Компьютерные технология создаия карт

Географическая карта - величайшее творение человечества. Карта - основной инструмент, помогающий путешественнику  ориентироваться. Карты различаются  по размеру, детальности отображения  местности и служат уникальным практическим средством выхода в намеченную точку  маршрута. Чтобы процесс ориентирования был точным и безопасным, путешественнику  необходимо владеть языком карты.  

Развитие авиации  и фотографии дало возможность проводить  съемку Земли с высоты. А с появлением спутников на поверхности нашей  планеты не осталось мест, которые  не нанесли бы на бумагу.  

Современные карты  сильно облегчают и работу специалистов, и жизнь туристов. Более того, если при создании топографической  карты использовать специальные  компьютерные программы, можно получить трехмерное изображение. 

Последние десятилетия  ознаменовались бумом в области  применения карт, и связано это  с возникновением Географических Информационных Систем  (ГИС), воплотивших принципиально  новый подход в работе с пространственными  данными. ГИС - это современная компьютерная технология для картографирования  и анализа объектов реального  мира, а также событий, происходящих на нашей планете, в нашей жизни  и деятельности.  

Другими словами, это  инструменты, позволяющие пользователям  искать, анализировать и редактировать  карты в цифровом формате. Карты, созданные с помощью ГИС, можно  смело назвать картами нового поколения. На карты ГИС можно  нанести не только географические, но и статистические, демографические, технические и многие другие виды данных и применять к ним разнообразные  аналитические операции. Но, даже с  появлением систем глобального позиционирования значение карт не уменьшилось, а лишь немного изменилось. Карты стали  электронными, а зачастую GPS приемники  используются как удобное дополнение к обычной «бумажной» карте. В настоящее время для создания карт используют аэро- - и космические съёмки и компьютерные технологии, а электронные модели глобусов значительно расширили их свойства, сняли многие ограничения, связанные с их изготовлением и использованием, расширили сферу применения. 

Картография, имеющая  богатые традиции отображения пространственной информации на картах, на которые ранее  возлагалась и задача ее хранения, представляет основные источники данных для ГИС. Поэтому традиционные методы картографии имеют основополагающее значение для них. В то же время  можно выделить основные области  ГИС-приложений для картографии: 

автоматизация создания картографического произведения; 

обновление и создание производных карт как результат  анализа, преобразования данных и моделирования  на основе ГИС-технологий; 

новые методы использования  карт как в ГИС, так и например, при построении динамических картографических анимаций. 

ГИС базируется на анализе  картографической информации и позволяет  преодолеть ограниченность "ручного" анализа. С другой стороны, появляется возможность составления производных карт по имеющимся, например, морфометрических карт по картам рельефа, карт изменений на основе разновременных карт. ГИС, использующая для создания слоев множество тематических карт, представляет хорошее средство их согласования. 

Компьютерная картография  разрабатывает методы цифрового  представления картографических характеристик. Современные ГИС-пакеты обладают средствами форматирования карт и размещения надписей, огромными библиотеками знаков и  шрифтов, управления дорогостоящими устройствами, обеспечивающими высокое качество конечной продукции. Получило развитие новое направление в картографии - геоинформационное картографирование (ГК), занимающееся автоматизированным составлением и использованием карт на основе геоинформационных технологий и баз географических данных и знаний. 

Геоинформационное картографирование не сводится только к использованию ГИС-технологий. Это, прежде всего картографирование объектов и явлений, основанное на методах анализа и синтеза их содержательной сущности. 

Однако карты обладают ограниченными аналитическими средствами по сравнению с ГИС. В отличие  от данных для ГИС, форма хранения картографических данных не обеспечивает, например, возможности анализа взаимосвязей между различными феноменами, если они не отображены на карте. Некоторые  вопросы могут вызвать затруднения  или потребовать много времени  для ответа, например, "какова площадь  этого озера?", "что показано на определенной тематической карте  для данной точки на этой топографической  карте?".  

Перевод карт и других источников пространственной информации в цифровую форму и ГИС-технологий ее анализа открывают новые пути манипулирования географическими  знаниями и их отображения (визуализации). 

