Векторные и растровые карты отличия: Растровые и векторные карты. Что это такое и в чём их отличие?

Содержание

Растровые и векторные карты. Что это такое и в чём их отличие?

Всех приветствую! Вот и началась у нас настоящая осень. Холодно, льют дожди, а за окном темно уже чуть ли не в 6 вечера. А это значит, что настало время начинать писать о теории копа и картографии. Как раз о последнем в этой статье и пойдёт речь.

Рассмотрим растровые и векторные карты, их понятия, отличия и полезность для кладоискателя в поисках монеток и прочей старины. Ну что, поехали.

Растровые карты

Это такие карты, которые представляют собой цифровые изображения с привязкой к координатам. Обычно, они отсканированы и загружены в наши устройства, по которым мы смотрим дорогу к точкам копа или ищем места для поиска. Обычно, это топографическая карта генштаба, план генерального межевания (хотя практического смысла в их привязке я не вижу) или спутниковые снимки. Такую карту можно привязать даже своими руками, скачав изображение в сети или оцифровав бумажную карту из любого атласа.

Компьютер, навигатор или смартфон со специальной картографической программой не смогут распознать на таких картах отдельные объекты.

К примеру, дороги, реки, населённые пункты. Всё это распознаётся софтом как набор пикселей, как у обычной картинки. В силу этого ни одна программа не сможет осуществить по таким картам динамическую навигацию: прокладка маршрутов, расчёт расстояний, и прочее. Это всё делать можно только вручную.

Изображения карт имеют довольно большой размер, которые серьёзно нагружают процессор устройства, ведь работа с изображениями требует довольно мощного технического оснащения. У меня при работе с картами Озик вылетал даже на планшете Samsung Galaxy Note 10,1, хотя он имеет четырёхъядерный процессор и 2 гб оперативной памяти.

Векторные карты

В отличие от растровых, это карты, состоящие не из пикселей, а из набора объектов, будь то дома, точки, дороги и прочее, а также информацию об их местоположении. Тут можно привести такие примеры, как “Яндекс. Карты”, “Навител” или “Garmin”. Обычно, на копе они используются лишь для того, чтобы по трассе добраться до какого-нибудь опорного пункта за городом, где переключаются уже на растровые карты.

Такие карты создать самостоятельно очень сложно и проблематично, однако существует огромное количество сервисов. Как платных, так и бесплатных. Ими удобно пользоваться в городах или на трассе, но никак не в полях и лесах, где не отмечено множество нужных нам объектов: грунтовые дороги, заброшенные населённые пункты. То есть, “вектор” отображает лишь современное состояние местности, к тому же упуская многие детали.

Векторные карты имеют намного меньший вес и не требуют высоких вычислительных мощностей навигационного оборудования. Программа лишь “раскидывает” географические объекты на экране компьютера или навигатора в нужных местах, не прогружая миллионы пикселей.

Что лучше?

Как я уже и писал выше, у растровых и векторных карт свои функции. Вторые использует огромное количество людей для быстрой и удобной навигации по населённым пунктам. Те же самые таксисты. Приложения со встроенными картами можно установить практически на каждый телефон и легко смотреть дорогу к интересуемым адресам. Но Большинство программных продуктов требует подключение к интернету.

Некогда бумажными картами, переведенными в «цифру» уже пользуются туристы, кладоискатели, рыбаки и охотники. Их серьёзнейшее достоинство – они работают офф-лайн, даже при полном отсутствии связи. Нужно лишь соединение со спутниками. Я и сам являюсь активным пользователем как одного, так и другого типа карт. Растровые карты для копа я смотрю на телефоне под управлением Android  в приложении OziExplorer, а вот для векторных хватает и айфона.

Поделиться в социальных сетях

ПОНЯТИЕ СТАНДАРТНЫХ, РАСТРОВЫХ И ВЕКТОРНЫХ КАРТ — Студопедия

При моделировании залежи УВ необходимо определить ее форму и границы, что предусматривает выполнение ряда картопостроений. Программа «AutoCorr» позволяет построить все необходимые карты:

  • структурные карты стратиграфических границ пластов
  • карты поверхностей коллекторов с контурами нефтеносности
  • карты общих толщин пластов
  • карты эффективных толщин коллекторов
  • карты нефтегазонасыщенных толщин коллекторов
  • карты открытой пористости
  • карты нефтегазонасыщенности
  • карты удельных запасов.

Все карты имеют свои особенности при построении, однако при этом необходимо пользоваться понятиями

стандартная, растровая и векторная карта.

Основное понятие – стандартная карта.

Стандартная карта (любая карта– например, общих толщин, структурная карта поверхности, эффективных нефтенасыщенных толщин) содержит одновременно и растровую (рис.1), и векторную (рис.2) составляющие. Алгоритм программы предусматривает одновременное построение этих двух видов карт – растровых и векторных.

Рис.1 Растровая основа карты общих толщин.

Растровые картыявляются основой стандартной картыи строятся на прямоугольной сетке, охватывающей либо всю область месторождения, либо выбранную его часть с последующей линейной интерполяцией. На растровых картах показываются изолинии, а цветом заливки выделяются области между изолиниями. При этом в каждой точке карты содержится информация о значении рассматриваемой величины в данной точке. Значение параметра в точке курсора мыши отображается в НИЖНЕЙ ПАНЕЛИ окна триангуляции.


Особенность растровых карт проявляется в том, что их изолинии не являются едиными объектами, не имеют подписей, и поэтому их нельзя редактировать. Изменять растровые карты можно с помощью введения фиктивных скважин с заданием значений в них. Фиктивные скважины можно использовать при перестройке карты, что приведет к изменению растровой карты.

Векторные карты строятся на основе растровых карт. Векторная карта представляет собой набор односвязных (непрозрачных!) областей, каждая из которых окрашена определенным цветом, и граница ее есть некоторая изолиния. Граница области (изолиния), в свою очередь, задается последовательностью формирующих ее вершин. Таким образом, для корректного отображения изолиний следует использовать достаточно большое количество вершин, их формирующих.


В отличие от растровой карты на векторной карте изолинии представляют собой единые объекты, их можно подписать и редактировать.

Рис.2 Векторный вид карты общих толщин.

Стандартные картыпредставляют собой результат объединения растровой и векторной карт. Следовательно, стандартная карта имеет имена изолиний и в каждой точке карты можно узнать величину ее значения. Изолинии можно редактировать, однако при этом растровая и векторная составляющие стандартной карты становятся несоответствующими друг другу. Программой «AutoCorr» предусмотрена процедура приведения в соответствие растровой и векторной карт использованием фиктивных скважин или функции «регридинга» - превращения векторной карты в растровую.

В зависимости от изучаемого параметра стандартная карта, как уже было сказано выше, может быть картой общих толщин, любой структурной картой, картой насыщенных толщин, картой открытой пористости, насыщенности и т.д.

Какие бывают электронные карты, векторные и растровые карты, свойства и отличия.

Наверняка читающему эти строки знакомы оба типа карт, векторные и растровые, и их изображения. Если отличия элементарных изображений в той и другой технологиях заметны сразу, то при просмотре изображений карт определить, к какому типу относятся электронные карты, не столь просто. 

Какие бывают электронные карты, векторные и растровые карты, свойства и отличия.

Внешне векторные и растровые электронные карты могут выглядеть совершенно одинаково. Те же контура и линии, названия объектов и залитые цветом пространства суши и акваторий. Но стоит существенно изменить масштаб изображений, как картина радикально преобразится. На растровой карте появляется размытость линий и прочие дефекты. Обычно возникающие при сканировании изображений и фотографировании цифровой камерой с низким разрешением. А что же происходит при изменении масштаба на векторной карте, отображаемой соответствующей картографической программой?

Во-первых, появляются новые детали иобъекты нанесенные на электронные карты. Которых при мелком масштабе не было, потому что они находятся на другом информационном слое карты. Конечно, все линии и контуры остались. Но, как говорится, и это не все. При наведении курсора на объект всплывает окно с четким названием объекта и его характеристиками. Процесс этот, получивший название идентификации или опознавания объекта, очень важен для навигационного использования карты. Каждый объект векторной карты и его атрибуты имеют определенные коды, на которые соответствующим адекватным образом должна реагировать навигационная система при ее использовании.

На такие электронные карты может размещаться и привязываться к географическим координатам дополнительная информация, которой изначально не было на исходной бумажной карте. Например, о приливах, течениях, портах, прогнозе погоды и так далее. Иными словами, данные, связанные с электронной векторной картой, образуют картографическую и информационную базу данных, существенно расширяющую возможности автоматизации навигации в целом. Только в векторных картах возможна разгрузка карты от изображений некоторых физических объектов, не влияющих на безопасность движения. Благодаря чему карта становится наглядной и хорошо читаемой.

Растровая же карта является в большой степени просто «картинкой». Безусловно, полезной для наблюдения окружающей обстановки, но этим все ее достоинства и возможности исчерпываются. Диапазон ее масштабирования очень узок. Конечно, растровую карту можно использовать для навигации, пометив на ней текущее местоположение. Но ряд важных навигационных задач, таких например как выработка предупреждений при приближении к опасностям, решить в системах, использующих растровую карту невозможно. Затруднена стыковка растровых карт разных масштабов и преобразование проекций и так далее. Им присущи существенные ограничения по настройке отображения на экране. Так, в них невозможно изменить информационную нагрузку карты и получить приемлемую с эргономической точки зрения дневную и вечернюю палитру цветов.

Векторная карта с изменением масштаба в широких пределах позволяет реализовать динамическую электронную навигацию с выдачей пользователю многих текущих автоматических предупреждений, например, при подходе к опасности или достижении пункта назначения. В системах с векторными картами имеется уникальная функция предупреждения судоводителя об опасном курсе и вычислении безопасных курсовых секторов. Именно благодаря широким функциональным возможностям векторных карт в настоящее время все современные навигационные системы используют только их. За новые возможности векторных электронных карт приходится расплачиваться сложностью логической структуры их данных и возросшей трудоемкостью создания векторных карт.

Если получение растровой карты путем ее сканирования доступно массовому пользователю, то создание векторных карт осуществляется профессионалами: картографами, гидрографами и программистами. Поскольку первым историческим носителем в недалеком прошлом всех картографических данных являлись бумажные карты, то электронные карты создаются, как правило, на их основе как электронные версии. Но это не электронные копии бумажных карт, поскольку в электронные карты включается дополнительная информация из разных источников. При создании электронных карт используются сканирование и оцифровка бумажных карт с последующей полуавтоматической обработкой.

В связи с высокой трудоемкостью производства электронных карт, создание коллекции карт на всю сухопутную территорию и Мирового океана пока далеко от завершения. В качестве примера рассмотрим элементы технологии создания морских электронных карт компании С-МАР. Исходный фрагмент морской растровой карты приведен ниже, там показан первый этап процесса, когда скопированы лишь береговая черта и линии рекомендованных путей.

Затем создаются индивидуальные слои для других объектов, например для буев и отметок глубин. Выделяется отдельный слой для контуров глубин (изобат), непрерывные контуры глубин заливаются цветным оттенком. Вводится и привязывается к объектам текстовая информация, например характеристики средств навигационного оборудования.

Специальный слой создается для портовой информации, другой слой для информации о приливах. В итоге получается окончательная карта, в черно-белом цвете представленная на рисунке ниже.

Надо отметить, что С-МАР поддерживает свою коллекцию электронных карт регулярной корректурой, которая без дополнительной оплаты поставляется всем подписчикам по различным каналам связи в любое время суток.

По материалам книги Все о GPS-навигаторах.
Найман В.С., Самойлов А.Е., Ильин Н.Р., Шейнис А.И.

