Геоінформаційне картографування йорданії: становлення і застосування

Размещено на http://www.allbest.ru/

НацІональна академія наук України

інститут географії

УДК 528.72/73:625.745.11

ГеоінформаціЙне картографування ЙорданІЇ:

становлення і ЗАстосування

Спеціальність 11.00.12 - географічна картографія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Алі Махмуд Хасан Фаргал

Київ - 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі фотограмметрії та геоінформатики Інституту геодезії Національного університету “Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:доктор технічних наук, професор Дорожинський Олександр Людомирович, завідувач кафедри фотограмметрії та геоінформатики Національного університету “Львівська політехніка”, м. Львів. картографічний космічний туризм йорданія

Офіційні опоненти:доктор географічних наук, професор Жупанський Ярослав Іванович, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, завідуючий кафедрою географії і картографії України.

кандидат географічних наук Остроух Віталій Іванович, ЗАТ “Інститут передових технологій” керівник картографічної групи.

Провідна установа:Київський національний університет імені Тараса Шевченка, географічний факультет, Міністерство освіти і науки України, м. Київ.

Захист відбудеться 11 березня 2004 р. о 14^оо годині на засіданні спеціалізованої Вченої Ради Д 26.163.01 при Інституті географії НАН України за адресою: 01034, Київ-34, вул. Володимирська, 44.

Із дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту географії НАН України (01034, Київ-34, вул. Володимирська, 44).

Автореферат розіслано 6 лютого 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої Вченої Ради,

кандидат географічних наукГ.П. Підгрушний

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дослідження. Сучасний світ і в тому числі його географічні особливості постійно змінюються і розвиваються. Це стосується і Королівства Йорданії, країни, у якій постійно збільшується кількість міського населення і, як наслідок, міста змінюють свій вигляд.

Правильне і всебічно науково обґрунтоване планування розвитку країни немислимо в наші дні без аналітичного обґрунтування і сприйняття географічного середовища, відображення якого засобами картографії і комп'ютерних технологій повинне бути точним, повним і достовірним.

У зв'язку з цим проблема вивчення, створення і оновлення картографічних матеріалів для Йорданії є проблемою актуальною. Разом з тим геоінформаційне картографування і геоінформаційні технології дозволяють успішно вирішувати багато прикладних задач, в тому числі сприяти розвитку туризму як одному з найбільш прибуткових джерел економічного розвитку країни.

Виходячи з цих понять, у роботі вирішені загальнотеоретичні питання, що представлені нижче як мета і задачі дисертаційної роботи.

Питаннями геоінформаційного картографування займаються багато відомих учених. Значний внесок у розвиток геоінформатики внесли вчені Берлянт О.М., Блок К., Демерс М., Зейлер М., Капралов Є.Г., Коновалова Н.В., Каракін В.П., Крісмен Н., Лабутіна И.А., Линник В.Г., Мейлінг Д.Г., Мінамі М., Митчел Е., Панасюк М.В., Сербенюк С.М., Томлін С.Д., Тікунов В.С., Трофімов А.М., Чоу Й. Х., Шнайдер Д. Р., Цвєтков В.Я. та інші. В області картографії широко відомі роботи таких вчених як Саліщев К.О., Барановський В.А., Берлянт О.М., Бочаров М.К., Васмут О.С., Жупанський Я.І., Золовський А.П., Козаченко Т.І., Левицький І.Ю., Лютий О.О., Мартиненко О.І., Молочко А.М., Пархоменко Г.О., Разов В.П., Руденко Л.Г., Смірнов Л.Є., Тікунов В.С., Халугін Є.І., Червяков В.О., Шоцький В.П., Шевченко В.О. Ширяєв Є.Є. та ін.

Методам дистанційного зондування Землі присвячені роботи таких учених як Кієнко Ю.П., Кравцова В.І., Книжников Ю.Ф., Кононов В.І., Лялько В.І., Новаковський Б.А., Савіних В.П. Смірнов Л.Є. і багато інших. В Україні добре відомі роботи вчених Інституту географії Національної Академії Наук України (НАНУ). Багато праць опублікували вчені географічних факультетів Національного університету ім. Т.Шевченко, Львівського національного університету ім. І.Франко, Чернівецького національного університету ім. Ю.Федьковича й інших навчальних закладів.

Відомі в Україні і за її межами роботи в області геоінформатики, проведені в Національному Університеті “Львівська політехніка”, Донецькому національному технічному університеті, Харківському національному університеті ім. В.Н. Каразіна, Дніпропетровській національній гірській академії.

Таким чином, у сучасній географічній науці створений могутній фундамент для практичного розвитку геоінформатики і її використання в багатьох прикладних галузях.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота пов'язана з науковим напрямом кафедри фотограмметрії та геоінформатики - розробка та дослідження стереофотограмметричних методів розв'язання спеціальних задач, висунутих різноманітними галузями науки та народного господарства. Дослідження, виконані автором, розширюють і поглиблюють знання про методику проведення робіт з актуалізації картографічних матеріалів.

Мета і задачі досліджень. Метою досліджень проведених у рамках нашої дисертаційної роботи є розробка і реалізація сучасної технології оновлення картографічних матеріалів з використанням даних космічних знімань, розробка загальних принципів створення спеціальних інформаційно-довідкових систем і практична реалізація у вигляді автоматизованої довідково-інформаційної системи для розвитку туризму в Йорданії. Для реалізації мети необхідно вирішити такі задачі:

1) виконати аналіз географічних змін у Йорданії і розглянути динаміку цих процесів;

2) виконати аналіз геоінформаційного забезпечення території Йорданії;

3) розробити теоретичні моделі геоінформаційного картографування з врахуванням можливостей прийняття рішень;

4) узагальнити і проаналізувати доступні відомості про космічні засоби отримання картографічних даних і аргументовано вибрати придатні засоби для території Йорданії;

5) проаналізувати і вибрати програмні засоби обробки даних дистанційного зондування Землі для оновлення картографічних матеріалів;

6) розробити технологію оновлення карт із використанням космічних знімків і геоінформаціних технологій;

7) розробити підходи до проектування і реалізувати туристичну ГІС як могутній сервісний засіб для розвитку туризму в Йорданії.

