8.1. Същност и цели на дисциплината "Цифрова картография"
Дисциплината "Дигитална картография" е неразделна част от картографията. Изучава и развива теорията и методите за създаване на цифрови и електронни карти, както и автоматизацията на картографския труд.
Картографията вече е преминала на ново качествено ниво. Във връзка с развитието на компютъризацията много процеси за създаване на карти са напълно променени. Появиха се нови методи, технологии и направления на картографиране. Възможно е да се отделят различни области, в които се занимава картографията днес: цифрово картографиране, триизмерно моделиране, компютърни системи за публикуване и др. В тази връзка се появиха нови картографски произведения: цифрови, (електронни и виртуални) карти, анимации, триизмерни картографски модели, цифрови модели на терена. Освен създаването на компютърни карти, задачата е формирането и поддържането на бази данни с цифрова картографска информация.
Дигиталните карти са неделими от традиционните карти. Теоретична основанатрупаните през вековете картографии са останали същите, само техническите средства за създаване на карти са се променили. Използване компютърна технологиядоведе до значителни промени в технологията за създаване на картографски произведения. Технологията за изпълнение на графични произведения е значително опростена: трудоемко рисуване, гравиране и др. ръчно изработен. В резултат на това всички традиционни материали за рисуване и аксесоари излязоха от употреба. Картограф, който познава софтуера, може бързо и ефективно да извърши сложна картографска работа. Има и много възможности за извършване на дизайнерска работа на много високо ниво: дизайн на тематични карти, корици на атласи, заглавни страници и др.
С въвеждането на компютърните технологии процесите на съставяне и подготовка на карти за публикуване бяха комбинирани. Не е необходимо да правите висококачествено ръчно копие на оригинала (публикуващ оригинал). Оригиналният дизайн, направен на компютър, прави много лесно редактирането и коригирането на бележки за корекция, без да се компрометира качеството му.
Предимствата на компютърната технология са не само идеалното качество на графичните произведения, но и високата точност, значително повишаване на производителността на труда и повишаване на качеството на печат на картографските продукти.
8.2. Дефиниции на цифрови и електронни картографски произведения
Първата работа по създаването на цифрови карти е започнала у нас в края на 70-те години. Понастоящем дигиталните карти и планове се създават главно от традиционни оригинални карти и планове, чертежни оригинали, тиражни отпечатъци и други картографски материали.
Цифровите карти са цифрови модели на обекти, представени като цифрово кодирани планови координати x и y и приложение z.
Цифровите карти са логически и математически описания (представления) на картирани обекти и връзки между тях (връзки на теренни обекти под формата на техните комбинации, пресичания, съседства, разлики във височината на релефа, ориентация към кардиналните точки и др.), формирани в координати, приети за конвенционални карти, проекции, системи от конвенционални знаци, като се вземат предвид правилата за обобщение и изискванията за точност. Подобно на обикновените карти те се различават по мащаб, тематика, пространствено покритие и т.н.
Основната цел на цифровите карти е да служат като основа за формиране на бази данни и автоматично компилиране, анализ и трансформиране на картите.
По съдържание, проекция, координатна система и височини, точност и оформление цифровите карти и планове трябва напълно да отговарят на изискванията за традиционните карти и планове. На всички цифрови карти трябва да се спазват топологичните връзки между обектите. В литературата има няколко определения за цифрови и електронни карти. Някои от тях са показани в тази тема.
Цифровата карта е представяне на обекти на карта във форма, която позволява на компютъра да съхранява, манипулира и показва стойността на техните атрибути.
Цифровата карта е база данни или файл, който се превръща в карта, когато ГИС създаде хартиено копие или изображение на екрана (W. Huxhold).
Електронни карти- това са цифрови карти, визуализирани в компютърна среда с помощта на софтуер и хардуер, в приети проекции, системи от конвенционални знаци, при спазване на установените правила за точност и дизайн.
Електронни атласи- компютърни аналози на конвенционалните атласи.
Капиталовите атласи се създават по традиционни методи за много дълго време, десетки години. Затова много често, още в процеса на създаване, съдържанието им остарява. Електронните атласи могат значително да намалят времето за тяхното производство. Поддържането на електронни карти и атласи в актуално състояние, актуализирането им в момента се извършва много бързо и ефективно.
Има няколко вида електронни атласи:
Атласи само за визуално разглеждане ("прелистване") - атласи за преглед.
Интерактивни атласи, в който можете да промените дизайна, методите на изображението и класификацията на картографирани явления, да получите хартиени копия на карти.
Аналитични атласи(ГИС-атласи), които ви позволяват да комбинирате и сравнявате карти, да извършвате техния количествен анализ и оценка и да наслагвате карти една върху друга.
В много страни, включително Русия, са създадени и се създават национални атласи. Националният атлас на Русия е официален правителствено изданиесъздаден от името на правителството Руска федерация. Националният атлас на Русия предоставя цялостна картина на природата, населението, икономиката, екологията, историята и културата на страната (фиг. 8.1). Атласът се състои от четири тома: том 1 - " основни характеристикитеритория"; том 2 - “Природа. Екология“; том 3 - “Население. Икономика"; том 4 - “История. култура.
Ориз. 8.1. Национален атлас на Русия
Атласът е издаден в печат и електронни форми(първите три тома, електронната версия на четвъртия том ще бъде издадена през 2010 г.).
Картографски анимации- динамични поредици от електронни карти, които предават на екрана на компютъра динамиката и движението на изобразените обекти и явления във времето и пространството (например движението на валежите,
движение на превозни средства и др.).
Често се налага да наблюдаваме анимации в ежедневието, например телевизионни карти с прогноза за времето, на които ясно се виждат движенията на фронтовете, зоните с високо и ниско налягане и валежите.
За създаване на анимации се използват различни източници: данни от дистанционно наблюдение, икономически и статистически данни, данни от преки полеви наблюдения (например различни описания, геоложки профили, наблюдения на метеорологични станции, материали от преброяване и др.). Динамичните (движещи се) изображения на картографски обекти могат да бъдат различни:
− преместване на цялата карта на екрана и отделни елементи от съдържанието на картата;
− промяна външен видконвенционални знаци (размер, цвят, форма, яркост, вътрешна структура). Например сляганията могат да бъдат показани като пулсиращи удари и т.н.;
− анимационни поредицирамкови карти или 3D изображения. По този начин е възможно да се покаже динамиката на топенето на ледниците, динамиката на развитието на ерозионните процеси;
− панорамиране, ротация на компютърни изображения;
− мащабиране на изображението, използване на ефекта на "прилив" или премахване на обекта;
− създаване на ефект на движение над картата (летене наоколо, заобикаляне на територията).
