Основные этапы компьютерного

Создания карт

Основу автоматизированного производства картографической продукции, а также геоинформационных систем составляют автоматизированные картографические системы (АКС), представляющие комплекс технических, программных и информационных средств, предназначенный для создания, обновления и использования карт. Действующие и разрабатываемые АКС различаются по своей структуре, свойствам, целевому назначению, мощности, ведомственной принадлежности, но все они имеют в своем составе ряд подсистем, важнейшими из которых являются подсистемы ввода, обработки и вывода информации.

Информационным ядром АКС является банк цифровых картографических данных, состоящий из упорядоченных тематических массивов цифровой информации (баз данных) и средств их формирования, управления, доступа к ним, т. е. систем управления базами данных (СУБД).

В соответствии со своим назначением АКС решают три основные задачи, являющиеся последовательными этапами компьютерного создания карты: ввод информации, обработка и вывод изображения (рис. 11).

Как и в традиционной картографии, процесс создания карты начинается с редакционно-подготовительного этапа, который включает сбор картографических, съемочно-геодезических, литературных, статистических и других материалов, разработку редакционных указаний. Для компьютерных технологий характерно добавление новых специфических процессов: подготовка материалов для сканирования или цифрования; разработка макетов для составления на компьютере; изготовление или доработка имеющейся цифровой карты; составление, оформление и подготовка к изданию оригинала карты на экране компьютера; вывод цветоделенных позитивов.

Рис. 11. Схема основных этапов

компьютерного создания карты

Ввод картографической информации в ЭВМ предполагает перевод графического (аналогового) изображения в цифровой вид. Он представляет аналого-цифровое преобразование графических материа-лов – карт, планов, фотокарт и др. В соответствии с особенностями считывания данных различают несколько способов цифрования (дигитализации): ручной ввод точечных объектов; полуавтоматический – линейных объектов и автоматическое сканирование.

Ручное и полуавтоматическое цифрование осуществляется с использованием дигитайзеров путем обвода изображения на исходном картографическом материале. Результатом цифрования является векторная модель, в которой линейные и площадные объекты отображаются контурными линиями, а локализованные по пунктам объекты – отдельными точками. Такое изображение требует последующего графического перевода в соответствующие условные обозначения.

Цифрование сканированием обеспечивает автоматическое считывание картографического материала путем последовательного построчного перемещения считывающего устройства относительно снимаемого материала.

В результате сканирования создается растровое изображение, которое нуждается в дальнейшей векторизации, т. е. переводе растровой формы в векторную, поскольку растровое изображение обладает низким графическим качеством и не удовлетворяет необходимым требованиям полиграфического воспроизведения. Тем не менее автоматический способ ввода картографического изображения предпочтительнее ввиду высокой скорости считывания данных.

В настоящее время имеют право на существование оба подхода к цифрованию карт: с применением дигитайзеров и векторизация по растровой подложке.

Оцифровку малонасыщенных карт или выборочный ввод информации предпочтительнее выполнять с использованием дигитайзеров. Автоматическая векторизация более выгодна при работе с чертежами, планами, картами с большой графической нагрузкой.

Процесс компьютерной обработки картографического изображения осуществляется средствами настольных издательских систем, включающих комплекс аппаратных и программных средств на базе персональных компьютеров.

На этом этапе производится составление, оформление и подготовка карты к изданию. При этом используется два варианта технологии.

Первый вариант предусматривает векторизацию растровой основы, полученной сканированием исходного картографического материала на этапе ввода информации, в одной из программ графического дизайна (например, Adobe Illustrator, Macromedia FreeHand, CorelDraw) в интерактивном (диалоговом) режиме, когда оператор дает команды, а соответствующая программа выполняет их в режиме реального времени. Для этого после сканирования и предварительной обработки в программе Adobe Photoshop (масштабирование, поворот, обработка фильтрами и др.) растровое изображение «перебрасывается» в один из векторных редакторов, где производится построение картографического изображения по элементам содержания.

