Картография цифровая. Цифровая карта является основой информационного обеспечения автоматизированных картографических систем (АКС) и географических информационных систем (ГИС) и может являться результатом их работы Цифровое картографирование

Цифровая картография и ГИС

В последнее десятилетие картография переживает период глубо­ких перемен и технологических инноваций, вызванных информатиза­цией науки, производства и общества в целом. Возникла необходимость пересмотра и переопределения многих понятий этой научной дисцип­лины. Например, еще в 1987 году в составе Международной Картогра­фической Ассоциации были созданы две рабочие группы по картографическим определениям и концепциям. Причем одним из главных воп­росов, подлежащих изучению и разрешению, был вопрос о том, мож­но ли определить картографию без понятия "карта" и должны ли в это определение включаться ГИС или ее элементы. В 1989 году. рабочая группа предложила следующую дефиницию: "Картография - это организация и коммуникация географически привязанной информации в графической или цифровой форме; она может включать все этапы от сбора до отображения и использования данных". Понятие "карта" не включено в это определение, а предложено рассматривать ее отдель­но как "холическое (т. е. целостное, структурное) отображение и мыс­ленную абстракцию географической реальности, предназначенную для одной или нескольких целей и трансформирующую соответствующие географические данные в произведения, представленные в визуальной, цифровой или осязательной формах".

Приведенные дефиниции вызвали широкую дискуссию среди картографов, и в результате появился альтернативный вариант определения картографии, в котором она рассматривается как "организация, отображение, коммуникация и использование пространственно коор­динированной информации, представляемой в графической, цифровой и осязательной формах; может включать все этапы от сбора данных до их использования при создании карт, либо других информационных пространственных документов ".

По мнению большинства современных картографов, технологичес­кие аспекты картографии не являются главными в эпоху информатики и все определения картографии через технологию - ошибочны. Картография остается прикладной, преимущественно визуальной дисципли­ной, в которой большое значение имеют коммуникационные аспекты. Ошибочна также и оценка компьютерных карт в смысле их похожести, неотличимости от карт, создаваемых вручную. Действительное зна­чение ГИС-технологии как раз и состоит в возможности создания про­изведений нового типа. При всем этом главной задачей картографии остается познание реального мира, и здесь весьма трудно отделить форму (картографическое отображение) от содержания (отражаемая действительность). Прогресс геоинформационных технологий лишь увеличил диапазон данных, подлежащих картографированию, расширил круг научных дисциплин, нуждающихся в картографии. Экранные (дисплейные) карты и электронные атласы, которые становятся теперь частью национальных картографических программ во многих странах, лишь усиливают связи картографии с компьютерной графикой и ГИС, не меняя, однако, сущности картографирования.

Следует отметить, что цифровая картография в генетическом пла­не не является прямым продолжением традиционной (бумажной) кар­тографии. Она развивалась в ходе общего развития программного обеспечения ГИС и поэтому часто рассматривается как второстепенная ГИС-составляющая, которая, в отличие от программного обеспечения ГИС, не требует вложения больших сил и средств. Так, неподготовленный пользователь с помощью существующего программного обеспечения ГИС после нескольких дней обучения уже может создать простую цифро­вую карту, однако даже за месяц он не в состоянии создать работоспо­собное программное обеспечение ГИС. С другой стороны, как отмеча­ют специалисты-картографы, из-за видимой легкости и простоты про­исходит недооценка цифровой картографии со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Цифровая картография стала жить собственной жизнью и ее связь с традиционной картографией зачастую рассматривается как совершенно лишняя. Как известно, для создания традиционной бумажной карты требуется довольно сложное оборудование, а также коллектив опыт­ных специалистов (картографов-дизайнеров), создающий и редактиру­ющий карты, выполняющий рутинную работу по обработке первичного материала. Это технически и технологически очень сложный и тру­доемкий процесс. С другой стороны, для создания цифровой карты ну­жен лишь персональный компьютер, внешние устройства, программ­ное обеспечение и исходная (в общем случае бумажная) карта. Иными словами, любой пользователь получает возможность создавать цифро­вые карты в виде готовой продукции - цифровых карт на продажу. В результате в настоящее время цифровым картографированием занято очень много непрофессионалов, а отрыв от теории и методики тради­ционной картографии приводит к потере качества передачи геометри­ческих и топологических форм объектов карты, ибо умения хорошо чертить на бумаге недостаточно для качественного цифрования (дигитизирование - процесс более сложный, так как приходится качественно аппроксимировать непрерывные кривые отрезками прямых). При этом страдает и качество оформления: зачастую карты, выведенные на печать, "напоминают некий чертеж с набором цветовых пятен, но никак не карту".

