Основы и методы геоинформационного картографирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1. Общие положения геоинформационного картографирования

1.1 Определение геоинформационного картографирования

1.2 Особенности

1.3 История становления геоинформационного картографирования

1.4 Положение в системе картографических дисциплин

1.5 Направления практического применения

2. Географические основы геоинформационного картографирования

2.1 Важность географического обоснования

2.2 Стратегии и методы разрешения конфликтов в организациях

2.3 Методы географической индикации

2.4 Выбор базовой карты

Заключение

Библиографический список

Приложение



ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования обусловлена тем, что картография на современном этапе подвергается существенным преобразованиям. Воплощаются в практику теоретико-методологические исследования в области интеграции картографии и геоинформатики, возникла новая отрасль картографии - геоинформационное картографирование. В то же время новые научные направления - геоинформатика и геоинформационное картографирование - сами продолжают интенсивно развиваться, активно взаимодействуя с новыми сферами деятельности и профессиональных знаний: науки, техники, образования и др. Отсюда возросший интерес к ГИС и ГК.

Объектом исследования является получение и представление данных в системах геоинформационного картографирования.

Предмет исследования - источники данных геоинформационного картографирования, устройств и методов цифрования, структур и форматов данных и их преобразования, представления точечных, линейных и площадных объектов на цифровой карте.

Цель исследования состоит в ознакомлении с основами и методами геоинформационного картографирования.

Для достижения указанной цели в курсовой работе решаются следующие исследовательские задачи:

Определить методы ГК.

Рассмотреть виды карт.

Обосновать основные перспективы ГК и ГИС.

Структура исследования. Курсовая работа включает в себя введение, 2 раздела и 5 подразделов в них, в которых решаются поставленные исследовательские задачи, заключение, список источников и литературы.

1. Общие положения Геоинформационного картографирования

1.1 Определение геоинформационного картографирования

Геоинформационное картографирование (ГК) - отрасль картографии, его суть составляет информационно-картографическое моделирование геосистем.

Главная задача ГК - создание карт как образно-знаковых моделей действительности; ее решение связано с применением стандартных и разработкой специализированных ГИС - технологий и новых методов картографирования на их основе.

Для ГК важно не только автоматизированное воспроизводство картографического изображения, но и автоматизация использования карт, например в ГИС, для создания новых карт, автоматизации исследований по картам. Устройства графического вывода данных - экраны мониторов - позволяют автоматизировать процесс проектирования и составления карт. Картографические изображения на экране обладают рядом преимуществ, которых нет в традиционном картосоставлении: возможность быстро строить разные варианты, преобразовывать системы координат, создавать трехмерные изображения и т.п. Это новое средство моделирования реальной действительности. В то же время, интерактивный способ, позволяющий сочетать различные принципы обработки, редактирования и корректуры, ручная генерализация с учетом взаимосвязей явлений и объектов связаны с эффективностью использования опыта.

1.2 Особенности

Среди характерных черт ГК, свидетельствующих о существенно новом уровне картографирования, наиболее важны следующие:

* высокая степень автоматизации, опора на базы цифровых картографических данных и базы географических (геологических, экологических и др.) знаний;

* системный подход к отображению и анализу геосистем;

* интерактивность картографирования, обеспечивающая тесное сочетание методов создания и использования карт;

* оперативность, приближающаяся к реальному времени, в том числе, с широким использованием данных дистанционного зондирования;

* многовариантность, допускающая разностороннюю оценку ситуаций и спектр альтернативных решений;

* многосредность (мультимедийность), позволяющая сочетать иконические, текстовые, звуковые отображения;

* применение новых графических изобразительных средств и дизайна;

* создание геоизображений новых видов и типов (электронных карт, 3-мерных компьютерных моделей и анимаций, иконокарт и др.);

* преимущественно проблемно-практическая ориентация картографирования, нацеленная на обеспечение принятия

1.3 История становления геоинформационного картографирования

Начальный этап становления автоматизированной картографии как нового направления в картографии относится к концу 50-х годов. Он обусловлен несколькими факторами, связанными с совершенствованием аппаратных средств, особенно графических, и с открытием доступа к ЭВМ, в первую очередь на Западе, не только для пользователей-математиков и системных программистов. Так в институте географии Вашингтонского университета период наиболее активных исследований - 1958-1961 гг. ознаменовался развитием статистических методов, программирования в целях компьютерной картографии. В. Тоблером были разработаны компьютерные алгоритмы для картографических проекций.

