2.4. Преобразование инфологической модели в реляционную модель базы данных
В предыдущем разделе была предложена инфологическая модель базы данных по археологическим памятникам. Проведем теперь ее преобразование в реляционную модель. В состав БД входят шесть фундаментальных сущностей. Кроме того, для разрешения отношения “многие ко многим”, которые существуют между сущностью "памятник" и всеми остальными сущностями, кроме сущности "находки" (здесь уже изначально имеется отношение “один ко многим”), необходимо ввести дополнительно четыре сущности ассоциативного типа, включающие два атрибута: первичный ключ сущности “памятник” и первичный ключ соответствующей из сущностей "литература", "документы", "физическое лицо", "организации". Эти атрибуты одновременно суть внешние ключи для соответствующих таблиц связей "памятники – литература", "памятники – документы", "памятники – физические лица", "памятники – организация". Поскольку основным назначением информационной системы является представление информации по памятникам, мы не вводили дополнительных связей между остальными фундаментальными сущностями, например между "физическими лицами" и “литературой”. Безусловно, организация таких связей возможна, но они сделают систему менее прозрачной для восприятия и затруднят работу с ней. Отдельные пользователи могут установить требующиеся дополнительные связи самостоятельно. Все отношения в базе данных имеют вторую, либо более высокие нормальные формы. Вторая форма сохранена для отношений "памятник" и "организации". Мы сочли излишним полностью исключать транзитивные зависимости между некоторыми атрибутами этих отношений (например, координаты в разных системах) для удобства восприятия информации.
Создание моделей проводилось при помощи CASE-программы Visible Analyst v 7.5.4, Visible System Corp. Данная программа позволяет строить различные модели БД, проверять их корректность, а также преобразовывать структурные модели в БД различных форматов (Access, Oracle, Paradox и др.). Мы провели преобразование инфологической модели в формат ACCESS. Выбор данного продукта обусловлен тем, что он входит в семейство офисных программ Microsoft и установлен практически на
Рис. 2.2. Схема реляционной модели базы данных
всех персональных компьютерах. Это обстоятельство является немаловажным, особенно для небольших исследовательских и административных организаций, не имеющих средств на приобретение дополнительного программного обеспечения. Кроме того, как правило, большинство пользователей уже имеет некоторый опыт работы в Access, и поэтому для освоения информационной системы необходимо лишь небольшое дополнительное обучение. На рис. 2.2 представлена схема реляционной моде-
ли БД.
3. Методики выполнения отдельных видов
работ, связанных с наполнением
информационной системы
3.1. Применение GPS при выполнении работ
по картированию археологических памятников
На основании информации, имеющейся в базе данных, можно строить археологическую карту, которая представляет собой проекцию данной информации на картографическую основу. Здесь необходимо разделить археологическую карту как форму интерфейса для доступа к данным и как способ представления данных. В первом случае данные представляются в табличных или иных формах, список которых открывается при щелчке мышью по пиктограмме соответствующего памятника. Во втором случае создаются картографические слои различного содержания, которые просматриваются отдельно либо могут быть полупрозрачными и накладываться друг на друга.
Несколько наиболее типичных слоев обычно конструируются в версии карты, создаваемой ее разработчиком, другие слои могут генерироваться пользователями на основе имеющейся в БД информации. Для визуальной привязки специальной археологической информации, описывающей памятник, создаваемые слои-изображения обычно содержат ту или иную картографическую основу, хотя иногда используется и просто координатная сетка. В качестве картографической основы могут выступать современные и старые топографические карты, топографические планы памятников, геофизические карты, например карты распределений магнитного поля на поверхности памятника.
Главными атрибутами для размещения пространственной информации об объекте являются его точные географические координаты. Эта информация отсутствует в настоящее время для большинства объектов недвижимости. Координаты, которые исчисляются по обозначению объекта на карте, в большинстве случаев имеют недостаточную, с точки зрения современных требований, точность. Таким образом, построение любой БД по памятникам невозможно без определения их точных координат. Это работа, которая требует физического посещения всех заносимых в БД объектов. Для того чтобы она была более эффективной, разработана методика проведения GPS-измерений. Хотя данная методика была ориентирована на позиционирование археологических памятников, она может успешно использоваться и для памятников других типов.
