Визуальный анализ. Описание по картам.

Следует различать понятия «анализ карты» и «визуальный анализ»:

«анализ карты» ведет к познанию свойств самой карты,

«визуальный анализ» — к выявлению особенностей картографируемого явления.

Визуальный анализ и описание по картам — приемы, издавна применявшиеся при работе с картой и не потерявшие свое значение и сегодня, несмотря на значительное развитие точных и объектив­ных способов картографического метода исследования.

Это один из самых разработанных в методическом отношении прием. Его цель - выявление на карте закономерностей и особенностей распространения явлений, уста­новление их взаимосвязей.

Прежде чем выполнить описание, необходимо сделать анализ карты или серии карт и убедиться, пригодны ли они для решения поставленной задачи. Затем нуж­но изучить легенду карты, установив принципы классификации изображаемых явлений и способы их изображения. Порядок ви­зуального анализа — от общего к частному, когда необходимо вы­явить сперва основные, определяющие характеристики описываемой территории или изучаемого явления, а затем остановиться на дета­лях и частностях, подтверждающих выделенные основные черты.

Визуальный анализ и описания имеют очевидные преимущества перед другими приемами - Оба они передают зри­тельно общий, непосредственно ощущаемый картографический образ изучаемой действительности, что позволяет делать обобщающие, комплексные выводы которые при других приемах ускользнули бы от внимания исследователя. Большинство же математизированных приемов анализа хотя и дают более детальную и углубленную характерис­тику, но, как правило, лишь одной какой-либо черты исследуемого явления.

В географии выделяют общие (комплексные) и поэлементные описания. При их составлении следует придерживаться определен­ного плана.

Так, в комплексной характеристике территории снача­ла отражают природные условия, а затем социально-экономические. В свою очередь природные условия и социаль­но-экономическую ситуацию описывают, придерживаясь после­довательности, принятой в географии (географическое положе­ние, рельеф, геологическое строение, полезные ископаемые, гидрография, климат, почвы, растительность, животный мир, ландшафтные районы, охрана природы и рациональное природо­пользование, население, экономика, социальная сфера).

При выполнении работы необходимо соблюдать условия:

- описание должно быть кратким, последовательным, логичным;

- основой описания должна быть систематизация фактов;

- описание необходимо дополнять расчетами, графиками, диа­граммами и прочими элементами, помогающими более наглядно представлять информацию;

- описание должно содержать элементы сравнения, анало­гии, прогнозирования, а также выводы о взаимосвязях явлений и рекомендации (если это необходимо) по улучшению географи­ческой ситуации.

Подтверждением сказанного служат классические примеры ви­зуального анализа карт, приведшие к установлению глобальных географических закономерностей.

Так, целенаправленный анализ по картам пространственных закономерностей почвенного покрова привел В. В. Докучаева в конце XIX в. к установлению явления широтных почвенных зон, которое в дальнейшем легло в основу закона природной зональности и ландшафтной дифференциации.

Гипотеза континентального дрейфа была выдвинута Альфредом Вегенером в 1912 г. после тщательного изучения очертаний шель­фа материков на картах мира. Совмещая эти очертания, Вегенер установил, что современные материки в ранний период развития Земли составляли единый огромный континент Пангею, который раскололся и его осколки — материки, дрейфуя, заняли современ­ное положение. Как известно, дальнейшие углубленные исследова­ния тектоники и палеомагнетизма материков подтвердили идею мо­бильности континентов, столь блестяще выдвинутую ученым на ос­нове визуального анализа карт.

Графические приемы.

Графические приемы анализа карт используются для отображе­ния в наглядной форме каких-либо особенностей явлений, пред­ставленных на карте или на серии карт. К графическим приемам относится построение

двух- или трехмерных графиков, профилей и блок-диаграмм.

