Складання цифрових карт населених пунктiв в Mapinfo

Міністерство освіти України

Київський університет імені Тараса Шевченка

географічний факультет кафедра геодезії та картографії

СКЛАДАННЯ ЦИФРОВИХ КАРТ НАСЕЛЕНИХ ПУНКТІВ В MAPINFO

Київ – 2012

ЗМІСТ

Вступ                                                                                                                                                          3

1.Загальний опис історії та створення цифрової карти                                          4

1.1 Огляд розвитку картографії                                                                                    4

1.2 Технологія створення цифрової карти                                                                      7

2. Геоінформаційна система MapInfo Professional                                                        15

2.1 Можливості MapInfo Professional                                                                                    15

2.2 Середовище програмування для MapInfo Professional                            17

3. Складання карт населених пунктів в програмі MapInfo                                          21

3.1 Основні поняття побудови карт                                                                                    21

3.2 Вимоги до створення карт                                                                                                  24

3.3 Тематична структура                                                                                                                30

Висновок                                                                                                                                                          51

Вступ

Відображенням свого просторового положення людство почало займатися дуже давно, фактично з початку усвідомленого існування. Це справа згодом було названо - картографією. Наукою картографія стала в сучасну епоху. Як у всякої науки, у неї своя термінологія, методичні основи, школи і визнання. Електронні обчислювальні машини із самого початку застосовувалися для проведення розрахунків, пов’язаних із визначенням положення в просторі. Найбільше широко ці задачі вирішувались у бізнес розрахунках та військовій справі. Бізнес розрахунки проводилися для оцінки економічної ситуації і складання прогнозу. У військовій справі це були розрахунки для систем наведення зброї і керування бойовими діями. Як у першому, так і в другому випадку обробляються величезні масиви інформації представленої як бази даних, частина яких описує просторове положення об’єктів, що обраховуються.

Поява приладів, що дозволили візуалізувати результати таких розрахунків і визначило появу систем, у яких рішення приймається не тільки на підставі обчислень, але й у результаті просторового аналізу. Географічна карта здавна була засобом для прийняття рішень про положення в просторі. На ній приймаються, і зараз, рішення про взаємне положення об’єктів, обчислюються відстані від об’єкта до об’єкта, розробляється прокладання маршруту й обчислення його довжини.

В електронному вигляді географічна карта зветься цифровою або векторною. На ряду з термінами, що ввійшли у повсякденний лексикон, що принесла епоха бурхливого розвитку обчислювальної техніки, термін "Цифрова карта" міцно зайняв своє місце. Цифрові карти застосовуються, як у глобальних системах прогнозування погоди і геоморфології, так і в дуже примітивних портативних індикаторах положення на місцевості в межах якого-небудь промислового об’єкта.

1.Загальний опис історії та створення цифрової карти

1.1 Огляд розвитку картографії

Термін картографія має грецьке походження та означає "рисування карт". Картографія - це сфера діяльності, що допомагає людству орієнтуватися на будь-якій території, наочно передає вигляд певної території, місцерозташування та просторові характеристики об'єктів, поширення природних та соціальних явищ. 

               Карта світу за Птоломеєм

Картографія в минулому

Створення карт - це один з тих видів людської діяльності, що прийшов до нас з глибокої давнини. Перші відомі картографічні зображення відносяться ще до часів Давнього Єгипту. А от наукове обґрунтування картографія отримала у Давній Греції. Тут були розроблені перші проекції, введено поняття широти та довготи та почалося їх застосування на картах, були розроблені настанови по складанню карт, як наприклад "Керівництво по географії Клавдія Птоломея".

Із занепадом Давньогрецької, а потім Давньоримської культури відбувається занепад і картографії. Довгі часи картографи займаються лише практичними питаннями складання, а частіше перемалювання, карт для прибережного судноплавства та невеликих територій своїх країн та земель.

