Картографические способы изображения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

по дисциплине "Картографирование в природопользовании"

на тему: "Картографические способы изображения"

Содержание

Введение

1. Способы работы с картами

2. Изучение структуры

3. Изучение взаимосвязей

4. Изучение динамики

5. Картографические прогнозы

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Знаки на карте - это зрительно воспринимаемые элементы изображения, условно представляющие процессы и явления окружающего мира, их местоположение, качественные и количественные характеристики, структуру, динамику и т.п.

Использование условных знаков - основное свойство, отличающее карту многих других графических моделей таких, как аэро- и космические снимки, панорамы, пейзажи.

На стыке картографии и семиотики, сформировался особый раздел - картографическая семиотика, в рамках которой разрабатывается общая теория систем картографических знаков как языка карты.

Семиотика включает три основные раздела:

1. Картографическая синтактика - изучает правила построения и употребления знаковых систем, их структурные свойства, грамматику языка карты.

2. Картографическая семантика - исследует соотношения условных знаков с самими отображаемыми объектами и явлениями.

3. Картографическая прагматика - изучает информационную ценность знаков, как средства коммуникации и особенности их восприятия читателями карты.

Иногда в составе картографической семиотики выделяют еще один раздел - картографическую стилистику, изучающую стили и факторы, которые определяют выбор изобразительных средств в соответствии со значением и функциями картографических произведений.

1. Способы работы с картами

Исследовании по картам выполнят для изучения размещения и пространственно-временной структуры явлений и процессов, их взаимных отношений и связей, определения тенденции развития и динамики, получение всевозможных количественных характеристик и оценок, районирования и классификаций, прогноза изменений во времени и пространстве.

Способы работы с картами подразделяю следующим образом.

1. Анализ отдельной карты:

· Изучение картографического изображения без его преобразования, т. е анализ карты в том виде в каком она есть

· Преобразование картографического изображения с целью приведения его в вид более удобный для данного конкретного исследования

· Разложение картографического изображения на составляющие - особый вид преобразования, применяемый для выделения нормальной и аномальной (фоновой и остаточной) компонент развития и размещения явлений и процессов

2. Анализ серий карт

· Сравнение карт разной тематики с целью установления взаимосвязей и зависимостей между явлениями.

· Сопоставление разновременных карт для изучения динамики и эволюции явлений и процессов, составления прогнозов их развития во времени.

· Изучение карт-аналогов для обнаружения общих закономерностей распространения явлений и процессов на разных территориях.

Исследования по картам, как и любые другие, включают несколько этапов:

постановка задачи - формулирование цели, выделение подзадач, определение требований к точности;

подготовка к исследованию - выбор картографических источников, методов, технических средств, алгоритмов и т.п.;

собственно исследование - получение предварительных, а затем окончательных результатов, их оценка, создание новых карт;

интерпретация результатов - содержательный анализ, формулирование выводов и рекомендаций, оценка их надежности.

Исследования по картам - это всегда более или менее формализованная процедура. На всех этапах ей должны сопутствовать содержательный географический анализ получаемых результатов, соотнесение их с реальной ситуацией и, если необходимо, корректировка самой процедуры исследования.

2. Изучение структуры

Изучение по картам структуры явлений и процессов - это выявление и анализ их элементов, размещения в пространстве, конфигурации, порядка (уровня) и иерархии. Конечная цель исследования всегда состоит в познании пространственной организации геосистем, их генезиса, в раскрытии механизма функционирования.

Один из наиболее информативных способов изучения структуры - анализ конфигурации картографических образов, т.е. изучение геометрического рисунка изображения. По внешнему облику объекта часто можно судить о его морфологии, генезисе, о факторах, сформировавших тот или иной объект.

Картографический метод позволяет эффективно выявлять пространственные закономерности и аномалии, т.е. типичные, устойчивые, широко распространенные структуры и отклонения от них. Карты, обладающие большой обзорностью, как бы специально предназначены для выявления общих закономерностей глобального и регионального уровней. В значительной степени этому способствует и генерализация, освобождающая изображение от мелочей, деталей и выпукло проявляющая главные, наиболее существенные его черты.

