Способ определения местоположения, координат точек, геометрических и семантических характеристик картографических объектов в интерактивном режиме при работе с традиционной картой в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных
METHOD OF DETERMINING LOCATION, COORDINATES OF POINTS, GEOMETRICAL AND SEMANTIC CHARACTERISTICS OF CARTOGRAPHIC OBJECTS IN INTERACTIVE MODE WHEN OPERATING WITH A TRADITIONAL CARD IN CONDITIONS OF ABSENCE OF COMMUNICATION FOR TRANSMITTING DIGITAL DATA

Техническое решение относится к области обработки и отображения пространственной информации, компьютерным средствам преобразования, визуального восприятия получаемого изображения, и может быть использовано для определения местоположения, координат и семантических характеристик картографических объектов с помощью интерактивной поддержки при работе с картой в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных, на основе создания и использования преобразованной традиционной графической карты.
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 1:25000, 1:50000, 1:100000. [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 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 в активном режиме.
Известен также способ составления и использования интерактивных карт в цифровой картографии [Программное изделие геоинформационная система «КАРТА 2005 версия 12», ГИС «Панорама х64». 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, уменьшается обзорность карты. 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 объекту. На сервере формируется запрошенная информация и передается на мобильное устройство пользователя в виде фрагмента 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. Кроме того, малые габариты мобильного устройства пользователя резко уменьшают обзорность карты, так как невозможно увидеть всю карту в целом, а только ее фрагменты.
Решаемая техническая проблема заключается в расширении сферы применения и повышении эффективности использования традиционных графических карт, в том числе в местах, где недоступно беспроводное соединение для передачи цифровых данных, т.е. отсутствует устойчивая связь в сети Интернет за счет повышения информативности и точности данных о картографических объектах территории, увеличения объемов и форм представления семантической информации о картографических объектах территории, показанных на традиционной карте, путем формирования источника картографической информации в виде предварительно составленных графических QR-кодов, интегрированных в традиционную карту и осуществления интерактивного режима при ее использовании, а также автоматизации получения семантической и навигационной информации с помощью мобильного терминала пользователя. Кроме того, такое техническое решение позволяет расширить состав потребителей традиционных графических карт за счет пользователей, не имеющих специальной картографической подготовки.
Проблема решается тем, что в представленном способе определения местоположения, координат точек, геометрических и семантических характеристик картографических объектов в интерактивном режиме при работе с традиционной картой в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных, при котором предварительно генерируют источник картографической информации, который включает картографическую информацию о картографических объектах в виде числовых значений координат и геометрических характеристик, и семантических характеристик в виде кодов, источник картографической информации связывают с мобильным терминалом пользователя, с возможностью запроса и считывания картографической информации с карты при определении местоположения, координат точек, геометрических и семантических характеристик картографических объектов, согласно техническому решению указанный источник картографической информации формируют в виде предварительно составленных графических QR-кодов, интегрированных в традиционную карту, путем извлечения из традиционной карты и сбора геометрической и семантической информации о картографических объектах, показанных на этой традиционной карте, путем ее зрительного восприятия и чтения условных знаков и, при необходимости, по другим источникам, в соответствии с тематикой данной традиционной карты. Координаты точек картографических объектов, показанных на традиционной карте и их геометрические характеристики, определяют путем измерения по традиционной карте, семантические характеристики картографических объектов определяют путем считывания условных знаков и надписей с карты и передают собранную картографическую информацию в персональный компьютер (ПК) с общим и прикладным программным обеспечением, или, при необходимости, с помощью компьютерной программы получают в ПК координаты точек картографических объектов, показанных на традиционной карте, их геометрические и семантические характеристики путем