ГИС ПАРК

Общие сведения о системе

Геоинформационная система ПАРК – векторно-растровая система, сочетающая функции картографической, информационно-справочной, аналитической и прогнозирующей программных систем. Система разработана для использования на компьютерах под управлением MS Windows (XP \7\.. и выше).

Основное назначение системы ПАРК – создание баз координатно- и объектно-привязанных данных; преобразование, тематическая обработка и интерпретация геоданных; информационное и аналитическое обеспечение; компоновка, оформление и вывод картографических и сопутствующих им документов.

Обладая обычным набором возможностей инструментальных ГИС, система ПАРК также имеет предметно ориентированные средства анализа, интерпретации и отображения пространственных данных, чем отличается от коммерческих систем общего назначения.

Исходная информация может быть представлена в различной форме: сканированными картами количественных и качественных данных, аэро- и космическими снимками, таблицами, текстовыми описаниями и др. В качестве исходных также могут использоваться данные, импортируемые из других ГИС и систем обработки данных.

Применение системы ПАРК возможно во всех сферах, связанных с тематической картографией; инвентаризацией, оценкой и прогнозированием природных ресурсов. Основная область применения – геологическое картографирование и прогнозирование полезных ископаемых, а также подготовка данных для цифрового издания комплектов карт и связанных с ними справочных материалов.

Технология, реализуемая средствами ПАРК, обеспечивает как преобразование формы представления данных, так и получение новой информации, выраженной в терминах целевого свойства, интересующего конечного пользователя. Получение новой информации достигается путем анализа и комплексной интерпретации разнородных данных.

Главными целями ПАРК являются:

• Интеграция картографической и описательной информации и приведение её к виду, пригодному для составления карт, информационно-справочного обслуживания и тематической обработки.
• Пространственный анализ и комплексная интерпретация разнотипных данных для построения специализированных карт и решения прогнозно-минерагенических задач.
• Оформление картографических материалов в стандартах, предусмотренных нормативными документами Роснедра, для цифрового издания карт геологического содержания.
• Создание интерактивных картографических справочно-информационных систем на базе собственного ГИС-вьюера.

Организация и формы представления данных

Для хранения информации система использует собственную Базу Данных. Каждой БД ПАРК соответствует автоматически создаваемый при объявлении новой базы каталог. Головной модуль ПАРК автоматически определяет принадлежность каталога к своим БД. База данных представляет собой набор взаимосвязанных файлов с данными, относящимися к одной территории. В составе данных имеются: координатно-привязанные данные (векторные, матричные, текстовые), описатели (списки, легенды и т.д.), справочные (текстовые файлы, таблицы, гистограммы, изображения и др.) и служебные.

Для представления координатно-привязанной информации используются различные модели: векторная топологическая и нетопологическая, матричная, триангуляционная. Преобразование представления данных из одной модели в другую выполняется средствами ПАРК. Координатно-привязанные данные организованы в слои. Базовыми формами являются: комплексные векторные слои, Shape-файлы, триангуляционные покрытия, матричные слои, текстовые слои.

Основная форма представления картографических данных в ПАРК – комплексные векторные слои (КВС). В КВС могут совместно храниться и отображаться объекты разных топологических типов. В зависимости от ситуации любая линия в КВС или её часть может рассматриваться как линейный объект или как граница площадного объекта. Структурными составляющими КВС являются: базовое покрытие, объектами которого являются все имеющиеся в слое точечные и линейные объекты, а также границы всех (в том числе пересекающихся) площадных объектов, и набор площадных покрытий. Объектами площадного покрытия являются полигоны, выделяемые по одному основанию классификации. В площадном покрытии границы полигонов не записываются в явном виде (т.е. в виде линий), а существуют только в виде ссылок на соответствующие им сегменты линий в базовом покрытии.

Именованный набор векторных, матричных и текстовых слоев образует «Карту». При включении в карту все данные, которые могут храниться в базе данных в разных системах координат, автоматически приводятся к проекции карты. Одни и те же слои данных в разных картах могут отображаться в разных легендах. Содержание карты и вид отображения объектов автоматически изменяются при изменении масштаба визуализации.

Семантическую картографическую информацию представляют атрибутивные таблицы, классификаторы, шкалы матричных слоев, легенды. Сопутствующая информация – объектно-привязанные справки (текстовые справки, строки таблиц, изображения, гистограммы, профили, а также другие карты или объекты на других картах и др.).

Легенды слоев карты формируются автоматически из классификаторов и по фактическим атрибутам или интерактивно. Для отображения картографических объектов используются условные знаки, импортируемые из Эталонной базы изобразительных средств Госгеолкарты или создаваемые собственными средствами ПАРК.

Набор карт, профилей, таблиц, растровых изображений и других данных образует самостоятельный вид данных – «Выходной лист». Выходной лист представляет собой электронный макет физического листа, готовый для печати и сохранения в растровом файле. Внесение изменений в компоненты листа (карты, разрезы, легенды и т.д.) автоматически отражается на выходном листе.

