. Этот набор также оптимален с точки зрения организации поиска информации в БД. Его представление в табличном виде и реализация на SQL покпзапы »а {рис. 2): Поле label добавлено для повышения эффективности при организации отношений внутри МКБД и поиска данных. Поле leg km добавлено для структуризации данных по административно - территориальному признаку и обсуждается ниже. D любом случае, набор (рЫ,1атЫа,нате и class) образует уникальный идентификатор объекта (или ключ в терминологии СУБД). О терминах объектной модели, обший формат записи описывает базовый тип. который наследуют все объекты системы. Механизм наследования при этом реализован при помощи реляционных отношений, основанных на первичном ключе. О заключение подраздела, приведены аргументы и пользу такого выбера первичного ключа и приведены примеры организации ссылок на глобальные хранилища данных.

Далее рассмотрено представление производных (от бтового) объектов каждого типа и, следовательно, определены частные или специализированные формата представления данных. Очевидно, каждый тип объектов имеет свое независимое описание и, более того, по мере формирования МКБД описание может быть изменено. Тем не менее, выделены общие атрибуты, которые присутствуют в каждом формате • уникальный идентификатор объекта для связи с базовым типом, то есть набор (phi, lambda,name и class). При разработке специализированных форматов для каждой схемы кодирования, разработанной ранее, предусмотрен свой формат и при составлении частных форматов приведен пример реализации алгоритма преобразования основных атрибутов объекта в регулярную форму label для оСлег-

Рис, 2: Стуктура общего формата

Название поля Имя SQL Тип ПОЛЯ Комментарий Пример

Широта phi Числовое Широта точки привязки 55.85

Долгота lambda Числовое Долгота точки привязки 34.90

Название name Символьное Название объекта Москва

Тип class Целое Код типа объекта 111

Адм.-терр. кот region Символьное Адм.-терр. код 26.161

Характеристика label Символьное Составная хар-ка НП111

Реализация на SCJL

CREATE TABLE ВазaFormat ( phi НиИЕЯ1С(10.5), lambda NUMERICUO.5), name VAftCHAR(32). class INTEGER, region VAHCHAK(IO), label VARCHARÍ64)

>

чсния поиска инфо|)мадии яла данной категории объектов. Отмечено, что разработка специализированных форматов для базовых слоев может быть закончена до начала заполнения МКСД, тогда как для объектов других типов возможно создание новых типов НО МС}№ возникновения потребности. Приведен пример частного формата записи для населенного пункта (рис. 3), следующий ранее предложенной схеме копировании информации.

После огцдодслениа ^юрнатои щншстйалския данных, рассматрсн процесс заполнения МКВД циф|Юиой uii<|iopM<tuuu, полученной с карты. Приведены основные методы цнфроиаиш данных на мелкомасштабной обзорной обшегсографиче-ской карте. Сфорнулн]>ован принцип пиша данных по административно - территориальному припишу, а не по листам карты или географической сетке, что дает* следующие преимущества:

1. уменьшается размер единицы картографируемой территории, что дает воз* мощность использовать малоформатные устройства

2. становится возможным организовать цифрование карты по принципу "наи. большей полезности", то ость территории, представляющие наибольший интерес, обрабатываются в первую очередь

3. облегчается использование спралочно-статистических источников, как правило структурированных по политико^дминистративному принципу

4. облегчается взаимодействие с тематическими банками данных, что в свою очередь позволяет:

Ряс- 3: Частный формат для представления информации о КУЗ НП

Название поля SQL Тнп поля Комментарий Пример

Шпрота phi Числовое Широта 1Ш 55.85

Долгота lambda Числовое Долгота НП 34.90

Название паше Символьное Название объекта Москва

Тип class Целое Код типа объекта 1

Вид шрифта NPKUZfont Символьное Ксщ шрифта тп

Размер шрифта NPKUZpts Числовое Размер шрифта 3.5

Цвет КУЗ NPKUZcolor Целое Цвет шрифта 1

Тип КУЗ N PK U Z type Целое Тип знака 2

Размер КУЗ NPKUZsize Числовое Размер знака 4.0

CREATE TABLE NPKU2 <

phi KUMERICtlO.5),

lambda NUHERIC(10,S>, пава VARCHAM32), class IKTEGER, MPKUZfont VARCHAR(16), HPKUZpta KtMERICÍ8.2), JdFXüZcolor INTEGER, MPKUZtype INTEGER, KPXlfZaize HOMERICO >2)

Название поля SQL Тип поля Комментарий Припер

Широта phi Числовое Широта НП 55.85

Долгота lambda Числовое Долгота НП 3-4.90

Название name Символьное Название объекта Москва

Тип class Целое Код тппа объекта 1

Тал НП NPtype Целое Город, поселок ,.. 1

Код адм.-пол. значения NPadm Целое Код адм. значения 1

Коп численности NP value Целое Количество жителей 1

CREATE TABLE HPKuz <

рМ mjMERlCC10.5)

lambda. IWMERIC(10,5>

name VARCHAR(32).

