В мире не существует решений, позволяющих выполнять не только автоматическое рисование геометрических примитивов на чертеже (плане, карте), но и автоматизированное сопровождение базы атрибутивной информации с одновременной классификацией объектов и назначение условных знаков согласно требованиям ГОСТ либо пользовательским классификаторам цифровой информации.
В части конвертации данных, внутренний и внешний рынок насыщены программными продуктами одних и тех же производителей. Внутренний рынок имеет ряд отечественных продуктов для проектирования, например, ЗАО КБ «ПАНОРАМА», либо компаний стран СНГ, например НПО «КРЕДО-ДИАЛОГ» (Белоруссия).
Явного лидера продаж среди программных продуктов по конвертации геоданных нет, большинство пользователей довольствуются стандартными возможностями систем проектирования либо используют дополнительно подключаемые модули, входящие в комплект поставки ГИС и САПР систем.
Наиболее функциональными и конкурентоспособными программными продуктами среди существующих аналогов можно считать Data Interoperability ArcGIS 9.X (ESRI Inc.) и FME Translator/Converter (компании Safe Software). Указанные продукты поддерживают широкий спектр форматов пространственных данных, позволяют быстро и эффективно транслировать геометрические формы объектов, настраивать и передавать атрибутивную информацию, организована поддержка географической привязки объектов, выбора систем координат.
Между тем, существенными недостатками описанных систем являются:
- полная или значительная потеря графического оформления объектов чертежа (плана, карты) в процессе конвертации. Исходные условные знаки можно восстановить, выполнив работу по оформлению объектов с начала в ручном режиме;
- отсутствует возможность передачи атрибутивной информации при конвертации данных в наиболее распространенный формат DWG/DXF;
- отсутствует возможность ведения атрибутивной базы данных по каждому объекту чертежа (плана, карты). Существенно снижается информативность разрабатываемых материалов;
- отсутствует поддержка системы КОМПАС и ПК «CREDO», широко распространенных на территории РФ и стран СНГ;
- отсутствует возможность преобразования графического оформления объектов из стандарта в стандарт, используя дополнительно подключаемые библиотеки условных знаков, объектов или классификаторов цифровой информации.
Так же следует отметить программные продукты, так или иначе поддерживающие при конвертации исходное оформление объектов чертежа (плана, карты). Наиболее функциональными можно считать CREDO Конвертор 1.6 от компании НПО «КРЕДО-ДИАЛОГ», TABReader 3.0 (компания DATAEAST), «Конвертор крупномасштабных планов в формат DXF 7.2» (ЗАО КБ «ПАНОРАМА») и дополнительные модули для работы с пространственными данными ESRI, AutoCAD, Microstation, Панорама и ObjectLand от компании ESTI MAP [1-4].
Отличительными особенностями данных продуктов относительно выше описанных являются:
- поддержка исходного оформления объектов чертежа;
- возможность настройки выходных параметров и условных знаков, типов линий и штриховок для объектов чертежа (в CREDO Конвертор 1.6);
- возможность сохранения и последующего использования оформления в виде слоев легенды (в TABReader 3.0 и в среде ESRI ArcGIS);
- возможность использования внутренних классификаторов цифровой информации (Конвертор крупномасштабных планов в формат DXF 7.2 и CREDO Конвертор 1.6).
Основными недостатками перечисленных продуктов являются:
- возможность конвертации материалов только в определенные форматы. Например, Конвертор крупномасштабных планов в формат DXF 7.2 позволяет транслировать данные из формата ГИС Карта 2008 ("Панорама") в формат AutoCAD, формат ESRI ArcGIS или MapInfo не поддерживается;
- работоспособность только на базе определенных САПР и ГИС платформ. Например, CREDO Конвертор 1.6 функционирует только на базе ПК «CREDO» III;
- чтение данных без возможности редактирования. Например, TABReader 3.0;
- представление векторных данных других форматов как растровых подложек. Какое-либо манипулирование данными в таком случае невозможно. Например, дополнительные модули для работы с пространственными данными компании ESTI MAP;
- отсутствие возможности подключения и использования дополнительных библиотек условных знаков и классификаторов цифровой информации.