Лишь в последнее время с развитием рынка ГИС начала возрастать потребность в качественных цифровых картах; пользователи стали обращать внимание не только на скорость цифрования карт и их низкую цену, но и на качество. Растет количество мест, где осуществляется подготовка специалистов с использованием ГИС-технологии; западные системы русифицируются и украинизируются, расширяя круг потенциальных пользователей ГИС. Таким образом, налицо тенденция каче­ственного развития цифровой картографии в фарватере общего развития ГИС-технологии.

Рассмотрим некоторые особенности технологии цифрового картографирования и основные параметры цифровых карт. Прежде все­го необходимо отметить, что в силу многообразия задач, решаемых с помощью цифровых карт, трудно однозначно определить универсаль­ные критерии их качества, поэтому наиболее общим критерием долж­на быть способность обеспечить решение поставленной задачи. В насто­ящий момент ситуация на рынке цифровых карт такова, что в основ­ном они создаются для конкретного проекта, в отличие от традицион­ной картографии, где в качестве картоосновы используются уже существующие картографические материалы. Поэтому чаще всего создание цифровой карты определяется не устоявшимися и проверенны­ми временем инструкциями, а разрозненными и не всегда профессионально составленными техническими заданиями.

Качество цифровой карты

Качество цифровой карты складывается из ряда составляющих, но основными являются информативность, точность, полнота и коррект­ность внутренней структуры.

Информативность. Карта как модель действительности обладает гносеологическими свойствами, например, такими, как содержатель­ное соответствие (научно-обоснованное отображение главных особен­ностей действительности), абстрактность (генерализованность, пере­ход от индивидуальных понятий к собирательным, отбор типичных характеристик объектов и устранение второстепенных), пространствен­но временное подобие (геометрическое подобие размеров и форм, вре­менное подобие и подобие отношений, связей, соподчиненности объек­тов), избирательность и синтетичность (раздельное представление со­вместно проявляющихся явлений и факторов, а также единое целост­ное изображение явлений и процессов, которые в реальных условиях проявляются раздельно). Эти свойства, естественно, влияют и на качество конечного продукта - цифровой карты, однако в основном относятся к компетенции создателей исходного картографического произведения: создатели традиционной карты-источника несут ответствен­ность за ее информативность, и при создании цифровой карты важно правильно подобрать этот источник и корректно передать, учитывая особенности цифрового картографирования, заложенную в исходную карту информацию.

Полнота Передачи содержания. Величина этого параметра зависит в основном от технологии создания цифровой карты, т. е. от того, на­сколько строго осуществляется контроль пропусков операторами объектов цифрования. Для контроля может использоваться твердая копия цифровой карты, выведенная на пластик в масштабе оригинала. При последующем наложении на источник цифрования проводится сверка содержания цифровой карты и исходного материала. Такой метод мо­жет также использоваться для оценки качества передачи форм объек­тов, но он неприемлем для оценки ошибки положения контуров, так как устройство вывода всегда дает заметные искажения. При вектори­зации растра совмещение слоев созданной цифровой карты и растро­вой подложки позволяет оперативно выявить пропущенные объекты.

Точность. В понятие точности цифровой карты входят такие пара­метры, как ошибка положения контуров относительно источника, точ­ность передачи размеров и форм объектов при цифровании, а также ошибка положения контуров цифровой карты относительно местности, связанная с источником цифрового картографирования (деформация бумаги, искажения растрового изображения при сканировании и т. п.). Кроме того, точность зависит от программного обеспечения, использу­емого оборудования и источника цифрования. В настоящий момент па­раллельно существуют и дополняют друг друга две технологии оцифровки карт - дигитайзерный ввод и цифрование по растру (сканирова­ние). Практика показывает, что сейчас трудно говорить о преимуще­стве какой-то одной из них. При дигитайзерной оцифровке основной объем работ по вводу цифровых карт выполняется оператором в руч­ном режиме, т. е. для ввода объекта оператор наводит курсор на каж­дую выбранную точку и нажимает кнопку. Точность ввода при цифро­вании в решающей степени зависит от квалификации оператора. При векторизации растровых карт субъективные факторы влияют меньше, так как растровая подложка позволяет все время корректировать ввод, однако на передачу формы объектов влияет качество растра и при изрезанных краях растровой линии начинают появляться изгибы про­водимой векторной линии, которые вызваны не общей формой линии, а локальными нарушениями растра.

Корректность внутренней структуры.

