Способ привязки приближенных схем растрового формата к местности

(51) 01 11/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ выбор временных опорных точек, измерение координат опорных точек обработку результатов измерений, при которой на цифровой карте местности находят точки,приближенно соответствующие изображениям временных опорных точек на снимке, измеряют их географические координаты и помещают их в память. Для определения положения текущей точки на схеме местности и определения ее условных экранных координат определяют условные экранные координаты этих временных опорных точек, заносят в память географические координаты текущей точки и географические расстояния от нее до временных опорных точек и сравнивают расстояния от текущей точки доближайших временных опорных точек, после чего методом интерполяции находят условные экранные координаты текущей точки и ее местоположение на схеме местности. Для определения географических координат выбранной на схеме точки определяют се условные экранные координаты,условные экранные координаты временных опорных точек, и расстояния между ними, сравнивают условные экранные расстояния от выбранной на схеме точки доближайших временных опорных точек, после чего методом интерполяции находят географические координаты выбранной на схеме точки и ее местоположение на местности.(72) Литвиненко Геннадий Григорьевич Литвиненко Наталья Геннадьевна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт математики и математического моделирования Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПРИВЯЗКИ ПРИБЛИЖЕННЫХ СХЕМ РАСТРОВОГО ФОРМАТА К МЕСТНОСТИ(57) Настоящее изобретение относится к области картографии и мнемосхем и может быть использовано при разработках различных проектов,в которых составной частью является работа с картами. В частности,в организациях,осуществляющих-мониторинг движения общественных транспортных средств,при проведении различных охранных мероприятий, а также при построении схем маршрутов движения общественного транспорта. Предложен способ привязки приближенных схем растрового формата к местности, включающий выбор способе привязки приближенных схем растрового формата к местности, включающий Настоящее изобретение относится к области картографии и мнемосхем и может быть использовано при разработках различных проектов,в которых составной частью является работа с картами. В частности,в организациях,осуществляющих-мониторинг движения общественных транспортных средств,при проведении различных охранных мероприятий, а также при построении схем маршрутов движения общественного транспорта. При разработке способов, связанных с отображением данных на картах и схемах,измерением расстояний, прокладкой маршрутов,часто возникает проблема отсутствия нужной карты. Также бывают ситуации, когда существующие карты невозможно использовать для данной задачи. Например, маршрут автотранспорта выполнен в виде схемы, на которой нет соответствия координат объектов на схеме реальным географическим координатам, а пользователю необходимо видеть,где в данный момент находится транспортное средство. Такая проблема в основном решается разработкой собственных карт. Поскольку высокая точность вычислений в задачах такого рода не требуется,возникает желание использовать приближенную схему местности(маршрут следования, рисунок, фотография и т.п.) вместо точной карты. Для этого необходимо каким-либо образом привязать эту схему к точной карте, а также построить механизм определения географических координат в промежуточных точках. Из уровня техники известен способ определения элементов внешнего ориентирования фотоснимка местности (Заявка на патент 93000651, кл. 01 11/00, 1995) по точкам контурных линий топографической карты, не имеющим характерных деталей. В процессе выполнения каждого цикла уточнения элементов ориентирования снимка одна из опорных точек на какой-либо из контурных линий топографической карты принимается за вспомогательную, а ее координаты не используются при уточнении элементов ориентирования снимка в этом цикле. Координаты вспомогательной точки на снимке рассчитывают по приближенным значениям элементов ориентирования и координатам опорной точки на контурной линии топографической карты. Далее выполняют аналитический перенос вспомогательной точки на соответствующую ей точку контурной линии снимка, минимально отстоящую от положения вспомогательной точки в системе координат снимка. После этого уточняют элементы ориентирования снимка с использованием координат точки,полученной после переноса. Уточнение элементов ориентирования повторяют с использованием всех точек, выбранных на контурных линиях снимка. Процесс определения элементов ориентирования с помощью этого способа требует предварительного шифрования контурных линий снимка, на которых выбраны опорные точки, что приводит - к снижению производительности этого способа. Известен также способ определения элементов ориентирования фотоснимка местности (А.