Векторные и растровые карты — Евгений Куршев

Точки над i для тех, кто не очень понимает или искренне заблуждается. Всё достаточно банально, никаких откровений.

С понятием векторной графики предлагаю ознакомиться самостоятельно. Совсем кратко: растровая графика — это когда у нас в файле записаны цвета каждой точки на картинке, а векторная — это когда у нас записано описание: «в таких-то координатах у нас синий круг радиуса 20 с красной каймой толщины 2, а из таких координат в такие идёт зелёная пунктирная линия». Далее речь пойдёт не о векторной графике в целом, а только о картах, в которых обычно применяются только два с половиной примитива: точка и ломаная (замкнутая и нет).

Терминология

С одной стороны, все современные карты изначально векторные (разумеется, к Генштабу и прочим анахронизмам это не относится) т.к. готовятся в современном цифровом мире, где рисовать карту как окончательную растровую картинку никому уже не придёт в голову (её будет крайне проблематично модифицировать). С другой, финально на экране компьютера/телефона любая карта является растром т.к. экраны на всех этих устройствах растровые (кто слышал о существовании векторных экранов — молодцы, возьмите пряник, но сейчас это к делу не относится).

Так что деление на векторные и растровые традиционно проводят по тому, в какой момент карта растеризуется (преобразуется из вектора в растр): если на пользовательское устройство загружается растр и устройство тупо его рисует на экране as is — это растровая карта. Если на пользовательское устройство загружаются векторные данные и растеризация выполняется уже силами пользовательского устройства в момент отображения карты — это векторная карта.

Далее термины «векторная / растровая карта» следует понимать именно в соответствии с таким делением.

Кто хочет доказывать, что OSM (или кто другой) всегда векторный потому что он изначально векторный — вам зачёт по софистике, пряника не будет.

Спутниковые снимки, как вы понимаете, растровые изначально и другими не бывают.

Преимущества

Растровые:

  • минимальная нагрузка на процессор пользовательского устройства
  • простота разработки софта для пользовательского устройства
  • более-менее стандартизованное между разными сервисами тайловое представление

Векторные:

  • многократно меньший объём.
  • возможность менять стиль карты / отображаемые элементы прямо на пользовательском устройстве.

Недостатки — строго наоборот:

Растровые:

  • очень большой объём, в случае jpeg-тайликов — замыливание.
  • на карте ничего нельзя изменить, это готовая картинка.

Векторные:

  • ресурсоёмкость и неспешность отрисовки. Скорость отрисовки приближается к растру, но не догонит никогда ни по скорости, ни по нагрузке на процессор.
  • растеризатор и его возможности чаще всего сильно упрощаются (дабы вписаться в ресурсы пользовательского устройства). В среднем, карты выглядят хуже, но прогресс не стоит на месте.
  • у всех свои форматы векторных карт. Стандартов между разными поставщиками нет, и, вероятнее всего, никогда не будет.

Историческое развитие

Все карты, которые начинали свою жизнь в Вебе изначально поставлялись пользователям растровыми т.к. расретизация на стороне пользователя прямо в браузере была технически невозможна (ну или неоправданно трудно реализуема). Таковы OSM, Я.Карты, Google Maps. Пользуясь последними достижениями веб-стандартов, некоторые из них смогли стать векторными даже в Вебе — в первую очередь это Google Maps, плюс не так давно стала развиваться векторная доставка OSM: то, что вы видите на openstreetmap.org — разумеется, ещё растр, а векторное представление можете пощупать, например, на openmaptiles.org

С некоторыми картами, которые шли в комплекте с отображающей их оболочкой, пользователи изначально знакомы как с векторными: таковы, например, карты Navitel и 2GIS (в те времена, когда это была только программа под Windows). Все эти карты, когда стали выходить в Веб, вынуждены были обзавестись server-side растеризацией (и то, что вы видите на 2gis.ru — это уже растровая карта).

Тайлы

В вебе растровые карты принято доставлять пользователю тайликами — небольшими квадратными картинками (чаще всего 256×256 пикселей). Этот формат подхватили все, под его отображение и работу с ним сделано много библиотек. Только благодаря этому мы можем цеплять к Locus`у много разных карт. С векторными картами так никогда не будет.

Векторные карты раньше всегда поставлялись «кусками территории» (город, область, страна) в одном файле. Но в современном мире перманентного онлайна назрела потребность поставлять карту пользователю очень маленькими кусками (зачем ему грузить всю область, если он только два ближайших квартала на экране телефона намерен пролистать?) и стали появляться векторные тайлы. Форматы у всех свои, отображение возможно только в родном софте. Повторю ещё раз, появление альтернативных программ для отображения векторных Яндекс. Карт / Google Maps и всех прочих крайне маловероятно.

Так кто векторный, а кто растровый?

OSM:

  • в вебе почти всегда растровый (реально сайтов использующих векторный OSM пока полторы штуки).
  • в Locus`е, когда это тайловые растеризации (стандартный стиль Carto/Mapnik, OpenCycleMap, OpenTopoMap etc) — это, очевидно, растр. А вот родные для Locus`а LoMaps или OpenAndroMaps (и всё прочее формата MapsForge) — это векторные карты.
  • в OsmAnd`е всё аналогично Locus`у.
  • MapsMe — прекрасная реализация отображения векторного OSM.

Важно понимать, что в OSM очень много данных. Обычно ни в один формат доставки векторного OSM пользователю не упаковывают всё, что есть в OSM. Для LoMaps и для OpenAndroMaps набор упаковываемых в файл OSM-тегов различен (но у обоих представлено всё основное — разница в мелочах). Далее, не всё, что упаковано в файл, вы увидите на экране — это будет зависеть от используемой вами визуальной темы (что позволяет выбирать тему по вкусу / под конкретную задачу). Ну а все растровые представления OSM также показывают разный набор объектов по разным правилам — и именно тем, а не использованными цветами, в первую очередь и отличаются.

Яндекс.Карты:

  • в вебе растровые. [upd: конца 2018 года в совместимых браузерах — векторные]
  • в Locus`е / OsmAnd`е / SAS Planet — растровые.
  • в мобильном приложении — с апреля 2016 векторные (в Я.Навигаторе — векторные с момента его публичного запуска).

Google Maps:

  • в вебе в современном браузере — векторные.
  • в Locus`е / OsmAnd`е / SAS`е — растровые (и доступны нам т.к. сервера Google всё ещё генерят растровые тайлы для старых браузеров и прочей обратной совместимости).
  • в мобильном приложении уже очень давно векторные.

2GIS, Bing, Apple Maps и прочие-прочие-прочие — растровые в вебе и векторные в родном мобильном приложении.

Ах, да, ещё Garmin. Родные карты и тот OSM, который многие берут c GIS-Lab (или с прочих сайтов, берущих из этого первоисточника) — это векторные карты. Листая их на Garmin`е, каждый может проникнуться ресурсоёмкостью растеризации на пользовательском устройстве 😉 А вот, что пользователи готовят сами и заливают в формате jnx — это растр. То, что заливается в kml, несмотря на неспешность работы на устройстве — тоже растр.

1 Навигационные карты ¦ Нави-С

При выборе GPS навигатора в первую очередь следует обратить внимание не на технические характеристики того или иного устройства, а на программное обеспечение и используемые навигационные карты. 

Конечно, следует учитывать основные параметры и дополнительные возможности автонавигаторов, но карта, с помощью которой пользователь получает возможность ориентироваться на незнакомой местности, является первостепенным элементом. 

Базовые навигационные карты, которые входят в комплект навигатора определенной модели чаще всего не отвечают требованиям автолюбителя. Поэтому единственным правильным решением остается приобретение дополнительных карт. Но прежде чем приобрести новую навигационную карту необходимо разобраться, что же именно подойдет именно вам.

Рассмотрим подробнее форматы представления электронных навигационных карт автомобильных устройств GPS.

Электронные карты GPS могут быть представлены в двух форматах:

  • растровые (немаршрутизируемые) карты;
  • векторные карты (с возможностью маршрутизации).

1. Растровые карты

Растровая навигационная карта – это набор большого количества пикселей (точек), которые располагаются в определенном порядке, создавая полноценное изображение. Такое изображение можно хранить в памяти компьютера, а также на внешних накопителях. Растровое изображение можно сохранять в различных форматах, что позволяет работать с навигационными картами данного типа в любом графическом редакторе. К основным форматам растровых карт относятся:

Однако, несмотря на такое обилие используемых форматов, поставляемое программное обеспечение большинства GPSнавигаторов содержит только карту мира. Карты, необходимы пользователю для последующей работы, можно легко найти в сети Интернет, отсканировать самостоятельно или приобрести на компакт-дисках.

Одним из главных достоинств растровых навигационных карт является их общедоступность и возможность перевода в электронный вид путем обычного сканирования. В качестве оригинала может быть выбрана бумажная карта любого масштаба.

Также используя возможности программного обеспечения можно производить масштабирование и детализацию карты местности, корректировать расположение отдельных объектов, а также самостоятельно добавлять текстовую и графическую информацию.

Однако возможности компьютерных программ не позволяют распознавать отдельные объекты, выполненные в растровом формате – это леса, реки и дороги. Группу строений программа воспринимает как упорядоченный набор точек, при попытке увеличения масштаба которых резко ухудшается четкость изображения. Это и является основным недостатком растровых карт.  

При использовании данных GPS приемника необходимо заранее откалибровать изображение карты, установив соответствие реальных координат земной поверхности с проекцией на растровой карте. 

Самым простым способом калибровки является связка двух отдельных точек на противоположных сторонах карты. Это позволяет связать географическую широту и долготу пикселями, отобразив все на электронной карте.
При значительных размерах растровых карт, сдвигах и смещениях оригинала при сканировании количество калибровочных точек рекомендуется увеличить. 

Для вычисления координат калибровочных точек можно использовать два способа:

  • Определить координаты GPS непосредственно на местности.
  • Определить координаты на оригинале бумажной карты с помощью координатной сетки.

Навигационная программа OziExplorer на сегодня является признанным лидером в работе с картами растрового формата представления. Специалисты Нави-С (Пермь) после проведения сравнительно тестирования программного обеспечения также пришли к данному заключению.

Существует два типа растровых карт для GPS навигации, классификация которых основана на способах получения исходника для картографической основы. Это:

  • топографические растровые навигационные карты;
  • спутниковые растровые навигационные карты.

1.1 Топографические растровые карты

Одной из разновидностей растровых карт являются топографические карты, представляющие собой точное изображение местности с учетом ее рельефа. Данный тип карт, взяв за основу обычную географическую карту, представляют собой детализированную и оформленную по единому принципу картографию.

Прежде чем загрузить топографическую карту в навигатор ее необходимо отсканировать с бумажного источника и привязать к координатам при помощи специальной программы. 
При загрузке готового варианта электронной топографической карты на экране навигатора будет отображаться рисунок местности. Дороги, транспортные развязки, дома, гор и реки будут иметь определенные условные обозначения.
Рельеф местности обозначается при помощи горизонтальных линий. На других типах карт прорисовка рельефа выглядит не так детализировано. 

Топографические растровые навигационные карты являются незаменимыми помощниками при передвижении по малонаселенной ли даже совсем дикой местности. Загрузка такой карты в GPS навигатор позволит водителю легко определить реальное месторасположение, требуемый маршрут и точные координаты конечного пункта.

Еще одной особенностью таких карт является то, что их можно использовать даже без подключения GPS. Это будет напоминать путешествие с помощью обычного атласа автомобильных дорог. Также такую карту можно просто распечатать и ориентироваться по ней с помощью обычной линейки и компаса. 
Топографическая навигационная карта – это проверенное и надежное средство ориентирования для автолюбителей, туристов и путешественников.

