Методика создания ледовой карты по стандарту ВМО в среде QGIS: от векторизации до автоматизированного оформления

Введение
Оперативные ледовые карты используются для отображения фактического состояния ледяного покрова в замерзающих морях в стандартизированном и сопоставимом виде. Для описания его характеристик применяется номенклатура Всемирной метеорологической организации (ВМО), предусматривающая использование овального кода (https://library.wmo.int/records/item/41953-wmo-sea-ice-nomenclature). В нём передаются сведения об общей и частных концентрациях, возрасте или стадии развития, а также форме льда.
Подготовка таких карт включает дешифрирование спутниковых изображений, векторизацию ледовых массивов, заполнение атрибутивных данных и картографическое оформление. В исходном рабочем процессе размещение овальных кодов и проведение соединительных линий-выносок выполнялись вручную, что увеличивало трудоёмкость оформления и затрудняло актуализацию карт.
Цель работы — разработка и апробация методики подготовки ледовых карт по стандартам ВМО в среде QGIS, объединяющей экспертную векторизацию ледовых массивов с автоматизированным формированием и размещением овальных кодов и построением соединительных линий-выносок.
Исходные данные
Апробация методики проводилась на демонстрационном участке Байдарацкой губы. В качестве исходного материала использовано спутниковое изображение, полученное прибором VIIRS спутника Suomi NPP 2 марта 2026 г. в 08:30 UTC и доступное через сервис NASA Worldview (https://worldview.earthdata.nasa.gov).
Методика
Методика реализована в QGIS 3.44 с использованием стандартных инструментов обработки векторных данных и разработанных Python-скриптов.
На первом этапе работы по спутниковому изображению выполнены экспертное дешифрирование ледовой обстановки и векторизация однородных ледовых массивов. Для выделенных полигонов сформирована атрибутивная таблица, содержащая характеристики ледяного покрова и вспомогательные поля для картографического оформления. В дополнительных текстовых полях задаются значения, отображаемые в отдельных строках овального кода (https://library.wmo.int/records/item/37171-sigrid-3-a-vector-archive-format-for-sea-ice-charts); отдельные поля используются для цветового оформления полигонов по концентрации и стадии развития льда. Каждому полигону присваивается уникальный идентификатор, обеспечивающий его сопоставление с овальным кодом и линией-выноской.
Для полигонального слоя подготовлены стили цветового оформления в соответствии с рекомендациями ВМО (https://library.wmo.int/records/item/37175-ice-chart-colour-code-standard). В весенне-летний сезон оформление соответствует диапазонам концентрации льда, а в осенне-зимний сезон, когда происходит формирование ледового покрова, — возрасту льда, определяемому через диапазон толщины льда; для припайного льда предусмотрено отдельное обозначение.
На основе ледовых полигонов инструментом QGIS «Полюс недоступности» формируется слой опорных точек, расположенных внутри объектов на максимальном удалении от их границ. Это обеспечивает размещение овалов таким образом, чтобы они не перекрывали другие полигоны льда, а если это невозможно, выносились за пределы ледовых массивов. Точечный слой наследует полную таблицу атрибутов из исходных полигонов и используется для формирования овальных кодов и задания исходных точек линий-выносок.
Для формирования овальных кодов разработан Python-скрипт, считывающий значения из атрибутивной таблицы и создающий для каждого объекта индивидуальный SVG-символ. Одновременно формируется QML-стиль, связывающий символы с объектами точечного слоя по уникальному идентификатору. Стиль подгружается в свойства файла «полюсов» и точки в проекте замещаются овальным кодом. Таким образом, содержание каждого овального кода определяется атрибутами соответствующего ледового полигона.
Для автоматического размещения овальных кодов и построения соединительных линий-выносок разработан отдельный алгоритм. В качестве исходных данных используются опорные точки ледовых полигонов, параметры овальных символов и шаблон компоновки карты в формате QPT.
Алгоритм рассчитывает положение символов овального кода вне ледовых полигонов с учетом условия, что линии-выноски не должны пересекаться с другими линиями-выносками и другими символами овального кода. Линия-выноска строится от точки «полюса недоступности» до точки пересечения с овалом. После проверки размещения условных знаков карта экспортируется из компоновки QGIS в растровый формат с разрешением 300 dpi.
Результаты
В среде QGIS реализована и апробирована на демонстрационном участке Байдарацкой губы методика подготовки ледовой карты с автоматизированным формированием и размещением овальных кодов и построением соединительных линий-выносок.
Овальные коды формируются по атрибутивным характеристикам ледовых полигонов. Сопоставление по уникальному идентификатору обеспечивает соответствие каждого кода исходному объекту при размещении символов и построении линий-выносок. Разработанный алгоритм выполняет автоматическую расстановку овальных кодов и построение линий-выносок. При создании линий-выносок алгоритм учитывает размер овального SVG-символа и масштаб карты в компоновке. Это позволяет автоматически завершать линию на внешней границе овального кода, не перекрывая его графическое содержимое. Оформление выполняется в QGIS без последующей ручной дорисовки соединительных линий в стороннем графическом редакторе.
Обсуждение
Предложенная методика автоматизирует картографическое оформление результатов экспертного дешифрирования, но не заменяет интерпретацию спутниковых изображений. Дешифрирование ледовой обстановки, определение границ однородных ледовых массивов и назначение их характеристик по номенклатуре ВМО (https://library.wmo.int/records/item/41953-wmo-sea-ice-nomenclature) сохраняются как задачи ледового эксперта.
При этом объединение стандартных инструментов QGIS и разработанных скриптов с последующей их интеграцией в рабочий процесс упрощает выполнение технических операций оформления карты. Методика позволяет специалисту с базовыми навыками работы в QGIS формировать и размещать овальные коды, а также строить линии-выноски без самостоятельной разработки программных инструментов.
При высокой плотности объектов возможны пересечения линий-выносок с соседними овальными кодами. Поэтому автоматическая расстановка должна сопровождаться визуальной проверкой итоговой компоновки. Дальнейшее развитие алгоритма связано с уменьшением числа таких пространственных конфликтов.
Апробация выполнена в QGIS 3.44 на одном демонстрационном участке. Применение методики в других версиях программной среды и на картах с иной пространственной конфигурацией ледовых массивов требует дополнительной проверки.
Заключение
Разработана и апробирована в QGIS 3.44 на демонстрационном участке Байдарацкой губы методика автоматизированного оформления ледовой карты по результатам экспертного дешифрирования спутниковых изображений. Методика обеспечивает формирование овальных кодов по атрибутивным характеристикам ледовых полигонов, их автоматическое размещение и построение соединительных линий-выносок с подрезкой по границам символов.
Реализованный подход позволяет выполнять указанные операции в единой среде QGIS без ручной дорисовки линий-выносок в стороннем графическом редакторе.
Методика может применяться для картографического оформления результатов оперативного ледового мониторинга и подготовки отчётов о ледовом режиме акваторий.