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

Техническое решение относится к области картографии, обработки и отображения геопространственной информации, компьютерным средствам преобразования, визуального восприятия получаемого изображения, и может быть использовано для создания и чтения картографической информации в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных.
Известен 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 одним 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 ограничение на объем семантической информации, обусловленный 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 в активном режиме.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ составления тематических, географических и топографических карт в традиционной аналоговой форме (Утробина, Е.С. Оформление карт и картографическое черчение. Картографическое черчение [Текст]: учеб. - метод. Пособие / Е.С. Утробина. - Новосибирск : СГГА, 2011. - 101 с.), взятый в качестве прототипа.
Данный способ включают подготовку и обработку источников картографической информации, подготовку математической основы карты, разработку содержания карты и легенды, техническое составление оригинала и проведение генерализации, оформление карты. При этом карту формируют как совокупность слоев тематического содержания. Каждый слой карты формируют в виде набора картографируемых объектов одной тематической направленности. Каждый объект слоя отображают условным знаком в графической форме, соответствующим его семантическим характеристикам. Отдельный слой составляют надписи, выполненные определенным шрифтом, выбор которого также определяют семантическим характеристиками объектов. Желание повысить информативность карты, получить более полное и многостороннее отображение картографируемых объектов и явлений требует усложнения и появления новых условных знаков, увеличения числа и содержания надписей. Однако при этом возникает известное противоречие между информативностью и читаемостью карты, а также ограничение круга пользователей карты, так как для чтения условных знаков требуется специальная подготовка по запоминанию нескольких сотен условных знаков и типов надписей. Поэтому приходится ограничивать число условных знаков, стандартизировать описание картографируемых объектов местности и при этом отбрасывать особенности конкретных объектов. Кроме того, еще одной проблемой чтения карт является сложность, неумение или неспособность многих пользователей мысленно воспринимать ландшафт и рельеф местности, показанный на карте горизонталями или способом отмывки. Непосредственно процесс составления карты заключается в выполнении следующих технологических операций:
1. Составляют легенду карты, содержащую обозначение слоев, условных знаков всех видов объектов и надписей, необходимых для использования в данной карте (условные знаки и шрифт надписей берутся из известных таблиц условных знаков или создаются составителями данной карты).
2. Наносят на бумагу или пластик рамку карты и координатную сетку.
3. Наносят по координатам контуры площадных (полигональных) и линейных условных знаков.
4. Наносят по координатам точки расположения внемасштабных (точечных) условных знаков.
5. Выполняют генерализацию содержания карты в соответствии с заданным масштабом карты.
6. Выполняют закраску фона площадных условных знаков разными цветами в соответствии с разработанной легендой.
7. Вычерчивают контуры площадных и линейных условных знаков разными стилями линий в соответствии с разработанной легендой.
8. Наносят внемасштабные условные знаки точечных объектов в соответствии с разработанной легендой.
9. Наносят надписи к объектам разными шрифтами в соответствии с разработанной легендой.
Наносят легенду на свободное место на карте. Выполняют зарамочное оформление карты путем нанесения служебной информации за рамки карты и печатают карту на бумажном носителе. При этом на легенде все условные знаки группируют по слоям тематического содержания и каждый условный знак и надпись, содержащие закодированную семантическую информацию, сопровождают расшифровкой этой информации о картографических объектах местности. Во время чтения карты специально подготовленный пользователь может распознать условный знак и тип надписи и определить, таким образом, сущность и семантические свойства объекта местности, отображенного на карте. Для этого пользователю надо будет выучить таблицу условных знаков, содержащую более 500 условных знаков разной конфигурации и цвета (до 9 цветов), а также до 15 шрифтов для надписей. Неподготовленный пользователь во время чтения карты должен зрительно запомнить интересующий его условный знак на карте и шрифт надписи, затем отождествить их визуально с аналогичным условным знаком и надписью в легенде карты и прочитать в легенде информацию о сущности и семантических свойствах объекта местности, отображенного на карте.
