13. Источники информации для создания карт и атласов

Картография обеспечивает своей продукцией многие отрасли хозяйства, науки, культуры, образования и другие сферы жизни общества. Сама же она для получения необходимых сведений использует многие источники — разнообразные документы, по которым ведется составление карт.

К источникам принадлежат:

- астрономо-геодезические данные;

- обще географические и тематические карты;

- кадастровые данные, планы и карты;

- данные дистанционного зондирования;

- данные непосредственных натурных наблюдений и измерений;

- данные гидрометеорологических наблюдений;

- материалы экологического и других видов мониторинга;

- экономико-статистические данные;

- цифровые модели;

- результаты лабораторных анализов;

- литературные (текстовые) источники;

- теоретические и эмпирические закономерности.

В зависимости от тематики и назначения создаваемого картографического произведения одни из источников выступают как основные, а другие оказываются дополнительными и вспомогательными. Например, для карт экономико-географических основными источниками могут служить данные статистической отчетности, а фото геологических — материалы полевой геологической съемки, аэро- и космические снимки.

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.

14. Картографирование рельефа. Понятие о цмр.

Рельеф представляет собой совокупность неровностей Земной поверхности. В географии для его изучения и картографирования используются две модели: топографическая, которая рассматривает рельеф как поверхность, и геоморфологическая, которая эту поверхность представляет делимой на формы. Между этими моделями нет противоречия: они взаимно дополняют друг друга. Карты рельефа, как и все прочие, принято подразделять на две категории — общегеографические и тематические. Объектовый состав первых соответствует реальному облику поверхности Земли, вторые показывают качественные и количественные характеристики объектов и явлений, разного рода границы и абстракции, невидимые или нечетко выраженные на местности.

Общегеографические карты стремятся передать отличия между объектами разных тематических групп, таких как гидрография, рельеф, транспортная сеть, поэтому к изображению каждой из них используется свой подход. Тематические же карты используют разнообразные способы изображения, не привязывая их к конкретным явлениям, поскольку показывают не сами объекты, а их характеристики: тип, генезис, количество, плотность и т.д. Мы будем рассматривать карты рельефа общегеографического содержания, а также тематические гипсометрические карты, показывающие территориальное распределение высот поверхности Земли.

Для рельефа, в отличие от большинства других элементов содержания общегеографических карт, характерна не двухмерность, а трехмерность изображения. Игра света и тени на поверхности Земли, изменение ее высоты и крутизны — реальны, наблюдаемы и могут быть переданы в виде изображения средствами графики и пластики. Отсюда и возникает проблема воспроизведения неровностей, заключающаяся в поисках зрительного эффекта объемности при плоском изображении.

В общей теории картографии к изображению рельефа выдвигаются три основных требования:

• метричность изображения, обеспечивающая возможность получения по карте абсолютных высот и превышений, характеристик углов наклона, расчленения и др.;

• пластичность изображения, т.е. наглядная передача неровностей рельефа, формирующая у читателей зрительный образ местности;

• морфологическое соответствие изображения, что проявляется в стремлении подчеркнуть типологические особенности форм рельефа, его структурность.

Еще одним важным общим требованием, не относящимся только к рельефу, является геометрическая точность изображения, соответствующая масштабу карты.

Согласно Э. Имгофу, основная цель изображения рельефа заключается в отображении трехмерной поверхности Земли на двухмерный план при соблюдении следующих условий:

1. Местоположение, форма и размеры любого участка поверхности должны по возможности быть определяемы геометрически. Т.е. должны быть измеряемы или обеспечивать непосредственное считывание значений.

2. Представление должно быть максимально ясным. Это относится как к индивидуальным элементам изображения, так и ко всему изображению в целом.

3. Графический каркас должен быть простым. Другими словами, требуется генерализация, по своей степени адекватная свойствам карты. Морфология и характер форм рельефа, тем временем, должны распознаваться с максимально возможной подробностью.

4. Различные элементы изображения должны быть сбалансированы как графически, так и по отношению к содержанию.

5. Процесс создания изображения и его воспроизводства при печати должен быть максимально экономичным.

И. П. Заруцкая сформулировала требования к гипсометрическому изображению рельефа на мелкомасштабных картах:

1. Гипсометрические мелкомасштабные карты должны отображать крупные формы земной поверхности, характеризуя в соответствии с топографической и географической изученностью местности их протяжение, очертания, абсолютную и относительную высоту, характер склонов, тип, характер и степень расчленения.

2. Изображение рельефа должно быть наглядным, легко читаемым при использовании карты без гипсометрической окраски.

3. Изображение рельефа должно быть географически правдоподобным, на карте должны быть сохранены характерные черты рисунка крупных форм, связанные с особенностью их строения и происхождения.

4. Точность изображения рельефа должна соответствовать установленным с учетом масштаба и назначения карты допускам для планового положения и высоты крупных форм.

Изложенные положения универсальны — они не ориентированы на какую-либо производственную технологию. Впрочем, следовать им не просто, поскольку они не основаны на использовании количественных критериев. Качество и достоверность изображения рельефа во многом зависит от опыта, художественного вкуса и географического чутья картографа.

В то же время, любые общие рекомендации бесполезны, если не понятно, как их интерпретировать в контексте технологии, которая используется непосредственно в практической работе. Современная картография основана на методах и технологиях геоинформационного картографирования (ГК).

Понятие о ЦМР

Под цифровой моделью какого-либо геометрического (географического) объекта понимается определенная форма представления исходных данных и способ их структурного описания, позволяющий «вычислять» (восстанавливать) объект путем интерполяции, аппроксимации или экстраполяции.

Цифровые модели рельефа – это особый вид трёхмерных математических моделей, представляющий собой отображение «рельефа» как реальных, так и абстрактных геополей (поверхностей). При этом в качестве «рельефа поверхности» в цифровой модели могут выступать, кроме реального рельефа, различные другие показатели и характеристики: атмосферное давление, температура воздуха, осадки, пластовое давление нефти, геофизические поля, концентрация загрязняющих веществ и т.п.

Геополя могут быть как континуальными, так и дискретными, но для обоих типов применяется дискретная форма представления исходных данных.

ЦМР может быть получена с помощью разнообразных технологий. Цифровая модель может иметь в качестве структурной основы иерархическую, реляционную, сетевую или комплексную модель. Цифровые модели могут храниться в базах данных или независимо в виде файловых структур.

Задача цифрового моделирования сводится к описанию конструктивного способа восстановления значения показателя (высоты) f (x, y) в произвольной точке (x, y) области моделирования на основе исходных данных. Результатом цифрового моделирования является цифровая модель рельефа (ЦМР).

Из всех форматов ЦМР наибольшее распространение получили модели на регулярной прямоугольной сетке (сеточные, или растровые) и триангуляционные (TIN1) модели. Первые отличаются простой, универсальной структурой, удобной для хранения и анализа. Вторые имеют более гибкую и экономичную структуру, которая может содержать произвольные точки, линии и полигоны, в частности, структурные линии. Основной характеристикой модели является ее разрешение — размер ячейки для растровой модели и наименьшее расстояние между узлами для триангуляционной. Также иногда выделяют в отдельный тип изолинейные ЦМР — представление рельефа в виде совокупности горизонталей.

Методы создания ЦМР можно разделить на 2 большие группы в зависимости от характера исходных данных: моделирование по данным в точках, и моделирование по изолиниям.

Чаще всего применяются следующие методы:

• средневзвешенная интерполяция и метод Шепарда.

• метод ближайшего соседа и естественного соседа.

• интерполяция и аппроксимация с помощью радиальных базисных функций.

• кригинг.

• интерполяция и аппроксимация на основе иерархических В-сплайнов.

• интерполяция на основе триангуляции.

Среди них при построении растровых моделей, как правило, наилучшие результаты дает метод кригинга и радиальной интерполяции. Для построения триангуляционных моделей используется триангуляция Делоне, позволяющая благодаря оптимальной форме треугольников (стремящейся к равносторонней) свести к минимуму погрешности интерполяции.

Моделирование по изолиниям имеет существенные отличия. Ввиду специфики исходных данных, к моделям, построенным с использованием данной группы методов, предъявляются особые требования:

1. Высотная достоверность.

2. Структурная (топологическая) достоверность.

В зависимости от применяемого подхода методы моделирования по изолиниям можно разделить на несколько групп:

• вычисление среднего значения по четырем профилям.

• интерполяция на основе триангуляции с ограничениями.

• численный подход с использованием сплайнов с натяжением (алгоритм Хатчинсона).

• интерполяция с использованием расстояний до двух ближайших изолиний разного уровня (растровый и векторный подходы).

• векторный подход основе волнового алгоритма.

Векторный подход, разработанный С. Кошелем, показал себя наилучшим образом при моделировании по горизонталям. Он позволяет построить топологически и высотно корректную цифровую модель для любого типа рельефа. Основное его преимущество — сохранение топологических отношений между горизонталями. Также в него заложена возможность учета объектов гидрографии, обрывов, вспомогательных изолиний, отдельных вершин. Другие алгоритмы прибегают к растеризации, точечному представлению или триангуляции горизонталей. В результате при моделировании областей, ограниченных изолинией одного уровня поверхность получается плоской.