Об'єктом дослідження є географічні умови Йорданії, особливості їх змін у регіонах країни.

Предметом дослідження є комплекс методологічних, теоретичних та методичних положень оновлення картографічних даних та проектування і реалізація туристичної ГІС Йорданії.

Методи дослідження. Методологічну й теоретичну основу роботи становлять положення сучасної географічної і картографічної науки в галузі топографічного і соціально-економічного картографування. У процесі дисертаційного дослідження застосовані: картографічний метод пізнання, картографічне моделювання, методики статистики та геоінформатики.

Наукова новизна отриманих результатів.

1.На підставі аналізу географічних особливостей території Йорданії і динаміки її змін запропоновано використовувати геоінформаційні технології для рішення цілого ряду прикладних задач географії і картографії.

2.Розроблено загальну схему геоінформаційного картографування як засобу вивчення, аналізу і представлення об'єкта у вигляді бази картографічних даних і бази географічних знань, що спираються на географо-картографічні дані і знання науково-понятійного характеру, з наступним представленням отриманих нових даних для багатофункціонального користувача.

3.Розроблена і реалізована технологія оновлення картографічних матеріалів Йорданії з використанням космічних знімків і сучасних технічних та програмних засобів, що складають фундамент геоінформаційних технологій.

4.Реалізовано концепцію геоінформаційних технологій для створення інформаційно-довідкової туристичний ГІС і вперше створена така система на всю територію Йорданії.

5. Сукупність вирішених питань - це новий крок у становленні і розвитку геоінформаційного картографування Йорданії.

Практичне значення отриманих результатів. Результати дисертаційного дослідження у вигляді теоретико-методичних основ картографування географічних даних, відслідковування змін у топографічній інформації мають значення для дослідження цих процесів в Йорданії і за її межами, особливо в час, коли в країнах Близького Сходу впроваджують новітні ГІС-технології. Апробація теоретико-методичних положень шляхом оновлення топографічних карт надає можливість проаналізувати динаміку змін в географії країни. Розроблена технологія оновлення карт дозволить у стислий термін, якісно і з мінімальними затратами актуалізувати топографічні і тематичні карти, а створена автоматизована довідково-інформаційна система сприяє розвитку туристичної галузі в Йорданії.

Особистий внесок здобувача. Результати, наведені в дисертаційній роботі, отримані автором самостійно. Теоретичні моделі геоінформаційного картографування в сполученні з ГІС-технологіями і системами прийняття рішень сформульовані на підставі консультацій проф. О.Дорожинського. У роботах, опублікованих у співавторстві, дисертанту належить:

-аналіз географічних змін території Йорданії й обґрунтування ефективності використання методу геоінформаційного картографування для рішення прикладних задач у Йорданії [5];

-аргументований вибір матеріалів ДЗЗ, отриманих різними космічними засобами, а також вибір програмних засобів, для оновлення карт Йорданії [1-5, 7];

-загальна технологічна схема оновлення картографічних матеріалів з використанням космічних знімків і інструментарію геоінформаційних рішень [2-4, 7];

-розробка блок-схеми автоматизованої довідково-інформаційної туристичної ГІС і поетапна реалізація ГІС на всю територію Йорданії [6, 8].

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації автор доповів на наукових семінарах і засіданнях кафедри фотограмметрії та геоінформатики Національного університету “Львівська політехніка” (2001, 2002), на ІV Міжнародній науково-практичній конференції “Кадастр, фотограмметрія, геоінформатика - сучасні технології і перспективи розвитку” (Львів, 2003), на міжнародній науково-практичній конференції “Динаміка наукових досліджень” (Дніпропетровськ, 2002), опубліковані в матеріалах Міжнародної картографічної конференції ІСС-2003 у Південно-Африканській Республіці (Дурбан, 2003).

Публікації. По темі дисертації автор опублікував 8 статей, у тому числі в співавторстві 6 статей. У журналах, визнаних ВАК України як спеціальні, опубліковано 5 статей.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів і висновку. Загальний обсяг роботи містить 152 сторінки, включаючи 38 малюнків, 9 таблиць і список літературних джерел з 118 найменувань.

Основний ЗМІСТ дисертаційного дослідження

У першому розділі - Географічні умови Йорданії і можливості застосування ГІС у їх вивчені - розглянуті і проаналізовані складові частини географічних умов Йорданії, особливості застосування геоінформаційних систем (ГІС) у їх вивченні, а також розглянуті космічні засоби отримання географічних даних.

Розглянуто складові частини географічних умов Йорданії, що характеризують історичний і сучасний розвиток регіону, включаючи географічне положення, геологічну будову, рельєф, клімат і внутрішні води, ґрунти і рослинність, фізико-географічне районування, соціально-економічні умови, промисловість і сільське господарство, транспорт, демографічну ситуацію.