Постановка и анализ задачи
Постановка задачи
Основная задача проекта – разработка и реализация технологии обмена пространственными данными в векторном формате между САПР и ГИС системами. Для достижения этой цели предполагается разработка универсального обменного формата векторных пространственных данных, а также коммерческого программного продукта «CADGIS Integrator», включающего самостоятельный сервис трансляции геоданных и подключаемые модули (плагины) для существующих ГИС и САПР платформ.
Для разработки технологии и реализации (создания) продукта и достижения поставленных целей в полном объеме необходимо проведение работ по следующим направлениям:
- анализ особенностей существующих ГИС и САПР форматов для усовершенствования создаваемой обменной технологии хранения и передачи пространственных данных;
- дополнительные исследования средств доступа к пространственным данным, необходимые для создания оптимального алгоритма чтения данных либо интеграции и улучшения уже разработанной технологии. Позволит обеспечить высокую скорость доступа и обработки больших объемов данных из разных источников и последующей оперативной их конвертации в поддерживаемые форматы системы;
- разработка алгоритмов сортировки и классификации отдельных блоков информации, отвечающих за графическое представление объектов на чертеже (карте, плане), что позволит эффективно хранить и обрабатывать внутри обменного формата информацию о визуальном представлении элементов чертежа (шрифт, цвет, стиль линий и штриховок);
- исследование и разработка автоматизированных алгоритмов идентификации объектов чертежа, плана или карты, что позволяет в режиме создания или передачи данных распознавать объекты и назначать им определенные характеристики, атрибуты и свойства благодаря адаптируемым настройкам системы;
- разработка методик оценки визуального представления пространственных объектов согласно предпочтениям пользователей. Проработка возможности программной реализации механизма полуавтоматической обработки и корректировки данных, на основе внутренних или подключаемых классификаторов цифровой информации. Механизм позволит выполнять более эффективную обработку данных на чертеже, а также минимизировать вероятные несоответствия при конвертации данных, связанные с неоптимальными настройками системы.
По итогам выполнения проекта предполагается получить результаты:
- разработать и применить на практике новый универсальный обменный формат векторных пространственных данных. Формат должен оперативно и без искажений транслировать данные, сохраняя все геометрические, географические, семантические и графические параметры объектов чертежа (плана, карты), а также быть конвертируемым в основные форматы систем, применяемых при проектировании и подготовки картографического материала (Autodesk, ESRI, MapInfo, АСКОН), а в перспективе любые ГИС и САПР;
- разработать и применить на практике алгоритмы автоматизации процессов формирования картографического материала и чертежей проектной документации на основе пространственных данных;
- разработать и применить на практике адаптируемый механизм конвертации данных «без потерь»;
- разработать и ввести в промышленную эксплуатацию программный продукт «CADGIS Integrator».
Анализ задачи
Возможность автоматической конвертации данных значительно осложняется тем, что чертежи в разных проектных организациях исполняются в различных технических решениях (ГОСТ стандартизует только их визуальное отображение, но не внутреннюю техническую структуру, зависящую от возможностей инструментального средства).
Причина заключается в том, что на чертеже несколько различных объектов могут отображаться одним примитивом, например, линия может означать как линию электропередач, дорогу, стену и др. Человек не задумываясь определяет природу объекта, автоматическое распознавание в общем случае невозможно. Задействование широких интеллектуальных возможностей человека на этапе разметки объектов чертежа до этапа конвертации позволит значительно снизить временные (и, как следствие, финансовые) затраты по сравнению со стандартным и более трудоёмким способом исправления некорректно данных после этапа конвертации.
Создаваемый программный продукт для ГИС и САПР предназначен для функционирования под управлением ОС семейства Microsoft Windows.
Программный продукт будет реализован с применением модульного подхода на базе динамически подключаемых модулей-сборок (плагинов) с использованием возможностей платформы .NET Framework, а также современных инструментов разработки и поддержки ГИС и САПР приложений – пакет Autodesk RealDWG и пакет ArcGIS Engine.