Благодаря обзорности карт были установлены такие важнейшие закономерности географической структуры, как зональность, сеть планетарных линеаментов, единая система срединно-океанических хребтов и рифтовых зон, структура центральных мест и т.п. Глобальные системы линеаментов можно обнаружить при внимательном анализе карт любого масштаба. На карте Севера Русской равнины отчетливо проявлена система северо-западных и северо-восточных линеаментов. Им подчиняются береговые линии морей и озер, направления водоразделов и речных долин. Таковы очертания Кольского полуострова, берега Белого и Печорского морей, вытянутые озера Карелии, долины рек Северной Двины, Онеги, Мезени, Вашки, Сухоны, Вычегды, Печоры, Усы, Таманский кряж, Северный Урал, хребет Пай-Хой и другие крупные оро - и гидрографические элементы. Все это - отражение системы трещиноватости, охватывающей всю планету и обязанной своим происхождением ротационным напряжениям, возникающим на земном шаре. Интересно, что аналогичные системы северо-западных и северо-восточных линеаментов можно видеть и на картах других планет земной группы. Это общая закономерность планетарного рельефа.

На фоне закономерностей нередко удается подметить аномалии, и глаз опытного исследователя сравнительно легко их распознает.

Изучая структуру явлений, часто стараются выявить основные и второстепенные компоненты. Отделить аномалии от фона помогает операция разложения картографического изображения на составляющие, которую можно выполнить с помощью усреднения, аппроксимации или фильтрации. В задаче о разложении принимается, что показанное на карте явление z представляет собой результат совокупного влияния основного, наиболее значительного, фонового фактора, зависящего от причин регионального, а иногда даже глобального масштаба, и дополнительных факторов, накладывающихся на общий фон и усложняющих картину, - их называют остаточными zo или аномальными * = z<i> + zo > причем 1ф " z0.

Примерами могут служить ареалы повышенного радиационного загрязнения на фоне допустимых значений, локальные поднятия и опускания на фоне региональных тектонических движений, местные климатические особенности, накладывающиеся на зональные закономерности, и т.п.

Самый простой способ разложения - графическое осреднение. Для этого на исходной карте размещают сетку регулярных точек так, как показано на рис. 13.4, в центре каждой шестиугольной ячейки вычисляют значение скользящего среднего гф как среднего из значений вершин и центра ячейки: гф = {/7 Z zr. На изолинейной карте, построенной по значениям z(/), отражена осредненная фоновая поверхность передающая главные, наиболее крупные черты структуры. Если далее в каждой точке взять разности между фактическим и осредненным значениями zo = zs ~ Z(j) и провести по ним изолинии, то получится остаточная поверхность, показывающая размещение аномалий, отклонений, второстепенных деталей.

Вычленение, т.е. выделение на карте интересующих исследователя компонентов сложной геосистемы и снятие прочих деталей. Выделенные элементы предстают в наглядной и удобной для данного исследования форме, например в виде системы спрямленных элементов рельефа и гидрографии.

Схематизация - устранение второстепенных деталей и представление картографического изображения в упрощенном виде. Так, при схематизации гипсометрического изображения и снятии деталей эрозионного расчленения проявляется основная первично-тектоническая структура рельефа.

Детализация - преобразование, противоположное схематизации, оно имеет целью сделать изображение более подробным. Например, на топографической карте можно детализировать изображение эрозионной сети, проведя по изгибам горизонталей тальвеги временных водотоков.

Континуализация - замена дискретного картографического изображения непрерывным, что обычно связано с введением понятия "географическое поле". Например, карту тектонических трещин преобразуют в псевдоизолинейную карту поля трещиноватости, карту расселения - в карту плотности населения, карту размещения лесов - в карту лесистости и т.п. Такие преобразования дают представление об абстрактном рельефе явления, на производных картах хорошо читаются максимумы и минимумы распределения, их удобно коррелировать с другими изолинейными картами.

Дискретизация - обратное преобразование, имеющее целью перевод непрерывного изображения в дискретную форму. Хорошим примером может служить интерполирование по сетке точек при создании цифровых моделей по картам с изолиниями или картограммам.

Средствами подобных преобразований часто служат графические операторы - сетки равномерно или неравномерно расположенных точек, геометрических ячеек, в каждой из которых выполняют пересчет исходных данных и получают производные показатели. Если ячейки (квадраты, кружки и др.) перекрываются по площади, то их называют скользящими операторами.

Преобразования подразделяют на однократные и многократные. В свою очередь, многократные преобразования бывают параллельными и последовательными. При параллельных преобразованиях по исходной карте А получают сразу несколько производных карт Л -> (В, С, ..., N). Например, по топографической карте строят карты расчленения рельефа, уклонов, экспозиции склонов и др. В других случаях карту А последовательно преобразуют в карту В, ее, в свою очередь, - в карту С и т.д.: А -" В -> С --> ... -> N. Допустим, по карте рельефа сперва строят карту глубины расчленения, затем последовательно - производные карты интенсивности смыва, эрозионной опасности, почвозащитных мероприятий и т.п. При изучении структуры сложных явлений часто применяют древовидные преобразования, сочетая параллельные и последовательные варианты.