Анимациите могат да бъдат плоски и триизмерни, стереоскопични и освен това могат да се комбинират със снимка.
Триизмерните анимации, комбинирани с фотографско изображение, се наричат виртуални
карти (създава илюзията за реална местност).
Технологиите за създаване на виртуални изображения могат да бъдат различни. По правило първо се създава цифров модел на базата на топографска карта, въздушно или сателитно изображение, след което се създава триизмерно изображение на района. Боядисва се в цветовете на хипсометричната скала и след това се използва като реален модел.
8.3. Концепцията за географски информационни системи (ГИС)
Първите географски информационни системи са създадени в Канада, САЩ и Швеция за изучаване на природните ресурси. Първите ГИС се появяват в началото на 60-те години. В Канада. Основната цел на канадската ГИС беше задачата да се анализират данните от инвентаризацията на земята в Канада. У нас подобни проучвания започнаха двайсетина години по-късно. В момента в много страни съществуват различни географски информационни системи, които решават различни задачи в различни индустрии: в икономиката, политиката, екологията, кадастъра, науката и др.
В местната научна литература има десетки дефиниции на ГИС.
Географски информационни системи (ГИС) – хардуер и софтуер com-
комплекси, осигуряващи събиране, обработка, излагане и разпределение на пространството
венозно координиранданни (А.М. Берлянт). Една от функциите на ГИС е създаването и използването на компютърни (електронни) карти, атласи и други картографски продукти.
Географска информационна системае информационна система, предназначена да събира, съхранява, обработва, показва и разпространява данни, както и да получава
въз основа на тях нова информация и знания за пространствено координирани обекти и явления.
Същността на всяка ГИС е, че тя се използва за събиране, анализиране, организиране, съхраняване на различна информация, създаване на база данни. Най-удобната форма за представяне на информация на потребителите са картографски изображения, освен това информацията може да бъде представена и под формата на таблици, диаграми, графики, текстове.
Отличителна черта на ГИС е, че цялата информация в тях е представена под формата на електронни карти, които съдържат информация за обекти, както и пространствена референция на обекти и явления. Електронните карти се различават от хартиените по това, че всеки условен знак (обект), изобразен на електронна карта, съответства на информацията, въведена в базата данни. Това ви позволява да ги анализирате във връзка с други обекти. Чрез насочване на курсора на мишката, например, към който и да е регион, можете да получите цялата информация, въведена в базата данни за него (фиг. 8.2).
Ориз. 8.2. Получаване на информация за обект от базата данни
В допълнение, географските информационни системи работят с картографски проекции, което позволява проекционни трансформации на цифрови и електронни карти.
Ориз. 8.3. Избор на картна проекция в GIS MapInfo Professional
В момента са създадени специализирани земни геоинформационни системи, кадастрални, екологични и много други ГИС.
На примера на административната карта на Томска област, нека разгледаме възможностите на ГИС. Имаме база данни, която съдържа информация за размера на района на областите на Томска област и броя на жителите във всяка област (фиг. 8.4). Въз основа на тези данни можем да получим информация за гъстотата на населението на Томска област, освен това програмата изгражда карта на гъстотата на населението (фиг. 8.5).
Ориз. 8.4. Създаване на тематична карта на база въведените данни в базата данни
Ориз. 8.5. Карта на гъстотата на населението на Томска област, изградена в автоматичен режим
По този начин, отличителни чертиГИС са:
− рефериране на географски (пространствени) данни;
− съхранение, манипулиране и управление на информация в база данни;
− възможности за работа с проекции на географска информация;
− получаване на нова информация въз основа на съществуващи данни;
− отразяване на пространствено-времевите отношения между обектите;
− възможност за бързо актуализиране на бази данни;
− цифрово моделиране на терена;
− визуализация и извеждане на данни.
8.3.1. ГИС подсистеми
ГИС се състои от редица блокове, най-важните от които са вход, блок за обработка
и извеждане на информация (фиг. 8.6).
Ориз. 8.6. ГИС структура
Блок за въвеждане на информациявключва събиране на данни (текстове, карти, снимки и др.) и устройства за преобразуване на информация в цифрова форма и въвеждането й в компютърна памет или в база данни. По-рано за тази цел бяха широко използвани специални дигитайзери - устройства с ръчно проследяване на обекти и автоматично регистриране на техните координати. Сега те са изцяло подменени. автоматични устройства- скенери. Сканираното изображение се дигитализира с помощта на специален софтуер. Всички характеристики на дигитализираните обекти, включително статистически данни, се въвеждат от клавиатурата на компютъра. Цялата цифрова информация влиза в базата данни.
Базата данни е колекция от информация, организирана по такъв начин, че да може да се съхранява на компютър.
Осигурява формиране на бази данни, достъп и работа с тях система за управление на бази данни (СУБД), което ви позволява бързо да намерите необходимата информация и да извършите по-нататъшната й обработка.
Набори от бази данни и средства за тяхното управление образуват банки от данни.
Блок за обработка на информациявключва използването на различен софтуер, който ви позволява да свържете растерно изображение към конкретна координатна система, да изберете желаната проекция, да извършите автоматично генерализиране на елементи на съдържанието, да конвертирате растерно изображение във векторно изображение, да изберете методи за изображение, да изградите тематични и топографски карти , да ги комбинирате помежду си, както и да проектирате картографски произведения.
Блок за извеждане на информация- включва устройства, които ви позволяват да показвате резултати от картографиране, както и текстове, таблици, графики, диаграми, триизмерни изображения и др. Това са екрани (дисплеи), печатащи устройства (принтери), плотери и др.
ГИС за производствени цели включва и подсистема за издаване на карти, която ви позволява да правите печатни форми и да отпечатвате тиража на карти.
8.3.2. Организация на данните в ГИС
Данните, използвани в ГИС, могат да бъдат много различни: резултатите от геодезически и астрономически наблюдения, данни от теренни наблюдения (геоложки профили, почвени разрези, материали от преброяване и др.), различни карти, изображения, статистически данни и др.
