Использование карт и развитие картографии.

Использование карт — раздел картографии, в котором изучаются проблемы применения картографических произведений в различных сферах научной, практической, культурно-просветительской, учебной деятельности, разрабатываются приемы и способы работы с ними, оцениваются надежность и эффективность получаемых результатов. Картографические рисунки использовались людьми с древнейших времен для чисто утилитарных целей: ориентирования, указания соседних поселений, дорог, мест охоты, выпаса животных и т.п. В Древнем Египте, античной Греции и рабовладельческом Риме уже применялись способы измерения по картам площадей и расстояний. В средние века карты использовались для мореплавания, путешествий, ведения военных действий. Великий картограф средневековья Герард Меркатор сопровождал свои произведения — карты, глобусы, атласы — наставлениями по использованию. На знаменитой карте мира на 18 листах, где впервые была применена цилиндрическая проекция, обессмертившая имя Меркатора, он поместил во врезке специальную инструкцию — текст, озаглавленный «Методы измерения расстояний на местности», и пояснил, как и где на карте можно пользоваться локсодромиями вместо ортодромий и какая при этом возникнет ошибка. На других листах той же карты были помещены «Краткие указания к применению роз направлений» и номограмма для решения по карте навигационных задач. Первые примеры применения карт в научных целях относятся к XVIII—XIX вв., когда систематизация громадного по объему фактического материала, накопленного в науках о Земле, привела к созданию первых тематических карт, а сами карты стали служить исходным материалом для новых исследований. По картам были открыты многие глобальные закономерности, выявлены связи одних явлений с другими и даже предсказаны многие, еще не открытые объекты. Использование карт в немалой степени способствовало открытию фундаментального закона географической зональности. В 1817 г. А. Гумбольдт, используя способ изолиний, составил первую карту «изотермических линий» Северного полушария. Анализируя карту и сопоставляя ее с другими климатическими данными и физико-географическими материалами, он обнаружил глобальные климатические закономерности, установил различия тепловых условий на западных и восточных окраинах материков, в глубине континентов и вблизи океанических побережий, а главное — открыл климатические зоны.

Впоследствии В. В. Докучаев, занимаясь почвенным картографированием, обнаружил, что «изогумусовые полосы» полностью соответствуют растительным и климатическим подзонам южных степей. Тем самым он подошел к идее всеобщей географической зональности. Еще один яркий пример — обнаруженное А. Вегенером по картам поразительное сходство очертаний восточного побережья Южной Америки и западного побережья Африки, что дало импульс идее мобилизма, дрейфа континентов и теории глобальной тектоники плит. В России использование карт началось с картометрии — с исчисления огромной площади государства Российского. Измерения проводились многократно: академиками Петербургской академии наук В. Л. Крафтом в 1787 г. и Ф. И. Шубертом в 1795 г., магистром Η. Ε. Зерновым в 1833 г., астрономом Г. Швейцером в 1844 и 1855 гг. Заметный вклад в картометрию внес известный русский военный картограф И. А. Стрельбицкий, опубликовавший в 1874 г. капитальный труд «Исчисление поверхности Российской империи в общем ее составе». Измерения были выполнены по картам в масштабе 1:420 000 для европейской части страны и в масштабе 1:4 200 000 — для Азиатской России.

Центральная фигура в истории использования карт в России — А. А. Тилло, выдающийся картограф, географ и геодезист, видный деятель Русского географического общества, создатель первых гипсометрических карт Европейской России. Сличив составленные им карты с геологической картой А. П. Карпинского, А. А. Тилло обнаружил закономерную связь рельефа с геологическим строением и распределением ледниковых отложений и тем самым заложил основы современного морфоструктурного анализа в геоморфологии. В других трудах А. А. Тилло разработал методы анализа по картам вековых изменений магнитных полей, глобальных орографических и гипсометрических и геологических закономерностей. Он впервые предпринял громадные по объему работы по картометрированию длин и бассейнов. Классическим образцом использования карт для научных исследований считается работа Д. Н. Анучина «Рельеф поверхности Европейской России в последовательном развитии о нем представлений» (1895). Проследив эволюцию изображения рельефа от древних греческих карт до гипсометрических карт А. А. Тилло и сопоставив их с геологической картой, он, вслед за А. А. Тилло, обнаружил «следы зависимости рельефа от древних дислокаций» обосновал гипотезу о происхождении главнейших возвышенностей и низменностей Средней России «от крайне пологих изгибов

или вспучиваний земной коры в соответствующих областях».