►Построение про­филей является наиболее разработанным в методическом аспекте приемом. В курсе картографии выполнение данного вида работ является повторным, так как он осваивается при изучении то­пографии. Профиль по мелкомасштабной общегеографической карте с изображением рельефа гипсометрическим способом стро­ится тем же методом, что и по топографической карте. Из-за мелкого масштаба карты вертикальный масштаб сильно преуве­личивается, что нарушает географическое соответствие действи­тельности, а сама профильная линия схематично передает силь­но генерализованную структуру рельефа. Определение высот осу­ществляется при помощи интерполяции. Построение профилей по общегеографическим картам способ­ствует более наглядному отображению только одного компонента геокомплекса — рельефа.

В учебной работе и особенно в научно-исследовательской деятельности часто возникает необходимость изображения взаимосвязи между несколькими явлениями, например геологи­ческим строением, рельефом, почвами, растительностью, клима­тическими условиями территории. Естественно, что весь этот геокомплекс нельзя отобразить на одной картографической основе. Для этого строят совмещен­ные или комплексные профили. Построение комплексного профиля по серии общегеографических и тематичес­ких карт позволяет успешно решить эту задачу. Правда, при этом совмещенность явлений производится в вертикальном разрезе, а не в горизонтальной плоскости, но от этого наглядность только выигры­вает. Комплексные профили способствуют уяснению лан­дшафтной дифференциации, обоснованному природному райони­рованию, выявлению взаимозависимостей между компонентами изображенных территорий.

Широкие возможности для изучения основных форм рельефа суши и дна океана по гипсометрическим профилям, помещенным на полях карты, предоставляет гипсометрическая карта мира для вузов.

►Блок-диаграмма позволяет получить трехмерное изображение пу­тем совмещения перспективного рисунка какой-либо поверхности, ее продольного и поперечного профилей.

Блок-диаграммы нередко представляют собой прием графического отображения результата совместного изучения карт разного содержания (например, взаимо­связи между рельефом, геоморфологическим и геологическим строе­нием; рельефом и почвами, водными массами, глубинными течения­ми и соленостью вод и т. п.).

Широкое применение из-за своей наглядности получили блок-диаграммы в учебной, в частности школьной, практике.

Блок-диаграммы (рис. 202) в географической практике чаще всего строятся в аксонометрической (изометрической — с углами рав­ными 120°) проекции.

Построение блок-диаграмм - довольно трудо­емкий процесс, требующий не только высокой геометрической точности, но и немалого графического искусства. С развитием автоматизации трудоемкие графические операции все чаще поручают чертежным автоматам. Для этого с карты предвари­тельно считывают высотные отметки в ряде точек: либо вдоль горизонталей, либо по профилям. Полученные отметки фикси­руют в памяти ЭВМ, которая управляет автоматическим графо­построителем. Преобразуя исходные данные, можно разворачи­вать блок-диаграмму под разными углами, растягивать или сжи­мать ее по любой оси. Изолинейное изображение сохраняет сходство с топографической основой, в то же время хорошо чувствует­ся объемность рельефа.

►Картометрия и морфометрия. Одной из тенденций развития современной географии является широкое внедрение количествен­ных методов, определение по картам различных показателей и коэффициентов.

Свойство метричности мелкомас­штабных общегеографических карт позволяет решать по ним ряд картометрических и морфометрических задач примерно теми же методами, которые используются при работе с крупномасштабными общегеографическими (топографическими) картами.

К ним относят­ся:

-измерения расстояний и длин линий любой конфигурации,

-пла­новых координат точек (географических и др.),

-определения аппли­кат — вертикальных составляющих явлений (абсолютных и относи­тельных высот, глубин, мощностей и т. п.),

-вычисления площа­дей, объемов,

-вертикальных и горизонтальных углов и направ­лений.

Многие морфометрические показатели относительны. Они могут выражать соотношения между длинами и площадями, длинами и высотами, площадями и углами наклона и т. д. (например, средняя высота, средняя толщина, средняя мощность явления), его плот­ность (интенсивность), степень расчлененности поверхности (гори­зонтальной, вертикальной) и ее уклоны, извилистость линий, конту­ров объектов, изображенных на карте.

