CC BY
228
КАРТОГРАФИЯ И ГЕОИНФОРМАТИКА
УДК 528.942: 528.946
ОБ АЛГОРИТМИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОФОРМЛЕНИЯ
ТЕМАТИЧЕСКИХ КАРТОГРАФИЧЕСКИХ ПРОИЗВЕДЕНИЙ
(НА ПРИМЕРЕ КАРТОГРАФИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ)
Ольга Николаевна Николаева
Сибирский государственный геодезический университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-06-86, e-mail: onixx76@mail.ru
В статье рассмотрены вопросы алгоритмизации процессов проектирования условных обозначений и цветового оформления тематических карт, создаваемых широким кругом пользователей на специализированных картографических порталах и сервисах. В качестве примера рассмотрены интерактивные картографические модели природных ресурсов. Изложены требования, необходимые для соблюдения при проектировании системы условных обозначений для картографических моделей природных ресурсов. Обоснованы принципы алгоритмизации выбора способов картографического отображения, используемых при создании картографической модели конкретного вида ресурса, приведена схема алгоритма. Охарактеризованы колористические принципы и математический аппарат для проектирования цветового оформления картографических моделей природных ресурсов. Представлены результаты проектирования цветового оформления картографических моделей лесных ресурсов и образец картографической модели на территорию Новосибирской области, созданный на основании разработанных колористических принципов.
Ключевые слова: тематическое картографирование, картографирование природных ресурсов, тематические карты, картографические модели, способы картографического отображения, оформление карт, алгоритм, алгоритмизация, интерактивность.
ON THEMATIC MAP DESIGN ALGORITHMIZATION: A CASE STUDY OF NATURAL RESOURCES MAP-MODELS' DEVELOPMENT FOR GENERAL PUBLIC
Olga N. Nicolaeva
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10, Plakhotnogo St., Ph. D., Assos. Prof. of Department Ecology and Environmental Management, tel. (383)361-06-86, e-mail: onixx76@mail.ru
The article deals with the questions of algorithmization of map symbolization and map coloring for the thematic maps which are designing by general public by means of web cartographic services. The interactive natural resources map-models are described as an example. The requirements to the
development of symbolization for natural resources map-models are articulated. The principles of algorithmic choice of methods of thematic mapping while developing natural resources map-model are characterized and illustrated. The coloristic principles and mathematical tools for color design of natural resources map-models are given. The article concludes with the illustration of color samples and full version of forest resources map-model based on the developed coloristic principles.
Key words: thematic mapping, natural resources mapping, thematic maps, map-models, methods of thematic mapping, map coloring, algorithm, algorithmization, interactivity.
Современная эпоха развития картографии характеризуется увеличением количества и популярности общедоступных интернет-сервисов и порталов, позволяющих широкому кругу пользователей работать с картографическими продуктами различной тематики [1, 2]. По данным проекта «GISGeo», на сегодняшний день в России насчитывается 10 федеральных геопорталов, 28 региональных и 9 муниципальных [3]. Эти сервисы обладают разной степенью интерактивности: от минимальной, когда пользователь может выбрать только загрузку готовых карт [4-6], до максимальной, когда пользователю предоставляется, по сути дела, возможность создать собственное уникальное картографическое произведение [7, 8]. Однако оптимальной является технология, при которой действия пользователя ограничены выбором перечня визуализируемых исходных данных и формы их картографического представления, а вопросы проектирования системы условных обозначений и цветового оформления создаваемого произведения решаются автоматизированно, в среде геоинформационной системы или информационно-картографической системы, отвечающей за функционирование портала (сервиса) [9, 10]. Такой подход обеспечивает создание картографического произведения, которое с информационной точки зрения отвечает требованиям пользователя, а с визуализационной точки зрения соответствует картографическим нормам и требованиям [11, 12]. Однако реализация этого подхода требует не только детальной проработки последовательности выполнения пользовательского запроса к картографическому порталу (сервису) [13], но и четкой алгоритмизации действий ГИС, в которой осуществляется создание карты в ответ на запрос пользователя. Некоторые вопросы этой алгоритмизации будут рассмотрены ниже, на примере автоматизированного создания картографических моделей природных ресурсов.
