Моделі, методи та засоби формування динамічних сценаріїв у навігаційних геоінформаційних системах реального часу (стр. 4 )

де P1, Р2, Р3, Р4, Р5 – програмні пакети, представлені на рис 3.1 або їх аналоги за функціональним призначенням;

– операція суперпозицій програм.

Тоді операція суперпозицій програмних засобів описується функцією:

. (6)

А це означає, що кожен етап обробки даних аерофотознімання є джерелом вхідних даних для наступного. Розіб’ємо їх на модулі.

Перший модуль призначено для отримання точної траєкторії камери 3-DAS-1, інформації про зміну кутів її орієнтації у просторі, а також часових відміток для синхронізації отриманого зображення з навігаційними даними. На цьому етапі пропонуємо використати ППП POSPac фірми Applanix (Канада), за допомогою якої здійснюється обробка польотних даних. Як вхідні дані подаються.

1. "Сирі" навігаційні дані гіроплатформи POS AV (дані бортового GPS-приймача, дані інерційного вимірювального пристрою IMU (Inertial measurement unit, а також додаткова службова інформація).

2. "Сирі" дані наземної базової GPS-станції, її точні координати та висота прийомної антени.

Вихідними даними цього модулю є файл з даними розрахунку точної траєкторії польоту та кутів просторової орієнтації камери і файл з відмітками часової синхронізації, які використовуються для подальшої обробки.

Другий модуль обробки даних аерофотозйомки – це зв’язування навігаційних даних з зображенням, яке отримане з камери 3-DAS та попередньо проведене через програму DASControl. Для цього дані передаються у третій модуль, де за допомогою програми POSExtract навігаційні дані присвоюють кожній окремій смузі сканованого зображення місцевості. При цьому застосовується файл часових відміток, що містить GPS-час експозиції опорних ліній зображення. Шляхом інтерполяції POSExtract знаходить координати позиції та орієнтацію для кожної лінії і записує їх у файли strip. att.

У модулі 4 виконується радіометрична корекція зображення, отриманого за допомогою цифрового аеросканера 3-DAS-1. Під корекцією мається на увазі вибір оптимальних значень гами, контрасту, яскравості тощо. Для цього використовується програма DASRadiometry, яка, опираючись на статистичні дані, пропонує відповідні значення цих параметрів. При цьому "сире" зображення завжди залишається у незмінному виді, корекція застосовується лише перед виведенням зображення на екран. Це пов’язано з тим, що для сучасних засобів оброблення дистанційних даних характерним є намагання зберігати не результати оброблення, а вихідні дані та алгоритми, що за потреби дозволяє швидко відтворити новий необхідний результат.

Отримані в попередніх модулях проміжні дані, безпосередньо незкореговане зображення та калібровочні дані, що використовуються в наступному модулі – ректифікації за допомогою програми DASRectify. Cтворене таким чином геоприв’язане зображення слугує основою для побудови векторної карти у програмному середовищі Digitals.

Також представлено метод та алгоритм створення електронної карти конкретної ділянки місцевості, що включає такі основні етапи як формування тематичних шарів, присвоєння їм семантики, процес контролю якості цифрової інформації та можливість її виправлення в автоматичному, інтерактивному й ручному режимах із протоколюванням результатів виконання операцій контролю.

В четвертому розділі пропонуються програмні засоби формування динамічних сценаріїв, що реалізують запропоновані у попередніх розділах моделі і методи. Пропонується методика побудови бази символьних даних згідно сфер поділу навколоземного простору, а також структурна схема запропонованої інформаційної технології формування динамічних сценаріїв у навігаційній ГІС РЧ.

Основна ідея методики побудови бази символьних даних (БСД) полягає у наступному: кожне зображення складного символу зберігається в окремих файлах, які впорядковані за зростанням кута повороту з кроком φ0 для кожного типу символу об'єкта, і містяться в окремому адресному просторі. При виконанні повороту визначається номер файлу для відповідного типу символу об'єкта, який зберігає зображення потрібного символу, повернутого на необхідний кут φ. Нехай К – код зображення символу (порядковий номер файлу, в якому зберігається необхідне зображення). Якщо φ – відомий кут повороту, на який необхідно повернути символу об'єкта, тоді К визначається таким чином: К = 360°/φ+1.

(7)

При одночасному повороті і лінійному переміщенні символу обчислюються нові координати в екранній системі координат за формулами (7), а потім у точку з цими новими координатами виводиться вже повернуте вибране з БСД зображення складного символу.