class INTEGER,

HPtype INTEGER,

NPadm INTEGER,

KPvalue INTEGER

• Обеспечивает дополнительный кемтролъ за правильностью цифрования слоя карты

• Позволяет оценивать актуальность тематических данных

• Даст возможность провести корректировки данных как а тематических банках данных, так и на карте, при обнаружении фактических ошибок

• Позволяет обеспечить в вещ в МКВД качественно новой информации, отсутствующем на карте

Например, путем цифрования карты России нельзя получить данные о точной численности жителей в каком-либо населенном пункте, но, установив взаимодействие с соответствующей тематической или картографической базой данных, такую информацию получить можно, не прибегая к требующей больших временных и трудовых затрат процедуре обращения к справочникам. В результате, можно добавить новое поле в частный формат НП, содержащее численность жителей, то есть информацию, которую нельзя получить с карты, проверить достоверность кода численности НП или обнаружить несоответствие в тематической Сазе данных. В последушем, внесенные атрибуты можно использовать при отборе информации из МКВД или в процессе создания новых тематических карт. В свою очередь, перечислены проблемы, возникающие при организации ввода данных по административно-территориальному принципу (прежде всего, разрывы изображений объектов по границам территорий, а не по листам карты) и предложены методы их решения.

Таким образом, в этой главе описывается методика формирования МКВД, Указанная методика предполагает объектный принцип модели базы данных, цифрование карты согласно административно- территориальному принципу, взаимодействие с тематическими банками данных, что приводит, в конечном итоге, к созданию цифровой базы данных информационно превосходящей исходный картографический материал или, в нашем случае, мелкомасштабной картографической базы данных и карты России и Сощгепельпых Госуда1>ств, соответственно.

Глава 4 Методики использования МКБД D »той главе привадится методика использование МКБД, созданной и сформированной согласно разработанным в предыдущих главах методиках. Обобщаются методы использования МКБД в различных информационных процессах.

Рассмотрены следующие методы обмена информацией с МКБД

■ В оперативном режиме с использованием технологий Internet

• В пакетном режиме с использованием твердых копий и магнитных носителей

Указанана важная роль стандартов представления обменной информации. Рассмо трсны общие модели оперативного использования данных, хранящихся на SQL серверах н описаны специфические детали, характерные для использования картографической информации. Указана важность использования стандарта Open DataBase Connectivity (ODBC) для представления цифровых картографических данных в оперативном режиме. Для использования в пакетном режиме предложены

к использованию формат SDTS (Spatial Data. TVausfcr StfnidM t) для обмена с приложениями, ориентированными на использование картографических ионных и текст, разделенный запятыми (ACS), для обмена данными с тематическими приложении-ми и некоторыми ГИС. Приведен пример использования обменного формата SDTS для связи с исследовательской ГИС GRASS. Рассмотрен вопрос преобразования координат в различные проекции, согласно требованиям приложений. Приведены аргументы в пользу использования внешних фунший-фильтров для вылоленния преобразований. Пример такого использования изжикен я следующей главе.

Далее, разработаны и проанализированы возможные схемы применения M КЕД для создания н редактирования общегсографичееких и тематических карт. Описаны методы использования МКБД ва различных стадиях создания я дежурного обновления карт.Также, рассмотрен вопрос об использовании МКБЛ в процессе интерактивного редактирования кар» в программно-технического системах автоматизированного проектирования и ГИС. Приведены поиробныо алгоритмы доступа к информации на примере НП, Описаны возможные способы использования МКБД при создании Нэдшонального Атллгл России. Приволен пример создания новой тематической карты с использованием выбодтк данных из МКВЛ ira оскопа-нии добавленных в процессе ^юрмировяния атрибутов, а имсиио точной численности населения — описана методика создания гипотетической карты, отражающей процент работоспособного населения в НП.

И Пользование МКБД для автоматизации прикладных задач может обеспечить существенное распространение картографических технологий в прикладные области. Поэтому, создание базовых методов доступа к данным МКБД представляет один из важнейших факторов, обеспечивающих успешное применение разработанных технологий. D работе перечислены основные метопы доступа к данным из прикладных приложений или СУБД с использованием современных сетевых алгоритмов. Привешена базовая схема составления запроса к МКБД и представления данных в соответствии с этими запросом. OccGoo внимание уделено вопросам оперативного доступа к МКБД с использованием пртоколов ODBC. Указана возможность использования различного рода функциональных запросов, реализующих интегральные алгоритмы отбора и генерализации, например отбор НП по заданной насыщенности картьг. Указанные методики использования данных проиллюстрирована на стримере информации о НП.

Помимо использования цифровой картографической информации в информационных пронес ах, существует возможность организовать обратное влияние тематических л картографических байке» данных на МКБЛ. Ранее приводился пример внесения качественно новых данных в частный формат НП. Здесь же рассмотрены способы организации такого влияния яа регулярной основе. Предложенные методы обеспечивают:

• Внесение новых атрибутов объектов в МКБД

■ Контроль актуальности информации

• Контроль взаимоотношений между объектами

• Транзитивный контроль информации между различными картографическими и тематическими банками данных

Последний пункт представляет наибольший интерес в плане обеспеченна дежурного обновления карт, использованных для создания цифровых фондов, и для подготовки такого обновления для вновь создаваемых карт, так как при вовлечении в информационные процессы большого числа независимых источников информации значительно растет вероятность обнаружения несоответствий и изменений в состоянии объектов. Для иллюстрации этою наложения, приведен пример использования банка данных географических названий для контроля изменений названий 11П.

