Преобразование картографического изображения

Преобразование картографического изображения — это перевод его в новый вид, более удобный для решения данной конкретной задачи. Итогом преобразования исходной карты всегда бывает одна или несколько производных карт.

Средствами преобразования могут быть различные логико- математические и графические операторы. В каче­стве последних используют различные сетки и палетки (в виде квадратных, треугольных, гексагональных, круговых сеток, накла­дывающихся на карты). Преобразования выполняются по ячей­кам сетки, а полученные в результате новые показатели оформ­ляются в виде картограмм либо в виде изолинейных карт. Изоли­нии (псевдоизолинии) проводят путем интерполяции между центрами ячеек.

Различают неперекрывающиеся и перекрываю­щиеся (скользящие) операторы. Перекрывающиеся опера­торы позволяют сгущать сетку преобразования, меняя величину перекрытия, но не изменяя при этом размера ячейки сетки («скользящего окна»). Такой прием делает преобразование более плавным, облегчая последующую интерполяцию между центрами ячеек.

Кроме регулярных сеток, для преобразований используют слу­чайные операторы, когда ячейки располагаются на исходной карте произвольно, например, в соответствии с таблицами случайных чисел.

Различают следующие параметры графических операторов: размер, т. е. площадь ячейки, внутри которой производится преобразование; шаг — величина смещения ячейки; перекры­тие— площадь перекрытия «скользящего окна». При выборе размера оператора следует руководствоваться следующим пра­вилом: площадь ячейки сетки должна быть сопоставима с раз­мерами структурных форм (выделов, ареалов), имеющихся на исходной карте. Кроме того, следует учесть детальность исход­ного картографического изображения и желательную подробность производной карты. При разных параметрах преобразования результаты оказываются различными, поэтому на производных картах необходимо указывать вид, размер, шаг и другие характе­ристики операторов преобразования. Различают несколько типов преобразований.

Схематизация — преобразование, имеющее целью устра­нение второстепенных деталей исходного изображения и представ­ление изучаемого явления в упрощенном виде. Например, при схематизации гипсометрического изображения и снятии мелких деталей эрозионного расчленения более выпукло предстают основ­ные закономерности, главные элементы орографической струк­туры.

Детализация—такое преобразование, в результате кото­рого исходная карта становится более подробной. Так, на топо­графической карте можно детализировать изображение эрозион­ной сети, проведя по изгибам горизонталей тальвеги временных водотоков. Это позволит получить более подробное представление об эрозионном расчленении местности.

Квантификация — преобразование картографического изо­бражения, имеющее целью перевод качественных характеристик изучаемого явления в количественную форму. Обычно это преоб­разование связано с получением разного рода относительных морфометрических показателей, таких, как плотность, густота, ча­стота встречаемости объектов. Например, карты, показывающие распространение пашни, оврагов, численность животных и т. п., трансформируются в карты распаханности, овражности и плотно­сти распространения животных.

Квалификация или перевод в качественную форму имеет целью заменить картографическое изображение, содержащее количественные показатели, новым изображением, дающим качественные характеристики. Примером может служить проведение районирования территории по какой-либо изолинейиой карте. В результате на производной карте будут выделены рай­оны и дана их качественная характеристика.

Ко н т и н у а л и з а ц и я — преобразование, состоящее в замене дискретного картографического изображения непрерывным.

Континуализация связана с полной трансформацией изображения, изменением концепций картографирования и введением таких понятий, как «географическое поле» и «статистическая поверх­ность». Примером являются преобразования карты тектонических трещин и разломов в карту поля трещиноватости или карты люд­ности поселений — в карту поля плотности населения. Подобные преобразования выполняются обычно путем подсчета плотностей объектов (разломов, населенных пунктов) по ячейкам сетки с по­следующим проведением псевдоизолиний плотности. Карты полей плотности очень выразительны. На них читаются максимумы и минимумы, легко определяется их сравнительная интенсивность. Такие карты удобно сопоставлять с другими изолинейными изо­бражениями.

Дискретизация — преобразование, обратное континуализации, имеющее целью перевод непрерывного изображения в ди­скретную форму. Дискретизация всегда сопровождает получение по карте любых выборочных данных. В ходе дискретизации исход­ная карта предстает обычно в виде цифровой модели.

Разложение на составляющие — преобразование, связанное с выделением различных компонентов изображаемого явления. Чаще всего применяется для .выявления нормальной и аномальной компонент в размещении того или иного явления. В задачах разложения полагают, что изображенное на карте яв­ление z представляет собой результат совокупного влияния не­скольких факторов: основных, фоновых (нормальных) - z_ф, до­полнительных, остаточных (аномальных) — z₀;

z = z_ф + z₀ .

В итоге разложения составляют две (или более) карты, одна из которых отражает основные факторы,— карта фоновой поверхности, а другая (другие)—дополнительные или ано­мальные факторы — карта остаточной поверхности. Подобные преобразования чаще всего применяются к геофизиче­ским картам для выделения регионального фона и аномалий маг­нитных, гравиметрических и других нолей. Аналогичным

образом преобразуются некоторые географические карты: поля расселе­ния, плотности дорожной сети, густоты овражного расчленения и др. В качестве средства преобразований выступают различные осредняющие палетки, математические операторы (сглаживаю­щие, фильтрующие функции и т. п.), статистические регрессии и др.