Відомості про географічні особливості Йорданії приводять до висновків про постійний розвиток структури господарювання. Одночасно з економічним розвитком відбуваються зміни й у природному середовищі. Збільшуються площі сільськогосподарських угідь, розширюються межі великих міст, що відповідно впливає на зменшення площ лісових господарств. Усе це відбувається на великих територіях. Для відстеження й обліку цих змін найкраще застосовувати цифрові топографічні і тематичні карти, що, у свою чергу, можна створити методом оновлення вже існуючих картографічних матеріалів, використовуючи при цьому ГІС технології з використанням даних дистанційного зондування Землі (ДЗЗ), отриманих космічними методами знімання.

Так як в Йорданії геоінформаційне забезпечення знаходиться в початковій стадії розвитку, у даному розділі більше уваги надано аналізу широко відомих у світі ГІС-додатків з метою їхнього застосування в геоінформаційних системах Йорданії, зокрема для складання карт, актуалізації топографічної інформації і створення інформаційно-довідкових систем загального призначення.

Аналіз сучасного геоінформаційного забезпечення проведений з врахуванням функціональних особливостей програмних продуктів, їх цінової доступності, вимог до апаратного забезпечення, складності у використанні, можливості інтегрування результатів обробки в інші програмні засоби, що використовують ГІС технології.

В останні роки чітко проявилася тенденція до все більш зростаючої інтеграції засобів роботи з ДЗЗ і власне ГІС. Структура ГІС, як правило, включає чотири обов'язкові підсистеми:

§ введення даних, що забезпечує введення чи обробку просторових даних, отриманих з карт, матеріалів ДЗЗ тощо;

§ збереження і пошуку, що дозволяє оперативно одержувати дані для відповідного аналізу, актуалізувати і коректувати їх;

§ обробки й аналізу, що дає можливість оцінювати параметри, вирішувати розрахунково-аналітичні задачі;

§ представлення (видачі) даних у різному вигляді (карти, таблиці, зображення, блок-діаграми, цифрові моделі місцевості тощо).

Вибір програмного забезпечення для обробки і дешифрування ДЗЗ - задача непроста, котра вимагає обліку функціональних можливостей пакета, можливих методичних помилок, обумовлених алгоритмами обробки, швидкості обчислень, зручності інтерфейсу, можливості доповнення пакета модулями користувача, вартості і можливості функціонального розвитку пакета.

Для професійної обробки ДЗЗ необхідно обов'язково враховувати, що однієї, навіть потужної системи буде явно недостатньо. Є необхідним комплекс програмних і апаратних засобів, і не обов'язково самих потужних і універсальних. Головне, щоб вони були найбільш пристосованими до тієї чи іншої процедури обробки. Необхідним є об'єднання всіх апаратних засобів у комп'ютерну мережу з високою пропускною здатністю і наявність у системі пристроїв для довгострокового і короткострокового збереження й обміну просторовою інформацією (цифрові знімки, картографічні матеріали тощо), тобто необхідно створити комплекс обробки ДЗЗ. При цьому небезпечно орієнтуватися нехай на саму передову, але замкнуту виробничу систему, якщо вона не адаптована до конкретної вихідної інформації. Потрібно використовувати модульну відкриту систему, що допускає удосконалення, модернізацію і доопрацювання не тільки основними розробниками апаратури і програмного забезпечення, але і безпосередньо користувачами.

Обмеженим є просування технологій обробки ДЗЗ у середовищі фахівців прикладного дешифрування - геологів, географів, лісників, метеорологів та ін. При цьому найбільш коштовною для інтеграції в ГІС є тематична інформація. Тому найбільш доцільним є алгоритм, у ході якого при мінімальній попередній обробці максимально реалізуються можливості аналізу тематичної інформації і моделювання в растрово-векторних форматах.

Пакетами, що в достатній мірі відповідають цим вимогам, є ІDRІSІ, ENVІ, “Панорама” і їм подібні растрово-векторні ГІС. За своїми ціновими характеристиками і апаратними вимогами вони доступні широкому колу користувачів, а за показниками функціональності наближаються до базових можливостей багатьох пакетів для обробки ДЗЗ.

Так як топографічну інформацію найчастіше подають у вигляді векторних карт, то перевага ГІС “Панорама” полягає в універсальності виконання робіт з оновлення топографічної інформації із використанням аерокосмічних знімків як растрової підкладки під вектор. Цьому сприяє могутня бібліотека цифрових класифікаторів. За допомогою “Панорами” отримання карти, що відповідає всім нормам і правилам картографії, обходиться на кілька порядків дешевше, чому сприяє цінова політика розробників. Саме цей ГІС-пакет взятий за основу для проведення експериментальних робіт з дослідження технології оновлення топографічних карт на територію Йорданії і створення інформаційно-довідникової системи загального призначення.

Одним з найбільш оперативних і об'єктивних методів збору даних про природне середовище і його зміни є дистанційне зондування Землі з космосу.

На сьогоднішній день ДЗЗ із космічних апаратів (КА) стало пріоритетним напрямом у космічних програмах багатьох країн нарівні з навігаційними і телекомунікаційними технологіями. Структура цього науково-практичного міждисциплінарного напряму містить ряд істотно різних дисциплін (географія, геодезія, фотограмметрія, геологія, геофізика, гідрологія, метеорологія, океанологія, ботаніка, ґрунтознавство, охорона навколишнього середовища тощо), які поєднуються єдиним теоретико-методологічним підходом до їх вивчення.

ДЗЗ виконують супутники багатьох країн - США (LANDSAT, EOS, NOAA, GOES, ІKONOS), Канади (RADARSAT), Бразилії (MESB), Франції (SPOT), Японії (ADEOS, GMS), Індії (ІNSAT, ІRS), Росії (ПРИРОДА, МЕТЕОР, РЕСУРС), України (СІЧ-1М, ОКЕАН-О). Вони оснащені багато спектральною скануючою апаратурою, що дозволяє виконувати панхроматичне, спектрозональне і радіолокаційне знімання в різних діапазонах електромагнітного випромінювання. Роздільна здатність скануючи систем, в залежності від типу і призначення сягає величин від одного метра до декількох кілометрів на місцевості.

