терной картографии: высокие капитальные затраты, хотя и сократившиеся к настоящему времени; компьютерные методы все еще не обеспечивают производство высококачественных карт — ощущается потеря уважения к картографическим традициям и, следовательно, увеличивается производство «карт-подделок».

Один из магистральных путей совершенствования геоинформационного картографирования — опора на опыт отечественной школы географической картографии.

7.3. Географические основы ГК

Наследуя структуру традиционного географического картографирования, ГК включает отраслевое и комплексное, аналитическое и синтетическое направления. В соответствии с классификациями, принятыми в картографии, в ГК выделяют виды и типы картографирования. Его можно разделять по пространственному охвату, масштабу, назначению, степени синтеза и иным основаниям [Картоведение, 2003].

При постоянно наблюдаемых проявлениях стремительного прогресса программно-аппаратного и информационного обеспечения ГК, сравнительной простоты и распространенности компьютерного картографирования, доступности для пользователей, не имеющих достаточной географо-картографической подготовки, все более очевидной становится необходимость его содержательного географического обоснования [География, общество, окружающая среда, 2004].

Развитие ГИС и ГК дает географии и родственным ей наукам о Земле и обществе уникальный шанс действительно стать основой передовой научной технологии, базой для развития геоинформационной (географической информационной) индустрии [Берлянт, 1996]. Для этого необходимо сосредоточить усилия географов не столько на аппартатно-программном, сколько именно на географическом обеспечении ГИС-технологий и ГК. Они необходимы именно для географического анализа и отображения структурных закономерностей, динамики и взаимосвязей природных, социальных, экономических и экологических явлений на основе имеющегося обилия фактических данных, которые трудно не только обработать даже с применением компьютерных технологий, но и осмыслить без подробного географического анализа.

Традиции отечественной школы атласного картографирования — опыт комплексных географических исследований и системного тематического картографирования — служат основанием при разработке проблем ГК. Геоинформационное картографирование возникло и развивается как прямое продолжение комплексного, синтетического — системного картографирования в новой геоинформационной среде.

Комплексные географические исследования всегда предусматривали изучение генезиса, состояния и тенденций развития геосистем. В разных отраслях географии накоплен обширный арсенал методов изучения конкретных объектов и процессов. Многие из них реализуемы с применением ГИС-технологий. Это методы географического моделирования геосистем и их компонентов, районирования, классификации, структурного и типологического анализа, выявления корреляционных взаимосвязей, ведущих факторов размещения и развития объектов и процессов (см. главу 5).

Основанные на принципах географической интерполяции и экстраполяции, такие методы позволяют продолжать выявленные закономерности в будущее время и на неизученные объекты, способствуют решению в ГК задач географического прогноза и мониторинга. Приемы ключевых исследований, детальных в пределах эталонных участков, обеспечивают возможность автоматического выполнения контролируемой классификации и распознавания объектов. Их достоверность находится в прямой зависимости от географической репрезентативности выбранных ключей (эталонов).

Принципы комплексирования и оптимизации набора источников информации — карт, снимков, полевых наблюдений, статистических данных и др. и приемов их анализа — это одно из достижений методики географических исследований. Поэтому повышение надежности ГИС и ГК связано с разработкой географически достоверных критериев рационального, т. е. целесообразно ограниченного комплекса данных и набора методов, поскольку до сих пор проявляется стремление к максимально полному использованию имеющихся в распоряжении источников, невзирая на их избыточность, взаимозависимость или даже противоречивость.

Методы географической индикации, давно применяемые в комплексных географических исследованиях, приобрели особое значение для ГК и ГИС-технологий. Индикация позволяет по совокупности

характерных внешних признаков судить о явлениях, скрытых от непосредственного наблюдения. Ландшафтно-индикационные методы эффективны при картографировании почв и ландшафтов, выявлении ареалов заболеваний и поиске полезных ископаемых, обнаружении радиоактивного загрязнения и зон тектонических разломов, оценке качества грунтовых вод и изменений климата, при дешифрировании снимков. Наиболее значимые индикационные признаки — рисунок изображения, его морфологический облик, структурно-текстурные особенности и топологические связи. По сути дела, речь идет о принятии решений относительно наличия и свойств какого-либо объекта по набору косвенных признаков, представленных на картах и снимках, — задача, типичная для ГИСтехнологий. Географическая индикация особенно востребована для формирования баз знаний, разработки правил и методик принятия решений и, следовательно, для географического обеспечения ГК в целом.