с.2 1770744, кл. 01 С 11/00, 1992). При осуществлении этого способа выбирают на фотоснимке и топокарте три пары соответствующих точек, причем, по крайней мере, первую пару выбирают на контурной линии, отображенной на топокарте и фотоснимке. Измеряют координаты этих точек в системах координат топокарты и фотоснимка. Обрабатывают результаты измерений посредством вычисления предварительных значений элементов ориентирования. Выбирают на аналогичной контурной линии топокарты дополнительную точку и измеряют ее координаты. Координаты дополнительных или,точнее,вспомогательных точек на фотоизображении рассчитываются по приближенным значениям элементов внешнего ориентирования (ЭВО) и координатам точек контурных линий топографической карты. После выполнения соответствующих расчетов осуществляется выбор опорных точек на контурных линиях фотоизображения и измерение их координат. Процесс определения ЭВО с помощью этого способа состоит из чередующихся операций измерения координат,расчетов положения вспомогательных точек,переноса их на фотоизображение и выбора опорных точек на фотоизображении. Если все точки, используемые для определения ЭВО, выбраны на контурных линиях, не имеющих характерных деталей, то оператору необходимо, по крайней мере, пять раз возвращаться к измерениям после выполнения соответствующих расчетов. После определения координат вспомогательных точек необходимо оптически фиксировать их положение на фотоизображении,что требует неизбежного усложнения используемых при измерениях технических средств. Дискретность процесса определения ЭВО фотоснимка и необходимость промежуточного оптического фиксирования вспомогательных точек приводит к снижению производительности этого способа. Кроме того,его существенным недостатком является необходимость использования технических средств для фиксирования вспомогательных точек на фотоизображении. Известный способ определения элементов внешнего ориентирования (Патент 2082093,кл. 01 С 11/00, 1997) включает привязку фотоснимка к топографической карте, выбор на фотоснимке и карте трех пар соответственных точек, из которых точки, по крайней мере, одной пары выбраны на контурных линиях, измерение координат точек, предварительное определение значений элементов ориентирования фотоснимка местности, выбор на дополнительно опознанной линии топографической карты еще одной точки и измерение ее координат, проецирование этой точки на фотоснимок с использованием предварительно полученных элементов ориентирования фотоснимка, выбор на соответствующей линии фотоснимка ближайшей точки, измерение ее координат и вычисление по координатам второй,третьей и полученной четвертой пары точек уточненных элементов ориентирования фотоснимка. С целью автоматизации процесса определения элементов ориентирования в этот способ дополнительно введены операции по измерению последовательностей координат точек опознанных линий фотоснимка, сравнению координат точки,спроецированной на фотоснимок, с координатами точек дополнительной линии фотоснимка и аналитического выбора ближайшей точки этой линии к точке, которая была спроецирована на фотоснимок. В данном способе путем автоматизации процесса окончательного выбора опорных точек на фотоизображении и исключение из этого процесса операций по оптической фиксации вспомогательных точек на фотоизображении устранены недостатки вышеупомянутого способа. Однако определение дополнительной линии топографической карты и некоторой точки на ней,измерение координат этой точки и проецирование ее на фотоснимок снижают точность и замедляют процесс. Наиболее близким к заявляемому изобретению аналогом по совокупности признаков является способ определения элементов ориентирования снимка местности (Патент 2124181, кл. 01 11/00, 1998), согласно которому выбирают на снимке (или схеме) местности четыре опорные точки, из которых, по меньшей мере, две расположены на контурных линиях. Находят на цифровой карте местности (ЦКМ) точки,приближенно соответствующие выбранным опорным точкам. Уточняют элементы ориентирования снимка (схемы) по координатам трех пар опорных точек ЦКМ и снимка (схемы). По координатам одной из точек снимка (схемы),расположенной на контурной линии, определяют положение соответствующей ей вспомогательной точки на ЦКМ. При несовпадении полученной точки с контурной линией ЦКМ переносят эту точку на точку контурной линии, минимально отстоящую от полученной. Уточняют элементы ориентирования снимка (схемы) по новой комбинации точек. Способ позволяет обрабатывать фотоснимки (различные схемы) при отсутствии характерных точек на деталях фотоизображений (схем), а также повысить производительность определения элементов ориентирования. Данное изобретение лишено недостатков вышеописанных аналогов, тем не менее, оно уступает в скорости вычислений и получаемой точности предлагаемому продукту в связи с несколькими причинами. Задачей настоящего изобретения является разработка способа привязки приближенных схем(карта, рисунок, фотография и т.