Формирование изображения в векторном формате осуществляется путем ручной обводки (обрисовки) растровой подложки (линейных и площадных объектов) или построения внемасштабных условных знаков точечных объектов с помощью инструментария программы.

Составление производится в цветах издания по слоям, на каждом из которых располагается один элемент содержания карты (гидрография, пути сообщения, населенные пункты и др.) или его часть. Количество слоев в каждом конкретном случае определяется сложностью картографического изображения. При необходимости некоторые элементы содержания одной группы могут быть размещены на нескольких слоях. Например, при построении гидрографии на один слой могут быть помещены реки, а на другой – озера. Такое распределение картографического изображения по слоям позволяет производить его редактирование на любой стадии компьютерного составления карты, изменять порядок наложения слоев друг на друга, отключать слои и т. д. Одновременно производятся редактирование, генерализация и корректура изображения. На рис. 13 приведен фрагмент основы учебной карты Гродненской области, построенный по слоям путем обводки растрового изображения в программе CorelDraw.

Рис. 13. Формирование картографического изображения по слоям:

а) исходный растр; б) гидрография; в) населенные

пункты; г) дорожная сеть; д) границы; е) совмещенное

изображение всех слоев

В результате компьютерной обработки картографического изображения в зависимости от целевого назначения создается либо тематическая карта, либо карта-основа, которую можно долговременно хранить, оперативно обновлять и многократно использовать для создания серии тематических карт, атласов. Карт-основ может быть создано несколько с различной степенью нагрузки для карт разных масштабов и тематики, например социально-экономических и карт природы.

Построение внемасштабных условных знаков точечных объектов осуществляется с помощью инструментария программы векторной графики. В процессе построения условные знаки могут многократно редактироваться с изменением размеров, рисунка знака, толщины и цвета контура, цвета заливки, текстуры. Из построенных условных знаков могут быть созданы библиотеки для многократного использования при составлении различных карт.

После завершения составительских и оформительских работ производится корректура либо принтерных распечаток карты, либо изображения непосредственно на экране компьютера, его окончательная доработка и подготовка к выводу позитивов.

Другим вариантом создания карты и подготовки ее к изданию является использование в издательской системе уже готовой цифровой карты-основы в векторном формате, подготовленной в ГИС-приложениях, системах автоматизированного проектирования (САПР) или на дигитайзерах. В этом случае исключается процесс сканирования картографического материала на этапе ввода и обработка растровой основы, а лишь осуществляется редактирование векторного изображения, оформление и подготовка карты к изданию средствами настольных издательских систем. При этом производится сглаживание ломаных линий, оформление всех элементов карты в соответствии с принятыми условными обозначениями, размещение надписей, зарамочное оформление и т. д.

Организационно иным способом формирования картографического изображения на экране компьютера является создание карт в рамках геоинформационного картографирования с использованием ГИС-приложений. Его суть составляет ин­формационно-картографическое моделирование геосистем. Всоответ­ствии с принятыми классификациями выделяют виды и типы кар­тографирования (например, социально-экономическое, экологи­ческое или инвентаризационное, оценочное геоинформационное картографирование и т. д.). Созданные таким образом картографические произведения различной тематики предназначены для организации управления территорией, принятия решений и научных исследований, поскольку обладают динамичностью, оперативностью, многовариантностью и составляют основу любой геоинформационной системы.

Геоинформационное картографирование осуществляет автоматизированное составление, а также использование карт на основе ГИС-технологий и баз географических и картографических данных и знаний. При этом картографические произведения могут быть электронными (вьюерными, интерактивными, анимационными, интернет-картами и атласами, виртуальными – трехмерными компьютерными моделями и др.) и традиционными (на бумажной основе).

На этапе вывода картографическое изображение проходит стадию визуализации, т. е. преобразования из цифровой формы в аналоговую.

Первоначальная визуализация осуществляется уже в процессе интерактивной обработки изображения на экране монитора. В качестве промежуточного вывода могут быть получены принтерные или плоттерные копии для производства окончательной корректуры картографического изображения, построенного на экране монитора.