Картографические модели природных ресурсов - это произведения, отображающие современное состояние и перспективы использования водных, земельных, растительных, минеральных и фаунистических ресурсов, объединенные общностью территориального охвата, детальностью и геометрической точностью отображения и кругом решаемых задач [14-16]. Один из важнейших элементов их интерфейса - это система условных обозначений, которая позволяет пользователям извлечь из картографического изображения необходимую информацию. При разработке системы условных обозначений картографических моделей природных ресурсов учет аспектов картографической прагматики занимает особенно важное место, поскольку они востребованы пользователями,
работающими в сфере планирования и управления природопользованием и не имеющими специального образования в области картографии. Исходя из этого, при автоматизированном проектировании системы условных обозначений картографических моделей природных ресурсов должны соблюдаться следующие требования [17]:
1. Использование системного подхода к разработке принципов построения системы условных обозначений. Для этого тематическое содержание картографической модели разбивается на смысловые группы, внутри которых показатели картографирования группируются в ряд наборов природно-ресурсных данных. Для каждого набора устанавливаются определенные графические особенности (используемые цвета, форма и конструкция условных знаков и т. п.).
2. Использование основного принципа дидактики - принципа наглядности - для формирования у пользователей четкой ассоциации между условными обозначениями и объектами, которые они отображают.
3. Использование основных психологических законов восприятия и законов цветоведения для обеспечения хорошей читаемости и красочной гармоничности оформления картографической модели природного ресурса.
С опорой на эти требования были сформулированы колористические принципы автоматизированной разработки цветового решения картографической модели:
1. Принцип цветовой систематизации: каждому набору природно-ресурсных данных назначается определенный базовый цвет.
2. Принцип цветовой ассоциации: выбор базового цвета должен четко ассоциироваться пользователем с сутью картографируемых явлений.
3. Принцип цветовой диверсификации: для условных обозначений разных категорий объектов, входящих в состав набора природно-ресурсных данных, используются различные оттенки базового цвета.
4. Принцип цветовой оптимизации, согласно которому определение параметров используемых цветов и их оттенков производится в цветовых моделях RGB и Hex.
Практическая реализация первого и второго колористических принципов проиллюстрирована в таблице. Определение названий цветов и их координат осуществлялось с помощью онлайн-инструмента для подбора цветов и создания цветовых схем Colorscheme [18].
На основании третьего и четвертого колористических принципов осуществляется детальное проектирование колористического решения картографической модели природного ресурса. При этом для расчета цветовых координат используются следующие формулы, выведенные с учетом закона Вебера - Фехнера:
а) для расчета цветовых координат оттенков базового цвета для карто-граммных шкал предложена формула:
LiК = L6 +
(i -1)' L6
(1)
n
К
где Ь - светлота ¿-й ступени шкалы; Ьб - светлота базового цвета; I - номер ступени шкалы в нисходящем порядке;
п - общее количество ступеней в шкале. Максимально возможное значение п рекомендуется принимать равным 5, поскольку дальнейшее увеличение количества цветовых градаций ухудшает читаемость шкалы;
б) для расчета цветовых координат оттенков базового цвета для послойной окраски изолиний предложена формула:
ЬИ = Ьб , (2)
2 п
т И
где Ь - светлота 1-й ступени системы изолиний; Ьб - светлота базового цвета;
I - номер ступени шкалы изолиний в нисходящем порядке; п - общее количество ступеней в шкале;
в) для расчета цветовых координат оттенков базового цвета для мелких фоновых элементов, занимающих в сумме менее 25 % площади картографического изображения, предложена формула:
Ц МФ = (3)
п
Т МФ
где Ь - светлота 1-го элемента картодиаграммного значка; I - порядковый номер элемента значка;
95 % - максимальное значение светлоты, при которой человеческий глаз различает наличие цвета;
п - общее количество элементов в значке;
г) для расчета цветовых координат оттенков базового цвета для штриховых элементов предложена формула:
ЦШ=Ьб -тЦгт , (4)
(п + 1)
где ЬШ - светлота ¿-го вида штрихового элемента; Ьб - светлота базового цвета;
п - общее количество видов штриховых элементов, отображаемых оттенками базового цвета.
