Цифровая модель местности и ее использование в современных геоинформационных системах

С.Ю. Матвеев, В.А. Курочкин, И.С. Щвецов, С.И. Кемайкин

В статье рассматривается технология хранения и обработки цифровых карт в современных геоинформационных системах. Обсуждаются проблемы, связанные с использованием существующих подходов при создании сложных информационных систем, оперирующих с картографической информацией.

Одновременно предлагаются принципиально новый подход организации цифровой карты, основанный на объединении топологической, объектной и атрибутивной информации, а также методика хранения полученной таким образом цифровой модели местности в реляционных базах данных.

Сегодня программное обеспечение выходит на совершенно новый этап своего развития. Если раньше мы относились к программе или программному комплексу как к средству решения какого-то конкретного, зачастую ограниченного набора задач, то сейчас можно расценивать программные средства как часть более сложного программно-аппаратного комплекса, служащего для решения достаточно широкого спектра отраслевых задач. Характерным примером этой эволюции являются офисные приложения. Если раньше «электронный офис» представлял собой лишь набор отдельных средств создания и качественного оформления текста, таблиц, ведения примитивных баз данных, то теперь любой комплекс, предназначенный для серьезной автоматизации делопроизводства, включает в себя набор интегрированных друг с другом продуктов, развитые средства обмена информацией, управления расписанием и многое другое. Заметно, что практически во все программные комплексы вливаются средства для совместного ведения проектов и совместной работы с документами.

Одновременно с этим процессом мы начинаем совершенно по-новому смотреть на ряд, казалось бы, привычных понятий. Для примера возьмем понятие документа. Сегодня документ может вообще не существовать на бумаге, и тем не менее он будет подписан, получит все визы согласования, поступит во все необходимые подразделения организации. Реализация нового подхода к документообороту невозможна без дополнения понятия «документ» новыми свойствами. Вне сомнения, подобная эволюция представляет собой совершенно естественный и неизбежный процесс развития компьютерной индустрии. Следствием этого процесса является то, что многие «классические» понятия и объекты, будучи переведены в электронную форму, постепенно оказались частично, а зачастую и радикально, трансформированы.

Конечно, подобные трансформации не могли не затронуть геоинформатику, призванную упростить управление сложными территориальными инфраструктурами, хотя изначально ГИС (геоинформационная система) родились как средство создания и актуализации карт. Естественно, что электронные средства, предназначенные для издания карт, очень быстро вытеснили классические пластики, карандаши, перья. Несколько позже ГИС стали расценивать как средство интеграции атрибутивных и пространственных характеристик самых разнородных объектов, тем самым построив «мостик» между ГИС и СУБД (система управления базами данных). Поддержка проекций, построение тематических карт и, наконец, появившиеся средства поддержки топологии – все это следствие процесса осознания того, что ГИС представляет собой серьезное и, пожалуй, единственное средство управления все усложняющейся системой жизнеобеспечения человека.

Несмотря на эволюцию подходов и идеологии построения ГИС, понятие электронной карты почему-то оказалось слабо трансформировано. Карта как совокупность объектов каким-либо образом сгруппированных по слоям, вместе с присоединенными базами данных об атрибутике объектов остается неизменной достаточно долго. В то же время именно такая структура цифровых карт порождает множество проблем.

Современные ГИС: проблемы создания цифровых основ

Классическое представление карты в виде совокупности объектов неизбежно влечет к нарушению топологической целостности модели территории, отражаемой картографическими материалами. Объекты так или иначе имеют общие границы, и естественно, что при изменении какого-либо из соприкасающихся объектов необходимо производить модификацию объектов-«соседей», что в целом усложняет процедуру создания и модификации карты. В большинстве случаев ошибки редактирования карт влекут за собой сложно устранимые дефекты топологической структуры. Конечно, возникающие ошибки в топологии были бы несущественны в случае, если бы нас интересовала только распечатанная на бумаге или пластике картографическая основа, но поскольку современные ГИС предоставляют средства измерений, развитые средства топологического и пространственного анализа, то любая ошибка такого рода повлечет за собой ошибки функционирования множества подсистем ГИС. Изменить ситуацию можно посредством «отщепления» от объектной модели карты информации о границах объектов в отдельный слой – слой топологии. При этом каждый из объектов сохраняет ссылки на свои границы. Редактирование карты в этом случае сводится к редактированию слоя топологии. Слой топологии часто называют дуго-узловой моделью, а к каждому из объектов, по сути дела, привязаны правила «сборки» объекта на этой дуго-узловой модели. Следует заметить, что такой подход, к сожалению, до сих пор остается нереализованным в большинстве геоинформационных систем.

Другой интересный аспект создания современных цифровых карт связан с хранением атрибутивной информации об объектах. Естественно, что атрибутивная информация в силу сложившейся системы управления территориальными инфраструктурами требуется более часто, чем простран