Готовая цифровая карта должна иметь корректную внутреннюю структуру, определяемую тре­бованиями, предъявляемыми к картам данного типа. Например, ядром картографической подсистемы в ГИС, использующих цифровые векторные карты, является многослойная структура карт (layers), над ко­торыми должны выполняться операции сквозного поиска, наложения с созданием производных цифровых карт и сохранением связи иденти­фикаторов объектов исходных и производных карт. Для поддержки этих операций к топологической структуре цифровых карт в ГИС предъяв­ляются требования, значительно более жесткие, чем, например, к картам, которые используются для решения задач автоматизирован­ного картографирования или навигации. Это связано с тем, что контуры объектов с разных карт (слоев) должны быть строго согласованы, хотя на практике, несмотря на достаточно точное цифрование исход­ных карт по отдельности, это согласование не достигается, и при на­ложении цифровых карт образуются ложные полигоны и дуги. Несов­падения могут быть визуально неразличимы до определенного масш­таба увеличения, что вполне допустимо для задач автоматизированного картографирования, ориентированных на создание традиционных карт фиксированного масштаба с помощью ЭВМ. Однако это совер­шенно неприемлемо для функционирования ГИС, когда для решения различных задач анализа используется строгий математический аппа­рат. Например, топологическая карта должна иметь корректную ли­нейно-узловую (полигоны должны собираться из дуг, дуги должны соединяться в узлах и т. д.) и многослойную структуру (соответствующие границы из разных слоев совпадают, происходит точное примыкание дуг одного слоя к объектам другого и т. д). Создание корректной струк­туры цифровой карты зависит от возможностей программного обеспечения и от технологии цифрования.

В настоящее время в мире уже сформировалась целая индустрия цифрового картографирования, сложился обширный рынок цифровых карт и атласов. Первым успешным коммерческим проектом здесь, по-видимому, следует считать Цифровой Атлас Мира (производитель - фирма Delorme Mapping Systems), выпущенный в 1988 году. Затем пос­ледовал британский Domesday Project /100/, в результате которого был создан цифровой атлас Великобритании на оптических дисках (в качестве исходных карт и топооснов использовались материалы воен­но-топографической съемки). С 1992 года Картографическое агенство Министерства обороны США выпускает и корректирует цифровую карту мира (Digital Chart of the World - DCW) масштаба 1:1 000 000. Во мно­гих странах мира уже созданы национальные цифровые атласы и общегеографические карты. На Рис. 5.1 представлен черно-белый вари­ант распечатки одного из фрагментов цифрового атласа мира.

Цифровая картография - 3.7 out of 5 based on 6 votes

Цифровые карты могут непосредственно восприниматься человеком, при визуализации электронных карт (на видеоэкранах) и компьютерных карт (на твёрдой основе), а могут использоваться как источник информации в машинных расчётах без визуализации в виде изображения.

Цифровые карты служат основой для изготовления обычных бумажных и компьютерных карт на твёрдой подложке.

Создание

Цифровые карты создаются следующими способами или их комбинацией (фактически способы сбора пространственной информации):

· оцифровка (цифрование) традиционных аналоговых картографических произведений (например, бумажных карт);

· фотограмметрическая обработка данных дистанционного зондирования;

· полевая съёмка (например, геодезическая тахеометрическая съёмка или съёмка с использованием приборов систем глобального спутникового позиционирования);

· камеральная обработка данных полевых съёмок и иные методы.

Способы хранения и передачи

Т. к. модели, описывающие пространство (цифровые карты), весьма нетривиальны (в отличие, например, от растровых изображений), то для их хранения часто используют специализированные базы данных (БД, см. пространственная база данных), а не одиночные файлы заданного формата.

Для обмена цифровыми картами между различными информационными системами используют специальные обменные форматы. Это могут быть или популярные форматы каких-либо производителей программного обеспечения (ПО) (например, DXF, MIF, SHP и др.), ставшие стандартом «де-факто», или международные стандарты (например, такой стандарт Open Geospatial Consortium (OGC), как GML).

Картография

Картогра́фия (от греч. χάρτης - бумага из папируса, и γράφειν - рисовать) - наука об исследовании, моделировании и отображении пространственного расположения, сочетания и взаимосвязи объектов, явлений природы и общества. В более широкой трактовке картография включает технологию и производственную деятельность.

Объектами картографии являются Земля, небесные тела, звёздное небо и Вселенная. Наиболее популярными плодами картографии являются образно-знаковые модели пространства в виде: плоских карт, рельефных и объёмных карт, глобусов. Они могут быть представлены на твёрдых, плоских или объёмных материалах (бумага, пластик) или в виде изображения на видеомониторе.