1.2 Спутниковые растровые карты

Еще одной разновидностью растровых навигационных карт являются спутниковые карты, которые создаются на основе фотографий местности, сделанных со спутника. Такие карты имеют четкую детализацию, что позволяет видеть все типы объектов достаточно реалистично. Такая точность отличает спутниковую картографию от других типов навигационных карт. 

Также заслуживают внимания пользователей широкие возможности масштабирования спутниковых изображений, которая составляет от 1 см до 20 метров. Поэтому построение и выбор оптимального маршрута с такой картой – это удовольствие для автолюбителя.

Однако такое изображение еще не является полноценной навигационной картой. Наложив поверх такого изображения слой векторной карты в итоге можно получить идеальное сочетание схематичности и детализации. Такой вариант спутниковых навигационных карт более удобен и информативен по сравнению с обычными топографическими картами. 

2. Векторные карты

Векторные карты представляют собой скомпонованную базу данных всех типов объектов (дороги и развязки, водоемы, леса и строения), а также описания объектов в виде алгоритмов и специальных математических формул, которые позволяют определить геометрические формы, цвета, размеры и месторасположение объектов. Такой подход обеспечивает распознавание каждого отдельно взятого объекта на векторной карте. 

Векторная навигационная карта отличается от растровой тем, что здесь храниться не само изображение местности, а информационная база, на основе которой происходит визуализация на экране GPS навигатора. 
Поиск по адресам, прокладка нескольких одновременных маршрутов, фиксирование пройденного пути в памяти устройства - все это преимущества использования векторных карт. 

Отличной альтернативой ручной прокладки пути на растровых картах является возможность автоматического расчета наиболее оптимального маршрута с учетом дорожных перекрытий, пробок и заторов. Использование векторных карт более эффективно в городах и густонаселенной местности, поскольку именно здесь обозначены названия даже самых неприметных улиц, выведено отображение объектов POI и нумерация домов вплоть до подъезда. Все это помогает найти требуемый объект в самые короткие сроки.

Отображение навигатора GPS на векторной карте происходит в оптимальном соотношении с объектами, передаваемыми на экране.

В отличие от растровых карт масштабирование векторных карт не приводит к ухудшению качества изображения. 
GPS навигаторы с векторными картами в течение работы постоянно обновляют изображение, производя расчет соотношений реального месторасположения устройства, координат и масштаба. От масштабирования карты зависит отображение объектов на экране навигатора. Это могут быть как детально прорисованные объекты, так и условно схематичные обозначения.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что возможность самостоятельно изменять масштаб изображения – это одно из преимуществ векторной графики.

Также навигационная программа может самостоятельно изменять масштаб, в зависимости от скорости передвижения автомобиля. Кроме того, здесь реализована возможность самостоятельной регулировки плотности отображения объектов и сопутствующих подсказок.

Подсказки и подписи к объектам также находятся в информативной базе данных и генерируются на экране GPSнавигатора синхронно с объектом. 

Еще одним немаловажным преимуществом, неоднократно подтвержденным тестированием специалистами компании Нави-С (Пермь) является небольшой размер векторных карт. Это связано с тем, что в векторной карте не заложены детализированные или обобщенные изображения местности и рельефа. Размер такой навигационной карты займет всего несколько Мб, в то время как объем спутниковых и топографических растровых карт может достигать 2Гб.

2.1 Форматы представления векторных карт

В отличие от растровых карт векторные навигационные карты не имеют единого формата представления. Большинство форматов векторных карт могут быть использованы различными графическими программами, которые предназначены для работы с векторными типами изображений. Также необходимо учитывать, что некоторые векторные форматы будут работать только в строго определенном ПО. 

Отечественные разработчики современных навигационных программ предоставляют своим пользователям программное обеспечение, позволяющее самостоятельно редактировать карты определенной местности. К таким компаниям относится широко известный «Навител Навигатор». 

Однако разработчики других, не менее популярных компаний, сотрудничая с такими поставщиками карт как «TeleAtlas» и «NavTech» продают свои карты, отличающиеся особо высокой точностью, значительно дороже. К компаниям, которые работают по данному принципу, относятся «Автоспутник», «iGo», «Destinator» и «TomTom».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассматривая работу навигационного программного обеспечения можно сделать вывод, что самой лучшей картой является карта оптимально подходящая под потребности каждого отдельного пользователя. А у каждого владельца GPSнавигатор наверняка найдутся личные предпочтения при выборе того или иного формата навигационной карты, каждая из которых обладает своими достоинствами или недостатками. 

Интернет-магазин компании Нави-С предлагает профессиональную помощь в выборе и приобретении всех типов навигационных карт. Мы предлагаем подробную консультацию и выбор картографии идеально подходящей для определенного типа устройств и заданной местности. Обратившись в наш интернет-магазин вы станете обладателями не только удобных и детализированных карт, но и получите дополнительные скидки при каждом последующем обновлении навигационной карты.

навигация - выбор навигатора, карты, программы

Обновлено Автор Олег Лажечников Просмотров 4125

Гостевой пост от моего друга-походника. Сейчас как раз походный сезон, и совсем скоро осень, прекрасное время для Крыма, так что информация про навигаторы может прийтись очень кстати.

Добрый день! Я – Андрей Лунячек. Туризмом я занимаюсь достаточно давно, но тема GPS-навигации увлекла меня всего лишь несколько месяцев назад. До этого момента всё, что связано с магическим словом «GPS», казалось мне чем-то страшным и непонятным. Однако я быстро убедился, что ничего особо сложного в этом деле нет, и даже написал ряд статей о навигаторах и навигации. А в этой статье я хочу по возможности просто и доступно рассказать о навигаторах и их использовании в туризме.

В различных местах данной статьи я буду приводить ссылки на различные материалы (как мои, так и чужие), которые очень хорошо дополняют то, что вы прочтёте ниже. Эти ссылки будут весьма полезны, так как в рамках одной статьи невозможно полностью осветить все необходимые моменты.

С самого начала хочу уточнить, что я буду говорить исключительно об оффлайн-навигации. Ситуации, когда мы, пользуясь смартфоном, лезем в интернет и копаемся там во всяких картах Гугл и Яндекс, я здесь рассматривать не буду. Во-первых, интернет есть не везде. Не только среди дикой природы, но и среди большого города возможно такое, что у вас не будет доступа к интернету. Во-вторых, если обсуждать онлайн-навигацию, то это получится разговор не о навигаторах, а о различных интернет-ресурсах.

А я хочу рассказать именно о GPS-навигаторах – о специальных устройствах, которые могут сильно облегчить нам жизнь и выручить в трудную минуту. Разговор пойдёт в первую очередь об их использовании в дикой природе. Во-первых, я сам предпочитаю именно турпоходы, а не поездки по городам. Во-вторых, на природе зачастую помочь вам некому, а в городе вы можете обратиться с вопросом «как проехать туда-то» к любому прохожему. Тем не менее, GPS-навигацию в городе я буду упоминать в тех местах статьи, где это уместно.

Итак, что же нам нужно для полноценной навигации? Нам понадобятся:

  • навигатор (или что-то, выполняющее его функции)
  • карты, которые можно в него загрузить
  • точки, отмечающие интересующие нас объекты

Эти пункты взаимосвязаны, но начать с чего-то нужно. Для того, чтобы лучше понять характеристики навигаторов (о чём речь пойдёт позже), сначала рассмотрим ту информацию, которую мы в него загружаем, то есть, поговорим о точках и картах. Есть ещё такие виды навигационных данных, как маршруты (это связки путевых точек) и треки (пройденный путь, записанный навигатором). На мой взгляд, для ориентирования они менее важны, чем точки, поэтому на маршрутах и треках я не буду подробно останавливаться.

Путевые точки (Waypoints) и точки интереса (POI)

Несмотря на то, что эти виды точек друг от друга принципиально не отличаются, точками интереса (Points Of Interest, или POI) принято называть точки, входящие в состав векторной карты (о картах читайте ниже), а путевыми точками (Waypoints) – точки, которые вы сами можете добавлять в навигатор.

Общим для путевых точек и точек интереса является то, что можно включить так называемую навигацию на точку. При этом на экране навигатора будут отображаться стрелка, указывающая направление, в котором находится данная точка, и расстояние до этой точки. Вам остаётся только идти в нужном направлении. Даже если тропинка или рельеф местности уведёт вас в сторону, поглядывая на стрелку, вы всё равно выйдете туда, куда надо.

Где брать путевые точки? Лучше всего поискать их в интернете. Есть даже целые сайты с подобными точками, например, сайт «Родники Крыма» (список подобных сайтов смотрите здесь). Другой, несколько менее точный способ – отметить точку на карте при помощи одной из навигационных программ и сохранить её в файл. Точки могут храниться в файлах разных форматов – GPX, WPT, KML. Однако универсальным форматом, который понимают навигаторы и все навигационные программы, является формат GPX. Если у вас оказались точки в другом формате, то их нужно преобразовать в GPX при помощи какой-либо программы-конвертера (например, GPSBabel).

Типы карт: векторные и растровые карты

Проще всего объяснить, что такое растровая карта. Это просто картинка, состоящая из пикселей, аналогично фотографии, которую делает ваш фотоаппарат. К примеру, можно взять бумажную карту (или, например, свой рисунок карандашом на бумаге) и отсканировать её. Далее с помощью одной из популярных программ привязываем эту картинку к координатам (для чего указываем на картинке точки, координаты которых нам известны), а затем конвертируем её в тот формат, который понимает наш навигатор. То есть, любое графическое изображение относительно несложно превратить в растровую карту, понятную навигатору.

Растровая топографическая карта Карпат в программе Locus Map

Векторная карта – это не картинка. Это набор объектов (улицы, дороги, дома, реки, тропинки и т.д.). А программа, установленная в навигаторе, превращает этот набор объектов в готовую картинку, которую выдаёт на экран. Минус векторных карт состоит в том, что их достаточно сложно (а иногда и невозможно) сделать самому. Поэтому обычно приходится довольствоваться тем, что сделали другие. А плюс заключается в том, что, поскольку векторная карта состоит из отдельных объектов, то можно осуществлять поиск и навигацию по этим объектам, а также использовать автопрокладку маршрута при помощи имеющихся на карте дорог и тропинок. Соответственно, зачастую нет необходимости иметь отдельно файлы с какими-то полезными точками, поскольку множество точек (в виде тех или иных объектов) уже включено в состав векторной карты.

Векторная карта Ялты в программе OsmAnd

Векторные карты будут удобны для тех, кто путешествует по городам и крупным автодорогам. А для ценителей дикой природы более полезны будут растровые карты. Дело в том, что дикая природа лучше всего изображена на топографических картах (и сделанных на их основе туристических картах). А эти карты бывают только в растровом виде.

Многие карты можно бесплатно скачать в интернете. Кроме того, растровые карты относительно несложно изготовить самому, что позволяет владельцу навигатора не зависеть от чужой «милости», а иметь на экране прибора именно то, что хочется.

Более подробно о картах читайте в моей статье: Карты для GPS-навигаторов: где их брать?

Навигаторы и другие устройства, используемые для навигации

Какие виды устройств обычно используются для навигации? Наиболее распространены следующие:

  • автомобильные навигаторы
  • туристические навигаторы
  • смартфоны и планшеты с GPS-приёмником

На автомобильные навигаторы обычно устанавливают одну из нескольких популярных программ, работающих только с определёнными картами. А вот к походным навигаторам предъявляются совсем другие требования. Для похода нужно быть готовым запихнуть в навигатор всё, что угодно – спутниковый снимок, какую-то редкую (возможно, старинную) карту, короче говоря, всё самое лучшее, что вы сможете нарыть в интернете для данной территории. Что-то, возможно, найдёте только в бумажном виде, и придётся сканировать и привязывать к координатам. И так далее.

