Technologia generowania map pochodnych, w różnych skalach, na podstawie numerycznej mapy podstawowej

Transkrypt

1 Marian PONIEWIERA Politechnika Śląska Dawid ZIENTEK Politechnika Rzeszowska Technologia generowania map pochodnych, w różnych skalach, na podstawie numerycznej mapy podstawowej Streszczenie. W referacie przedstawiono technologię, opartą o autorski System Tworzenia i Obsługi Kopalnianych Map numerycznych GEOLISP, umożliwiającą wygenerowanie z numerycznej bazy danych mierniczo-geologicznych wybranej mapy tematycznej w dowolnej skali, w zadanym układzie współrzędnych. 1. WPROWADZENIE Jednym z ważniejszych zagadnień związanych z prowadzeniem zasobu kartograficznego w formie numerycznej jest taka wizualizacja wybranego fragmentu kopalni, aby wygląd graficzny mapy komputerowej był identyczny z wyglądem mapy wykonanej metodą tradycyjną. Możemy tutaj wydzielić takie zagadnienia jak: wybieranie z zasobu potrzebnej mapy: z odpowiedniego obszaru, w żądanej skali, w wymaganym układzie współrzędnych, zawierającą dokładnie taką treść jaką chcemy (daną mapę tematyczną), wstawianie ramki, opisu pozaramkowego, uczytelnianie tej mapy, ustawianie odpowiedniej kolejności wyświetlania obiektów, dobieranie właściwych kolorów i wydruk. 2. STRUKTURA BAZY DANYCH W niniejszym rozdziale przedstawiono kilka możliwych, spotykanych w praktyce, sposobów zorganizowania numerycznego zasobu kartograficznego. Wybór metody powinien zależeć od następujących czynników: czy dane do zasobu będzie wprowadzać jedna osoba czy musimy zapewnić jednoczesny dostęp kilku osobom, jaka jest przewidywana wielkość plików w stosunku do posiadanej bazy sprzętowej, w jaki sposób utworzony zasób udostępniany będzie innym działom kopalni. Porównanie metod m.in. pod w/w kątami zawiera tabela Wybranie z zasobu odpowiedniego obszaru Zagadnienia związane z wyborem przedmioto wego obszaru. Podstawowe zagadnienia związane z powyższym tematem są następujące: wybranie odpowiedniej sekcji lub jej fragmentu, 1

2 mały rozmiar pliku jednoczesna praca kilku osób praca na styku sekcji zabezpieczenie bazy koszt / trudność płynna praca na styku kilku sekcji, możliwa jednoczesna praca kilku osób na zasobie kartograficznym, optymalizacja pod kątem zabezpieczenia mapy przed nieautoryzowanym dostępem. W praktyce spotyka się następujące rozwiązania: 1. Cały pokład w jednym pliku. Wadą tej metody jest to, że jednocześnie może pracować tylko jedna osoba (pozostałe mają podgląd w trybie tylko do odczytu. Kłopotliwy może być także znaczny rozmiar plików z danymi. 2. Każda sekcja w osobnym pliku. Wadą tej metody jest utrudniona praca na styku kilku sekcji. Kilka osób może pracować na tym samym pokładzie, ale nie na tej samej sekcji. 3. Dynamiczne pobieranie obiektów z innych rysunków. Zasób jest wtedy podzielony na mniejsze części (obszarowo lub tematycznie). Praca odbywa się na nowym rysunku, do którego na żądanie wczytywane są potrzebne dane. Po ich zmianie, obiekty są zapisywane z powrotem do oryginalnych plików. Takie postępowanie umożliwia np. Autodesk MAP. Największą zaletą tej metody jest możliwość jednoczesnej pracy kilku osób na bazie danych, nawet na tej samej sekcji. Ponadto w tej metodzie możliwe jest zorganizowanie zabezpieczeń przed nieautoryzowanym dostępem nawet dla poszczególnych obiektów mapy. Wielkość pliku jest dynamicznie dostosowywana do konkretnej potrzeby. 4. Relacyjna baza danych Całość danych znajduje się w relacyjnej bazie danych (Oracle Spatial), z której na żądanie pobierane są potrzebne informacje. Jest to najbardziej zaawansowane rozwiązanie pod kątem bezpieczeństwa bazy danych. Są tu rozwiązane kwestie związane z dostępem osób niepowołanych do systemu, z archiwizacją baz danych, z przywracaniem stanu bazy na konkretny dzień, sporządzaniem raportów, kto i kiedy pracował nad danym obiektem mapy. Tablica 1. Porównanie metod wybrania z zasobu żądanego obszaru. Każda sekcja w osobnym pliku Cały pokład w jednym pliku + + Dynamiczne pobieranie obiektów z innych rysunków Relacyjna baza danych Zarządzanie zasobem w systemie GEOLISP Zasób kartograficzny zawiera często setki map. W systemie GEOLISP zdefiniowano kilka procedur ułatwiających wybranie odpowiedniej sekcji lub obszaru, na którym chcemy 2

