CC BY
531
УДК 528.92
Д.В. Лисицкий, С.Ю. Кацко СГГ А, Новосибирск
НАЗНАЧЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ ЦИФРОВОГО КАРТОГРАФИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В ГЕОИНФОРМАЦИОННОМ КАРТОГРАФИРОВАНИИ
Глобальные изменения роли и сущности картографии в современном мире [1] требует переосмысления ее основополагающих понятий и введения новых понятий. В последние годы появилось принципиально новое понятие -геоинформационное картографирование, суть которого по А.М. Берлянту составляет “информационно-картографическое моделирование геосистем, автоматизированное создание и использование карт на основе ГИС и баз картографических данных и знаний” [2].
Геоинформационное картографирование возникло и развивается как прямое продолжение комплексного, синтетического и далее - системного картографирования в новой среде информационных технологий. Сформировавшись как самостоятельная научная дисциплина на пересечении автоматизированной картографии и геоинформатики, геоинформационное картографирование приобрело следующие особенности:
1. Применение геоинформационных технологий;
2. Высокая степень автоматизации, опора на базы картографических данных и географических знаний;
3. Интерактивность процессов картографирования, обеспечивающая тесное сочетание методов создания и использования карт;
4. Оперативность получения картографических изображений, приближающаяся к реальному времени;
5. Гибкость в представлении конкретного картографического изображения в части проекции, масштаба, содержания, оформления;
6. Создание геоизображений новых видов и типов (цифровых и электронных карт, трехмерных компьютерных моделей, анимаций и др.);
7. Многосредность (мультимедийность), позволяющая сочетать иконические, текстовые, звуковые отображения с картографическим материалом.
Одним из ключевых понятий в картографии, в том числе и в геоинформационном картографировании, является понятие
картографического изображения. При этом, поскольку само геоинформационное картографирование характеризуется перечисленными рядом принципиальными особенностями, назначение, сущность и свойства картографического изображения в геоинформационном картографировании также требуют переосмысления и анализа.
Назначение картографического изображения в геоинформационном картографировании обусловлено тем, что оно не является единственным информационным продуктом. В геоинформационном картографировании создаются и используются 3 вида информационных продуктов: геоинформационные (цифровые) модели местности, геоинформационные (цифровые) картографические изображения и другие (некартографические)
компьютерные геоизображения. Не вдаваясь в корректность примененных здесь терминов, что является предметом самостоятельного исследования, рассмотрим место и роль картографических изображений в этом комплексе.
Геоинформационная модель местности обеспечивает модельное представление местности в компьютерной (цифровой) форме и предназначено для непосредственной компьютерной обработки и пространственного анализа в среде геоинформационных систем. Она содержит координированную информацию о расположении, форме, размерах и заданных характеристиках географических объектов местности, природных явлений, природных и техногенных процессов и событий, происходящих на рассматриваемой территории. Она подлежит накоплению, хранению и обновлению в территориальных банках данных. На этой модели решаются различные пространственные задачи и вырабатываются пространственные решения.
Геоинформационные картографические и некартографические изображения также обеспечивают модельное представление местности в компьютерной форме, но предназначены они для непосредственного восприятия человеком, что в свою очередь обеспечивает участие человека в геоинформационной обработке и анализе данных, решении пространственных задач, подготовке и принятии пространственных решений. При этом они уже не являются непосредственным источником информации для решения пространственных задач в процессе геоинформационной обработки, а либо служат средством визуализации содержания баз данных и/или выработанных пространственных проектов (картографические изображения), либо являются дополнительной образной информацией (аэрокосмические снимки, фото, видео, перспективные изображения).
Геоинформационные картографические изображения занимают особое, главное место среди компьютерных геоизображений. Они, как и все картографические изображения, обеспечивают целостное модельное представление больших территорий, имеют метрический характер, отражают значительное число семантических характеристик объектов местности в образно-знаковом виде, содержат картографические отображения визуально невидимых объектов территории. Они могут быть сгенерированы в результате геоинформационной обработки и воспроизводить образ реально несуществующей местности, например, прогнозируемое состояние земной поверхности. Однако при этом, как уже отмечалось ранее, компьютерные картографические изображения в геоинформационном картографировании отличаются от традиционных карт тем, что уже являются не объектом непосредственной ГИС-обработки, а средством визуализации результатов этой обработки. Отсюда следует, что используемые в геоинформационном картографировании картографические изображения должны иметь специфические особенности.
