Ответ на вопрос
Кратко — по шагам, с ключевыми формулами и требованиями к метрологической согласованности и истории изменений.
1) Инвентаризация и метаданные
- Для каждого источника зафиксировать: CRS/Datum, масштаб/разрешение, точность/погрешность, модель съёмки (RPC/sensor), дата/время, владелец/правовой статус. Использовать стандарты ISO 19115/19111 и INSPIRE.
2) Предобработка растров (спутник)
- Радиометрическая и атмосферная коррекция, калибровка.
- Ортокоррекция с использованием DEM и модели съёмки (RPC или коллинеарные уравнения).
- При простой гео-привязке использовать аффинную модель пиксель→координата: \[x' = a + b x + c y,\qquad y' = d + e x + f y.\]
- Для точной подстройки — субпиксельная корреляция/фазовая регистрация.
3) Векторизация и геопривязка топокарт, кадастровых планов
- Сканирование → векторизация (ручная/полуавтомат).
- Геопривязка по привязочным точкам (GCP). Выбор модели трансформации по характеру и распределению ошибок: сходство (similarity), аффин, поли-ном, тонкопластинная сплайн (TPS). Примеры: similarity в 2D
\[
x' = s(x\cos\theta - y\sin\theta) + t_x,\qquad
y' = s(x\sin\theta + y\cos\theta) + t_y.
\]
- Калибровать и оценивать остаточные ошибки по GCP.
4) Гармонизация CRS/Datum
- Выбрать целевой CRS (проектный/национальный).
- Преобразования датумов выполнять корректными параметрами (например, Helmert \(...7\ \text{параметров}...\) или справочными трансформациями PROJ/NTv2).
- Фиксировать используемые параметры и метод.
5) Сведение и согласование разнородных наборов (регистрация/выравнивание)
- Собрать общую сеть связующих точек между источниками; провести блочную (bundle) или условно-линейную наименьших квадратов настройку: нормальные уравнения
\[
(A^T W A)\,x = A^T W l,
\]
где \(A\) — матрица якорей, \(W\) — весовая матрица, \(l\) — вектор наблюдений, \(x\) — искомые параметры.
- Оценить ковариации и перенести погрешности: при линейном приближении ковариация трансформированных координат \(C'\) вычисляется как \[C' = J\,C\,J^T,\] где \(J\) — якобиан преобразования.
6) Оценка качества и метрологические критерии
- Вычислить остатки и метрики: для \(n\) контрольных точек \[\mathrm{RMSE} = \sqrt{\frac{1}{n}\sum_{i=1}^n e_i^2}.\]
- Установить пороги допустимой погрешности по классам данных (спутник, топокарта, кадастр).
- Топологическая проверка (наложения, дубликаты, разрывы), проверка на соответствие правовым границам кадастра; при конфликте — приоритетать авторитетный источник или требовать полевых измерений.
7) Многомасштабность и представление уровней детализации
- Хранить несколько представлений (LoD): исходные высокодетальные данные и обобщённые версии для масштабов. Метаданные о масштабе/генерализации.
- При хранении в векторе указывать условие допустимой обобщённой точности и точность привязки.
8) Сохранение истории изменений и прослеживаемость (provenance)
- Все действия (референцирование, трансформации, правки) логировать с метаданными: автор, время, параметры трансформации, GCP, RMSE, версия исходных данных.
- Использовать систему версионирования геоданных: GeoGig, PostGIS + audit/triggers/temporal, Git-like для геоданных или пространственные версии в СУБД.
- Хранить оригиналы (raw) неизменными; рабочие копии — как отдельные версии. Для каждого изменения иметь diff геометрии/атрибутов и возможность отката.
9) Форматы и технологии хранения/доставки
- Единая СУБД: PostGIS/Spatial DB с версионированием.
- Для пакетов обмена: GeoPackage, CityGML/LoD, WMS/WMTS/WMTS для растров, WFS для векторов.
- Метаданные в ISO 19115/19139, CRS в WKT/PROJ strings.
10) Итоговые требования к результату (контрольный лист)
- Единый CRS и протокол трансформаций;
- Для каждой фичи — привязанные поля точности/ковариации и ссылка на исходные данные;
- Отчёт по GCP, RMSE, использованным моделям и параметрам;
- Версионированная история изменений и доступ к оригиналам;
- Технические правила для обновления/сверки при поступлении новых данных.
Рекомендация: для критичных кадастровых границ, где несоответствие превышает допустимую метрологическую погрешность, проводить полевые съемки и включать их как авторитетный источник в процессе повторной калибровки.
Еще