К нашему счастью, карты популярных туристских регионов раздобыть не проблема. Но смысл заключается в том, что походный навигатор должен быть «всеяден», то есть, позволять загружать любую карту (уточню – растровую карту, поскольку с векторными картами так не получится). Это очень пригодится, если вы поедете не в Крым, а в дебри Сибири или джунгли Амазонки. А даже если в Крым? Почему бы не добавить к распространённым туристическим картам что-то ещё? Например, спутниковые снимки от Google, Яндекса или Bing? Или аэрофотосъёмку времён Второй мировой войны? Нет проблем! Качаем то, что нам нужно, из интернета, и загружаем на GPS-навигатор. Программы, которые это делают, я описываю ниже.

Подобной «всеядностью» обладают как туристические навигаторы, так и многие программы, устанавливаемые на смартфоны и планшеты. Об этих двух видах устройств мы и поговорим подробнее.

Смартфоны и планшеты с GPS-приёмником

Смартфоны и планшеты сейчас очень популярны. Многие из них (за исключением самых дешёвых) имеют встроенные GPS-приёмники, что позволяет использовать их в качестве GPS-навигаторов. Для этого на смартфон или планшет должна быть установлена соответствующая программа. Например, целый ряд хороших программ существует для операционной системы Android. Эти программы либо бесплатны, либо стоят недорого, около 5-8 долларов.

Любителям максимальной простоты можно посоветовать программу MapsWithMe. Кроме кнопок «+» и «-», здесь имеются ещё четыре кнопки. Одна из них вызывает меню загрузки карт, где (при наличии интернета) можно выбрать и загрузить карту нужного региона, после чего пользоваться этой картой уже оффлайн. Вторая кнопка позволит показать на карте ваше местонахождение. Третья кнопка открывает окно поиска по названиям и категориям объектов, включённых в состав данной векторной карты. Четвёртая кнопка позволяет отметить место на карте и сохранить его в «Закладках». На этом возможности программы исчерпываются. Карты в программе используются векторные, своего собственного формата. Они достаточно хороши для города, но для дикой природы будут слабоваты. Другие карты (кроме «родных») в программу загрузить нельзя.

Программа MapsWithMe. Векторная карта Московской области

Более требовательным пользователям устройств на Android подойдёт программа OsmAnd (вот инструкция). Она будет полезна как туристам-пешеходам, так и автомобилистам, поскольку, используя свои собственные векторные карты (кстати, весьма неплохие), поддерживает автоматическую прокладку маршрута (либо по автодорогам, либо по тропинкам) и ведение по маршруту, включая голосовые подсказки. И всё это в отсутствие интернета! К этому добавим наличие в карте множества точек POI, возможность загрузки любых растровых карт, путевых точек, треков, запись трека и т. д.

Программа OsmAnd. Векторная карта

Ещё одна хорошая программа для Android – это Locus Map. В отличие от предыдущей, более напоминает традиционный туристический навигатор и используется в основном с растровыми картами. Векторные карты для неё тоже имеются, как бесплатные (довольно простенькие, к тому же без точек POI), так и платные (наверное, они хорошие, но я их не скачивал). Ну а растровые карты вы можете закачать любые.

Программа Locus Map. Растровая туристическая карта Карпат

В чём заключаются плюсы и минусы использования смартфонов и планшетов в качестве навигаторов? Плюсы: а) если уже есть смартфон с GPS, то не нужно покупать дополнительное устройство; б) можно подобрать навигационную программу на свой вкус, или даже поочерёдно пользоваться несколькими программами; в) большой удобный экран. Минусы: а) смартфоны и планшеты требуют более бережного обращения, чем туристические навигаторы, которые и попрочнее будут, и полностью водонепроницаемы; б) смартфоны и планшеты быстро разряжаются (буквально за день в режиме непрерывной навигации), то есть для многодневных походов не подходят (если не таскать с собой чудо-зарядку или же включать смартфон только изредка).

Туристические навигаторы

Эти устройства созданы именно для походов по дикой местности. Они полностью водонепроницаемы, что позволяет спокойно их использовать под дождём, и долго держат заряд (на хороших аккумуляторах – около недели при условии активного каждодневного использования). К тому же для питания используют широко распространённые пальчиковые батарейки и пальчиковые аккумуляторы, которые можно взять с собой в любом количестве.

На что обратить внимание при выборе туристического навигатора? Во-первых, узнать, поддерживает ли он загрузку карт, как векторных, так и растровых (наиболее дешёвые навигаторы этого не умеют). Во-вторых, позволяет ли он загружать достаточное количество точек, треков и маршрутов. В-третьих, какой у него объём памяти (это должна быть либо карточка, либо достаточно ёмкая внутренняя память). Экран у навигатора должен быть цветной, а вот размеры его – на ваше усмотрение. Большой экран удобнее, но сильнее «кушает» батарейку.

И ещё один немаловажный вопрос, который мы сейчас рассмотрим, касается фирмы-производителя навигатора. Какую же фирму выбрать?

Выбор фирмы: Garmin, Magellan или что-то ещё?

Наиболее известной фирмой-производителем туристических навигаторов является Garmin. Настолько известной, что о каких-то других навигаторах многие и не слыхивали. И кое-кто из друзей советовал мне покупать именно Garmin. Это, конечно, хорошие навигаторы. Однако я подумал, и купил навигатор несколько менее известной фирмы Magellan. Объясняю, почему.

Всё дело в картах. Если вам нужны векторные карты, то покупайте Garmin. Для него найти векторную карту не проблема, а некоторые их и сами делают. Векторные карты для Магелланов – это большая редкость, а самостоятельно их сделать намного сложнее, чем для Гарминов.

Зато с растровыми картами ситуация у Магелланов лучше. А именно они и нужны туристу-походнику. Давайте сравним.

Garmin имеет два формата растровых карт: KMZ и JNX. Формат KMZ имеет ограничение: суммарный объём всех карт этого формата, находящийся на навигаторе, не может превышать 32 МБ, при этом карты в сумме могут состоять не более чем из 100 фрагментов размером 1024х1024 пикселя. То есть, в случае с картой-пятисотметровкой получаем кусок около 80х80 км, чего не всегда бывает достаточно.

В отличие от KMZ, карта формата JNX может быть любого размера и состоять из пяти слоёв. Вот только при создании карты необходимо указать, какая карта в каком слое должна показываться, поскольку навигатор Garmin сам этого не понимает. А главный недостаток формата JNX заключается в том, что свободное его использование заблокировано производителем. Фирма Garmin создала его для того, чтобы владельцы навигаторов за определённую плату скачивали спутниковые снимки с сайта фирмы. Поэтому для свободного использования формата JNX необходимо «поколдовать» с прошивкой навигатора.

В отличие от Гарминов, растровые карты Магелланов (формат RMP) не имеют никаких ограничений. Они могут быть любого размера и состоять из любого количества слоёв. Можно загрузить в навигатор множество карт (столько, сколько поместится в его памяти), а он сам разберётся какую карту когда нужно показывать. Навигатор будет стыковать карты, накладывать их друг на друга и делать всё для того, чтобы вы видели на экране наиболее подходящую в данный момент карту.

Поэтому Магелланы мне и понравились больше Гарминов, тем более, что по остальным параметрам они ничем не уступают.

Мой навигатор Magellan eXplorist GC. На экране — топографическая карта Харьковской области

Что же касается туристических навигаторов других фирм, то их покупать я крайне не советую. По одной простой причине: вы, скорее всего, просто не найдёте для них карт. Или же не найдёте программу, способную делать карты для этих навигаторов.

Программы, устанавливаемые на компьютер

Для полноценного использования навигатора нужно иметь на компьютере кое-какие программы. Они помогут подготовиться к предстоящему походу, а после его окончания обработать полученные навигационные данные.

Самыми главными программами можно считать те, которые выпускают фирмы-производители для своих навигаторов. Для Garmin это программа BaseCamp, для Magellan – программа Vantage Point. С их помощью можно осуществлять импорт и экспорт данных с навигатора на компьютер и обратно. Кроме того, эти программы поддерживают базовые функции работы с картами, точками, треками и маршрутами, позволяя обрабатывать данные у себя на компьютере.

Если их возможностей вам покажется мало, тогда нужно установить более «серьёзные» программы, которые имеют больше функций для обработки навигационных данных. Наиболее популярной навигационно-картографической программой является OziExplorer. Минус её в том, что она платная, но есть и плюс – в интернете можно найти много полезной информации по работе с этой программой. Не хотите платить – воспользуйтесь менее популярной, но бесплатной программой OkMap, имеющей примерно те же функции.

Для работы с онлайн-картами очень удобна программа SAS Планета. Используя её, вы можете быстро переключаться между множеством различных онлайн-карт: Google, Яндекс, спутниковые снимки, топографические карты и т.д. Благодаря этому можно оперативно просмотреть положение точки или трека на нескольких картах. Многообразие источников карт и является её главным плюсом. Программа позволяет сохранять нужные куски онлайн-карт на компьютер, а также поддерживает базовые функции работы с точками и треками.

Для того, чтобы изготавливать карты нужного вам формата, чрезвычайно удобна программа Mobile Atlas Creator. Она позволяет скачивать нужные участки различных онлайн-карт и конвертировать их в необходимые форматы: RMP для Magellan, KMZ для Garmin, ряд форматов для Android и iPhone, а также формат для OziExplorer. Работа с программой очень проста: вы выбираете в её меню нужный онлайн-источник, выделяете мышкой нужную область на карте, отмечаете птичками нужные уровни зума (что позволяет создавать многослойные карты), выбираете требуемый формат и получаете вашу карту, готовую к загрузке в навигатор.

Интерфейс программы Mobile Atlas Creator

Поскольку навигационные данные могут встречаться в разных форматах, вам может пригодиться программа-конвертер. Несмотря на то, что ряд функций конвертирования встроены в некоторые из уже рассмотренных программ, я посоветую вам установить небольшую, но полезную программу GPSBabel. Она умеет многое: конвертировать данные из одного формата в другой, обрезать и склеивать треки, превращать точки, треки и маршруты друг в друга. Программа поддерживает все основные форматы: универсальный формат GPX, форматы программы Google Earth (KML и KMZ), форматы программы OziExplorer (WPT, PLT и RTE) и ещё ряд менее популярных форматов.

Как быстро освоить работу с навигатором?

Рассмотрим необходимые действия новичка на примере. Допустим, вы хотите побродить с навигатором по Горному Крыму. Тогда вам нужно предпринять следующие шаги:

  • купить навигатор
  • разобраться, как им пользоваться
  • скачать из интернета нужные карты (в нашем случае – Крыма) и загрузить их на навигатор.

Самостоятельное изготовление карт мы отложим на потом. Новичку лучше для начала воспользоваться уже готовыми картами.

Допустим, вы купили навигатор фирмы Magellan. Тогда вам прямой путь на сайт Дмитрия Калинина (известного также как Paganel). Читаем написанную Дмитрием инструкцию к навигатору Magellan eXplorist 310. Далее читаем инструкцию к программе Vantage Point и устанавливаем её на компьютер. Качаем приготовленные Дмитрием карты для навигаторов Magellan и загружаем их в навигатор. Всё! Можно ехать в Крым!

Если же вы имеете смартфон или планшет на Android, то установите на него программу OsmAnd или Locus Map. К сожалению, качественных инструкций к этим программам никто не писал, но пару-тройку статей средней паршивости на просторах интернета найти можно. А карты для этих программ (как Крыма, так и других регионов) вы можете скачать на этой странице.

Что касается навигаторов Garmin, то я с ними особо не сталкивался. Но, поскольку они очень популярны, то вы без труда найдёте в интернете множество информации по использованию этих навигаторов. А нужные вам карты для Гарминов вы сможете найти на одном из этих ресурсов.

