Тикунов В.С. (ред.) Основы геоинформатики. В 2 книгах. Книга 1

Подождите немного. Документ загружается.

Большое значение при реализации способов имеет возможность

перехода от непрерывных шкал количественных характеристик к

дискретным шкалам с разным числом градаций и различными

методами определения границ интервалов дискретных шкал, на-

пример в ArcView GIS 3.2 это пять методов: равноплощадной,

равных интервалов, естественных границ, квантилей и стандарт-

ных отклонений.

Равноплощадной метод позволяет классифицировать полиго-

ны по интервалам в значениях атрибутов так, чтобы общая пло-

щадь полигонов в каждом классе составляла примерно одну и ту

же величину.

Метод равных интервалов позволяет выделить интервал, в пре-

делах которого находятся значения атрибута, делящийся на рав-

ные части.

В методе квантилей границы интервалов атрибутов определя-

ются таким образом, чтобы в каждый из них попало равное коли-

чество объектов.

В методе стандартных отклонений построение интервалов на-

чинается со среднего значения атрибута, а их величина выражает-

ся в долях стандартного отклонения (корень из дисперсии) в за-

висимости от числа интервалов.

Мастер построения тематических карт в системе Maplnfo

Professional предлагает семь способов картографического изобра-

жения: диапазонов, столбчатых и круговых диаграмм, значков,

точечный, отдельных значений и поверхностей.

Все способы, кроме последнего, аналогичны подобным для си-

стемы ArcView GIS. Так же как в ArcView GIS, переход от непре-

рывных шкал количественных характеристик к дискретным может

быть по нескольким алгоритмам названным: равное количество

записей, равный разброс значений, естественные группы, на базе

дисперсий и квантили. Есть отличия как в наборе алгоритмов, так и

в сути способов, имеющих одинаковое наименование.

Особого внимания заслуживает способ поверхностей или ра-

стровых поверхностей. По точечным данным исходной таблицы

выполняется интерполяция значений в центрах ячеек регуляр-

ной сетки одним из предлагаемых программой способов. Полу-

ченный файл сетки отображается в окне карты. Естественно, что

этот способ используется преимущественно для показа явлений,

имеющих непрерывное распространение на картографируемой

территории.

Maplnfo содержит модули, которые предусматривают чте-

ние некоторых файлов поверхности, например: DEM-USGS

Text (*.dem), DTED-levels 1,2,3 (*.dtO, *.dtl, *.dt2), GTOP030

(*.dem).

В Maplnfo Professional включены два алгоритма интерполяции

для создания GRID-поверхностей: IDW (средневзвешенная ин-

терполяция с весами, обратно пропорциональными п-й степени

от расстояния) и TIN (линейная интерполяция по нерегулярной

триангуляционной сети).

IDW — метод, для которого значение показателя Т в точке с

координатами а и b выполняется по формуле

Т^ЪТМЪЪ,

где

Pi =

\/p

a, b) — вес, обратный п-й степени расстояния

от точки с координатами x

у,-

до точки с координатами а, b\ T

—

значение показателя Т в точке с координатами а, Ь.

Усреднение производится по всем исходным точкам, попавшим

в круг заданного радиуса с центром в точке с координатами а, b.

Для обработки неоднозначных ситуаций задается расстояние,

на котором исходные точки считаются совпадающими, и метод

обработки совпадающих исходных точек (минимум, среднее, сумма

и т.п.).

В методе TIN на базе исходных точек строится нерегулярная

триангуляционная сеть. Далее для любой точки с координатами х,

у значение показателя Т может быть вычислено по значениям

показателя в вершинах того треугольника сети, в который попа-

дает эта точка, и координатам этих вершин (Т

{

, х

{

), (Т

, х

, у

(Тз, х

, у

) по формуле линейной интерполяции

Т-{S\T\ + S

+ SIT^/S,

где S — площадь треугольника с вершинами в точках (х

{

{хъ yi), (*з> Уз); — площадь треугольника с вершинами в точ-

ках (лс, у), \х

), (х

, Уз); S

— площадь треугольника с вер-

шинами в точках (х, у), (х

{

), (х

, у

); 5

— площадь треу-

гольника с вершинами в точках (х, у), (jc

, у

), (х

{

На базе GRID-моделей реализовано построение 3D изображе-

ний. 3D изображения можно вращать, сдвигать, менять точку на-

блюдения, масштабировать, включать режим освещения, «натя-

гивать на них» другие слои. Само визуальное представление может

иметь вид обычной поверхности и каркасной модели (см. 6.3).

В Maplnfo Professional реализован еще один эффектный спо-

соб представления информации, который назван «карта-призма».

В картах-призмах высота создаваемых на полигонах, как основа-

ниях, призм зависит от показателя в выбранном столбце таблицы

базы данных. На карте-призме можно цветом отобразить измене-

ние еще одного показателя. Такое изображение составители доку-

ментации назвали бивариантным.

Очень часто, рассматривая ГИС, их считают лишь некоторым

средством автоматизированного построения карт и, как след-

ствие, переносят на геоинформатику все требования и понятия

картографии. Конечно, геоинформатика позаимствовала многое

из картографии, однако, с одной стороны, возможности ГИС во

Базовые понятия в картографии и геоинформатике

Понятия

Картография

Геоинформатика

Масштаб Одно из базовых понятий картографии.

Только определив масштаб карты, карто-

граф может определить практически все

прочие характеристики объектов модели и

модели в целом: характер их локализации,

степень генерализации, точность определе-

ния характеристик, шкалы представления

параметров

Вспомогательное понятие. По выбранным объектам и их

характеристикам устанавливается диапазон масштабов, в

котором целесообразно картографически отображать мо-

дель реального мира

Точность

Понятие, связанное с масштабом. Обычно

говорят о предельной точности масштаба,

средней квадратической ошибке плановых

координат и средней квадратической ошиб-

ке горизонталей. Однако на карте присут-

ствуют объекты, для которых понятие точ-

ности вовсе не определено. Как правило,

такие объекты изображаются способом

ареалов. Подобные объекты присутствуют и

на топографических, и на тематических

картах.Достаточно упомянутьтакие

объекты, как площадь или мост в городе,

болото, ареал распространения диких жи-

вотных или растений, и т. д.

Базовое понятие. Для каждого объекта может быть указана

точность его описания в зависимости от источника и ме-

тода получения информации.Поскольку источники

методы могут быть различными, то и точность разных

объектов различна

Продолжение табл.

6.1

Понятия

Картография

Геоинформатика

Характер

локализации

Понятие, связанное с масштабом. Все объ-

екты на карте принято делить на точечные,

линейные и площадные. При этом «то-

чечные» — это все объекты, размеры кото-

рых не могут быть отражены при данном

масштабе карты, «линейные» — объекты, не

имеющие ширины или ширина которых не

может быть отображена при данном мас-

штабе карты, и «площадные» — обе ха-

рактеристики которых отображаются в мас-

штабе карты

Понятие, скорее, связанное со способом использования мо-

дели, чем с ее визуализацией. Если для решения по-

ставленных задач достаточно представлять дорожную сеть

плоским графом, то все дороги будут иметь линейный ха-

рактер локализации.При этом локализация при визуа-

лизации может не совпадать с локализацией для моде-

лирования.

В модели принято выделять те же три вида локализации,

что и в картографии: точечный, линейный и площадной

Картографи-

ческая

проекция

Базовое понятие. Оптимальный выбор про-

екции определялся: назначением карты,

охватываемой территорией.Разные листы

карт, используемых в практической деяте-

льности (топографические, навигационные),

зачастую составлялись в разных проекциях

(один вид, но различные параметры: касате-

льные цилиндры в проекции Гаусса—Крю-

гера или секущие цилиндры в проекции

Меркатора). О таком параметре, как фигу-

ра Земли, специалисты, работавшие в пре-

делах одной страны, обычно даже не заду-

мывались

Понятие, важное с точки зрения характеристики базы ци-

фровых пространственных данных. Разные базы могут быть

в разных картографических проекциях, на разных элли-

псоидах. При правильном задании всех параметров ПО ГИС,

как правило, позволяет выполнить пересчет для перехода

в одну проекцию.Набор проекций, поддерживаемых в

ГИС, определяется не столько требованиями поль-

зователей по представлению информации, сколько необ-

ходимостью обеспечить согласование разнородной инфо-

рмации

Пространст-

венная

информация

Вся пространственная информация на карте

может быть разделена на структурирован-

ную (выполнено выделение объектов) и не

структурированную (описанную с помощью

полей высот, солености и т.д.). Структури-

рованная информация делится на точеч-

ную, линейную и площадную. Отнесение

объекта к одному из указанных классов оп-

ределяется прежде всего масштабом карты

Принципиально, на верхнем уровне обобщения можно

сказать те же слова, что и в случае пространственной инфо-

рмации в картографии. Но далее начинается уточнение

представления информации с помощью различных моде-

лей данных: топологических и не топологических, моде-

лями типа «спагетти» или цепочно-узловая, ориентирован-

ным или не ориентированным графом. Представление по-

ля TIN моделью, изолиниями, регулярной прямоуголь-

ной сеткой или иначе. Для каждого элемента пространс-

твенной информации желательно определить адекватную

модель данных

Атрибутивная

или семанти-

ческая

информация

Вся атрибутивная информация закладыва-

лась в систему условных знаков (легенду)

создаваемой карты. Для некоторых видов

карт (топографических, геологических) ле-

генда являлась довольно жестким объек-

том, не меняющимся десятилетиями. Из-

менения в такие легенды (сборники услов-

ных знаков карт) вносились в основном по

принципу дополнения. Поэтому современ-

ные условные знаки топографических карт

не отличаются логичностью построения

Атрибутивная информация стала трактоваться сколь уго-

дно широко.Практически это любая база данных, в кото-

рой записи содержат всю необходимую для решения пос-

тавленных задач информацию об объектах реального мира.

Атрибутивная информация может быть числовой, тексто-

вой, звуковой, графической, видео

Способы кар-

тографиче-

ского изобра-

жения или

картографи-

ческой визуа-

лизации

За годы существования картографии была

разработана стройная теория условных зна-

ков, определены графические переменные

для передачи семантической информации.

По К. А.Салищеву, в картографии исполь-

зуется одиннадцать способов картографиче-

ского изображения: значки, линейные

Понятие «графические переменные» становится реально

используемым. Картографическую визуализацию в ГИС

можно разделить на два типа. Визуализация, настраиваемая

вручную, для классов объектов или индивидуальных объе-

ктов и визуализация атрибутивной информации. Первый

тип визуализации реализуется в три этапа — создаются

необходимые условные знаки, создаются базы простран-

Окончание табл. 6.1

Понятия Картография

Геои нформатика

знаки, изолинии, псевдоизолинии, качест-

венный фон, количественный фон, локали-

зованные диаграммы, точечный способ,

ареалы, знаки движения, картодиаграммы,

картограммы

ственной информации (границы ареалов или районирова-

ние территории по качественному признаку для способа

качественного фона) и выполняется ручная настройка

визуализации. Таким способом могут быть воспроизведены

практически все картографические способы изображения.

Но в таком варианте будет получена копия бумажной кар-

ты, которая обладает минимальными возможностями по

получению принципиально новых картографических про-

изведений. Второй тип визуализации — это картографи-

ческое воспроизведение информации, хранящейся как в

пространственной, так и в атрибутивной базах данных с

гибким аппаратом перестройки изображения. Такая визу-

ализация настраивается с помощью мастеров настройки,

но реально в настоящее время в ПО ГИС реализованы мас-

тера л ишь для ограниченного числа способов: значкового,

локализованных диаграмм, изолиний, псевдоизолиний,

точечного, картограмм и картодиаграмм. Реально происхо-

дит объединение нескольких способов в один за счет соз-

дания для них общего мастера построения тематической

карты

многих элементах существенно превосходят возможности тради-

ционного создания и использования карт, а с другой — отноше-

ние к цифровым данным у пользователей ГИС гораздо более стро-

гое, чем к аналоговой информации у пользователей традицион-

ных карт. Необходимо разобраться, только ли формой представле-

ния (аналоговой и цифровой) отличаются способы описания (мо-

делирования) реального мира, используемые в традиционной кар-

тографии и геоинформатике. Имея множество ранее упомянутых

достоинств, карты не лишены недостатков. Среди них:

— неизвестность математической основы карт (отсутствие кар-

тографических сеток на картах, а при их наличии

—

неизвестность

типа картографической проекции, указываемой в ее дополнитель-

ном оснащении далеко не всегда, не говоря уже о тонкостях типа

используемого референц-эллипсоида, если проектирование ведет-

ся не на поверхность эквивалентного ему шара);

— генерализация изображения на всякой карте как ее имманен-

тное свойство далеко не всегда учитывается или может быть учте-

но при ее использовании как источника данных для ГИС (см. 5.3,

где о цифровом моделировании рельефа приводятся убедитель-

ные доказательства непригодности карт определенных масштабов

для построения кондиционной ЦМР);

— неактуальность содержания (хорошая на время своего из-

дания карта может быть совершенно непригодна для использо-

вания в ГИС, как и в любых иных целях; обычная «ловушка»,

которая подстерегает каждого конструктора ГИС при попытке

создать ее топографическую основу

—

разновременность состав-

ления отдельных листов при недопустимой устарелости суще-

ственной части из них — делает реализацию ГИС-проекта по-

просту невозможной);

—

отсутствие связи между картографическим изображением (из-

данием) и данными, положенными в основу ее содержания (это

свойство

—

утрата первичной атрибутики объектов карты

—

дела-

ет невозможным, например, использование карт, составленных

способом картограммы или картодиаграммы в ступенчатых шка-

лах, вынуждая пользователя обращаться к исходным статистиче-

ским источникам).

Основные отличия роли базовых понятий в картографии и гео-

информатике сформулированы Е. Г. Капраловым (табл. 6.1).

Контрольные вопросы

1. Является ли визуализация необходимым атрибутом картографиче-

ского изображения?

2. В чем различие электронной карты и электронного атласа?

3. Что могло бы означать понятие «электронный глобус», если бы

такой продукт был создан?

4. Каковы критерии классификации ЭА?

5. Какими возможностями располагают ЭА по сравнению с традици-

онной (бумажной) атласной продукцией?

6. Не заменят ли (в перспективе полностью) бумажные атласы их

электронные аналоги?

7. Где грань, разделяющая многофункциональные ЭА и ГИС инфор-

мационно-справочного назначения?

8. В чем отличия способов описания реального мира, используемых в

традиционной картографии и геоинформатике?

6.2. Изображения в неевклидовой метрике

Изображения в неевклидовой метрике составляют небольшую

часть, например по сравнению с картографическими изображе-

ниями, графических моделей, применяемых в географии и эко-

логии. Среди них выделяются картоиды, «мысленные» изображе-

ния и анаморфозы. Картоиды — абстрактные графические изоб-

ражения, при построении которых бывают не важны конкретные

пространственные отношения, но показываются некоторые со-

держательные характеристики

—

основная сущность явлений, за-

кономерности в размещении, развитии явлений и причин, их оп-

ределяющих, например «идеальный материк», «типичные формы

рельефа», «инверсионный картоид системы расселения в Афри-

ке» (по С. В. Рогачеву), «причины возвышения Москвы в Русском

государстве» (по Ю. Г. Саушкину и Б. Б. Родоману), «поляризован-

ный ландшафт» (по Б. Б. Родоману) (рис. 30) и др.

«Мысленные» изображения — графические представления об-

разов, формирующихся в мозгу человека о пространственных

объектах. Они создавались каждым из нас, когда мы чертили схе-

мы, например, объясняя кому-либо, как найти интересующее его

место в городе. Можно осреднить такие представления и получить

некоторый собирательный мысленный образ, множество таких

примеров

—

характеристика различных мест Лос-Анджелеса в глазах

представителей среднего класса белого, чернокожего и испаного-

ворящего населения, представление лондонцев о Севере или изоб-

ражение мира, как он видится из деревни Ван Хорнсвилл, США

(с указанием таких «периферийных» центров, как Нью-Йорк,

Вашингтон, Лондон или Москва)

—

можно найти в книге [R. Gold,

H.White, 1974]. Напомним также карту мира, созданную по пред-

ставлению о нем бывшего американского президента Р. Рейгана,

оценку балтийских пляжей жителями северной и южной Европы,

размера озер вокруг г. Эсбю (Швеция) в представлении студентов

и т.д. В качестве иллюстрации приведем одни из самых известных

иллюстраций территории США в представлении нью-йоркцев и

бостонцев

—

рис. 31 и 32 (по Д. Валлингфорду).

Анаморфозы можно определить как графические изображения,

производные от традиционных карт, масштаб которых трансфор-

1 2 3 4 5 6 7

Рис. 30. Сетевой поляризованный ландшафт на суше и на море. Функцио-

нальные зоны и пути сообщения:

А — для однородной равнины в глубине континента; Б — для побережья. Верх-

ний ряд легенды — на суше, нижний — на море: 1 — городские историко-ар-

хитектурные заповедники; 2 — общественное обслуживание и утилитарные пути

сообщения; 3 — постоянные городские жилища и обрабатывающая промышлен-

ность; 4 — сельское хозяйство высокой и средней интенсивности; 5 — есте-

ственные луга, пастбища, лесная промышленность, охота, загородные рекреа-

ционные парки; б — природные заповедники; 7 — рекреационные жилища

и туристские дороги

Рис. 31. США в представлении ньюйоркцев

ThisMW РкзепЫ

BOSTONIAN 'S

IDEA of

THE UNITED STATES

OF AMERICA

SF.PTFJMTHIO

J «/T P»|gn born |П city o«d Kit (Dftluiinll.ti l.««ty Th«. id««> I<i by m«ny |l(

! of Возтом and rCSxfinq in to b« a BoJTom.am. leek c( Boitox.A-J fon(»pn,aqT/4 IH

I bojTON may rvot b* a Bo»- a d«{,rute t«j!-book d<f«ii- UmtcO Srnrel ba»« b««n J J

f TONiA«sl;ytt a DC/Kin bornin lien far A BotrouiAN ha» qotlHc'td- -I'

J Minqham, ffSicTiA^ i«vK«wfer» add<4 (a If* many difficwl- ed,<nd tomb '

4 (dilatory domicile . M»enoli».- tlCJ tnco-fit by

tftt.

a eempoiitt

I fr«^u«iu

eraMiinft

to England f\ibli>b«

j of j mар . . и r«/uit

Рис. 32. США в представлении бостонцев