Принципиальное отличие работ с мелкомасштабными картами по сравнению с топографическими состоит в необходимости учета картографических искажений. Так, при измерениях длин, углов и пло­щадей рекомендуется определять по соответствующим формулам частные масштабы длин, площадей и наибольшее искажение углов в исследуемых частях карты.

Измерение площадей можно проводить также, используя дан­ные площадей полей (2°Х2°, 4°Х4°, 5°Х5° и 10°Х 10°), заключенных между параллелями и меридианами. Такая таблица помещена в Гео­графическом атласе для учителей.

Процесс генерализации картографического изображения накла­дывает свой отпечаток на результат измерений вследствие обобщен­ности изображения.

♦ Измерение длин линий (расстояний). Значительная генера­лизация и невозможность введения поправок за искажение обусловливают получение весьма приблизительных данных. Измерения проводились циркулем-измерителем с раствором 2 мм, при этом соблюдались правила картометрии (если река берет начало из озера, то за исток принималось место выхода из этого озера; если река образуется от слияния двух и более рек без названия, то за исток принималась самая длинная из них; если река имеет дельту, то измерение проводилось до устья самого мощного рукава; остров посреди реки, а также эстуарии включа­лись в длину реки. По известным в картометрии формулам про­изведено исправление (редуцирование) длин рек, что в незначи­тельной степени снизило относительные ошибки.

Измерение длин рек не может иметь практического значения, но очень важно для понимания характера распределения искажений на картах, а также формирования представления о количественной мере генерали­зации. Разная степень генерализации объектов разного рода обусловливает тот факт, что искажение длин путей сообщения на тех же картах колеблется в пределах 6—10 %.

♦ Измерение площадей. Для решения многих географических задач необходимо знать величину площади объекта или террито­рии. Как известно, на крупномасштаб­ных (топографических) картах площади измеряют с помощью пла­ниметра и палетки.

*А. М. Берлянт так описывает эти измерения: «При измерении площади множества мелких одноименных ареалов (например, почвенных разностей) успешно применяют также спо­соб взвешивания, где все мелкие почвенные контуры переносят на бумагу, вырезают и взвешивают на аналитических весах. В каче­стве эталонного участка взвешивают, например, участок в 1 км² в масштабе данной карты, вырезанный из этой же бумаги. Точность измерения площадей этим способом при простых и плавных очер­таниях контуров близка к точности планиметрирования». Палетки являются одним из наиболее удобных и быстрых средств измерения площадей.

При измерении площадей объектов на мелкомасштабных кар­тах лучше всего пользоваться картами, составленными в равнове­ликих проекциях; тогда отпадает необходимость вводить поправки на искажения. Карты, составленные в проекциях равноугольных и равнопромежуточных, как известно, сильно искажают площади.

На мелкомасш­табных картах удобнее применять точечные палетки поскольку при работе с ними не надо на глаз оценивать части квадратов, попавших на границы контура.

Более предпочтитель­ны гексагональные палетки, так как шестиугольники лучше впи­сываются в неправильный контур измеряемой площади. Для по­лучения относительной ошибки в 1,5 % достаточно в пределах контура разместить примерно 100 точек.

При проведении измерительных работ в процессе обучения нет необходимости учитывать ошибки, допущенные при состав­лении карты и ее печати, а также деформацию бумаги, что вме­сте с ошибками измерения может составить 2-3 %.

При измерении площади большого объекта необходимо произвести разбивку его на части, и для каждой части вводить поправку на иска­жение.

Один из наиболее удобных способов определения площадей состоит в выделении трапеций, площади которых известны и не подлежат измерению. Отдельно измеряют площади неполных трапеций, вводят поправки, результаты суммируют.

Умение измерять площади объектов по мелкомасштабным картам имеет большое значение при изучении практических кур­сов. Этот навык будет необходим для измерения площадей по­чвенных или растительных ареалов, сельскохозяйственных зон и районов. Знание площади объекта необходимо для расчета многих морфометрических показателей. Наконец, измерение площадей может входить составной частью в содержание приема определения объемов географических объектов, предусмотренного в курсе общего землеведения.