В 60- х и начале 70-х годов персональные интересы определяли направление и приоритеты исследований в области машинной картографии. Стремление к переменам зародилось в двух сообществах:

среди специалистов разных научных областей, стремившихся к ускоренному составлению карт для того, чтобы отразить результаты моделирования или представить уже оцифрованные данные обширных архивов, при этом качество карт не имело первостепенного значения;

среди картографов, стремившихся уменьшить затраты средств и времени на создание и издание карт.

Первым значительным пакетом программ для этих целей стал SYMAP, выпущенный в 1967 г. Гарвардской лабораторией машинной графики и пространственного анализа. SYMAP разрабатывался с 1964 года как пакет программ общегеографического картографирования. Вывод результатов осуществлялся только на построчно - печатающее устройство, карты имели низкое разрешение и плохое качество. Пакет был функционально ограничен, однако прост в использовании, особенно для пользователей, не имеющих картографической подготовки. Это была первая наглядная демонстрация возможности автоматизированного картографирования, которая пробудила огромный интерес к ранее неизвестным технологиям.

В конце 60-х годов появился пакет GRID - первый опыт растровых ГИС, в котором для вывода растровых карт использованы способы, аналогичные SYMAP, однако в нем уже были реализованы идеи ГИС - технологии оверлея.

Для работы с данными переписи населения в 1970 г. возникла потребность в методах точной географической привязки данных переписей - адресное геокодирование для перевода почтовых адресов в географические координаты и привязки к переписным зонам. В результате впервые были созданы массивы цифровой пространственной информации. Сразу после переписи 1970 года стали создаваться атласы городов, несложные компьютерные карты которых использовались для целей маркетинга, организации розничной торговли, но в то же время стимулировали разработку современных программ статистического картографирования.

В институт исследования систем окружающей среды, который был основан Джеком Данжермондом в 1969 году, шло постепенное развитие растровых и векторных систем на базе теоретических идей и методов, разработанных в Гарвардской лаборатории и других организациях. В начале 80-х годов создана система ARC/INFO, в которой удачно реализованы идеи Канадской ГИС о разделении информации о пространственной и атрибутивной составляющих данных. ARC/INFO стала первым ГИС - и картографическим пакетом, использующим преимущества персональных компьютеров.

На начальных этапах становления (во второй половине 80-х годов) геоинформационное картографирование воспринималось как процесс автоматизированного воспроизводства карт. Дальнейший этап развития связан с разработкой теории и методов создания картографических баз данных и математико-картографического моделирования, создания картографических моделей как физических явлений, например, цифровых моделей рельефа (ЦМР), так и моделей картографического изображения для представления карт на стандартных листах АЦПУ универсальных ЭВМ. С этим периодом связаны разработки первых автоматизированных картографических систем (АКС), к числу которых относится и система "АКС-МГУ", созданная на кафедре картографии географического факультета МГУ в 1987 г.

Основной причиной прогресса в ГК с начала 90-х годов явилось бурное развитие электронно-вычислительной техники, и особенно персональных компьютеров, а также возрастание ее доступности во всем мире. Если прежде основные усилия были направлены на получение цифровых карт и обработку больших объемов информации, то теперь, освободившись от необходимости программирования рутинных процедур управления вводом и выводом данных, картографы переключились на методы анализа, проектирования и составления, создания и использования карт в ГИС, базах данных и знаний, экспертных системах.