Данните в ГИС имат многослойна организация, т.е. информацията за обекти с едно и също тематично съдържание се съхранява на един слой (хидрография, релеф, пътища и др.).
Така една ГИС карта се състои от набор от информационни слоеве (фиг. 8.7). Всеки слой съдържа различни видовеинформация: области, точки, линии, текстове и заедно съставляват карта.
Разпределението на обектите по слоеве ви позволява бързо да редактирате обекти, да работите със заявки и да правите различни промени. Слоевете на картата могат да се управляват: разменени, изключване на видимостта, блокиране, замразяване, изтриване и др.
При проектирането на цифрова карта слоевете трябва да бъдат подредени в определена последователност, така че при създаването на нов слой той се поставя на определено място. Слоевете фонови елементи трябва да бъдат поставени под слоевете елементи на щрих, така че да не покриват изображението. Последователността на поставяне на слоя предава правилността на наслагването на пунктирани и фонови елементи на картата.
Броят на слоевете за всяка карта може да бъде различен и зависи от предназначението на картата и задачите, които ще се решават на тази карта. Много важна задача е правилният състав на слоевете и разпределението на обектите по слоеве. Трябва да се помни, че голям брой слоеве могат да затруднят работата с картата.
Дигитална картография и ГИС
През последното десетилетие картографията преминава през период на дълбоки промени и технологични иновации, причинени от информатизацията на науката, индустрията и обществото като цяло. Имаше нужда от преразглеждане и предефиниране на много концепции на тази научна дисциплина. Например през 1987 г. в рамките на Международната картографска асоциация бяха създадени две работни групи по картографски дефиниции и концепции. Освен това, един от основните въпроси, които трябваше да бъдат проучени и разрешени, беше въпросът дали е възможно да се дефинира картографията без понятието "карта" и дали ГИС или нейните елементи трябва да бъдат включени в това определение. През 1989г. Работната група предложи следната дефиниция: "Картографията е организиране и предаване на географски ориентирана информация в графична или цифрова форма; тя може да включва всички етапи от събирането до показването и използването на данни." Понятието „карта“ не е включено в тази дефиниция, но се предлага да се разглежда отделно като „холичен (т.е. холистичен, структурен) дисплей и мисловна абстракция на географска реалност, предназначена за една или повече цели и трансформираща съответните географски данни в произведения, представени във визуални, цифрови или тактилни форми“.
Тези дефиниции предизвикаха много дискусии сред картографите и в резултат на това се появи алтернативна дефиниция на картографията, в която тя се разглежда като „организация, показване, комуникация и използване на пространствено координирана информация, представена в графичен, цифров и тактилен вид. формуляри; може да включва всички етапи от събирането на данни преди използването им при създаване на карти или други документи с пространствена информация.
Според повечето съвременни картографи технологичните аспекти на картографията не са основните в ерата на компютърните науки и всички дефиниции на картография чрез технологии са погрешни. Картографията остава приложна, предимно визуална дисциплина, в която комуникационните аспекти са от голямо значение. Погрешна е и оценката на компютърните карти в смисъл на тяхната прилика, неразличимост от ръчно създадени карти. Истинската стойност на ГИС технологията се крие именно във възможността за създаване на произведения от нов тип. При всичко това основната задача на картографията остава познаването на реалния свят и тук е много трудно да се отдели формата (картографското изображение) от съдържанието (отразената реалност). Напредъкът на геоинформационните технологии само увеличи обхвата на данните, които трябва да бъдат картографирани, разшири обхвата на научните дисциплини, нуждаещи се от картография. Екранните (дисплеи) карти и електронните атласи, които сега стават част от националните картографски програми в много страни, само укрепват връзките между картографията и компютърната графика и ГИС, без обаче да променят същността на картографията.
Трябва да се отбележи, че цифровата картография в генетичен план не е пряко продължение на традиционната (хартиена) картография. Той се е развил в хода на цялостното развитие на ГИС софтуера и затова често се разглежда като второстепенен ГИС компонент, който, за разлика от ГИС софтуера, не изисква голяма инвестиция на усилия и ресурси. И така, необучен потребител с помощта на съществуващ ГИС софтуер след няколко дни обучение вече може да създаде проста цифрова карта, но дори за един месец той не е в състояние да създаде работещ ГИС софтуер. От друга страна, както отбелязват картографите, поради привидната лекота и простота цифровата картография се подценява с всички произтичащи от това последствия.
Дигиталната картография оживя собствен живота свързването му с традиционната картография често се възприема като напълно излишно. Както знаете, създаването на традиционна хартиена карта изисква доста сложно оборудване, както и екип от опитни специалисти (картографи-дизайнери), които създават и редактират карти и извършват рутинна работа по обработка на първичен материал. Това е технически и технологично много сложен и времеемък процес. От друга страна, за да създадете цифрова карта, имате нужда само от персонален компютър, външни устройства, софтуер и оригиналната (обикновено хартиена) карта. С други думи, всеки потребител получава възможност да създава цифрови карти във формата Завършени продукти- дигитални карти за продажба. В резултат на това в момента много непрофесионалисти се занимават с дигитално картографиране, а отделянето от теорията и методологията на традиционната картография води до загуба на качеството на прехвърляне на геометрични и топологични форми на картографски обекти, тъй като възможността да рисувате добре на хартия не е достатъчно за висококачествена цифровизация (цифровизацията е по-сложен процес, тъй като трябва качествено да се апроксимират непрекъснати криви чрез линейни сегменти). В същото време качеството на дизайна също страда: често отпечатаните карти "наподобяват определен чертеж с набор от цветни петна, но не и карта изобщо".
Едва наскоро, с развитието на ГИС пазара, започна да нараства нуждата от висококачествени цифрови карти; потребителите започнаха да обръщат внимание не само на скоростта на дигитализиране на картите и ниската им цена, но и на качеството. Нараства броят на местата, където се обучават специалисти по ГИС технологията; Западните системи се русифицират и украинизират, разширявайки обхвата на потенциалните потребители на ГИС. Така се наблюдава тенденция за качествено развитие на дигиталната картография в следствие на цялостното развитие на ГИС технологиите.