Сходства и аналогии между атласами как системными географи- ческими произведениями и ГИС прослеживаются по многим линиям. Они одинаковы по пространственному охвату (от глобального до муниципального), тематике (геологические, экологические и т. п.), назначению (научно-справочные, учебные, навигационные и др.). Атласы и ГИС могут быть комплексными или узко отраслевыми, иначе говоря, проблемно-ориентированными. Общая структура ГИС, отдельных блоков и слоев информации во многом повторяет структуру атласов и их разделов. Нередко ГИС имеют своим прототипом традиционные «бумажные» атласы либо создаются как продолжение и расширение электронных атласов.

Среди характерных свойств атласов, которые должны быть внедрены в проектирование БД ГИС и в методику геоинформационного картографирования, следует выделить:

•общность географических основ и базовых карт;

•согласование легенд, шкал и градаций;

•соблюдение, по возможности, единого уровня генерализации, цензов и норм отбора;

•единство изобразительных средств и дизайна;

•взаимное согласование карт;

•приуроченность содержания к определенной дате (согласование данных во времени).

2 7 2 Глава 7. Задачи и методы геоинформационного картографирования

При проектировании и создании баз данных геометрическое согласование по проекциям и масштабу — достаточно легко решаемая задача, тогда как увязка тематического содержания разных слоев в процессе картографирования — узловая и достаточно сложная проблема (см. параграф 5.1.6).

С географическим обоснованием и выполнением согласования карт при ГК неразры вно связан выбор основы и базовой карты, которые служат каркасом для географической привязки и координирования всех данных, вводимых в ГИС, совмещения информационных слоев и последующего анализа с применением процедур оверлея. В зависимости от тематики и проблемной ориентации ГК в качестве базовых могут быть избраны следующие основы [Картоведение, 2003]:

•карты административно-территориального деления;

•топографические и общегеографические карты;

•кадастровые карты и планы;

•фотокарты, ортофотопланы местности;

•ландшафтные карты;

•карты природного районирования и схемы природных контуров;

•карты использования земель.

Возможны и комбинации этих основ, например, сочетание ландшафтных карт с топографическими, где рельеф передан горизонталями, или фотокарт с картами использования земель и т. п.

7.4. Структура системы геоинформационного картографирования

На разработку структуры и создание автоматизированных картографических систем (АКС) с конца 70-х гг. были направлены значительные усилия картографов, математиков, программистов, специалистов по электронной технике. Считалось, что решение технических проблем позволит решить все задачи автоматизации в картографии. И действительно, мониторы и другие устройства графического ввода-вывода, постоянно развиваясь в достижении графического совершенства, оказали существенное влияние на развитие АКС и ГИС и далее — систем геоинформационного картографирования.

По составу компьютерных средств современные системы геоинформационного картографирования практически ничем не отличаются от ГИС, которые по «техническому» определению являются системами, состоящими из подсистем ввода, хранения, обработки и вывода информации. Набор их технических и программных средств, в основном, сформировался (описание см. в разделе 3.1).

Основные отличительные особенности систем геоинформационного картографирования и ГИС содержатся в подсистемах хранения, обработки и вывода информации. Они связаны с содержанием базы данных и набором программ для моделирования, анализа и отображения информации с целью создания карт.

В системе ГК база данных должна быть преимущественно картографической специализации, представляющей собой упорядоченное множество взаимосвязанных цифровых карт в составе системы геоинформационного картографирования.

Цифровая карта — цифровая модель карты, созданная путем цифрования картографических источников, фотограмметрической обработки данных дистанционного зондирования, цифровой регистрации данных полевых съемок или иным способом в отличие от цифровых пространственных данных в ГИС и цифровых моделей местности.

Как уже отмечалось (см. параграф 2.3.2), цифровые карты содержит не атрибуты моделируемых ими объектов реальности, а свойства картографических знаков, выражающих эти атрибуты графически. Основное назначение цифровых карт — компьютерное картографирование (изготовление бумажных карт).