3. Изучение взаимосвязей

Анализ и количественная оценка внутренних и внешних связей и взаимозависимостей между геосистемами, их подсистемами и отдельными компонентами - одна из центральных задач в науках о Земле. В ее решении картографическому методу принадлежит коронная роль благодаря поистине неисчерпаемому разнообразию карт всевозможной тематики. По ним удобно оценивать изменчивость связей в пространстве, выделять основные и второстепенные зависимости, а также выполнять индикационные исследования, т.е. предсказывать размещение одних (индицируемых) явлений по другим (индикаторам).

Для изучения взаимосвязей используют широкий арсенал технических приемов. Самые простые среди них - визуальный анализ и описание взаимосвязей. Из графических приемов эффективно совмещение контуров анализируемых явлений на общей основе - графический оверлей, в результате чего выявляют совпадающие, частично совпадающие и совсем не совпадающие контуры. Они трактуются как отражение взаимосвязей различной силы.

Многие зависимости наглядно видны на комплексных профилях и разрезах, совмещенных розах-диаграммах составленных по сериям карт, а также блок-диаграммах и метахронных диаграммах.

Конечно, наилучшие возможности для изучения и количественной оценки взаимосвязей явлений предоставляют аппарат теории корреляции и информационный анализ: коэффициенты корреляции, показатели взаимного соответствия и др.

Следует иметь в виду одну важную особенность картографического метода исследования.

При сравнении карт связь явлений всегда проявляется через соответствие картографических изображений.

Однако предположение о том, что чем больше степень совпадения контуров или сходство рисунка изолиний, тем сильнее зависимость между явлениями, не всегда справедливо. Случается, что пространственное соответствие можно наблюдать и между явлениями, не зависимыми или очень слабо зависимыми друг от друга. Например, на картах горных территорий часто бросается в глаза согласованность рисунка изолиний самых разных явлений, например распределения температур и осадков, созревания сельскохозяйственных культур, плотности населения и т.п. Формальный расчет коэффициента корреляции может привести к парадоксальным выводам например показано высокое соответствие между плотностью населения и датами зацветания картофеля. Разумеется, при высокой статистической корреляции причинно-следственная связь между этими явлениями отсутствует, изолинии на обеих картах лишь повторяют изогипсы рельефа.

Этот пример показывает, насколько осторожно следует подходить к содержательной интерпретации соответствия картографических образов. Только географический анализ причинно-следственных отношений позволяет окончательно судить о реальных зависимостях между явлениями.

При исследовании геосистем важнейший момент - прослеживание изменения взаимосвязей по территории, от места к месту, выявление зон, где связи сильны и где они ослабевают или совсем отсутствуют. Для этого создают специальные карты взаимосвязей, отражающие пространственное варьирование связей. В зависимости от способа построения получают разные типы таких карт:

¦ карты районирования по степени взаимного соответствия, составляемые путем графического оверлея и оконтуривания районов полного и частичного соответствий;

¦ картограммы взаимосвязей, где показатели корреляции рассчитаны по единицам территориального деления, обычно по административным районам;

карты изокоррелят, на которых проведены изолинии равных коэффициентов корреляции по данным, вычисленным в ячейках регулярной или нерегулярной сетки;

карты энтропии контуров, на которых взаимное соответствие явлений оценивается с помощью показателя энтропии для каждого отдельного контура, ареала, ландшафтного выдела, водосборного бассейна.

4. Изучение динамики

Для изучения динамики явлений и процессов, т.е. их возникновения, развития, изменения во времени и перемещения в пространстве, используют разновременные карты, на которых одни и те же объекты изображены в разные моменты времени. К разновременным относятся карты, составленные и изданные в разные годы (например, старые и современные топографические), либо карты, составленные одновременно, но фиксирующие разные моменты времени (помесячные карты температур), а также карты-реконструкции (палеогеографические, историко-географические и т.п.). Сравнивая карты, на которых явления представлены в моменты времени tv t2, tn, можно выявить изменения, происшедшие за любой промежуток At, и картометрически оценить приращения расстояний, площадей, объемов (± As, ± Ар, ± Av и т.д.). По разновременным картам устанавливают не только величины изменений, но и их направления, оцениваемые векторами, и среднюю скорость. Во многом цели анализа разновременных карт похожи на повторные инструментальные съемки местности. А всяким повторным наблюдениям присущи два допущения: во-первых, за величину перемещений принимается алгебраическая сумма всех перемещений за анализируемый промежуток времени, а во-вторых, скорость изменений принимается постоянной без резких ускорений или замедлений. Очень ценными документами для анализа естественной и антропогенной (техногенной) динамики геосистем служат старые топографические карты и планы. В России государственные топографические съемки были выполнены петровскими геодезистами в 1720 г., а в 1765 г. начались работы по генеральному межеванию "земель всей империи". Они охватили почти всю европейскую часть страны. Сегодня сравнение этих карт с современными топографическими картами позволяет получить точные сведения об изменении всех компонентов ландшафта, развитии сети дорог и населенных пунктов. Многие европейские государства также располагают старыми картами высокой точности, отражающими облик местности, начиная с эпохи Средневековья. По разновременным картам изучают изменения разных типов:

