Предмет картографии

Различают источники современные, отражающие нынешнее состояние картографируемого объекта, и старые, показывающие его прошлые состояния или ранние стадии изученности. В некоторых случаях ценны именно старые источники, например, когда речь идет об исторических картах, палеогеографических реконструкциях или о показе динамики явлений.

Кроме того, источники, привлекаемые для картографирования, подразделяют на первичные, полученные в ходе прямых измерений и наблюдений, и вторичные, являющиеся результатом обработки и преобразования первичных материалов. Естественно, что первичные и вторичные источники различаются по достоверности, точности, уровню обобщения, степени генерализации и другим характеристикам, которые привносятся в процессе обработки.

Астрономо-геодезические данные

К этому виду источников относят результаты астрономических наблюдений, гравиметрических измерений, данные триангуляции и трилатерации, полигономерии, нивелирования на местности. Они необходимы, прежде всего, для создания координатной основы карт, т.е. сети пунктов, для которых определены плановое положение и высота относительно уровня моря, а также для вычисления фигуры Земли и расчета параметров земного эллипсоида.

Пункты геодезических сетей разного класса закрепляют на местности заложенными в землю центрами. Над ними возводят специальные опознавательные знаки -- пирамиды или сигналы, укрепляют металлические или бетонные столбы.

В последние годы для создания геодезических сетей широко привлекаются глобальные позиционирующие системы (ШС). Их называют также системами спутникового позиционирования. Они основаны на использовании искусственных спутников, специально запущенных на очень высокие орбиты и постоянно посылающих на Землю радиосигналы. Спутники располагаются так, что часть из них всегда видна (или, лучше сказать, слышна) в любой точке земного шара в любое время суток. Их можно наблюдать так же, как звезды во время астрономо-геодезических измерений. ГПС позволяют определять координаты любой точки на местности автономно, без наземных геодезических измерений и прокладки ходов между пунктами триангуляции.

Изобретение ГПС ознаменовало революционное изменение всей системы геодезических измерений и открыло принципиально новые возможности информационного обеспечения картографирования. Производительность координатной привязки точек наблюдения на местности повышается в 10-15 раз, а главное -- все измерения выполняются автономно, без постоянного обращения к сети триангуляции. Следовательно, можно значительно сократить сеть геодезических пирамид. Например, в России, где существует около 370 тыс. действующих пунктов геодезической сети, при введении ГПС достаточно сохранить примерно 20 тыс. Астрономо-геодезические данные необходимы для привязки всех топографических и тематических съемок, а пункты геодезической сети -- один из главных элементов математической основы карт.

Картографические источники

Общегеографические карты используют в качестве источников при составлении любых тематических карт. Они служат основой для нанесения тематического содержания. Топографические, обзорно-топографические и обзорные карты -- это надежные и достоверные источники, которые создают по государственным инструкциям, в стандартной системе условных знаков с определенными, строго фиксированными требованиями к точности.

Вся территория России покрыта топографическими картами масштабов 1:25 000 и мельче. На отдельные территории имеются карты более крупных масштабов. Другие, сравнительно небольшие по площади страны располагают картами значительно более крупных масштабов, например территория Великобритании целиком закартографирована в масштабе 1:2 500. Вся планета охвачена международными картами масштабов 1:1 000 000 (около 1000 листов) и 1:2 500 000 (262 листа).

Значение общегеографических карт не ограничивается использованием их для привязки тематического содержания .''Они обеспечивают географическую достоверность картографирования, играя роль каркаса, относительно которого выполняют нанесение и последующую увязку тематического содержания составляемой карты, а также взаимное согласование карт разной тематики.

Тематические картографические материалы -- основной источник для составления тематических карт. К ним относятся

· результаты полевых тематических съемок (крупномасштабные планы, схемы, абрисы. маршрутные и стационарные съемки и т.д.)

· собственно тематические карты разного масштаба и назначения

· специальные материалы (схемы землепользований, лесоустроительные планы и др.)