Справжній розквіт науки картографії починається в епоху великих мандрівок. У 15 сторіччі великі мореплавці починають освоювати світ. Їм стають потрібні карти, що відображатимуть значні території, а іноді і весь відомий світ. Зі своїх подорожей вони привозять нові відомості про моря та океани, острови та континенти. Все це вимагає нових підходів до складання, оформлення і використання карт. І картографія отримує нове життя в роботах практиків та теоретиків Мартина Бехайма та Мартина Вальдземюллера, Дієго Ріберо та Батисти Агнесе, Герхарда Мерткатора та Абрагама Ортеліуса.

Герхард Меркатор

Загальний розвиток науки і технологій в подальші роки визначив напрямки розвитку картографії. З розвитком друкарської справи людство перейшло від рисованих карт до карт друкованих. А в останні роки від паперових карт до карт цифрових. На кожному з цих етапів картографам приходилося вирішувати відповідно нові завдання: наприклад, розробляти правила передачі картографічного зображення обмеженої кількістю кольорів, чи пізніше правила кодування метричної та атрибутивної інформації для зберігання карт в базах даних ЕОМ.

Картографія сьогодні

Сучасна картографія - це наука про карти та способи їх створення та використання. Наука картографія спирається на вчення про предмет та методи картографування та вчення про картографічне відображення світу. Серед основних теорій картографії:

-      теорія картографічних проекцій, що розглядає способи відображення поверхні еліпсоїду на площині (картографічні проекції), спотворення (викаження) картографічних проекцій, класифікацію проекцій.

-      теорія знакових систем та способів відображення, що розглядає способи подання різноманітних явищ та об'єктів, відображення інформації за допомогою умовних знаків, питання уніфікації умовних знаків та інше.

-      теорія картографічної генералізації, розглядає принципи та способи узагальнення інформації об об'єктах та явищах при відображенні їх на картах, методи картографічної генералізації при проектуванні та складанні карт, основні фактори, які впливають на вибір способів генералізації різних типів даних.

-      теорія проектування та виготовлення карт, яка розглядає методи, етапи та процеси створення карт, а також питання автоматизації процесів створення картографічної інформації.

-      теорія та методи використання карт, в межах якої досліджуються питання аналізу картографічної інформації, вимірювання по картам (картометрія), створення на основі аналізу карт похідних картматеріалів.

Сучасна цифрова топографічна карта

Окремими розділами картографії є:

-                     історія картографії та картографічного виробництва;

-                     картографічне джерелознавство, що займається питанням походження джерел картографічних даних, їх аналізом та систематизацією.

За змістом сучасні карти поділяються на два різних типи: загальногеографічні, що відображають власне місцевість без виділення певних її елементів серед інших, та тематичні карти.

Загальногеографічні карти детально відображають певну місцевість, складаються за єдиними вимогами до їх вмісту, оформленню та математичній основі, при цьому за своїм масштабом поділяють на оглядово-географічні та топографічні.              

Тематичні карти - це карти, що відображають окремі елементи місцевості та пов'язані з ними певні показники природних або суспільних явищ. За змістом тематичні карти в свою чергу поділяються на різні типи: геологічні, гідрогеологічні, геоморфологічні, тектонічні, сейсмічні, геохімічні, геоботанічні, зоологічні, кліматичні, агрокліматичні, ландшафтні, карти грунтів, карти рельєфу, карти лісів, карти промисловості та багато інших.

До тематичних карт відносять також спеціальні карти, що орієнтовані на певного споживача. Це, наприклад, учбові карти, різні види навігаційнихі карт, туристичні карти, кадастрові карти та інші.

Сучасна паперова тематична  карта "Ґрунти України", видана ДНВП "Картографія"              

1.2 Технологія створення цифрової карти

Концепція побудови цифрової карти.Цифрова карта є одним з видів інформаційної системи і тому має власну структуру. Створення структури починається з вироблення визначень і відносин. У цифровій карті ці визначення і відносини виражаються через класифікатор інакше класифікаційну структуру.

Визначення, застосовувані для позначення об’єктів вхідних у класифікатор відповідають термінам галузі в який буде використовуватися цифрова карта, а також лінгвістичним правилам словостворення, тобто вони повинні бути зрозумілі фахівцям, що працюють у даній галузі, сприятливі і прості.

