Iš mokslininkų lūpų - kaip kuriami šiuolaikiniai žemėlapiai

Žemėlapis – tarsi pyragas

Sparčiai tobulėjant kompiuterinei technikai, tradicinius žemėlapius vis dažniau keičia skaitmeniniai atitikmenys ar skaitmeninės duomenų bazės. Tai modernus automatizuotas būdas apdoroti informaciją, o žemėlapio ar plano turinį išreikšti skaitmenimis. Tačiau bet kokio žemėlapio sudarymui reikia surinkti didžiulį duomenų kiekį – juk tokiuose planuose žymima tiek vyraujanti augmenija, tiek vandens telkiniai, tiek pastatai, tiek gatvės ir kiti objektai. Tam reikalingi itin tikslūs žemės, pastatų ir kitų objektų matavimai, kuriais užsiima geodezininkai.

Žemėlapiuose galima pateikti labai daug informacijos, tačiau svarbu mokėti perskaityti jų sutartinius ženklus ir atsižvelgti į nurodytą mastelį. Pavyzdžiui, miško plane galima užšifruoti, kokie medžiai vyrauja, koks tarp jų vidutinis atstumas, koks aukštis ir koks kamieno storis pasitaiko dažniausiai. Bet dažniausiai ši informacija nėra aktuali įprastam žemėlapio „skaitytojui“, išėjusiam pasivaikščioti po mišką.

„Į skaitmeninį žemėlapį galima žiūrėti kaip į sluoksniuotą pyragą, nes pagal fizines ir vaizdavimo savybes objektai skirstomi į grupes arba sluoksnius: geodezinio pagrindo punktai, reljefas, augalija, hidrografinis tinklas, t. y. vandens telkiniai ir upės, keliai, pastatai ir taip toliau“, – pasakojo Vilniaus Gedimino technikos universiteto (VGTU) Geodezijos ir kadastro katedros vedėjas Vladislovas Česlovas Aksamitauskas.

Skaitmeniniame žemėlapyje galima pasirinkti labiausiai dominantį parametrą ir analizuoti vien tik jį – tokiu principu sudaromos vienos populiariausių žemėlapių platformų Lietuvoje – „Google Maps“ ar „maps.lt“.

Lazerinis 3D skeneris nuskenuoja visą miestą

Skaitmeniniai žemėlapiai dažniausiai sudaromi aerofotonuotraukos ar skenuotų vaizdų pagrindu. Vietovės paviršių patogiausia skenuoti iš orlaivio, jame integruojant lazerinį 3D vaizdo skenerį. Lėktuvui nedideliame aukštyje skriejant virš miesto ar vietovės, specialus optinis elektroninis blokas skleidžia lazerio impulsus – jų gali būti iki 100 tūkstančių per sekundę – ir taip matuoja atstumus iki žemės paviršiaus, medžių, pastatų stogų ir kitų objektų.

Nuo žemės paviršiaus atspindėti impulsai registruojami lėktuve integruotame fotodiodiniame registratoriuje. Pagal impulsų išsiuntimo ir jų atspindžių registravimo laiko skirtumą nustatomas vertikalus arba nuožulnus nuotolis iki žemės paviršiaus objekto taškų. Tokiu būdu gaunamas trimatis vietovės vaizdas. Tiesa, norint jį patogiai naudoti, dar reikia vaizdą apdoroti kompiuterinėmis programomis. Toks žemėlapių sudarymas iš aeronuotraukų bei skenuotų vaizdų smarkiai sumažina geodezinių lauko matavimų apimtį.

Skenuoti įvairių vietovių vaizdai gali būti naudojami ne vien žemėlapių sudarymui ar tikslinimui, bet ir avarinių tarnybų darbo palengvinimui, erozijos monitoringui, logistikai, žemės paviršiaus modeliavimui, planuojant pramoninių ar miškų teritorijų plėtrą ir pan.

Tokį patį prietaisą, skenuojantį aplinkos vaizdą, galima pritaisyti ir ant automobilio stogo – taip gaunama informacija, pavyzdžiui, apie visus vienoje gatvėje stovinčius pastatus. Antžeminiai lazeriniai skeneriai dažniausiai naudojami inžinerinių konstrukcijų planavimui bei priežiūrai, pavyzdžiui, sudarant urbanizuotų vietovių modelius, nustatant pramoninių statinių ar tiltų nuosėdžius, planuojant sudėtingų statinių priestatus, atstatant architektūrinius paminklus ar vertinant konstrukcijų deformacijas. Panašiu principu dirba ir „Google Street View“ sudarytojai – jų įranga, montuojama ant automobilio stogo, skenuoja aplinką, o iš gautų nuotraukų vėliau sudėliojamas visas žemėlapis.