Карты для ГИС  поставляют разную информацию и в  ГИС они используются по-разному. Топографические карты, показывающие контуры объектов на поверхности  Земли, чаще всего являются основой  для БД ГИС, для привязки и отображения  другой дополнительной информации. Тематические карты служат средством изображения  географических явлений, поставляя  информацию для тематических слоев  БД ГИС, служат основой для пространственного  анализа взаимосвязей, отраженных на картах. 

Существенное значение для ГИС имеет использование  тематических карт и фотокарт, созданных  на основе данных дистанционного зондирования. 

При использовании  карт в ГИС нужно постоянно  помнить их важные особенности: 

изображение на картах абстрактно и генерализовано, что требует их весьма осторожной интерпретации; 

карты показывают только статичную картину, один временной  срез; 

от масштаба карты  зависит не только как, но и какие  объекты изображены, а большая  часть ГИС не учитывает различий между наборами данных, полученных с разномасштабных карт; 

при показе сферической  поверхности Земли на плоском  листе карты неизбежны искажения; наименьшие искажения возникают, когда  на карте изображены небольшие территории, наибольшие - когда на карте стремятся  показать всю поверхность Земли. 

Свойства карт, заложенные при их создании, переносятся и  на данные, полученные с этих карт, а  обнаруживаются часто лишь при последующей  обработке цифровых данных. 

2.4.Типы ГИС 

Географические информационные системы подразделяются на несколько  типов, определяемых их задачами и характером используемой информации: 

по проблемной ориентации; 

по предметной(объектной) специализации; 

по территориальному охвату. 

Проблемная ориентация ГИС определяется возлагаемыми на нее  научными или прикладными задачами, полностью определяемыми пользователем. Это прежде всего инвентаризационные задачи, кадастр, мониторинг, оценка и прогноз, управление и планирование, поддержка принятия решений. 

Предметная или  объектная ориентация может определяться ведомственными или отраслевыми  интересами (землеустройство, природные  катастрофы, охрана природы), которые  имеют дело с различными объектами  и явлениями на определенной территории: земля, лес, население и т.д. 

По территориальному охвату различают ГИС: 

глобальные, имеющие дело с информацией планетарного характера; 

субконтинентальные, обычно государственного (национального) характера, и океанов; 

региональные; 

локальные, включающие городские или муниципальные  ГИС, часто экспериментальные или  учебные. 

В ГИС показатели масштабов и точности должны соответствовать  территориальному уровню исследований. 

2.5.Проблемно-ориентированные  ГИС 

Анализ действующих  ГИС показывает, что все они  могут быть отнесены к проблемно-ориентированным, поскольку формулировка проблемы обычно включает предметные и территориальные аспекты. Разработка и функционирование ГИС любой проблемной ориентации определяются типом и структурой пространственных данных и техническими и программными средствами реализации ГИС-технологий. 

Таким образом, базовые  составляющие проблемно-ориентированной  ГИС - это: решаемая проблема, пространственные данные, технические и программные  средства реализации ГИС-технологий. 

Проблемная ориентация ГИС. Важное свойство ГИС как модели геосистемы (реальности) - ее содержательное соответствие решаемой проблеме, т.е. научно обоснованное отображение главных особенностей действительности с учетом генезиса, внутренней и внешней структуры, иерархии объектов. Выполняя роль и научно-справочной системы, ГИС является сводом и обобщением научных знаний об отображенных в ее тематической базе данных природных и социально-экономических явлениях, предназначенным для глубокого изучения их особенностей с целью научного исследования и различной практической деятельности. Поэтому проблемы, решаемые ГИС, в конечном счете, сводятся к набору географических задач, различающихся по цели и методам решения. Основные прикладные области ГИС - инвентаризация и слежение за состоянием природной среды, городское планирование и управление, земельные ресурсы и кадастр. 

При решении инвентаризационных задач ГИС-технологий позволяют  максимально эффективно использовать разные источники информации: полевые  обследования, оперативная аэрокосмическая  съемка, карты. 