Разделы картографии

Математическая картография

Математическая картография изучает способы отображения поверхности Земли на плоскости. Поскольку поверхность Земли (приблизительно сферическая, для описания которой часто пользуются понятием земного сфероида) имеет определенную, не равную бесконечности кривизну, её нельзя отобразить на плоскости с сохранением всех пространственных соотношений одновременно: углов между направлениями, расстояний и площадей. Можно сохранить только некоторые из этих соотношений. Важное понятие в математической картографии - картографическая проекция, - функция, задающая преобразование сфероидических координат точки (то есть координат на земном сфероиде, выражающихся в угловой мере) в плоские прямоугольные координаты в той или иной картографической проекции (проще говоря, в лист карты, который можно разложить перед собой на поверхности стола). Другой значительный раздел математической картографии - картометрия, которая позволяет по данным карты измерять расстояния, углы и площади на реальной поверхности Земли.

Составление и оформление карт

Составление и оформление карт - область картографии, область технического дизайна, изучающая наиболее адекватные способы отображения картографической информации. Эта область картографии тесно взаимосвязана с психологией восприятия, семиотикой и тому подобными гуманитарными аспектами.

Поскольку на картах отображается информация, относящаяся к самым различным наукам, выделяют также такие разделы картографии, как историческая картография, геологическая картография, экономическая картография, почвоведческая картография и другие. Эти разделы относятся к картографии лишь как к методу, по содержанию они относятся к соответствующим наукам.

Цифровая картография

Цифровая (компьютерная) картография является не столько самостоятельным разделом картографии, сколько её инструментом, обусловленным современным уровнем развития технологии. Например, не отменяя способов пересчёта координат при отображении поверхности Земли на плоскости (изучается таким фундаментальным разделом, как математическая картография), цифровая картография изменила способы визуализации картографических произведений (изучаются разделом «Составление и оформление карт»).

Так, если раньше авторский оригинал карты чертился тушью, то на сегодняшний момент он вычерчивается на экране монитора компьютера. Для этого используют Автоматизированные картографические системы (АКС), созданные на базе специального класса программного обеспечения (ПО). Например, GeoMedia, Intergraph MGE, ESRI ArcGIS, EasyTrace, Панорама, Mapinfo и др.

При этом не следует путать АКС и Географические информационные системы (ГИС), так как их задачи различны. Однако на практике один и тот же набор ПО является интегрированным пакетом, используемым для построения и АКС, и ГИС (яркие примеры - ArcGIS, GeoMedia и MGE).

Создание электронных карт (контуров) полей.

Для эффективного управления сельхозпредприятием не лишним будет точно знать какими посевными площадями Вы располагаете. Не редко руководители и агрономы хозяйств лишь приблизительно знают размеры своих полей, что негативно влияет на точность расчета необходимых удобрений и подсчета урожая. С помощью GPS-приемника, полевого компьютера и специального программного обеспечения (ПО) можно получить электронные карты (контура) полей с сантиметровой точностью!

Ресурсосберегающие технологии и в том числе точное земледелие (precision agriculture) предполагают работу с электронными картами полей. Это та геоинформационная база, на основании которой проводятся практически все агротехнические операции в точном земледелии. Например, одна из самых сложных агротехнических операций точного земледелия - дифференцированное внесение минеральных удобрений основана на картах распределения питательных веществ (N, P, K, Гумус, ph) по полю. Для этого также проводится агрохимическое обследование сельхозугодий.

Но если даже не использовать электронные карты полей для дальнейшего применения технологий точного земледелия, польза от создания таких карт очевидна. Зная точные площади Ваших полей и расстояния между ними, Вы можете более качественно и рационально:

1. Рассчитывать количество необходимых удобрений и агрохимикатов, а также семенного материала

2. Учитывать полученную урожайность

3. Рассчитывать планируемый расход ГСМ

4. Вести ежегодный учет засеянных площадей с высокой точностью по каждой культуре

5. Вести историю полей (севооборотов)

6. При необходимости готовить наглядные отчеты высокой точности (печать карт)

Создание контуров полей проводится с помощью GPS-приемника, полевого компьютера и программного обеспечения объединённых в единый программно-аппаратный комплекс. В режиме "полигон" необходимо объехать или обойти поле по его границе и сохранить полученный контур. При сохранении можно указать название поля и другие необходимые атрибуты и примечания. После сохранения контура нам станет известна точная площадь поля.