ГИС оболочка ПАРК

ГИС оболочка обеспечивает отображение координатно- и объектно-привязанных данных, поиск и выборку объектов, получение справок и другие функции. В том числе:

• многооконный режим визуализации карт, дающий возможность параллельной работы с разными картами;
• отображение всех видов векторных, матричной и текстовых данных, в задаваемых пользователем системе координат, картографической проекции и масштабе;
• автоматическое отображение легенды (условных знаков и поясняющего текста) для каждого слоя визуализируемой карты; каждый объект карты связан с соответствующим подразделением легенды;
• интерактивная сборка многослойных карт и автоматическое размещение условных знаков, импортируемых из эталонной базы условных знаков Госгеолкарт или знаков, создаваемых средствами ПАРК;
• индивидуальная установка параметров визуализации для каждого объекта карты или для группы объектов;
• масштабирование, сдвиг и плавное перемещение просматриваемого фрагмента, изменение прозрачности слоев и т.п.;
• интерактивное управление отображением слоев, классов объектов, отдельных объектов, диапазонов характеристик территории;
• автоматическое изменение объектовой нагрузки карты в зависимости от масштаба ее визуализации;
• автоматическое изменение условных знаков при изменении масштаба отображения карты (устанавливается индивидуально для каждого объекта карты или для группы объектов);
• автоматическое управление визуализацией надписей при изменении масштаба отображения карты;
• многокритериальные выборки объектов по комбинациям их атрибутов; поиск объектов по ключевым словам; найденные объекты могут быть приближены, подсвечены и отобраны;
• получение справок по атрибутам объектов и объектно-привязанной картографической, текстовой, табличной и видеоинформации;
• вывод на печать карт и их фрагментов.

Основные функции ПАРК

1. Создание многоцелевых баз цифровых картографических и описательных данных:
   • Импорт / экспорт картографических данных с преобразованием форматов хранения, систем координат и проекций.
   • Создание классификаторов с автоматическим занесением в них условных знаков.
   • Геометрическая коррекция и координатная привязка растровых и векторных данных.
   • Ввод и редактирование метрических и атрибутивных данных век-торных слоев.
   • Связывание объектов карты с внешней справочной информацией (текстами, строками таблиц, изображениями и т.д.).
   • Топологические операции – наложение, объединение, пересечение, удаление недоводов и перехлестов линий.
   • Интерактивное управление параметрами автоматического изменения нагрузки карты и условных знаков при изменении масштаба визуализации карты.
   • Векторно-растровое и растрово-векторное преобразования.
   • Интерактивное и автоматическое нелинейное квантование матрич-ных данных.
   • Интерполяция данных в регулярную сеть.
   • Интерактивное и автоматическое редактирование матричных и текстовых слоев.
   • Построение изолиний.
   • Построение комплексных профилей по наборам количественных и качественных данных.
   • Светотеневое псевдорельефное отображение поверхностей.
   • Сборка многослойных карт.
   • Автоматическое формирование легенд слоев с использованием стандартных условных знаков Госгеолкарт.
   • Создание дополнительных сложносоставных условных знаков.
   • Автоматическое размещение на карте ориентированных точечных и площадных условных знаков.
   • Автоматическая расстановка геологических индексов, подписей изолиний и других надписей на картах.
   • Компоновка, текстовое и графическое оформление макетов печат-ных листов.
2. Справочно-информационное функции и вывод данных:
   • Управление перечнем и содержанием данных, выводимых в справках по объектам карты – виды информации, отображаемой в справках; порядок выбора объектов справки в случае их наложения друг на друга; радиус поиска объектов; правила масштабирования и расположения графических объектов, открываемых по ссылкам.
   • Выделение объектов на карте:
     • – указанием непосредственно на карте;
     • – выбором одной или нескольких строк в атрибутивной таблице слоя;
     • – заданием условий отбора объектов;
     • – поиском по ключевым словам;
     • – указанием подразделения в легенде.
   • Выделение соответствующего подразделения в легенде и строки в таблице при указании объекта на карте;
   • Справки о расположении, размерах и свойствах объектов, указанных на карте или в таблице атрибутов.
   • Получение справок по ссылкам на внешние данные, связанные с выбранным объектом (карты, текст, таблицы, гистограммы и т.д.).
   • Выборка объектов заданием фильтра атрибутов, по ключевым сло-вам, интерактивно.
   • Аналитические справки о параметрах распределений характеристик объектов, классов объектов, участков территорий.
   • Сохранение в растровый файл и вывод на печать карт или их фрагментов.
   • Компоновка и оформление макетов печатных листов.
3. Анализ данных и построение производных карт с использованием связных областей, масок и фильтров атрибутов:
   • Статистический анализ:
     • – оценка параметров распределений на территории;
     • – оценка параметров распределений на множестве классов объектов;
     • – проверка гипотез о статистической эквивалентности распределе-ния выборок;
     • – построение гистограмм;
     • – инвентаризация комбинаций свойств точек территории.
   • Исследование связей и зависимостей:
     • – множественный корреляционный анализ;
     • – регрессионный анализ;
     • – визуальный анализ 3-х переменных.
   • Классификация многомерных данных:
     • – кластерный анализ;
     • – районирование по логическим условиям.
   • Анализ поверхностей:
     • – направление скорейшего спуска,
     • – крутизна склонов,
     • – горизонтальный и вертикальный градиенты;
   • Обработка в скользящих окнах произвольного размера и формы:
     • – оценка статистических параметров;
     • – парная корреляция;
     • – оценка изменчивости (энтропия);
     • – свертка – линейная фильтрация.
   • Упрощение формы (генерализация) площадных объектов.
   • Построение карт связных областей по матричным данным.
   • Построение карт расстояний.
   • Построение освещенностей и потенциалов, создаваемых заданным классом объектов или их границ.
   • Обработка наборов слоев по алгоритмам, задаваемым пользователем, – программируемый калькулятор слоев, выполняющий алгебраические, тригонометрические и логические вычисления, включая вычисления по условиям, со сдвигом и др. расчеты.
4. Решение прогнозно-минерагенических задач:
   Для решения задач прогноза используются методы распознавания с обучением на эталонах или по экспертным моделям. Результаты автоматически оптимизируются по критерию риска постановки поисковых работ и предлагаются в качестве решения. Затем предоставляется возможность интерактивного управления прогнозом разными способами:
   • – редактированием модели прогнозируемых объектов;
   • – изменением порога принятия решения;
   • – изменением соотношения цен ошибок ложной тревоги и пропуска цели;
   • – заданием пороговых значений индексов перспективности;
   • – указанием предельного размера выделяемой площади, соответственно имеющимся для поисков ресурсам.
   Текущий вариант решения непрерывно отображается на карте и сопровождается количественными оценками качества – отображаются локальность, надежность прогноза и оценка риска постановки поисков.
   Основные решаемые задачи:
   1. При автоматическом формировании модели:
      • выявление, оценка и картографирование поисковых признаков;
      • построение модели прогнозируемых объектов;
      • оценка перспективности точек рассматриваемой территории по кри-терию сходства с моделью;
      • выделение перспективных площадей по критерию минимума риска постановки поисков;
      • моделирование и оценка качества разных стратегий прогноза;
      • оценка прогнозных ресурсов;
      • ранжирование территории по индексу перспективности;
      • генерализация перспективных участков;
      • вычисление интегральных характеристик участков – удельных и суммарных ресурсов, площадей и рангов перспективных участков.
   2. При использовании экспертных моделей:
      • построение карт поисковых признаков;
      • оценка мер сходства с экспертной моделью;
      • выделение перспективных участков по оптимальному / экспертному порогу;
      • генерализация перспективных участков.