3 pracować. Istnieje możliwość pracowania na styku kilku sekcji. Na rys. 1 przedstawiono w okienku dialogowym coś w rodzaju karty tytułowej, na której możemy wskazać interesujący nas fragment, po czym automatycznie zostaną otworzone interesujące nas mapy. Rys. 1. Wybór żądanego obszaru w systemie GEOLISP 2.2. Transformacja mapy między różnymi układami współrzędnych Powyższy temat został przedstawiony w [5,6]. Omówiono tam m.in. następujące zagadnienia: naniesienie siatki kwadratów wybranych układów współrzędnych, przełączanie między układami, aby można było pracować w potrzebnym układzie, transformacja obiektu lub całej mapy na inny układ. System GEOLISP zawiera moduł transformujący mapy numeryczne między różnymi układami współrzędnych w programie AutoCAD. Wykorzystuje on współczynniki transformacji obliczone programem UNITRANS [4]. Skutki działania programu są następujące: wszystkie punkty mapy dostają nowe współrzędne, równoległe do ramki teksty i bloki pozostają do niej równoległe, jednostkowa skala bloków oraz wysokość napisów zostają bez zmian Uzyskanie mapy w żądanej skali Idea mapy numerycznej jest taka, że istnieje tylko jedna baza danych, do której dany obiekt wprowadzany jest tylko raz. Można jednak, dzięki zastosowaniu odpowiednich programów, wygenerować z tej bazy wybraną mapę tematyczną w dowolnej skali. W efekcie użytkownik otrzymuje mapę zawierającą dokładnie taką treść jakiej potrzebuje. W systemie GEOLISP podczas skalowania zostaje półautomatycznie uwzględniona: odpowiednia (zgodna z normami) wielkość i kształt znaków umownych oraz opisów, generalizacja treści mapy, uczytelnienie mapy, dobranie optymalnego położenia opisów. 3

4 Rysunek 2 przedstawia ten sam obszar przygotowany do wydruku w dwóch różnych skalach. W górnej części rysunku, gdzie skala jest mniejsza, wszystkie napisy, bloki, kreskowania, szerokości linii muszą być większe. Oczywiście szerokość wyrobiska, odległości między punktami osnowy i położenie bloków pozostają bez zmian. Można wprowadzić pewną generalizację. Zazwyczaj w mniejszej skali zmniejszamy częstotliwość opisu wyrobisk, liczbę kot wysokościowych itp. Zasada sporządzania map w wielu skalach jest następująca: sporządzamy mapę w głównej skali np. 1:1000 (dolna części rysunku 2), wywołujemy odpowiednie polecenie, które podmienia lub powiększa bloki, napisy (górna część rysunku 2), przeprowadzamy drobne korekty tak, aby napisy stały się czytelne, generalizujemy treść mapy. Istnieje polecenie zapisujące wprowadzone ręczne korekty tak, że przy następnym przeskalowaniu nie trzeba ich wprowadzać ponownie każdy obiekt mapy wie, w jakim miejscu ma się znajdować w zależności od skali; czy jest ukryty czy widoczny. Wielkość i kształt znaków umownych dla danej skali jest zgodny z normą. Rys. 2. Ten sam obszar przygotowany do wydruku w różnych skalach. 4