медленные изменения (например, тектонические движения, смещения береговых линий или русел рек), для выявления которых необходимы карты, разделенные большими промежутками времени

быстрые изменения (смена синоптической обстановки, экологической ситуации и т.п.), анализ которых можно проводить только по сериям карт, разделенным малыми временными интервалами;

периодические и циклические изменения (сезонные, фенологические явления и др.) - в этом случае привлекают разновременные карты, отражающие характерные фазы развития явления или процесса;

эпизодические и катастрофические изменения или замещения (землетрясения, сход лавин, появление гарей на месте лесов) - для их изучения необходимы карты, фиксирующие моменты до и после наступления явления.

Результаты сравнения чаще всего представляют путем простого совмещения контуров явлений на разные даты. Так, например, получена карта прироста дельты Дуная за 130 лет. По ней удобно выполнять картометрические определения, подсчитывать величину и среднюю скорость прироста дельты и др. Другой способ отображения динамики - составление карт разности состояний явления на разные даты. Так можно показать, например, прирост населения по районам или изменение урожайности сельскохозяйственных культур на посевных площадях. Один из самых наглядных способов представления результатов анализа разновременных источников - составление карт ареалов изменения явлений. Это достигается путем графического оверлея, т.е. совмещения двух карт (прошлого и современного состояния) на общей основе.

5. Картографические прогнозы

Сравнение карт разной тематики и разновременных позволяет перейти к прогнозам на основе выявленных взаимосвязей и тенденций развития явлений. В истории картографии известны замечательные случаи, когда картографические прогнозы приводили к открытиям новых земель. Так, офицер российского флота Н.Г. Шиллинг, анализируя по картам движение арктических льдов, в 1865 г. высказал предположение о существовании неизвестного архипелага, который вскоре был открыт австрийцами и получил название Земля Франца-Иосифа. А в 1924 г. полярный исследователь и океанограф В.Ю. Визе также на основе картографического анализа предсказал существование острова, который через шесть лет был нанесен на карту экспедицией на ледоколе "Седов" и назван именем Визе. Впоследствии океанолог Вс. Березкин, составив карту динамических течений в Карском море, предсказал открытие островов Уединения и Ушакова. Все эти удивительные прогнозы были сделаны по картам, в тиши рабочих кабинетов, что называется "на кончике пера".

В науках о Земле и обществе прогноз понимается по-разному. Географы и экологи обычно трактуют его как предвидение будущих ситуаций, геологи - как предсказание неизвестных структур и месторождений полезных ископаемых, экономисты и социологи - как выявление тенденций развития. Картографический метод сближает эти подходы. Прогноз по картам рассматривается как изучение явлений и процессов, недоступных современному непосредственному исследованию.

Это означает, что прогнозирование не ограничивается гипотезами о развитии явлений или процессов в будущем. Можно прогнозировать и современные, но еще неизвестные явления, например неизвестные полезные ископаемые. карта семиотика коммуникация восприятие

Существенно лишь то, что предсказываемое явление недоступно прямому изучению в настоящее время.

В основе прогноза лежат картографические экстраполяции, понимаемые в широком смысле как распространение закономерностей, полученных в ходе картографического анализа какого-либо явления, на неизученную часть этого явления, на другую территорию и (или) на будущее время. Картографические экстраполяции, как и любые другие (математические, логические), не универсальны. Их достоинство в том, что они хорошо приспособлены для прогнозирования и пространственных, и временных закономерностей. В практике прогнозирования по картам широко применяют также известные в географии методы аналогий, индикации, экспертные оценки, расчет статистических регрессий и др. Существуют три вида прогноза по картам: прогноз во времени, основанный на экстраполяции динамических тенденций, выявленных по разновременным картам; прогноз в пространстве, опирающийся на взаимосвязи и аналогии, установленные по картам разной тематики; пространственно-временной прогноз, сочетающий оба названных выше вида прогноза и позволяющий предсказать тенденции развития и эволюции явления в прогнозируемом пространстве.

