Векторная карта что это такое

В своей предыдущей статье «Выбор GPS навигатора, так ли всё просто как кажется?» я часто повторял, что одним из основополагающих факторах при выборе GPS навигатора являются GPS КАРТЫ. Давайте сегодня поговорим об этом более подробно. Какие же всё таки бывают типы и форматы карт? В чём их принципиальное отличие друг от друга?

Не секрет что сейчас выбор GPS оборудования, мягко говоря, большой. GPS приёмники преследуют нас повсюду. Кроме персональных и автомобильных навигаторов, приёмниками оснащают сотовые телефоны, КПК, ПК, коммуникаторы, фото и видео камеры и т.п. Разумно предположить, что при таком богатстве оборудования будет иметь место достаточно широкий список программного обеспечения. При работе с ПК, имея большое количество разного софта, у нас на жёстком диске размножаются сотни тысяч файлов разного типа и расширений. Та же история с GPS софтом и картами. Дабы отделить мух от котлет, давайте попробуем разобраться что к чему. По факту нам нужно разобраться с принципом, а в подробности вдадутся те, кому это действительно нужно (самостоятельно).

Для начала поделим карты на несколько типов. На вскидку получается: векторные, топографические, ну и пожалуй ещё спутниковые.

1. Векторные GPS карты.

Векторные карты — это ни что иное, как набор математических формул, на основе которых программа формирует на экране изображение местности понятное человеку. Кто работал например с Corel Draw хорошо меня поймут. Если нарисовать жёлтый кружок диаметром 1 см. в Corel Draw и такой же в Photoshop, то для человеческого восприятия это одно и то же, а по сути кружки совсем разные. В первом случае кружок — это формула, описывающая форму объекта, его размеры и цвет, а во втором это множество точек заданного цвета. Из — за этой особенности векторные карты мы можем легко масштабировать, не теряя качества. Так же, все названия и объекты в векторной карте изначально хранятся отдельно, посему нам становится доступна такая возможность как поиск по ним.

Пример векторной карты

2. Топографические GPS карты.

Топографические карты — это, по сути, отображение земной поверхности созданное на основе единых правил и стандартов. Кто и как рисует топографические карты, в контексте данной статьи фактор мало волнующий. Нас больше заботит вопрос, как эти карты втолкать в навигатор? Как сказал Высоцкий «а ответ безумно прост и ответ единственный». Берём топографическую карту в бумажном виде и переводим в цифру путём сканирования. Чтобы мы имели возможность видеть себя на карте, отсканированное изображение нужно откалибровать или привязать к координатам. Как привязываются карты, я вполне возможно расскажу в одной из следующих статей, сейчас нам это не сильно важно. Прелесть топографических карт в том, что они гораздо информативнее векторных. При навигации по городу, когда нужно добраться от одного дома до другого, информация о рельефе местности будет не сильно важна, а вот при поездках, скажем на рыбалку, картина становится диаметрально противоположной.

Пример топографической карты

3. Спутниковые GPS карты.

Спутниковые карты — это фотографии участков земного шара из космоса. Данные карты зачастую достаточно подробны и несомненно очень красивы. Как и топографические карты, мы их так же калибруем и загружаем в навигатор. В интернете есть онлайн сервисы, благодаря которым мы можем работать со спутниковыми картами, например Google Maps или Яндекс Карты. Опять же нам ни кто не запрещал сохранять карты с этих сервисов и использовать для навигации. Так же, думаю, не составит труда найти спутниковые снимки других источников.

Пример спутниковой карты

С типами карт немного разобрались, теперь давайте поговорим о форматах. По формату, карты делятся на: растровые и векторные.

1. Растровые карты.

Растровая карта — это не что иное как рисунок. Обычный рисунок, с которым могут работать редакторы растровой графики, такие как Photoshop или Gimp, а так же разные просмотрщики изображений вроде AcDsee и ещё нанадцать десятков еже с ним. В чём плюсы растровых карт? Если говорить о топографических картах, то мы получаем большую информативность. Получить растровую карту мы можем путём сканирования любого бумажного источника, будь то топо карта, атлас, рекламный буклет, карта с упаковки от печенья или план огорода который мы изобразили во времена жесточайшей депрессии. Отсканировав картинку, привязываем её к координатам и получаем рабочий инструмент. Большой выбор карт — это несомненно огромный плюс. К минусам же растровых карт можно отнести большой размер, отсутствие автопрокладки маршрута и в основном поиска по названиям и объектам. Спутниковые карты, как фотографии, само собой относятся к растровым. Сомой популярной, на мой взгляд навигационной программной для работы с растровыми картами на ПК является OziExplorer, на КПК OziCE, ну и SmartComGPS для телефонов.