Нека разгледаме някои характеристики на технологията за цифрово картографиране и основните параметри на цифровите карти. На първо място, трябва да се отбележи, че поради разнообразието от задачи, решавани с помощта на цифрови карти, е трудно еднозначно да се определят универсалните критерии за тяхното качество, така че най-общият критерий трябва да бъде способността да се даде решение на проблемът. В момента ситуацията на пазара на дигитални карти е такава, че те се създават предимно за конкретен проект, за разлика от традиционната картография, където за базова карта се използват вече съществуващи картографски материали. Ето защо най-често създаването на цифрова карта се определя не от утвърдени и изпитани във времето инструкции, а от разпръснати и не винаги професионално изготвени технически спецификации.
Качество на цифровата карта
Качеството на цифровата карта се състои от редица компоненти, но основните са информационното съдържание, точността, пълнотата и коректността на вътрешната структура.
Информативност.Картата като модел на реалността има епистемологични свойства, например, като смислено съответствие (научно обосновано показване на основните характеристики на реалността), абстрактност (обобщаване, преход от индивидуални към колективни понятия, избор на типични характеристики на обекти и елиминирането на второстепенните), пространствено-времево сходство (геометрично сходство на размери и форми, времево сходство и сходство на отношения, връзки, подчинение на обекти), селективност и синтетичност (отделно представяне на съвместно проявяващи се явления и фактори, както и единен холистичен образ на явления и процеси, които се проявяват отделно в реални условия). Тези свойства, разбира се, също влияят върху качеството на крайния продукт - цифрова карта, но основно принадлежат към компетенцията на създателите на оригиналното картографско произведение: създателите на традиционна изходна карта са отговорни за нейното информационно съдържание и когато при създаването на цифрова карта е важно да изберете правилния източник и правилно да предадете, като вземете предвид характеристиките на цифровото картографиране, информацията, вградена в оригиналната карта.
завършеност Трансфери на съдържание.Стойността на този параметър зависи главно от технологията за създаване на цифрова карта, т.е. от това колко стриктно се извършва контролът на преминаванията от операторите на обекти за цифровизация. За контрол може да се използва хартиено копие на дигитална карта, отпечатана върху пластмаса в мащаба на оригинала. При последващото налагане върху източника на цифровизация се проверява съдържанието на цифровата карта и изходния материал. Този метод може да се използва и за оценка на качеството на прехвърляне на форми на обекти, но е неприемлив за оценка на грешката в позицията на контурите, тъй като изходното устройство винаги дава забележимо изкривяване. Когато векторизирате растер, комбинирането на слоевете на създадената цифрова карта и растерния субстрат ви позволява бързо да идентифицирате пропуснатите обекти.
точност.Концепцията за точност на цифровата карта включва такива параметри като грешката в позицията на контурите спрямо източника, точността на прехвърляне на размерите и формите на обектите по време на цифровизацията, както и грешката в позицията на контурите на цифровата карта. карта спрямо терена, свързан с източника на цифрово картографиране (деформация на хартията, изкривяване на растерно изображение по време на сканиране и др.). В допълнение, точността зависи от софтуера, използвания хардуер и източника на цифровизация. В момента паралелно съществуват и се допълват две технологии за дигитализиране на карти - дигитайзерно въвеждане и дигитализиране чрез растер (сканиране). Практиката показва, че сега е трудно да се говори за предимството на който и да е от тях. При дигитализиране на дигитайзер основната работа по въвеждане на цифрови карти се извършва от оператора в ръчен режим, т.е., за да въведете обект, операторът насочва курсора към всяка избрана точка и натиска бутона. Точността на въвеждане по време на дигитализиране зависи до голяма степен от уменията на оператора. Когато векторизирате растерни карти, субективните фактори влияят по-малко, тъй като растерният субстрат ви позволява да коригирате входа през цялото време, но прехвърлянето на формата на обектите се влияе от качеството на растера и с назъбени ръбове на растерната линия , започват да се появяват завои на начертаната векторна линия, които са причинени не от общата форма на линията, а от локални нарушения на растер.
Правилността на вътрешната структура.
Готовата цифрова карта трябва да има правилна вътрешна структура, обусловена от изискванията за карти от този тип. Например, ядрото на картографската подсистема в ГИС, която използва цифрови векторни карти, е многослойна структура от карти (слоеве), върху която се извършват операции за търсене от край до край, операции за наслагване със създаване на производни цифрови карти и поддържане на връзката трябва да се извършат идентификатори на обекти на изходни и производни карти. За да поддържа тези операции, топологичната структура на цифровите карти в ГИС е обект на изисквания, които са много по-строги от, например, картите, които се използват за решаване на проблеми с автоматизирано картографиране или навигация. Това се дължи на факта, че контурите на обектите от различни карти (слоеве) трябва да бъдат строго съгласувани, въпреки че на практика, въпреки достатъчно точното цифровизиране на изходните карти поотделно, това съгласие не се постига и когато цифровите карти се наслагват, образуват се фалшиви полигони и дъги. Несъответствията могат да бъдат визуално неразличими до определена скала на увеличение, което е напълно приемливо за автоматизирани задачи за картографиране, фокусирани върху създаването на традиционни карти с фиксиран мащаб с помощта на компютър. Това обаче е напълно неприемливо за функционирането на ГИС, когато се използва строг математически апарат за решаване на различни проблеми на анализа. Например топологичната карта трябва да има правилна линейно-възлова (полигоните трябва да бъдат сглобени от дъги, дъгите трябва да бъдат свързани във възли и т.н.) и многослойна структура (съответстващите граници от различни слоеве съвпадат, дъгите на един слой са точно съседни към обектите на друг и т.н. д). Създаването на правилната структура на цифрова карта зависи от възможностите на софтуера и от технологията на дигитализация.
В момента в света вече е формирана цяла индустрия за цифрово картографиране, разработен е обширен пазар за цифрови карти и атласи. Първият успешен търговски проект тук, очевидно, трябва да се счита за Цифровия атлас на света (произведен от Delorme Mapping Systems), издаден през 1988 г. Следва британският Domesday Project /100/, в резултат на който е създаден дигитален атлас на Великобритания на оптични дискове (като изходни карти и топографски основи са използвани военни топографски материали). От 1992 г. Агенцията за картографиране на Министерството на отбраната на САЩ създава и актуализира Цифровата карта на света (DCW) в мащаб 1: 1 000 000. В много страни по света вече са създадени национални цифрови атласи и общи географски карти . На фиг. 5.1 показва черно-бяла разпечатка на един от фрагментите от цифровия атлас на света.