Кроме того, вывод картографического изображения из компьютера может быть осуществлен в цифровом виде на машинные носители (магнитные и магнитооптические диски, CD-ROM, магнитные ленты) и храниться в банке картографических данных для последующего многократного использования в научных и практических целях.

Цифровая и электронная версии карты позволяют в дальнейшем обновлять и переиздавать ее при минимальных затратах средств и времени, многократно использовать для составления тематических карт, буклетов, атласов, в том числе электронных.

Заключительным этапом работ по созданию карты является цветоделение. На этом этапе вывод картографического изображения осуществляется на фотонаборные автоматы с целью изготовления цветоделенных фотоформ для последующей печати тиража карты.

12. картографический метод

исследования

Большое научное и практическое значение географических карт позволяет использовать их как эффективное средство исследования окружающего мира. Область использования карт достаточно обширна и охватывает все сферы деятельности человека, начиная от общего ознакомления с местностью и заканчивая применением их для научных описаний, анализа, умозаключений.

Помимо своей основной коммуникативной функции, заключающейся в хранении и передаче пространственной информации, карта выполняет оперативную функцию, связанную с решением различных практических задач, а также познавательную, основанную на исследованиях явлений природы и общества и приобретении новых знаний о них. При этом карта выступает в двоякой роли: в качестве средства исследования и как его предмет в виде модели.

Использование карт – это самостоятельный раздел картографии, в котором изучаются особенности и направления применения картографических произведений (карт, атласов, глобусов и др.) в различных сферах практической, научной, культурно-просветительской, учебной деятельности, разрабатывается методика работы с картографическими произведениями, оцениваются надежность и эффективность получаемых результатов.

Цель использования карт состоит в познании окружающей действительности, т. е. получении по картам качественных и количественных характеристик явлений, оценочных показателей, изучении структуры, взаимосвязей, динамики явлений, прогнозировании их размещения и развития. Карты используются во всех отраслях наук о Земле (в физической и экономической географии, геологии, геофизике, планетологии и др.), во многих общественных науках (истории, социологии, археологии, этнографии и др.) в планировании, строительстве, при освоении земель и в других отраслях народного хозяйства. Разработка методики использования карт осуществляется не только в рамках картографии, но и в тех отраслях, где карты находят широкое применение.

Метод использования карт для познания изображенных на них явлений называется картографическим методом исследования. Его применение основано на работе с картами как пространственными моделями действительности. Для изучения явлений по их изображениям на картах и анализа карт используются различные приемы, в разработке которых участвовали картографы, географы, геологи, геофизики, математики, экономисты и т. п. Наиболее широкое применение получили следующие группы приемов:

· описания по картам – анализ карт с целью получения качественных и количественных характеристик изображенных на картах явлений и процессов в форме текстов с выводами и рекомендациями;

· графические приемы – построение по картам различного рода профилей, разрезов, графиков, диаграмм, блок-диаграмм и других двух- и трехмерных графических моделей;

· графоаналитические приемы – измерения по картам географических и прямоугольных координат, длин прямых и извилистых линий, расстояний, высот, площадей, объемов, вертикальных и горизонтальных углов (картометрия) и вычисление различных показателей формы и структуры объектов и явлений (очертаний объектов, кривизны линий и поверхностей, горизонтального и вертикального расчленения, уклонов поверхностей, плотности объектов и др.) – морфометрия;

· приемы математико-картографического моделирования –построение и анализ математических моделей по данным, снятым с карт, создание новых производных карт на основе математических моделей (аппроксимация, математическая статистика, теория информации).

Указанные группы приемов часто применяются в сочетании. Например, анализ может начинаться с описания явления по карте, его измерения и завершаться созданием математико-картографической модели, которая, в свою очередь, может послужить для новых описаний или измерений.