У найпростішому виді класифікатор може бути представлений ієрархічною системою, в якій від загальних розділів ведеться докладний поділ по підрозділах. У дійсності, просторова інформація обов’язково повинна включати реляційні зв’язки. Іноді ці зв’язки можуть представлятися спеціальними процедурами.

Так само, як будь-яка наука починається з методології, так і основним методом цифрової картографії є класифікаційна система з неї починається цифрова карта. Класифікатор – це закон, за яким надалі будуються всі процедури і подальший розвиток.

Класифікаційні системи. Для вирішення задач за державними замовленнями, або з допомогою цифрових карт створених при державній підтримці використовується класифікатор розроблений Департаментом геодезії, картографії та кадастрів Міністерства екобезпеки та ресурсів України. Головний розділ цього класифікатора для карт місцевості масштабів 1:1000000, 1:500000, 1:200000 зветься "Базовим сегментом” і містить:

-математичні елементи планової і висотної основи

-рельєф суші

-гідрографію

-населені пункти

-промислові, народногосподарські та соціально-культурні об"єкти

-транспортну мережу

-рослинний покрив і ґрунти

-політико-адміністративний устрій

Класифікатор цифрової карти ESRI DCW масштабу 1:1000000 включає дані про:

-політичних кордонах і береговій смузі

-населених пунктах

-залізницях

-гідрографії

-рельєфі

-рослинному покрові

-аеродромній мережі

-місця розміщення культурних пам"ятників

-транспортній мережі

Методи кодування даних. Можливими методами кодування даних є: скорочення текстових термінів, цілочисельна десяткова, символьна і змішана чисельно-символьна ідентифікація. Реалізовані в сучасних системах керування базами дані можливості опису полів даних довгими іменами в різних кодуваннях дозволяють застосовувати прямі записи типу "автомобільна дорога шосейна". При скороченні текстових термінів на російській чи українській мові домогтися сприятливості в ідентифікаторах складно. Трохи простіше цього домогтися в скороченні назв на англійській мові.

Цілочисельна десяткова ідентифікація дуже зручна для агрегування даних і визначення деяких зв’язків між даними, але без супровідних описів важко сприятлива. Символьна і змішана числено-символьна ідентифікація мало чим відрізняються друг від друга й останнім часом застосовуються менше.

Позначення інформаційних структур. Позначення, застосовувані для інформаційної структури цифрової карти повинні бути невідривно пов’язані із суттю об’єкта який описується і термінами,які застосовуються в галузі, у який використовується карта.

Топологічні, тобто просторові відносини між об’єктами ЦК є відокремлюючею рисою від інших інформаційних систем. Вони реалізуються через зв’язки та процедури.

Масштаб ЦК . Теоретично цифрова карта не має масштабу, тобто об’єкти зображуються в дійсних розмірах, а збільшення або зменшення зображення ведеться засобами комп’ютера. У дійсності цифрові карти виконуються відповідно з вимогами до карт із фіксованим масштабом.

Цифрові карти масштабу 1:10000, 1:2000, 1:500 застосовуються для планів міст, промислових і видобувних підприємств.

Карти масштабу 1:1000000, 1:500000, 1:200000 використовуються для зображення територій континентів, окремих держав і адміністративних складових державні устрої.

Цифрові карти масштабом 1:1000000 і 1:3000000 застосовуються як оглядові на території континентів і увесь світ.

Похідні масштаби карт застосовуються для спеціальних рішень на окремі ділянки територій.

Оцінка точності при відображенні просторових даних. Точність цифрових матеріалів повинна відповідати задачам, які розв’язуються за допомогою цифрових матеріалів. Контрольованим параметром при виготовленні ЦК є відхилення взаємного розташування об’єктів.

Подробиця відображення об’єктів повинна також відповідати точності. Для об’єктів зображуваних ламаними лініями кількість вузлів у межах допуску не повинне бути надлишковим. Для полігональних і крапкових об’єктів необхідно робити деякі узагальнення.