5 2.4. Wywołanie danej mapy tematycznej Pewnym uzupełnieniem programu przeskalowującego jest procedura zarządzająca widocznością warstw w rysunku. Wystarczy kliknąć na przycisk Zapisz, aby bieżąca konfiguracja warstw została zapisana, a później w innym rysunku kliknąć Czytaj, aby przywrócić widoczność warstw. Chodzi tu po prostu o to, aby na danej mapie tematycznej np. warstwa koty wysokościowe była widoczna, a na innej mapie ukryta. Rys. 3. Polecenie umożliwiającego wygenerowanie żądanej mapy tematycznej. W systemie GEOLISP zastosowano stosunkowo prosty podział na warstwy tematyczne: Geologia, Wentylacja, Zagrożenia, Osnowa, Ociosy itd. Założono, że dalsza filtracja obiektów będzie możliwa dzięki atrybutom dołączonym do obiektu. Nadmierna ilość warstw, większa niż 20 30, bardzo utrudnia pracę i tak naprawdę nie jest potrzebna. Dobrze by było, gdyby nazewnictwo warstw i obiektów było znormalizowane. Mimo pewnych prac w tej dziedzinie [2,6] jest to ciągle otwarty temat, tym trudniejszy, że gwałtowny postęp techniczny powoduje, że pewne rozwiązania szybko się starzeją. W przypadku drukowania map tematycznych innych działów kopalni, rozsądna wydaje się technologia zastosowana w kopalni Piast ; jeżeli dana mapa ma być dokumentem, to jej wydruk odbywa się w dziale TMG, gdzie na żądane warstwy mierniczo-geologiczne nakłada się rysunek wykonany w danym dziale. 3. WSTAWIENIE RAMKI, OPISU POZARAMKOWEGO W systemie GEOLISP jest możliwość wstawienia odpowiedniej ramki na wiele różnych sposobów. Podstawowe zadania realizowane przez program są następujące: wstawienie typowej ramki dla mapy podstawowej, zasadniczej itp. wybór obszaru na podstawie godła mapy, wskazanych punktów itp.; jest również możliwość wstawienia i wydruku ramki nachylonej względem układu współrzędnych, ukrycie obiektów wystających poza ramkę, naniesienie siatki kwadratów wybranych układów współrzędnych, 5

6 automatyczne wstawienie takich atrybutów jak: opis współrzędnych siatki, skala i godło mapy, wrysowanie szkicu arkuszy sąsiednich i zakresu opracowania. Rys. 4. Przykład działania programu wstawiającego ramkę do rysunku. 4. POZYCJONOWANIE TEKSTÓW (ABY NIE NACHODZIŁY NA SIEBIE I INNE OBIEKTY RYSUNKOWE) Duża szybkość wprowadzania obiektów na mapę numeryczną jest jej niewątpliwą zaletą, ale pozbawia nas kontroli nad czytelnością mapy. Zdarza się bowiem, szczególnie w przypadku wydruku map tematycznych, w których jednym poleceniem pokazujemy lub ukrywamy setki obiektów, że nowe obiekty przesłaniają obiekty już istniejące. W systemie GEOLISP istnieje kilka procedur ułatwiających uzyskanie czytelnej mapy. Poniżej wymieniono najczęściej używane programy Ręczne przesuwanie tekstów Istnieje wiele zaawansowanych algorytmów automatyczne dobierających położenie tekstu; np. w [9] przedstawiono ciekawy algorytm wykorzystujący sieci neuronowe. Jednakże, w przypadku gęstych map pożądany efekt możemy uzyskać tylko poprzez sterowanie ręczne. Dlatego w systemie GEOLISP zdefiniowano procedurę, która szuka nieczytelnych opisów, a po znalezieniu prosi o wskazanie nowego położenia tekstu. Podczas uczytelniania istnieje możliwość dodania odnośnika, zmniejszenia tekstu itp. Rys. 5. Okno dialogowe programu znajdującego nieczytelne napisy 6

7 4.2. Automatyczne przesuwanie tekstów Opracowano procedurę automatycznie przysuwającą napisy tak, aby nie nakładały się na inne obiekty rysunku. Jak powiedziano wcześniej metoda ta nie nadaje się do uczytelniania map podstawowych, ale można ją wykorzystać np. podczas przekłuwania pikiet na mapy prowadzone w sposób tradycyjny. Rys. 6. Przykład działania programu automatycznie przesuwającego teksty Obiektowe przyporządkowanie opisów W pewnych sytuacjach już podczas rysowania program pilnuje, aby opisy nie nakładały się na inne obiekty w rysunku - odpowiednie napisy są przesuwane. Dzieje się to na zasadzie przyporządkowania opisu do danego obiektu. Można podzielić obiekty na punktowe, liniowe i powierzchniowe. Dla obiektu punktowego np. numeru punktu, program sprawdza kilkadziesiąt predefiniowanych pozycji, z których wybiera najlepszą. Dla obiektu liniowego np. opisu warstwic program szuka najlepszego miejsca wzdłuż linii. Podobnie dzieje się w przypadku obiektów powierzchniowych np. dla działki ewidencyjnej, której numer musi być w jej środku. Rys. 7. Przykład działania programu przesuwającego teksty wzdłuż obiektów. 7