Таблица
Выбор базовых цветов для проектирования условных обозначений системы картографических моделей лесных ресурсов
Названия наборов природно-ресурсных данных в составе системы картографических моделей лесных ресурсов Базовый цвет и его название Координаты базового цвета в системе ЯОБ Код базового цвета в палитре Нех
Смысловая группа 1. Общие характеристики лесных ресурсов
Общие характеристики лесного фонда Ярко-зеленый (102, 255, 0) #66FF00
Названия наборов природно-ресурсных данных в составе системы картографических моделей лесных ресурсов Базовый цвет и его название Координаты базового цвета в системе RGB Код базового цвета в палитре Hex
Характеристика хвойных лесонасаждений Зелено-желтый (173, 255, 47) #ADFF2F
Характеристика лиственных лесонасаждений Весенне-зеленый (0, 255, 127) #00FF7F
Смысловая группа 2. Характеристика породного состава лесонасаждений
Характеристика сосновых лесонасаждений Насыщенный оранжево-желтый (255, 142, 13) #FF8E0D
Характеристика кедровых лесонасаждений Карминово-красный (255, 0, 51) #FF0033
Характеристика еловых лесонасаждений Ярко-розовый (252, 15, 192) #FC0FC0
Характеристика березовых лесонасаждений Лазурный (0, 127, 255) #007FFF
Характеристика прочих лиственных пород Зеленый (0, 128, 0) #008000
Смысловая группа 3. Использование лесных ресурсов
Эксплуатация древесных ресурсов Бронзовый (205, 127, 50) #CD7F32
Эксплуатация древесных ресурсов арендаторами Желто-золотой (205, 164, 52) #CDA434
Эксплуатация недревесных ресурсов Хаки (195, 176, 145) #C3B091
Транспортная инфраструктура лесов Тусклый серый (105, 105, 105) #696969
Смысловая группа 4. Охрана, защита и восстановление лесного фонда
Характеристики охранных зон Глубокий коралловый (255, 64, 64) #FF4040
Лесопатологические мероприятия Розовая фуксия (255, 119, 255) #FF77FF
Леспожарные мероприятия Алый (255, 36, 0) #FF2400
Лесовосстановительные мероприятия Зеленая сосна (0, 125, 52) #007D34
Разработанные формулы обеспечивают определение цветовых координат в цветовой модели HSL. Их пересчет в модель RGB выполняется по общеизвестным схемам. На рис. 1 приведен пример картографической модели лесных ресурсов, созданной в соответствии с расчетами, выполненными по формуле (1).
Рис. 1. Картографическая модель лесных ресурсов Новосибирской области
Процесс интерактивного создания картографического произведения любой тематики подразумевает формализацию не только проектирования его цветового оформления, но и выбора используемых способов картографического отображения. Этому вопросу посвящен ряд фундаментальных работ [19-22]. При этом следует отметить отсутствие однозначного определения понятия «сочетаемость способов картографического изображения». Применительно к способам картографического изображения понятие «сочетаемость» можно охарактеризовать как возможность способа передавать затребованное пользователем количество информации, занимая минимальную площадь карты и оставляя максимум свободного пространства для размещения других условных знаков. Исходя из этого определения и учитывая сущность и графические особенности существующих способов картографического отображения, можно сформулировать следующие требования к выбору способов картографического отображения при интерактивном создании картографической модели природного ресурса с позиций их сочетаемости:
1) при выборе способа отображения следует отдавать приоритет тем способам, которые не являются фоновыми;
2) нужно избегать сочетания способа значков и способа картодиаграмм в силу их внешнего сходства и возможного затруднения пользователей при уяснении особенностей локализации данных, отображенных этими способами;
3) количество показателей, отображаемых фоновыми способами, не должно превышать двух, так как иначе резко ухудшится читаемость карты.
Разработанная на основании вышесказанного схема алгоритма выбора способа картографического отображения при интерактивном создании картографической модели природного ресурса представлена на рис. 2.
Рис. 2. Схема алгоритма выбора способов картографического отображения при интерактивном создании картографической модели природного ресурса
Как видно из рис. 2, алгоритм анализирует каждый показатель картографирования, запрошенный пользователем. При этом выявляются особенности пространственной локализации показателя, необходимость отображения его структуры и необходимость использования динамических условных обозначений для показа изменений состояния ресурса. Также проверяется условие, ограничивающее общее количество используемых фоновых способов отображения. В финале алгоритма делается вывод о присвоении анализируемому показателю конкретного способа картографического отображения. После этого следует возврат на начальный этап анализа. Количество алгоритмических циклов определяется количеством выбранных пользователем показателей картографирования.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лисицкий Д. В. Перспективы развития картографии: от системы «Цифровая земля» к системе виртуальной геореальности // Вестник СГГА. - 2013. - Вып. 2 (22). - С. 8-16.