На території Йорданії галузями, де зміни відбуваються на протязі невеликого періоду часу і, відповідно, потребують редагування на топографічних і тематичних картах є:

сільське господарство - наявність сільськогосподарських угідь, прогноз врожаю, питання ерозії ґрунтів;

лісництво - картографування лісових масивів, вирубок лісу, збиток від виникнення пожеж;

геологія - створення геологічних карт і геологічне прогнозування;

екологія - наявність водяних ресурсів, аналіз забруднення поверхні сільськогосподарських угідь і забудованих територій, вплив добувної промисловості на навколишнє середовище, контроль над можливими катастрофічними явищами;

кадастр - контроль над плануванням і переплануванням великої кількості дрібних індивідуальних господарств у сільській місцевості, облік ґрунтового складу земельних ділянок, облік територій як малих, так і великих населених пунктів;

сільське і міське будівництво - планування забудови і розвиток транспортних мереж з врахуванням росту сільських населених пунктів і розвитку великих міст.

Найкраще розпізнавання об'єктів сільського господарства забезпечують космічні зображення, отримані за допомогою супутникових систем NOAA, Landsat, Spot, ІRS, Іkonos, QuіckBіrd; об'єктів лісництва - Radarsat, Landsat, Spot, ІRS, Іkonos, QuіckBіrd; геології - Radarsat, Landsat, Spot; екології - ІRS, Іkonos, QuіckBіrd; сільського і міського будівництва - ІRS, Іkonos, QuіckBіrd.

Знімки високої роздільної здатності, отримані зі супутників ІRS, Іkonos, QuіckBіrd можна використовувати при оновленні карт крупних масштабів від 1:10000 до 1:25000, а також планів у масштабі 1:5000.

Для дешифрування об'єктів топографічних і тематичних карт середнього масштабу з метою їх оновлення можна успішно використовувати дані ДЗЗ отримані із супутників Spot і Landsat.

В другому розділі - Теоретичні моделі геоінформаційного картографування в поєднанні з ГІС-технологіями і системами прийняття рішень - подано визначення геоінформаційного картографування і його характерні риси.

Геоінформаційне картографування визначається як “автоматизоване створення і використання карт на основі ГІС і баз картографічних даних і знань”. База картографічних даних - це універсальні відомості про географічний об'єкт, відображений на існуючих картографічних матеріалах. База знань - це база даних, за допомогою якої можна приймати рішення щодо деякої предметної області знань, що спирається на думку і досвід експертів. База географічних знань - поки єдине джерело даних, що може полегшити роботу картографа при геоінформаційному картографуванні.

Власне кажучи в геоінформаційному картографуванні можна чітко виділити два взаємозалежних напрями:

§ створення карт новими технологіями;

§ використання карт на основі існуючого досвіду і нових технічних можливостей.

Багатофункціональна система користувача, як система комунікації, в сучасному уявленні дуже різноманітна. Якщо зв'язувати користувачів з тематичною картою, то досвід показує, що картою одного виду можуть скористатися фахівці різної професійних напрямів.

Серед широкого класу задач геоінформаційного картографування особливе місце займає оновлення існуючих картографічних матеріалів, причому таке оновлення повинно бути якісним, оперативним і порівняно недорогим. Технології оновлення карт досить різноманітні, однак значною мірою їхня ефективність залежить від повноти використання матеріалів космічних знімань.

Технологічний вплив припускає представлення вихідної карти в зручній для комп'ютерної обробки формі, залучення образно-знакової і змістовної інформації для оновлення карти за допомогою використання програмних засобів. Науково-понятійний вплив припускає інтерактивний режим спілкування: на сьогодні це найбільш реальний і прийнятний шлях оновлення карти. Саме такий процес аргументовано поєднує знання і досвід людини, оптимально об'єднає можливості комп'ютерної техніки з науковим і понятійним осмислюванням ситуації з видаленням, додаванням чи картографічним трактуванням кожного елемента. Ця схема цілком реалізована для оновлення карт на територію Йорданії.

Нові можливості інформаційних технологій наклали свій відбиток і на ГІС-технологиї. Якщо в 70-х роках виникли ГІС, в яких можливо було моделювання просторових даних, а в 90-х роках з'явилися перші відкриті об'єктні системи, то сучасний “комп'ютерний” світ вніс свої зміни. Вони полягають у наступному:

1.Перехід від зосереджених (централізованих) ГІС до роздільних систем.

2.Перехід від баз даних ГІС до баз просторово поділу даних.

3.Перехід від геоінформаційної системи до системи базо-даних.

4.Перехід від міграції даних, передачі і стиску до інтеграції в реальному часі.

5.Перехід від комп'ютеризації відділу до корпоративних систем.

6.Перехід від ГІС як інструмента до спеціалізованих використань.

7.Перехід від інсталяції програм до інформаційних проектів.

Практичне застосування геоінформаційного картографування, може бути пов'язане з величезним охопленням діяльності людини і суспільства.

Міжнародна Федерація геодезистів (FІG) визначила просторові інформаційні системи як засіб для прийняття рішень в правовому, адміністративному, господарському і допоміжному аспектах для рішення задач планування і розвитку.

Як ми уявляємо, у найближче десятиліття геоінформаційне картографування почне використовувати переваги швидко прогресуючого наукового і прикладного напряму - штучні нейронні мережі (ШНМ). Що є підтвердженням прогнозу?