Общая схема преобразования данных

Система ПАРК не предполагает жестко предопределенной после-довательности обработки данных. Порядок использования функций зависит от решаемой задачи и определяется пользователем. Вместе с тем, существует очередность технологических этапов преобразования данных, инвариантная к конкретным приложениям Типовая схема реализует общий принцип обработки данных: входная и выходная информация представляется в векторной форме, тематическая обработка выполняется преимущественно на матричных данных.

Полная схема преобразования данных выполняется в три этапа:

1. Формирование базы координатно- и объектно-привязанных данных.
2. Тематическая обработка.
3. Подготовка выходных данных.

Содержание каждого этапа зависит от формулировки конечной цели: тиражирование картографической информации, справочно-аналитическое обеспечение, тематическая обработка. В состав работ, который удовлетворяет всем перечисленным целям, входят:

Создание базы данных:

• – формирование классификаторов;
• – ввод или импорт картографических данных;
• – импорт аэро- и космоснимков;
• – геометрическую коррекцию и координатную привязку;
• – редактирование карт;
• – подключение справочной объектно-привязанной информации;
• – создание легенд слоев и размещение условных знаков и надписей;
• – преобразование векторных данных в матричные слои.

Тематическая обработка в зависимости от вида выполняется на мат-ричных или векторных данных. Статистические расчеты, исследование зависимостей, классификации, прогнозирование выполняются по матричным слоям. Построение производных карт осуществляется по матричным или векторным слоям соответственно виду формируемой карты. Геометрические измерения и построения выполняются по векторным данным. Вычисления по матричным слоям могут производиться как по всему слою, так и по его части: по произвольной многосвязной области; отдельному объекту; классу объектов; объектам, удовлетворяющим набору условий и т.д. Матричные слои, получаемые при тематической обработке, подвергаются векторизации.

Подготовка выходных данных включает: сборку и оформление карт, создание легенд, подготовку сопутствующей объектно-привязанной справочной информации; компоновку макетов выходных картографи-ческих листов. Подготовленные данные могут быть погружены в среду вьюера ПАРК и представляться как самостоятельная информационно-справочная система.

Подробное описание технологии приведено в Руководстве по применению системы ПАРК.