♦ Измерения объемов. Изучение баланса веществ в природе свя­зано с вычислением их объемов. Например, в геоморфологии — определение объемов снесенных и отложенных горных пород, в климатологии — подсчет объема выпавших осадков, в гидроло­гии — вычисление величин стока на исследуемой территории, объ­емов океанических впадин и озерных котловин, запасов воды в снеж­ном покрове, объемов ледников и т. п. Измерения этих объемов выполняют по гипсометрическим,батиметрическим, гидрологиче­ским, климатическим и другим тематическим картам.

Известно несколько способов измере­ния объемов по картам.

В одном из них объем объекта, изобра­женного на карте в изолиниях, представляется в виде суммы объемов отдельных слоев, заключенных между плоскостями се­чения. Экспериментальное вычисление объемов объектов по гипсомет­рической карте мира для вузов показало, что полученные резуль­таты вполне удовлетворяют учебным целям.

Более высокую точность можно получить, применяя точеч­ные объемные палетки. Суммарная величина умножается на площадь основания палетки.

Измерения по картам необходимы для определения и сравне­ния параметров объектов, расчета морфометрических показате­лей, предусмотренных учебными программами.

♦ Измерения углов и направлений на топографических картах, практически не имеющих искажений, не представляют трудности (см. § 9). Если возникает необходимость выполнить такие опреде­ления на мелкомасштабных картах, нужно, как уже отмечалось, воспользоваться картами с изоколами углов, помещенными, напри­мер, в атласе для учителей, и в выполненные измерения внести со­ответствующие коррективы.

♦ Приемы математической статистики. Чаще всего при этих приемах применяют коэффициент парной корреляции (г), отра­жающий тесноту связи между двумя явлениями, если она близ­ка к прямолинейной.

Если коэффициент корреляции равен +1 или —1, это значит, что между явлениями существует полная (функциональная) связь, прямая в первом случае или обратная во втором.

Когда г близок к нулю, связь между явлениями отсутствует,

при г< 0,3 связь между явлениями весьма слабая

при г< 0,5 и <0,7 связь между явлениями имеет среднюю длину,

при г >0,7 существует тесная связь между явлениями.

Формула, по которой рассчитывается коэффициент корреляции будет изучаться вами в курсе «Методы физико-географических исследований».

r =	Σ (x – xo) (y – yo)
m σx σy

Где x_o y_o средние арифметические значения величин xиy ,

А σ_x σ_{y -} средние квадратические отклонения xиy от x_o y_o

Которые в свою очередь высчитываются по формулам:

σy =	√ Σ (y – yo)2
m

σx =	√ Σ (x – xo)2
m

До расчета коэффициента корреляции необходимо оценить тес­ноту связи путем построения графика поля корреляции. Для этого по осям откладывают значения величин, снятых с карт а и б в одинаковых точках. По конфигурации поля можно заранее судить о степени связи. Если точки на графике расположены бессистемно, корреляционная связь отсутствует, а если точки вытянуты в виде узкой полосы, связь между явлениями существует, и чем уже полоса, тем связь сильнее. Кроме этого необходимо систематизировать полученные фактические данные, построив вариационные ряды.

Если необходимо оценить связь между несколькими явлени­ями, применяют другие коэффициенты, например множествен­ной корреляции.

При работе с совокупностью карт приемы картографического метода исследования помогают установить:

● связь между объектами и явлениями путем сопряженного анализа карт разной тематики на одну и ту же территорию;

● динамику явлений в пространстве и времени при помощи анализа карт одинаковой тематики на одну и ту же территорию, но на разные даты;

● соподчиненность геосистем разного ранга путем анализа разномасштабных карт на одну и ту же территорию;

● географические условия территории, недоступной для не­посредственного изучения, при помощи карт регионов, соответ­ствующих этим условиям.