По-перше, ШНМ дозволяють досить просто створювати різні складні нелінійні моделі, при цьому використовуються можливості “самонавчаючої” системи. Що ж стосується математичної сторони, то метод не має потреби в попередньо заданих параметрах функції регресії.

По-друге, ШНМ має властивість низького реагування на помилки, що містяться в даних. “Навчання” ШНМ може відфільтровувати шум і виконувати подальші дії, використовуючи тренди і випадкові тенденції.

По-третє, “навчена” ШНМ має властивість генералізації й узагальнення отриманих знань. У цьому одна з відмінних рис “штучного інтелекту”.

По-четверте, і це найбільш важливо: ШНМ досить прості у використанні. Тут використовується класичний кібернетичний підхід: запит-відповідь, що є основою функціонування відомого всім “чорного ящику”. Нейронні мережі практично самі конструюють необхідні споживачу моделі, тому що навчаються автоматично на прикладах, які користувач вводить у систему. У літературі зазначено, що завдяки цій властивості можна виконати розрахунки, навіть не знаючи алгоритму задачі і маючи тільки тестові приклади з набором питань і відповідей.

Створенні і створювані на основі ШНМ системи знайшли і знаходять застосування в системах знань, у дослідженнях і прийняттю рішень в таких сферах як бізнес (оцінка кредитного ризику), керування роботами (робототехніка), прогноз коливань курсів акцій, застосування ШНМ у науках про Землю. Уже є відомості про використання ШНМ при створенні цифрових моделей рельєфу.

Цілком природно, що системи такого роду будуть сприяти розв'язку головної геоінформаційної задачі - прийняття рішень стосовно кожного конкретного запиту. У цьому велика перспектива розвитку геоінформаційних технологій і, мабуть, нового наукового напряму в геоінформатиці.

У третьому розділі - Технологія оновлення карт із використанням космічних знімків і ГІС-технологій - розглянуто технологічні особливості оновлення карт із використанням космічних знімків.

Донедавна цифрування і оновлення карт виконували паралельно. При створенні цифрової карти по існуючим картографічним матеріалам, не враховувалися зміни на місцевості, що відбулися від моменту створення карти до одержання по ній цифрової копії. Іноді такий розрив складав порядку 10-30 років. Таке відставання можна пояснити проблемою одержання нових топографічних даних, що збирали трудомісткими наземними методами і за допомогою аерофотознімання, а також відсутністю могутніх апаратних і програмних засобів для швидкого рішення задачі картографування.

В даний час реалізація технології оновлення карт може бути проведена з використанням оперативних даних ДЗЗ, отриманих з космічних супутників. У той же ж час стрімко розвиваються ГІС-технології по обробці даних ДЗЗ, що дозволяє цілком об'єднати і оптимізувати весь процес оновлення топографічної і тематичної інформації, починаючи від одержання космічних зображень і закінчуючи створенням оновлених цифрових карт.

Експериментальні роботи з дослідження технологічної схеми оновлення топографічних карт проведені з використанням геоінформаційної системи КАРТА 2000, яку застосовують для створення і редагування електронних карт і планів, рішення типових прикладних задач і розробки спеціалізованих ГІС-додатків. Система дозволяє створювати векторні і растрові карти, а також оперативно оновлювати різну інформацію про місцевість.

Вхідною інформацією для проведення досліджень обрано:

§ топографічні карти Йорданії в масштабі 1:250000 (1990 року видання);

§ кольоровий космічний знімок Йорданії, отриманий скануючою системою HRV (Hіgh Resolutіon Vіsіble) із супутника SPOT у 1994 році з роздільною здатністю 20 м.

Як показав візуальний аналіз зображень космічних знімків і топографічних карт, багато інформації, що є присутньою на космічних знімках, не відображена на топографічних картах (нові житлові квартали, дороги, сільськогосподарські угіддя).

Для проведення експериментальних робіт з оновлення топографічних карт нами запропонована загальна технологічна схема, що містить такі основні етапи:

1.Аналіз вхідних матеріалів.

2.Підготовка й обробка растрових зображень.

3.Векторизація растрової карти.

4.Оновлення векторної карти з використанням космічних знімків.

Обробка растрового зображення космічного знімка Йорданії полягала в зміні його спектральних властивостей шляхом посилення і видалення кольорів. Завдяки зміні спектра можна підсилити зображення об'єктів певного класу - рослинності, будівель, поверхні води тощо, а згодом залишити на зображенні растра визначений клас об'єктів. Приклади зміни спектральних властивостей приведені на рис.1.

Маючи на екрані комп'ютера зображення растрової карти і космічного знімка, можна відстежити зміни, що відбулися на місцевості в період від створення топографічної карти до отримання космічного знімка. Приклади таких змін наведені на рис.2.

Під час аналізу накладених один на одного растрових зображень не завжди вдається однозначно ідентифікувати ті чи інші об'єкти місцевості, тому що тон растрових зображень карти і знімка в більшій своїй частині зливається (особливо в гірській і пустельній місцевості). Другим недоліком використання тільки растрових даних для оновлення карти є трудомісткість визначення метричних параметрів об'єктів місцевості, таких як координати, довжина, периметр, площа. І, нарешті, основним недоліком є неможливість редагування зображення растрової карти з використанням растра космічного знімка, як підкладки. Тому було прийняте рішення спочатку створити векторну карту з використанням її растрового зображення, а вже після цього проводити оновлення топографічної карти.

У результаті проведення векторизації топографічних карт Йорданії нами була отримана електронна карта, що містить 3816 об'єктів у 13 шарах.