Дигитална картография - 3.7 от 5 на базата на 6 гласа
Цифровите карти могат да бъдат директно възприемани от човек при визуализиране на електронни карти (на видео екрани) и компютърни карти (на солидна основа) и могат да се използват като източник на информация при машинни изчисления без визуализация под формата на изображение.
Цифровите карти служат като основа за производството на конвенционални хартиени и компютърни карти върху твърда основа.
Създаване
Цифровите карти се създават по следните начини или комбинация от тях (всъщност методи за събиране на пространствена информация):
Дигитализация (дигитализация) на традиционни аналогови картографски продукти (например хартиени карти);
фотограметрична обработка на данни от дистанционно наблюдение;
Проучване на терен (например геодезично тахеометрично изследване или проучване с помощта на инструменти за глобални сателитни системи за позициониране);
· камерална обработка на данни от теренни проучвания и други методи.
Методи за съхранение и предаване
Тъй като моделите, описващи пространството (цифрови карти), са много нетривиални (за разлика например от растерни изображения), за тяхното съхранение често се използват специализирани бази данни (DB, вижте пространствена база данни), а не единични файлове с даден формат.
За обмен на цифрови карти между различни информационни системи се използват специални формати за обмен. Това могат да бъдат или популярни формати на някои производители на софтуер (например DXF, MIF, SHP и т.н.), които са станали де факто стандарт, или международни стандарти (например такъв стандарт на Open Geospatial Consortium (OGC) като GML).
Картография
Картографията (от гръцки χάρτης – папирусова хартия и γράφειν – рисувам) е наука за изследване, моделиране и изобразяване на пространственото разположение, съчетание и взаимовръзка на обекти, природни явления и общество. В по-широко тълкуване картографията включва технологии и производствени дейности.
Обекти на картографията са Земята, небесните тела, звездното небе и Вселената. Най-популярните плодове на картографията са образно-знакови модели на пространството под формата на: плоски карти, релефни и обемни карти, глобуси. Те могат да бъдат представени върху твърди, плоски или обемни материали (хартия, пластмаса) или като изображение на видео монитор.
Раздели на картографията
Математическа картография
Математическата картография е изследване на начините за показване на повърхността на Земята в равнина. Тъй като повърхността на Земята (приблизително сферична, която често се описва с концепцията за земен сфероид) има определена кривина, която не е равна на безкрайност, тя не може да бъде показана на равнина със запазване на всички пространствени отношения едновременно: ъгли между посоки, разстояния и области. Можете да запазите само някои от тези съотношения. Важна концепция в математическата картография е картографската проекция, функция, която определя трансформацията на сфероидните координати на точка (т.е. координатите на земния сфероид, изразени в ъглова мярка) в плоски правоъгълни координати в една или друга картографска проекция (в с други думи, в лист с карта, който може да се разпъне пред вас на повърхността на масата). Друг важен клон на математическата картография е картометрията, която позволява използването на картографски данни за измерване на разстояния, ъгли и площи върху реалната повърхност на Земята.
Изготвяне и проектиране на карти
Изготвянето и проектирането на карти е област на картографията, област на техническия дизайн, която изучава най-адекватните начини за показване на картографска информация. Тази област на картографията е тясно свързана с психологията на възприятието, семиотиката и подобни хуманитарни аспекти.
Тъй като картите показват информация, свързана с голямо разнообразие от науки, има и такива раздели на картографията като историческа картография, геоложка картография, икономическа картография, почвена картография и други. Тези раздели се отнасят до картографията само като метод, а по съдържание те се отнасят до съответните науки.
Дигитална картография
Цифровата (компютърна) картография е не толкова самостоятелна част от картографията, колкото неин инструмент, поради състояние на техникатаразвитие на технологиите. Например, без да отменя методите за преизчисляване на координатите при показване на земната повърхност в равнина (изучава се в такъв фундаментален раздел като математическата картография), цифровата картография промени начините за визуализиране на картографски произведения (изучава се в раздела " Съставяне и проектиране на карти").
Така че, ако по-рано оригиналната карта на автора е била начертана с мастило, днес тя е нарисувана на екрана на компютърния монитор. За да направите това, използвайте автоматизирани картографски системи (ACS), създадени на базата на специален клас софтуер (SW). Например GeoMedia, Intergraph MGE, ESRI ArcGIS, EasyTrace, Panorama, Mapinfo и др.
В същото време ACS и географските информационни системи (GIS) не трябва да се бъркат, тъй като техните задачи са различни. На практика обаче един и същ набор от софтуер е интегриран пакет, използван за изграждане както на ACN, така и на ГИС (ярки примери са ArcGIS, GeoMedia и MGE).
Създаване на електронни карти (контури) на полета.
За ефективно управлениеНяма да е излишно земеделското предприятие да знае точно с каква площ разполагате. Не е необичайно ръководителите и агрономите на ферми да знаят само приблизително размера на полетата си, което се отразява негативно на точността на изчисляване на необходимите торове и изчисляване на добива. С помощта на GPS приемник, полеви компютър и специален софтуер (софтуер) можете да получите електронни карти (контури) на полета с точност до сантиметър!
Технологиите за пестене на ресурси, включително прецизното земеделие, включват работа с електронни полеви карти. Това е геоинформационната база, на базата на която се извършват почти всички агротехнически операции в прецизното земеделие. Например, една от най-сложните агротехнически операции на прецизното земеделие - диференцираното приложение на минерални торове се основава на карти на разпределението на хранителните вещества (N, P, K, хумус, ph) в полето. За целта се извършва и агрохимическо изследване на земеделските земи.
Но дори ако електронните карти на полето не се използват за по-нататъшното прилагане на технологиите за прецизно земеделие, ползите от създаването на такива карти са очевидни. Познавайки точните площи на вашите ниви и разстоянията между тях, вие можете по-ефективно и рационално:
1. Изчислете количеството на необходимите торове и агрохимикали, както и посевния материал
2. Вземете предвид получения добив
3. Изчислете планирания разход на гориво и смазочни материали
4. Водете годишен отчет на засетите площи с висока точност за всяка култура
5. Съхранявайте история на полетата (сеитбообращения)
6. При необходимост изгответе визуални отчети висока прецизност(печат на карти)
Създаването на полеви контури се извършва с помощта на GPS приемник, полеви компютър и софтуер, комбинирани в един софтуерно-хардуерен комплекс. В режим "многоъгълник" е необходимо да заобиколите или заобиколите полето по границата му и да запазите получения контур. При записване можете да посочите името на полето и други необходими атрибути и бележки. След като запазим контура, ще знаем точната площ на полето.
