Составление карты

производят на листе ватманской бумаги, наклеенном на алюминиевый лист (во избежание деформации бумажного листа из-за колебаний температуры и влажности воз­духа). Перенос изображения с источников на оригинал осуще­ствляют несколькими способами.

1. Наиболее простым способом, широко используемым в учеб­ном процессе, является перерисовка по координатной сетке (по клеточкам). Предварительно картографические сетки источника и оригинала сгущают, а затем на глаз или при помощи пропорционального циркуля перерисовывают изображение, од­новременно проводя генерализацию. Размеры клеток зависят от необходимой точности передачи источника на составительский оригинал и варьируют от 3 до 10 мм.

2. В картографическом производстве широко используют фото­механический способ, при котором карту-источник фотографируют, трансформируют в нужную проекцию и уменьшают до масштаба составляемого оригинала. Осложнить эту процедуру может различие в проекциях исходной и составляемой карты. Если эти проекции близки, можно осуществить перенос по час-ям. В противном случае исходную карту прежде трансформиру­ют. Фоторепродукцию совмещают с оригиналом, монтируя ее по координатной сетке, и генерализуют изображение. Совмещенное с оригиналом карты фотоизображение источника служит осно­вой для нанесения по нему рисунка новой карты (новых конту­ров, границ). Поэтому фотоизображение должно быть линейным, легко устраняться или не воспроизводиться при последующем репродуцировании оригинала, в связи с чем его делают в виде светло-синего отпечатка на чертежной бумаге ("синьки"), накле­иваемой на жесткую основу. При последующем фотографировании светло-синяя краска исчезает, и остаются лишь те объекты, ко­торые были вычерчены картографом тушью в соответствии с про­граммой карты.

3.При использовании нескольких источников для составления оригинала карты применяют проекционные аппараты, которые проецируют с помощью лучей оптическое изображение карт-ис­точников на сетку составительского оригинала. Картографичес­кие эпидиоскопы позволяют совмещать с оригиналом непрозрач­ные рисунки, которые перерисовывают путем обводки на ориги­нале нужных очертаний оптического изображения.

В качестве материала для составления оригиналов карт, под­лежащих репродукции, широко используют прозрачные недефор-мирующиеся пластики. На них можно воспроизвести контуры карты фотопутем, а также гравированием или вычерчиванием. Использование пластиков существенно облегчает картосостави-тельский процесс, прежде всего за счет их прозрачности и воз­можности получения копий светокопированием без фотогра­фирования.

Сравнение различных способов позволяет выявить их преиму­щества и недостатки.

☼ Фотомеханический способ, например, об­ладает большей производительностью и достаточной точностью, если уменьшение не превышает 3-4 раз.

☼ Составление же по ко­ординатным сеткам одинаково возможно при любых соотноше­ниях масштабов и при переходе из одной проекции в другую, но его отличает слабая точность и низкая производительность ра­бот.

■ Подготовка к изданию Для обеспечения высокого качества карты выполняют ряд работ, называемых подготовкой карты к изданию. Как уже отмечалось, составительский оригинал вычер­чивают от руки и он не может служить образцом для издаваемой карты. Таким образцом является издательский оригинал.

До се­редины XIX в. печатные оттиски на бумаге получали с медной или деревянной пластины, на которой ручным способом выреза­ли (гравировали) штриховой рисунок карты.

Затем гравюру заменила литография,

А изобретение фотографии позволило заме­нить дорогой и малопроизводительный ручной труд фоторепро­дуцированием.

При этом процессе с оригинала карты готовят негатив, с которого получают печатные формы для штриховых элементов. Совмещенные оттиски с печатных форм называются штриховыми пробами. Они служат для оценки качества изго­товления оригиналов, а также для проверки совмещенности эле­ментов между собой.

Оттиск штриховой пробы с фоновой акварельной раскраской в цветах, которыми будет отпечатана карта, служит основой для изготовления печатных форм фоновых красок.

Совмещенный оттиск со всех печатных форм карты, дающий полное представ­ление об окончательном виде карты, называется красочной про­бой.

