Карти як результат і засіб візуалізації

Картографія як сфера точних наук віддавна використовує математичні методи і тому раніше за інші науки про Землю, почала використовувати можливості ЕОМ для побудови картогра­фічного зображення. Удосконалення методів картографо-математичного моделювання обумовило застосування ЕОМ і для фор­мування тематичного змісту карт.

Цифрове картографування, цифрова картографія - порівняно новий науковий теоретичний і прикладний розділ, що перебуває на стику взаємодії географії, картографії, математичних методів обробки даних і інформати­ки, котрий займається створенням і вивченням цифрових аналогів традиційних картографічних зображень.

У зв'язку з різними підходами до тлумачення суті „цифрової картографії” на сьогодення існують різні погляди на місце і роль цього напрямку в сфері наук про Землю - від повного заперечення традиційних методів („тепер усе можна автоматизувати і взагалі не думати, як це робиться”), до заперечення можливості застосування методів автоматизації складання карт („тільки паперові карти мо­жна називати „картами”, свої твори програмісти нехай назива­ють якось інакше”). Істина зазвичай знаходиться між двома крайніми точками зору - карти, побудовані за допомогою різних програмних і технічних засобів, давно перевершили за точністю і дизайном традиційні технології, але при їхньому створенні повинні використовуватися основні методи, розроблені картографіч­ною і суміжними науками для виявлення й подання просторо­вих об'єктів та їхніх взаємозв'язків.

Розвиток картографії - безупинний процес, що включає тео­рію і технологію створення карт. Теоретична картографія вивчає основні положення про форму і методи зв'язку між реально існуючими об'єктами й процесами та їх відображенням на картах. Центральним об'єктом картографії є власне карта - образно-знакова модель, математично визначене, зменшене, генералізоване зображення поверхні Землі, іншого небесного тіла чи космічного простору, що показує розміщені чи проектовані на них об'єкти в прийнятій системі умовних знаків (Баранов та ін., 1997).

Значна частина інформації про навколишнє середовище сприй­мається людиною візуально, через зір. Саме на зорове сприйнят­тя і розраховані різні картографічні зображення. Карта, паперова або цифрова, повинна мати ряд властивостей (Берлянт, 1996):

w просторово-часову подібність відображуваних об'єктів і явищ;

w змістовну відповідність властивостей і характеристик явищ, їх ти­пових особливостей, генезису, ієрархії і внутрішньої структури;

w метричність, яка передбачає можливість вимірювання координат, довжин і об’ємів (геометрична метричність), а також вимірювання змісто­вних характеристик карти (атрибутивна метричність);

w однозначність - передбачає, що кожен знак на карті має лише один зафіксований у легенді зміст, будь-яка точка на поверхні з координатами Х,Y має тільки одне значення Z;

w наочність й оглядовість, які забезпечують різні картографічні мас­штаби і відповідні цим масштабам набори відображуваних об'єк­тів. Об'єкти відображаються за допомогою картографічних симво­лів, логічна структура й описи яких подані в легендах.

Термін „цифрова карта ”протягом більш ніж тридцятилітньої історії змінювався і розвивався разом із розвитком технологій ци­фрового картографування і зміною відомчої належності організацій. Протягом тривалого періоду цифрові карти створювалися в Державному управлінні геодезії і картографії колишнього СРСР, де було дано наступне визначення.

„ Цифрова карта -цифрова модель зем­ної поверхні, сформована з урахуванням законів картографічної генералізації в прийнятих для карт проекціях, розграфці, системі координат і висот ” („Картография цифровая”. ГОСТ 28441-90, с. 1).

Більшість визначень цього періоду виходили з положення, що цифрова карта повинна бути копією її паперового аналога.

На сьогодення, з'явилася велика кількість доступного програмно­го забезпечення і вихідних даних, котрі дозволяють створювати найрізноманітніші зображення, що мають з картами тільки спільну координатну основу. Саме тому, на позначення таких зображень A.M. Берлянтом (1996 р.) був уведений у науковий обіг термін „геозображення”.

Геозображення (geoimage, georepresentation) - будь-яка про­сторово-часова масштабна генералізована модель земних (планет­них) об'єктів або процесів, яка представлена у графічно-образній формі.

При цьому, геозображення класифікують на [1]:

] двовимірні плоскі геозображення (2D geoimages, flat geoimages), на­приклад, карти, плани, електронні карти, аеро- і космічні знімки;

] тривимірні, або об'ємні, геозображення (3D geoimages, volumetric geoimages), наприклад, стереомоделі, анагліфи[1], блок-діаграми, кар­тографічні голограми;

] динамічні геозображення (dynamic geoimages), тобто анімації, кар­тографічні фільми, мультимедійні карти й атласи.

Глаз тропического циклона Эмилия. Рис. 2. Анаглифическое стереоизображение глаза тропического циклона Эмилия.

Внаслідок того що карта сама є моделлю будь-якої місцевості, усе частіше лунають вислови, що цифрова карта не повинна бути копією паперової карти з її системою умовних знаків (моделлю моделі), а прямо відображувати реальну дійсність, використовуючи власний арсенал засобів створення зображення і різноманітних джерел даних.

За ступенем ускладнення зв'язків між окремими елементами підсумкової карти і використання спеціальних про­грамних та технічних засобів створення карт до цього часу скла­лася наступна система визначень (Баранов та ін., 1997; Берлянт, 1996).