2. Векторные карты.

Векторные карты — это как я уже писал выше, набор формул. Все объекты карты, которые мы видим на экране навигатора, построены программой на основе математических формул. Отредактировать или создать векторную карту так же легко, как и растровую не получится. Некоторые разработчики навигационного ПО, конечно же, предоставляют нам эту возможность, например Navitel или ГИС Русса. В то же время разработчики TomTom или IGO об этом совсем не заботятся. Относительно ограниченный выбор карт — это, конечно же, несомненный минус. Однако нельзя не упомянуть и про плюсы векторных карт. К таковым относится малый размер, масштабирования без потери качества (в отличии от растровой карты), автопрокладка маршрута и поиск по названиям и объектам.

Заключение:

Как видите у каждого типа и формата GPS карт есть свои достоинства и недостатки. Что то выигрывает в одном, что то в другом. Что, из всего перечисленного, для вас более значимо и какими картами пользоваться, решать, конечно же, только вам. Надеюсь что данная статья дала вам пищу для размышления и как следствие не была пустой тратой моего времени.

Читайте также:  Знаки препинания распечатать на а4

Erelen Laiquendi

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

  • минимальная нагрузка на процессор пользовательского устройства
  • простота разработки софта для пользовательского устройства
  • более-менее стандартизованное между разными сервисами тайловое представление
  • многократно меньший объём.
  • возможность менять стиль карты / отображаемые элементы прямо на пользовательском устройстве.

Недостатки — строго наоборот:

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

  • 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.

  • 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).
  • 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.
Читайте также:  Светодиоды для подсветки телевизора

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.

Цифровая картографическая информация

Электронная карта – это карта, существующая в виде компьютерного файла. Специальное программное обеспечение может отображать информацию из этого файла на экране дисплея, печатать на принтере, прокладывать маршруты движения и многое другое. Возможности манипулирования с электронной картой зависят не только от "продвинутости" программного обеспечения, но и от вида электронных карт, которые бывают растровыми и векторными.

Растровая карта представляет собой цифровое изображение, получаемое путем сканирования обычной бумажной карты. Так же как и цифровая фотография, она является копией оригинала с точностью до элемента (пиксела) сканирования. Если учесть, что бумажная карта выполняется с точность нанесения объектов не выше 0,1 – 0,2мм, то сканирование с разрешением около 500dpi (при этом размер пиксела составляет примерно 0,1мм) обеспечивает сохранение в растровой карте всех деталей исходной бумажной карты.

Растровая карта имеет две особенности. Первая заключается в том, что, как правило, получаемый после сканирования файл имеет большой объем. Действительно, если отсканировать в полноцветном режиме карту размером 50х50см с разрешением 508dpi, то получившийся файл будет иметь размер 5000х5000х3 = 75Мб.

Вторая особенность заключается в том, что программное обеспечение практически нечего, кроме отображения, делать с растровой картой не умеет. По растровой карте компьютер не может выполнять такие расчеты как: определение оптимального маршрута движения, расчет профиля земной поверхности и т.п. Более того, ввиду больших объемов, отображение растровых карт на маломощных компьютерах происходит достаточно медленно.

Перечисленные особенности, являющиеся недостатками растровых карт, существенно ограничивают их применение, однако, в некоторых случаях, их использование бывает оправдано, ввиду низких затрат на их производство. Если в наличии имеются бумажные карты, сделать из них электронные растровые карты достаточно легко и быстро путем сканирования и последующего несложного процесса «привязки» растрового изображения карты к той или иной системе координат.

Растровая карта местности представляет собой набор множества отдельных разноцветных точек (пикселей), расположенных в определенном порядке. Растровое изображение может быть сохранено в компьютере или на дисках различных форматах, то есть в виде файлов с различными расширениями. Основные растровые форматы, с которыми работают практически все графические программы: *.bmp, *.gif, *.jpg, *.tif, *.tiff, *.drg, *.png. Однако в поставляемом программном обеспечении готовых карт, кроме карты мира, как правило, нет. Необходимые для работы карты пользователь может отсканировать, найти в Интернете или приобрести на дисках.