выборки готовой информации или путем обработки первичных данных из других источников картографической информации в виде базы данных, цифровых карт, Интернет, в системе координат данной традиционной карты и, при необходимости, другой координатной системы. С помощью компьютерной программы составляют в ПК для каждого картографического объекта или группы объектов одного типа навигационное окно в виде картосхемы, показывающей расположение этого картографического объекта или группы картографических объектов одного типа на традиционной карте и его идентификатор. С помощью компьютерной программы кодируют в ПК собранную картографическую информацию для каждого картографического объекта и каждой группы картографических объектов одного типа. Получают цифровые изображения QR-кодов, преобразуют их в сканы и методом печати наносят их в виде графических QR-кодов на область зарамочного оформления или другое свободное от картографического изображения место традиционной карты или плана. Получают источник картографической информации в виде традиционной карты с интегрированными в нее графическими QR-кодами, с возможностью обеспечения работы с этой картой в интерактивном режиме посредством указанного мобильного терминала пользователя. Графический QR-код каждого картографического объекта в этом источнике картографической информации включает его идентификатор, геометрические и семантические характеристики, координаты точек этого объекта и навигационное окно, содержащее информацию о расположении этого объекта на традиционной карте и, при необходимости, картографическую сетку. Графический QR-код для каждой группы картографических объектов одного типа, включает навигационное окно, показывающее расположение картографических объектов этой группы на традиционной карте, их идентификаторы, и, при необходимости, картографическую сетку. В процессе работы в интерактивном режиме с источником картографической информации в виде традиционной карты с интегрированными в нее графическими QR-кодами, используют мобильный терминал пользователя с установленной программой считывания графических QR-кодов, который наводят на выбранный графический QR-код, интегрированный в традиционную карту, и с помощью программы считывают графические QR-коды картографического объекта или групп картографических объектов. На экране мобильного терминала пользователя получают запрашиваемую информацию в виде навигационного окна с графическим изображением расположения картографических объектов и их идентификаторов. Определяют местоположение объектов на традиционной карте путем сопоставления изображения навигационного окна с этой картой. Считывают с экрана мобильного терминала пользователя значения координат точек картографических объектов, геометрических и семантических характеристик картографических объектов в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных. Тем самым определяют местоположение, координаты точек, геометрические и семантические характеристики картографических объектов в интерактивном режиме при работе с традиционной картой в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных.
Указанная совокупность признаков позволяет расширить сферу применения и повысить эффективность использования традиционных графических карт, в том числе в местах, где недоступно беспроводное соединение для передачи данных, т.е. отсутствует устойчивая связь в сети Интернет, за счет повышения информативности и точности данных о картографических объектах территории, увеличения объемов и форм представления семантической информации о картографических объектах территории, показанных на традиционной карте, путем формирования источника картографической информации в виде предварительно составленных графических QR-кодов, интегрированных в традиционную карту и осуществления интерактивного режима при ее использовании, а так же автоматизации получения семантической и навигационной информации с помощью мобильного терминала пользователя. Кроме того, указанная совокупность признаков дает возможность расширить состав потребителей традиционных графических карт за счет пользователей, не имеющих специальной картографической подготовки.
Сущность технического решения поясняется примером реализации способа определения местоположения, координат точек, геометрических и семантических характеристик картографических объектов в интерактивном режиме при работе с традиционной картой в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных и чертежами фиг. 1-3, где на фиг. 1 представлена схема процесса создания источника картографической информации, на фиг. 2 - формы отображений картографических объектов и групп картографических объектов в навигационном окне мобильного терминала пользователя, на фиг. 3 - схема процесса работы в интерактивном режиме с источником картографической информации и мобильным терминалом пользователя.