Программное обеспечение позволяет также наносить другую геоинформационную информацию: линии и точки. Линиями можно оперировать при разметке рабочих участков на полях. Например, если у Вас уже есть электронные карты Ваших полей за прошлый год и Вам необходимо зафиксировать лишь размещение культур по полям в этом году, то нет необходимости заново оконтуривать поля. Нужно только нанести разграничительные линии между культурами, и то в том случае, если на одном поле возделывается две и более культуры.
Точки используются для нанесения на карту особенностей поля, таких как столбы, большие камни и прочие.

Всю полученную геоинформацию из программно-аппаратного комплекса необходимо перенести на стационарный компьютер для дальнейшего анализа и использования в расчетах и при принятии управленческих решений. На стационарном компьютере также должно быть установлено геоинформационное программное обеспечение (ГИС), которое позволит корректно работать с полученной в полях информацией. Для этих целей мы рекомендуем использовать программу MapInfo ©.

В принципе можно использовать любую ГИС-систему, работающую с форматом.SHP (Shape). Практически все ГИС-системы могут корректно работать с этим форматом. Однако MapInfo © является, на наш взгляд, оптимальным выбором для учета посевных площадей и ведения истории полей. В MapInfo. Вы можете создавать тематические карты, накладывать контура Ваших полей на спутниковые снимки и аэрофотоснимки, а также на оцифрованные топографические карты. Также в MapInfo есть удобный инструмент для измерения расстояний (например для измерения расстояния от гаража до поля).

8.1. Сущность и задачи курса «Цифровая картография»

Курс «Цифровая картография» - составная часть картографии. Он изучает и разрабаты
вает теорию и методы создания цифровых и электронных карт, а также автоматизацию кар
тографических работ.

Картография в настоящее время перешла на новый качественный уровень. В связи
с развитием компьютеризации полностью изменились многие процессы создания карт. Поя
вились новые методы, технологии и направления картографирования. Можно выделить раз
личные направления, которыми сегодня занимается картография: цифровое картографирова
ние, трехмерное моделирование, компьютерные издательские системы и т. д. В связи с этим
появились новые картографические произведения: цифровые, (электронные и виртуальные)
карты, анимации, трехмерные картографические модели, цифровые модели местности. Кро
ме создания компьютерных карт стоит задача формирования и ведения баз цифровой картогра
фической информации.

Цифровые карты неотделимы от традиционных карт. Теоретические основы картогра
фии, накопленные веками, остались прежними, изменились только технические средства
создания карт. Использование компьютерной техники привело к значительным изменениям
технологии создания картографических произведений. Намного упростилась технология вы
полнения графических работ: исчезли трудоемкие чертежные, гравировальные и другие руч
ные работы. В результате вышли из употребления все традиционные чертежные материалы
и принадлежности. Картограф, знающий программное обеспечение, может быстро и качест
венно выполнить сложные картографические работы. Также появилось много возможностей
выполнять на очень высоком уровне дизайнерские работы: оформление тематических карт,
обложек атласов, титульных листов и др.

С внедрением компьютерной технологии объединились процессы составления и подго
товки карт к изданию. Отпала необходимость делать высококачественную ручную копию
составительского оригинала (издательский оригинал). Оформительский оригинал, выпол
ненный на компьютере, позволяет очень легко редактировать и исправлять корректурные за
мечания без ухудшения его качества.

Преимуществами компьютерных технологий являются не только идеальное качество
графических работ, но и высокая точность, значительное увеличение производительности
труда, повышение полиграфического качества картографической продукции.

8.2. Определения цифровых и электронных
картографических произведений

Первые работы по созданию цифровых карт были начаты в нашей стране в конце
70-х гг. В настоящее время цифровые карты и планы в основном создаются по традицион
ным оригиналам карт и планов, составительским оригиналам, тиражным оттискам и другим
картографическим материалам.

Цифровые карты - цифровые модели объектов, представленные в виде закодирован
ных в числовой форме плановых координат х и у и аппликат I.

Цифровые карты являются логико-математическими описаниями (представлениями)
картографируемых объектов и отношений между ними (отношения объектов местности в ви
де их сочетаний, пересечений, соседства, разновысотности по рельефу, ориентации по сторо
нам света и т. д), сформированные в принятых для обычных карт координатах, проекциях,
системах условных знаков с учетом правил генерализации и требований к точности. Подобно
обычным картам они различаются по масштабам, тематике, пространственному охвату и т. п.

Главное назначение цифровых карт - служить основой для формирования баз данных и ав
томатического составления, анализа, преобразования карт .