Для выполнения проекта целесообразно использовать FDO – комплекс решений от компании Autodesk, разработанный на основе библиотек GDAL и OGR, предоставляющий возможность создания прикладных программ для географических информационных систем с эффективными инструментами для преобразования, хранения и изменения пространственных данных.
Программный продукт планируется поставлять в нескольких версиях, различающихся числом поддерживаемых векторных форматов и функций, а также поддержкой приложений. В зависимости от состава комплекта поставки варьируется стоимость продукта.
Состав программного продукта:
-сервис трансляции пространственных данных. Обеспечивает быструю и эффективную конвертацию данных в различные форматы ГИС и САПР, используя стандартные либо пользовательские схемы соответствий шрифтов и стилей, подключаемые библиотеки условных знаков и классификаторы цифровой информации;
-АРМ «Топографа». Дополнительно подключаемый модуль (плагин) к ГИС и САПР приложениям. Обеспечивает создание «с чистого листа» топографических основ различного масштабного ряда, согласно выбранному стандарту оформления и классификации цифровой информации;
-АРМ «Проектировщика». Дополнительно подключаемый модуль (плагин) к ГИС и САПР приложениям. Обеспечивает создание «с чистого листа» проектных чертежей генеральных планов и благоустройства территорий, согласно выбранному стандарту оформления и классификации цифровой информации.
Возможности программного комплекса:
1) поддержка наиболее востребованных ГИС и САПР форматов – ESRI (SHP, Geodatabase (MDB)), MapInfo (TAB, MIF/MID), Autodesk и АСКОН (DWG/DXF);
2) конвертация данных «без потерь» во все поддерживаемые форматы.
При конвертации сохраняется:
-идентичность входных и выходных данных по геометрической составляющей, корректная передача геометрических типов, траекторий и форм объектов;
-идентичность входных и выходных данных по семантической составляющей, настройка соответствия атрибутивных полей;
-идентичность входных и выходных данных по графической составляющей, возможность полного сохранения условных обозначений (оформления) объектов на чертеже (плане, карте) в соответствии с исходными данными;
3) поддержка координатной привязки данных, выбор системы координат и точки вставки объектов;
4) создания и ведения атрибутивной базы данных по каждому объекту чертежа в формате основных продуктов семейства Autodesk и АСКОН;
5) адаптация функционала программного продукта практически под любое ГИС или САПР приложение благодаря использованию универсального векторного формата пространственных данных (внутренний формат системы);
6) наличие гибкой системы настроек схем соответствий при конвертации данных, возможность создания собственных библиотек условных знаков, подключения классификаторов цифровой информации;
7) обеспечивает создание «с чистого листа» проектных чертежей топографических основ и иных векторных пространственных данных, согласно выбранному пользователем стандарту оформления и классификации цифровой информации;
8) оформление и классификация ранее выполненных чертежей (планов, карт), перевод данных из стандарта в стандарт в автоматическом либо полуавтоматическом режиме.
Новизна научных решений предлагаемых в проекте заключается в разработке универсального обменного формата векторных пространственных данных между ГИС и САПР системами. Обменный формат системы, в сравнении с уже существующими форматами, будет иметь более оптимизированную структуру хранения данных, позволяющую учитывать всевозможные геометрические, географические, семантические, графические характеристики и свойства пространственных объектов для обеспечения совместимости со всеми распространёнными системами. Принципы консолидации всех параметров пространственных объектов в едином информационном массиве, алгоритмы сортировки и классификации отдельных блоков информации отвечающих за графическое представление объектов, а также их индексация для ускорения доступа – основа для оперативной и корректной трансляции данных, без каких-либо искажений практически в любую ГИС или САПР систему.
Так же оригинальными являются способы автоматизации процессов формирования картографического материала и чертежей проектной документации на основе пространственных данных. Основной принцип автоматизации представляет собой симбиоз реализации программных алгоритмов идентификации объектов чертежа (плана, карты) и визуальных методик оценки обрабатываемой информации, что позволит задействовать интеллектуальный потенциал человека-оператора для быстрой и удобной разметки объектов на чертеже, что, в свою очередь, позволит достичь уровня эффективности работы программного комплекса, невозможного для полностью автоматических систем, неизбежно допускающих ошибки в каждом не описанном в программе случае.