Этот этап завершает подготовку карты к изданию. По кра­сочной пробе должного качества выдается разрешение на печата­ние карты, она же служит образцом при печатании карты.

Значительные изменения в процессах подготовки карты к изданию произошли в результате внедрения электронного цветоделения, в результате которого с многокрасочного оригина­ла автоматически получают цветоделенные растровые негативы и позитивы, используемые для непосредственного изготовления с них печатных форм. Современные цветоделители позволяют готовить негативы с изменением масштаба изображения, с уче­том особенностей бумаги, красок и т.д. Точная передача расцвет­ки оригинала и полное устранение ручных работ при изготовле­нии печатных форм существенно ускоряют издание карт и повы­шают их качество.

■ Издание карты.

Печатание карты на бумаге осуществляют посредством оттиска на ней печатной формы, заранее покрытой краской.

В зависимости от строения печатной формы печать мо­жет быть плоской, глубокой и высокой.

♦Плоская печать является пока основным способом в картоиздании. Ее называют так потому, что как печатающие, так и про­бельные элементы печатающей формы лежат в одной плоскости. Лист алюминия или цинка покрывают светочувствительным сло­ем, поверх него располагают негатив карты и осуществляют экспонирование. Под воздействием света линии рисунка на пе­чатной форме начинают воспринимать типографскую краску и отталкивать воду. Пробельные элементы, напротив, восприни­мают воду, но отталкивают краску. Передача полутонового изображения — плавных переходов от светлых к темным тонам (бликов, полутеней, теней) в плоской пе­чати воспроизводится в виде множества точек различной величины, столь частых, что каждая в отдельности не различается нашим зрением, а в целом воспринимаются как полутоновое изображение. Переход от полутонового рисунка оригинала к штриховому дости­гается тем, что изображение фотографируется через растр (решет­ку) — легкую сетку награвированных на стекле тонких взаимно перпендикулярных непрозрачных линий (от 24 до 60 на 1 см), в силу чего изображение на негативе разбивается на точки, более крупные на светлых участках оригинала и уменьшающиеся в размерах на темных местах. На печатной форме точки не воспринимают краску (являются пробельными элементами); печатающими элементами служат промежутки между точками. Таким образом изготовляется полутоновая печатная форма.

♦При глубокой печати на пластину, покрытую светочувствительным слоем, фотопутем переносят рисунок карты, затем химически его вытравливают и в полученные углубления закаты­вают краску. Поверх печатной формы накладывают лист бума­ги, придавливают его прессом, под воздействием чего бумага вдав­ливается в углубления и перенимает рисунок карты.

♦При высокой печати на печатной форме рисунок делают вы­пуклым, оставляя углубленные места не закрашенными. При печати краска с выступающих элементов переносится на лист бумаги.

Рассмотренные способы печати дают зеркальное изображение рисунка, так как являются контактными (производят оттиск с форм на бумагу)

Чтобы получить прямое изображение, применяют про­межуточную поверхность специального валика. Та­кой способ печати называется офсетным.

♦Офсетный способ печати, при котором краска сначала передается с печатной формы на промежуточную поверхность рези­нового полотна ротационного валика, а затем с нее на бумагу, дает возможность получить прямое изображение карты.

Пе­чатная форма в ротационных (вращающихся (лат.)) офсетных машинах укрепляется на формном цилиндре. На офсетном цилиндре натянута резина, а на другом цилиндре прикреплен лист бумаги для получения оттиска прямого изображения карты. На печатную форму в процессе печа­тания наносится краска из красочного аппарата, которая после­довательно при взаимодействии (соприкосновении) цилиндров пере­ходит с формного на офсетный и с него на печатный цилиндр, на котором прикреплен лист бумаги (будущая карта). Самонакладчик подает бумагу на печатный цилиндр и после восприятия краски снимает с него и укладывает в самоприемник.