Следующий шаг после того, как вы освоили навигатор и успешно воспользовались скачанными картами – научиться делать карты самостоятельно. И здесь вам поможет простая программа Mobile Atlas Creator. Читаем краткий мануал по ней. А уже после этого, если есть желание и необходимость, можно осваивать более сложные способы создания карт, включающие использование других программ.

На этом мой краткий обзор всего, что связано с GPS-навигацией, можно считать законченным. Дополнительную информацию вы можете получить, если прочтёте мои статьи о картах и навигации. В этих статьях я описываю не только навигаторы, но и привожу ссылки для скачивания различных топографических карт.

Кроме того, вы можете задавать вопросы прямо в комментариях к этой статье, и я, по мере своих знаний и возможностей, постараюсь на них ответить.

Растеризация и векторизация: как преобразовать форматы данных

Автор: GIS Geography · Последнее обновление: 3 января 2021 г.

Чем отличается растеризация от векторизации?

Растеризация преобразует векторы в растры. Но векторизация преобразует растры в векторы.

Мы знаем, что две основные модели данных и графики - это векторные и растровые данные.

Но как перейти от одной модели данных к другой?

Это когда вы использовали бы растеризацию и векторизацию.Узнайте, как это сделать бесплатно с помощью QGIS с открытым исходным кодом. Но сначала для некоторых основ:

ПОДРОБНЕЕ: Типы пространственных данных ГИС: векторные и растровые

Что такое вектор?

Векторные данные состоят из вершин и путей. Например, три типа векторов - это точки, полилинии и многоугольники.

Векторные точки - это простые координаты XY в пространстве.
Полилинии соединяют координаты XY, называемые вершинами, с путями.
Наконец, векторные многоугольники представляют собой набор из замкнутых вершин и путей.

И мы часто сохраняем эти точки, линии и многоугольники в шейп-файлах, базах геоданных и различных других форматах файлов ГИС.

ПОДРОБНЕЕ: 10 бесплатных источников данных ГИС: лучшие глобальные наборы растровых и векторных данных

Что такое растр?

В отличие от векторных данных, растры состоят из пикселей или ячеек сетки . Кроме того, они обычно равномерно расположены и имеют квадратную форму (но это не обязательно) и часто выглядят пиксельными.

Дискретные растры являются категориальными и имеют отдельные значения, идентифицирующие каждую ячейку.Например, растр земного покрова может представлять город как значение 1, а лес - как 2.
Непрерывные растры - это ячейки сетки с постепенно изменяющимися данными, такими как высота, температура или аэрофотоснимок. Непрерывные данные также известны как недискретные или поверхностные данные.

ПОДРОБНЕЕ: 15 бесплатных источников данных спутниковых изображений

Растеризация: преобразование вектора в растр

В этом примере мы собираемся использовать программу QGIS с открытым исходным кодом.

В отличие от программного обеспечения для редактирования графики, он ожидает, что ваши растры и векторы будут иметь географическую систему координат. Но на самом деле он имеет аналогичную функциональность с Adobe Photoshop или GIMP, которую вы можете выполнять для растеризации и векторизации.

Начнем с простой векторной линии с вершиной в начальной и конечной точках.

Используйте инструмент «Растрировать (вектор в растр)». Параметры по горизонтали и вертикали определяют размер выходного пикселя. После настройки всех параметров нажмите RUN для растеризации.

Наконец, результат будет выглядеть как версия вашего вектора с сеткой. В зависимости от установленного вами размера пикселя вам, возможно, придется провести несколько проб и ошибок для получения лучших результатов.

Векторизация: преобразование растров в векторные

Давайте на этот раз обратимся к дискретному растру и преобразуем его в вектор.

Когда у нас есть набор растровых данных, например, слой со зданиями, нужно добавить его в QGIS. Вот как выглядят растровые здания в оглавлении:

QGIS поставляется с множеством алгоритмов и плагинов для вас.В дополнение к этому, другие поставщики, такие как GRASS, SAGA GIS и Orfeo toolbox, предоставляют дополнительную огневую мощь. В данном случае вам нужен инструмент векторизации (v.to.vect) в GRASS.

Дважды щелкните инструмент и выберите растр, который нужно преобразовать в вектор. Отсюда вам нужно будет выбрать вывод растра в точку, линию или многоугольник. После нажатия кнопки «Выполнить» векторизованный растр появится в таблице содержания.

Напоминаем, что при векторизации создаются все необходимые вершины и пути, как показано на контурах здания.Вкратце, этот инструмент оцифровывает растр, чтобы вы преобразовали его в вектор.

Если вы хотите научиться векторизовать непрерывный растр , потребуется немного усилий, чтобы переклассифицировать ячейки, по существу, группируя их в дискретную форму. Используя растр температуры в качестве примера, когда вы группируете значения от [-37,8 до 0] как 0 и [от 0 до 37,7] как 1, вы превращаете его в дискретный растр. Отсюда вы можете выполнить те же шаги для векторизации.

ПОДРОБНЕЕ: Как автоматически векторизовать файлы изображений с помощью ArcScan

Заключение

По большей части, это базовый процесс векторизации или растрирования изображений.

Растеризация означает преобразование векторов в растры. В то время как векторизация преобразует растры в векторы.

Это основные шаги по переходу от одной модели данных к другой.

Есть вопросы? Сообщите нам об этом ниже.

Растровые и векторные данные в ГИС

Формы и расположение объектов на картах необходимо описывать цифрами, чтобы компьютер мог прочитать информацию.

Компьютеры хранят информацию в виде последовательностей двоичных цифр (битов), которые образуют код для каждой возможной цифры или буквы.Случайно отображает справочные географические местоположения на земной поверхности через систему координат. Эти системы координат могут быть местными, национальными или международными. Посмотрите на бумажные карты Ordnance Survey (OS), и вы заметите, что по бокам есть ряд чисел, связанных с сеткой, покрывающей всю область карты.

Эти числа относятся к координатам Британской национальной сети. Все местоположения и формы могут быть определены в терминах координат x и y из заданной системы координат. Эти числовые значения могут использоваться для перевода картографической информации в цифровую форму как в векторном, так и в растровом форматах.

Растровые данные

Растровые данные можно представить себе как цифровую фотографию. Вся область карты разделена на сетку крошечных ячеек или пикселей. В каждой из этих ячеек хранится значение, отражающее природу всего, что присутствует в соответствующем месте на земле.

В основном растровые данные используются для хранения картографической информации в виде цифровых изображений, в которых значения ячеек связаны с цветами пикселей изображения.Для воспроизведения изображения компьютер считывает каждое из этих значений ячеек одно за другим и применяет их к пикселям на экране.

Векторные данные

Векторные данные можно рассматривать как список значений. Объекты записываются один за другим, форма определяется числовыми значениями пар координат xy, так что:

  • Точка определяется одной парой значений координат.
  • Линия определяется последовательностью пар координат, определяющих точки, через которые проводится линия.
  • Область определяется аналогичным образом, только первая и последняя точки соединяются, образуя полное ограждение.

Положение и форма здания фиксируются как серия из четырех пар числовых координат. Чтобы воспроизвести здание в ГИС, компьютер считывает эти значения и рисует линию, связывающую координаты.

В векторной версии также может храниться дополнительная контекстная информация об этих объектах - атрибуты - очень важный аспект.

Растр и вектор

Оба типа данных очень полезны, но между ними есть важные различия.

Типы исследованных ГИС-данных: векторные и растровые

База геоданных - это база данных, которая так или иначе связана с местоположениями на Земле. Вместе с этими данными обычно используются данные, известные как данные атрибутов. Данные атрибутов обычно определяются как дополнительная информация, которая затем может быть привязана к пространственным данным.

Какие типы данных ГИС существуют?

Данные ГИС можно разделить на две категории: данные с пространственной привязкой, которые представлены векторной и растровой формами (включая изображения), и таблицы атрибутов, которые представлены в табличном формате.

В группе данных с пространственной привязкой данные ГИС можно разделить на два разных типа: векторные и растровые.

Большинство программных приложений ГИС в основном ориентированы на использование и управление векторными базами геоданных с добавленными компонентами для работы с растровыми базами геоданных.

Векторные данные

Векторные данные делятся на три типа: точки, линии (или дуги) и полигональные данные.

Точечные данные

Точечные данные обычно используются для представления несмежных объектов и для представления дискретных точек данных.Точки имеют нулевые размеры, поэтому вы не можете измерить ни длину, ни площадь с помощью этого набора данных. Примерами могут служить школы, достопримечательности, а в приведенном ниже примере - местоположения мостов и водопропускных труб. Точечные объекты также используются для представления абстрактных точек. Например, точечные местоположения могут представлять собой города или названия мест.

В ГИС точечные данные можно использовать для отображения географического положения городов. Карта: Кейтлин Демпси с использованием данных Natural Earth.

Данные линии

Данные линии (или дуги) используются для представления линейных объектов.Типичные примеры - реки, тропы и улицы. Линейные объекты имеют только одно измерение и поэтому могут использоваться только для измерения длины. У линейных объектов есть начальная и конечная точки. Типичными примерами могут служить осевые линии дорог и гидрология. Символы, наиболее часто используемые для различения дуговых объектов друг от друга, - это типы линий (сплошные линии или пунктирные линии) и комбинации с использованием цветов и толщины линий. В приведенном ниже примере дороги выделены из сети водотоков путем обозначения дорог сплошной черной линией, а гидрологии - пунктирной синей линией.

На этой карте дороги и водные пути показаны в виде линий. Карта с использованием данных Natural Earth.

Данные полигонов

Полигоны используются для представления таких областей, как граница города (на крупномасштабной карте), озеро или лес. Полигональные объекты двухмерны и поэтому могут использоваться для измерения площади и периметра географического объекта.

Многоугольные объекты обычно выделяются с помощью символов тематического сопоставления (цветовых схем), узоров или, в случае числовой градации, может использоваться схема градации цветов.

На картах, представленных в более крупном масштабе, местоположения городов представлены в виде многоугольника, чтобы показать протяженность каждого города. Карта сделана с использованием данных Natural Earth.

Данные как линейных, так и точечных объектов представляют данные полигонов в гораздо меньшем масштабе. Они помогают уменьшить беспорядок за счет упрощения размещения данных.

При увеличении масштаба объектов, точечное местоположение школы более реалистично представляется серией следов зданий, показывающих физическое расположение кампуса.

Линейные объекты файла осевой линии улицы представляют только физическое местоположение улицы.Если требуется более высокая степень пространственного разрешения, будет использоваться файл уличной ширины бордюра, чтобы показать ширину дороги, а также любые особенности, такие как медианы и полосы отвода (или тротуары).

Растровые данные

Растровые данные (также известные как данные сетки) представляют четвертый тип пространственных объектов: поверхности. Растровые данные состоят из ячеек, и эта категория данных также включает аэрофотоснимки и спутниковые изображения. Есть два типа растровых данных: непрерывные и дискретные. Примером дискретных растровых данных является плотность населения.Примеры непрерывных данных - это измерения температуры и высоты. Также существует три типа наборов растровых данных: тематические данные, спектральные данные и изображения (изображения).

Цифровая модель рельефа (ЦМР) с указанием высоты.

Этот пример набора тематических растровых данных называется цифровой моделью рельефа (ЦМР). Каждая ячейка имеет размер 30 м в пикселях со значением высоты, присвоенным этой ячейке. Показанная область представляет собой водораздел Топанга в Калифорнии и дает зрителю представление о топографии региона.

Это изображение показывает часть Топанги, Калифорния, взятую из DOQ Геологической службы США.

Каждая ячейка содержит одно значение, представляющее доминирующее значение этой ячейки. Наборы растровых данных являются неотъемлемой частью большинства пространственного анализа.