Способ определения местоположения, координат точек, геометрических и семантических характеристик картографических объектов в интерактивном режиме при работе с традиционной картой в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных осуществляется следующим образом. До начала определения местоположения, координат точек, геометрических и семантических характеристик картографических объектов в интерактивном режиме при работе с традиционной картой в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных предварительно генерируют источник картографической информации, который включает картографическую информацию о картографических объектах в виде числовых значений координат точек и геометрических характеристик, и семантических характеристик в виде кодов (см. фиг. 1). Для этого источник картографической информации формируют в виде предварительно составленных графических QR-кодов 1, интегрированных с имеющейся традиционной картой 2 путем извлечения из традиционной карты 2 и сбора геометрической и семантической информации 3 о картографических объектах, показанных на традиционной карте 2, путем ее зрительного восприятия и чтения условных знаков и, при необходимости, по другим источникам, в соответствии с тематикой данной традиционной карты 2. При этом координаты точек картографических объектов, показанных на традиционной карте 2 и их геометрические характеристики определяют путем измерения по традиционной карте 2, семантические характеристики картографических объектов путем считывания условных знаков и надписей с карты и передают собранную картографическую информацию в ПК 4 с общим и прикладным программным обеспечением, или, при необходимости, с помощью компьютерной программы получают в ПК 4 координаты картографических объектов, показанных на традиционной карте 2, их геометрические и семантические характеристики путем выборки готовой информации или путем обработки первичных данных из других источников 5 картографической информации в компьютерной среде в виде базы данных, цифровых карт, Интернет, в системе координат данной традиционной карты 2 и, при необходимости, другой координатной системы (см. фиг. 1). Далее с помощью компьютерной программы составляют в ПК 4 для каждого картографического объекта или группы картографических объектов одного типа навигационное окно 6 в виде картосхемы, показывающей расположение этого картографического объекта или группы картографических объектов одного типа на традиционной карте 2 и его идентификатор (И) 7 (см. фиг. 2). 3атем в ПК 4 (см. фиг. 1) с помощью компьютерной программы кодируют собранную картографическую информацию для каждого картографического объекта и каждой группы картографических объектов одного типа, получают цифровые изображения QR-кодов, преобразуют их в сканы и методом печати наносят их в виде графических QR-кодов 1 на область зарамочного оформления или другое свободное от картографического изображения место традиционной карты 2 или плана. Получают источник 8 картографической информации в виде традиционной карты 2 с интегрированными в нее графическими QR-кодами 1, с возможностью обеспечения работы с этой картой в интерактивном режиме посредством мобильного терминала 9 пользователя (далее -мобильный терминал 9) (см. фиг. 3). Графический QR-код 1 каждого картографического объекта в этом источнике 8 картографической информации включает его идентификатор 7, геометрические и семантические характеристики, координаты точек этого объекта и навигационное окно 6, содержащее информацию о расположении этого объекта на традиционной карте 2 и, при необходимости, картографическую сетку 10, а графический QR-код 1 для каждой группы картографических объектов одного типа, включает навигационное окно 6, показывающее расположение картографических объектов этой группы на традиционной карте 2, их идентификаторы 7, и, при необходимости, картографическую сетку 10 (см. фиг. 2). В процессе работы в интерактивном режиме с источником 8 картографической информации в виде традиционной карты 2 с интегрированными в нее графическими QR-кодами 1, пользователь 11 использует мобильный терминал 9 с установленной программой считывания графических QR-кодов 1, который наводит на выбранный графический QR-код 1, интегрированный в традиционную карту 2, и с помощью программы считывает графические QR-коды 1 картографического объекта или групп картографических объектов (см. фиг. 3). На экране мобильного терминала 9 пользователь 11 получает запрашиваемую информацию в виде навигационного окна 6 с графическим изображением расположения картографических объектов и их идентификаторов 7. Далее пользователь 11 определяет местоположение картографических объектов на традиционной карте 2 путем сопоставления изображения навигационного окна 6 с этой картой 2. Затем пользователь 11 считывает с экрана мобильного терминала 9 значения координат точек картографических объектов, геометрических и семантических характеристик картографических объектов в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных. Тем самым пользователь 11 определяет местоположение 12, координаты точек 13, геометрические характеристики 14 и семантические характеристики 15 картографических объектов в интерактивном режиме при работе с традиционной картой 2 в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных. Уровень