3.1.1. Выбор GPS-приемника
Для проведения измерений координат недвижимых объектов с достаточной для археологической карты точностью (около 10 м) можно использовать простейшие кодовые приемники. Наиболее распространенные из них – Garmin и Magellan. Точность, обеспечиваемая приемниками данного класса, – до 3 м, при наличии функции WAAS. На стоимость влияют размер памяти, качество экрана и количество дополнительных сервисных функций. Любая модель обеспечивает запоминание координат не менее 100-200 точек. Из дополнительных сервисных функций наиболее полезен, на наш взгляд, встроенный компас, показывающий направление движения на точку с заданными координатами. Наличие дополнительной DGPS-антенны, подсоединяемой к приемнику, повышает точность определения координат до 1-2 м. Однако для ее использования необходимо проверить наличие маяка, передающего сигналы поправок на расстояние не более 100-150 км от района измерений. Маяки расположены, главным образом, на морском побережье. Так, для части Ленинградской области возможен прием сигналов от маяка в пос. Шепелево, а для Керченского полуострова – от маяка в г. Новороссийске. Высокоточные геодезические GPS-устройства, по-видимому, будут мало доступны для массовых измерений в российской археологии из-за их высокой стоимости. Их применение целесообразно для составления топографических планов отдельных памятников как альтернатива традиционным геодезическим приборам: тахеометрам, теодолитам и т.п., но для составления археологических карт обеспечиваемая ими точность избыточна. Простой GPS-прием-ник должен входить в штатный инвентарь любой археологической экспедиции, так же как геодезические инструменты, компьютер и фотоаппаратура.
3.1.2. Выбор системы координат и проекции
Любая система координат (datum) связана с некоторой моделью Земного шара (земным эллипсоидом). Стандартной для GPS-измерений является система координат WGS84 (World Geodetic Survey). Большинство российских карт, используемых археологами, составлены в системе координат 1942 г. (СК42), базирующейся на эллипсоиде Красовского. Карты европейских стран могут строиться на основе общеевропейских систем координат, например EU50 или EU72, либо на системе координат, принятой в конкретной стране. Для получения численных значений координат после выбора системы координат необходимо выбрать тип координатной проекции, в зависимости от которого координаты могут измеряться в угловых или линейных единицах.
При проведении GPS-измерений наиболее целесообразно использовать систему координат WGS84 (World Geodetic Survey). Одна из двух проекций называется “широта/долгота” (latitude/ longitude), координаты – две величины, измеренные в градусах (в GPS-приемниках возможен выбор различных форматов: градусы с десятичными долями либо градусы, минуты, секунды). Эта проекция более знакома большинству пользователей как “географические координаты”. Другая проекция называется UTM (Universal Transvere Merkator). В ней Земной шар разбивается на зоны, и точка в каждой зоне имеет восточное положение (E) и северное (N) относительно начала координат зоны в метрах. Таким образом, набор UTM-координат состоит их трех чисел: номера зоны, северного положения и восточного положения (например, точке с географическими координатами 45,39346 град с. ш. и 36,53163 град в. д. соответствуют UTM-координаты 36 зона, 306792E, 5029624N).
Координаты в системе UTM удобно использовать для определения расстояния между объектами. Для объектов, расположенных в пределах одной UTM-зоны на небольшом удалении друг от друга, например в одном административном районе, расстояние в метрах  между объектами с координатами  , и  , может быть получено по формуле  .
При сопоставлении GPS-координат с координатами объектов на карте следует принимать во внимание систему координат, которая была использована при ее составлении. Наиболее распространенными для территории России топографическими картами, имеющимися в несекретном обороте, являются карты, составленные в системе координат СК42. На этих картах нанесены как градусная, так и линейная сетки координат, однако, поскольку номенклатура листов определяется по градусной сетке, более традиционным является обозначение координат в градусах. Линейная координатная сетка построена в равноугольной поперечно-цилиндрической проекции Гаусса-Крюгера. Эту сетку можно использовать для определения расстояний аналогично проекции UTM.
К сожалению, GPS-приемники хотя и обеспечивают отображение координат во многих национальных и общемировых координатных системах, но известные авторам модели не позволяют определять координаты непосредственно в системе координат СК42.