Моделирование пространственной гидрологии, такое как выделение водоразделов и линий потока, также использует растровую систему. Спектральные данные представляют собой аэрофотоснимки или спутниковые изображения, которые затем часто используются для получения геологической информации о растительности путем классификации спектральных характеристик каждого типа пространственных объектов.

Растровые данные, показывающие классификацию растительности. Данные о растительности были получены на основе классификации спутникового изображения NDVI.

Результат преобразования информации о местоположении пространственных данных в растровый формат на основе ячеек называется ступенчатым перемещением. Название происходит от изображения именно этого, квадратные ячейки по границам разных типов значений выглядят как лестница, если смотреть сбоку.

В отличие от векторных данных, растровые данные формируются каждой ячейкой, принимающей значение объекта, который доминирует в ячейке.Внешний вид лестницы возникает из-за перехода ячеек от одного значения к другому. На изображении выше темно-зеленая ячейка представляет собой раструбную растительность. Это означает, что доминирующей особенностью в этой области камеры была рана растительности. Другие особенности, такие как развитая земля, вода или другие типы растительности, могут присутствовать на земле в этой области. По мере того как объект в ячейке становится все более преимущественно городским, ячейке приписывается ценность застроенной земли, отсюда и розовая заливка.

Анализ данных, такой как извлечение уклона и аспекта из цифровых моделей рельефа, происходит с наборами растровых данных.

Этот 10-метровый заштрихованный рельеф был разработан на основе данных рельефа SRTM Plus с пониженной дискретизацией. Источник: Natural Earth Data.

Увеличьте масштаб набора растровых данных, и вы сможете увидеть отдельные ячейки.

Увеличьте масштаб до набора растровых данных, и вы увидите отдельные ячейки. Изображение: Затененный рельеф участков суши в оттенках серого, полученный на основе данных о высотах SRTM Plus с пониженной дискретизацией. Источник: Natural Earth Data.

Связанные

Эта статья была первоначально опубликована 11 февраля 2000 г. и с тех пор обновлялась.

Поделиться статьей:

Геопространственный анализ II: растровые данные

Как и инструменты геообработки, доступные для использования с наборами векторных данных (раздел 8.1 «Базовая геообработка с растрами»), растровые данные могут подвергаться аналогичным пространственным операциям. Хотя фактическое вычисление этих операций значительно отличается от их векторных аналогов, их концептуальная основа аналогична. Рассматриваемые здесь методы геообработки включают как однослойные (раздел 8.1.1 «Однослойный анализ») и многоуровневый (раздел 8.1.2 «Многослойный анализ») операций.

Однослойный анализ

Реклассификация или перекодирование набора данных обычно является одним из первых шагов, предпринимаемых во время анализа растра. Реклассификация - это, по сути, однослойный процесс присвоения нового класса или значения диапазона всем пикселям в наборе данных на основе их исходных значений (рис. 8.1 «Реклассификация растра». Например, сетка высот обычно содержит разные значения почти для каждой ячейки в пределах его масштабы.Эти значения можно упростить путем объединения каждого значения пикселя в несколько дискретных классов (т. Е. 0–100 = «1», 101–200 = «2», 201–300 = «3» и т. Д.). Это упрощение позволяет использовать меньше уникальных значений и удешевлять хранение. Кроме того, эти реклассифицированные слои часто используются в качестве входных данных во вторичных анализах, таких как те, которые обсуждаются далее в этом разделе.

Рисунок 8.1 Реклассификация растра

Как описано в главе 7 «Геопространственный анализ I: векторные операции», буферизация - это процесс создания выходного набора данных, который содержит зону (или зоны) заданной ширины вокруг входного объекта.В случае наборов растровых данных эти входные объекты задаются в виде ячейки сетки или группы ячеек сетки, содержащих единое значение (например, буферизируют все ячейки, значение которых равно 1). Буферы особенно подходят для определения области влияния интересующих функций. В то время как буферизация векторных данных приводит к точной области влияния на заданном расстоянии от целевого объекта, растровые буферы, как правило, являются приближениями, представляющими те ячейки, которые находятся в заданном диапазоне расстояний от целевого объекта (рисунок 8.2 «Растровый буфер вокруг клетки-мишени»). Большинство программ географических информационных систем (ГИС) вычисляют растровые буферы, создавая сетку значений расстояний от центра целевой ячейки (ячеек) до центра соседних ячеек, а затем переклассифицируя эти расстояния так, что «1» представляет те ячейки, которые составляют исходная цель, «2» представляет те ячейки в пределах определяемой пользователем буферной области, а «0» представляет те ячейки, которые находятся за пределами целевой и буферной областей. Эти ячейки также могут быть дополнительно классифицированы для представления нескольких кольцевых буферов путем включения значений «3», «4», «5» и так далее для представления концентрических расстояний вокруг целевой ячейки (ячеек).

Рисунок 8.2 Растровый буфер вокруг целевых ячеек

Многослойный анализ

Набор растровых данных также можно обрезать, как набор векторных данных (Рисунок 8.3 «Обрезка растра на слое векторного многоугольника»). Здесь входной растр перекрывается слоем обрезки векторного многоугольника. В результате процесса обрезки растра создается один растр, который идентичен входному растру, но имеет экстент слоя обрезки многоугольника.

Рисунок 8.3 Обрезка растра на слое векторного многоугольника

Растровые наложения относительно просты по сравнению с их векторными аналогами и требуют гораздо меньшей вычислительной мощности (Burroughs, 1983). Несмотря на их простоту, важно убедиться, что все перекрывающиеся растры зарегистрированы (т. Е. Пространственно выровнены), покрывают идентичные области и поддерживают одинаковое разрешение (т. Е. Размер ячеек). Если эти предположения нарушаются, анализ либо не удастся, либо результирующий выходной слой будет некорректным.Имея это в виду, существует несколько различных методологий для выполнения наложения растра (Chrisman 2002).

Математическое наложение растра Значения пикселей или ячеек сетки на каждой карте комбинируются с использованием математических операторов для создания нового значения в составной карте. - наиболее распространенный метод наложения. Числа в выровненных ячейках входных сеток могут подвергаться любому заданному пользователем математическому преобразованию. После расчета создается выходной растр, содержащий новое значение для каждой ячейки (рисунок 8.4 «Математическое наложение растра»). Как вы понимаете, такая функциональность может использоваться по-разному. В частности, наложение растра часто используется в исследованиях оценки риска, когда различные слои объединяются для создания карты результатов, показывающей области высокого риска / вознаграждения.

Рисунок 8.4 Математическое наложение растра

Два входных растровых слоя накладываются друг на друга, чтобы получить выходной растр с суммированными значениями ячеек.

Логическое наложение растра Значения пикселей или ячеек сетки на каждой карте комбинируются с использованием логических операторов для создания нового значения в составной карте.Метод представляет собой вторую мощную технику. Как обсуждалось в главе 6 «Характеристики данных и визуализация», логические соединители AND, OR и XOR могут использоваться для объединения информации двух вышележащих входных наборов растровых данных в один выходной растр. Точно так же реляционные значения ячеек overlayPixel растра или сетки на каждой карте комбинируются с использованием операторов отношения для создания нового значения в составной карте. использует операторы отношения (<, <=, =, <>,> и =>) для оценки условий входных наборов растровых данных.Как в логическом, так и в реляционном методах наложения ячейки, которые соответствуют критериям оценки, обычно кодируются в выходном растровом слое с помощью 1, в то время как те, которые оцениваются как ложные, получают значение 0.

Простота этой методологии, однако, также может привести к ошибкам интерпретации, которые легко не заметить, если наложение не спроектировано должным образом. Предположим, что у управляющего природными ресурсами есть два входных набора растровых данных, которые он планирует наложить; один показывает расположение деревьев («0» = нет дерева; «1» = дерево), а другой показывает расположение городских территорий («0» = не город; «1» = город).Если она надеется найти расположение деревьев в городских районах, простая математическая сумма этих наборов данных даст «2» для всех пикселей, содержащих дерево в городской местности. Точно так же, если она надеется найти местоположение всех безлесных (или «недеревянных», внегородских территорий, она может проверить итоговый выходной растр на предмет всех записей «0». Наконец, если она надеется найти городские безлесные районы, она будет искать все ячейки, содержащие «1». К сожалению, значение ячейки «1» также кодируется в каждом пикселе для ячеек дерева за пределами города.Действительно, выбор значений входных пикселей и уравнения наложения в этом примере приведет к противоречивым результатам из-за плохо разработанной схемы наложения.

Основные выводы

  • Процессы наложения накладывают две или более тематических карты друг на друга, чтобы сформировать новую карту.
  • Операции наложения, доступные для использования с векторными данными, включают модели «точка в полигоне», «линия в полигоне» или «полигон в полигоне».
  • Объединение, пересечение, симметричное различие и идентичность - общие операции, используемые для объединения информации из различных перекрывающихся наборов данных.
  • Операции наложения растра могут использовать мощные математические, логические или реляционные операторы для создания новых выходных наборов данных.

Упражнения

  1. Из своей области исследования опишите три теоретических уровня данных, которые можно перекрыть, чтобы создать новую выходную карту, которая отвечает на сложный пространственный вопрос, такой как: «Где лучше всего разместить торговый центр?»
  2. Зайдите в Интернет и найдите наборы векторных или растровых данных, связанные с только что заданным вами вопросом.

Разница между растровыми и векторными изображениями Растр и вектор - это две основные структуры данных для хранения и обработки изображений и графических данных.

Презентация на тему: «Различия между растровыми и векторными изображениями. Растр и вектор - это две основные структуры данных для хранения и обработки изображений и графических данных» - стенограмма презентации:

1 Разница между растровыми и векторными изображениями Растровые и векторные изображения - это две основные структуры данных для хранения и обработки изображений и графических данных на компьютере.

2 РАСТР Растровое изображение имеет форму отдельных пикселей, и каждый элемент пространственного положения или разрешения имеет связанный пиксель, в котором значение пикселя указывает атрибут, например цвет, высоту или идентификационный номер.Растровое изображение обычно получают с помощью оптического сканера, цифровой камеры CCD и других устройств формирования растровых изображений. Его пространственное разрешение определяется разрешением устройства сбора данных и качеством исходного источника данных.

3 растровое изображение должно иметь пиксели для всех пространственных положений, оно строго ограничено размером пространственной области, которую оно может представлять. увеличив пространственное разрешение в 2 раза, общий размер двухмерного растрового изображения увеличится в 4 раза

4 ВЕКТОР Векторные данные представлены в виде точек и линий, которые геометрически и математически связаны.Точки сохраняются с использованием координат, например, двумерная точка сохраняется как (x, y). Линии хранятся в виде серии пар точек, где каждая пара представляет отрезок прямой, например (x1, y1) и (x2, y2), обозначающий линию от (x1, y1) до (x2, y2).

5 Структура векторных данных VECTOR обеспечивает меньший размер файла, чем растровое изображение, поскольку растровому изображению требуется пространство для всех пикселей, в то время как в векторном представлении хранятся только координаты точек.векторные данные легче обрабатывать на компьютере, чем растровые, потому что они содержат меньше элементов данных и их более гибко настраивать для другого масштаба, например, для системы проекции в картографическом приложении.

6 Оцифровка вектора. Хотя структура векторных данных является предпочтительной в качестве основной формы для обработки графических данных в большинстве пакетов ГИС и САПР, сбор векторных данных часто бывает сложнее, чем получение растровых изображений, поскольку их абстрактная структура данных, топология между объектами и атрибутами связаны.