Žemės matavimai prasideda kosmose

Neatsiejama žemėlapių sudarymo ar žemės matavimų dalis yra skaitmeniniai GPS imtuvai bei palydovai. Sutrumpinimas GPS iššifruojamas kaip globalinė padėties nustatymo (pozicionavimo) sistema, leidžianti surasti taško koordinates bet kurioje pasaulio vietoje.

GPS sistemoje dažniausiai naudojami 24 palydovai, priklausantys palydovinės navigacijos sistemoms „Navstar“ ir „Glonas“. Pirmasis GPS palydovas į Žemės orbitą paleistas dar 1978 metais, o visa palydovų sistema pradėjo veikti 1994-aisiais. 20 tūkstančių kilometrų aukštyje skriejantys palydovai radijo signalais informaciją apie savo koordinates perduoda į specialius punktus Žemėje.

Kiekviename pasaulio kampelyje galima priimti signalus iš keturių artimiausių palydovų, esančių tiesioginio matomumo zonoje. To užtenka, kad sužinotume vietovės platumą, ilgumą, aukštį virš jūros lygio ir savo judėjimo greitį bei kryptį. Iš palydovo gaunamą informaciją priima artimiausia referencinė bazinė stotis, kurioje signalai apdorojami specialiais algoritmais ir toliau perduodami vartotojo naudojamam įrenginiui kaip vaizdas ar tekstas.

Profesorius V. Č. Aksamitauskas teigia, kad, norint atlikti itin tikslius matavimus, reikia vienu metu priimti signalus iš 10–12 skirtingų palydovų. Tuomet galima taškų koordinates nustatyti 5 milimetrų tikslumu. Tiesa, palydovų siunčiamų signalų stiprumui įtaką daryti gali ne vienas ir ne du veiksniai. „Normaliam darbui GPS imtuvas (telefonas ar automobilio navigacinė sistema) turi „matyti“ bent tris palydovus, tad signalo kokybė smarkiai pablogėja tarp daugiaaukščių pastatų, o tunelyje signalai dažniausiai iš viso nutrūksta“, – sako VGTU profesorius.

Popieriniai žemėlapiai niekur nedings

Nors dažniausiai naudojami įprasti miestų ar kitų vietovių žemės paviršiaus planai, tačiau įvairių sričių specialistams reikalingi ir kitokie žemėlapiai. Pavyzdžiui, planuojant statyti namą, būtina geodezinė nuotrauka, kurioje pažymimi visi sklype esantys statiniai bei inžinerinės požeminės komunikacijos – dujotiekis, nuotekos, elektros, šilumos tinklai ir kiti panašūs objektai, galintys daryti įtaką statyboms.

Lakūnai naudoja aeronavigacijos žemėlapius – orlaivių pilotai mokomi studijuoti žemėlapius, kad sugebėtų orientuotis vietovėse avariniais atvejais, kai nustoja veikti navigaciniai prietaisai. Laivų keliai ar maršrutai žymimi specialiuose jūrlapiuose. Nors visa ši informacija vis dažniau pateikiama skaitmeniniu būdu, VGTU Geodezijos ir kadastro katedros vedėjas prognozuoja, kad popieriniai žemėlapiai greitu metu dar neišnyks. „Be analoginių žemėlapių kol kas neišsiversime, jų neatsisako net Jungtinių Amerikos Valstijų kariuomenė, kuri naudoja itin daug modernios įrangos. Juk jeigu visos orientavimosi priemonės būtų elektroninės, būtų galima sukelti tam tikrus trukdžius ar prietaisų blokavimą ir viskas – liktumėme akli kaip kačiukai“, – sako V. Č. Aksamitauskas.

Ateityje, kuriant skaitmeninius žemėlapius, vis didesnę reikšmę įgis informacijos pateikimas trijų dimensijų projekcijomis – taip bus galima matyti ir analizuoti daugiau aplinkos parametrų, o ne tik plokščią vaizdą.