Lungul drum al hărţii către GIS

Tehnologia cartografierii digitale

Eugen Creţu
Geo Strategies SA, Sibiu

Hărţile acoperă arii diverse conţinānd informaţie extrem de complexă fizico-geografică īn cazul hărţilor topografice şi detalii tematice din cele mai variate īn cazul planurilor urbane de scară mare. Conversia īn format digital a informaţiilor geografice existente īn hărţi are un cost ridicat pe ansamblul unui GIS, īn special dacă datele cartografice iniţiale nu sunt disponibile.

Īn PCReport nr. 21, un cover-story dedicat GIS-urilor ne-a introdus īn lumea fascinantă a sistemelor inforrmatice geografice. Pentru a īnţelege tema abordată īn continuare trebuie să amintim că un GIS (Geographic Information System) este un sistem informatic ce operează două tipuri de date: cele grafice - hărţi computerizate - şi date alfanumerice, respectiv tabele cu informaţii (atribute) ataşate obiectelor grafice. Īn acest fel, pentru GIS, un obiect primeşte o dublă semnificaţie: una legată de dispunerea lui geografică, intervenind aici coordonate, arii, perimetre, vecinătăţi, şi alta legată de baza de date ataşată obiectelor ce sunt codificate īn cadrul GIS, baza de date īn care fiecare obiect grafic are o īnregistrare unică.

Privind mai amănunţit fluxul de date către un GIS (Fig. 1) observăm că o primă fază īn procesul de obţinere a fişierului de obiecte (grafic + date) este cartografierea digitală. Aceasta presupune preluarea informaţiilor grafice dintr-o hartă de hārtie sau de pe un film fotografic şi transformarea lor īn obiecte, īn cadrul unei hărţi digitale.

Fig.1 Fluxul datelor spre un GIS

Aşa cum s-a remarcat şi īn materialul la care facem referire, aproximativ 65% din investiţia pentru implementarea unui GIS sunt alocate conversiei hărţii convenţionale (hārtie, film) īn format computerizat, īntr-o mare varietate de formate (de ex. .DXF). Din păcate, acest efort de conversie, respectiv pregătirea datelor pentru GIS, este, īn general, subestimat. De aceea, īncercăm īn cele ce urmează să abordăm cāteva probleme legate de cartografia digitală; referiri se vor face la experienţa firmei Geo Strategies SA din Sibiu, specializată īn producţia de hărţi digitale pentru GIS. GSSA operează cea mai extinsă şi performantă instalaţie pentru cartografiere digitală din Estul Europei.

Convenţional şi nou īn cartografie

Cartografierea este o īmbinare īntre arta şi ştiinţă şi a fost dezvoltată de-a lungul secolelor pānă astăzi. Hārţile sunt utilizate zilnic īn toate sectoarele de activitate īn toate ţările pentru scopuri multiple. Unele hărţi acoperă părţi mici de teren cu detalii fine īn timp ce altele reprezintă ţări sau continente. Producerea hărţilor este un proces complex ce presupune colectarea, potrivirea şi selectarea datelor din surse multiple, design-ul şi machetarea reprezentărilor pe hartă, verificarea, actualizarea şi pregătirea pentru formatul final.

Acum calculatoarele sunt folosite īn procesul de producere a hărţilor, cel mai adesea prin programe ce realizează multe din sarcinile de rutină ale arhitectului sau cartografului. Programele specializate de cartografiere dau "inteligenţă" obiectelor din hartă spre deosebire de simplele pachete de desen de tip CAD.

Din experienţa altora tranziţia de la CAD spre soluţiile reale pentru cartografiere nu se realizează fără dificultăţiti. Ordnance Survey, Agentia Nationala Cartografica Britanică a risipit resurse semnificative īn anii 60 īncercānd să producă hărţi cu pachete CAD. Ulterior, prin experimentarea soluţiilor specializate apărute īn industria cartografică, succesul s-a instalat īn scurt timp. Ca rezultat, īn anul 1996, Marea Britanie va fi prima ţară cu acoperire completă īn hărţi digitale (toata gama de scări īntre 1:1250 - 1:1 000 000). Aceeaăi soluţie (LAMPS, Laser-Scan Automated Mapping System) a fost adoptată şi este folosită cu succes şi de alte agenţii naţionale de cartografiere: CCG (Canada), USGS (SUA), INEGI (Mexic), IPSZ (Italia), Australia, Africa de Sud, Japonia, Coreea de Sud, Ungaria şi multe alte organizaţii mondiale civile şi militare.