7 Оцифровка вручную Ручная оцифровка с использованием планшета для оцифровки широко используется. С помощью этого метода оператор вручную отслеживает все линии своей бумажной карты с помощью указательного устройства и создает идентичную цифровую карту на своем компьютере. Линия оцифровывается путем сбора ряда точек вдоль линии.

Глава 6 Повторное проецирование географических данных

Предварительные требования

  • Для этой главы требуются следующие пакеты (также используется lwgeom , но его не нужно прикреплять):
  библиотека (sf)
библиотека (растр)
библиотека (dplyr)
библиотека (spData)
библиотека (spDataLarge)  

Введение

Раздел 2.4 представили системы координат (CRS) и продемонстрировали их важность. Эта глава идет дальше. В нем освещаются проблемы, которые могут возникнуть при использовании несоответствующих CRS, а также о том, как преобразовать данные из одной CRS в другую.

Как показано на рисунке 2.1, существует два типа CRS: географический («долгота / широта», с единицами измерения в градусах долготы и широты) и спроецированный (обычно в метрах от точки отсчета). Это имеет последствия. Многие геометрические операции в sf , например, предполагают, что их входные данные имеют спроектированный CRS, потому что функции GEOS, на которых они основаны, предполагают спроецированные данные.Для решения этой проблемы SF предоставляет функцию st_is_longlat () для проверки. В некоторых случаях CRS неизвестен, как показано ниже на примере Лондона, представленном в Разделе 2.2:

.
  london = data.frame (lon = -0,1, lat = 51,5)%>%
  st_as_sf (coords = c ("долгота", "широта"))
st_is_longlat (лондон)
#> [1] NA  

Это показывает, что если CRS не указан вручную или не загружен из источника, имеющего метаданные CRS, CRS будет NA .CRS может быть добавлен к объектам sf с помощью st_set_crs () следующим образом:

  london_geo = st_set_crs (Лондон, 4326)
st_is_longlat (london_geo)
#> [1] ИСТИНА  

Наборы данных без указанного CRS могут вызвать проблемы. Ниже приведен пример, который создает буфер из одной единицы вокруг объектов london и london_geo :

  london_buff_no_crs = st_buffer (london, dist = 1)
london_buff = st_buffer (london_geo, dist = 1)
#> Предупреждение в st_buffer.sfc (st_geometry (x), dist, nQuadSegs, endCapStyle =
#> endCapStyle,: st_buffer неправильно буферизует данные долготы / широты
#> Предполагается, что dist выражается в десятичных градусах (arc_degrees).  

Только вторая операция выдает предупреждение. Предупреждающее сообщение полезно, говоря нам, что результат может иметь ограниченное применение, потому что он выражается в единицах широты и долготы, а не в метрах или какой-либо другой подходящей мере расстояния, принятой st_buffer () . Последствия отказа от работы с прогнозируемыми данными показаны на рисунке 6.1 (левая панель): буфер вытянут в направлении с севера на юг, поскольку линии долготы сходятся к полюсам Земли.

Расстояние между двумя линиями долготы, называемыми меридианами, составляет около 111 км на экваторе (выполните команду geosphere :: distGeo (c (0, 0), c (1, 0)) , чтобы найти точное расстояние). Это сжимается до нуля на полюсах. На широте Лондона, например, меридианы находятся на расстоянии менее 70 км друг от друга (задача: выполнить код, который это проверяет). Линии широты, напротив, равноудалены друг от друга независимо от широты: они всегда находятся на расстоянии около 111 км друг от друга, в том числе на экваторе и около полюсов (см. Рисунки 6.С 1 по 6.3).

Не интерпретируйте предупреждение о географической ( долгота / широта) CRS как «CRS не следует устанавливать»: так должно быть почти всегда! Это лучше понимать как предложение перепроецировать данные на проектируемую CRS. Это предложение не всегда нужно учитывать: выполнение пространственных и геометрических операций в некоторых случаях мало или не имеет никакого значения (например, пространственное подмножество). Но для операций, связанных с расстояниями, таких как буферизация, единственный способ гарантировать хороший результат - это создать спроецированную копию данных и запустить операцию над ней.Это сделано в фрагменте кода ниже:

  london_proj = data.frame (x = 530000, y = 180000)%>%
  st_as_sf (координаты = 1: 2, crs = 27700)  

В результате получился новый объект, идентичный london , но спроецированный на подходящую CRS (британскую национальную сеть, в данном случае код EPSG 27700), имеющую единицы измерения. Мы можем проверить, что CRS изменилась, используя st_crs () следующим образом (часть вывода была заменена на ... ):

  st_crs (london_proj)
#> Система координат:
#> EPSG: 27700
#> proj4string: "+ proj = tmerc + lat_0 = 49 + lon_0 = -2 ... + units = m + no_defs"  

Примечательные компоненты этого описания CRS включают код EPSG ( EPSG: 27700 ), проекцию (поперечный Меркатор, + proj = tmerc ), начало координат ( + lat_0 = 49 + lon_0 = -2 ) и единицы измерения. ( + шт. = м). Тот факт, что единицами измерения CRS являются метры (а не градусы), говорит нам, что это спроектированный CRS: st_is_longlat (london_proj) теперь возвращает FALSE , а геометрические операции на london_proj будут работать без предупреждения, то есть буферы могут быть произведены из него с использованием соответствующих единиц расстояния.Как указывалось выше, перемещение на один градус означает перемещение немного больше чем на 111 км по экватору (если быть точным: 111 320 метров). Это используется как новое буферное расстояние:

  london_proj_buff = st_buffer (london_proj, 111320)  

Результат на Рисунке 6.1 (правая панель) показывает, что буферы, основанные на спроецированном CRS, не искажаются: каждая часть границы буфера равноудалена от Лондона.

РИСУНОК 6.1: Буферы вокруг Лондона с географическим (слева) и прогнозируемым (справа) CRS.Серый контур представляет береговую линию Великобритании.

Важность АСБ (в первую очередь, проектируемых или географических) была продемонстрирована на примере Лондона. В следующих разделах более подробно рассматривается, какой CRS использовать, а также детали перепроецирования векторных и растровых объектов.

Когда перепроектировать?

В предыдущем разделе было показано, как установить CRS вручную с помощью st_set_crs (london, 4326) . Однако в реальных приложениях CRS обычно устанавливаются автоматически при считывании данных.Основная задача, связанная с CRS, часто состоит в том, чтобы преобразовать объект из одной CRS в другую. Но когда следует преобразовывать данные? А в какую CRS? На эти вопросы нет однозначных ответов, и выбор CRS всегда требует компромиссов (Maling 1992). Однако в этом разделе приведены некоторые общие принципы, которые могут помочь вам принять решение.

Прежде всего стоит рассмотреть , когда преобразовывать . В некоторых случаях преобразование в спроектированный CRS необходимо, например, при использовании геометрических функций, таких как st_buffer () , как показано на рисунке 6.1 показал. И наоборот, для публикации данных в Интернете с помощью брошюры может потребоваться географическая CRS. Другой случай - когда два объекта с разными CRS должны быть сравнены или объединены, как показано, когда мы пытаемся найти расстояние между двумя объектами с разными CRS:

  st_distance (london_geo, london_proj)
#> Ошибка: st_crs (x) == st_crs (y) НЕ ИСТИНА  

Чтобы сделать объекты london и london_proj географически сопоставимыми, один из них должен быть преобразован в CRS другого.Но какую CRS использовать? Обычно ответом является «прогнозируемая CRS», которой в данном случае является Британская национальная сеть (EPSG: 27700):

  london2 = st_transform (london_geo, 27700)  

Теперь, когда преобразованная версия london создана с использованием функции sf st_transform () , можно определить расстояние между двумя представлениями Лондона. Может показаться неожиданным, что london и london2 находятся на расстоянии чуть более 2 км друг от друга!

  st_distance (london2, london_proj)
#> Единицы: [м]
#> [, 1]
#> [1,] 2018  

Какую CRS использовать?

Вопрос о , который CRS сложный, и редко есть «правильный» ответ: «Не существует универсальных проекций, все они связаны с искажением, когда они находятся далеко от центра указанного кадра» (Биванд, Пебесма и Гомес-Рубио, 2013).

Для географических CRS ответом часто является WGS84, не только для веб-картографии, но также потому, что наборы данных GPS и тысячи наборов растровых и векторных данных предоставляются в этой CRS по умолчанию. WGS84 - самая распространенная CRS в мире, поэтому стоит знать ее код EPSG: 4326. Это «магическое число» можно использовать для преобразования объектов с необычными проекциями CRS во что-то широко понятное.

Что насчет того, когда потребуется спроектированный CRS ? В некоторых случаях это не то, что мы вправе решать: «Часто выбор проекции делается государственным картографическим агентством» (Биванд, Пебесма и Гомес-Рубио, 2013).Это означает, что при работе с локальными источниками данных, вероятно, предпочтительнее работать с CRS, в которой данные были предоставлены, для обеспечения совместимости, даже если официальная CRS не самая точная. В примере с Лондоном ответить легко, потому что (а) Британская национальная сеть (с соответствующим кодом EPSG 27700) хорошо известна и (б) исходный набор данных ( london ) уже имел эту CRS.

В случаях, когда подходящая CRS не сразу становится ясной, выбор CRS должен зависеть от свойств, которые наиболее важно сохранить при последующих картах и ​​анализе.Все CRS либо равновеликие, равноудаленные, конформные (с неизменными формами), либо их комбинация является их компромиссом. Пользовательские CRS с локальными параметрами могут быть созданы для интересующей области, и несколько CRS могут использоваться в проектах, когда ни одна CRS не подходит для всех задач. «Геодезические расчеты» могут дать откат, если CRS не подходят (см. Proj.org/geodesic.html). Независимо от используемой прогнозируемой CRS, результаты могут быть неточными для геометрии, покрывающей сотни километров.

При выборе индивидуальной CRS мы рекомендуем следующее:

  • Азимутальная равновеликая проекция Ламберта (LAEA) для пользовательской локальной проекции (задайте lon_0 и lat_0 в центре исследуемой области), которая представляет собой проекцию равной площади во всех местах, но искажает формы за тысячи километров
  • Азимутальные эквидистантные проекции (AEQD) для особо точного расстояния по прямой между точкой и центральной точкой локальной проекции
  • Конформно-конические проекции Ламберта (LCC) для областей, охватывающих тысячи километров, с конусом, установленным для сохранения приемлемых свойств расстояния и площади между секущими линиями
  • Стереографические (STERE) проекции для полярных регионов, но с осторожностью, чтобы не полагаться на вычисления площади и расстояния в тысячах километров от центра

Обычно по умолчанию используется универсальная поперечная проекция Меркатора (UTM), набор CRS, которые делят Землю на 60 продольных клиньев и 20 широтных сегментов.Поперечная проекция Меркатора, используемая UTM CRS, является конформной, но искажает площади и расстояния с возрастающей серьезностью по мере удаления от центра зоны UTM. Поэтому документация из программного обеспечения ГИС Manifold предлагает ограничить продольную протяженность проектов, использующих зоны UTM, до 6 градусов от центрального меридиана (источник: Manifold.net).

Почти каждое место на Земле имеет код UTM, такой как «60H», который относится к северу Новой Зеландии, где был изобретен R. Коды UTM EPSG запускаются последовательно от 32601 до 32660 для местоположений в северном полушарии и от 32701 до 32760 для местоположений в южном полушарии.

