векторная карта что это такое
Растровые и векторные карты. Что это такое и в чём их отличие?
Всех приветствую! Вот и началась у нас настоящая осень. Холодно, льют дожди, а за окном темно уже чуть ли не в 6 вечера. А это значит, что настало время начинать писать о теории копа и картографии. Как раз о последнем в этой статье и пойдёт речь.
Рассмотрим растровые и векторные карты, их понятия, отличия и полезность для кладоискателя в поисках монеток и прочей старины. Ну что, поехали.
Растровые карты
Это такие карты, которые представляют собой цифровые изображения с привязкой к координатам. Обычно, они отсканированы и загружены в наши устройства, по которым мы смотрим дорогу к точкам копа или ищем места для поиска. Обычно, это топографическая карта генштаба, план генерального межевания (хотя практического смысла в их привязке я не вижу) или спутниковые снимки. Такую карту можно привязать даже своими руками, скачав изображение в сети или оцифровав бумажную карту из любого атласа.
Компьютер, навигатор или смартфон со специальной картографической программой не смогут распознать на таких картах отдельные объекты. К примеру, дороги, реки, населённые пункты. Всё это распознаётся софтом как набор пикселей, как у обычной картинки. В силу этого ни одна программа не сможет осуществить по таким картам динамическую навигацию: прокладка маршрутов, расчёт расстояний, и прочее. Это всё делать можно только вручную.
Изображения карт имеют довольно большой размер, которые серьёзно нагружают процессор устройства, ведь работа с изображениями требует довольно мощного технического оснащения. У меня при работе с картами Озик вылетал даже на планшете Samsung Galaxy Note 10,1, хотя он имеет четырёхъядерный процессор и 2 гб оперативной памяти.
Векторные карты
В отличие от растровых, это карты, состоящие не из пикселей, а из набора объектов, будь то дома, точки, дороги и прочее, а также информацию об их местоположении. Тут можно привести такие примеры, как “Яндекс. Карты”, “Навител” или “Garmin”. Обычно, на копе они используются лишь для того, чтобы по трассе добраться до какого-нибудь опорного пункта за городом, где переключаются уже на растровые карты.
Такие карты создать самостоятельно очень сложно и проблематично, однако существует огромное количество сервисов. Как платных, так и бесплатных. Ими удобно пользоваться в городах или на трассе, но никак не в полях и лесах, где не отмечено множество нужных нам объектов: грунтовые дороги, заброшенные населённые пункты. То есть, “вектор” отображает лишь современное состояние местности, к тому же упуская многие детали.
Векторные карты имеют намного меньший вес и не требуют высоких вычислительных мощностей навигационного оборудования. Программа лишь “раскидывает” географические объекты на экране компьютера или навигатора в нужных местах, не прогружая миллионы пикселей.
Что лучше?
Как я уже и писал выше, у растровых и векторных карт свои функции. Вторые использует огромное количество людей для быстрой и удобной навигации по населённым пунктам. Те же самые таксисты. Приложения со встроенными картами можно установить практически на каждый телефон и легко смотреть дорогу к интересуемым адресам. Но Большинство программных продуктов требует подключение к интернету.
Некогда бумажными картами, переведенными в «цифру» уже пользуются туристы, кладоискатели, рыбаки и охотники. Их серьёзнейшее достоинство – они работают офф-лайн, даже при полном отсутствии связи. Нужно лишь соединение со спутниками. Я и сам являюсь активным пользователем как одного, так и другого типа карт. Растровые карты для копа я смотрю на телефоне под управлением Android в приложении OziExplorer, а вот для векторных хватает и айфона.
Векторные и растровые карты
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.
 |  |
| 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.
Абсолютное большинство электронных карт отображают данные в одной из двух концепций :
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.
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.
Навигационные карты 1
При выборе GPS навигатора в первую очередь следует обратить внимание не на технические характеристики того или иного устройства, а на программное обеспечение и используемые навигационные карты.
Конечно, следует учитывать основные параметры и дополнительные возможности автонавигаторов, но карта, с помощью которой пользователь получает возможность ориентироваться на незнакомой местности, является первостепенным элементом.