По содержанию, проекции, системе координат и высот, точности и разграфке цифровые
карты и планы должны полностью отвечать требованиям, предъявляемым к традиционным
картам и планам. На всех цифровых картах должны быть соблюдены топологические отно
шения между объектами. В литературе существует несколько определений цифровых
и электронных карт. Некоторые из них приведены в данной теме.

Цифровая карта - представление объектов карты в форме, которая позволяет ком
пьютеру сохранять, манипулировать и выводить значение их атрибутов.

Цифровая карта - это база данных или файл, которые становятся картой, когда
ГИС создает твердую копию или изображение на экране (В. Хаксхольд).

Электронные карты - это цифровые карты, визуализированные в компьютерной сре
де с использованием программных и технических средств, в принятых проекциях, системах
условных знаков при соблюдении установленной точности и правил оформления.

Электронные атласы - компьютерные аналоги обычных атласов.

Капитальные атласы традиционными методами создаются очень долго, десятки лет.
Поэтому очень часто еще в процессе создания их содержание устаревает. Электронные атла
сы позволяют значительно сократить сроки их изготовления. Поддержание электронных карт
и атласов на уровне современности, их обновление делается в настоящее время очень быст
ро и качественно.

Существует несколько типов электронных атласов:

Атласы только для визуального просмотра («перелистывания») - вьюерные атласы.

- Интерактивные атласы, в которых можно изменять оформление, способы изобра
жения и классификацию картографируемых явлений, получать бумажные копии карт.

- Аналитические атласы (ГИС-атласы) , позволяющие комбинировать и сопоставлять
карты, проводить их количественный анализ и оценку, выполнять наложение карт друг на
друга.

Во многих странах, в том числе и России, созданы и создаются Национальные атласы.
Национальный атлас России является официальным государственным изданием, созданным
по поручению Правительства Российской Федерации. Национальный атлас России дает ком
плексное представление о природе, населении, хозяйстве, экологии, истории и культуре
страны (рис. 8.1). Атлас состоит из четырех томов: том 1 - «Общая характеристика террито
рии»; том 2 - «Природа. Экология»; том 3 - «Население. Экономика»; том 4 - «История.
Культура».

Рис. 8.1. Национальный атлас России

Атлас выпускается в полиграфическом и электронном видах (первые три тома, элек
тронная версия четвертого тома будет выпущена в 2010 г.).

Картографические анимации - динамические последовательности электронных
карт, которые передают на экране компьютера динамику и перемещение изображаемых
объектов и явлений во времени и пространстве (например, движение атмосферных осадков,
перемещение транспорта и т. п.).

Анимации нам очень часто приходится наблюдать в повседневной жизни, например,
телевизионные карты прогноза погоды, на которых хорошо видны перемещения фронтов,
областей высокого и низкого давления, атмосферные осадки.

Для создания анимаций используют всевозможные источники: данные дистанционного
зондирования, экономико-статистические данные, данные непосредственных натурных на
блюдений (например, различные описания, геологические профили, наблюдения метеостан
ций, материалы переписей и т. п.). Динамические (двигающиеся) изображения картографиче
ских объектов могут быть различными:

Перемещение всей карты по экрану и отдельных элементов содержания по карте;

Изменение внешнего вида условных знаков (размеров, цвета, формы, яркости, внут
ренней структуры). Например, населенные пункты могут быть показаны в виде пульсирую
щих пунсонов и т. д.;

Мультипликационные последовательности карт-кадров или трехмерные изображения.
Так можно показать динамику таяния ледников, динамику развития эрозионных процессов;

Панорамирование, вращение компьютерных изображений;

Масштабирование изображения, использование эффекта «наплыва» или удаления
объекта;

Создание эффекта движения над картой (облет, объезд территории).

Анимации могут быть плоскими и объемными, стереоскопическими и, кроме того, мо
гут сочетаться с фотоизображением.

Трехмерные анимации, сочетающиеся с фотоизображением, называются виртуаль
ными картами (создается иллюзия реальной местности).

Технологии создания виртуальных изображений могут быть разными. Как правило,
вначале по топографической карте, аэро- или космическому снимку создается цифровая мо
дель, затем - трехмерное изображение местности. Его окрашивают в цвета гипсометрической
шкалы и потом используют как реальную модель.

8.3. Понятие геоинформационных систем (ГИС)

Первые геоинформационные системы были созданы в Канаде, США и Шв еции для
изучения природных ресурсов. Первая ГИС появилась в начале 60-х гг. в Канаде. Главной
целью канадской ГИС была задача осуществить анализ данных инвентаризации земель Ка
нады. В нашей стране такие исследования начались на двадцать лет позже. В настоящее
время во многих странах существуют различные геоинформационные системы, которые
решают самые разные задачи в различных отраслях: в экономике, политике, экологии, ка
дастре, науке и т. д.