Софтуерът също така ви позволява да прилагате друга геоинформационна информация: линии и точки. Линиите могат да се управляват при маркиране на работни площи в полетата. Например, ако вече имате електронни карти на вашите полета за миналата година и трябва само да коригирате разположението на културите в полетата тази година, тогава няма нужда да очертавате отново полетата. Необходимо е само да се начертаят разграничителни линии между културите и то само ако две или повече култури се отглеждат на едно и също поле.
Точките се използват за картографиране на елементи на полето като стълбове, големи скали и т.н.
Цялата получена геоинформация от софтуерно-хардуерния комплекс трябва да бъде прехвърлена на стационарен компютър за по-нататъшен анализ и използване при изчисления и при вземане на управленски решения. На стационарен компютър трябва да бъде инсталиран и геоинформационен софтуер (ГИС), който ще ви позволи да работите правилно с информацията, получена в полетата. За тези цели препоръчваме да използвате програмата MapInfo ©.
По принцип можете да използвате всяка ГИС система, която работи с .SHP (Shape) формат. Почти всички ГИС системи могат да работят правилно с този формат. Въпреки това MapInfo © според нас е най-добрият избор за отчитане на акра и историята на полето. в mapinfo. Можете да създавате тематични карти, да наслагвате контурите на вашите полета върху сателитни и въздушни снимки, както и върху дигитализирани топографски карти. Също така в MapInfo има удобен инструмент за измерване на разстояния (например за измерване на разстоянието от гаража до полето).
В днешно време преобладава много високо ниво на автоматизация и това се отразява в почти всички области на човешката дейност. Във връзка с такова значение на техническия прогрес възниква цифровата картография, която е компютърна обработка и анализ на картографска информация. На този моментцифровата картография е най-популярната в своята научна област, тъй като сега създаването на всякакви картографски изображения се извършва на компютър.
Цифровата картография не може да се нарече отделна дисциплина или раздел. Това е най-вероятно ефективен инструмент, което ви позволява удобно и бързо да обработвате картографски данни с помощта на компютър. Влиянието на дигиталната картография върху науката обаче е наистина силно и този начин на изобразяване на терена коренно промени принципа на визуализация на територията.
Нека сравним цифровата картография със стария начин за създаване на карти. В древни времена картографите прекарвали дни и нощи пред картата, рисувайки всеки елемент с мастило. Такава работа беше много трудна и разходите за труд бяха просто неоправдани. Сега технологията за създаване на карти се е променила значително и сега компютърът върши цялата рутинна работа и много по-бързо. При обработката на картографска информация на компютър, спец автоматизирани системи, които имат много функционалност, състояща се от инструментите, необходими за създаване на карти. Благодарение на своята гъвкавост автоматизираните системи за картографиране предоставят много възможности за съвременните картографи, които наистина опростяват и подобряват процеса на илюстриране на района.
Тази формулировка на легендарния капитан Врунгел, великолепна по краткост и капацитет, напълно разкрива задачите, решавани от навигаторите с помощта на навигацията в навигацията, независимо от това къде минават - на езерото, в морето или в океана.
В продължение на няколко хилядолетия компасът, картата и секстантът са били основните навигационни инструменти. След като достигнаха съвършенство в хода на развитието, тези три кита, на които се основаваше навигацията, все пак се превърнаха в пречка за техническия прогрес в навигацията. Увеличаването на размера и скоростта на корабите, увеличаването на интензивността на корабоплаването изисква въвеждането на нови навигационни технологии, автоматизация на навигацията и повишаване на безопасността на корабите. Традиционните инструменти на корабния капитан не отговарят на тези изисквания.
За да се излезе от безизходицата, беше необходим качествен скок в картографията - и той се случи в края на миналия век. Нови високопроизводителни компютри направиха възможно дигитализирането на хартиени карти, съхраняването им, записването им на компактен носител, предаването им по комуникационни линии и възстановяването им отново на компютърни дисплеи.
Върхът на съвременните навигационни и компютърни технологии беше създаването на мозъка на модерен плавателен съд - електронната картографска информационна система ECDIS, която показва карти и позицията на плавателния съд, начертава маршрут и контролира отклоненията от даден маршрут, изчислява безопасни курсове , предупреждава навигатора за опасност, поддържа корабен дневник и управлява автопилота и др.
Съвременната електронна картографска система се състои от три основни елемента - цифрови карти, записани на всякакви носители (предимно на CD), GPS приемник и компютър с подходяща софтуер. Такава система се използва на големи кораби от професионалния флот, но на малки плавателни съдове - лодки, моторни и ветроходни яхти, малки рибарски лодки - използването й е свързано с големи трудности, обикновено поради липса на място и необходимост от защита на компютъра от вода, влага, морска сол . Затова за малкия флот бяха създадени специални устройства с различни имена - картографи, навигационни и картографски системи, навигационни центрове, съдържащи GPS приемник в запечатания си корпус, компютър с фабрично инсталирана програма и миниатюрен носител на картографска информация (патрон). ).
Разгледайте отделните елементи на навигационната и картографска система на малък кораб.
Носители на картографска информация за навигационни системи на малки плавателни съдове (картографи) са мини-патрони. Ако световната база данни с електронни карти обикновено се записва на лазерни компактдискове, тогава набор от карти с различни мащаби на отделни региони се записва на мини-патрони. Броят на записваемите карти зависи от капацитета на касетата. Така например една касета C-Map NT+ може да съдържа набор от карти на Азовско и Черно море.
Има няколко системи за електронни карти, използвани за записване на карти на касети: C-Mar NT+, Navionics Nav-Charts™, Furuno MiniChart и някои други. Колекцията от касети C-Map NT+ има най-голямо покритие на Световния океан и най-важното е, че включва електронни карти на вътрешните региони: Ладожкото и Онежкото езера, Финския залив, Баренцово, Бяло, Азовско, Черно и Каспийско море морета, водни зони, прилежащи към Далечното източно крайбрежие на Русия. Затова в бъдеще ще говорим за оборудване, което работи с електронни карти във формат C-Map NT +. Касетите C-Map NT+ се произвеждат от международната компания C-MAP, чийто представител в Русия е C-MAP Russia.