Цифровая картографическая информация может организовываться в картографические БД, картографические банки данных.

Картографическая база данных — совокупность взаимосвязанных картографических данных. Они формируются для каждой предметной области исследования, для которой создаются или создавались ранее цифровые карты, образуя в совокупности картографический банк данных.

Картографический банк данных (КБнД), или банк цифровых карт, — это информационная система централизованного хранения и коллективного использования картографической информации, которая содержит совокупность картографических баз данных, СУБД и комплекс прикладных программ.

Процесс создания карт в ГИС намного более гибок, чем в традиционных методах ручного или автоматического картографирования. Он начинается с создания картографической базы данных, к достоинствам которых можно отнести следующие свойства:

•непрерывность (без деления на отдельные листы и регионы как карты);

•возможность создания карт (в электронной или бумажной форме) на любую территорию, задаваемого масштаба, с нужной нагрузкой, с ее отображением требуемыми символами;

•легкость пополнения новыми данными (например, из других баз данных), а имеющиеся в ней данные можно корректировать по мере необходимости;

•быстрое копирование данных и их пересылка по локальным и глобальным сетям.

Другое отличие системы ГК и ГИС заложено в блоке обработки информации — наборе программных функций. В системе ГК программные функции обеспечивают автоматизированное создание карт и их воспроизведение в бумажной форме, но могут не обладать развитыми возможностями пространственного анализа и моделирования, необходимого для ГИС.

Современная тенденция проявляется в использовании в обеих системах одних и тех же программных комплексов — ГИС-пакетов. а также распространенных графических пакетов программ, что снимает необходимость создания специализированных систем ГК. Чаще это понятие применяют, когда хотят подчеркнуть основную задачу — создание компьютерной карты в традиционном виде и наличие устройств вывода такой карты (в ГИС созданные картографические слои хранятся в БД и могут при необходимости выводиться в виде картографического изображения только на экран монитора — в виде электронной карты).

Рынок коммерческих ГИС-пакетов, обладающих развитыми функциями создания карт, обширен и продолжает наращиваться, особенно в направлении настольных картографических систем. Наибольшее распространение как картографические получили ГИС-пакеты, произведенные в США: ArcView (ESRI) и Maplnfo (Maplnfo Corporation), а также профессиональные ГИС-пакеты

ArcGIS и GeoMedia. Из отечественных разработок наиболее распространены пакеты GeoDraw и GeoGraph Центра геоинформационных технологий ИГ РАН, ГИС «Карта-2005».

Для систем геоинформационного картографирования важны требования к подсистеме графического вывода. Они должны выбираться с учетом: возможности работы с большими изображениями, качества цветопередачи, отсутствия геометрических искажений, визуального качества создаваемых карт и т. п.

Поскольку процесс создания цифровой и компьютерной карты длителен и утомителен, особенно для глаз, нужно уделять должное внимание выбору монитора. Технические характеристики их описаны в разделе 3.3. В настоящее время в качестве пригодных для рабочего места картографа могут считаться жидкокристаллические мониторы (ЖКМ) с размером экрана не менее 19 дюймов.

ЖКМ обладают рядом преимуществ перед ЭЛТ-мониторами, среди которых:

•каждый пиксел формируется индивидуально, что обеспечивает абсолютную фокусировку, ясность и четкость; отсутствие мерцания и следа от движущихся объектов;

•отсутствие ошибок совмещения цвета и геометрических искажений;

•шаг пикселов зависит только от их размера, а не от расстояния между ними, поэтому изображение получается более целостным и гладким;

•входной сигнал может быть как аналоговым, гак и цифровым;

•ЖКМ имеют пониженное потребление энергии и теплоотдачи.

Разрешение ЖК экранов стремится к показателям лазерных принтеров, достигая шага пикселов 0,18 мм.

Принтеры и плоттеры должны быть высокого геометрического разрешения с расширенными возможностями управления цветом.

Перьевые графопостроители создают векторные изображения путем перемещения пера под управлением компьютера. Большинство устройств дискретно — линия рисуется большим количеством движений заданной длины в заданных направлениях. Для смещений существует только восемь направлений, однако размер шага настолько