Любое картографическое изображение воспроизводит такие визуально воспринимаемые качества реального мира, как расположение, форму, размеры, семантическую сущность объектов и явлений. При этом с точки
зрения формы представления, оно подразделяется на аналоговое и цифровое картографические изображения. В свою очередь, цифровые картографические изображения по применяемым форматам могут быть векторными и растровыми.
Векторные картографические изображения составляют основу цифровых карт (цифровых моделей карт), а растровые карты - основу электронных карт. Хотя цифровые карты с точки зрения восприятия человеком являются промежуточным продуктом геоинформационного картографирования, именно они подлежат накоплению, хранению, обновлению в банках картографических данных. Они служат исходным материалом для изменения, генерализации, а также основой составления тематических карт в цифровой форме.
Электронные карты обеспечивают воспроизведение на экране монитора и/или на других устройствах компьютерной визуализации изображения карт и в этом качестве могут считаться конечным продуктом геоинформационного картографирования. В зависимости от способа создания и обусловленных этим характеристик следует различать два типа электронных карт:
1. Электронные карты на основе растрового компьютерного изображения, полученного в процессе сканирования аналоговой карты; они обладают теми же картографическими характеристиками, что и аналоговое изображение.
2. Электронные карты, созданные в процессе визуализации цифровой карты (цифровой модели карты); они не имеют ограничений, связанных с разрешающей способностью растра.
Аналоговые картографические изображения (АКИ) являются главным элементом традиционных карт и служат непосредственным источником и хранилищем геоинформации. Они предназначены для непосредственного восприятия человеком информации о пространственных свойствах окружающего нас мира и решения множества задач, связанных с расположением пространственных объектов.
Цифровые картографические изображения (ЦКИ) являются средством визуализации цифровой картографической модели, т. е. компьютерной модели, отображающей объекты реального мира картографическим методом, но представленной в цифровой форме. Они также необходимы для обеспечения восприятия человеком результатов компьютерного анализа и обработки. Таким образом, ЦКИ служит своеобразным интерфейсом между человеком и машиной [3].
Рассмотрим, в сопоставлении, свойства и параметры аналоговых и цифровых картографических изображений.
Картографическое изображение является уменьшенным изображением территории. Степень уменьшения характеризуется масштабом, который является совокупным параметром любого картографического изображения, объединяющим содержание, а также параметры детальности и точности отображения пространственных объектов. Существенным отличием ЦКИ от АКИ является возможность изменения в ЦКИ масштаба пользователем,
причем эти изменения на векторной карте ограничены только визуальным восприятием, а на растровой карте предел масштабирования устанавливается пространственным разрешением растра.
АКИ, располагаемое на одном или нескольких листах, имеет ограниченные конечные размеры. ЦКИ ограничено только размерами монитора, но при этом предоставлена возможность перемещения изображения в большом диапазоне. Детальность изображения на растровом изображении (аналоговом и цифровом) зависит непосредственно от создателя карты и размеров карты. ЦКИ векторной карты меняется в зависимости от нужд пользователя (возможность подключения различных тематических слоев).
Любое картографическое изображение построено по математическому закону проектирования сферической поверхности на плоскость, т. е. с использованием картографической проекции. Проекция растрового изображения на аналоговой и цифровой карте является фиксированной. Проекцию векторной карты можно легко изменять с помощью программных средств, входящих в арсенал геоинформационных систем.
Картографическое изображение является обобщенным, т. е. генерализированным изображением. Из-за физической ограниченности аналогового картографического изображения необходимо проводить генерализацию объектов, представленных на карте. Вследствие этого происходит уменьшение количества информации, которое можно получить, работая с аналоговой картой. При работе с векторной цифровой картой пользователь имеет возможность использовать всю информацию, хранящуюся в базе геоданных, а визуализировать лишь необходимую для решения конкретной задачи информацию.
Картографическое изображение показывает размещение пространственных предметов и их свойства (семантику) посредством графических кодов - условных знаков. [4] Существенное отличие условных знаков на графической карте и на растровом изображении - их статичность. Условные обозначения ЦКИ векторной карты являются отражением семантики, представленной в цифровой модели карты компьютерными кодами, и могут быть как статичные, так и динамические (изменяют цвет, размер, форму, положение).
Растровое картографическое изображение (РКИ) является статичным. ЦКИ на векторной карте, в отличие от РКИ, дает нам возможность с помощью динамических условных знаков и анимаций показать возникновение, развитие, изменение во времени и перемещение в пространстве различных процессов и явлений. Наилучшие возможности для динамического геоинформационного картографирования представляют современные анимационные компьютерные программы, создающие картографические анимации:
- Перемещение картографического изображения по экрану с различной скоростью;
- Мультипликационные последовательности карт-кадров;
- Перемещение отдельных элементов содержания по карте;
- Изменение освещенности или фона;
- Масштабирование (зуммирование) изображения или его части;
- Создание эффекта движения над картой.
Динамические геоизображения добавляют традиционным статичным картам столь необходимый временной аспект. В связи с этим введено понятие временного масштаба (масштаба времени). Отсюда возникают новые для геоинформационного картографирования проблемы временной генерализации, разработки принципов восприятия анимационных геоизображений. [5]
Следовательно, цифровое картографическое изображение в геоинформационном картографировании обладает рядом отличительных свойств и преимуществ [Таблица 1] по сравнению с аналоговым, которые требуют дальнейшего изучения.
Таблица 1. Отличительные свойства аналогового и цифрового
картографического изображения
Параметры и свойства картографическог о изображения Аналоговое картографическ ое изображение Цифровое картографическое изображение (растровый формат) Цифровое картографическое изображение (векторный формат)
Что представляет собой картографическое изображение Источник и хранилище геоинформации Средство визуализации геоинформации, содержащейся в базе данных, являющейся источником и хранилищем геоинформации
Содержание при создании Ограничено разрешающей способностью изображения Ограничено только назначением карты
Содержание при использовании Постоянное Может изменяться (работа с тематическими слоями)
Масштаб Фиксированный Можно изменять, но в пределах пространственного разрешения растра Можно изменять в любых пределах
Размер Ограничен листом твердого носителя (бумаги, пластика) Ограничен размерами монитора, но обеспечен возможностью перемещения изображения в большом диапазоне
Картографическая проекция Постоянная Есть возможность изменять
Генерализация Происходит уменьшение количества геоинформации Сокращение геоинформации в базе данных не происходит
Атрибутивная (семантическая) информация Закладывается в систему условных знаков, при этом ее объем ограничен разрешающей способностью изображения Хранится в базе данных; может быть числовой, текстовой, звуковой, графической, видео. При этом ее объем практически неограничен
Условные знаки Статичные Динамические
Особого рассмотрения требуют изменения, которые происходят в современных условиях в части использования аналоговых и цифровых карт. До широкого распространения ГИС для решения различных задач использовались аналоговые карты. С развитием ГИС потребность в аналоговых картах резко уменьшается, на первый план выходят цифровые и электронные карты, без которых уже невозможно полноценное развитие многих экономических сфер, таких как связь, транспортная система, система коммунального хозяйства и многих других.
Все более активно цифровые и электронные карты, анимационные геоизображения используются в сети Интернет для передачи пространственной информации. Благодаря развитию оперативного картографирования, нужная информация быстро доходит до потребителя с помощью сети Интернет. Это имеет большое значение для предотвращения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, а также в средствах массовой информации. Также ЦКИ начинают широко использоваться в сотовых телефонах и GPS-навигаторах для определения пространственного положения.
Таким образом, при постоянном увеличении потребности в разнообразной информации, в том числе и пространственной, основной задачей для специалистов в области ГИС становится улучшение качества и увеличение распространения цифровой картографической продукции. А это в свою очередь требует соответствующего теоретического обоснования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лисицкий Д.В. Глобальные изменения сущности и роли картографии в
современном обществе /Д.В. Лисицкий// Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-10-2004): Доклады 10-й Международной научно-практической
конференции. Новосибирск, 5,6 окт. 2004 г. - Томск: Издательство Томского
университета, 2004, С. 281-284
2. Берлянт А.М. Геоинформационное картографирование /А.М. Берлянт. - М.: 1997. - 64 с.
3. Основы геоинформатики: В 2 кн. Кн. 1: Учеб. пособие для студ. вузов / Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарев, В.С. Тикунов и др.; Под ред. В.С. Тикунова. - М.: Издательский центр “Академия”, 2004. - 352 с.
4. Лисицкий Д.В. Общность и различие понятий “цифровая модель местности”, “цифровая карта” и “электронная карта” / Д.В. Лисицкий // Современные проблемы геодезии и оптики. Ш научно-техн. конф., 16-19 апреля 2001 года. Тезисы докл./ Новосибирск: СГГА, 2001. - С. 143-144.
5. Карпик А.П. Методологические и технологические основы геоинформационного обеспечения территорий: Монография. / А.П. Карпик. - Новосибирск: СГГА, 2004. - 260 с.
© Д.В. Лисицкий, С.Ю. Кацко, 2005