Различают простые (однократные) и сложные (много­кратные) преобразования картографического изображения. Слож­ные преобразования имеют разные варианты:

Параллельные преобразования (рис. 85,а) — это такие преобразования, в которых одна карта А служит исходной для получения нескольких различных, хотя и взаимосвязанных, взаимодополняющих карт (В, С, ..., N): .

Производные карты избирательно характеризуют отдельные свойства явления. Например, карту рельефа можно трансформи­ровать в серию морфометрических карт (см. рис. 85, а): густоты расчленения, глубины расчленения, уклонов, экспозиции склонов и т. д., а затем анализировать их порознь или совместно.

Последовательные преобразования (рис. 85, б) — сложные многократные трансформации, при которых каждая про­изводная карта служит одновременно исходной для следующего преобразования:

Конечная цель — составление карты N. Так, при прогнозе районов вероятного развития овраж­ной эрозии цепочка последовательных преобразований включает карты размещения оврагов, их плотности и аномалий плотности (см. рис. 85,6). Каждая из них имеет определенную ценность и может быть соответствующим образом интерпретирована, но наиболее важно последнее звено: карта повышенной овражной опасности.

Древовидные преобразования (рис. 85, в)—это комбинации параллельных и последовательных преобразований, образующие разветвленные цепочки и циклы. Исходными служат одна или несколько карт, причем на разных этапах в исследова­ние могут вводиться дополнительные карты.

Например, при совместном анализе карт рельефа и косми­ческих снимков создаются карты морфоизогипс (изолиний форм реконструированного тектонического рельефа), карты линеаментов (разломов, трещин, спрямленных орогидрографических эле­ментов), а также карты фоновых и остаточных поверхностей, карты избранных простираний линеаментов по четырем основным румбам (северо-западному, северному, северо-восточному и восточному). Интерпретация этих производных карт позволяет выделить различные линейные и площадные структурно-геомор­фологические элементы и затем синтезировать их на итоговой морфоструктурной карте, причем дополнительно привлекается геологическая информация.

Например, при совместном анализе карт рельефа и косми­ческих снимков создаются карты морфоизогипс (изолиний форм реконструированного тектонического рельефа), карты линеаментов (разломов, трещин, спрямленных орогидрографических эле­ментов), а также карты фоновых и остаточных поверхностей, карты избранных простираний линеаментов по четырем основным румбам (северо-западному, северному, северо-восточному и восточному). Интерпретация этих производных карт позволяет выделить различные линейные и площадные структурно-геомор­фологические элементы и затем синтезировать их на итоговой морфоструктурной карте, причем дополнительно привлекается геологическая информация.

Достоверность прогнозных карт. По степени достоверности прогнозные карты можно классифицировать на предварительные, вероятные и весьма вероятные.

Предварительные прогноз н ые карты составляют без выяснения всех условий и взаимосвязей, на основе приблизи­тельных аналогий или по неполным и недостаточным исходным данным. Границы и время наступления явления указываются не­четко. Примером могут служить карты предварительных прогноз­ных оценок нефтегазоносности территории, рудопроявлений и т. п., когда выделяются площади с невыясненной перспектив­ностью, с отдельными проявлениями полезных ископаемых. Изо­бражение на картах предварительных прогнозов обычно

сильно схематизировано, они составляются преимущественно в мелких масштабах.

Карты вероятных прогнозов создают на основе более детального анализа с учетом основных (фоновых) тенденций раз­вития, существенных взаимосвязей и достоверных аналогий. Про­странственное размещение прогнозируемого явления указывается точно,» неопределенными остаются лишь время его наступления, интенсивность, характер проявления. Например, при прогнозе землетрясений или лавинной опасности точно указываются рай­оны с различной сейсмической и лавинной опасностью и вероят­ная интенсивность этих явлений. Такие карты обычно составляют в средних масштабах.

Карты весьма вероятных прогнозов составляют в тех случаях, когда учтены все или почти все факторы, опреде­ляющие размещение, величину, интенсивность или время наступ­ления явления. Легенды таких карт и само картографическое изо­бражение отличаются детальностью. На них обычно дают точные количественные характеристики прогнозируемых явлений, указы­вают время их ожидаемого наступления. Примерами служат карты прогноза размыва берегов морей и водохранилищ, на кото­рых указывают ширину и скорость размыва на ближайшие 10— 20 лет.

Предельный случай весьма вероятного прогноза — изображе­ние на карте данных, полученных в результате точного пер­спективного расчета, например, показ границ зоны затоп­ления будущего водохранилища или изображение планируемых мероприятий по мелиорации земель с указанием последствий осу­шения и обводнения территории, размещения сетки каналов, во­доемов, проектируемых лесонасаждений и т. п.