Тематические карты крупных масштабов всегда служат источниками для создания мелкомасштабных карт, но особенно важно, что карты одной тематики часто используют при составлении карт смежной тематики. Так, при почвенном картографировании привлекают карты растительности и геоморфологические, при создании геоморфологических карт -- геологические и тектонические, при составлении карт транспорта необходимы карты расселения и т.д. А для получения синтетических карт районирования и оценки территории в качестве источников часто используют серии карт разной тематики. Современное обилие тематических материалов ставит задачу оптимизации их выбора при создании любой карты, а это требует от картографа глубоких географических знаний.

Особый вид источников -- кадастровые карты и планы. Они с документальной точностью отражают размещение, качественные и количественные характеристики явлений и природных ресурсов, дают их экономическую или социально-экономическую оценку, содержат рекомендации по рациональному использованию и охране природных ресурсов. Таковы карты кадастра земельного, городского, полезных ископаемых, лесного, водного, промыслового и др.

Данные дистанционного зондирования

Материалы дистанционного зондирования получают в результате неконтактной съемки с летательных воздушных и космических аппаратов, судов и подводных лодок, наземных станций. Получаемые документы очень разнообразны по масштабу, разрешению, геометрическим, спектральным и иным свойствам. Все зависит от вида и высоты съемки, применяемой аппаратуры, а также от природных особенностей местности, атмосферных условий и т.п.

Главные качества дистанционных изображений, особенно полезные для составления карт, -- это их высокая детальность, одновременный охват обширных пространств, возможность получения повторных снимков и изучения труднодоступных территорий. Их используют для составления и оперативного обновления топографических и тематических карт, картографирования малоизученных и труднодоступных районов (например, высокогорий). Наконец, аэро- и космические снимки служат источниками для создания общегеографических и тематических фотокарт

Фотографические снимки -- это результат покадровой регистрации собственного или отраженного излучения земных объектов на светочувствительную пленку. Аэрофотоснимки получают с самолетов, вертолетов, воздушных шаров, космические снимки -- со спутников и космических кораблей, подводные -- с подводных судов и барокамер, опускающихся на глубину, а наземные -- с помощью фототеодолитов.

Кроме одиночных плановых снимков в качестве источников используют стереопары, монтажи, фотосхемы и фотопланы, панорамные снимки и фотопанорамы, фронтальные (вертикальные) фотоснимки и др.

В отличие от фотографических, телевизионные снимки и телепанорамы получают путем регистрации изображения на светочувствительных экранах передающих телевизионных камер (видиконов). Съемка с борта самолета или со спутника захватывает довольно большую полосу местности -- шириной от 1 до 2 тыс. км в зависимости от высоты полета и технических характеристик съемочной системы. Высокоорбитальные спутники позволяют получать изображение всей планеты в целом и в режиме реального времени передавать его на наземные пункты приема дистанционной информации. Поэтому телевизионная съемка удобна для оперативного картографирования и слежения (мониторинга) за земными объектами и процессами. Однако по своему разрешению и величине геометрических искажений телевизионные изображения уступают фотоснимкам.

Телевизионные снимки бывают узко- и широкополосными, они охватывают разные зоны спектра, могут иметь разную развертку и т.п. Особый вид источников -- фототелевизионные снимки, в которых детальность фотографий сочетается с оперативностью передачи изображений по телевизионным каналам.

Наиболее широко в картографировании используют сканерные снимки, полосы, «сцены», получаемые путем поэлементной и построчной регистрации излучения объектов земной поверхности. Само слово «сканирование» означает управляемое перемещение луча или пучка (светового, лазерного и др.) с целью последовательного обзора (осмотра) какого-либо участка.

В ходе съемки с самолета или спутника сканирующее устройство (качающееся зеркало или призма) последовательно, полоса топриемник, и в результате получаются снимки с полосчатой или строчной структурой, причем строки состоят из небольших элементов -- пикселов. Каждый из них отражает суммарную усредненную яркость небольшого участка местности, так что детали внутри пиксела неразличимы. Пиксел -- это элементарная ячейка сканерного изображения.