Недостатком данного способа является ограничение на объем семантической информации, обусловленный 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 в активном режиме и не позволяет получать информацию о картографируемых объектах местности в местах, где отсутствуют сети передачи цифровых данных, например, сети Интернет.
Решаемая техническая проблема заключается в повышении эффективности использования геопространственной информации, в том числе в местах, где недоступно беспроводное соединение для передачи цифровых данных, то есть отсутствует устойчивая связь в сети Интернет, за счет обеспечения возможности в интерактивном режиме оперативно, автоматически получать всю необходимую геопространственную информацию об объектах местности путем улучшения читаемости предварительно составленной модифицированной карты с применением обобщающих условных знаков и повышения информативности с помощью мобильного терминала пользователя с цифровой геопространственной информацией об объектах местности с большим объемом семантической информации, в том числе мультимедийной, например, в виде фотографии объекта, а также информации, отражающей любые особенности конкретных объектов, а также возможности визуального восприятия ландшафта или рельефа местности, показанного на создаваемой модифицированной карте горизонталями или способом отмывки, за счет передачи посредством цифровой метрической трехмерной модели объекта, рельефа или ландшафта данной местности. Также решаемая проблема заключается в расширении состава потребителей карт за счет пользователей, не имеющих специальной картографической подготовки.
Проблема решается тем, что в представленном способе создания автономного источника геопространственной информации и использования его в интерактивном режиме 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 материалов, разработку содержания карты и легенды путем формирования условных знаков и надписей, подготовку математической основы карты, проведение генерализации, техническое составление оригинала, оформление и печать карты, при этом карту формируют как совокупность тематических слоев содержания, согласно техническому решениюсоздают автономный источник геопространственной информации, включающий модифицированную карту и мобильный терминал пользователя с цифровой геопространственной информацией об объектах местности, снабженный предварительно созданным интерфейсным модулем с функциями получения, поиска и выдачи на экран геопространственной информации об объектах местности, для этого на упомянутый ПК с общим и прикладным программным обеспечением дополнительно загружают предварительно созданный интерфейсный модуль для персонального компьютера с функцией формирования наборов геопространственной информации об объектах местности, затем в упомянутом ПК с общим и прикладным программным обеспечением в процессе разработки содержания модифицированной карты и ее легенды при формировании условных знаков и надписей их создают без учета разновидностей и семантических характеристик объектов местности путем разработки по одному обобщающему условному знаку на каждый тематический слой содержания, включающий объекты одного типа содержания карты, а также разрабатывают единый стиль надписи, далее в процессе упомянутых этапов подготовки математической основы карты, проведения генерализации, технического составления оригинала модифицированной карты, используют разработанные для каждого тематического слоя содержания обобщающие условные знаки для закраски фона площадных условных знаков разными цветами, вычерчивания контуров площадных и линейных условных знаков, нанесения внемасштабных условных знаков точечных объектов, при этом дополнительно формируют и наносят на модифицированную карту идентификаторы всех расположенных на ней картографируемых объектов местности, причем с использованием тех же цветов, что и выбранные цвета обобщающих условных знаков тематических слоев содержания, выполняют оформление и печать составленной модифицированной карты на бумажном носителе, затем с помощью интерфейсного модуля для персонального компьютера для каждого объекта местности, показанного на модифицированной карте, составляют свой набор цифровой геопространственной информации, включающий его идентификатор, семантические характеристики, в том числе, типовую информацию, соответствующую традиционным условным знакам, а также дополнительную информацию, отражающую индивидуальные свойства объекта местности, в том числе, при необходимости, его координаты, геометрические параметры, фотографию, цифровую метрическую трехмерную модель, модель рельефа или ландшафта данной местности, показанной на создаваемой модифицированной карте, с помощью интерфейсного модуля для персонального компьютера в упомянутом ПК и интерфейсного модуля для мобильного терминала пользователя передают с ПК на мобильный терминал пользователя составленные наборы геопространственной информации по каждого объекту местности, показанному на модифицированной карте, в