Процес оновлення векторної карти з використанням космічних знімків полягає в нанесенні об'єктів, що присутні на космічних знімках і відсутні на векторній карті. З метою запобігання втрат інформації оригіналу векторної карти під час її оновлення, зміни внесені в окремий шар (робочу карту). Використання під час оновлення робочої карти дозволило виконати облік виявлених змін. У результаті створення робочої карти на обрану територію Йорданії нами було нанесено 2565 нових об'єктів.

З метою обліку змін, що виникли на місцевості з часу видання топографічної карти до одержання космічного знімка проведений аналіз векторної робочої карти. Зокрема, визначені площі нових забудов у великих населених пунктах, довжина нових автомобільних доріг, кількість нових малих поселень у межах адміністративних одиниць Йорданії і довжина нових пересихаючих рік. Результати цього аналізу наведені в табл.1.

Табл.1. Площі нових забудов у великих населених пунктах, довжина нових автомобільних доріг, кількість нових малих поселень у провінціях і довжина нових пересихаючих рік.Адміністративна одиниця	Площа провінцій на відвекторизованій ділянці(км2)	Площа забудови(км2)	Довжина нових автомобільних доріг (км)	Кількість нових малих поселень	Довжина нових пересыхаючих рік (км)
		На оригіналі векторної карти	На робочій карті
Амман	2134.36	105.565	24.337	95.61	864	258.534
Аль-Зарка	471.75	22.394	5.534	68.292	143	147.476
Аль-Балка	253.68	8.595	5.031	25.419	220	85.005
Мадаба	213.43	9.077	4.995	34.916	62	-
Аль-Мафрак	667.17	8.464	2.403	37.803	240	130.469
Джараш	361.90	4.512	6.342	26.203	290	113.795

Останній етап технології оновлення карт складається в передачі нової картографічної інформації з робочої карти на оригінал векторної карти. У результаті нами отриманий виправлений оригінал векторної карти Йорданії з оновленою топографічною інформацією. На рис.3. наведено фрагменти оригіналу векторної карти до оновлення (1), космічного знімка (2), робочої карти (3), оригіналу векторної карти з векторною робочою картою (4), виправленого оригіналу векторної карти після оновлення (5). Усі фрагменти представлені одну і ту ж місцевість території Йорданії.

У четвертому розділі - Використання геоінформаційних технологій при створенні інформаційно-довідникових систем загального призначення - подані теоретичні і експериментальні дослідження з використання геоінформаційних технологій при створенні інформаційно-довідкових систем загального призначення на прикладі розробки туристичної ГІС Королівства Йорданії.

Концептуально автоматизована інформаційна система загального призначення на нашу думку повинна складатися з елементів, наведених на рис.4.

У ГІС, призначених для широкого кола споживачів, додатково до традиційної карти можна ефективно використовувати й інші види геозображень, побудова яких базується на даних БКД (банку картографічних даних). Концептуально головним елементом туристичної ГІС є електронна карта, що функціонує в діалоговому режимі з використанням зв'язків з базами некартографічних даних, що містять довідкову, описову, статистичну й іншу інформацію, що має відношення до об'єкта карти. Некартографічні дані візуалізують у вигляді таблиць, графіків, діаграм, зображень (у тому числі і супутникових).

Територіальне охоплення ГІС - Королівство Йорданія з прилягаючими територіями суміжних держав (приблизно ділянка розміром 400 х 400 км). Тому для зручного відображення карти на екрані обраний базовий масштаб карти 1:2000000 з можливістю збільшення зображення до 1:10000.

Теоретичні і методологічні основи туристичної ГІС Королівства Йорданії нами реалізовані в програмному продукті Jordan GІS Turіsm (далі - система). Цей продукт є автономною програмою, що працює під керуванням 32-х розрядних операційних систем (ОС) Wіndows 95 і Wіndows NT. Програмний код системи створений у середовищі візуального проектування Delphі з використанням системи розробки ГІС-додатків GIS Tool KIT для інструментальної ГІС ПАНОРАМА 2000.

Керуюча оболонка системи підтримує багатодокументний інтерфейс (MDІ) і режим Drag and Drop, що забезпечує простоту керування і зручність роботи користувача одночасно з декількома видами даних.

Загальна структура туристичної ГІС Йорданії містить такі розділи (форми):

КАРТА (реалізовані такі задачі, як вибір векторних карт у форматі базової інструментальної ГІС, вибір пошарового складу відображення, масштабування, друк, вибір поодиноких чи групових об'єктів за визначеними ознаками);

ЙОРДАНІЯ З КОСМОСУ (у вигляді WEB-сторінки, містить колекцію супутникових зображень і навігатор для вибору знімка);

ІСТОРІЯ ЙОРДАНІЇ (у вигляді WEB-сторінки);

СУЧАСНА ЙОРДАНІЯ (інформація про політичну, соціальну, економічну структуру і природне середовище країни, режим роботи державних і комерційних установ, звичаї);

ПРИРОДА ЙОРДАНІЇ (у вигляді WEB-сторінки);

ДОВІДКИ (бази даних про поштові адреси державних установ, посольства, телефонний довідник, транспортна система);

ПРО ГІС (технологія роботи в системі).

Приклади робочих вікон і форм туристичної ГІС Королівства Йорданії наведені на рис.5-7.

Форми “Історія Йорданії”, “Сучасна Йорданія”, і “Природа Йорданії” дозволяють відображати і редагувати інформацію з даної тематики, що міститься у файлах формату html чи doc. Стандартний броузер дозволяє підключати інструменти WІNDOWS для організації роботи в мережі ІNTERNET, керування редагуванням і керування документами.

ВИСНОВКИ

1.Постійний економічний і соціальний розвиток Йорданії, демографічний фактор, природокористування й інші причини впливають на зміну стану території, що у свою чергу ставить перед суспільством задачу оновлення картографічних матеріалів і широкого використання геоінформаційних технологій.