Решение различного рода оценочных задач с использованием ГИС-технологий также становится более  эффективным. Например, в задачах  экологической оценки территории совмещают  территориально привязанные атрибутивные параметры (табличные данные, данные выборочных полевых обследований) антропогенного воздействия или его интенсивности. Примером таких задач служат оценка качества сельскохозяйственных земель на основе совмещения карт ландшафтов и использования земель и реализации алгоритма балльной оценки компонентов  ландшафта. 

В основе решения  динамических задач, трактуемых как  изучение и картографирование изменений  в природе, природопользовании и  антропогенном воздействии на природу, лежит сопоставление разновременных материалов: полученных в разные годы результатов аэрокосмических съемок, карт, фиксирующих состояние исследуемого объекта на разные даты, либо разновременных картографических и съемочных материалов. Поскольку при этом используются разнообразные материалы, необходимым  этапом является приведение их к геометрически  сопоставимому виду - единому масштабу и проекции, т.е. взаимное трансформирование, что составляет важный элемент ГИС-технологии. После геометрического совмещения выполняется тематическое совмещение материалов. Для выявления изменений границ или замещения 2-3 объектов применяют, как правило, технологии, носящие названия "оверлей" и "рекласс". При исследовании изменений большого числа объектов, нескольких временных срезов, эволюции исследуемых объектов их различия представляют обычно в виде матрицы - "матрицы динамики". 

Основа решения  прогнозных задач - выявление тенденций  и темпов динамики процессов, поэтому  на первый план выходят ГИС-технологии моделирования, и в первую очередь  математико-картографического моделирования. Ряд параметров моделей функционирования геосистем, пространственно-временная изменчивость природных и антропогенных объектов могут быть определены по снимкам. 2.7.11.Особенности интеграции разнотипных данных 

Новые виды и типы цифровых данных требуют разработки методов их совместного использования, оценки пригодности для создания ГИС и составления карт. Создание проблемно-ориентированных банков географических и картографических данных и знаний способствует не только накоплению и обмену информацией, но и повышению качества и достоверности  результатов, получаемых ГИС. Особенно возрастает роль таких банков для  интеграции, пространственного и  тематического согласования информации. 

Проблемы интеграции данных особенно остро встали в связи  с широким использованием уже  существующих цифровых карт, содержащихся в разнообразных базах пространственных данных и распространяемых по телекоммуникационным сетям. Они могут быть слоями проблемноориентированных ГИС, представлять результаты компьютерного дешифрирования аэро и космических снимков, цифрового моделирования объектов или явлений. Информация относительно их происхождения, методов создания, точности и достоверности часто отсутствует или недоступна. Совокупность цифровых данных о пространственных объектах, составляющих содержание баз географических данных ГИС, по существу, еще не является цифровой картой. На картах, созданных на основе данных дистанционного зондирования, "пиксельные" разрешение и генерализация могут не соответствовать показателям картографической точности и генерализации для выбранных масштаба и проекции. Особенно сложна интеграция данных, представляемых на карте условными знаками, из-за их внемасштабности и уникальности. 

Технология создания цифровых карт часто определяется временными, не устоявшимися, разрозненными, не всегда профессионально составленными  инструкциями и техническими заданиями, разработанными производителем или  заказчиком работ, ведомственными инструкциями. Все чаще появляются в публикациях  сообщения об ошибках в цифровых картах, а иногда об их полной непригодности  к использованию или ненадежности как источников данных. 

При традиционном (бумажном) создании карт разнотипные данные применяются  давно и методы их совместного  использования хорошо разработаны. Современное техническое и программное  обеспечение позволяет на основе любых доступных данных создавать сколь угодно сложные по содержанию карты и делать их легко доступными для использования и модификаций. Но часто это делается без учета картографических традиций, в то время как доверие к цифровым картам велико. Решение проблем интеграции данных при создании и использовании цифровых карт лежит в области разработки инфраструктуры пространственных данных (на национальном, межгосударственном уровнях), четкой структуры метаданных и картографически обоснованного применения ГИС-технологий при работе с разнотипными данными.