процессе использования геопространственной информации с помощью автономного источника геопространственной информации в интерактивном режиме в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных, на модифицированной карте визуально выбирают требуемый объект местности, показанный обобщающим условным знаком, визуально считывают его идентификатор, вводят его в мобильный терминал пользователя, находят по нему с помощью интерфейсного модуля соответствующий набор геопространственной информации и получают на экране визуально или с помощью голосовой поддержки всю семантическую и дополнительную информацию о данном картографическом 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 автономным источником геопространственной информации, включающим модифицированную карту и мобильный терминал пользователя с цифровой геопространственной информацией об объектах местности, снабженным интерфейсным модулем с функциями получения, поиска и выдачи на экран геопространственной информации об объектах местности. А также за счет существенного повышения информативности и читаемости создаваемого автономного источника геопространственной информации, так как совместное использование обобщающих 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 модифицированной карты. Возможность визуального восприятия ландшафта или рельефа местности, показанного на карте горизонталями или способом отмывки, за счет передачи посредством цифровой метрической трехмерной модели рельефа или ландшафта данной местности, показанной на создаваемой модифицированной карте также обеспечивает повышение информативности создаваемого автономного 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 обобщающих 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.
Сущность технического решения поясняется примером реализации способа создания автономного источника геопространственной информации и использования его в интерактивном режиме в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных и чертежами фиг. 1-2. На фиг. 1 представлена схема процесса создания автономного 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 2, 3 - интерфейсный модуль 3 для ПК, 4 - мобильный терминал 4 пользователя, 5 - интерфейсный модуль 5 для мобильного терминала пользователя (далее - интерфейсный модуль 5). На фиг. 2 представлена схема процесса использования автономного источника геопространственной информации в интерактивном режиме в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных, где 4 - мобильный терминал 4 пользователя, 6 - модифицированная карта с идентификаторами объектов местности, составленная с использованием обобщающих условных знаков и стилей надписей (далее - модифицированная карта 6), 7 - пользователь 7 геопространственной информации (далее - пользователь 7).
Способ создания автономного источника геопространственной информации и использования его в интерактивном режиме 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, разработку содержания модифицированной карты 6 и ее легенды путем формирования обобщающих условных знаков и надписей, подготовку математической основы модифицированной карты 6, проведение генерализации, техническое составление оригинала, оформление и печать модифицированной карты 6. При этом модифицированную карту 6 формируют как совокупность тематических слоев содержания. Для этого создают автономный источник геопространственной информации, включающий модифицированную карту 6 и мобильный терминал 4 с цифровой геопространственной информацией об объектах местности, оснащенный предварительно созданным интерфейсным модулем 5 с функциями получения, поиска и выдачи на экран геопространственной информации об объектах местности. Далее на упомянутый ПК 1 с общим и прикладным ПО дополнительно загружают предварительно созданный интерфейсный модуль 3 для ПК с функцией формирования наборов геопространственной информации об объектах местности. Затем в упомянутом ПК 1 с общим и прикладным ПО в процессе разработки содержания модифицированной карты 6 и ее легенды при формировании условных знаков и надписей их создают без учета разновидностей и семантических характеристик объектов местности путем разработки по одному обобщающему условному знаку на каждый тематический слой содержания, включающий объекты одного типа содержания модифицированной карты 6, а также разрабатывают единый стиль надписи. Далее в процессе упомянутых этапов подготовки математической основы модифицированной карты 6, проведения генерализации, технического составления оригинала модифицированной карты 6, используют разработанные для каждого тематического слоя содержания обобщающие условные знаки для закраски фона площадных условных знаков разными цветами, вычерчивания контуров площадных и линейных условных знаков, нанесения внемасштабных условных знаков точечных объектов. При этом дополнительно формируют и наносят на модифицированную карту 6 идентификаторы всех расположенных на ней картографируемых объектов местности, причем с использованием