Основные отличительные особенности систем геоинформационного картографирования и ГИС содержатся в подсистемах хранения, обработки и вывода информации. Они связаны с содержанием базы данных и набором программ для моделирования, анализа и отображения информации с целью создания карт. Цифровая картографическая информация организуется в картографические БД (КБД). Они представляют упорядоченное множество взаимосвязанных цифровых карт - цифровая модель карты, созданная путем цифрования картографических источников, фотограмметрической обработки данных дистанционного зондирования, цифровой регистрации данных полевых съемок или иным способом; в отличие от цифровых пространственных данных в ГИС и цифровых моделей местности.

Другое отличие системы ГК и ГИС заложено в блоке обработки информации - наборе программных функций. В системе ГК программные функции обеспечивают автоматизированное создание карт и их воспроизведение в бумажной форме, но могут не обладать развитыми возможностями пространственного анализа и моделирования, необходимого для ГИС.

Современная тенденция проявляется в использовании в обеих системах одних и тех же программных комплексов - ГИС-пакетов, а также распространенных графических пакетов программ, что снимает необходимость создания специализированных систем ГК. Чаще это понятие применяют, когда хотят подчеркнуть основную задачу - создание компьютерной карты в традиционном виде и наличие устройств вывода такой карты (в ГИС созданные картографические слои хранятся в БД и могут при необходимости выводиться в виде картографического изображения только на экран монитора - в виде электронной карты). Методика проектирования КБД строиться на основе методик проектирования атласов комплексного картографирования территории.

С понятием электронных карт связано и понятие электронных атласов:

Электронный атлас - это электронное картографическое произведение, функционально подобное электронным картам, сопровождаемое программным обеспечением типа картографических браузеров (картографических визуализаторов).

Помимо картографических изображений, электронные атласы включают текстовые комментарии, табличные данные (таблицы атрибутов), а также мультимедийные изображения - анимации, видеофильмы и звуковое сопровождение. Большинство электронных атласов распространяется на компакт-дисках (CD-ROM).

1.4 Положение в системе картографических дисциплин

ГК сформировалось как узловая дисциплина на пересечении автоматизированной картографии и ГИС, системного картографирования и аэрокосмических методов в широком понимании, включая дистанционное зондирование, дешифрирование и цифровую фотограмметрию. Как это часто бывает, импульсом для возникновения и формирования ГК, как узловой дисциплины послужило внедрение новой быстро прогрессирующей ГИС-технологии.

К этому "узлу" протягиваются нити от космического картографирования и цифровой картографии, картографического метода исследования и математико-картографического моделирования, компьютерного дизайна, систем спутникового позиционирования и др. ГК тесно связано с такими традиционными разделами картографии, как проектирование и редактирование карт, издание карт - словом, в этой сфере основательно "завязаны" многие разделы картографии. Она аккумулирует достижения теории, методики и производственной практики и, в свою очередь, оказывает заметное воздействие на концепции, методический аппарат и технологии. На современном этапе ГК все увереннее становится магистральным направлением развития картографической науки и производства.

Пространственные уровни картографирования.

Можно выделить следующие пространственные уровни и наиболее подходящие для них диапазоны масштабов ГК: [Приложение 1]

Глобальный уровень - 1: 10 000 000 - 1:45 000 000

Всероссийский уровень (включая прибрежные акватории и приграничные районы) - 1:2 500 000 - 1: 20 000 000

Региональный уровень - крупные природные и экономические регионы, субъекты Российской Федерации - 1:500 000 - 1:4 000 000

Локальный уровень - области, районы, национальные парки, ареалы кризисных ситуаций и т.п. - 1:50 000 - 1:1 000 000

Муниципальный уровень - города, городские районы, пригородные зоны - 1:100 000 и крупнее.

Компонентные уровни.

ГК охватывает все земные оболочки. Различают следующие компонентные (геосферные) уровни ГК: [Приложение 2]

Литосфера - рельеф и недра, геофизические поля;

Атмосфера - воздух, климат, погода;

Гидросфера - воды суши (в т.ч. искусственные водоемы), океаносфера;

Биосфера - растительный покров, животный мир;

Педосфера - почвы, геохимические поля;

Социосфера - население, социальные условия, политика, медико-географическая обстановка, наука, культура, образование;

Техносфера - хозяйство, транспорт и связь, энергетика, финансы, сфера обслуживания;

Природно-социально-техногенная гиперсфера - взаимодействие природы и общества, экология, кризисные ситуации, факторы риска.



1.5 Направления практического применения

Исчерпывающий перечень всех областей и сфер применения ГК вряд ли возможен. В этом случае в особенности справедливы слова о том, что картографированию доступно все: "от геологии до идеологии".

Геоинформация, представленная в картографической форме, стала в наши дни ценным товаром и важным общественным ресурсом, владение которым во многом оптимизирует условия жизни и деятельности людей, их взаимоотношения с окружающей средой, проведение той или иной политики.

Можно назвать ряд актуальных направлений обеспечения практической деятельности на основе ГК:

Поиск и рациональное использование природных ресурсов;

Территориальное и отраслевое планирование и управление промышленностью, сельским хозяйством, транспортом, энергетикой, финансами и другими отраслями хозяйства;

Развитие средств связи и сетей телекоммуникации;

Ведение комплексного и отраслевого кадастра;

Мониторинг экологического состояния и природного риска, оценка техногенных воздействий на среду и их последствий, обеспечение экологической безопасности и устойчивого развития территорий, экологическая экспертиза;

Контроль условий жизни и занятости населения, здравоохранение и рекреация, социальное обслуживание и др.:

Развитие образования и культуры;

Научные исследования и прогнозирование.

Выводы по первому разделу:

Таким образом, есть все основания считать, что ГК возникло и развивается как прямое продолжение комплексного, синтетического и далее - системного картографирования в новой геоинформационной среде.

Рассмотрение уровней и сфер применения ГК показывает, что оно охватывает все аспекты жизни природы и общества и их взаимодействия. Опыт последнего времени изобилует печальными свидетельствами того, что неполный учет геоинформации, в том числе, и недостаточность картографического обеспечения, приводят к экономическим потерям, кризисным экологическим ситуациям.



2. ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕОИНФОРМАЦИОНОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ

2.1 Важность географического обоснования

На фоне повсеместно наблюдаемого стремительного прогресса программно-аппаратного и информационного обеспечения ГК становится заметнее отставание его содержательного географического обоснования. Невольно или намеренно разработчики ГИС упускают из вида, что имеют дело с системами не просто информационными, но еще и географическими, и это не только обозначение пространственности или территориальности в узком смысле слова, а свидетельство комплексности и геосистемности ГИС - технологий. Развитие ГИС и ГК дает географии и родственным ей наукам о Земле и обществе уникальный и может быть единственный за всю их историю шанс действительно стать основой передовой научной технологии, базой для развития геоинформационной индустрии. В результате география могла бы оказаться одним из стержневых направлений, базой информатизации общества на всех уровнях: от органов государственного управления до малых научно-исследовательских лабораторий. Было бы непростительно упустить такой шанс. Для этого необходимо сосредоточить усилия не столько на аппаратно-программном, сколько именно на географическом обеспечении ГИС-технологий и ГК. Отечественная географо-картографическая школа располагает бесценным опытом создания капитальных географических атласов - своеобразных геоинформационных систем докомпьютерной эпохи. На этот опыт необходимо опереться при разработке проблем ГК. И здесь существуют две надежные точки опоры:

опыт комплексных географических исследований;

опыт системного тематического картографирования.