Има касети, подходящи за кратки "развлекателни" пътувания (Local), има такива, които се използват за преходи на средни разстояния (Standard), и има касети, предназначени за дълги пътувания (Wide). Например, ако една S (стандартна) касета съдържа карти на Онежкото или Ладожкото езеро, тогава касетата съдържа
W (Wide) включва едновременно карти на двете езера и източната част на Финския залив. Специално за рибарите са пуснати касети, които включват батиметрични данни. Повечето C-MAP NT+ касети съдържат информация за порта и прилива, която може да бъде показана от потребителя на дисплея на плотера. Една касета може да съдържа повече от 150 електронни навигационни карти и планове на пристанища в различни мащаби от 1:1500000 до 1:1500.
Специална потребителска касета (USER C-Card) ще ви позволи да запишете координатите на всяка точка, която може да ви е необходима при следващото ви пътуване, независимо дали е ресторант на брега или място за гмуркане.
Ако искате да работите по пътя, който сте изминали, или да планирате бъдещия си маршрут, докато сте у дома, можете да използвате PC Planner NT. Този инструмент е проектиран да използва персонален компютър (PC) като инструмент за навигационно планиране. Екранът на компютърния дисплей показва наличните електронни карти, използващи C-MAP NT+ касети, които се използват директно на борда на кораба. Функциите на PC Planer NT са преглед на карта, мащабиране, създаване на персонализирани маркировки, планиране на маршрут, преглед на изминатото разстояние. Всяка функция за планиране на графичен плотер може също толкова лесно да се приложи на домашен компютър.
Източниците на данни за електронни карти на C-MAP са официални карти, произведени от хидрографски служби, собствено производстводанни по договори с хидрографски служби, дигитализация на материали за проучване на малки пристанища при липса на официални хартиени карти (по поръчка на местните власти).
Картографската база данни на NT подлежи на редовни актуализации въз основа на известия от моряци. Три пъти годишно се правят нови издания на базата данни NT. Потребителят може да смени стара касета за коригирана (както и да закупи нова), просто като се свърже с офиса на S-MAR в Русия или с някой от дилърите.
КАРТОПЛОТЕР
Картографът (или навигационен център) е функционално завършено устройство, съдържащо във водоустойчивия си корпус GPS приемник (при някои модели приемникът може да е дистанционен), компютър с фабрично заредена програма, монохромен или цветен дисплей, клавиатура за управление и слот за влизане на патрона. Някои модели нямат GPS приемник и информацията за собствените им координати идва от външен източник. Задължителен елемент е порт за вход-изход на информация в международния морски формат NMEA 0183.
С работа и характерни особеностиНека се запознаем с картографите на примера на популярен модел - Raychart 520 с монохромен дисплей или неговия аналог Raychart 530 с цветен дисплей, произведен от известната английска компания Raymarine.
И двата картографа имат 12-канален паралелен GPS приемник, комбиниран с антена. Приемникът има всички необходими функции: определяне на координати и параметри на движение, възможност за създаване и съхраняване на точки и маршрути по тях, инструменти за графично показване.
За да се улесни работата с картографите, в тях фабрично е инсталирана карта на света с всички основни пристанища и населени места. Той не съдържа подробна информация, присъща на морската карта, така че може да се използва само когато е известно, че няма навигационни опасности.
От касетата се въвеждат подробни карти на определен район (напр. Онежко езеро, Черно море), за което картографът има един или два слота.
РАБОТА С КАРТПЛОТЕР
Включете приемника, като натиснете бутона POWER. Още едно натискане на този клавиш - и контролите за яркост на подсветката и контраст на изображението се появяват на екрана, което ви позволява да регулирате качеството на изображението.
Почти всички картографи се управляват по същия начин, както в компютър, чрез менюто или чрез тракбола и функционалните клавиши. С помощта на менюто задайте необходимите настройки за дисплея, трака, мерни единици, зони за охрана и др., изберете различни функции, създайте маршрути и точки.
След включване на устройството, веднага щом неговият GPS приемник получи сателитни сигнали, на екрана ще бъде инсталирана карта на района на местоположението на кораба, чието изображение ще бъде разположено в центъра. Ако има касета за тази област, екранът ще се покаже подробна картаконкретна област.
Движението на съда се показва на дисплея по един от двата начина. В първия случай знакът му остава неподвижен в центъра на екрана на фона на движеща се карта, във втория случай знакът се движи от центъра към ръба на екрана и при достигането му се връща обратно едновременно с изместването на картата. При необходимост може да се покаже траекторията на движение на кораба и текущите му координати.
Използване на курсора
Курсорът играе важна роля при работа с картографа. С негова помощ се решават много задачи: измерване на азимута и обхвата на обекти, определяне на техните координати, създаване на точки и маршрути, получаване на информация и много други. Нека да разгледаме няколко функции на курсора като пример.
Ако по време на навигация стане необходимо да се определи разстоянието до някакъв обект на картата (банки, забележителности), достатъчно е да преместите курсора върху тази точка и нейните координати ще се появят в информационния прозорец, както и обхватът и посоката спрямо плавателния съд. По същия начин с помощта на курсора се получава информация за имената на островите, отбелязани на картата, населени места, пристанища, условия за навигация, дълбочини и др.
Използването на курсора прави създаването на точки и маршрути много по-лесно. За разлика от GPS приемника, където тази задача се решава с помощта на хартиена карта с допълнително въвеждане на получените координати чрез менюто, в картографа това се прави лесно и бързо с помощта на курсора: просто го поставете на правилното място на електронната карта и натиснете желания клавиш. След това получената точка може лесно да се редактира, да й се даде символ или име, да се премести на друго място или да се изтрие.
По подобен начин се създава маршрут: присвоява се номерът му и последователно се нанасят точки върху картата на екрана с курсора, които определят маршрута на кораба. Резултатите от полагането ще останат на картата под формата на прекъсната линия, която може да бъде коригирана по време на подготовка и по време на навигация чрез преместване, добавяне или изтриване на точки с курсора.
Получените маршрути и техните съставни точки се поставят на специални страници под формата на таблици с координати. Можете да ги преименувате, да присвоявате символи (например котва, кръст, риба и т.н.), да променяте координатите, да изтривате и можете да правите това не само в плуването, но и у дома, като използвате режима на симулация за това.
Плаване по маршрута Под "навигация по маршрута" ще разбираме последователното движение от точка до точка по предварително планиран и запаметен маршрут с помощта на техническите и софтуерни възможности на устройства, позволяващи контролиране на отклоненията на кораба от дадена посока.