♦ Понятие о математико-картографическом моделировании. Кар­тографическое изображение по своим свойствам открывает боль­шие возможности для математического анализа. Изображение ка­кого-либо явления на карте можно рассматривать как функцию Z= F (х, у), т. е. каждой точке карты с координатами хи у соот­ветствует только одно значение картографируемого явления Z . Ряд явлений, отображенных на картах, могут быть связаны между со­бой функциональными или статистическими зависимостями, другие могут рассматриваться как функции пространства и времени. Для исследования этих сложных и многообразных зависимостей при­меняют формальный математический аппарат с целью освободиться от малосущественных подробностей, заменить сложные и неизвестные функции более известными и простыми, т. е. решить задачи с опре­деленными ограничениями.

Суть математико-картографического моделирования заключает­ся в углубленном исследовании разнородной и многообразной про­странственно-временной информации путем создания математиче­ских моделей явлений или процессов по данным, снятым с карт. Последующее преобразование математической модели в картогра­фическую позволяет наглядно и поэтапно видеть промежуточные и конечные результаты исследования, судить о точности математи­ческого моделирования и его правдивой географической интерпре­тации. Таким образом, слагается цепочка: карта — математическая модель — карта. Третье звено цепочки — карта — является итогом отображения созданной математической модели, изучаемого процес­са или явления, облегчающим понимание исследуемой простран­ственно-временной информации.

По картам можно не только исследовать форму и тесноту свя­зи между явлениями, но и изучить динамику природных и обществен­ных процессов, причем не только разнообразными картографиче­скими средствами, передающими движения и отображающими про­странственные изменения явлений во времени, но и путем сопо­ставления«статичных карт», отображающих состояние явления на определенный отрезок времени.

Например, по разновременным картам показана динамика увеличения очагов и заболеваемости населения Беларуси клещевым энцефалитом за 1995—2005 гг.

Распространенным средством научного исследования стало при­влечение карт для прогнозирования процессов и явлений природ­ного и (или) общественного характера, т. е. их использование для предвидения размещения и состояния явлений в пространстве и их динамики во времени.

Различают прогнозы пространственные и временные.

При про­странственном прогнозе хорошо изученное явление на ограничен­ной территории интерполированием или экстраполированием пере­носится на пространства еще мало изученные с учетом взаимо­связи и взаимозависимости между компонентами среды, обусловли­вающими прогнозируемое явление. Здесь карта, показывающая раз­мещение одного из взаимосвязанных явлений, используется для определения мест локализации другого явления, вне эталонных участков.

Например, карта природных предпосылок клещевого энцефа­лита часто строится по карте распространения клещей — перенос­чиков болезней; прогнозно-металлогенические карты составляются с учетом закономерностей распространения рудных месторождений и т. д.

Индикационные геоботанические карты, на которых расти­тельность выступает в роли индикатора изменений условий биогеоце­ноза (материнских пород, почв, вод и т. п.), используется для прог­нозирования других компонентов, отсутствующих на карте. Следо­вательно, по карте растительности, которая легко составляется по материалам аэрофотосъемки (по сравнению с геологической, почвен­ной, гидрогеологической и т. д.), прогнозируется распространение других компонентов среды.

Временными прогнозами пытаются предвидеть будущие качест­венные и количественные характеристики состояния и свойств компонентов биосферы. К таким картам относятся, например, синопти­ческие (предсказание развития явлений, быстро меняющихся во вре­мени,— циклонов и антициклонов, теплых и холодных атмосферных фронтов, зон осадков и т. д.),

загрязнения окружающей среды (воздушного и водного бассейнов, почв и т. д.) и другие.

Основным способом такого прогнозирования служат учет и экстраполяция количественных показателей явления, установленных по разновре­менным картам. Чаще всего прогноз во времени по существу явля­ется и пространственно-временным прогнозом (например, те же си­ноптические карты, где картографируемое явление прогнозируется и во времени, и в пространстве).