Современные офсетные машины осуществляют печатание не­сколькими красками, что устраняет необходимость пропускать каж­дый лист бумаги через несколько машин, каждая из которых на­носит на карту только одну краску. Такие машины имеют произ­водительность от 4000 до 7000 оттисков в час. Печатные формы на офсетных машинах годны для получения от 15 000 до 100 000 от­тисков.

Автоматизация процессов создания карт

Внедрение средств автоматизации в процесс создания карт вызвало повышение производительности труда, улучшение каче­ства картографической продукции, разработку новых техноло­гий. Автоматическое дистанционное зондирование, сопровожда­емое передачей изображений по каналам радиосвязи на Землю и оперативным их использованием, открыло новые возможности для создания карт. Степень автоматизации на разных этапах работ может ме­няться от частичной, когда компьютер заменяет человека только на отдельных операциях, до комплексной, охватывающей и свя­зывающей все основные процессы.

Вначале автоматизации подверглись массовые рутинные опера­ции: построение картографических сеток топографических карт, фотонаборное воспроизведение подписей, картографический ди­зайн и т.д. Затем была решена проблема автоматизации процесса создания аналитических карт. В настоящее время осуществляет­ся автоматизация процесса создания комплексных карт, требую­щая оперативного взаимодействия между картографом и компь­ютером (интерактивное вмешательство человека в работу ЭВМ). Этот сложный процесс включает преобразование географическо­го изображения посредством считывающих устройств в цифро­вую форму и последующее воспроизведение графического изоб­ражения в виде оригиналов карт.

Последовательность действий задается специальными програм­мами. Информация, подлежащая картографированию, фиксиру­ется на магнитных лентах или дисках. Локализация простран­ственной информации осуществляется по координатам, поступа­ющим в цифровой форме. Процесс получения координат основы­вается на том, что каждой точке на земной поверхности соответ­ствует одна точка на карте. Следовательно, точки, линии и пло­щади на картах могут быть представлены как совокупности мно­жества точек, объединенных тем или иным способом.

Операция по переводу рисунка карты в цифровой вид называет­ся цифрованием. Оно осуществляется на специальных приборах -цифрователях (дигитайзерах) тремя основными способами:

- ручным обводом контуров с автоматическим измерением и записью координат;

- автоматизированным построчным сканированием;

- направленным (векторным) сканированием, когда про­слеживание линий осуществляется при взаимодействии картог­рафа и сканирующего прибора.

Этап цифрования является начальным. Полученная в боль­ших объемах цифровая информация подвергается математичес­кой обработке и трудоемким вычислительным работам по уста­новлению координат каждой точки, а также пространственной локализации привязанной к ней географической нагрузки.

Эта процедура может иметь самостоятельное значение, если выпол­няется для осуществления генерализации или в картометричес­ких целях. Поэтому числовую логико-математическую обработку информации выделяют в отдельный, второй, этап автомати­зированного создания карты.

Заключительный этап представляет воспроизведение циф­ровой информации в картографической форме. Оно может осу­ществляться на алфавитно-цифровых печатающих устройствах (АЦПУ), графопостроителях, а также видеоэкранах (дисплеях).

Карты, воспроизведенные в АЦПУ, специфичны для восприятия и требуют определенного навыка для работы с ними. Качество картографического изображения, полученного на графопострои­телях или на экранах с последующей их распечаткой, значи­тельно выше. Карты, построенные и отредактированные на дис­плее, записанные для хранения на видеомагнитофон или зафик­сированные на микрофильм, позволяют перейти к так называе­мой "безбумажной" технологии.

С внедрением персональных компьютеров особого внимания заслуживают программы, позволяющие работать с изображени­ем непосредственно на экране, а также строить картографичес­кие изображения по цифровым данным. Наиболее простыми при этом являются растровые графические программы, где неслож­ная карта может быть нарисована на экране при помощи "мыши". К недостаткам этих программ следует отнести невозможность совмещать полученные изображения с аналогичными, трансфор­мировать их или осуществлять иную исследовательскую работу.