При полете съемка ведется постоянно, и поэтому сканирование охватывает широкую непрерывную полосу (или ленту) местности. Отдельные участки полосы называют сценами. В целом сканерные изображения уступают по качеству кадровым фотографическим снимкам, однако оперативное получение изображений в цифровой форме имеет громадное преимущество перед другими видами съемки.

Существует ряд модификаций сканерной съемки, дающих изображения с иными геометрическими и радиометрическими свойствами. Так, сканирующие устройства с линейками полупроводниковых приемников обеспечивают съемку сразу целой строки, причем она получается в проекции, близкой к центральной, что существенно уменьшает геометрические искажения. На этом принципе основана съемка с помощью многоэлементных линейных и матричных приемников излучения (приборов с зарядовой связью -- ПЗС). Они дают возможность получать по каналам радиосвязи снимки очень высокого разрешения на местности -- до нескольких метров.

Для картографирования обширных территорий используют монтажи сканерных снимков и даже особые сканерные «фотопортреты», которые передают облик крупных участков планеты, материков и стран так, как они видны из космоса.

Радиолокационные снимки получают со спутников и самолетов, а гидролокационные снимки -- при подводной съемке дна озер, морей и океанов. Бортовые радиолокаторы бокового обзора, установленные на аэро-, космических и подводных носителях, ведут съемку по правому и левому бортам перпендикулярно к направлению движения носителя.

Благодаря боковому обзору на снимках прекрасно проявляется рельеф местности, отчетливо читаются детали его расчленения, характер шероховатости. При съемке океанов хорошо видно волнение водной поверхности. Радиолокация позволила впервые подробно картографировать рельеф далеких планет.

Особое значение для картографирования имеет многозональная съемка. Суть ее в том, что одна и та же территория (или акватория) одновременно фотографируется или сканируется в нескольких сравнительно узких зонах спектра. Комбинируя зональные снимки, можно получать так называемые синтезированные изображения, на которых наилучшим образом проявлены те или иные объекты. Например, подбирая разные сочетания, можно добиться наилучшего изображения водных объектов, геологических отложений определенного минералогического состава, разных пород леса, сельскохозяйственных угодий под теми или иными культурами и т.п. Поэтому материалы многозональной съемки -- ценнейший источник, в особенности для составления тематических карт.

Натурные наблюдения и измерения

Эти данные -- важнейший фактический материал для составления любых тематических карт. Никакие косвенные и дистанционные методы не могут заменить непосредственные наблюдения. Более того, без них невозможны использование теоретических закономерностей, интерпретация косвенных наблюдений, дешифрирование аэро- и космических снимков.

Форма представления данных натурных наблюдений различна. При гидрографических наблюдениях это результаты измерений, которые заносят в журналы и таблицы, при физико-географических исследованиях -- описания, фиксируемые в дневниках и отчетах, фотографии и схемы, при геолого-геоморфологических исследованиях -- профили, разрезы, данные бурения скважин, описания шурфов и т.п., при геофизической съемке -- значения наблюденных физических параметров.

По локализации данные непосредственных наблюдений подразделяют на точечные, выполненные в отдельных пунктах, на скважинах, в обнажениях и т.п., маршрутные -- вдоль по избранному направлению (по профилю, дороге, реке и др.) и площад- стационарные наблюдения, например на геофизических полигонах, биостанциях, в пунктах экологического мониторинга и т.п. Стационары располагают в характерных местах, причем наблюдения всегда отличаются длительностью, стационары существуют десятки лет. Длинные ряды наблюдений необходимы для картографирования динамики явлений и процессов.

Кроме того, существуют материалы ключевых исследований, которые выполняют с высокой детальностью в крупном масштабе на небольших участках от одного до нескольких квадратных километров. Ключевые исследования необходимы в тех случаях, когда картографируемая территория обширна и нет возможности охватить ее целиком. Тогда изучают ключевые, эталонные участки, типичные в том или ином отношении, а выявленные на них закономерности распространяют на обширные однотипные территории.