2.Для рішення географо-картографічних задач найбільш прийнятним і універсальним є геоінформаційне картографування. Розроблена і представлена в дисертації схема геоінформаційного картографування з використанням двох головних складових - бази картографічних даних і бази географічних знань - дозволяє повно і всебічно задовольняти запити багатьох користувачів.

3.Виконано аналіз змін і тенденції розвитку сучасних ГІС-технологій та показані характерні риси позитивних змін. Сконцентровано увагу на тенденції переходу від двох- до трьохпозиційної моделі ГІС (шар серверів даних, шар серверів застосування, шар користувачів із широким набором інтерфейсних “технічних засобів”). Розглянуті і проаналізовані можливості нейронних систем у сполученні з геоінформаційними технологіями і з використанням баз картографічних даних та баз наукових (географічних) знань.

4.Запропоновано загальну схему оновлення картографічних даних з виділенням двох типів впливу: впливу технологічного з використанням даних дистанційного зондування, кількісних і описових характеристик об'єктів картографування, а також впливу науково-понятійного, що базується на географо-картографічних зведеннях і знаннях, що найбільш часто використовують в діалоговому режимі роботи за комп'ютерами.

5.Розроблено технологію оновлення карт Йорданії з використанням космічних знімків як джерела достовірної інформації про існуючі зміни на території, у сполученні з застосуванням геоінформаційного інструментарію, зокрема системи КАРТА-2000.

6.Проведено ретельний аналіз метричних і інформаційно-змістовних можливостей космічних знімків (зображень), які отримують на діючих космічних комплексах, станціях і апаратах. Приведено конкретні рекомендації з використання космічних апаратів семи типів для задоволення запитів сільського господарства, лісництва, геології, екології, кадастру, сільського і міського будівництва.

7.Проведено аналіз програмних продуктів, які використовують для оновлення карт різного призначення, і зокрема , топографічних карт. Звернено увагу на технічні і технологічні можливості програм, їх поширення і вартості. Обґрунтовано доцільність використання в технологічному варіанті оновлення карт Йорданії програмного пакета ПАНОРАМА-КАРТА-2000.

8.Запропоновано і реалізовано в технологічній схемі оновлення карт Йорданії змінювати спектральні властивості космічних знімків шляхом посилення і видалення кольорів за допомогою програмного продукту Adobe Photoshop. Показано, що такий спосіб дозволив полегшити роботу оператора для пошуку або ідентифікації об'єктів різних географічних шарів (поверхня води, рослинність, будівлі тощо) і частково автоматизувати процес оновлення карти.

9.Побудовано векторну робочу карту на досліджувану територію Йорданії (великі населені пункти Амман, Аль-Зарка, Аль-Балка, Мадаба, Аль-Мафрак, Джараш) загальною площею близько 4000 км² та наведено параметри нової забудови, автомобільної мережі, кількості нових малих поселень, довжини нових пересихаючих рік. На підставі виявлених і проаналізованих змін отримано оригінал векторної карти з оновленою топографічною інформацією. Доведено правильність запропонованих технологічних рішень по оновленню картографічних матеріалів Йорданії.

10.Реалізовано концепцію геоінформаційних технологій для створення інформаційно-довідкової туристичної ГІС на всю територію Йорданії. При рішенні цієї важливої науково-прикладної задачі виконаний аналіз можливостей ГІС-технологій. Запропоновано схему розширеного збору даних моделювання, збереження і представлення інформації.

11.Розроблено блок-схему автоматизованої довідково-інформаційної туристичної ГІС із включенням блоків електронного картографування, аналізу і моделювання, відображення картографічної інформації.

12.Реалізовано інтерфейс туристичної ГІС, що дозволяє виконувати широкий набір операцій користувача, зокрема візупалізувати картографічну та ілюстративно-довідкову інформацію з можливістю масштабних змін; вирішувати специфічні задачі на вибір і оптимізацію туристичних маршрутів, одержання допоміжних характеристик (автосервіс, готелі тощо); здійснювати вихід з інструментального середовища ГІС у зовнішні мережі (Інтернет) для пошуку даних за зазначеними заздалегідь адресами.

13.Дисертаційна робота як в цілому, так і отримані конкретні практичні результати дозволяють сподіватися, що методи геоінформаційного картографування вийшли зі стадії становлення в Йорданії (як науково-прикладного напряму) і знайдуть все більш широке застосування, що зробить сильний позитивний вплив на розвиток економіки, науки й культури в моїй країні.

ОСНОВНІ публікації на тему дисертації

1. Фаргал. А.М. Аналіз якісних характеристик космічних знімків і рекомендації щодо їх використання для оновлення картографічних матеріалів Йорданії // Вісник геодезії та картографії.-2003.-№1(28).-С.49-52.

2. Дорожинський О., Грицьків Н., Фаргал А. Використання даних ДЗЗ і ГІС для оновлення картографічних матеріалів Йорданії // Геодезія, картографія і аерофотознімання.-2003.-№63.-С.87-92. Особистий внесок: експериментально підтверджено дієвість загальної технологічної схеми оновлення картографічних матеріалів з використанням космічних знімків (автору належить 0,1 ум. друк. арк.).

3. Грицьків Н.З., Фаргал А.М. Використання матеріалів космічного знімання з метою актуалізації картографічної інформації // Збірник наук. праць ЗГТ „Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва”.-Львів, 2002.-С.274-276. Особистий внесок: апробовано загальну технологічну схему оновлення картографічних матеріалів з використанням космічних знімків (автору належить 0,2 ум. друк. арк.).