Приемы анализа карт могут различаться в зависимости от технического оснащения. При этом выделяют четыре уровня механизации и автоматизации работ:

· визуальный анализ – чтение карт, зрительное сопоставление и глазомерная оценка объектов;

· инструментальный анализ – применение измерительных приборов и механических устройств (циркулей-измерителей, курвиметров, транспортиров, планиметров, палеток и т. п.);

· полуавтоматические (автоматизированные) исследования – применение автоматических устройств и электронно-вычислительной техники для снятия данных с карт, их анализа, преобразования и воспроизведения в сочетании с визуальным и инструментальным анализами;

· автоматические исследования (компьютерный анализ) – полная автоматизация всего процесса использования карт или работа в интерактивном режиме, реализуемые на базе автоматических картографических систем (АКС) с использованием специальных алгоритмов, программ или геоинформационных систем.

Существуют разные способы работы с картами, различающиеся по методике, набору источников, целям и применяемые для анализа отдельных карт, серий карт или комплексных атласов. Выделяют следующие способы:

· изучение картографического изображения без его преобразования с применением визуального анализа, описаний, измерений и других операций, имеющих целью получение целостного представления об интересующем читателя объекте или явлении;

· преобразование картографического изображения – трансформирование карты в иную форму, более удобную для решения какой-либо конкретной задачи; преобразование всегда связано с созданием новых производных карт (например, карты рельефа преобразуются в карты морфометрические, карты расселения – в карты плотности населения и т. п.);

· разложение картографического изображения на составляющие – особый вид преобразования с целью выделения и раздельного изучения факторов, определяющих размещение и развитие явлений (например, разделение топографической поверхности на базисные поверхности и остаточный рельеф разных порядков);

· сопоставление разновременных карт – анализ серий карт, фиксирующих состояние объекта или явления в разные моменты времени, с целью выявления их изменений, динамики, прогнозирования дальнейшего развития;

· совместное изучение карт разной тематики – анализ серий карт, характеризующих разные явления и процессы на одной и той же территории с целью выявления связей и зависимостей между ними, получения комплексных характеристик, районирования по совокупности признаков;

· изучение карт-аналогов – сравнение карт, отображающих одни и те же явления, но в пределах разных территорий, для выявления сходства в морфологии и структуре объектов и явлений, общих закономерностей и процессов развития (например, изучение по картам озерно-ледниковых равнин Европы и Северной Америки или сопоставление изображения кратеров на картах Луны, Марса, Меркурия);

· совместный анализ разномасштабных карт – изучение карт одной и той же тематики и территориального охвата, но разного масштаба с целью выявления закономерностей и структур разного порядка (глобальных, региональных, локальных).

Организация всякого научного исследования по картам или решение какой-либо практической задачи включает четыре последовательных этапа: постановку задачи, подготовку к исследованию, собственно исследование, интерпретацию результатов.

Этап постановки задачи включает формулирование цели исследования в общей форме (например, оценка перспектив поиска полезных ископаемых в заданном районе), картографическую постановку задачи (выявление связей между рельефом и геологическими структурами по сериям гипсометрических, геолого-геоморфологических, геофизических карт), выделение подзадач, а также определение требований к точности результатов.

На этапе подготовки к исследованию проводят выбор картографических источников, оценку их полноты, точности, современности, взаимной согласованности и других качеств с точки зрения пригодности для решения поставленной задачи. На этом этапе выбираются также конкретные приемы анализа карт (при необходимости они модифицируются), определяются технические средства, процедуры (алгоритмы) исследования.

На этапе исследования получают предварительные результаты, дают им оценку с формальной и содержательной позиций, составляют новые производные карты, промежуточные модели. Итогом исследования являются окончательные результаты.

Этап интерпретации включает оценку точности (надежности) и содержательный анализ полученных результатов. На этой основе формулируются выводы и практические рекомендации (например, выводы о возможном размещении полезных ископаемых на данной территории и рекомендации по организации геологической разведки). Кроме того, даются выводы и рекомендации методического характера относительно самой организации исследований аналогичного типа.

На всех этапах исследований необходимо сопоставление полученных результатов с реальной действительностью и при необходимости корректировка используемых приемов и способов исследования.