Соответственно широта и долгота данной точки в системе WGS84 будут отличаться от широты и долготы в системе СК42. Поэтому при сопоставлении данных карты и GPS-измерений следует вводить поправки на различие систем. Величина эти поправок различна для различных районов. Так, например, для Керченского полуострова две точки, имеющие одинаковые значения координат в системах СК42 и WGS84, отстоят друг от друга на местности по долготе примерно на 110 м, а по широте на 20 м (точка, координаты которой измерены в системе WGS84, будет находиться восточнее и севернее). Для расчета поправок имеются специальные программы перевода координат из одной системы в другую, кроме того возможности использования различных систем координат обычно заложены в ГИС-программах.
3.1.3. Подготовка картографического материала
Для планирования работ и нахождения характерных объектов, координаты которых следует определить, необходимо наличие карт местности. Работа с GPS собственно и заключается в уточнении имеющихся карт и нанесении на них дополнительных объектов. Для территории России и СНГ сейчас доступны карты Генерального штаба СССР масштаба 1:100000. Кроме того, поскольку речь идет о памятниках, то есть объектах, многие из которых существуют уже длительное время, желательно иметь и карты дореволюционных изданий. Для значительной части территории России существуют карты масштабов вплоть до 1:21000 (половина версты в английском дюйме) [Глушков В.В., Долгов Е.И., Шаравин А.А., 1999, с. 50]. В архивных материалах можно найти большое количество старых планов городов и поселений, включая межевые планы масштаба 1:8400, построенные в XIX веке для значительной части территории России.
3.1.4. Обзорная съемка объектов, рассредоточенных
по значительной территории
Определение координат при помощи GPS может быть основным или одним из основных видов выполняемых работ либо проходить на фоне других исследований. Первый случай, назовем его "быстрая съемка", обычно имеет место при проведении специального обхода (объезда) уже известных на местности памятников с целью осмотра их состояния и уточнения координат. В этой ситуации желательно получить результаты за минимальное время и нет возможности проводить многократные измерения. Необходимо фиксировать как собственно памятники недвижимости, так и характерные детали местности (высшие точки, пересечения дорог, и других линейных объектов друг с другом, триангуляционные пункты, мосты, туннели, оконечности мысов, колодцы, опоры ЛЭП, характерные современные сооружения, памятные знаки, маяки и т.д.), т.е. те объекты, которые могут быть обозначены на обычных картах и использованы позднее для взаимной привязки различных карт. Обязательно следует производить съемку характерных объектов, отмеченных как на новых, так и на старых картах.
Во избежание грубых ошибок оператора ("промахов") рекомендуется измерять координаты каждой точки дважды. В память прибора, как правило, могут заноситься номер точки (генерируемый автоматически или выставляемый на приборе вручную) и ее координаты. Для фиксации сопроводительной информации удобным способом является занесение речевого комментария по данной точке на диктофон. Указывается номер точки по GPS-прием-нику и описывается характер памятника, известные факты по его истории, обстоятельства обнаружения, либо проводится описание характерной точки местности. Подобный способ фиксирования информации быстрее, чем запись в журнале, и позволяет отразить информацию в деталях, которые во многих случаях не указываются при записи в журнал непосредственно в поле. В конце каждого рабочего дня следует расшифровывать записи и делать их бумажную копию, а также перегружать данные из прибора в базу данных. Как правило, при "быстрой” съемке имеет место перемещение от одной группы объектов к другой с остановкой для проведения измерений. Как показывает практика, за день работы в условиях степной местности удается посетить 5-10 групп объектов и измерить координаты 50-100 отдельных объектов. При наличии в группе памятников большого числа малоразличимых однородных объектов (например, группа малых курганов, группа склепов) не следует пытаться при "быстрой съемке" замерить координаты всех объектов. Разрешения простых GPS-приемников недостаточно для таких работ, какие-то объекты, скорее всего, будут пропущены, а наличие большого числа измерений создаст у тех, кто будет пользоваться данными, иллюзию их полноты и относительной равнозначности всех промеренных объектов. В такой ситуации следует измерять координаты наиболее характерных сооружений комплексов, а также объектов, расположенных на границах комплексов. Нужно заметить, что применение методики "быстрой съемки" стало возможным после снятия ограничений селективного доступа на точность GPS-сигналов в мае 2000 г. Измерения, проводимые до этого времени, должны были носить многократный характер даже при проведении разведок, для обеспечения возможности усреднения полученных результатов.