2. Николаева О. Н. О совершенствовании информационного обеспечения картографирования природных ресурсов // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск : СГГА, 2013. Т. 2. - С. 107-112.
3. Официальный сайт проекта СТБОео. Геопорталы России [Электронный ресурс]. -Режим доступа : / http://gisgeo.org/catalogue/geoportals.html.
4. Комплексная ГИС в составе автоматизированной системы поддержки принятия решений по управлению природными ресурсами и охраной окружающей среды Республики Башкортостан [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://esri-cis.ru/news/arcreview/ detail.php?ID=4864&SECTION_ID=193&print=Y.
5. Геопортал имущественных и земельных отношений Республики Бурятия [Электронный ресурс]. - Режим доступа : / http://geo.govrb.ru/2014/.
6. Енисей-ГИС (Геопортал Красноярского края) [Электронный ресурс]. - Режим доступа : 24bpd.ru.
7. Геопортал Республики Коми [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://gis.rkomi.ru/.
8. ГИС Природопользование (Самара) [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://geoportal.samregion.ru/.
9. Разработка инструментальной справочно-аналитической географической информационной системы : отчет о НИР (итоговый) / науч. рук. Лисицкий Д. В. - Новосибирск : СГГА, 2012. - 106 с. - № ГР 01201058189. - Инв. № 02201361702.
10. Николаева О. Н. Об интерактивном создании картографического обеспечения для управления природопользованием // Сб. науч. трудов по материалам IX Международной научно-практической конференции «Теоретические и прикладные аспекты современной науки», 31 марта 2015 г. / Под общ. ред. М. Г. Петровой. - Белгород: ИП Петрова М. Г., 2015. -Часть II. - С. 10-15.
11. Дышлюк С. С., Николаева О. Н., Ромашова Л. А. Научно-методические основы формализации процессов составления тематических карт для реализации инструментальной справочно-аналитической геоинформационной системы // Вестник СГГА. - 2011. -Вып. 1 (14). - С. 53-60.
12. Дышлюк С. С., Николаева О. Н., Ромашова Л. А. Формализация процесса создания тематических карт для широкого круга пользователей // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2015.
XI Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 13-25 апреля 2015 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2015. Т. 2. - С. 10-16.
13. Научно-методические основы формализации процессов составления тематических карт для реализации в среде ГИС / С. С. Дышлюк, О. Н. Николаева, Л. А. Ромашова, С. А. Сухорукова // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2011. - № 5. - С. 91-93.
14. Пластинин Л. А., Николаева О. Н. Применение картографических моделей природных ресурсов для системного планирования и ведения рационального природопользования // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2013. - № 4/С. - С. 109-112.
15. Николаева О. Н. Картографический метод исследования в формировании единого природно-ресурсного информационного пространства России // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2015. - № 4. - С. 109-113.
16. Николаева О. Н. Инфраструктура природно-ресурсных пространственных данных как средство формирования единого природно-ресурсного информационного пространства России // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2015. XI Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 13-25 апреля 2015 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2015. Т. 2. - С. 135-139.
17. Разработка инструментальной справочно-аналитической географической информационной системы : отчет о НИР (промежуточный) / науч. рук. Лисицкий Д. В. - Новосибирск : СГГА, 2012. - 129 с. - № ГР 01201058189. - Инв. № 02201361701.
18. Онлайн-приложение для подбора цветов и геренации цветовых схем ColorScheme.Ru [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://colorscheme.ru.
19. Назаров В. Н. Методы и изобразительные свойства в картографии. - М. : Геодезиз-дат, 1962. - 87 с.
20. Лютый А. А. Язык карты. - М. : Знание, 1981. - 48 с.
21. Салищев К. А. Проектирование и составление карт. 2-е издание. - М. : МГУ, 1987. -
240 с.
22. Бочаров М. Основы теории проектирования систем картографических знаков. -М. : Недра, 1966. - 136 с.
Получено 07.10.2015
© О. Н. Николаева, 2015