С развитием дистанционного зондирования исследования на «ключах» стали применять для интерпретации аэрокосмических материалов. Выделился даже особый тип источников: данные подспутниковых наблюдений. Их стараются вести синхронно или почти синхронно с космической съемкой для точной привязки, интерпретации космической информации и распространения ее на обширные пространства со сходными условиями. По существу, подспутниковые наблюдения -- это традиционное географическое исследование на ключевых участках.

Гидрометеорологические наблюдения

Для многих видов картографирования широко используют результаты наблюдений, проводимых на метеорологических, гидрологических и океанологических станциях и постах. Это данные регулярных измерений атмосферных процессов, отдельных метеорологических элементов (температуры, давления, осадков, солнечного сияния, ветра, облачности и т.п.), гидрологического режима рек, озер, водохранилищ, физико-химических характеристик морских и океанических вод и десятки других показателей. При этом рассчитывают средние дневные, месячные, сезонные и годовые значения и другие производные показатели по разным высотным уровням атмосферы и стандартным горизонтам глубинНаблюдения ведутся в пунктах гидрометеорологической сети, более или менее равномерно распределенных по земному шару, с борта судов и с буев. В России результаты наблюдений регулярно и централизованно публикуются Государственным комитетом по гидрометеорологии и контролю природной среды в виде статистических справочников по климату нашей страны и мира. Кроме того, выпускаются ежемесячные сборники по выборочным станциям со сведениями о температуре, влажности и скорости ветра в свободной атмосфере.

Для координации работ по сбору гидрометеорологических и океанологических данных созданы международные организации: Всемирная служба погоды и Объединенная глобальная система океанических станций (ОГСОС), где получаемую информацию обрабатывают, контролируют и накапливают на носителях информации.

Экономико-статистические данные

При создании карт и атласов социально-экономической тематики основными источниками служат массовые данные, содержащие количественные сведения о состоянии и динамике производственных ресурсов, их использовании, развитии промышленности и сельского хозяйства, транспорта, энергетики, финансов и других отраслей народного хозяйства, населения, образования, культуры, сферы обслуживания и т.п.

,/К. основным экономико-статистическим источникам принадлежат материалы государственной статистики и данные, публикуемые международными организациями, например ООН. Государственную статистику во всех странах регулярно ведут центральные и местные (региональные, районные, муниципальные) органы по единой методике с утвержденными программами и сроками. Специальные автоматизированные системы осуществляют сбор, хранение, обработку и распространение данных государственной статистики.

Для составления карт населения, сфер обслуживания и культуры источниками служат материалы периодически проводимых переписей населения, в ходе которых получают демографические и социально-экономические сведения о жителях страны или отдельных территорий. Переписи проводят одновременно по всей территории по единой программе и методике, что обеспечивает Экономико-статистические данные используют не только дл; непосредственного нанесения на карты, но и для расчета производных показателей, выполнения сводных характеристик и синтетических оценок. Они, в свою очередь, становятся источникам!-для составления синтетических социально-экономических карт.

Текстовые источники

К текстовым, или литературно-географическим, источника!* относятся разного рода географические (геологические, исторические и др.) описания, полученные в ходе непосредственны) наблюдений или в процессе теоретических исследований. Они обычно не формализованы и не имеют точной координатной привязки, но зато обладают образностью и обзорностью, нeoбxoдимыми для создания представления о картографируемом объекте Отчеты экспедиций, монографические труды, статьи содержат фактический материал и теоретические положения, необходимые для истолкования многих других источников, привлекаемых при картографировании.

При недостатке и неполноте других источников литературные сведения позволяют выполнить более или менее значительную картографическую экстраполяцию. Но даже и при хорошей обеспеченности фактическим материалом они бывают полезны дл5 оценки качества, географической достоверности и современности источников, используемых для картографирования.

Особым видом источников являются теоретические и эмпирические закономерности развития и размещения явлений и процессов. Они позволяют контролировать имеющуюся информацию а при необходимости -- распространять картографирование не малоизученные территории. Например, с помощью математических зависимостей, описывающих закономерности изменения температуры воздуха с высотой, строят линии изотерм в труднодоступных высокогорных районах, слабо обеспеченных фактическими метеонаблюдениями.