Методи і процедури переходу від одного масштабу до іншого. Перехід від одного масштабу до іншого може вироблятися як автоматично, так і вручну. Як правило, коректним є метод переходу від карт великого масштабу до карт дрібного масштабу. Основною процедурою, при цьому, є - генералізація. У рідких випадках, допускається перехід від деяких матеріалів карт дрібного масштабу до карт великомасштабним. Абсолютно точним такий перехід є для крапкових об’єктів. У ГІС при переході від одного масштабу до іншого може бути реалізована спеціальна процедура, по якій не відображаються окремі елементи.

Генералізація. Генералізація або розвантаження карт від надлишкових елементів для вузлів лінійних і полігональних об"єктів припускає зменшення їхньої кількості без втрати характеру відображення. Об"єкти, карти, чиї розміри порівнянні з припустимою точністю карти необхідно або знімати, або узагальнювати.

Проекція. Карта є площинним зображенням об’єктів які розташовані на кулі. Процедура переходу від кулі до площини називається проєціюванням. Відома велика кількість методів проєціюванням, що є стандартною процедурою сучасних ГІС. Для картографічних матеріалів на територію України часто використовується еквідістантна конічна проекція Красовського за якою:

центральний меридіан - 32,5 градуса,

стандартні паралелі - 46,7 і 53,3 градусів.

При роботі з цифровою картою, у першу чергу, необхідно зясувати, у якому вигляді зберігається інформація, а якщо необхідно - зробити проєціювання.

Вихідна цифрова картографічна інформація зберігатися в градусній мірі, а при проектуванні в метричній чи іншій системі виміру відстаней.

Виробництво цифрових карт. Виробництво цифрових карт ні чим не відрізняється від будь-якого іншого матеріального виробництва і основане на обробці топопланів, топокарт, планшетів та статистичних матеріалів, а також за даними дистанційного зондування землі.

Контроль якості ведеться за допомогою GPS забезпечення, перевірки за аналогами та автоматизованого контролю, а також на основі редакційно-супроводжувальної роботи.

При цьому важливо додержання положень державної нормативної бази та організації відновлення та доповнення цифрових карт.

При доповненні цифрових карт виникає необхідність користатися матеріалами, створеними в різних системах, наприклад MapInfo і ArcView. Перенос цифрових матеріалів з однієї системи виконується по визначеній процедурі і вимагає наступної обробки інформації. У деяких випадках можлива втрата деякої частини інформації через несумісність по окремих розділах.

Системи збереження цифрової інформації. Як під час використання, так і в інший час цифрова інформація вимагає організації її збереження цих матеріалів. Як правило, ця організація аналогічна роботі звичайних архівів.

Технічне забезпечення, при цьому, складається з програмних засобів і апаратних. Програмні засоби включають системи відображення, обробки і збереження цифрової інформації сучасні моменту створення цієї інформації.

Типовий набір програмних засобів - ГІС , система керування, БД, засоби конвертування даних , операційна система, драйвери пристроїв, засоби перегляду даних (Вьюери)

Апаратні засоби - це комп’ютерні системи які забезпечують роботу програмних засобів.

Типовий набір апаратних засобів: комп’ютер, засіб введення інформації, НМГД (накопичувачі на гнучких дисках), CD-ROM, відображення - дисплей, принтер/плоттер, збереження - НМЖД (нагромаджувачі на твердих дисках), стриммеры, CD-ROM, адаптери - сполучні кабелі і пристрої.

Усі засоби повинні містити описи й інструкції з користування.

Фактор часу. Однією з найбільших проблем при збереженні цифрових карт є дуже швидка модернізація обчислювальних систем і тому збереження на термін більш 5-10 років вимагає власної системи змісту раритетної техніки. Ще одна проблема - необхідність використання адаптерів для застосування старих систем разом з новими. Чим більше період часу з моменту створення цифрових матеріалів, тим витрати на їхнє збереження і підтримку вище.

Захист інформації при використанні, передачі і збереженні ЦК. Сучасні обчислювальні системи відрізняються високою надійністю, однак захищати інформацію від руйнування і втрати приходиться не тільки засобами самих обчислювальних систем, але і додатковими технічними і системними засобами.