Базовые навигационные карты, которые входят в комплект навигатора определенной модели чаще всего не отвечают требованиям автолюбителя. Поэтому единственным правильным решением остается приобретение дополнительных карт. Но прежде чем приобрести новую навигационную карту необходимо разобраться, что же именно подойдет именно вам.
Рассмотрим подробнее форматы представления электронных навигационных карт автомобильных устройств GPS.
Электронные карты GPS могут быть представлены в двух форматах:
1. Растровые карты
Растровая навигационная карта – это набор большого количества пикселей (точек), которые располагаются в определенном порядке, создавая полноценное изображение. Такое изображение можно хранить в памяти компьютера, а также на внешних накопителях. Растровое изображение можно сохранять в различных форматах, что позволяет работать с навигационными картами данного типа в любом графическом редакторе. К основным форматам растровых карт относятся:
Однако, несмотря на такое обилие используемых форматов, поставляемое программное обеспечение большинства GPSнавигаторов содержит только карту мира. Карты, необходимы пользователю для последующей работы, можно легко найти в сети Интернет, отсканировать самостоятельно или приобрести на компакт-дисках.
Одним из главных достоинств растровых навигационных карт является их общедоступность и возможность перевода в электронный вид путем обычного сканирования. В качестве оригинала может быть выбрана бумажная карта любого масштаба.
Также используя возможности программного обеспечения можно производить масштабирование и детализацию карты местности, корректировать расположение отдельных объектов, а также самостоятельно добавлять текстовую и графическую информацию.
Однако возможности компьютерных программ не позволяют распознавать отдельные объекты, выполненные в растровом формате – это леса, реки и дороги. Группу строений программа воспринимает как упорядоченный набор точек, при попытке увеличения масштаба которых резко ухудшается четкость изображения. Это и является основным недостатком растровых карт.
При использовании данных GPS приемника необходимо заранее откалибровать изображение карты, установив соответствие реальных координат земной поверхности с проекцией на растровой карте.
Самым простым способом калибровки является связка двух отдельных точек на противоположных сторонах карты. Это позволяет связать географическую широту и долготу пикселями, отобразив все на электронной карте.
При значительных размерах растровых карт, сдвигах и смещениях оригинала при сканировании количество калибровочных точек рекомендуется увеличить.
Для вычисления координат калибровочных точек можно использовать два способа:
Навигационная программа OziExplorer на сегодня является признанным лидером в работе с картами растрового формата представления. Специалисты Нави-С (Пермь) после проведения сравнительно тестирования программного обеспечения также пришли к данному заключению.
Существует два типа растровых карт для GPS навигации, классификация которых основана на способах получения исходника для картографической основы. Это:
1.1 Топографические растровые карты
Одной из разновидностей растровых карт являются топографические карты, представляющие собой точное изображение местности с учетом ее рельефа. Данный тип карт, взяв за основу обычную географическую карту, представляют собой детализированную и оформленную по единому принципу картографию.
Прежде чем загрузить топографическую карту в навигатор ее необходимо отсканировать с бумажного источника и привязать к координатам при помощи специальной программы.
При загрузке готового варианта электронной топографической карты на экране навигатора будет отображаться рисунок местности. Дороги, транспортные развязки, дома, гор и реки будут иметь определенные условные обозначения.
Рельеф местности обозначается при помощи горизонтальных линий. На других типах карт прорисовка рельефа выглядит не так детализировано.
Топографические растровые навигационные карты являются незаменимыми помощниками при передвижении по малонаселенной ли даже совсем дикой местности. Загрузка такой карты в GPS навигатор позволит водителю легко определить реальное месторасположение, требуемый маршрут и точные координаты конечного пункта.
Еще одной особенностью таких карт является то, что их можно использовать даже без подключения GPS. Это будет напоминать путешествие с помощью обычного атласа автомобильных дорог. Также такую карту можно просто распечатать и ориентироваться по ней с помощью обычной линейки и компаса.
Топографическая навигационная карта – это проверенное и надежное средство ориентирования для автолюбителей, туристов и путешественников.
1.2 Спутниковые растровые карты
Еще одной разновидностью растровых навигационных карт являются спутниковые карты, которые создаются на основе фотографий местности, сделанных со спутника. Такие карты имеют четкую детализацию, что позволяет видеть все типы объектов достаточно реалистично. Такая точность отличает спутниковую картографию от других типов навигационных карт.