4. Грицьків Н.З., Фаргал А.М. Технологія оновлення картографічних матеріалів Йорданії з використанням космічних знімків і ГІС // Матер. Міжн. наук.-практ. конф. „Динаміка наукових досліджень”. Том 9. Географія та геологія.- Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2002.-С.9-11. Особистий внесок: запропоновано загальну технологічну схему оновлення картографічних матеріалів з використанням космічних знімків та інструментарію геоінформаційних рішень (автору належить 0,2 ум. друк. арк.).

5. Фаргал А. Особливості дешифрування космічних знімків території Йорданії для дослідження географічних об'єктів // Вісник Львів. ун-ту. Серія географічна. - 2003. - Вип. 29, ч.1. - С. 115-121.

6. Колб І., Фаргал А. Створення автоматизованої довідниково-інформаційної системи для туристичної галузі з використанням геоінформаційних технологій // Геодезія, картографія і аерофотознімання. - 2003. - №63. - С. 220-222. Особистий внесок: викладено результати експериментальних робіт по розробці туристичної ГІС Йорданії (автору належить 0,2 ум. друк. арк.).

7. Dorozhynskyy O, Hrytskiv N., Farghal A. Actualization of small scale maps with use of satellite information (on the example of Jordan) // Abstracts for the 21^st International Cartographic Conference (ICC). - Durban (South Africa). - 2003. - P.26-27. Особистий внесок: обґрунтування ефективності використання методології геоінформаційного картографування для рішення прикладних задач у Йорданії (автору належить 0,1 ум. друк. арк.).

8. Дорожинський О., Колб І., Фаргал А. Про принципи використання геоінформаційних технологій при створенні інформаційно-довідникових систем загального призначення // Вісник геодезії та картографії.-2003.-№3(30).-С.40-42. Особистий внесок: запропоновано теоретичні положення щодо використання геоінформаційних технологій при створенні інформаційно-довідкових систем загального призначення на прикладі розробки туристичної ГІС Королівства Йорданії (автору належить 0,2 ум. друк. арк.).

АНОТАЦІЯ

Фаргал А.М. Геоінформаційне картографування Йорданії: становлення і застосування. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук зі спеціальності 11.00.12. - географічна картографія, Інституту географії НАН України, Київ, 2003.

На підставі аналізу географічних особливостей території Йорданії і динаміки їхніх змін, стану геоінформаційного забезпечення, методів дистанційного зондування Землі з залученням космічних апаратів запропоновано використовувати геоінформаційні технології для рішення цілого ряду прикладних задач географії і картографії.

Розроблено загальну схему геоінформаційного картографування як засобу вивчення, аналізу і представлення об'єкта у вигляді бази картографічних даних і бази географічних знань, що базуються на географо-картографічних даних і знаннях науково-понятійного характеру, з наступним представленням отриманих нових даних для багатофункціонального користувача.

Досліджено і реалізовано технологію оновлення картографічних матеріалів Йорданії з використанням космічних знімків із супутників Spot і Landsat та сучасних технічних і програмних засобів. У результаті проведених експериментальних робіт отримані оновлені картографічні матеріали.

Реалізовано концепцію використання геоінформаційних технологій для створення інформаційно-довідкових систем. Створено туристичну ГІС Йорданії.

Ключові слова: географія, картографія, карта, космічний знімок, геоінформаційне картографування, дистанційне зондування, геоінформаційні технології.

Аннотация

Фаргал А.М. Геоинформационное картографирование Иордании: становление и использование. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук со специальности 11.00.12. - географическая картография, Институт географии НАН Украины, Киев, 2003.

На основании анализа географических особенностей территории Иордании и динамики их изменений, состояния геоинформационного обеспечения, методов дистанционного зондирования Земли с привлечением космических аппаратов предложено использовать геоинформационные технологии для решения целого ряда прикладных задач географии и картографии.

Разработана общая схема геоинформационного картографирования как средства изучения, анализа и представления объекта в виде базы картографических данных и базы географических знаний, базирующихся на географо-картографических сведениях и знаниях научно-понятийного характера, с последующим представлением полученных новых сведений для многофункционального пользователя.

Исследована и реализована технология обновления картографических материалов Иордании с использованием космических снимков со спутников Spot и Landsat и современных технических и программных средств. В результате проведенных экспериментальных работ получены обновленные картографические материалы.

Реализована концепция использования геоинформационных технологий для создания информационно-справочных систем. Создана туристическая ГИС Иордании.

Ключевые слова: география, картография, карта, космический снимок, геоинформационное картографирование, дистанционное зондирование, геоинформационные технологии.

ABSTRACT

Fargal A.M. Geoinformational mapping of Jordan: establishment and development. - Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of geographical science by speciality 11.00.12 - geographical cartography. Institute of Geography of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2003.

On the base of analysis of geographical peculiarities of Jordan territory and dynamics of their changes, condition of the geoinformational provision, remote sensing methods of the Earth with using space satellites it is proposed to use geoinformational technologies for solving whole range of applied problems of geography and cartography.

It has been developed the general scheme of geoinformational mapping as the means for investigation, analysis and representation of object in a form of the base of cartographical data and base of geographical knowledge based on the geographical-cartographical overviews and information of scientific-conceptual characters with following representation of obtained new data for multifunctional user.

The technology of updating of cartographical materials of Jordan using space images by satellites Spot and Landsat and modern hard and software is investigated and realized. In the result of implemented experimental works the updated cartographical materials are produced.

The conception of application of geoinformational technologies for creation of informational-reference systems is realized. The tourist GIS of Jordan has been created.

Key-words: geography, cartography, map, space image, geoinformational mapping, remote sensing, geoinformational technologies.

Размещено на Allbest.ru