п. растрового формата - , , ) к местности,позволяющего определять географические координаты любой точки местности на данной схеме, отображенной в окне произвольного размера на любом стандартном мониторе, а также определять на данной схеме положение любой выбранной точки с известными географическими координатами и в режиме реального времени отслеживать по этой схеме, мобильные объекты. Техническим результатом изобретения является возможность определения географических координат любой точки на приблизительной (даже с искаженными пропорциями) схеме местности, а также возможность определения на данной схеме положения любой выбранной точки с известными географическими координатами и отслеживания любых движущихся объектов в режиме реального времени на этой схеме, отображенной в окне произвольного размера на любом стандартном мониторе. Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в предлагаемом способе привязки приближенных схем растрового формата к местности, включающем выбор временных опорных точек, измерение координат опорных точек обработку результатов измерений, при которой на цифровой карте местности находят точки,приближенно соответствующие изображениям временных опорных точек на снимке, измеряют географические координаты временных опорных точек схемы любым известным способом и помещают их в память, согласно предлагаемому способу в части определения положения текущей точки на схеме местности и определения ее условных экранных координат дополнительно определяют условные экранные координаты этих временных опорных точек и заносят их в память, заносят также в память географические координаты текущей точки и расстояния от нее до временных опорных точек и сравнивают расстояния от текущей точки доближайших временных опорных точек, и, если какое-либо из этих расстояний меньше, чем некое заданное наперед число 1, то экранные координаты текущей точки считают равными условным экранным координатам этой временной опорной точки. Если это расстояние больше числа 1, то, строят всевозможные множества, состоящие из трех точек,из которых две точки - это произвольные пары източек с известными географическими и экранными координатами, а третья точка - текущая точка с известными географическими координатами, после чего методом интерполяции находят условные экранные координаты текущей точки и определяют ее местоположение на схеме местности. Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается также тем,что в предлагаемом способе привязки приближенных схем растрового формата к местности, включающий выбор временных опорных точек, измерение координат опорных точек обработку результатов измерений, при которой на цифровой карте местности находят точки,приближенно соответствующие изображениям временных опорных точек на снимке, измеряют географические координаты временных опорных точек схемы любым известным способом и помещают их в намять, согласно предлагаемому способу в части определения географических 3 координат выбранной на схеме точки дополнительно выбирают на схеме местности временные опорные точки, определяют их условные экранные координаты и помещают их в память,заносят также в память экранные координаты выбранной на схеме точки и расстояния от нее до временных опорных точек, сравнивают экранные расстояния от выбранной на схеме точки доближайших временных опорных точек, и, если какое либо из этих расстояний меньше, чем некое заданное наперед число 2, то экранные координаты выбранной на схеме точки считают равными условным экранным координатам временной опорной точки, а географические координаты выбранной на схеме точки считают равными географическим координатам этой временной опорной точки. Если это расстояние больше числа 2, то, строят всевозможные множества, состоящие из трех точек,из которых две точки - это произвольные пары извременных опорных точек с известными географическими и экранными координатами, а третья - выбранной на схеме точка с известными экранными координатами, после чего методом интерполяции находят географические координаты текущей точки и определяют ее местонахождение на местности. Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Выбирают на приблизительной схеме легкоузнаваемые точки местности. Это будут так называемые временные опорные точки, для которых любым известным способом определяют географические координаты и записывают их в память. Количество временных опорных точек определяется тремя факторами. Во-первых,степенью искажения схемы по отношению к реальной местности. Во-вторых,требуемой точностью расчетов. В-третьих, необходимой скоростью вычислений. Чем больше временных опорных точек, тем точнее расчет, но и затрачивается больше времени для расчета. Выбор временных опорных точек регламентируется лишь их взаимным расположением. Для работы со схемой требуется не менее 30 таких точек. Временные опорные точки на схеме могут располагаться достаточно хаотично, однако следует избегать пустот на схеме - больших участков без временных опорных точек. В сложных по каким-либо критериям местах схемы таких точек должно быть больше, количество их определяется пользователем и может быть произвольным в диапазоне от 30 до 1000. Чтобы при расчетах экранных или географических координат не зависеть от размеров и формы окна монитора, в котором отображается схема, от типа монитора и графического адаптера вводится понятие абстракт схемы. Абстракт схемы квадрат со стороной 1, на котором отображается текущая точка, ее координаты в рамках данного квадрата назовем условными экранными координатами. Если координаты точки на абстракте схемы будут (0.5 0.3), а окно монитора имеет 4 размер (700 400), то условные экранные координаты текущей точки на схеме в окне будут(7000.5350 4000.3120). Определяют условные экранные координаты временных опорных точек и записывают их в память. Таким образом, создают массив из географических и условных экранных координат временных опорных точек, который записывают в рабочем массиве 1 памяти. Для отображения на размещенной на экране монитора имеющейся схеме отслеживаемого с помощью -навигации положения мобильного транспортного средства необходимо в режиме реального времени определять условные экранные координаты текущей точки, соответствующей положению этого транспортного средства. Выбирают из массива временных опорных точек точки расчета -ближайших в смысле географических координат точек к текущей точке. Число- количество точек расчета - задается пользователем и,при необходимости,корректируется из условия 5, где- общее количество всех временных опорных точек. Измеряют географические расстояния от текущей точки до точек расчета и также запоминают их в рабочем массиве 1. Сравнивают расстояния от текущей точки до точек расчета с некоторым наперед заданным пользователем числом 1. Если ближайшая к текущей точка расчета находится на меньшем расстоянии, чем число 1, то условные экранные координаты текущей точки считают равными условным экранным координатам этой точки расчета и, таким образом, определяют местонахождение подвижного транспортного средства в данный момент. Если это расстояние больше числа 1, то строят всевозможные множества, состоящие из трех точек,из которых две точки - это произвольные пары,източек с известными географическими и условными экранными координатами, а третья точка текущая точка с известными географическими координатами. В рабочий массив 2 памяти заносят информацию о всевозможных парах выбранных точек расчета, их известные географические и условные экранные координаты, а также географические расстояния от текущей точки до точек расчета. Методом экстраполяции на основании известных географических координат текущей точки и географических и условных экранных координат точек расчета вычисляют условные экранные координаты текущей точки и находят ее местоположение в данный момент на схеме местности по формулам, (,)(,) где Х,-экранные координаты текущей точки по х и у,(,)1/,)(где , игеографические расстояния от текущей точки х до точекисоответственно. Для определения географических координат выбранной на схеме точки, используют условные экранные координаты этой точки, а также географические и условные экранные координаты временных опорных точек, находящихя в массиве 1 памяти. Для этого действуют следующим образом. Выбирают из массива временных опорных точек точки расчета -ближайших в смысле условных экранных координат, точек к выбранной на схеме точке. Число- количество точек расчета - задается пользователем и,при необходимости,корректируется из условия 5, гдеколичество временных опорных точек. Запоминают в рабочем массиве МК 1 географические и условные экранные координаты точек расчета, а также условные экранные расстояния от них до выбранной на схеме точки. Сравнивают на схеме расстояния от выбранной на схеме точки до точек расчета с некоторым наперед заданным пользователем числом 2. Если какая-либо ближайшая к выбранной на схеме точка расчета находится на меньшем расстоянии, чем число 2, то географические координаты выбранной на схеме точки считают равными географическим координатам этой точки расчета. Если это расстояние больше числа 2, то поступают следующим образом. В рабочий массив М 2 памяти заносят информацию о всевозможных парах ,извыбранных точек расчета,их известные географические и условные экранные координаты, а также условные экранные расстояния от выбранной на схеме точки до точек расчета. Методом экстраполяции на основании известных условных экранных координат выбранной на схеме точки и условных экранных и географических крдинат точек расчета вычисляют географические координаты выбранной на схеме точки и определяют ее географическое местоположение на местности по формулам,( ,)(,) где ,географические координаты выбранной на схеме точки по широте и, долготе,(,)1/,)(,. гдеиусловные экранные расстояния от текущей точки х до точекисоответственно. При использовании предлагаемого способа пользователь не обязан придерживаться представленных в известных способах, правил относительно принадлежности соответствующих пар точек контурной линии, поиска и выбора некоторой точки на дополнительно выбранной линии топографической карты и т.