Анализ и оценка карт как источников

Анализ и оценка картографических произведений -- это исследование их свойств и качества, пригодности для решения каких-либо задач, возможности служить источниками для картографирования. Основными критериями при этом выступают:

целесообразность избранных масштаба и проекции;

достоверность карты, ее научная обоснованность и логичность построения легенды;

полнота и современность содержания;

геометрическая точность положения объектов в плане и по высоте;

качество оформления карты;

качество печати и др.

Анализ и оценка карт и атласов всегда целенаправленны, поэтому критерии оценки приобретают разную значимость в зависимости, например, от назначения карты -- как наглядного пособия, средства исследования, источника для картографирования или формирования баз данных.

Оценка математической основы прежде всего состоит в том, чтобы выяснить целесообразность принятого масштаба, пригодность используемой проекции с точки зрения величины и характера распределения искажений и, главное -- возможность использования данной карты для количественных определений с заданной точностью. В свою очередь, выбор масштаба и проекции должен отвечать географическому положению территории на земном шаре, назначению и тематике карты, условиям ее использования и т.п. (см. разд. 3.7).

Важно иметь в виду, что перечисленные требования неразрывно сопряжены друг с другом, а также с тематикой карты, ее компоновкой, изученностью территории. Одно влечет за собой другое, и оценка никогда не ограничивается исключительно математическими аспектами, приходится принимать во внимание многие содержательно-географические факторы и даже -- эстетические критерии.

Оценка научной достоверности карты предполагает установление ее соответствия принятым научным концепциям, правильную передачу реально существующих пространственных закономерностей и связей, типичных черт явления. В самой сильной степени это зависит от научной обоснованности принятых классификаций и правильного построения легенды. Но, пожалуй, самый главный фактор, определяющий научную достоверность карты, -соблюдение географических правил генерализации, в частности учет генетических и морфологических особенностей изображаемых явлений, их геосистемной иерархии и взаимозависимости. И вновь видно, что эта оценка накрепко связана со множеством факторов, влияние которых трудно разграничить.

Кроме того, научная достоверность карты во многом определяется принятой концепцией картографирования. Скажем, тектонические карты могут составляться на основе геосинклинальной концепции или теории литосферных плит -- в результате получатся совсем разные изображения, и при их оценке нужно обязательно учесть принадлежность авторов к той или иной научной школе, новизну или устарелость используемых ими идей, теоретических концепций, классификаций.

С этим связана и оценка идеологической направленности карт, особенно социально-экономических, на содержание которых могут заметно влиять политические интересы составителей.

Оценка полноты и современности карты прежде всего касается объема информации, заключенной в карте, ее нагрузки. Главную роль здесь играют два фактора: изученность явления и само назначение карты. От этого зависят отбор картографируемых объектов, подробность генерализации, способы графического оформления. Нагрузка карты может быть оценена количественно, например путем подсчета числа объектов на единицу площади. Что же касается информативности, то в большинстве случаев она не поддается численной оценке и зависит от соотношений в системе «карта -- пользователь карты». Одному читателю карта может дать много информации, другому -- мало. Все зависит от их целей, знаний, навыков работы с картой и т.п.

Современность карты характеризуется ее соответствием определенной дате, периоду, эпохе (например, соответствие синоптической карты конкретному дню и часу или верное отображение климатических условий на палеоклиматической карте).

С оценкой современности связана проблема определения степени старения карты, что чрезвычайно актуально для топографических и общегеографических карт. Разные элементы карты стареют по-разному: природные элементы -- медленно, социально-экономические -- быстро. Многое зависит от уровня экономического развития и освоенности территории. Например, разработка нефтеносных месторождений или строительство гидростанции способ для определения степени старения топографических карт ведут специальное дежурство и составляют дежурные карты, фиксируя на них все изменения на местности (появление новых поселков, дорог, изменение административных границ, присвоение новых названий и т.п.). Для тематических карт старение часто происходит вследствие накопления новых знаний об объекте, изменения концепций (например, принципов районирования), проведения новых съемок (скажем, детальных дистанционных съемок мало изученных прежде территорий). Периодическое сличение с дежурными картами позволяет оценить современность данной карты и провести ее обновление.

