• Главная
• Документация
• ГИС-курс

Введение в геоинформационные системы

Работа с растровыми данными

<<< предыдущая глава | оглавление | следующая глава >>>

Теоретическая часть

Работа по созданию данных часто начинается с обработки сканированных (растровых) материалов. Для того, чтобы работать с такими данными в ГИС их необходимо привязать. Под координатной привязкой (иногда, этот термин заменяют на термин «трансформация» - в частности, применительно к космическим и аэрофотоснимкам) подразумевается перевод отсканированных данных из файловой (локальной) системы координат в систему координат - спроектированную или географическую. В процессе привязки каждому пикселу изображения присваиваются новые координаты. Информация о привязке изображения может храниться либо в самом файле изображения, либо во внешнем файле привязки.

Процесс привязки растровых данных состоит из нескольких этапов:

Этап 1
Расстановка точек привязки - т.е. нахождение и точек, координаты которых известных и ввод для них этих координат. Источниками координат могут быть углы и точки пересечения координатной сетки (на топографических картах и любых других картах с координатной сеткой), другие, уже привязанные, изображения, данные, полученные с помощью GPS, любые другие географически привязанные данные.

Этап 2
Проверка точности и правильности расстановки точек - расчет среднеквадратичной ошибки.

Этап 3
выбор метода пересчета значений элементов изображения при трансформации, (resampling, передискретизация) - метод ближайшего соседа, кубической свертки, билинейной интерполяции. Для отсканированных материалов обычно выбирается метод ближайшего соседа.

Этап 4
Выбор математической модели трансформации (афинное преобразование, полиномиальная модель, метод резинового листа и т.д.). Модель трансформации - система уравнений позволяющая вычислить для каждого элемента его новое положение (в новой системе координат). Модель трансформации определяет насколько сильно будет деформировано исходное изображение для более точного соттветствия введенным опорным точкам. Аффинная модель трансформации меньше всего искажает растр, изменяется только его масштаб, сдвиг и поворот, полиномиальное преобразование позволяет управлять кривизной линий (степень которой зависит от порядка полинома) и т.д. Выбор модели трансформации определяется тем, какой результат необходимо получить и какие исходные материалы используются.

Этап 5
Выбор размера ячейки результирующего изображения (т.е. выбор размера пиксела)

Этап 6
Осуществление трансформации. Используя параметры указанные выше, программа осуществляет пересчет нового местоположения для каждого пиксела\ исходного растра и расчитывает для новых пикселов их новые значения. Процесс может занимать длительное время.

Практическая часть

Скачать учебные материалы для этой главы.

В практической части этой главы Вы научитесь:

• Привязывать топографические карты по координатам;
• Привязывать другие растровые данные к уже привязанным материалам.

Упражнение 1. Привязка топографической карты с известными координатами

1. Запустите ArcMap и начните новый проект.
2. Добавьте в проект тему chapt18\topo.tif
   На вопрос-сообщение "Would you like to create pyramid for..." (создать пирамидные слои) ответьте No.
3. Запустите ArcCatalog
   Tools\ArcCatalog
4. Найдите в дереве папок каталог chapt18 и щелкнув на нем правой кнопкой мыши выберите New - Shapefile (Новый шейп-файл)
5. Введите в поле Name (имя) - points (точки), Feature type (тип объектов) должен быть Point (точка).
6. В разделе Spatial Reference (Пространственная привязка), нажав кнопку Edit (редактировать) и затем кнопку Select (выбрать) выберите географическую систему координат Pulkovo 1942. Нам известно, что наша топографическая карта, как и другие подобные сделана именно в этой системе координат, поэтому мы ее и выбираем. Нажав Ок мы получим новый, пустой слой.
7. Добавим созданную тему во фрейм данных ArcMap
   File\Add Data...
   Выберите тему chapt18\points.shp
8. Начнем ее редактирование. На панели редактирования нажмем на кнопку Editor (редактор) и выберем Start Editing (начать редактирование). Если панели Editor (редактор) в вашем ArcMap нет, включите ее.
   View\Toolbars\Editor
9. С помощью инструмента Zoom In (Увеличительное стекло) увеличим фрагмент карты с известными координатами, например верхний левый угол.
10. Выберем инструмент редактирования и щелкнув правой кнопкой мыши, выберем из выпадающего меню Absolute X,Y...
11. В появившемся окне, введите координаты нужной вам точки и нажмите клавишу Enter. Значения широты и долготы должны вводиться в формате десятичных градусов, но не градусы-минуты-секунды. Если на вашей карте значения координат градусы-минуты-секунды, то вам необходимо перевести их в десятичные градусы. После ввода, точка исчезнет из вида, не обращайте на это внимание.
    