2.2 Опыт комплексных географических исследований

Содержание комплексных географических исследований составляет всестороннее изучение генезиса, современного состояния и тенденций развития геосистем. В разных отраслях географии накоплен обширный арсенал методов изучения конкретных объектов и процессов. Большая часть из них применима и для ГИС-технологий.

Методы географического моделирования геосистем и их компонентов включают моделирование структуры, динамики, взаимосвязей, функционирования геосистем в пространстве и времени. Моделирование неотрывно от методов районирования, классифицирования, структурного и типологического анализа, а также от приемов выявления типовых коррелятивных взаимосвязей, ведущих факторов размещения и развития объектов и процессов. Многие из географических методов моделирования и районирования нашли продолжение и развитие в ГИС-технологиях оверлея, тренд-анализе, пространственном корреляционном анализе, кластеризации и др.

Принципы географической интерполяции и экстраполяции позволяют продолжать выявленные закономерности в будущее время, на неизвестную территорию, на неизученный объект, что особенно важно для географического прогноза и мониторинга;

Приемы ключевых исследований позволяют значительно сокращать объемы работы, проводя детальное изучение лишь в пределах эталонных участков. Ключевые исследования, по сути, обеспечивают выполнение контролируемых автоматических классификаций распознавание объектов. При этом их точность находится в непосредственной зависимости от географической репрезентативности выбранных ключей (эталонов).

Особо стоит вопрос о географически обоснованном выборе размеров ключей для географически однородных территорий. Принципы комплексирования и оптимизации набора источников информации - карт, снимков, полевых наблюдений, статистических данных и др. и приемов их анализа - это одно из достижений методики географических исследований. К сожалению, компьютерные технологии ослабили внимание к проблеме установления рационального комплекса методов и моделей. Нередко ставится задача ввода в ГИС всей доступной информации, "максимально полного" использования всех имеющихся в распоряжении источников, невзирая на их избыточность, взаимозависимость или даже противоречивость. Повышение надежности ГИС и ГК требует разработки географически достоверных критериев рационального, т.е. целесообразно ограниченного комплекса данных и набора методов.

геоинформационный картографирование географический базовый

2.3 Методы географической индикации

Методы индикации, давно и широко применяемые в комплексных географических исследованиях, имеют особое значение для ГК и ГИС-технологий. Индикация позволяет по совокупности характерных внешних признаков судить о явлениях, скрытых от непосредственного наблюдения. Ландшафтно-индикационные методы эффективны при картографировании почв и ландшафтов, выявлении ареалов заболеваний и поиске полезных ископаемых, обнаружении радиоактивного загрязнения и зон тектонических разломов, оценке качества фунтовых вод и изменений климата.

Индикационная составляющая особенно велика при дешифрировании аэрокосмических снимков. Включает элементы индикационного анализа графических образов, рисунков, конфигураций.

Наиболее значимые индикационные признаки - рисунок изображения, его морфологический облик, структурно-текстурные особенности и топологические характеристики. Речь идет о принятии решений относительно наличия и свойств какого- либо объекта по набору косвенных признаков, представленных на картах и снимках - задача типичная для ГИС-технологий. Индикационные признаки обычно носят качественный характер, однако, для ГК актуальна разработка количественных вероятностных индикаторов, что повысит надежность индикации. Индикационные подходы тесно связаны с ключевым анализом, методами интерполяции и экстраполяции, с районированием. Они позволяют увязать структурно-морфологические и генетические аспекты картографирования. Поэтому следует ожидать, что географическая индикация окажется исключительно полезной, прежде всего, для формирования баз знаний, разработки правил и методик принятия решений и, следовательно, для географического обеспечения ГК в целом.

2.4 Выбор базовой карты

С проблемой согласования неразрывно связан и выбор географической основы и базовой карты, которые служат каркасом для географической привязки и координирования всех данных, поступающих в ГИС, взаимного совмещения информационных слоев и последующего анализа с применением оверлейных процедур.