Позднее картометрические исследования А. А. Тилло по

бассейнам рек России были продолжены видным океанографом и

картографом Ю. М. Шокальским. Они были высоко оценены научной

общественностью и удостоены золотых медалей Петербургской и

Парижской академий наук. Проблемы картометрии

разрабатывались Г. А. Гинзбургом, Г. И. Знаменщиковым, А. И. Спиридоновым,

В. Н. Ченцовым, В. П. Философовым, Ю. С. Фроловым и многими

другими отечественными исследователями. Капитальное

обобщение этой проблемы сделано Η. Μ. Волковым в его классическом

труде «Принципы и методы картометрии» (1950).

Теория использования карт, начиная с 1955 г.,

разрабатывалась К. А. Салищевым, впервые обосновавшим включение в

процесс научного познания промежуточного звена — географической

карты как модели изучаемых явлений. Использованию карт как

средству познания посвящены специальные разработки многих

видных отечественных и зарубежных картографов — А. В. Гедыми-

на, А. Ф. Асланикашвили, Е. М. Николаевской, С. Н. Сербенюка,

В. А. Червякова, А. Робинсона (США), У. Тоблера (Канада), А. Либо,

Ф. Буйе (Франция), Й. Крхо (Чехия) и др.

Характерно, что в разработку методов использования карт значительный вклад внесли не только картографы, но и многие видные географы. Так, С. Д. Муравейский развил методику гидрологической морфометрии, Η. Η. Баранский показал широкие возможности применения карт в экономической географии, К. К. Марков разрабатывал картографический анализ как «сквозной метод» физической географии, а Ю. А. Мещеряков, Ю. Г. Симонов, А. И. Спиридонов и многие другие сделали его одним из основных методов геоморфологии. Одним словом, использование карт всегда развивалось и продолжает развиваться на стыке картографии с другими науками о Земле и обществе.

Тематические слои.

Обычно ГИС используется для обработки нескольких разных наборов данных, каждый из которых содержит данные об определенном наборе пространственных объектов (например, дорожная сеть), географически привязанном к земной поверхности. Дизайн базы данных ГИС основан на сериях тем с данными, каждая из которых имеет определенное географическое представление. Например, отдельные географические элементы могут быть представлены как пространственные объекты (точки, линии и полигоны), как растровые изображения или как поверхности с помощью пространственных объектов, растров и TIN, а также в виде хранящихся в таблицах описательных атрибутов.

В ГИС однородные коллекции географических объектов организованы по таким темам с данными, как земельные участки, колодцы, строения, ортофотоизображения и основанные на растрах цифровые модели рельефа (ЦМР). Точное и простое определение географических наборов данных очень важно для полезности географических информационных систем, а концепция слоёв тем данных - важная концепция ГИС. Географические представления организованы в серии наборов данных или слоев. Большинство наборов данных представляют собой наборы таких простых географических элементов, как дорожная сеть, набор границ земельных участков, типы почв, поверхность рельефа, спутниковые изображения от определенной даты, местоположения колодцев и т.д.

В ГИС наборы пространственных данных обычно организованы как наборы данных классов пространственных объектов или основанные на растрах наборы данных. Многие темы данных лучше всего представляются в виде одного набора данных, например, типы почв или колодцы. Другие темы, такие как дорожно-транспортная сеть, лучше представлять несколькими наборами данных (отдельные классы пространственных объектов для улиц, перекрестков, мостов, железных дорог и т.д.). Например, транспортная сеть может быть представлена в виде нескольких классов пространственных объектов улиц, пересечений улиц, мостов, съездов на автомагистралях, железных дорог и т. д. В таблице ниже показано, как рельеф можно представить с помощью нескольких наборов данных. Наборы растровых данных используются для представления пространственно привязанных изображений, а также непрерывных поверхностей высот, уклонов и аспектов.

Обычные представления ГИС

Тема	Географическое представление
Потоки	Линии
Крупные водные объекты	Полигоны
Растительность	Полигоны
Застроенные территории	Полигоны
Центральные линии дорог	Линии
Административные границы	Полигоны
Колодцы	Точки
Ортофотоизображения	Растры
Спутниковые изображения	Растры
Высота земной поверхности	Растры ЦМР
Изолинии
Точки высот
Растры рельефа с отмывкой
Земельные участки	Полигоны
Записи о стоимости земельных участков	Таблицы

Набор тем работает как комплект слоёв. С каждой темой можно работать как с набором информации, независимым от других тем. У каждой есть свое представление (в виде набора точек, линий, полигонов, поверхностей, растров и т.д.). Так как слои пространственно привязаны, они налагаются друг на друга и их можно комбинировать в общем отображении карты. Кроме того, такие инструменты ГИС-анализа, как наложение полигонов, могут агрегировать информацию из нескольких слоев данных, чтобы выявлять производные пространственные отношения и работать с ними. Любая эффективная база данных ГИС будет наследовать эти общие принципы и концепции. Для каждой ГИС требуется механизм для описания географических данных в этих терминах, а также обширный инструментарий для использования, управления и обеспечения общего доступа к этой информации.