Также заслуживают внимания пользователей широкие возможности масштабирования спутниковых изображений, которая составляет от 1 см до 20 метров. Поэтому построение и выбор оптимального маршрута с такой картой – это удовольствие для автолюбителя.
Однако такое изображение еще не является полноценной навигационной картой. Наложив поверх такого изображения слой векторной карты в итоге можно получить идеальное сочетание схематичности и детализации. Такой вариант спутниковых навигационных карт более удобен и информативен по сравнению с обычными топографическими картами.
2. Векторные карты
Векторные карты представляют собой скомпонованную базу данных всех типов объектов (дороги и развязки, водоемы, леса и строения), а также описания объектов в виде алгоритмов и специальных математических формул, которые позволяют определить геометрические формы, цвета, размеры и месторасположение объектов. Такой подход обеспечивает распознавание каждого отдельно взятого объекта на векторной карте.
Отличной альтернативой ручной прокладки пути на растровых картах является возможность автоматического расчета наиболее оптимального маршрута с учетом дорожных перекрытий, пробок и заторов. Использование векторных карт более эффективно в городах и густонаселенной местности, поскольку именно здесь обозначены названия даже самых неприметных улиц, выведено отображение объектов POI и нумерация домов вплоть до подъезда. Все это помогает найти требуемый объект в самые короткие сроки.
Отображение навигатора GPS на векторной карте происходит в оптимальном соотношении с объектами, передаваемыми на экране.
В отличие от растровых карт масштабирование векторных карт не приводит к ухудшению качества изображения.
GPS навигаторы с векторными картами в течение работы постоянно обновляют изображение, производя расчет соотношений реального месторасположения устройства, координат и масштаба. От масштабирования карты зависит отображение объектов на экране навигатора. Это могут быть как детально прорисованные объекты, так и условно схематичные обозначения.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что возможность самостоятельно изменять масштаб изображения – это одно из преимуществ векторной графики.
Также навигационная программа может самостоятельно изменять масштаб, в зависимости от скорости передвижения автомобиля. Кроме того, здесь реализована возможность самостоятельной регулировки плотности отображения объектов и сопутствующих подсказок.
Подсказки и подписи к объектам также находятся в информативной базе данных и генерируются на экране GPSнавигатора синхронно с объектом.
Еще одним немаловажным преимуществом, неоднократно подтвержденным тестированием специалистами компании Нави-С (Пермь) является небольшой размер векторных карт. Это связано с тем, что в векторной карте не заложены детализированные или обобщенные изображения местности и рельефа. Размер такой навигационной карты займет всего несколько Мб, в то время как объем спутниковых и топографических растровых карт может достигать 2Гб.
2.1 Форматы представления векторных карт
В отличие от растровых карт векторные навигационные карты не имеют единого формата представления. Большинство форматов векторных карт могут быть использованы различными графическими программами, которые предназначены для работы с векторными типами изображений. Также необходимо учитывать, что некоторые векторные форматы будут работать только в строго определенном ПО.
Отечественные разработчики современных навигационных программ предоставляют своим пользователям программное обеспечение, позволяющее самостоятельно редактировать карты определенной местности. К таким компаниям относится широко известный «Навител Навигатор».
Однако разработчики других, не менее популярных компаний, сотрудничая с такими поставщиками карт как «TeleAtlas» и «NavTech» продают свои карты, отличающиеся особо высокой точностью, значительно дороже. К компаниям, которые работают по данному принципу, относятся «Автоспутник», «iGo», «Destinator» и «TomTom».
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассматривая работу навигационного программного обеспечения можно сделать вывод, что самой лучшей картой является карта оптимально подходящая под потребности каждого отдельного пользователя. А у каждого владельца GPSнавигатор наверняка найдутся личные предпочтения при выборе того или иного формата навигационной карты, каждая из которых обладает своими достоинствами или недостатками.
Интернет-магазин компании Нави-С предлагает профессиональную помощь в выборе и приобретении всех типов навигационных карт. Мы предлагаем подробную консультацию и выбор картографии идеально подходящей для определенного типа устройств и заданной местности. Обратившись в наш интернет-магазин вы станете обладателями не только удобных и детализированных карт, но и получите дополнительные скидки при каждом последующем обновлении навигационной карты.