Основу програмного методу захисту інформації складають системи резервування. Надійніше всього резервування виробляється на носії, що не залежать від стану засобів зчитування - це стрімери, CD та елементи флеш-пам’яті.

Основним методом передачі інформації на відстань, у даний час, є передача по засобах ІНТЕРНЕТ та ІНТРАНЕТ. В ІНТЕРНЕТ засоби захисти закладені з самого початку та з кожним днем ці засоби доповнюються новими. Класифікуються системи захисту за методом передачі на відстань інформації.

Сигнал який передається несанкційовано перехоплюється досить просто, тому дуже важливо організувати системний захист засобами кодування.

При збереженні інформації на перший план виходять не технічні, а системні засоби. До них можна віднести, спеціальну процедуру обмеження доступу до інформації, або повний її перенос в організовані місця збереження /архіви, сховища й ін. /

Практика захисту авторських і інтелектуальних прав на Україні проходить період становлення, у той час, коли в розвитих країнах доход від використання цих прав представляє основну частину компаній і приватних осіб. Законодавство України має ряд законів, які ці права захищають. У законі про авторське право і суміжні права комп’ютерні програми і бази даних відносяться до різних категорій. Авторське право не вимагає обов’язкової реєстрації відповідного підтвердження. Автору досить сповістити про свої права знаком копірайта, надати при цьому своє ім’я й і рік створення.

ГІС - технології з використанням ЦК.  На цифрових картах будуються спеціальні програмні комплекси для вирішення спеціальних задач керування, контролю і прогнозування. Ще один термін, що приніс прогрес в обчислювальній техніці - "Геоінформаційні системи". Геоінформаційні системи вирішують усі задачі керування, контролю і прогнозування, а також багато іншіх й основу цих рішень складають цифрові карти.

Будь-які галузі діяльності людини можуть бути названі технологією, тільки тоді, коли вони пройшли стадію ретельної підготовки, були реалізовані і постійно контролюються до моменту її завершення. А також – приносять прибуток.

Технологія цифрових карт припускає етапи:

- планування виробництва й реалізації

- виробництва - чи підтримки збереження-відновлення.

На кожнім з етапів не можливо обійтися без сучасних досягнень в області інформаційних технологій. До досягнень інформаційних технологій, що дозволили ефективно і широко використовувати цифрові карти і ГІС можна віднести багаторазове збільшення продуктивності обчислювальних систем і зниження вартості на ці системи, збільшення обсягів носіїв інформації і збільшення швидкості зчитування з них, створення недорогих пристроїв вводу/виводу, розвиток систем комунікацій.

Цифрові карти застосовуються у галузях:

-           Видобування корисних копалин -моніторинг гірничих підприємств, контроль за видобутком корисних копалин

-           Промислового виробництва - проектування підприємств, проведення розрахунків, аудит та моніторинг

-           Будівельній індустрії - проектування комунікацій

-           Економіці -проведення експертних оцінок, маркетингове планування, менеджмент

-           Адміністративному управлінні облік, адмін.підпорядкування,

-           Інформаційне забезпечення виборних кампаній, консалтінг, управління територіями

-           Екології - вирішення завдань при надзвичайних ситуаціях, екологічний моніторінг

-           Інтернет – Інтернет-сервери, пошук місцезнаходження та маршрутирізація

2 Геоінформаційна система MapInfo Professional

2.1 Можливості MapInfo Professional

Геоінформаційна система MapInfo була розроблена в кінці 80-х років фірмою Mapping Information Systems Corporation (USA). ГІС MapInfo працює на платформах РС (Windows 3.x/95/98/NT), PowerPC (MacOS), Alpha, RISC (Unix). Файли даних і програми MapBasic стерпні з платформи на платформу без конвертації.

Сьогодні MapInfo Professional успішно використовується в промисловості та екології, транспортної та нафтогазоносної галузях, в армії та діяльності правоохоронних органів у більш ніж 130 країнах світу.Остання версія оснащена повноцінним інструментарієм для створення, візуалізації та аналізу просторово прив'язаних даних. Надається можливість редагування як геометричних об'єктів, так і атрибутивних даних. Створювані бази даних можуть бути об'єктами запитів і вибірок за певними критеріями. У MapInfo Professional присутні інструменти для тривимірної візуалізації, а також аналітичних операцій з 3D-моделями.