д., что значительно автоматизирует и ускоряет процесс работы. Применение предлагаемого способа позволяет привязать приближенную схему к местности с возможностью определять координаты в промежуточных точках изображения. Это позволит использовать вместо точных карт их приближенные растровые изображения или схемы (в форматах , и т.д.), что повлечет значительную экономию времени и материальных средств. Реализация предлагаемого способа не вызывает затруднений, поскольку разработан интуитивнопонятный интерфейс пользователя, позволяющий легко осуществлять необходимую работу с изображениями. Необходимые вычисления могут быть программно реализованы на языках ,и на любом другом языке программирования. Географические координаты текущей и временных опорных точек могут быть определены с помощью -трекеров и навигаторов любого вида исполнения. Вследствие простоты нового способа,использование описанного в настоящей заявке изобретения способствует заметному снижению материальных затрат на вспомогательное оборудование т.к. не требует оплаты различных сторонних лицензий и географических материалов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ привязки приближенных схем растрового формата к местности, включающий выбор способа привязки приближенных схем растрового формата к местности, включающий выбор временных опорных точек, измерение координат опорных точек, обработку результатов измерений, при котором на цифровой карте местности находят точки,приближенно соответствующие изображениям временных опорных точек на снимке, измеряют географические координаты временных опорных точек схемы любым известным способом и помещают их в память, отличающийся тем, что для определения положения текущей точки на схеме местности и определения ее условных экранных координат дополнительно определяют условные экранные координаты этих временных опорных точек, заносят в память географические координаты текущей точки и географические расстояния от нее до временных опорных точек и сравнивают расстояния от текущей точки доближайших временных опорных точек, и,если какое-либо из этих расстояний меньше, чем некое заданное наперед число 1, то экранные координаты текущей точки считают равными условным экранным координатам этой временной опорной точки, если это расстояние больше числа 1, то, строят всевозможные множества, состоящие из трех точек, из которых две точки это произвольные пары източек с известными географическими и экранными координатами, а третья точка текущая точка с известными географическими координатами,после чего методом интерполяции находят условные экранные координаты текущей точки и ее местоположение на схеме местности по формулам где Х и- экранные координаты текущей точки но х и у. Х(, ) и (, ) - экранные координаты пары временных опорных точекипоисоответственно.(,)1/,)( и- географические расстояния от текущей точки х до точекисоответственно. 2. Способ привязки приближенных схем растрового формата к местности по п.1,отличающийся тем, что для определения географических координат выбранной на схеме точки выбирают по этой схеме временные опорные точки, определяют их условные экранные координаты и помещают их в память, заносят в память экранные координаты выбранной на схеме точки и экранные расстояния от нее до временных опорных точек, сравнивают условные экранные расстояния от выбранной на схеме точки доближайших временных опорных точек, и, если какое либо из этих расстояний меньше, чем некое заданное наперед число 2,то экранные координаты выбранной на схеме точки считают равными условным экранным координатам временной опорной точки, а географические координаты выбранной на схеме точки считают равными географическим координатам этой временной опорной точки, если это расстояние больше числа 2, то, строят всевозможные множества, состоящие из трех точек, из которых две точки - это произвольные пары източек с известными географическими и экранными координатами, а третья точка выбранная на схеме точка с известными экранными координатами, после чего методом интерполяции находят географические координаты выбранной на схеме точки и ее местоположение на местности по формулам,( ,)( ,) где Х и- географические координаты выбранной на схеме точки по долготе. Х(, ) и (, ) - географические координаты пары временных опорных точекипо широте и долготе, соответственно,(,)/,)(гдеи- условные экранные расстояния от текущей точки х до точекисоответственно.