Цифрова карта (digital map) - цифрова модель місцевості, створена шляхом цифрування картографічних джерел, фотограмметричної обробки даних дистанційного зондування, цифрової реєст­рації даних польових зйомок або іншим способом. Цифрова кар­та є основою для виготовлення звичайних паперових, комп'ютер­них, електронних карт, вона входить до складу картографічних баз даних, є одним із найважливіших елементів інформаційного забезпечення ГІС і може бути результатом функціонування ГІС.

Основними складовими цифрової карти є координатна сис­тема і набір елементарних графічних об'єктів, що відобража­ють місце розташування просторових обрисів відповідних реальних об'єктів (процесів, явищ).

У більшості геоінформаційних пакетів цифрові карти пода­ються окремим картографічним шаром і містять тільки одноти­пні об'єкти, а також є основною одиницею збереження даних (файлом або групою зв'язаних файлів).

Цифрова картографічна інформація є частиною інформаційної основи ГІС і обумовлює можливості електронного картографування при геомоделюванні.

Різноманітність форматів подання ЦК у ГІС – одна з особливостей, котра істотно ускладнює їх використання в умовах не меншої різноманітності програмних засобів ГІС. Наявність функцій перетворення форматів (конверторів) для забезпечення уведення-виведення, а отже обміну даними між системами, знімає масу проблем між форматної сумісності. Проте набір конверторів кожного програмного продукту обмежений і не може охопити множини існуючих форматів, а також не всі конвертори працюють бездоганно. Оскільки не існує будь-якого універсального стандарту обміну просторовими даними, необхідно, щоб ЦЦЦК знаходилась у внутрішньому форматі тієї ж ГІС, яка використовується, або в одному з стандартних обмінних форматів, яке підтримує програмне забезпечення ГІС, тобто форматів, котрі використовуються для обміну інформацією між різними системами.

Електронна карта (electronic map) − картографічне зобра­ження, яке візуалізоване на дисплеї (відеоекрані) комп'ютера на основі даних цифрових карт або баз даних ГІС з використанням програмних і технічних засобів у прийнятій для карт проекції і системі умовних знаків.

Картографічна база даних (cartograpliic data base, cartographic database) − сукупність взаємозалежних картографічних даних з будь-якої предметної (тематичної) області, що представлена у цифро­вій формі (у тому числі у формі інших картографічних баз даних) при дотриманні загальних правил опису, збереження і маніпулю­вання даними. Картографічна база даних доступна багатьом ко­ристувачам, не залежить від характеру прикладних програм і під­порядковується системі управління базами даних (СУБД).

Картографічний банк даних, КБД, (cartographic data bank, cartograpliic databank) − комплекс технічних, програмних, інформа­ційних і організаційних засобів збереження, обробки і використан­ня цифрових картографічних даних. До складу КБД входять картографічні бази даних з окремих предметних (тематичних) облас­тей, СУБД, а також бібліотеки запитів і прикладних програм.

Розрізняють єдиний центральний картогра­фічний банк даних (central (centralized) cartographic databank), що містить увесь фонд інформації з даної теми, і розподілений карто­графічний банк даних (distributed cartographic databank), що являє собою територіально роз'єднану систему регіональних і/або лока­льних КБД, поєднаних у мережу під єдиним управлінням.

За оцінкамирізних дослідників, інформаційний обсяг різних цифрових карт і геозображень, збережуваних в пам'яті комп'ю­терів по усьому світі, вже в декілька разів перевищує обсяг паперових карт, і розрив постійно збільшується не на користь паперових карт. У зв'язку з цим усе частіше виникають думки, що традиційна картографія має поступитися місцем новим комплексним дисциплінам - геоінформатиці, геоматиці, геоікониці.

У картовидавничій практиці колишнього СРСР, а згодом - України, методи автоматизованої картографії використовуються вже понад 30 років, розроблена низка відомчих стандартів цифровихкарт і автоматичних картографічних систем (АКС). У першу чер­гу ці системи призначені для автоматизації виробництваі збере­ження номенклатурних листків стандартних топографічних карт різних масштабів. Широко використовуються методи автоматизо­ваного дешифрування космо- і аерофотознімків для відновлення карт і побудови горизонталей рельєфу. У той же самий час, потреби більшості споживачів картографічної продукції значно випереджа­ють можливості аерогеодезичних підприємств по термінам віднов­лення топокарт, а також по номенклатурі відображуваних об'­єктів. У зв'язку з цим виникла велика кількість відомчих стандартів цифрової картографії, у яких топокарти необхідні тільки для початкової координатної прив'язки.

При складанні багатьох видів відомчих карт (земель­ного кадастру, природоохоронних і надзвичайних ситуацій), викори­стовується інформація з атрибутивних баз даних, даних дистанцій­ного зондування, матеріалів польових зйомок і описів. На методики і технології складання карт значно виливають галузеві підходи до виділення і класифікації просторових об'єктів, районування, прос­торової інтерполяції. Для отримання таких зображень використовуються програмні й апаратні засоби, не передбачені стандартами відомчої картографії. Оскільки такого роду картографування в наш час, як правило, виконується програмними засобами ГІС, у науковій літературі все частіше вживається термін геоінформаційне картографування як визначення інтегрального напрямку, що передба­чає методи автоматизованого картографування, обробки даних ди­станційного зондування, геоінформатики і теоретичних методів сис­темного картографування для конкретної предметної області.