Существуют системы автоматизированного проектирования, позволяющие вводить картографические изображения в вектор­ном режиме. Программы, действующие при этом, обеспечивают произвольное масштабирование, совмещение нескольких изобра­жений, возможность проведения измерений. Растровым програм­мам они уступают в наборе возможностей оформления изображе­ний.

Все эти программы позволяют проводить автоматизирован­ное построение карт при обучении в вузе и школе. В учебном процессе можно использовать простейший способ создания осно­вы карты - копирование на экране приложенного к нему про­зрачного оригинала с помощью "мыши". Недостатком при этом является небольшой формат оригинала, низкая точность и ма­лая скорость ввода, однако это не играет существенной роли при обучении и не требует дорогостоящих технических средств для воспроизведения.

В условиях современного картографического производства используются автоматические устройства разной степени слож­ности. Для автоматизации работ в сфере "создания - использования" карт используются автоматизированные картографические системы (АКС), под которыми понимают совокупность техничес­кого, математического и информационного обеспечения.

АКС могут состоять из одного или множества автоматизирован­ных рабочих мест разной конфигурации, объединенных с помощью ЭВМ и средств связи в структурные сети. К ним могут подключаться телефонные аппараты и телексы, системы обработки текста и т.д. В результате картографы вступают в постоянную и независимую от расстояния связь друг с другом в режиме "электронной почты" и имеют постоянный доступ к ба­зам данных и вычислительным центрам коллективного пользо­вания.

База данных — это поименованная совокупность массивов дан­ных в любом (сетевом, иерархическом, табличном) виде, доста­точно полно представляющих объекты природы и общества, их пространственное размещение, взаимоотношение, свойства и из­менение во времени. Организованная совокупность баз данных, объединенных общностью применения и управляемых специаль­ной системой, называется банком данных (БД). БД состоит из баз топографических и картографических данных и базы знаний (факты, правила, данные в текстовом виде, управляющие струк­туры). Он является информационной основой географических информационных систем (ГИС) - относительно нового на­правления развития современной картографии.

ПОНЯТИЕ О ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Под географическими информационными системами понима­ют совокупность реализованных с помощью ЭВМ и программ­ных средств баз географо-картографических данных, предназ­наченных для проведения исследований и моделирования в ин­тересах многих пользователей.

Географические информационные системы предусматривают совместное использование ряда традиционных и новых научных дисциплин, выдвигают требования новой культуры мышления и новых подходов к обработке данных. Хорошо функционирую­щие ГИС способствуют улучшению планирования и управления регионами, значительно ускоряют процесс создания карт.

* Первая реально работающая система появилась в начале 60-х годов XIX в. в Канаде. 70-е и 80-е годы были отмечены расширением области применения ГИС, развитием многоцелевых систем, су­щественной технической и технологической модернизацией, пе­реходом от простых процессорных систем к компьютерным се­тям с телекоммуникациями, интеграцией отдельных систем в региональные, национальные, межнациональные и глобальные структуры с целью решения важных научных, хозяйственных и экологических проблем, внедрением в технологию ГИС экс­пертных систем на основе данных дистанционного зон­дирования Земли.

В бывшем СССР многие работы были связаны с адаптаци­ей зарубежного опыта. В настоящее время несовершенство ма­тематического и технического обеспечения, отсутствие опыта у пользователей часто не позволяют эффективно применять уже разработанные системы. В Беларуси функционирующих полномасштабных систем пока нет, но формируются отдельные блоки будущих ГИС, как, например, в лесном хозяйстве (лесхозах).

Созданию ГИС, кроме названных причин, препятствует тот факт, что традиционные информационные потоки сильно раз­рознены, большая доля информации остается в статистических управлениях или фондах отдельных ведомств. Помимо этого российские космические снимки высокой разрешающей способ­ности содержат очень большой объем информации, что затрудняет процесс их автоматизированной цифровой обработки.

Компонентами ГИС являются подсистемы: управления база­ми данных, накопления, обработки и анализа данных, опе­ративного картографического их воспроизведения. Созда­ние ГИС требует разработки все более эффективных средств ввода, обработки, анализа и воспроизведения информации; приемов совмещения разнородных источников данных; объединения спутниковых и картографических систем. ГИС способствовали развитию и становлению нового направления в географии - геоинформатики.