Imperative tehnice şi de calitate

LAMPS este un sistem de procesare a hărţilor realizat de Laser-Scan, Cambridge, Marea Britanie. El este compus dintr-o serie de module software care īmbină performanţele īnalte ale staţiilor DEC/IBM/SUN/HP şi sistemelor de operare VMS/Open VMS şi UNIX īn procesarea datelor. Sistemul a fost gāndit de la īnceput pentru a fi folosit pentru producerea de hărţi computerizate (data capture) pentru GIS. Are facilităţi avansate pentru procesarea datelor geografice cuprinse īn cele mai diverse tipuri de hărţi, scări, şi proiecţii.

Īn implementarea amintită, pachetul LAMPS rulează pe staţii grafice DEC cu procesor RISC pe 32 de biţi avānd 32 MB RAM şi cel puţin 600 MB pe HD. Īn plus, datele sunt arhivate pe o serie de discuri ce totalizează peste 10 GB. Sistemul de operare VMS oferă robusteţea şi flexibilitatea binecunoscută produselor Digital, dar pachetul este disponibil şi pentru staţii SUN sau HP sub SO UNIX. Pentru reprezentările grafice sunt utilizate monitoare color de 19" cu rezoluţie īnaltă ce au cāte 8 plane de culoare care permit o bună interfaţă pentru managerul MVM din platforma grafica MOTIF.

La calitatea produsului cartografic digital contribuie calitatea tuturor "uneltelor" şi deprinderilor operatorilor. Calitatea datelor de intrare asigură reuşita unei implementări GIS! Pentru cei ce sunt interesaţi īn date cartografice pentru GIS, este demn de menţionat că īn asigurarea acestei calităţi, pe lāngă deprinderile de cartograf digital, precizia (deci nu numai rezoluţia!) digitizoarelor este vitală. Ţările avansate īn domeniu (amintite mai sus) au delimitat standarde precise de calitate ale datelor cartografice digitale. Īntre acestea, standardele Ordnance Survey sunt cunoscute a fi cele mai stringente la nivel internaţional. Organizaţiile care doresc să devină agenţi OS nu trebuie numai să deţină deprinderile şi priceperile necesare, dar şi software-ul şi echipamentul capabil să asigure calitatea produsului. Astfel, standardele OS pot fi realizate numai cu echipamente de digitizare TDS (Mantissa) sau Altek. Ambele tipuri de digitizoare sunt folosite īn GSSA, care, īn producţia de hărţi digitale pentru Romania, se conformă standardelor de calitate OS. 

Mini-sesiune LAMPS - pledoarie pentru date structurate

Īn pachetul software LAMPS sunt cuprinse modulele program atāt pentru digitizarea manuală(LITES) cāt şi cele pentru digitizare automată(VTRAK). Nu lipsesc obişnuitele programe de conversie īntre formate ( cu ieşire .iff, .dxf,.dti, etc) şi cele de configurare a mesei de digitizare. Rezultatul unei prelucrări cu LAMPS este un fişier ce poate fi de tip:

- .iff (Internal Feature Format) folosit pentru toate hărţile cu date bazate pe "trăsături" (linii, arii,simboluri sau text); acest format va fi referit ca format "vectorial" deoarece elementele codificate sunt date prin linii (vectori)

- .dti (Digital Terrain Image) folosit pentru toate hărţile bazate pe imagini raster (hărţi de pixeli); formatul va fi referit ca format "raster" deoarece el conţine o descriere a imaginii prin pixeli succesivi, fiecare pixel avānd ca atribut culoarea (sau nuanţa de gri īn cazul imaginilor alb - negru).

Despre digitizare manuală cu Lites

Aşa cum am amintit, totul porneşte de la o hartă care este fixată pe masa de digitizare. La īnceput se introduc īn fişierul nou creat (cu ajutorul puck-ului) coordonatele colţurilor şi, de la caz la caz, puncte de control din interiorul hărţii. Acum teritoriul de interes are o poziţie reală pe glob, īn proiecţia de intrare care va putea fi ulterior modificată īn funcţie de dorinţa specifică a utilizatorului. Alocarea de coordonate este esenţială pentru reunirea ulterioară a foilor de plan pentru, de exemplu, un oraş. Lites este interactiv: pe monitor este reprezentată o fereastră de editare WYSIWYG īn care apar treptat toate trăsăturile din hartă. Orice modificare asupra hărţii digitizate apare pe ecranul editorului. Să considerăm de exemplu o clădire (linii īngroşate īn fig. 2). Pentru a o introduce īn formatul digital se pozitionează succesiv puck-ul pe colţurile cladirii şi lucru care permite trasarea liniilor pentru unirea acestor puncte două cāte două. Īn final, pe ecranul editorului clădirea apare ca īn fig. 2 (dreptunghiul evidenţiat).

Fig.2. O cladire digitizata

Similar se procedează pentru orice alte tipuri de liniaţie (curbă īntreruptă, punctată) din harta originală. Fiecare trasatură - fie că este curbă de nivel, cale ferată sau punct termic - se va culege cu codul prestabilit (Feature code) īn FRT şi se va plasa īn layer-ul dorit. FRT-ul cuprinde o amplă bibliotecă de simboluri standard (aproximativ 2000 de tipuri) dar şi simboluri definite de utilizator, specifice unui anumit proiect, respectiv unei serii de hărţi. LITES deţine această extrem de importantă facilitate de creare de noi simboluri grafice. Digitizarea curbelor de nivel se face prin interpolare. Macrouri din cele mai diverse sunt menite a face acest proces cāt mai eficient posibil şi munca operatorului cāt mai atrăgătoare.

Odatăce trăsăturile dorite au fost computerizate, pentru controlul omisiunilor şi a codificării corecte, se realizează primul plot de verificare. După cum se vede, īn format intern aproape totul se conturează prin linii care unesc punctele introduse. Aceste linii nu īnseamnă nimic luate izolat iar poligoanele sau curbele de interpolare nu au altă semnificaţie la acest pas decāt ceea ce se vede pe ecran: succesiuni de segmente care se īnchid (la poligoane) sau linii curbe motiv pentru care datele īn acest format sunt de tip "spaghetti". Acestea sunt date nestructurate, foarte apropiate de desenele AutoCad deci, nu sunt date pentru GIS: ele vor trebui structurate, pe layere-le dorite, pentru a rezulta poligoane - entităţi grafice inteligente cărora li se pot ataşa atribute. Performanţele deosebite ale software-ului Lites rezidă īn abilitatea sa extrem de robustă de a crea date structurate. Sistemul semnalează eroare pentru fiecare trăsătură care nu este digitizată corespunzator, respectiv care are linii "īn aer". Fiecare entitate ce urmează a fi poligonizată capătă o sămānţă (kernel) care ghidează Lites īn poligonizarea automată a trăsăturilor. Aceasta se realizează conform unei succesiuni de macrouri programate pe layere.

Fig.3. Dispunerea layerelor intr-o harta urbana

Combinaţia FC + cod sămānţă conduce la un atribut de umplere (cod culoare) a noii zone poligonizate. Pentru a īnţelege mai bine poligonizarea să privim pe fig. 2 dreptunghiul ABCD. Observăm că totuşi īn interiorul sau sunt şi alte linii ce marchează limite de clădiri. După poligonizare, fiecare clădire va fi un obiect īn sine cu margini bine conturate, aşa īncāt dreptunghiul mare ABCD va fi "spart" īn dreptunghiuri mai mici care īl recompun. Īn aceasta stare hartă de pe ecran nu mai este compusă din linii simple ci din obiecte, fiecare avānd atributele geografice deja stabilite. Deci s-a trecut de la o succesiune de linii ce formau un poligon la obiectul grafic poligon. Culorile pe care le vor avea marginile clădirilor sau zonele umplute (fill area) cum ar fi zonele verzi, terenuri, etc sunt specifice pentru tipul de hartă aflat īn lucru. Obiectele ce apar pe hartă sunt īn realitate memorate pe straturi (layer-e) (fig 3). Īntr-un strat vor fi conţinute toate obiectele care se află īntr-o categorie.

Orice combinaţie de trăsături şi layere de informaţie este acum posibilă odată ce acestea au fost structurate. De exemplu, pentru un plan urban, clădirile publice se pot digitiza īn acelaşi layer cu clădirile rezidenţiale sau nu. Īn final, īnsă, toate vor apărea pe hartă de unde pot fi selectate după dorinţa.

Hartă rezultată īn urma procesului de structurare poate fi stocată (fişier .iff), plotată cu combinaţiile de culori dorite, sau convertită īn formatul acceptat de GIS-ul dorit de client şi procesată īn acesta conform aplicaţiei dorite.

Īn loc de concluzii

Fiecare serie de hărţi reprezintă un proiect cu specificaţii bine precizate care determină programarea fazelor de producţie (flow-line). Implementarea unui sistem flexibil de producţie computerizat, performanţele sistemului şi capacitatea de memorie semnificativă permit derularea simultană pe aceeaşi instalaţie a unui număr considerabil de proiecte.

Ceea ce este īnsă cel mai interesant este modul īn care, operatorii "şlefuiesc" flow-line-ul unui proiect, īn timp, automatizānd din ce īn ce mai multe operaţii care tind să se rutinizeze. Intervenţia inteligenţei umane este indispensabilă pentru anumite faze din producţie: īnţelegerea hărţii, a geografiei şi pedanteria sunt esenţiale pentru succesul implementării tehnologiei descrise.

PCReport
Nr. 31 Apr 1995