В зависимости от тематики и проблемной ориентации ГИС в качестве базовых могут быть избраны следующие основы:

карты административно-территориального деления;

топографические и общегеографические карты;

кадастровые карты и планы;

фотокарты, ортофотопланы и фотопортреты местности;

ландшафтные карты;

карты природного районирования и схемы природных контуров;

карты использования земель.

Возможны и комбинации этих основ, например, ландшафтных карт с топографическими, где рельеф передан горизонталями, или фотокарт с картами использования земель и т.п.

Выводы по второму разделу:

Повышение надежности ГИС и ГК требует разработки географически достоверных критериев рационального, т.е. целесообразно ограниченного комплекса данных и набора методов.

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

В каждом конкретном случае выбор и дополнительная подготовка базовой карты (например, ее разгрузка или нанесение дополнительной информации) составляют центральную задачу этапа предпроектного географо-картографического обоснования ГИС и ГК.



Заключение

Таким образом, выполнение поставленных исследовательских задач позволило получить следующие основные результаты исследования:

1. Развитие ГИС сформировало, технический базис для сближения концепций. ГК опирается, с одной стороны, на базы цифровой информации, а с другой - на базы географических знаний и в этом также проявляется соединение информационной и познавательной составляющих ГК.

2. ГК становится основным направлением деятельности Роскартографии. Пожалуй, никогда прежде государственная картографо-геодезическая служба страны не, осуществляла столь широкомасштабной программы, обеспечивающей выход на принципиально новый научно-технический уровень и отвечающей самым актуальным потребностям общества.

3. Таким образом, есть достаточно оснований считать, что внедрение геоинформационных технологий существенно меняет саму структуру картографии как науки.

Перспективы развития картографии.

В будущем связываются прежде всего и почти исключительно с геоинформационными технологиями. Практическое освоение методов ГК исключают в будущем необходимость готовить печатаные тиражи карт или других изображений



Библиографический список

Балдина, Е.А. Географо-картографическое обоснование геоинформационных систем // К.А. Салищев и географическая картография.- М.: Моск. Центр РГО, 2005. - 260 с.

Берлянт, А.М. Геоинформационное картографирование / А.М. Берлянт. - М: 2007. - 156 с.

Берлянт, A.M. Геоинформатика: наука, технология, учебная дисциплина / А.М. Берлянт. Вестн. Моск. ун-та. Геогр. 2002. - 235 с.

Берлянт, A.M., Жалковский, Е.А. К концепции развития ГИС в России/ А.М. Берлянт, Е.А. Жалковский //ГИС-Обозрение -2006. - 240 с.

Лурье, И.К. Геоинформатика. Учебные геоинформационные системы. Учебно-методическое пособие / И.К. Лурье. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2007. - 114 с.

Лурье, И.К. Обучающие ГИС для наук о Земле / И.К. Лурье. // «Информационный бюллетень» ГИС-Ассоциации. - 2000. - №1(13). - С.86 89.

Лурье, И.К. Геоинформатика. Учебные геоинформационные системы / И.К. Лурье. - М.: Изд-во МГУ, 2001. - 256 с.

Сербенюк, С.Н., Тикунов, В.С. Автоматизация в тематической картографии / С.Н. Сербенюк, В.С. Тикунов. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2004. - 137 с.

ГОСТ 28441-90. Картография цифровая. Термины и определения.- М.: 1990. 9. ГОСТ Р 50828-95. Геоинформационное картографирование. Пространственные данные, цифровые и электронные карты. Общие требования. М.: 1995.



Приложение 1

Карта глобального масштаба.

Карта всероссийского масштаба.



Карта регионального уровня.

Карта локального уровня.



Карта муниципального уровня.



Приложение 2

Литосферный уровень.

Атмосферный уровень.



Гидросферный уровень.

Биосферный уровень.



Педосферный уровень.

Социосферный уровень.



Техносферный уровень.

Природно-социально-техногенногиперсферный.

Размещено на Allbest.ru

...