Оценка геометрической точности карты характеризует величины погрешностей, возникающих при измерении по картам длин, площадей, углов и иных картометрических характеристик. Эти погрешности появляются в результате совокупного влияния:

погрешностей положения пунктов геодезической основы;

искажений, вносимых картографической проекцией;

погрешностей определения планового и высотного положения объектов и контуров на источниках;

неточностей самого процесса картосоставления;

погрешностей генерализации.

Если известны точные или приближенные значения каждой из погрешностей, то по правилам теории погрешностей можно рассчитать суммарную среднюю квадратическую погрешность и принять ее в качестве показателя геометрической точности карты. На практике такую оценку часто получают путем сопоставления данной карты с более крупномасштабной, аэро- или космическим снимком или с заведомо более точным источником.

Оценка качества оформления и издания карты начинается с выяснения ее наглядности, легкости восприятия и различимости знаков. Для визуального восприятия важно, чтобы все детали знаков, штриховок и расцветок были четки, хорошо различимы и однозначно отождествлялись с легендой. Для автоматического распознавания желательно, чтобы знаки хорошо контрастировали с фоном, а рисунок их был геометрически прост. Наглядность и понятность обозначений характеризуется их «образностью», легкостью опознавания, узнаваемостью, ассоциативным соотнесением с отображаемым объектом. Вся совокупность обозначений на карте должна быть логична и хорошо отражать иерархию объектов, их соподчиненность. Хорошо, если содержательно-значимые объекты выделяются на фоне других по размеру, рисунку, интенсивности цвета. Важно также, чтобы применяемые графические средства позволяли группировать однородные объекты.

Работу со всякой картой пользователь начинает с визуальной оценки ее. Красиво оформленная и хорошо изданная карта привлекает к себе внимание и пробуждает интерес к ее содержанию. Поэтому особое значение приобретает гармоничность картографического произведения, т.е. единство его композиции, соразмерность и уравновешенность всех элементов, согласованность целого и деталей.

Требование гармоничности обычно применяют к произведениям искусства, его трудно уложить в систему нормативов. Критерии эстетической оценки меняются в разные эпохи. Они формируются постепенно и зависят от общей культуры и опыта читателя, развитости его художественного вкуса, а главное -- от понимания содержания и конкретного назначения картографического произведения.

Оценка атласов

Атласы оценивают с системных позиций как целостные картографические произведения. Поэтому прежде всего устанавливают их соответствие назначению и полноту раскрытия содержания. Далее оценивают логичность общей структуры атласа, иерархическую соподчиненность его частей и разделов, обоснованность принятых масштабов, единство проекций и компоновок, общность подходов к генерализации, уровню детальности, принципам построения легенд и шкал. Очень важны общий подход к художественному оформлению, наличие текстов, справочного аппарата и указателей, а также качество полиграфического исполнения атласа.

Если речь идет об электронных атласах, то дополнительно оцениваются удобство интерфейса, т.е. легкость доступа к картам и легендам, возможности их сопоставления и взаимного совмещения, получения количественных показателей, запроса дополнительной информации из баз данных и т.п.

Один из самых главных моментов - оценка взаимного согласования представленных в атласе карт разной тематики с позиций увязки содержания, принятых научных классификаций и дробности легенд, детальности и сопоставимости контуров, границ, а также синхронности информации. Одновременно прослеживают, насколько точно отражены на разных картах взаимосвязи, например природная зональность, резкие орографические рубежи, общие социально-экономические закономерности. Оценка атласа в целом дополняется затем анализом его разделов и отдельных карт. Необходимо иметь в виду, что большим недостатком являются искусственное согласование в атласе карт разной тематики, чрезмерная увязка контуров и их тематического наполнения. Карты должны объективно передавать реальные, подчас довольно сложные и не всегда однозначные соотношения картографируемых явлений.

Размещено на Allbest.ru