В съвременните картографи, когато плавате по маршрут, контролът на отклонението се извършва по два начина: или чрез позицията на корабната марка върху определения маршрут, или с помощта на специални графични индикатори, обикновено използвани в GPS приемници - „магистрала“ („път“ “), „компас“, „маршрут“. Някои модели картографи могат да комбинират и двата режима на един екран, което улеснява навигацията в трудни навигационни среди. В допълнение, графичните индикатори ви позволяват да използвате устройството като обикновен GPS приемник на места, където не са налични карти на C-Map NT.
Ако маршрутът е създаден предварително и е съхранен в паметта на инструмента, тогава чрез менюто влизате в библиотеката на маршрута, намирате желания и го активирате по един от наличните методи, след което се показва частта от картата с маршрута на екранът и картографът преминават в режим на навигация. В този случай прозорецът с данни ще показва посоката към първата точка от маршрута, разстоянието до нея, времето за пътуване и времето на пристигане, а графичните дисплеи ще показват отклонения от истинския курс. При пристигане в първата точка устройството автоматично ще превключи на режим на движение до следващата точка и така до пристигането в крайната точка на навигация. Приближаването до точка на определено разстояние по избор може да бъде придружено със звуков сигнал едновременно с появата на съобщение в информационния прозорец на екрана.
Навигация по точки
Навигацията по точки е специален случай на навигация по маршрут, така че принципите на използване на картограф и навигация са едни и същи.
Точките могат да бъдат създадени предварително и съхранени в паметта на устройството, откъдето могат да бъдат извлечени, активирани с функцията GO TO и използвани за навигация. Създаването на точки по време на плаване е много ефективно с курсора: просто преместете курсора до желаното място и натиснете клавиша GO TO и картографът ще навигира до избраната точка.
СЕРВИЗНИ ФУНКЦИИ
Информационна база данни
Всеки картограф съдържа набор от информационни данни, чийто обем и съдържание може да варира от модел до модел. Част от информационната база се въвежда по време на производството на устройствата, а основната част идва заедно с електронната карта на района.
Основната част от базата данни е навигационна информация, която винаги присъства във всеки картограф. Това включва информация за дълбочини, навигационни опасности, навигационни условия, имена на острови, заливи, пристанища и др. Такива данни обикновено се показват автоматично в информационния прозорец, когато курсорът се постави върху този обект или, при някои модели, когато знакът на кораба навлезе в определената зона близо до обекта. Можете да получите повече, ако искате. подробна информацияотносно маркирания обект: височината, цвета и характеристиките на светлините на фарове и шамандури, забележителности, характеристики на навигационни зони, информация за наличието на забрани за плуване и риболов и др.
Вторият блок данни може да съдържа списък на пристанища и убежища за тази карта с разстояния до кораба и упътвания до тях, техните характеристики (наличие на телефон и телеграф, болници, петролни депа, характеристики на акваторията). Често списъкът с пристанища е подреден в ред на увеличаване на разстоянията до кораба, което позволява, ако е необходимо, бързо да изберете най-близкия подслон.
Персонализирани функции
Под това не много правилно име имаме предвид набор от голямо разнообразие от функции, които улесняват работата на потребителя с картографа. Всеки модел на устройството има свой собствен набор от функции, така че ще се съсредоточим само върху най-често срещаните.
MOV ("Човек зад борда")
Това е един от основни функции, което ви позволява да запомните мястото на човек, който е паднал зад борда с едно натискане на клавиш и да поставите картографа в навигационен режим до точката на удара.
Връщане към функцията на кораба
Когато полагате маршрут или когато разглеждате карта с помощта на курсора, можете да „загубите“ маркировката на кораба. За бързо връщане на мястото на плавателния съд има функция, която може да се нарече „НАЧАЛО“, „Намери кораб“, „Кораб“ или нещо друго в различните модели. Натискането на този екранен бутон бързо показва част от диаграмата, в центъра на която е съдът и курсорът.
Запис на песен
Когато корабът се движи, всеки картограф трябва да записва и запазва изминатия маршрут. Най-сложните и скъпи инструменти могат да съхраняват няколко следи заедно с техните характерни характеристики и, ако е необходимо, да ги възпроизвеждат, коригират и използват за навигация.
Навигационни аларми
Тази функция ви позволява да генерирате аларми (предупреждения) в случаите на навлизане в установената зона, при приближаване на точка от маршрута, до навигационна опасност, при преминаване над място, където дълбочината е по-малка от определената, когато корабът се движи. на котва.
Картографски каталози
Някои скъпи картографи често включват каталози с карти, които улесняват намирането или поръчката на правилната касета по време на пътуване. Каталогът с карти може да бъде както за региона, така и за света.
"Ехолот"
Тази функция, налична на някои картографи, ви позволява да четете текущите стойности на дълбочината от диаграмата и да ги показвате на екрана едновременно с диаграмата в цифрова или графична форма.
Съвременният пазар предлага голям изборкартографи, произведени от различни фирми, с различни размери на екрана, цветни и монохромни, преносими и стационарни. Приложението предоставя спецификации за някои от най-разпространените инструменти, използващи C-Map NT и C-Map NT+ картография. В заключение за хартиената карта. Картографът несъмнено е по-удобен от хартиената карта, не се мачка, не се къса, не се намокря, лесен е за използване, има по-богати информационни възможности. Хартиената карта обаче остава и до днес, заедно с бордовия дневник, основният документ на навигатора, с който в случай на авария се занимават компетентните органи.
Запомни това!
|
Характеристики на някои електронни картографи на различни производители |
|||||
| RAYMARINE Raychart 320 |
RAYMARINE Raychart 520 (Raychart 530) |
ИНТЕРФАЗА Chartmaster 7MX (Chartmaster 7CVX) |
ИНТЕРФАЗА Chartmaster 11MX (Chartmaster 11CVX) |
ФУРУНО |
|
|
4,75" |
7" монохромен |
6" монохромен |
10,4" монохромен |
5.6" цвят |
|
| Приемник |
12 канала |
12 канала |
12 канала |
12 канала |
8 канала |
| Пътни точки | |||||
| Брой маршрути | |||||
| Храна, В | |||||
| Размери, мм | |||||
| Тегло, кг | |||||
| Приблизителна цена, у.е. | |||||