При картографической экстраполяции особое значение приобретают карты фоновых поверхностей. С их помощью можно предсказать главные, определяющие, фоновые черты явления, не вдаваясь в детали, частности и возможные случайные отклонения. Карты фоновых поверхностей в равной мере пригодны для прогноза во времени и пространстве. Так, имея серию фоновых поверхностей ФП-А, ФП-В, ФП-N, можно с помощью регрессионных моделей экстраполировать значение ФП-N+Q, где N+Q - прогнозируемая поверхность (если дается прогноз в пространстве) или прогнозируемое состояние (если речь идет о прогнозе во времени). Кроме того, модели фоновых поверхностей применимы и для интерполяции. По серии карт ФП-А, ФП-В, ФП-N можно рассчитать поверхность ФП-К, где значение. К находится в интервале А < К < N.

Географические прогнозы во времени классифицируют по упреждению или заблаговременности. Различают прогнозы долгосрочные (несколько десятилетий), среднесрочные (10--15 лет), краткосрочные (три--пять лет) и сверх краткосрочные (менее года). Достоверность прогнозных карт зависит от заблаговременное и дальности экстраполяции, характера самого явления, его стабильности или подвижности, цикличности, от достоверности и полноты исходных карт, а также от устойчивости выявленных тенденций, тесноты взаимосвязей, что во многом определяется самой методикой прогнозирования. В зависимости от степени достоверности различают карты предварительного, вероятного и весьма вероятного прогноза, а также карты перспективного расчета.

Заключение

Надежность картографического метода - это его способность обеспечивать верное решение поставленной задачи.

Оценка надежности - довольно сложная и часто неопределенная задача, поскольку погрешность результата зависит от многих причин, из которых одни выявляют, пользуясь методами теории ошибок, картометрии и математической статистики, а другие не имеют точных оценок, и судить о них можно лишь с учетом навыка, опыта, научной зрелости исследователя и других субъективных факторов.

Многообразие научных и практических задач, решаемых с помощью картографического метода исследования, всякий раз требует особого подхода к оценке надежности, поэтому универсальные критерии вряд ли применимы. Тем не менее, можно указать причины и основные источники ошибок:

концептуальные - неточность, неполнота и другие недостатки исходных концепций, неверная интерпретация результатов;

коммуникационные - ошибки исполнителей, непонимание или неправильное восприятие мыслей, идей, нечеткость формулировок задания, выводов;

географические - неопределенность или условность пространственных границ и временных пределов самих объектов, изучаемых по картам, приближенные представления о тенденциях их изменения во времени и пространстве и т.п.;

картографические - неточность карт, по которым ведутся исследования, их неполнота, устарелость;

¦ технические - погрешности измерений, несовершенство инструментов и оборудования, алгоритмов и программ, незащищенность баз данных.

По точности получаемых результатов все исследования по картам делят на три группы.

Точные исследования, при которых измерения и вычисления выполняют с максимально возможной точностью. При этом стараются тщательно учесть и исключить все ошибки, проводят неоднократные контрольные измерения и независимые вычисления. Например, при точных исследованиях погрешности измерения длин и площадей по картам не должны превышать 1%, а углов - Г.

Исследования средней точности, когда по условиям работы принимается, что погрешность результата не должна превышать определенного допустимого предела. Тогда погрешности, меньшие заданной точности, вообще не учитываются, что снижает трудоемкость и сокращает сроки работ. Заметим, что избыточная точность, не оправданная практическими целями исследования, - это серьезный методический просчет. Погрешности определения длин и площадей при измерениях средней точности доходят до 3-5%, а углов - до 3°. В географических исследованиях, как показывает опыт, такой уровень точности оказывается вполне приемлемым.

Приближенные исследования, выполняемые с невысокой точностью, обычно нужны для предварительных оценок и прикидок. Их проводят без использования точных инструментов, часто визуальным путем. Ошибки измерения длин и площадей при этом составляют 6-10%, а углов - до 8°. Приближенные определения позволяют правильно спланировать дальнейшие, более точные исследования.

Список использованной литературы

1. Берлянт А.М. Картография- 2-е изд. - М.: Аспект Пресс,2009. - 336 с.

2. Берлянт А.М., Сваткова Т.Г. Практикум по картографии и картографическому черчению: Общегеографические и тематические карты и атласы. Генерализация. Использование карт: Учеб.-метод. пособие для студентов геогр. фак. гос. ун-тов. - М.: Изд-во МГУ, 2009. - 125 с.

Размещено на Allbest.ru