Вам не потрібно перетворюватися в професійного картографа. Пакет MapInfo спеціально спроектований для обробки та аналізу інформації, що має адресну або просторову прив'язку. Операції, що підтримують спілкування з базою даних, настільки прості, що достатньо невеликого досвіду роботи з будь-якою базою даних, щоб відразу використовувати можливості комп'ютерної картографії у сфері Вашої діяльності. MapInfo - це картографічна база даних. Вбудована потужна мова запитів SQL MM, завдяки географічному розширенню, дозволяє організувати вибірки з урахуванням просторових відносин об'єктів, таких як віддаленість, вкладеність, перекриття, перетину, площі і т.п. Запити до бази даних можна зберігати у вигляді шаблонів для багатократного використання. У MapInfo є можливість пошуку і нанесення об'єктів на карту за координатами, адресою або системі індексів.

MapInfo дозволяє редагувати і створювати електронні карти. Оцифровка можлива як за допомогою дигитайзера, так і по сканованому зображенню. MapInfo підтримує растрові формати GIF, JPEG, TIFF, PCX, BMP, TGA (Targa), BIL (SPOT-супутникові фотографії). Універсальний транслятор MapInfo імпортує карти створені в форматах інших геоінформаційних і САПР-систем: AutoCAD (DXF, DWG), Intergraph / MicroStation Design (DGN), ESRI Shape файл, AtlasGIS, ARC / INFO Export (E00). Цифрова інформація з GPS (навігаційних приладів глобального позиціонування) та інших електронних приладів вводиться в MapInfo без використання додаткових програм.

У MapInfo Ви можете працювати з даними в форматах Excel, Access, xBASE, Lotus 1-2-3 і текстовому. Конвертація файлів даних не потрібно. До записів у цих файлах додаються картографічні об'єкти. Дані різних форматів можуть використовуватися одночасно в одному сеансі роботи. З MapInfo Ви маєте доступ до віддаленими баз даних ORACLE, SYBASE, INFORMIX, INGRES, QE Lib, DB2, Microsoft SQL та ін.

У MapInfo є 5 основних типів вікон: Карти, Списку, Легенди, Графіка та Звіту. У Вікні Карти доступні інструменти редагування і створення картографічних об'єктів, масштабування, зміни проекцій та інші функції роботи з картою. Пов'язана з картографічними об'єктами інформація може бути представлена ​​у вигляді таблиці в Вікні Списку. У Вікні Графіка дані з таблиць можна показати у вигляді графіків і діаграм різних типів. У Вікні Легенди відображені умовні позначення об'єктів на карті і тематичних шарах. У Вікні Звіту надаються кошти масштабування, макетування, а також збереження шаблонів багатолисті карт. Працюючи з MapInfo, можна формувати і роздруковувати звіти з фрагментами карт, списками, графіками і написами. При виведенні на друк MapInfo використовує стандартні драйвери операційної системи.

Тематична картографія є потужним засобом аналізу і наочного представлення просторових даних. На тематичної карті легко зрозуміти зв'язку між різними об'єктами і побачити тенденції в розвитку різних явищ. У MapInfo можна створювати тематичні карти наступних основних типів: картограми, стовпчасті та кругові діаграми, метод піктограм, щільність точок, метод якісного фону і безперервної поверхні-грід. Поєднання тематичних шарів і методів буферизації, районування, злиття і розбиття об'єктів, просторової і атрибутивної класифікації дозволяє створювати синтетичні багатокомпонентні карти з ієрархічною структурою легенди.

MapInfo - відкрита система. Мова програмування MapBasic дозволяє Вам створювати на базі MapInfo власні ГІС. MapBasic підтримує обмін даними між процесами (DDE, DLL, RPC, XCMD, XFCN), інтеграцію в програму SQL-запитів. Спільне використання MapInfo та середовища розробки MapBasic дає можливість кожному створити свою власну ГІС для вирішення конкретних прикладних задач.