Таким образен, в »той главе разрабатываются методики для использования МКБД в различных информационных процессах. Приведены методы и способы организации доступа к МКБД со стороны приложений, организация обмена данными с другими КБЛ, описаны стандарты обменных форматов. На примере информации о ЦП изложены примеры [реализации указанных методик.

Глава 5 Применение методики на примере информации о НП Центральной части России С целью апробации методики, выполнено построение макетного исследовательской МКБД на Центральную часть России. В соответствии со сформулированной методикой создана структура КБД и реализована на базе SQL сервера Iiiterbase на платформе ОС Linux. Указанное программное обеспечение было выбрано из-за стремления создать исследовательскую МКБД, не ограниченный излишними лицензионными рамками, и, вследствие этого, могущую быть легко модернизируемой и свободно распространяемой. Структуры данных созданной МКБД приводятся в приложении. Для заполнения МКБД информацией применен как ручной ввод данных с карты и из справочников, так и автоматизированный из различных баз данных, в том числе и с использованием сети Internet. Для ввода географических данных организовано формирование КБД с привлеченном рун юга ввода информации о НП с использованием карты масштаба 1:1 ООО ООО. Остальная информация введена в ограниченном составе (только границы и крупные |>еки). При цифровании населенных пунктов применена методика контроля ввода при помощи взаимодействия с международной базой данных географических названий. На основании этого в состав вводимой информации введен новый атрибут, содержащий написание название НП на английском языке, что может быть важно для использования МКБД в международных проектах. В качестве примера картографи ческого приложения использован свободно распространяемый программный пакет ГИС GRASS. Использование МКБД в технологических н информационных процессах проиллюстрировано на примере взаимодействия с этим пакетом н организовано как в режиме он-лайн ,так и в пакетном в формате SDTS. Составлено несколько экспериментальных карт, в том числе и с использованием технологии отбора информации по насыщенности карты. В целях апробации методики организовано взаимодействие с тематической базой данных, содержащей статистическую информацию о НП. При организации взаимодействия произведена идентификация объектов МКБД и тематической БД и, таким образом, произошло уточнение и пополнение КБД статистычекой информацией о IUI Ita основании на-

копленной информации созданы электронные карты Центральной части России, отражающие различные аспекты информация о !Ш.

Таким образом, в этой главе приведен пример реализации разработанной ко-тодшки формирования и использования МКВД. В результате применяя методики создана исследовательская мелкомасштабная картографическая база данных, предназначенная для йслользовзпиа в учебных и научных целях. С дальнейшем, разработанные структуры данных и некоторые алгоритмы могут Сыть использованы и в промышленных целях.

Заключение Исходя из темы диссертации, поставленной челн и задач, для решения рассматриваемых проблем было выполнены теоретические и экспериментальные исследования, которые привели х следующим основным выводам и результатам:

* Разработана концепция МКВД, позволяющая обеспечить хранение информации для создания обшегсогрзфичетких и тематических карт

* Определены базовые функциональные возможности МКБД, необходимые для решения поставленных задач

* Разработана методика ввода, обновления и вывода информации из МКБД единая для всего многообразия применяемых приложений и систем

* Разработана методику использования существующих математических методов и алгоритмов для обеспечения технологических и информационных процессов цифрового картографирования

■ Разработана и сформирована исследовательская распределенная МКБД на примере информация о населенных пунктах Центральной России, реализующая уточненную концепцию МКВД применительно к информации о Н[Т

* Разработаны методы взаимодействия с существующими и проектируемыми балками картографических и тематических данных

Решение всех указанных задач и выполненные исследования, с учетом достигнутой новизны, представляет собой предмет зашиты изложенной диссертации.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях автора'-

1- Создание программно-технического комплекса графического отображения тематической информации па общегеографичсских картах. Научные груды ВАГО, М., 1991 г. (Соавтор Иванов А.Г.)

2. Use of microcomputer grnphics and mappiiig fot USSR water cadastro. Seminar fot ecosystcwa approach for water management Economic eomission for Europe, Oslo, Norway, May 1991 ( Соавторы Владимиров B.A., Иванов А.Г.)

3. Программно - технический комплекс автоматизации процессов создания социально — экономических карт, Доклад на Юбилейной конференции, посвященной СО-лстню Картографического факультета ( Соавтор Иванов А.Г.)

4. Использчвзннесцециализщмиацных (картографических) баз данных при выполнении запросов на помех библиографической информации в сети Internet, Сб. трудов V юбилейной международной конференции "Крым-98" "Библиотеки н ассоциации в меняющемся мире; новые технологии и новые формы сотрудничества", Судак, 1У!)8 ( Соавтор Иванов Л.Г.)

5. Мелкомасштабное цифровой картографирование (концептуальные основы) (Сдана в печать, группа соавторов)