На растровой карте невозможна относительная динамическая навигация ( прокладка , пеленг и т.д. ) . При абсолютных методах из-за отсутствия информации по истинным местам геодезических объектов . Например , Норвежская Гидрографическая Служба заявила , что электронные карты по их берегам можно будет сделать после исследований , которые при условии финансирования займут десять лет . Кроме того очевиден другой существенный недостаток растровых карт . Это всего лишь картинка . Невозможно изменить масштаб , разгрузить карту , убрав некоторые слои , просмотреть информацию об объектах , обеспечить сигнализацию о пересечении или приближении к различным зонам и районам , включая зоны опасностей , опасных глубин , районов , закрытых для плавания и так далее . Это означает , что теряется смысл всей идеи динамической электронной картографии , где в автоматическом режиме осуществляется предупреждение об опасностях .

растр вектор

Основным достоинством растровой карты местности является то, что карта в электронный вид может быть переведена обычным сканированием с бумажного оригинала любого масштаба. При помощи компьютерной программы растровые карты местности можно масштабировать, детального посматривать карты большого размера, вручную корректировать объекты на карте, добавлять графическую и текстовую информацию.

Однако компьютер не распознает отдельные объекты в растровом изображении: реки, леса, дороги, строения воспринимаются программой как единый упорядоченный набор цветных точек и при увеличении масштаба четкость изображения ухудшается. Пожалуй, это самый главный недостаток растровых карт местности.

Если предполагается использовать GPS приемник, то изображение карты необходимо откалибровать, то есть установить определенное соответствие между координатами реальной земной поверхности, имеющей определенный изгиб и проекцией этой поверхности на плоской карте. Самая простейшая калибровка делается при помощи двух точек на противоположных сторонах изображения. Таким образом, географическая широта и долгота объекта связываются с точками (пикселями) и отображаются на электронной карте.

Количество калибровочных точек может быть увеличено, если карта имеет значительные размеры или какие-либо неточности, например сдвиги при сканировании или смещение оригинала карты относительно северного направления.

Координаты точек калибровки могут быть вычислены двумя способами: определением GPS координат непосредственно на местности или при помощи координатной сетки на оригинале бумажной карты.

На данный момент навигационная программа OziExplorer, включая модификацию OziCE дл КПК, практически не имеет конкурентов для работы с растровыми электронными картами.

Векторная карта по своему внутреннему содержимому не имеет ничего общего с растровой. Она представляет собой базу данных, в которой хранится информация об объектах карты. Эта информация состоит их двух видов: геометрическое и атрибутивное описание объектов. Атрибутивное описание включает в себя такие, например, данные, как высота дерева, ширина дороги, скорость течения реки, название населенного пункта и т.п. Геометрическое описание определяет контура объектов (в общем случае криволинейные), представляя их, как правило, ломаными прямыми, которые с допустимой погрешностью аппроксимируют исходные кривые контура.

Читайте также:  Pocophone f1 4pda обсуждение

Стандарт DX-90 устанавливает формат передачи данных , структуру самих данных и профили применения данных . Этот стандарт манипулирует особым типом данных , называемым объектами . Под объектом здесь подразумевается представленное в цифровом виде , описание сущности некоторой картографической единицы . Объект описывается своими характеристиками (attributes) , своей геометрией и связями с другими объектами .

Абсолютное большинство электронных карт отображают данные в одной из двух концепций :

ECS ( ELECTRONIC CHART SYSTEM ) – концепция отображения , когда электронная карта не является полным эквивалентом бумажной карты . В этом случае электронная карта является дополнительным источником информации , а основной картой считается бумажная

ECDIS ( ELECTRONIC CHART DISPLAY AND INFORMATION SYSTEM ) – в этой концепции электронная карта полностью соответствует требованиям СОЛАС-74 , то есть является эквивалентом бумажной карты .

Стандарт ECDIS разработан таким образом , чтобы быть полностью совместимым со стандартом DX-90 , то есть карты , отвечающие требованиям ECDIS , обязательно должны или быть составлены в формате DX-90 или иметь средства эквивалентного преобразования данных из формата DX-90 в свой внутренний формат .

Векторная карта базируется на 3 основах:

– формате представления информации;

– правилах цифрового описания объектов.