Создание географических информационных систем позволи­ло проводить географическое моделирование в привычном для географа виде - картографическом. Геоинформационная техно­логия обеспечивает наиболее привычный для географа инстру­ментарий исследования, так как моделирование выполняется на картографической основе. Большинство ГИС включают в свои задачи создание карт, а также анализ картографических произведений.

Лекция № 9

Тема: Использование карт. Картографический метод исследования.

Вопросы: Понятия о картографическом методе исследования. Приемы картографического метода: визуальный, графический, картометрический и морфометрический, приемы математической статистики. Использование карт для изучения динамики природных процессов, для охраны и контроля окружающей среды.

КАРТА КАК СРЕДСТВО ПОЗНАНИЯ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТИ.

КАРТОГРАФИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Географические карты — одно из важных средств познания окружающей нас действительности. С их помощью решаются многие научные и практи­ческие народнохозяйственные задачи, связанные с планированием, строительством, рациональным использованием природных ресур­сов и размещением производительных сил, обороной государства, освоением новых земель, поиском полезных ископаемых, изучением окружающей среды и ее мониторингом. Особенно большое значение в настоящее время приобрели самые различные тема­тические карты как средство исследования в цикле географических наук.

Долгое время считалось, что задача картографии состоит в разработке методов и процессов создания карт. Современными теоретическими исследованиями доказано существование двух картографических образов: первый возникает в представлении картографа и воплощается в карте (этап создания карты), второй формируется у потребителя при работе с картой (этап использо­вания карты). Эти этапы взаимосвязаны и оказывают суще­ственное влияние друг на друга. Цель первого этапа — переход от реальной действительности к карте, цель второго — использова­ние для познания реальной действительности через готовые кар­ты. Информация, полученная по картам, может применяться как для изменения действительности, так и для совершенствования методов создания карт и их содержания.

Способы использования карт для извлечения из них новой информации и практической деятельности развиваются уже не одно столетие.

В первобытном обществе картографические ри­сунки были связаны с охотой, выпасом животных, поиском ис­точников воды, новых троп и т.д.

В Древнем Египте, Греции и Риме уже были известны простейшие способы определения по картам расстояний, подсчета площадей земельных угодий. Карты применялись также для ориентирования в пространстве, путеше­ствий, межевания земель, фиксации разнообразных сведений.

Великий картограф средневековья Герард Меркатор (1512— 1594) сопровождал создаваемые им картографические произведе­ния указаниями по применению. К изготовленному им в 1541 г. глобусу прилагалось специальное руководство "Книга о пользо­вании глобусом". На карте мира, созданной им в проекции, но­сящей ныне его имя, помещены врезки "Методы измерения рас­стояний на местности", "Краткие указания к применению роз направлений" и чертеж для решения навигационных задач.

Первые опыты использования карт для научного исследова­ния относятся к XVIII и XIX вв., когда систематизация громад­ного фактического материала привела к созданию первых науч­ных карт.

В свою очередь, по картам были подмечены многие глобальные закономерности (открытие А.Гумбольдтом клима­тических зон по картам изотерм, созданная А. Вегенером теория дрейфа континентов на основе сходства очертаний берегов Бра­зилии и атлантического побережья Африки (впоследствии не подтвердилась — основанием явились спутниковые геодезические измерения), выявлены связи одних явлений с другими, предска­заны многие не открытые еще объекты.

В России в развитии картографического метода использования (КМИ) большую роль сыграли В.Л.Крафт, Ф.И.Шуберт, Н.Е.Зернов, ИЛ.Стрелъбицкий. Одним из крупных картографов в истории использования карт в России был Алексей Андреевич Тилло (1839—1899) - составитель первых гипсометрических карт Европейской России. Им выявлен и нанесен на карту главный водораздел мира, вычислены координаты центров материков, обнаружены экстремальные высоты и глубины в пределах по­ясов 20—30° и 30-40° с. и ю.ш., доказана взаимосвязь геологии с орографией, выявлено влияние орографии на расселение сла­вянских племен.