В отечественной научной литературе существуют десятки определений ГИС.

Географические информационные системы (ГИС) - аппаратно-программные ком
плексы, обеспечивающие сбор, обработку, отображение и распространение пространст
венно-координированных данных (А.М. Берлянт). Одна из функций ГИС - создание и ис
пользование компьютерных (электронных) карт, атласов и других картографических про
изведений.

Геоинформационная система - это информационная система, предназначенная для
сбора, хранения, обработки, отображения и распространения данных, а также получения
на их основе новой информации и знаний о пространственно-координированных объектах
и явлениях.

Сущность любой ГИС заключается в том, что она используется для сбора, анализа, сис
тематизации, хранения различной информации, создания базы данных. Самая удобная форма
представления информации пользователям - картографические изображения, кроме этого,
информация может быть представлена и в виде таблиц, схем, графиков, текстов.

Отличительной особенностью ГИС является то, что вся информация в них представле
на в виде электронных карт, которые содержат информацию об объектах, а также простран
ственную привязку объектов и явлений. Отличаются электронные карты от бумажных карт
тем, что каждому условному знаку (объекту), изображенному на электронной карте, соответ
ствует информация, занесенная в базу данных. Это позволяет анализировать их во взаимо
связи с другими объектами. Указав курсором мыши, например, на какой-либо район, можно
получить всю информацию, занесенную о нем в базу данных (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Получение информации об объекте из базы данных

Кроме того, геоинформационные системы работают с картографическими проекциями,
что позволяет осуществлять проекционные преобразования цифровых и электронных карт
(рис. 8.3).

Рис. 8.3. Выбор картографической проекции в ГИС Мар!п& Рго&88юпа1

В настоящее время созданы специализированные земельные геоинформационные сис
темы, кадастровые, экологические и многие другие ГИС.

На примере административной карты Томской области рассмотрим возможности ГИС.
Мы имеем базу данных, в которую занесена информация о размерах площади районов Том
ской области и количестве жителей в каждом районе (рис. 8.4). На основе этих данных мы
можем получить информацию о плотности населения Томской области, кроме этого, про
грамма строит карту плотности населения (рис. 8.5).

Рис. 8.4. Создание тематической карты по данным, занесенным в базу данных

Рис. 8.5. Карта плотности населения Томской области, построенная в автоматическом режиме

Таким образом, отличительными особенностями ГИС являются:

Географическая (пространственная) привязка данных;

Хранение, манипулирование и управление информацией в базе данных;

Возможности по работе с проекциями географической информации;

Получение новой информации на основе имеющихся данных;

Отражение пространственно-временных связей между объектами;

Возможность быстрого обновления баз данных;

Цифровое моделирование рельефа;

Визуализация и вывод данных.

Можно отсчитывать от одна тысяча девятьсот пятьдесят седьмого года. В этом году в Массачусетском технологическом институте (США) была изготовлена первая цифровая модель рельефа и местности карты, которую использовали в дальнейшем для проектирования автомобильных дорог. Это свидетельствует о том, что в картографии с середины двадцатого века начали развитие новые технологические картосоставительские и картоиздательские процессы и методы, которые усовершенствуются до настоящего времени. Основными направлениями и тенденциями совершенствования в них можно выделить:

• технологические (электронные) методы создания карт;
• цифровые способы организации банков и баз данных;
• технологии геоинформационного картографирования;
• формирование карт в компьютерных сетях;
• разработки виртуального картографирования.

Для более эффективного применения научно-технологических процессов развития картографии требуется наиболее быстрая доставка созданных ею продуктов до конечного пользователя. Тогда они будут оперативно использованы потребителями для решения ставящихся ими конкретных задач. В современных реалиях все научно-производственные отрасли, в том числе и цифровая картография , ориентируются на удовлетворение таких запросов и потребностей общества. Таким образом, с помощью цифровых технологий картография превращается из познавательных и просто средств ориентирования в математический инструментарий и методы проектирования, организации, управления и планирования. Уже очевидно, что технический прогресс повлиял на способы использования карт, из которых выделим следующие:

• методы коммуникации;
• пространственной информации;
• системного принятия решений.

Сущность цифровой картографии

Цифровую картографию можно представить в трех, а то и четырех содержательных формах:

• раздел картографической науки;
• производственной индустрии;
• новой технологии.
• инструмент визуализации изображений картографической продукции .

Прежде всего, как радел картографической науки, цифровая картография занимается исследованием и отображением пространственного местоположения различных объектов деятельности общества, всевозможных природных явлений, их цифрового моделирования и взаимосвязей.