8 5. PRZYGOTOWANIE MAPY DO WYDRUKU Jak wspomniano na początku, wygląd graficzny mapy komputerowej nie może się różnić od wyglądu mapy wykonanej metodą tradycyjną. Spory problem stanowi jednak dobranie właściwych kolorów na wydruku, gdyż praktycznie każdy ploter i każdy rodzaj materiału nieco inaczej odwzorowuje kolory. Na rysunku 8 przedstawiono fragment pliku zawierającego przykłady znaków umownych dla kolorów stosowanych na mapach górniczych. Cały rysunek, wraz z komentarzem znajduje się w [6]. W praktyce wygodnie jest wydrukować go wielokrotnie, za każdym razem nieco zmieniając odcień danej barwy, i tak metodą prób i błędów dojść do kolorów najbardziej zgodnych z Polskimi Normami. Następnie trzeba przygotować kilka plików zawierających przyporządkowanie pisaków odpowiednich dla najczęściej stosowanych konfiguracji sprzętu i materiałów eksploatacyjnych.. Rys. 8. Fragment rysunku zawierającego przykłady znaków dla różnych kolorów. Ostatni problem dotyczy ustawienia odpowiedniej kolejności wyświetlania obiektów. W celu uzyskania czytelnego wydruku mapy takie elementy mapy jak podcieniowanie granic czy linie siatki kwadratów dobrze jest umieścić pod innymi obiektami. Na rysunku 9 znak miąższości przesłania kreskowanie. Kreskowanie nie jest w tym miejscu przecięte tylko ukryte. System GEOLISP w sposób automatyczny zarządza kolejnością wyświetlania obiektów. Rys. 9. Przykład ustawienia kolejności wyświetlania obiektów 8

9 6. PODSUMOWANIE Mapa numeryczna, rozumiana jest jako komputerowa baza danych wraz z oprogramowaniem, które powinno umożliwić wypełnienie przez nią pewnych funkcji obejmujących m.in. wizualizację wybranego fragmentu kopalni. Wygląd graficzny mapy numerycznej musi być identyczny z wyglądem mapy wykonanej metodą tradycyjną. Powinny być zachowane kształty znaków umownych, grubości linii, kolory itp. W systemie numerycznym istnieje jedna baza danych. Oznacza to, że dany element mapy wprowadzamy do bazy tylko raz. Unikamy w ten sposób konieczności wkreślania jednego wyrobiska na kilku różnych mapach tematycznych, w kilku różnych skalach. Istnieje natomiast odpowiednie oprogramowanie, które umożliwia wygenerowanie z numerycznej bazy danych mierniczo-geologicznych wybranej mapy tematycznej w dowolnej skali, w zadanym układzie współrzędnych. Celem niniejszego referatu nie jest przedstawienie gotowej, sprawdzonej odpowiedzi jak powinien być zorganizowany numeryczny zasób kartograficzny, co poddanie pod dyskusję pewnych rozwiązań zastosowanych w Systemie Tworzenia i Obsługi Kopalnianych Map Numerycznych GEOLISP autorstwa Mariana Poniewiery. Literatura: 1. Białek J., Poniewiera M.: Wykorzystanie systemu obsługi kopalnianych map numerycznych dla celów prognozowania deformacji terenu górniczego. Materiały naukowe XI Międzynarodowego Sympozjum Geotechnika Geotechnics 2004, Gliwice Ustroń, października 2004, s Czudek L., Jura J., Pielok J., Piwowarski W.: Koncepcja budowy systemu informatycznego dla działów mierniczych kopalń podziemnych. Materiały konferencji naukowo technicznej III Dni Miernictwa Górniczego i Ochrony Terenów Górniczych, Ustroń Kadaj R.: Formuły odwzorowawcze i parametry układów współrzędnych. Wytyczne Techniczne G Wydawca: GUGiK, Warszawa, grudzień Kadaj R.: GEONET_unitrans: uniwersalny program transformacji współrzędnych pomiędzy różnymi układami w obszarze Polski oraz programy pomocnicze. Wydawca ALGORES-SOFT s.c. Rzeszów Pomykoł M., Poniewiera M., Poniewiera A.: Transformacja map numerycznych między różnymi układami współrzędnych. Zeszyty naukowe Pol. Śl. s. Górnictwo, nr 258, Gliwice, Poniewiera M.: System obsługi kopalnianych map numerycznych, Katowice 2005, 9