Формат определяет внутреннее устройство векторной карты. От него зависят такие характеристики, как объем файла векторной карты и время доступа к требуемому объекту. Производители программного обеспечения создают все новые и новые форматы, которые позволяют оптимизировать те или иные функции, поэтому в настоящее время существует несколько десятков форматов векторных карт. Единого стандарта в настоящее время нет.

Классификатор информации представляет собой электронный структурированный список всех объектов, которые могут встретиться на карте, и всех атрибутов, которые могут содержать объекты. Классификаторы "рождаются" в организациях, которые производят векторные карты, и далее сопровождают эти карты при их использовании. Это необходимо ввиду того, что, как правило, в базе данных векторной карты хранятся цифровые записи типа: 31410000, 2, 15, 1.5 , что означает: 31410000 – объект "река", 2 – тип объекта – линейный, 15 – глубина – 15м, 1.5 – скорость течения – 1.5 м/с. Все вышеописанные расшифровки хранятся в классификаторе, поэтому без него векторная карта – бессмысленный набор цифр.

Правила цифрового описания определяют процесс создания геометрического образа объекта векторной карты. Например, объект "мост" может быть описан координатами центра моста и вектора, определяющего направление моста. Может быть и другое описание: координатами двух концов моста. Поэтому правила цифрового описания призваны установить единообразное описание однотипных объектов карты. Правила, так же как и классификатор, должны сопровождать саму векторную карту, ведь для того чтобы правильно нарисовать мост на экране, необходимо знать, по каким правилам он был создан.

Следует отметить, что производители векторных карт зачастую создают свои собственные форматы, классификаторы, и правила цифрового описания, поэтому векторные карты различных источников несовместимы между собой.

Основной недостаток векторных карт – существенные затраты на производство. Так например, для создания 1 листа векторной топографической карты масштаба 1:200 000 требуется примерно 2 – 4 человеко-недель.

Однако неоспоримое преимущество векторных карт – возможность автоматической обработки ее компьютером, объясняет все большее и большее их распространение во всевозможных компьютерных приложениях, в том числе и для навигационных целей в авиации.

Карта местности в векторном виде, представляет собой хранилище изображений (базу данных) объектов (дороги, строения, лес, водоемы и др.) с описанием этих объектов в виде математических формул и алгоритмов, определяющих геометрическую форму, размер, цвет, местоположение объекта. Таким образом, компьютерная программа различает и опознает каждый объект индивидуально. Основное отличие векторной карты местности от растровой состоит в том, что в программе хранится не само изображение объекта, а информация, на основе которой объект создается непосредственно в процессе визуализации на экране компьютера.

После определения GPS координат приемника появляется его изображение на векторной карте. Экран приемника или компьютера отображает объекты, которые находятся рядом с приемником. Количество отображаемых объектов определяется выбранным масштабом. При перемещении приемника, соответственно картинка меняется: навигационная программа, анализируя новые координаты приемника, генерирует новое изображение на экране в соответствии с выбранным масштабом и настройками приемника.

Каждое перемещение по векторной карте означает перерисовку всех видимых объектов. Поэтому для ускорения работы с векторной картой объект в зависимости от выбранного масштаба может быть отображен подробно, схематически или скрыт.

Навигационная программа позволяет настраивать степень подробности отображения объектов и подписей на карте в зависимости от масштаба.

Подписи к объектам также находятся в базе данных и при необходимости оперативно генерируются на экране вместе с другими объектами векторной карты. Отдельные программы дают возможность управления цветом, шрифтом и расположением надписей. При увеличении масштаба программа следит за тем, чтобы надписи по возможности не перекрывались.

Форматы векторных карт, в отличие от форматов растровых карт, единого стандарта не имеют. Есть ряд форматов векторных карт, совместимых с большим количеством графических программ для работы с векторными изображениями. Некоторые же векторные форматы могут быть использованы только для какой-то определенной программы.

Российские разработчики навигационных программ, в частности компании «Гис-русса» и «Навитель» поставляют программное обеспечение с возможностью самостоятельной разработки карты той или иной местности.

Однако другие компании, среди которых «iGo», «TomTom» «Destinator», «Автоспутник», работающие с картографическими данными известных поставщиков «TeleAtlas» и «NavTech», работают с эксклюзивным форматом, продавая карты достаточно дорого.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Оцените статью
ПК Знаток
Добавить комментарий

Adblock
detector