Чтобы показать, как работает система, давайте создадим функцию lonlat2UTM () для вычисления кода EPSG, связанного с любой точкой на планете, следующим образом:

  lonlat2UTM = function (lonlat) {
  utm = (floor ((lonlat [1] + 180) / 6) %% 60) + 1
  if (lonlat [2]> 0) {
    utm + 32600
  } else {
    utm + 32700
  }
}  

Следующая команда использует эту функцию для определения зоны UTM и соответствующего кода EPSG для Окленда и Лондона:

  epsg_utm_auk = lonlat2UTM (c (174.7, -36,9))
epsg_utm_lnd = lonlat2UTM (st_coordinates (Лондон))
st_crs (epsg_utm_auk) $ proj4string
#> [1] "+ proj = utm + zone = 60 + юг + датум = WGS84 + units = m + no_defs"
st_crs (epsg_utm_lnd) $ proj4string
#> [1] "+ proj = utm + zone = 30 + datum = WGS84 + units = m + no_defs"  

Карты зон UTM, например, предоставленные dmap.co.uk, подтверждают, что Лондон находится в зоне UTM 30U.

Другой подход к автоматическому выбору проекции CRS для локального набора данных - создание азимутальной эквидистантной проекции (AEQD) для центральной точки области исследования.Это включает в себя создание настраиваемой CRS (без кода EPSG) с единицами измерения, основанными на центральной точке набора данных. Этот подход следует использовать с осторожностью: никакие другие наборы данных не будут совместимы с созданной настраиваемой CRS, и результаты могут быть неточными при использовании в обширных наборах данных, охватывающих сотни километров.

Принципы, изложенные в этом разделе, в равной степени применимы к наборам векторных и растровых данных. Однако некоторые особенности преобразования CRS уникальны для каждой географической модели данных.Мы рассмотрим особенности преобразования векторных данных в Разделе 6.4, а особенности преобразования растра в Разделе 6.6.

Повторное проецирование векторной геометрии

В главе 2 показано, как векторная геометрия состоит из точек и как точки образуют основу для более сложных объектов, таких как линии и многоугольники. Таким образом, перепроецирование векторов состоит из преобразования координат этих точек. Это иллюстрируется cycle_hire_osm , объектом sf из spData , который представляет пункты проката велосипедов по всему Лондону.В предыдущем разделе показано, как можно запросить CRS векторных данных с помощью st_crs () . Хотя выходные данные этой функции печатаются как единое целое, на самом деле результатом является именованный список класса crs с именами proj4string (который содержит полную информацию о CRS) и epsg для его кода. Это показано ниже:

  crs_lnd = st_crs (cycle_hire_osm)
класс (crs_lnd)
#> [1] "crs"
crs_lnd $ epsg
#> [1] 4326  

Эта двойственность объектов CRS означает, что они могут быть установлены либо с помощью кода EPSG, либо с помощью proj4string .Это означает, что st_crs ("+ proj = longlat + datum = WGS84 + no_defs") эквивалентно st_crs (4326) , хотя не все proj4string имеют связанный код EPSG. Оба элемента CRS изменяются путем преобразования объекта в проектируемую CRS:

  cycle_hire_osm_projected = st_transform (cycle_hire_osm, 27700)  

Полученный объект имеет новую CRS с кодом EPSG 27700. Но как узнать больше об этом коде EPSG или любом другом коде? Один из вариантов - поискать его в Интернете.Другой вариант - использовать функцию из пакета rgdal , чтобы найти имя CRS:

  crs_codes = rgdal :: make_EPSG () [1: 2]
dplyr :: filter (crs_codes, код == 27700)
#> примечание кода
#> 1 27700 OSGB 1936 / Британская национальная сеть  

Результат показывает, что код EPSG 27700 представляет Британскую национальную сеть, результат, который можно было найти, выполнив поиск в Интернете по запросу «EPSG 27700». Но как насчет элемента proj4string ? proj4string s - текстовые строки, описывающие CRS.Их можно рассматривать как формулы для преобразования проецируемой точки в точку на поверхности Земли, и к ним можно получить доступ из объектов crs следующим образом (см. Proj.org/ для получения дополнительных сведений о том, что означает результат):

  st_crs (27700) $ proj4string
#> [1] "+ proj = tmerc + lat_0 = 49 + lon_0 = -2 + k = 0.9996012717 + x_0 = 400000 ...  

При печати пространственного объекта в консоли автоматически возвращается его система координат. Для доступа к нему и его явного изменения используйте функцию st_crs , например, st_crs (cycle_hire_osm) .

Изменение картографических проекций

Установленные CRS, захваченные кодами EPSG, хорошо подходят для многих приложений. Однако в некоторых случаях желательно создать новую CRS, используя настраиваемую строку proj4string . Эта система позволяет создавать очень широкий спектр проекций, как мы увидим в некоторых пользовательских проекциях карты в этом разделе.

Был разработан длинный и постоянно растущий список прогнозов, многие из которых могут быть установлены с помощью элемента + proj = из proj4string s.

При картировании мира с сохранением взаимосвязей между областями хорошим выбором будет проекция Моллвейде (Jenny et al., 2017) (рис. 6.2). Чтобы использовать эту проекцию, нам нужно указать ее с помощью элемента proj4string , "+ proj = moll" , в функции st_transform :

  world_mollweide = st_transform (world, crs = "+ proj = moll")  

РИСУНОК 6.2: Проекция мира по Мольвейде.

С другой стороны, при картировании мира часто желательно иметь как можно меньше искажений для всех пространственных свойств (площади, направления, расстояния).Одной из наиболее популярных проекций для достижения этой цели является тройная проекция Винкеля (рис. 6.3). st_transform_proj () из пакета lwgeom позволяет преобразовывать координаты в широкий спектр CRS, включая тройную проекцию Винкеля:

  world_wintri = lwgeom :: st_transform_proj (world, crs = "+ proj = wintri")  

РИСУНОК 6.3: Трипел-проекция мира Винкеля.

Три основные функции для преобразования координат простых объектов: sf :: st_transform () , sf :: sf_project () и lwgeom :: st_transform_proj () .Функция st_transform использует интерфейс GDAL для PROJ, в то время как sf_project () (который работает с двухколоночными числовыми матрицами, представляющими точки) и lwgeom :: st_transform_proj () напрямую используют PROJ API. Первый подходит для большинства ситуаций и предоставляет набор наиболее часто используемых параметров и четко определенных преобразований. Следующий позволяет более детально настраивать проекцию, включая случаи, когда некоторые параметры PROJ (например,g., + более ) или проекция ( + proj = wintri ) недоступна в st_transform () .

Более того, параметры PROJ могут быть изменены в большинстве определений CRS. Приведенный ниже код преобразует координаты в азимутальную равновеликую проекцию Ламберта с центром на долготе и широте 0 (рисунок 6.4).

  world_laea1 = st_transform (мир,
                           crs = "+ proj = laea + x_0 = 0 + y_0 = 0 + lon_0 = 0 + lat_0 = 0")  

РИСУНОК 6.4: Азимутальная равновеликая проекция Ламберта с центром на долготе и широте 0.

Мы можем изменить параметры PROJ, например, центр проекции, используя параметры + lon_0 и + lat_0 . В приведенном ниже коде показана карта с центром в Нью-Йорке (рис. 6.5).

  world_laea2 = st_transform (мир,
                           crs = "+ proj = laea + x_0 = 0 + y_0 = 0 + lon_0 = -74 + lat_0 = 40")  

РИСУНОК 6.5: Азимутальная равновеликая проекция мира Ламберта с центром в Нью-Йорке.

Более подробную информацию о модификациях CRS можно найти в документации Использование PROJ.

Повторное проецирование растровой геометрии

Концепции проекции, описанные в предыдущем разделе, в равной степени применимы к растрам. Однако есть важные различия в перепроецировании векторов и растров: преобразование векторного объекта включает изменение координат каждой вершины, но это не относится к растровым данным. Растры состоят из прямоугольных ячеек одинакового размера (выраженного в единицах карты, таких как градусы или метры), поэтому невозможно преобразовать координаты пикселей по отдельности.Перепроецирование растра включает создание нового растрового объекта, часто с другим количеством столбцов и строк, чем в исходном. Впоследствии атрибуты должны быть повторно оценены, что позволит «заполнить» новые пиксели соответствующими значениями. Другими словами, перепроецирование растра можно рассматривать как две отдельные пространственные операции: векторное перепроецирование центроидов ячеек на другой CRS (раздел 6.4) и вычисление новых значений пикселей посредством передискретизации (раздел 5.3.3). Таким образом, в большинстве случаев, когда используются как растровые, так и векторные данные, лучше избегать перепроецирования растров и перепроецировать векторы.

Процесс перепроецирования растра выполняется с помощью projectRaster () из пакета raster . Как и функция st_transform () , продемонстрированная в предыдущем разделе, projectRaster () принимает географический объект (в данном случае набор растровых данных) и аргумент crs . Однако projectRaster () принимает только длинные proj4string определения CRS, а не краткие коды EPSG.

Можно использовать код EPSG в определении proj4string с "+ init = epsg: MY_NUMBER" .Например, можно использовать определение "+ init = epsg: 4326" , чтобы установить для CRS значение WGS84 (код EPSG 4326). Библиотека PROJ автоматически добавляет остальные параметры и преобразует их в "+ init = epsg: 4326 + proj = longlat + datum = WGS84 + no_defs + ellps = WGS84 + towgs84 = 0,0,0" .

Давайте рассмотрим два примера преобразования растра: с использованием категориальных и непрерывных данных. Данные о земном покрове обычно представлены категориальными картами. Файл nlcd2011.tif предоставляет информацию о небольшой территории в штате Юта, США, полученную из Национальной базы данных о земном покрове 2011 года в зоне NAD83 / UTM 12N CRS.

  cat_raster = raster (system.file ("raster / nlcd2011.tif", package = "spDataLarge"))
#> Предупреждение в showSRID (uprojargs, format = "PROJ", multiline = "NO", seek_proj =
#> seek_proj): отклоненные данные Неизвестно на основе эллипсоида GRS80 в определении CRS
crs (cat_raster)
#> Аргументы CRS:
#> + proj = utm + zone = 12 + ellps = GRS80 + units = m + no_defs  

В этом регионе было выделено 14 классов земного покрова (полный список классов земельного покрова NLCD2011 можно найти на сайте mrlc.gov):

  уникальный (cat_raster)
#> [1] 11 21 22 23 31 41 42 43 52 71 81 82 90 95  

При перепроецировании категориальных растров оценочные значения должны совпадать с исходными. Это можно сделать с помощью метода ближайшего соседа ( ngb ). Этот метод устанавливает каждое новое значение ячейки равным значению ближайшей ячейки (центра) входного растра. Примером может служить перепроецирование cat_raster в WGS84, географическую CRS, хорошо подходящую для веб-картографии.Первый шаг - получить определение PROJ для этой CRS, что можно сделать с помощью веб-страницы http://spatialreference.org. Последний шаг - перепроецировать растр с помощью функции projectRaster () , которая в случае категориальных данных использует метод ближайшего соседа ( ngb ):

  wgs84 = "+ proj = longlat + ellps = WGS84 + datum = WGS84 + no_defs"
cat_raster_wgs84 = projectRaster (cat_raster, crs = wgs84, method = "ngb")  

Многие свойства нового объекта отличаются от предыдущего, включая количество столбцов и строк (и, следовательно, количество ячеек), разрешение (преобразованное из метров в градусы) и протяженность, как показано в таблице 6.1 (обратите внимание, что количество категорий увеличилось с 14 до 15 из-за добавления значений NA , а не потому, что была создана новая категория - классы земного покрова сохранены).

ТАБЛИЦА 6.1: Ключевые атрибуты в исходном («cat_raster») и прогнозируемом («cat_raster_wgs84») категориальных наборах растровых данных.
NAD83 1359 1073 1458207 31,5275 14
WGS84 1394 1111 1548734 0.0003 15

Повторное проецирование числовых растров (с числовыми значениями или в данном случае целыми числами ) выполняется почти идентичной процедурой. Это продемонстрировано ниже с srtm.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *