Геоинформационное картографирование

Методы индикации, давно  и широко применяемые в комплексных географических исследованиях, имеют особое значение для геоинформационного картографирования и ГИС-технологий. Индикация позволяет по совокупности характерных внешних признаков судить о явлениях, скрытых от непосредственного наблюдения.

 

 

 

Ландшафтно-индикационные  методы эффективны при картографировании  почв и ландшафтов, выявлении ареалов  заболеваний и поиске полезных ископаемых, обнаружении радиоактивного загрязнения и зон тектонических разломов, оценке качества фунтовых вод и изменений климата.

Индикационная составляющая особенно велика при дешифрировании аэрокосмических снимков, можно даже сказать сильнее - всякое дешифрирование и распознавание включает элементы индикационного анализа графических образов, рисунков, конфигураций.

Наиболее значимые индикационные  признаки — рисунок изображения, его морфологический облик, структурно-текстурные особенности и топологические характеристики. По сути дела, речь идет о принятии решений  относительно наличия и свойств  какого- либо объекта по набору косвенных  признаков, представленных на картах и  снимках — задача типичная для  ГИС-технологий. Индикационные признаки обычно носят качественный характер, однако, для ГК актуальна разработка количественных вероятностных индикаторов, что повысит надежность индикации.

Индикационные подходы тесно  связаны с ключевым анализом, методами интерполяции и экстраполяции, с районированием. Они позволяют увязать структурно-морфологические и генетические аспекты картографирования. Поэтому следует ожидать, что географическая индикация окажется исключительно полезной, прежде всего, для формирования баз знаний, разработки правил и методик принятия решений и, следовательно, для географического обеспечения геоинформационного картографирования в целом.

 

Опыт системного тематического картографирования

Сходства и аналогии между  системными географическими произведениями (прежде всего, атласами) и геоинформационной системы прослеживаются по многим линиям. Те и другие имеют разный пространственный охват (от глобального до муниципального), тематику (геологические, экологические и т. п.), назначение (научно- справочные, учебные, навигационные и др.), они могут быть комплексными или узко отраслевыми, иначе говоря, проблемно ориентированными.

 

 

 

 Общая структура геоинформационной системы, отдельных блоков и слоев информации во многом повторяет структуру атласов и их разделов. Нередко геоинформационные  системы имеют своим прототипом традиционные "бумажные" атласы, либо создаются, как продолжение и расширение электронных атласов.

Системная целостность атласов, их внутреннее единство обеспечиваются следующими условиями :

• целесообразный выбор и ограничение числа проекций., компоновок и масштабов (желательно, кратных друг другу);
• общность географических основ и базовых карт;
• согласованность легенд, шкал и градаций;
• соблюдение, по возможности, единого уровня генерализации, цензов и норм отбора;
• единство изобразительных средств и дизайна;
• взаимное согласование карт ;
• приуроченность содержания к определенной дате (согласование данных во времени).

 

При географо-картографическом обосновании геоинформационные системы на стадиях их проектирования и создания все эти условия остаются е силе, хотя имеют разное значение. Например, геометрическое согласование по проекциям и масштабу - достаточно легко решаемая задача, тогда как увязка тематического содержания разных слоев в процессе электронного картосоставления - узловая и наиболее сложная проблема. От нее зависят надежность геоинформационной системы и достоверность принимаемых решений.

Географическое согласование слоев в геоинформационной системе предусматривает взаимную увязку отдельных элементов географической основы, основы и тематического содержания, однородных элементов тематического содержания друг с другом, тематических слоев между собой и т.д.

Согласование предполагает учет комплекса закономерностей (зональных, гипсометрических, структурно- литологических, ландшафтных, почвенно-геохимических и иных), увязку тематического содержания вдоль границ разного типа ("контактных", "барьерных", "переходных" и др.), по структурным линиям и природным рубежам. Все это требует основательного освоения богатейшего опыта "докомпьютерной" географической картографии .

Необходимо подчеркнуть, что требование взаимного согласования ни в коей мере не означает необходимости добиваться полного совпадения контуров на разных тематических слоях геоинформационной системы. Опыт использования "сетки природных контуров", применявшейся при составлении некоторых комплексных атласов, показывает, что такой подход ведет к искусственной увязке элементов содержания, к пересогласованию тематических карт. Реальные взаимосвязи компонентов геосистем неоднозначны и, нередко, сто- хастичны. Они предполагают смещение одних элементов относительно других в пространстве и времени, включение и срезание одних контуров другими, даже разную дробность взаимосвязанных компонентов. Все это еще раз свидетельствует о ключевой роли географического анализа, который один только дает возможность отличить сложные природные закономерности от ошибок несогласованности слоев геоинформационной системы.

Выбор базовой  карты

С проблемой согласования неразрывно связан и выбор географической основы и базовой карты, которые служат каркасом для географической привязки и координирования всех данных, поступающих в геоинформационную систему, взаимного совмещения информационных слоев и последующего анализа с применением оверлейных процедур. В зависимости от тематики и проблемной ориентации геоинформационных систем в качестве базовых могут быть избраны следующие основы:

• карты административно-территориального деления;
• топографические и общегеографические карты;
• кадастровые карты и планы;
• фотокарты, ортофотопланы и фотопортреты местности;
• ландшафтные карты;
• карты природного районирования и схемы природных контуров;
• карты использования земель.
• Возможны и комбинации этих основ, например, ландшафтных карт с топографическими, где рельеф передан горизонталями, или фотокарт с картами использования земель и т.п.

В каждом конкретном случае выбор и дополнительная подготовка базовой карты (например, ее разгрузка  или нанесение дополнительной информации) составляют центральную задачу этапа предпроектного географо - картографического обоснования геоинформационной системы и геоинформационного картографирования. В настоящее время проработки такого рода единичны. 
2.3. ОПЕРАТИВНОЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ.

 

Оперативное геоинформационное картографирование означает создание и использование карт в реальном или близком к реальному масштабе времени с целью быстрого (своевременного) информирования пользователей и воздействия на ход процесса.

 При этом реальный  масштаб времени понимается как  характеристика скорости создания-использования  карт, т. е. темпа, обеспечивающего немедленную обработку поступающей информации, ее картографическую визуализацию для оценки, мониторинга, управления, контроля каких-либо процессов и явлений, изменяющихся в том же темпе.

На нынешнем этапе оперативность  изготовления картографических произведений и доставки их потребителям становится важным, а может быть, главным условием прогресса картографии. Оперативные карты предназначаются для решения широкого спектра задач, прежде всего, для инвентаризации объектов, предупреждения (сигнализации) о неблагоприятных или опасных процессах, слежения за их развитием, составления рекомендаций и прогнозов, выбора вариантов контроля, стабилизации или изменения хода процесса в самых разных сферах от экологических ситуаций до политических событий. Следует различать оперативные карты двух типов: одни рассчитаны на долговременное последующее использование и анализ (например, карты итогов голосования избирателей), а другие - на кратковременное применение для незамедлительной оценки какой-либо ситуации (например, карты стадий созревания посевов).

Исходными данными для  оперативного геоинформационного картографирования служат материалы аэрокосмической съемки, непосредственные наблюдения и замеры, статистические данные, результаты опросов, переписей, референдумов, кадастровая информация. А эффективность оперативного картографирования определяются тремя факторами:

 

 

 

• надежностью автоматической системы, которая, в свою очередь, зависит от скорости ввода и обработки данных, организации баз данных и системы доступа к ним, быстродействия вычислительных и периферийных устройств;
• хорошей читаемостью и воспринимаемостью самих оперативных карт, простотой их внешнего оформления, адекватным подбором знаков и шкал, обеспечивающими эффективное зрительное восприятие в условиях оперативного анализа ситуаций;
• оперативностью распространения карт и доставки их потребителям с использованием для этого телекоммуникационных сетей.

 

Динамическое  геоинформационное картографирование.

В традиционной картографии  известно известны три основных способа отображения динамики явлений и процессов, их возникновения, развития, изменений во времени и перемещения в пространстве :

• показ динамики на одной карте с помощью стрелок или лент движения, "нарастающих" знаков и диаграмм, расширяющихся ареалов, изолиний скоростей изменения явлений и т.п.;
• показ динамики с помощью серий разновременных карт, снимков, фотокарт, блок-диаграмм и др., фиксирующих состояния объектов в разные моменты (периоды) времени;
• составление карт изменения состояний явления, когда показывается не сама динамика, а лишь результаты происшедших изменений (ареалы изменений);

Резко возросший в последние  годы интерес к картографированию динамики вызван необходимостью познания не только структуры явлений, но и существа процессов, происходящих в земной коре, атмосфере, гидросфере и биосфере и, что еще более важно, в зонах их контакта и взаимодействия. Динамическое картографирование, кроме того, является наиболее эффективным средством визуализации результатов мониторинга.

 

 

Картографические анимации

Геоинформационнок картографирование существенно расширило возможности отображения динамики геосистем, введя в научную практику особые динамические последовательности карт (кадров, сцен) - картографические анимации, создающие при демонстрации эффект движения (мультипликации).

Анимация прогноза погоды

 

Существуют разные методики создания анимационных изображений:

1.Сформирование серии движущихся изображений на дисплее на основе баз данных геоинформационных систем при непосредственном участии картографа;

2.Запись картографического изображения с компьютера на видеокассету;

3.Применение специальных анимационных программ, когда отдельные карты-кадры, хранящиеся на носителях, вызываются оператором для формирования движущихся последовательностей в избранном временном масштабе.

Конечно, наилучшие возможности  для динамического геоинформационного картографирования предоставляют современные анимационные компьютерные программы, которые содержат наборы модулей, обеспечивающих самые разные варианты и комбинации анимаций:

• перемещение картографического изображения по экрану;
• мультипликационные последовательности карт-кадров или 3-мерных изображений;
• изменение скорости демонстрации, покадровый просмотр, возврат к избранному кадру, обратная последовательность;
• перемещение отдельных элементов содержания (объектов, знаков) по карте;
• показ изменений отдельных элементов содержания (объектов, знаков), их размеров, ориентации, мигание знаков, топологические преобразования и др.;
• варьирование окраски (пульсация и дефилирование), изменение интенсивности, создание эффекта вибрации цвета;
• изменение освещенности или фона, "подсвечивание" и "затенение" отдельных участков карты;
• панорамирование, изменение проекции и перспективы (точки обзора, ракурса, наклона), вращение 3-мерных изображений;
• масштабирование (зуммирование) изображения или его части, использование эффекта "наплыва" или удаления объекта;
• создание эффекта движения над картой ("облет" территории), в том числе, с разной скоростью.

 

 

 

 

 

 

Виртуальное картографирование

Дальнейшее развитие геоинформационных  технологий привело к созданию изображений, сочетающих свойства карты, перспективного снимка, блок-диаграммы и компьютерной анимации. Такие изображения получили название виртуальных (от лат. virtualis — возможный, потенциальный). Этот термин имеет несколько смысловых оттенков: возможный, потенциальный, не существующий, но способный возникнуть при определенных условиях, временный или непродолжительно существующий, а главное — не реальный, но такой же, как реальный, неотличимый от реального. В машинной графике визуализация виртуальной реальности предполагает, прежде всего, применение эффектов трехмерности и анимации. Именно они создают иллюзию присутствия в реальном пространстве и возможности интерактивного взаимодействия с ним.