С применением и использованием автоматизированных процессов изготовления, новых компьютерных технологий и разнообразного визуального ряда изображений цифровая картография пользуется особой популярностью, как у потребителей, так и специалистов. Изготовление картографической продукции , как индустриального производства, является многофункциональным технологическим процессом с применением современных технологий и имеющим спрос как электронного продукта.

Стоит вспомнить, каким образом ранее строились карты. Создавались целые штатные картографические группы и тематические партии, в услугах которых возникала производственная необходимость. Вся получаемая съемочная информация фиксировалась тушью на кальке или более плотной основе. Большая трудоёмкость, значительные временные затраты и скрупулезность во всем картосоставительском процессе делали процесс медленным. Сейчас все это заменяют компьютерные технологии, с возможностью более быстрого и точного исполнения проектов, удобства в обновлении и редактировании карт.

Преимущества цифровой картографии

Сравнивая все предыдущие и настоящие возможности различных способов построения карт, включая экономическую составляющую рыночной эффективности, можно выделить следующие преимущества цифровой картографии :

• передача точной информации об объекте, практически исключающая возможность получения ошибок, в связи с использованием в расчетах компьютерной автоматизации;
• быстрота обработки и получения итогового результата с более высокой производительностью труда;
• более экономичный способ создания карт с меньшими затратами труда;
• возможность и удобство, как редактирования, так и периодического обновления карт на той же математической и геодезической основе.

Следует также отметить, что цифровая картография все больше занимает места в мировом информационном потоке, проникает в различные сферы интересной современной жизни планеты и завоевывает значительные слои пользователей своей продукции, создавая тем самым повышенный спрос. Такая ситуация происходит по мере развития:

• новых (компьютерных) технологий картографических и геоинформационных систем;
• новых (космических) методов геодезического пространственного позиционирования и определения расположения всех объектов;
• совершенствование е составления карт, повышающих точность и скорость осваивания новых востребованных картографических продуктов.

Виды цифрового картографического производства

Цифровое картографическое производство для получения определенных результатов в современном своем виде занимается следующими производственными процессами:

• разработкой цифровых типовых карт и других, необходимых для этого картографических материалов в виде массивов информации всей совокупности объектов;
• созданием тематических карт с использованием уже имеющихся цифровых математической и картографической основ;
• ведение цифровых баз данных различной информации, в том числе границах государств;
• цифровое картографирование по спутниковым и аэрофотографическим снимкам;
• цифровое применение строительства топографических карт.

Производственные процессы цифровой картографии

Цифровая картография сложный технологический продукт, который представляет картографическое производство , состоящее из следующих производственных процессов:

• редакционного подготовительного периода составления цифровой карты;
• входного контроля исходных материалов;
• классификации объектов подготавливаемой документации;
• кодировки объектов;
• описания объектов цифровой карты;
• редактирования карт;
• контроля качества;
• обновления;
• преобразования в обменный формат;
• преобразования в заданный формат;
• оцифровка материалов карт;
• векторизация карт;
• автоматизации картографической генерализации;
• сводка цифровых карт;
• контроль сводки карт;
• передача в Фонд топографических карт.

В наше время преобладает очень высокий уровень автоматизации, и это отражается практически на всех сферах человеческой деятельности. В связи с такой актуальностью технического прогресса возникла цифровая картография, которая представляет собой компьютерную обработку и анализ картографической информации. На данный момент именно цифровая картография является самой популярной в своей научной области, так как сейчас создание любых картографических изображений выполняется именно на компьютере.

Цифровую картографию нельзя назвать отдельной дисциплиной или разделом. Это, скорее всего эффективный инструмент, который позволяет удобно и быстро обрабатывать картографические данные при помощи ПК. Однако влияние цифровой картографии на науку является действительно сильным, и данный способ отображения местности в корне изменил принцип визуализации территории.

Сравним цифровую картографию со старым способом создания карт. В давние времена картографы проводили дни и ночи напролет, находясь у карты, вычерчивая каждый элемент тушью. Такая работа была очень кропотливая, и трудозатраты были просто неоправданны. Сейчас же технология создания карт существенно изменилась, и теперь всю рутинную работу выполняет компьютер, причем гораздо быстрее. Во время обработки картографической информации на ПК используют специальные автоматизированные системы, которые имеют большой функционал, состоящий из инструментов, необходимых для создания карт. Благодаря своей гибкости автоматизированные картографические системы дают массу возможностей современным картографам, которые действительно упрощают и улучшают процесс иллюстрации местности.