тех же цветов, что и выбранные цвета обобщающих условных знаков тематических слоев содержания, выполняют оформление и печать составленной модифицированной карты 6 на бумажном носителе. Затем с помощью интерфейсного модуля 3 для ПК по каждому объекту местности, показанному на модифицированной карте 6, составляют свой набор геопространственной информации, включающий его идентификатор, семантические характеристики, в том числе, типовую информацию, соответствующую традиционным условным знакам, а также дополнительную информацию, отражающую индивидуальные свойства объекта местности, в том числе, при необходимости, его координаты, геометрические параметры, фотографию, цифровую метрическую трехмерную модель, модель рельефа или ландшафта данной местности, показанной на создаваемой модифицированной карте 6. С помощью интерфейсного модуля 3 в ПК 1 с общим и прикладным ПО и интерфейсного модуля 5 передают с ПК 1 на мобильный терминал 4 пользователя составленные цифровые наборы геопространственной информации по каждого объекту местности, показанному на модифицированной карте 6. Далее в процессе использования автономного источника геопространственной информации в виде модифицированной карты 6 и мобильного терминала 4 в интерактивном режиме в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных (см. фиг. 2), на модифицированной карте 6 пользователь 7 визуально выбирает требуемый объект местности, показанный обобщающим условным знаком, визуально считывает его идентификатор, вводит его в мобильный терминал 4, находят по нему с помощью интерфейсного модуля 5 соответствующий набор геопространственной информации и получают на экране мобильного терминала 4 визуально или с помощью голосовой поддержки всю семантическую и дополнительную информацию о требуемом картографическом 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, отражающую 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 6 картографических объектов в полевых условиях за счет того, что эти значения уже имеются в готовом виде в форме цифровых наборов геопространственной информации по каждому картографическому объекту местности. Также предлагаемый способ позволяет работать с модифицированной картой 6 пользователям 7, не имеющим специальной картографической подготовки. Программное обеспечение для ПК 1 с общим и прикладным ПО в части автоматизации регистрации получаемой информации при создании автономного источника геопространственной информации может быть реализовано, например, на основе современных графических редакторов, включающих все необходимые средства автоматизации формирования и вывода аналоговой информации. В процессе работы с модифицированной картой 6, и мобильным терминалом 4, используют технические средства, которые представляют собой высоконадежные мобильные малогабаритные устройства, например, смартфоны, планшеты и т.п.
В результате выполнения предлагаемого способа получают модифицированную карту, существенно отличающуюся от традиционной карты. Принципиальным отличием модифицированной карты, составленной по предлагаемому способу, является то, что на ней используются обобщающие условные знаки тематических слоев, также формируются и наносятся идентификаторы всех расположенных на ней картографируемых объектов местности. Существенное сокращение, на порядок числа, используемых условных знаков за счет применения ограниченного набора обобщающих условных знаков обеспечивает повышение читаемости карты, исключает необходимость специальной подготовки пользователей и изучения сотен условных знаков, расширяет круг пользователей карты за счет неподготовленных пользователей. Использование цифровых наборов геопространственной информации по каждому картографическому объекту местности для передачи информации об объектах местности обеспечивает существенное повышение информативности 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, показанного на карте горизонталями или способом отмывки, за счет передачи посредством цифровой метрической трехмерной модели рельефа или ландшафта данной местности, показанной на создаваемой модифицированной карте. Использование обобщающих условных знаков, напечатанных на модифицированной карте, в комплексе с мобильным терминалом пользователя обеспечивает возможность автоматизированного получения информации об объекте автономно, в местах, где отсутствуют сети передачи цифровых данных, например, Интернет. Такое совместное использование обобщающих условных знаков и цифровых наборов геопространственной информации по каждому картографическому объекту местности позволяет увеличивать объем семантической информации о картографических объектах не перегружая карту, не вводя новые условные знаки при появлении новых объектов и новых требуемых характеристик.
Предлагаемый инновационный способ создания автономного источника геопространственной информации 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 и читаемость данных о картографических 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.