В медицинской географии состав­ляются карты природных предпосылок (потенциальных ареалов) заболеваемости, исходя из биогеохимической ситуации, биоклимати­ческих показателей, распространения почвенных инфекций и инвазии природных очагов болезней и т. д. На этих картах показывается расширение и сужение нозоареалов во времени и пути их переме­щения в пространстве.

Таким образом, картографический метод исследования, как осо­бый научно-исследовательский метод использования карт, располага­ет значительным числом приемов для изучения свойств самых разнообразных географических объектов и явлений, определения их количественных характеристик, взаимосвязей и взаимозависимос­тей, закономерностей их размещения в пространстве и во времени.

Большое значение приобрели географические карты как средство научных исследований. Сфера их использования для познания окружающей действительности широка и многообразна. Во многих отраслях знаний изучение явлений начинается с анализа существующих первичных карт, проходит этап сопоставления их с особенностями явлений, наблюдаемыми в натуре, и завершается созданием новых карт. Нередко эти последние сопоставляются между собой для выявления новых фактов и связей и тенденций развития изучаемых явлений.

Такой путь познания особенно типичен для наук естественных, в частности наук о Земле (геологии, физической географии, геоморфологии, зоогеографии, географии растений, географии почв и др.).

Велика роль географических карт в комплексных исследованиях, в процессе которых устанавливают взаимосвязи явлений разнородных, но проявляющихся в одном и том же регионе. Например, попытки прогнозировать землетрясения привели исследователей к мысли о связи, имеющейся между изменением геохимических свойств термальных вод и назревающими подвижками земной коры. Именно картографический метод исследования позволяет выявить очаги этих изменений, что так важно для определения сейсмической опасности.

Использование картографического метода с применением серий географических карт позволяет реализовать в полной мере современные научные принципы системности и комплексности в исследовании природных явлений.

Широко используется картографический метод исследования и в социальных науках. Без карт нельзя правильно оценить географические условия для нужд народного хозяйства, разработать планы охраны и улучшения географической среды, наметить целесообраз­ное размещение производительных сил, указать направление комплексного развития экономических районов.

Можно перечислить много других направлений практического использования географических карт. На самой местности их исполь­зуют для ориентировки в пути. На транспорте карты используют для прокладки пути следования судов и самолетов; из телевизионных передач мы знаем, что в центре полетов космических кораблей их положение в каждый данный момент фиксируется на большой стенной карте.

Карты служат основой при проектировании транспортных путей, промышленного строительства, при разработке планов размещения объектов культуры. Незаменимы карты в военном деле. Без карт невозможно школьное обучение.

Лекция № 10

Тема: Космические съемки (+презентация)

Вопросы: Понятие о космических съемках. Способы получения космических снимков. Классификация космических съемок. Возможности использования космических снимков в учебной деятельности.

В 1957 году 4 октября открылась новая эра - Космическая. Это дата запуска в СССР первого в истории Земли космического спутника , созданного конструкторским бюро Сергея Павловича Королева. Человечество получило возможность изучения Земли не только как « суши, стоящей на трех китах», но и как космического тела, как планеты.

12 апреля 1961 года в СССР впервые был осуществлен запуск ракеты-спутника «Восток» с человеком на борту. Первым космонавтом в мире стал Юрий Алексеевич Гагарин – «звездный сын Земли».

Открытие космической эры дало новый толчок развитию науки и техники. Не остались в стороне и географические науки. Можно сказать, блок наук о земле оказался фаворитом в научно- техническом рывке. Ведь многое из того, что было обосновано лишь теоретически, получило практическое, реальное подтверждение. Вид Земли из космоса, фотографические материалы произвели неизгладимое впечатление как на ученых, так и на обычных людей. Кроме того, человек получил возможность наблюдать глобальные явления, так сказать, планетарного масштаба. Дальнейшее усовершенствование технического оснащения спутников позволило производить широкомасштабные исследования как космических просторов, так и географических явлений в широком смысле этого слова.