Програмні засоби формування динамічних сценаріїв пропонується здійснювати у двох варіантах. Для пакету прикладних програм, який забезпечує формування динамічних сценаріїв у навігаційній ГІС РЧ програмна реалізація проводилась у середовищі візуального програмування Delphi на мові Object Pascal. При цьому у випадку подання символів у растровому вигляді (вони задаються матрицями пікселів різної розмірності, від 8х8 до 64х64), а у випадку їх представлення у векторному форматі – будуються з графічних примітивів (точок, ліній та дуг) за алгоритмами несиметричного цифрового диференціального аналізатора і Брезенхема. При запуску системи відображення на екран виводиться статична складова у вигляді карти поля у заданому масштабі. Інтерфейс запропонованого динамічного сценарію представляє собою вікно, в якому виводиться електронна карта ділянки місцевості та символ рухомого об’єкта. Опції інтерфейсу програми представлення динамічного сценарію дозволяють переглядати ділянку карти, яка перекривається зображенням символу.

Рис. 3. Структурна схема інформаційної технології формування динамічних сценаріїв у навігаційній ГІС РЧ із зазначенням напрямків потоків даних

Другий варіант пакету прикладних програм реалізовано на Web-мові програмування HTML 5 з підтримкою даних каскадної таблиці стилів CSS 3. Завдяки застосуванню Web-середовища, задіяно новітні інструменти для

побудови зорових сцен у вікні браузера. При цьому задача зберігання та обробки даних відбувається цілком на стороні клієнта незалежно від доступу до Web-сервера.

Для моделювання роботи навігаційної ГІС РЧ у частині формування динамічних сценаріїв виділено основні складові програмно-технічної системи та напрямки обміну інформацією в ній (рис. 3). Як видно з рисунку вхідні потоки потоків даних невпорядкованих даних системи являють собою навігаційні дані спостереження за рухомими об’єктами, дані топографічного знімання місцевості та семантична інформація з предметної області. Відмітимо, що інформаційна технологія формування динамічних сценаріїв розділена на два блоки, які виконують обробку та формування відповідно статичної та динамічної складових динамічної сцени.

Перший блок призначено для формування статичної складової (картографічного фону), він включає запропоновану модель взаємодії програмних засобів для обробки даних аерофотознімання та технологію їх інтеграції, що дозволило отримати ортофотоплан. Цей блок включає також алгоритм створення тематичних карт.

Другий блок включає методи побудови динамічних сцен, які, у свою чергу, включають метод створення бази символьних даних, методи присвоєння перших екранних координат символу об’єкта та методи відображення лінійного і обертального руху символів.

Задачами другого блоку є обробка динамічної інформації, яка характеризує стан рухомих об’єктів та параметри середовища, в якому вони знаходяться, а також обробку вихідних даних, прогнозування, перетворення просторових координат рухомого об’єкта на екранні.

Для оцінки отриманих результатів проведено порівняння якісно-кількісних характеристик програми формування динамічних сценаріїв для трьох типів базування з відомими прототипами, представленими та описаними у першому розділі та додатках роботи.

Підбиваючи підсумки варто відмітити, що основною перевагами запропонованої інформаційної технології формування динамічних сценаріїв у навігаційній ГІС РЧ є, крім високих показників, можливість доробки та модифікації запропонованих програм для систем будь-якої предметної області.

Запропоновані моделі та алгоритми створення тематичних електронних карт дають можливість наповнити БКД будь-якою семантикою, продиктованою технічним завданням, а моделювання та класифікація концептів предметної області із застосуванням онтологічного підходу дає змогу вперше побудувати динамічний сценарій зі змінним набором картографічного фону із 5 тематичних карт для трьох типів базування (космос, повітря, земля).

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі розв’язана актуальна науково-прикладна задача формування динамічних сценаріїв у навігаційних геоінформаційних системах реального часу з метою підвищення адекватності відображення та сприйняття поточної обстановки в районі руху об’єктів космічного, повітряного і наземного базування. При вирішенні цієї задачі отримано такі основні наукові та практичні результати:

1. Вперше запропоновано модель взаємодії прикладних програм обробки даних аерофотознімання та технологію їх інтеграції, які включають блок обробки навігаційних даних та блок корекції сканованого зображення місцевості, що працюють паралельно та дозволяють створити ортофотоплан заданої ділянки місцевості без втрати якості та зі значною економією часу, що, у цілому, дозволяє будувати крупномасштабні карти будь-якого тематичного змісту.

2. Вперше представлено модель бази картографічних даних, сутність якої є диференціація зв’язків картографічних об’єктів (концептів) з виділенням тематичної, графічної і просторової множин на основі єдності їх концептуалізації та інтерпретації в електронну карту у вигляді одного файлу (в прототипах 5 і більше).

3. Удосконалено технологію відображення символів рухомих об’єктів за рахунок створення бази символьних даних зі складною атрибутикою для наземних агрегатів, космічних і повітряних об’єктів у залежності від їх типу, структури та функціонального призначення, набув подальшого розвитку метод відображення переміщень символів рухомих об’єктів на картографічному фоні з частотою відновлення динамічної сцени 50 разів у секунду, що забезпечує плавність відображення та, в свою чергу, більш адекватне сприйняття динамічної ситуації людиною-оператором.