Способ создания и использования в интерактивном режиме источника геопространственной информации в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных
METHOD OF CREATING AND USING IN INTERACTIVE MODE A SOURCE OF GEOSPATIAL INFORMATION IN CONDITIONS OF ABSENCE OF COMMUNICATION FOR DIGITAL DATA TRANSMISSION

Изобретение относится к области картографии, обработки и отображения геопространственной информации, компьютерным средствам преобразования, визуального восприятия получаемого изображения, и может быть использовано для определения местоположения, координат, геометрических и семантических характеристик объектов местности с помощью интерактивной поддержки при работе с картой в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных, на основе создания и использования преобразованной графической карты.
Известен традиционный способ составления и использования карт в традиционной картографии [Руководство по картографическим и картоиздательским работам. Ч.1. Составление и подготовка к изданию топографических карт масштабов 1:25 000, 1:50 000, 1:100 000. [Текст]. - М: РИО ВТС, 1978 г.], при котором в процессе составления карты вся геометрическая (местоположение, форма и размеры объекта местности) и семантическая (сущность и характеристики объекта местности) информация о каждом картографическом объекте местности фиксируется на карте в аналоговой форме соответствующим графическим объектом - условным знаком. Дополнительно карта снабжается легендой - перечнем используемых условных знаков с описанием закодированных в них семантических характеристик картографических объектов.Затем, в процессе использования карты, координаты картографического объекта измеряются по карте, а семантическая информация определяется путем чтения условных знаков.
Недостатком данного способа является низкая точность при определении геометрической информации и ограничение объема семантической информации, обусловленного возможностями картографического способа передачи информации, а также необходимость специального обучения пользователей процессу измерения координат, длин линий, площадей объектов по карте и чтению карты с помощью языка условных знаков. Кроме того, работа с картой осуществляется пользователем только вручную, в активном режиме, и совсем не автоматизирована, что снижает эффективность использования карты.
Известен также способ составления и использования интерактивных карт в цифровой картографии [Программное изделие геоинформационная система «КАРТА 2005 версия 12», ГИС «Панорама x64». Описание технологии создания и обновления цифровых топографических карт.ПАРБ.00046-03 93 01, 2018 г.], при котором в процессе составления карты вся геометрическая (местоположение, форма и размеры объекта местности) и семантическая (сущность и характеристики объекта местности) информация о каждом картографическом объекте местности фиксируется на стационарном компьютере в базах данных, в которых в цифровой форме размещаются координаты картографических объектов, в общем случае - координаты точек контуров картографических объектов и семантическая информация в виде кодов. Такая цифровая карта уже является интерактивной, поскольку используется путем взаимодействия пользователя с программно-аппаратным комплексом в виде персонального компьютера (ПК). В процессе использования цифровой карты по координатам картографических объектов на экран монитора ПК выводится графическое изображение карты с отображением картографических объектов местности сгенерированными условными знаками. В интерактивном режиме по запросу пользователя из базы данных ПК выводятся координаты картографических объектов и их семантические характеристики в раскодированном виде в виде текста.
Недостатком данного способа является то, что он не может быть использован в местах, где недоступно беспроводное соединение для передачи цифровых данных, т.е. необходимо обеспечение устойчивой связи в сети Интернет. Также недостатком этого способа является то, что при больших размерах монитора ПК цифровые карты неудобны для использования непосредственно на местности, а при малых размерах монитора ПК, например, в ноутбуках или смартфонах, уменьшается обзорность карты, что затрудняет ориентирование на местности в полевых условиях. Кроме того, возникают дополнительные неудобства в связи с обеспечением питания ПК, его габаритов и веса при использовании непосредственно на местности в полевых условиях.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ составления и использования карт в мобильной цифровой картографии [United States Patent №9,430,858, August 30, 2016, МПК G06T 11/20 (2006.01), опубл. http://us-patent.info/patent-search], взятый в качестве прототипа.
Сущность данного способа состоит в том, что при составлении карты вся геометрическая (местоположение, форма и размеры объекта местности) и семантическая (сущность и характеристики объекта местности) информация о каждом картографическом объекте местности фиксируется в цифровом источнике картографической информации в виде стационарного картографического сервера, на котором в базах данных в цифровой форме размещаются координаты картографических объектов (в общем случае - координаты точек контуров картографических объектов) и семантическая информация в виде кодов. Стационарный картографический сервер через сеть Интернет связан с мобильным устройством пользователя, например, смартфоном или планшетом. Затем, в процессе использования мобильной цифровой карты, с мобильного устройства пользователя делается запрос к серверу по определенному участку карты и/или определенному картографическому объекту. На сервере формируется запрошенная информация и передается на мобильное устройство пользователя в виде фрагмента цифровой карты, координат объекта или его семантических характеристик.
Недостатком данного способа также является то, что он не может быть использован в местах, где недоступно беспроводное соединение для передачи цифровых данных, т.е. необходимо обеспечение устойчивой связи в сети Интернет. Малые габариты мобильного устройства пользователя резко уменьшают обзорность карты, так как невозможно увидеть всю карту в целом, а только ее фрагменты, что затрудняет ориентирование на местности в полевых условиях. Кроме того, необходимы дополнительные затраты времени и ресурсов для передачи картографической информации с удаленного сервера на мобильный терминал пользователя, что также снижает эффективность выполняемых работ.
Решаемая техническая проблема заключается в расширении сферы применения и повышении эффективности использования геопространственной информации, в том числе в местах, где недоступно беспроводное соединение для передачи цифровых данных, т.е. отсутствует устойчивая связь в сети Интернет за счет повышения обзорности, информативности и точности данных об объектах местности, увеличения объемов и форм представления семантической информации об объектах местности, показанных на традиционной карте с помощью формирования источника картографической информации в виде модифицированной карты путем нанесения на традиционную аналоговую карту на бумаге или пластике графических радиочастотных идентификационных меток (RFID-метки) в точках интереса с расположенными на них объектами местности, в пределах условных знаков этих объектов с записанными на RFID-метках идентификаторов этих точек интереса, предварительного составления цифровых наборов геопространственной информации для каждого объекта местности, показанном на модифицированной карте соответствующим условным знаком, передачи и накопления этой информации в цифровой форме в памяти мобильного терминала пользователя, осуществления интерактивного режима при использовании модифицированной карты, автоматизированного получения координат, семантической и геометрической информации об объектах местности с помощью подключенного к мобильному терминалу пользователя устройства, считывающего с RFID-меток на модифицированной карте идентификаторов точек интереса. Также решаемая проблема заключается в снижении расходов на специальное картографическое обучение и расширении состава потребителей карт за счет пользователей, не имеющих специальной картографической подготовки.
Проблема решается тем, что в представленном способе создания и использования в интерактивном режиме источника геопространственной информации в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных, при котором в персональном компьютере (ПК) с общим и прикладным программным обеспечением выполняют подготовку и обработку исходных геопространственных данных и формируют источник геопространственной информации, который включает карту местности и геопространственную информацию в цифровом форме об объектах местности, расположенных в точках интереса, при этом источник геопространственной информации связывают с мобильным терминалом пользователя, оснащенным интерфейсным модулем с возможностью запроса и считывания с него геопространственной информации, согласно техническому решению упомянутый источник геопространственной информации формируют в виде модифицированной карты путем нанесения на традиционную аналоговую карту на бумаге или пластике графических радиочастотных идентификационных меток (RFID-метки) в точках интереса с расположенными на них объектами местности в пределах условных знаков этих объектов с записанными на RFID-метках идентификаторами этих точек интереса и упомянутого мобильного терминала пользователя с дополнительно подключенным к нему считывающим RFID-метки устройством и с дополнительно загруженным на мобильный терминал пользователя интерфейсным модулем с функциями приема и обработки сигналов со считывающего RFID-метки устройства, накопления, хранения и отображения геопространственной информациии об объектах местности, маркированных на модифицированной карте в точках интереса RFID-метками, с возможностью считывания и обработки сигналов считывающего RFID-метки устройства с RFID-меток, получения и выдачи геопространственной информации на экран или средствами голосовой поддержки. Подготовку и обработку исходных геопространственных данных предварительно выполняют в виде составления цифровых наборов по каждому объекту местности и затем с помощью компьютерной программы передают их из упомянутого ПК с общим и прикладным программным обеспечением в упомянутый мобильный терминал пользователя с интерфейсным модулем с функциями приема и обработки сигналов со считывающего RFID-метки устройства, накопления, хранения и отображения геопространственной информациии об объектах местности, маркированных на модифицированной карте в точках интереса RFID-метками, с возможностью считывания и обработки сигналов считывающего RFID-метки устройства с RFID-меток, получения и выдачи геопространственной информации на экран или средствами голосовой поддержки. В процессе получения геопространственной информации с помощью источника геопространственной информации в интерактивном режиме, на модифицированной карте визуально выбирают точку интереса с расположенным на ней требуемым объектом местности, показанным условным знаком, сканируют этот условный знак с помощью считывающего RFID-метки устройства, подключенного к мобильному терминалу пользователя, находят соответствующую RFID-метку, нанесенную в пределах условного знака, считывают и автоматически передают в мобильный терминал пользователя идентификатор данной точки интереса, находят по нему с помощью интерфейсного модуля в мобильном терминале пользователя соответствующую геопространственную информацию и получают на экране визуально или с помощью голосовой поддержки всю имеющуюся в памяти мобильного терминала пользователя геопространственную информацию о данном объекте местности.
Указанная совокупность признаков позволяет повысить эффективность использования геопространственной информации, за счет расширения сферы применения карт в комплексе с мобильным терминалом пользователя, в том числе в местах, где недоступно беспроводное соединение для передачи данных, то есть отсутствует устойчивая связь в сети Интернет, так как обеспечивает возможность автоматизированного получения информации об объектах местности автономно, в местах, где отсутствуют сети передачи данных, например, Интернет, путем осуществления интерактивного режима работы с источником геопространственной информации, включающим модифицированную карту и мобильный терминал пользователя с цифровой геопространственной информацией об объектах местности, снабженным интерфейсным модулем с функциями приема и обработки сигналов со считывающего устройства, получения, поиска и выдачи на экран геопространственной информации об объектах местности, маркированных на модифицированной карте в точках интереса RFID-метками, с возможностью считывания и обработки сигналов считывающего устройства с RFID-меток, получения и выдачи геопространственной информации на экран или средствами голосовой поддержки, а также за счет существенного повышения информативности и читаемости создаваемого источника геопространственной информации, так как совместное использование условных знаков и цифровых наборов геопространственной информации позволяет увеличивать объем семантической информации об объектах не перегружая карту, не вводя новые условные знаки при появлении новых объектов и новых требуемых характеристик. Возможность включения большего объема семантической информации, в том числе мультимедийной, например, в виде фотографии объекта, а также информации, отражающей любые особенности конкретных объектов, повышает информативность картографического обеспечения пользователя. Возможность визуального восприятия ландшафта или рельефа местности в виде трехмерных моделей на экране мобильного терминала пользователя одновременно с визуальным восприятием модифицированной карты, на которой ландшафт и рельеф показаны горизонталями или способом отмывки, также обеспечивает повышение информативности создаваемого источника геопространственной информации, и тем самым повышает эффективность использования геопространственной информации. Кроме того, указанная совокупность признаков позволяет расширить состав потребителей карт за счет пользователей, не имеющих специальной картографической подготовки, так как существенное сокращение на порядок числа используемых условных знаков за счет применения ограниченного набора условных знаков обеспечивает повышение читаемости карты и исключает необходимость специальной подготовки пользователей и изучения сотен условных знаков, и тем самым расширяет круг пользователей карты за счет неподготовленных пользователей. Также, такое техническое решение позволяет снизить расходы на специальное картографическое обучение потребителей традиционных графических карт.
Сущность технического решения поясняется примером реализации способа создания и использования в интерактивном режиме источника геопространственной информации в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных и чертежами фиг.1 - 2. На фиг.1 представлена схема процесса создания источника геопространственной информации, где 1 - ПК 1 с общим и прикладным программным обеспечением (далее - ПК 1 с общим и прикладным ПО), 2 - исходные геопространственные данные об объектах местности 2, 3 - мобильный терминал 3 пользователя, 4 - модифицированная карта 4 в виде традиционной аналоговой карты 5 на бумаге или пластике с нанесенными картаграфическими радиочастотными идентификационными метками (RFID-метки) в точках интереса с расположенными на них объектами местности в пределах условных знаков этих объектов с записанными на RFID-метках идентификаторами этих точек интереса (далее - модифицированная карта 4), 6 - считывающее RFID-метки устройство 6, 7 - интерфейсный модуль 7 для мобильного терминала 3 пользователя с функциями накопления, хранения и отображения геопространственной информации об объектах местности, маркированных на модифицированной карте 4 в точках интереса RFID-метками (далее - интерфейсный модуль 7), 8 - цифровые наборы 8 геопространственной информации о каждом объекте местности (далее - цифровые наборы 8 геопространственной информации).
На фиг.2 представлена схема процесса использования источника геопространственной информации в интерактивном режиме в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных, где 3 - мобильный терминал 3 пользователя, 4 - модифицированная карта 4, 6 - считывающее RFID-метки устройство 6, 7 - интерфейсный модуль 7, 8 - цифровые наборы 8 геопространственной информации, 9 - пользователь 9 геопространственной информации об объектах местности (далее - пользователь 9).
Способ создания и использования в интерактивном режиме источника геопространственной информации в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных осуществляется следующим образом (см. Фиг.1). В ПК 1 с общим и прикладным ПО выполняют подготовку и обработку исходных геопространственных данных 2 об объектах местности в виде цифровых наборов геопространственной информации о каждом объекте местности, показанном на карте соответствующим условным знаком. Источник геопространственной информации формируют в виде модифицированной карты 4 путем нанесения на традиционную аналоговую карту 5 на бумаге или пластике графических радиочастотных идентификационных меток (RFID-метки) в точках интереса с расположенными на них объектами местности в пределах условных знаков этих объектов с записанными на RFID-метках идентификаторами этих точек интереса и мобильного терминала 3 пользователя с дополнительно подключенным считывающим RFID-метки устройством 6 и дополнительно загруженным на мобильный терминал 3 пользователя интерфейсным модулем 7 с функциями приема и обработки сигналов со считывающего RFID-метки устройства 6, накопления, хранения и отображения цифровых наборов геопространственной информации об объектах местности, маркированных на модифицированной карте 4 в точках интереса RFID-метками, с возможностью считывания и обработки сигналов считывающего устройства 6 с RFID-меток, получения и выдачи цифровых наборов геопространственной информации на экран или средствами голосовой поддержки, а также с функцией автоматического подключения к сети Интернет при наличии беспроводной связи для обеспечения возможности получения, при необходимости, дополнительной информации об объектах местности. Далее передают из ПК 1 с общим и прикладным ПО предварительно собранные цифровые наборы 8 геопространственной информации по каждому объекту местности в мобильный терминал 3 пользователя с интерфейсным модулем 7 с функциями накопления, хранения и отображения цифровых наборов 8 геопространственной информации об объектах местности, маркированных на модифицированной карте 4 в точках интереса RFID-метками, с возможностью считывания и обработки сигналов считывающего устройства 6 с RFID-меток. Пользователь 9 (см. Фиг.2) в процессе получения геопространственной информации с помощью источника геопространственной информации в интерактивном режиме, на модифицированной карте 4 визуально выбирает точку интереса с расположенным на ней требуемым объектом местности, показанным условным знаком, сканирует этот условный знак с помощью считывающего RFID-метки устройства 6, подключенного к мобильному терминалу 3 пользователя, находит соответствующую RFID-метку, нанесенную на в пределах условного знака, считывает и автоматически передает в мобильный терминал 3 пользователя идентификатор данной точки интереса. Находит по нему с помощью интерфейсного модуля 7 в мобильном терминале 3 пользователя соответствующую геопространственную информацию и получает на экране визуально или с помощью голосовой поддержки всю имеющуюся в памяти мобильного терминала 3 пользователя геопространственную информацию о данном объекте местности.
Уровень технологической разработки предлагаемого способа и технической реализации выделяет его из ряда существующих методов. Прежде всего, это касается возможности предлагаемого способа в интерактивном режиме, оперативно, автоматически получать всю необходимую геопространственную информацию об объектах местности в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных, при этом способ позволяет повысить производительность труда по определению семантических характеристик, а также дополнительной информации, отражающей индивидуальные свойства объекта местности, в том числе, при необходимости, его координаты, геометрические параметры, фотографии, цифровую метрическую трехмерную модель, модель рельефа или ландшафта данной местности, показанной на создаваемой модифицированной карте 4 объектов местности в полевых условиях за счет того, что эти значения уже имеются в готовом виде в форме цифровых наборов геопространственной информации по каждому объекту местности. Также предлагаемый способ позволяет работать с модифицированной картой 4 пользователям 9, не имеющим специальной картографической подготовки. В процессе работы с модифицированной картой 4 и мобильным терминалом 3 пользователя используют технические средства, которые представляют собой высоконадежные мобильные малогабаритные устройства, например, смартфоны, планшеты и т.п.
В результате выполнения предлагаемого способа получают модифицированную карту 4, существенно отличающуюся от традиционной карты. Принципиальным отличием модифицированной карты, составленной по предлагаемому способу, является нанесение RFID-меток с записанными на них идентификаторами всех объектов местности, показанных на модифицированной карте 4 условными знаками. Использование цифровых наборов 8 геопространственной информации по каждому объекту местности для передачи информации об объектах местности обеспечивает существенное повышение информативности картографического обеспечения пользователей 9 карты за счет возможности включения в них большего объема семантической информации, в том числе мультимедийной, например, в виде фотографии объекта, а также информации, отражающей любые особенности конкретных объектов. Кроме того, обеспечивается возможность визуального восприятия ландшафта или рельефа местности в виде трехмерных моделей на экране мобильного терминала 3 пользователя одновременно с визуальным восприятием модифицированной карты 4, на которой ландшафт и рельеф показаны горизонталями или способом отмывки, что также обеспечивает повышение информативности создаваемого источника геопространственной информации, и тем самым повышает эффективность использования геопространственной информации. Использование модифицированной карты 4 в комплексе с мобильным терминалом 3 пользователя, с подключенным к нему считывающим RFID-метки устройством 6, обеспечивает возможность автоматизированного получения информации об объекте автономно, в местах, где отсутствуют сети передачи цифровых данных, например, Интернет.Такое совместное использование модифицированной карты 4 и цифровых наборов 8 геопространственной информации по каждому объекту местности позволяет увеличивать объем семантической информации об объектах местности не перегружая карту, не вводя новые условные знаки при появлении новых объектов и новых требуемых характеристик.
Предлагаемый инновационный способ создания источника геопространственной информации в комплексе с мобильным терминалом 3 пользователя, с подключенным к нему считывающим RFID-метки устройством 6 и использования его в интерактивном режиме в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных позволяет:
- получать картографический продукт с совершенно новыми свойствами и функциональными возможностями;
- существенно расширить возможности использования карт и мобильных малогабаритных устройств в полевых условиях;
- повысить информативность данных об объектах местности, а также повысить эффективность полевых работ за счет снижения их объемов и повышения оперативности получения необходимой информации, что в целом повышает эффективность использования геопространственной информации;
- обеспечить возможность работы с картой пользователям, не имеющим специальной картографической подготовки.