12. Вернемся к общему виду щелкнув правой кнопкой мыши на слое карты (имя слоя) и выбрав Zoom To Layer (Увеличить до полного охвата слоя).
13. Повторив шаги 9-12, введем таким же образом три остальные угловые точки с привязываемой топографической карты. Можно сказать, что в этом случае источником координат является сама карта.
14. После окончания ввода координат, если вам известна система координат растровых данных которые вы привязываете, а в нашем случае она известна, задайте фрейму данных спроектированную систему координат:
    Predefined - Projected Coordinate Systems - Gauss Kruger - Pulkovo 1942 - Pulkovo 1942 GK Zone 15
15. Щелкните правой кнопкой мыши на слое точек (points.shp) и выберите Zoom To Layer (Увеличить до полного охвата слоя). Слой точек, который мы создали отобразится на экране.
16. Откройте панель Georeferencing (Географическая привязка)
    View\Toolbars\Georeferencing
17. На появившейся панели из меню Georeferencing (Географическая привязка) выберите пункт Fit to Display (Вписать в экран), эта функция примерно впишет привязываемый растр в уже показываемый слой точек (см. пункт 15)
18. Далее наша задача будет состоять в том, чтобы более точно "подтянуть" растр к точечному слою. Для этого будем использовать инструмент Add Control Points (добавить линию привязки) находящийся на панели инструментов Georeferencing (Географическая привязка). Выберем этот инструмент.
19. С помощью инструмента Zoom In (Увеличительное стекло) увеличим фрагмент карты с известными координатами, например верхний левый угол и одновременно наиболее близкую к нему точку, представляющую реальное положение этого угла. Затем, щелкнув на соответствующем пересечении линий растра протянем к точке линию привязки. Мы увидим как сместился растр.
20. Вернемся к полному охвату точечной темы щелкнув правой кнопкой мыши на слое карты (имя слоя) и выбрав Zoom To Layer (Увеличить до полного охвата слоя).
21. Проделаем операции 19-20 еще 3 раза, для остальных углов карты.
22. После того, как карта "встала" на место, то есть привязалась к нужным координатам (=точкам), можно оценить математическую точность привязки, выбрав инструмент View Link Table (посмотреть таблицу линий привязки) . В этой таблице, помимо списка исходных и конечных точек и относительных ошибок каждой из них, можно также посмотреть общую среднеквадратичную ошибку (Total RMS Error) в единицах карты. В нашем случае это должна быть ошибка порядка 50-70 метров.
23. Непосредственно процесс привязки (расстановки контрольных точек) завершен, осталось только сохранить измененную карту под новым именем.
    Georeferencing\Rectify...
    Cell Size: 25 (размер ячейки выходного растра в метрах)
    Resample Type: Nearest Neighbor (тип интерполяции значений пикселов - метод ближайшего соседа)
    Output Raster: (имя новой привязанной карты - введите новое имя и поместите карту в папку chapt18)
    
24. Процесс займет некоторое время, после создания нового, привязанного, растрового слоя, он будет добавлен во фрейм данных.

Для закрепления навыка привязки, вы также можете попробовать пройти еще одно упражнение на эту тему, иллюстрирующее этот процесс несколько по-другому.

<<< предыдущая глава | оглавление | следующая глава >>>

Последнее обновление: November 29 2008