Известная ныне рифтовая зона, простирающая­ся по долготе через всю Восточную Африку, была впервые обна­ружена А.А.Тилло путем чисто картометрических определений. Наконец, им и его ближайшими сотрудниками только в Ази­атской России были измерены площади бассейнов и длины свыше 3 тыс. рек.

Современником А.А.Тилло был крупнейший русский геолог Александр Петрович Карпинский (1846/47-1936). Многие его геологические построения и тектонические гипотезы базирова­лись на анализе картографической информации. Например, он расположил континенты Австралии (с шельфом), Евразии, Се­верной и Южной Америки вдоль большого круга, "косвенного к меридиану". При этом обнаружилось большое сход­ство очертаний материков, а также подобие в распределении гор­ных хребтов, имеющих тем большее разветвление, чем крупнее континент. Основываясь на этой закономерности, ученый довольно точно предсказал расположение горных хребтов в неизученной тогда Антарктиде (Соломко, иллюстрации рис 13.1 и 13.2).

Классической считается работа Дмитрия Николаевича Анучина (1843-1923), сделавшего на основе сравнения гипсометри­ческой карты Европейской России с геологической картой вывод о тектонической обусловленности основных орографических эле­ментов Русской равнины.

Впоследствии большой вклад в развитие теории КМИ внесли Ю.М.Шокальский, Н.М.Волков, В.И.Философов, КА.Салищев, А.М.Берлянт и другие ученые.

Картографический метод

На основе богатого практического и теоретического материала, накопленного за многие годы исследований трудами ученых географов и картографов вычленился специфический раздел картографии, в котором изучаются теория и методика применения карт для познания отображенных на них явлений, который и был назван картографическим методом исследования.

Впервые употребил термин «картографический метод» изучения и исследования действительности К. А. Салищев, внесший большой вклад в развитие теории картографии. «Суть картографическо­го метода,— пишет К. А. Салищев,— состоит во включении в процесс исследования промежуточного звена — географической карты как модели изучаемых явлений. При этом карта выступает в двоякой роли: в качестве средства исследования и как его предмет в виде модели, заменяющей собой реальные явления, непосредственное изучение которых невозможно или затруднительно».

А. В. Гедымин, своими работами способствовавший развитию советской картографии, большое внимание уделил карте как «сред­ству труда» и предложил выделить вопросы использования карты в качестве особого раздела картографии. Им разработана таблица основных направлений использования карты как орудия труда в историческом аспекте.

Некоторые задачи, решаемые с помощью карт:

- Ориентирование по карте в раз­мещении, взаиморасположении различных географических объек­тов, явлений

- Визуальная оценка по карте рас­стояний, направлений, форм, пло­щадей (сопоставление размеров)

- Ориентирование по карте на мест­ности

- Применение карты как средства идеологического воздействия

- Измерение по .карте расстояний (длин) и направлений

- Применение карты как основы для нанесения различных данных

- Измерение по карте площадей

- Определение по карте высот, кру­тизны и решение других задач, связанных с рельефом

- Научное обобщение и прогнози­рование

- Изучение по картам структуры, взаимосвязей и динамики явлений. Использование карт в исследова­ниях и охране окружающей среды и ее мониторинга.

Дальнейшее углубленное развитие картографический метод исследования получил в трудах А. М. Берлянта, разработавшего теоретические и методические аспекты проблемы и практические приемы использования карт в цикле географических наук.

Под термином картографический метод исследования понимает­ся метод использования карт для познания отображенных на них явлений и процессов.

Как пишет А. М. Берлянт (1986): «Познание включает полу­чение по картам качественных сведений и количественных харак­теристик явлений и процессов, изучение взаимосвязей и взаимо­зависимостей в геосистемах, их динамики и эволюции во времени и в пространстве, установление тенденции развития и прогноз буду­щих состояний геосистем».

Познание явлений реального мира с помощью картографичес­кого метода можно схематически свести к следующим этапам: