Основные приемы анализа картографических изображений

Широкое использование картографического метода исследования в разных отраслях знания привело к возникновению множества приемов анализа карт, в разработке которых активно участвовали картографы, географы, геологи, геофизики, математики, экономисты. Издавна применялись картометрия и морфометрия, позднее активное развитие получили приемы математического анализа, математической статистики, теории вероятностей и др. Наиболее употребительные приемы группируются следующим образом [12]:

Описания:

• — общие,
• — поэлементные.

Графические приемы:

• — двумерные графики,
• — трехмерные графики.

Графоаналитические приемы:

• — картометрия,
• — морфометрия.

Математико-картографическое моделирование:

• — математический анализ,
• — математическая статистика,
• — теория информации.

Каждая из указанных в этом перечне групп включает в себя множество отдельных способов и их модификаций, а вместе они образуют целостную систему, позволяющую исследовать объекты с разных сторон. В пределах каждой группы выделяют приемы сплошного, выборочного и ключевого анализов.

Все приемы анализа карт значительно варьируются в зависимости от технического оснащения. Существуют разные уровни механизации и автоматизации исследований по картам:

• — визуальный анализ, т. е. чтение карт, глазомерное сопоставление и зрительная оценка изучаемых объектов;
• — инструментальный анализ — применение измерительных приборов и механизмов;
• — компьютерный анализ, выполняемый в полностью автоматическом или интерактивном режиме с использованием специальных алгоритмов, программ или геоинформационных систем.

Все приемы на разных уровнях механизации и автоматизации могут быть использованы для работы с отдельной картой либо с сериями карт и атласами.

Описания по картам — традиционный и общеизвестный прием анализа карт. Его цель — выявить изучаемые явления, особенности их размещения и взаимосвязи. Научное описание, составляемое по картам, должно быть логичным, упорядоченным и последовательным. Оно отличается отбором и систематизацией фактов, введением элементов сравнения и аналогий. В описание часто вводят количественные показатели и оценки, включают таблицы и графики. В заключении формулируются выводы и рекомендации. Описания могут быть общими комплексными (таковы, например, общегеографические описания) или поэлементными (скажем, описание только карстового рельефа).

В настоящее время, когда для анализа карт широко привлекаются математические методы и компьютерные технологии, описания не утратили своего значения. Выполняя качественный анализ явлений и их взаимосвязей, опытный исследователь способен порой прийти к выводам более глубоким, чем если бы он следовал формальным алгоритмам и раскладывал исследование на элементарные логико-математические операции. Описания, основанные, главным образом, на визуальном анализе карт, хороши тем, что позволяют составить образное и целостное представление об изучаемом объекте и сделать выводы синтетического характера, применяя для этого неформальные эвристические подходы.

Графические приемы включают построение по картам всевозможных профилей, разрезов, графиков, диаграмм, блок-диаграмм и иных двух- и трехмерных графических моделей.

Многообразие графических построений можно систематизировать следующим образом:

• • Р = f (х) или Р = f (у) — профиль по заданному на карте направлению х или у;
• • Р = f (z) — вертикальный разрез, для построения которого необходимо использовать набор карт разных уровней;
• • Р = f (t) — временной разрез, создаваемый по серии разновременных карт;
• • Р = f (х, у) — само картографическое изображение (проекция на горизонтальную плоскость);
• • Р = f (х, z) или Р = f (у, z) — фронтальное изображение, т. е. проекция объекта на вертикальную плоскость;
• • Р = f (х, t), или Р = f (у, t), или Р = f (z, t) — метахронный (разновременный) разрез, для создания которого используются серии разновременных или разноуровневых (разновысотных) карт;
• • Р = f (х, у, z) — блок-диаграмма или объемный, трехмерный рисунок объекта, на котором изображение поверхности совмещено с вертикальными разрезами;
• • Р = f (х, у, t), или Р = f (х, z, t), или Р = f (у, z, t) — метахронная блок-диаграмма, построенная по сериям разновременных и разноуровневых карт, причем одна из осей блок-диаграммы показывает изменение состояния объекта во времени.

Для анализа серий карт разной тематики удобны комплексные профили, на которых совмещаются, например, гипсометрический профиль, геологический разрез, почвенно-растительный покров, графики гид-роклиматических показателей и т. п.

Аналогичным путем можно построить и комплексные социально-экономические разрезы, совместив по избранному направлению графики плотности населения, гистограммы его возрастного состава, занятости, кривые энергообеспеченности территории, распаханности земель и т. п. Подобные построения нужны для наглядного представления связей между явлениями и районирования территории по комплексу показателей. В географических исследованиях часто используют розы-диаграммы, наглядно передающие преобладающую ориентировку линейных объектов.

Графоаналитические приемы анализа карт — картометрия и морфометрия — предназначены для измерения и исчисления по картам показателей размеров, формы и структуры объектов. Эти приемы наиболее обстоятельно разработаны в картографическом методе исследования.

Методы картометрии позволяют непосредственно измерять следующие показатели:

• • географические и прямоугольные координаты;
• • длины прямых и извилистых линий, расстояния;
• • площади;
• • объем;
• • вертикальные и горизонтальные углы и угловые величины.

Кроме того, в рамках картометрии исследуется точность измерений по картам.

В отличие от картометрии, морфометрия занимается расчетом показателей формы и структуры объектов. Число их велико — до нескольких сотен, — и не поддается обзору. Наиболее употребительны следующие группы показателей и коэффициентов:

• • очертания (форма) объектов;
• • кривизна линий и поверхностей;
• • горизонтальное расчленение поверхностей;
• • вертикальное расчленение поверхностей;
• • уклоны и градиенты поверхностей;
• • плотность, концентрация объектов;
• • густота, равномерность сетей;
• • сложность, раздробленность, однородность/нео-днородность контуров.

Приемы математико-картографического моделирования

Формализованное картографическое изображение хорошо приспособлено для математического анализа. Как упоминалось выше, каждой точке карты с координатами х и у поставлено в соответствие лишь одно значение картографируемого параметра z, что позволяет представить изображение данного явления как функцию z = Р (х, у). В других случаях картографическое изображение удобно представить как поле случайных величин и воспользоваться для его анализа вероятностно-статистическими методами.

В принципе почти все разделы математики применимы для обработки и анализа картографического изображения. Проблема лишь в том, чтобы точно подобрать математическую модель и, главное, дать надежное содержательное истолкование результатам моделирования. Достаточно прочно в картографический анализ вошли некоторые разделы численного анализа, многомерной статистики, теории вероятностей и теории информации.

Вопросы к главе 2

• 1. Какая информация может быть получена с топографических карт?
• 2. Какие картографические материалы могут быть использованы в качестве базовых для создания ГИС?
• 3. Как возможно производить преобразования картографического изображения?
• 4. Какие основные типы объектов выделяют на картах?
• 5. Что такое картографическая проекция, какие виды проекций существуют?
• 6. Каковы основные приемы анализа картографических изображений?
• 7. Какие модели представления поверхностей называются векторными?
• 8. Какие модели называются растровыми?
• 9. В чем заключается суть топологических моделей?
• 10. Как создается модель нерегулярной триангуляции?
• 11. В чем сущность графических, графоаналитических и математико-картографических приемов анализа карт?