3.1.5. Съемка отдельных комплексов и памятников
Вторым вариантов проведения GPS-измерений является их совмещение с другими видами работ на территории одного комплекса либо близко расположенных комплексов. Назовем его условно "стационарная съемка". Если для случая "быстрой съемки" характерный размер района обследований составляет 10-20 км, то для стационарной - не более 1-2 км. В этом случае речь идет фактически о составлении плана комплекса. Для измерений в этой ситуации желательно использовать DGPS либо провести многократные измерения для последующей статистической обработки и усреднения. Для расстояний 1-2 км применение GPS, с одной стороны, обеспечивает точность, достаточную для составления планов масштаба 1:1000 -1:5000, с другой стороны, скорость проведения работ существенно выше, чем при использовании обычных геодезических инструментов. Как правило, в такой ситуации традиционными способами (непосредственное измерение расстояний рулеткой либо оптическими дальномерами) составляются планы крупного масштаба (1:200 - 1:500) для отдельных объектов в составе комплекса. Эти планы привязываются к каким-либо естественным либо специально создаваемым ориентирам (обычно забитый в землю стальной стержень, который можно обнаружить металлоискателем). Наиболее целесообразным является определение по GPS с максимальной точностью координат этих ориентиров. Если при "быстрой съемке" отдельные планы обычно не составляются (данные непосредственно наносятся на археологическую карту), то для "стационарной съемки" составляется план всего комплекса. Реперные точки взаимно привязываются по результатам GPS-измерений, и относительно них размещаются планы отдельных участков комплекса, которые построены обычными геодезическими методами. Создаваемые таким образом планы могут быть непосредственно включены в слои археологической карты как графические файлы, для привязки которых ("регистрации" – по терминологии ГИС) используются координаты реперных точек. Подобным же образом проводятся измерения, если GPS-съемка связана с каким-либо другим видом регулярного обследования территории, например магнитной съемкой или детальным археологическим обследованием. В первом случае создаются карты изолиний магнитного поля, позволяющие судить о характере объектов, расположенных в грунте, во втором - карты распределения артефактов, располагающихся на поверхности. И в том и в другом случае для проведения работ строится собственная система координат. При помощи GPS определяются ее реперные точки, и далее она привязывается к общегеографической. При проведении магнитных съемок, где характерные размеры отдельных участков измерений 20-40 м, полезно непосредственно измерять координаты наиболее значительных аномалий при помощи GPS. На практике это часто оказывается более удобным, чем последующее определение координат при помощи ГИС.
Следует отметить, что простые GPS-приемники мало пригодны для составления карт изолиний рельефа местности при построении планов масштаба 1:1000 -1:5000. В этом случае высота сечений рельефа для равнинной местности составляет 0,5 2 м [Инструкция, 1985, с. 46], для чего необходимо пространственное разрешение прибора по высоте не менее 20-50 см. Рассматриваемый класс GPS-приемников не обеспечивает подобную точность даже в дифференциальном режиме. Наибольшая точность достигается при использовании встроенного барометра-альтиметра, имеющегося в ряде приемников, который при проведении измерений необходимо периодически градуировать в одной и той же точке. Но и в этом случае гарантируемая производителями точность альтиметра составляет около 3 м.
Если при "быстрой съемке" составление схем памятников непосредственно в поле является, в целом, нецелесообразным (что не исключает необходимость их создания в отдельных случаях), то при "стационарной съемке" необходимо составлять примерный план взаимного расположения объектов комплекса и точек съемки во время проведения измерений.
3.1.6. Этапы обработки результатов измерений
Как при "быстрой съемке", так и при "стационарной" необходимо ежедневно протоколировать и систематизировать полевые данные. Полное стенографирование магнитных записей в варианте "быстрой съемки" может потребовать достаточно много времени, но по крайней мере краткий конспект с расшифровкой номеров и наименований точек измерения необходимо составлять в конце каждого рабочего дня. Также следует перегружать данные из GPS-устройств в компьютер и дублировать их на CD или других внешних носителях.
После расшифровки магнитных записей, проверки координат на отсутствие ошибок оператора и статистической обработки (при необходимости) данные заносятся в БД информационной системы. Эти работы в большинстве случаев проводятся по завершении полевого сезона в лабораторных условиях.
|