технологической разработки предлагаемого способа и технической реализации выделяет его из ряда существующих методов. Прежде всего, это касается возможности предлагаемого способа определять местоположение, координаты точек, получать геометрические и семантические характеристики картографических объектов в интерактивном режиме при работе с традиционной картой в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных. При этом предлагаемый способ позволяет повысить эффективность работ по определению координат точек, геометрических и семантических характеристик картографических объектов в полевых условиях за счет того, что эти значения уже имеются в готовом виде в форме графических QR-кодов. Также предлагаемый способ позволяет работать с картой пользователям 11, не имеющим специальной картографической подготовки. Программное обеспечение для ПК в части автоматизации регистрации получаемой информации при создании источника картографической информации может быть реализовано, например, на основе современных графических редакторов, включающих все необходимые средства автоматизации формирования и вывода аналоговой информации. В процессе работы с традиционной картой 2, дополненной указанными QR-кодами 1, используют технические средства, которые представляют собой высоконадежные мобильные малогабаритные устройства, например, смартфоны, планшеты и т.п.с установленной программой считывания QR-кодов. При этом в процессе работы с традиционной картой 2 предусмотрено два интерактивных режима (см. фиг. 3):
В первом случае, при решении задачи определения местоположения, координат точек, геометрических и семантических характеристик искомого картографического объекта (т.е. где расположен этот объект, его координаты, какую форму и размеры он имеет, какие семантические свойства и характеристики имеет этот объект) выполняют следующие действия:
- если известно географическое название или имя собственное объекта (например, «гора Белуха» или «Музей Рериха»), то среди QR-кодов 1 пользователь 11 находит и считывает мобильным терминалом 9 соответствующий QR-код 1 и на экран мобильного терминала 9 выводится навигационное окно 6, в котором показано расположение искомого объекта на традиционной карте 2, что помогает определить на этой карте местоположение искомого объекта. Если необходимы координаты точек объекта и/или его геометрические и семантические характеристики, то они также считываются с экрана мобильного терминала 9;
- если необходимо найти объект, который не имеет географического названия или имени собственного, но есть требование или предпочтения по его семантическим характеристикам (например, «аптека»), то вначале пользователь 11 находит и считывает с помощью мобильного терминала 9 справочно-поисковый QR-код 1 соответствующего класса (например, «Аптеки»). Затем на экран мобильного терминала 9 выводится перечень объектов данного класса с их идентификаторами 7, среди них пользователь 11 выбирает предпочтительный объект и считывает его идентификатор 7 (см. фиг. 2). Далее среди QR-кодов 1 пользователь 11 находит и считывает мобильным терминалом 9 соответствующий QR-код 1 и на экран мобильного терминала 9 выводится навигационное окно 6, в котором показано расположение искомого объекта на традиционной карте 2, что помогает найти этот объект на традиционной карте 2, а также его геометрические, семантические характеристики и координаты точек;
Во втором случае, при решении задачи получения координат точек картографического объекта и/или его геометрических и семантических характеристик выбранного на традиционной карте 2 объекта, который не имеет географического названия или имени собственного (т.е. что это, какие семантические и геометрические характеристики имеет этот объект, его координаты), выполняют следующие действия (см. фиг. 3):
- пользователь 11 по условному знаку этого объекта визуально определяет к какому классу относится данный объект. Считывает мобильным терминалом 9 справочно-поисковый QR-код 1 соответствующего класса. Затем на экран мобильного терминала 9 выводит навигационное окно 6 соответствующего класса, выбирает искомый объект и считывает его идентификатор 7. Далее среди QR-кодов 1 пользователь 11 находит и считывает мобильным терминалом 9 соответствующий QR-код 1 и с экрана мобильного терминала 9 считывает координаты точек 13 искомого объекта, его геометрические характеристики 14 и семантические характеристики 15 (см. фиг. 3).
Предлагаемый инновационный способ определения местоположения, координат точек, геометрических и семантических характеристик картографических объектов в интерактивном режиме при работе с традиционной картой в условиях отсутствия связи для передачи цифровых данных позволяет:
получать картографический продукт с совершенно новыми свойствами и функциональными возможностями;
существенно расширить возможности использования традиционных карт и мобильных малогабаритных устройств в полевых условиях;
повысить информативность и точность данных о картографических объектах территории, а также повысить эффективность полевых работ, за счет снижения их объемов и повышения оперативности получения необходимой информации;
обеспечить возможность работы с картой пользователям, не имеющим специальной картографической подготовки;