Геоінформаційне картографування

Протягом багатьох століть люди мріяли оволодіти картою, на якій було б відзначено місце, де захований скарб. Вони навіть не могли припустити, що справжнісіньким скарбом є сама карта.

Артур Кларк, письменник-фантаст

Геоінформаційне картографування (ГК) формується на стику географії, картографії, інформатики, теорії інформаційних систем та інших дисциплін. Чинниками, які сприяли становленню і розвитку ГК, стали розвиток теорії та методів нової науки геоінформатики, широке впровадження в географію і картографію ГІТ, створення різноманітних геоінформаційних продуктів, геобаз даних, розвиток технічних засобів та методів комп’ютерного картографування.

Саме зв’язок графічного зображення об’єктів на карті з комп’ютерною базою даних надав можливість еволюціонувати функціям карти, перетворивши їх на геоінформаційну модель. Такі моделі нині застосовуються в багатьох галузях практичної діяльності людини і допомагають розв’язувати цілком конкретні практичні завдання.

Загальні відомості про геоінформаційне картографування

Геоінформаційне картографування – це розділ картографії та геоінформатики, що охоплює теорію і методи створення та використання геоінформаційних моделей, цифрових і електронних карт, інших просторово-часових моделей на основі ГІС і ГІТ.

Впровадження ГІТ в картографію спричинило появу нових типів карт – цифрових і електронних, а також методів їх використання. Всі традиційні задачі, що вимагали витягу інформації з карт та її наступної обробки, були переформульовані в термінах обробки баз даних, оскільки просторовий аналіз у комп’ютерному середовищі передбачає оперування не зображенням, а тими даними, на основі яких воно побудовано [98; 99]. Відбулась трансформація картографічного методу дослідження в геоінформаційно-картографічний, де всі точні операції (картометричні, морфометричні, аналітичні тощо) здійснюються над цифровими записами об’єктів у базі даних, а картографічне зображення є засобом відображення результатів обробки даних, джерелом інформації в процесі візуального аналізу. Сформувався новий практичний підхід до створення карт, що отримав назву "database-driven mapping", або "картографія на основі баз даних" [101]. Він зажадав обов’язкової наявності програмного середовища, яке б забезпечувало безперервний зв’язок електронної карти і бази даних. Функції цього середовища якраз і виконує ГІС.

Геоінформаційне картографування – технологічний процес збору й обробки геоінформації (ГІ), формування геоінформаційних моделей (ГІМ),

створення і ведення територіальних банків даних (ТБД), створення цифрових карт місцевості (ЦКМ) і електронних карт (ЕК).

Також під ГК розуміють інформаційно-картографічне моделювання геосистем.

Традиційне картографування спрямоване на підготовку інформації безпосередньо для людини (тобто орієнтоване на людське сприйняття). ГК спрямоване на підготовку інформації для комп’ютера (тобто орієнтоване на комп’ютерну обробку даних).

Базові поняття ГК:

– просторові об’єкти – видимі і віртуальні об’єкти території;

– просторові відношення – взаємозв’язки об’єктів у просторі;

– просторові властивості – властивості об’єкта в частині його форми, розміру і положення в просторі;

– просторова інформація (геоінформація) – інформація про форму, розмір і положення об’єкта (процесу, явища) у просторі;

– геоінформаційна модель – модель території в просторовому аспекті;

– геоінформаційний процес – процес отримання просторової інформації, моделей об’єктів і території.

При роботі в ГІС користувач працює не з цифровою картою, а з її електронним поданням на екрані комп’ютера. Кожен значок на екрані комп’ютера – це об’єкт карти. Об’єкти карти мають координатний опис – метрику і набір атрибутивних даних (семантику), притаманні саме цьому об’єкту місцевості.

Зовнішній вид об’єкта карти, цифрове кодування, набір обов’язкових і допустимих атрибутів, генералізація (видимість об’єкта при певному масштабі візуалізації), службова інформація і посилання визначаються в цифровому класифікаторі карти.

Об’єктом електронної карти є сукупність цифрових даних (метрика, атрибути (семантика), довідкові дані). Об’єкту карти може відповідати:

– реальний об’єкт (явище, процес) на місцевості (міст, річка, будівля, забруднення території або атмосфери тощо);

– група об’єктів (квартал – група будинків тощо);

– частина об’єкта (при складному опису метрики об’єкта вона може бути розділена на два об’єкти);

– пояснювальні написи, горизонталі, кілометрова сітка тощо.

Таким чином, електронна карта – це скомпонований користувачем набір різних цифрових даних про місцевість (об’єктів карти), що відносяться до певної території. Основою електронної карти може бути векторна або растрова карта місцевості.

Карти в ГІС відрізняються від звичайних статичних паперових карт тим, що вони є інтерактивними, тобто з ними можна взаємодіяти (зменшувати і збільшувати, причому за певних масштабів деякі шари на карті можуть з’являтися або зникати). Вибравши геооб’єкт на інтерактивній карті, можна отримати про нього додаткову інформацію, будувати просторові запити і виконувати аналіз. Наприклад, визначивши межі пошуку, можна знайти всі магазини певного типу недалеко від шкіл (наприклад, у радіусі 200 м) або усі заболочені ділянки на відстані до 500 м від вибраних доріг. Крім того, за допомогою інтерактивних карт здійснюють редагування даних і створюють просторові

образи об’єктів.

Сучасні ГІС під час масштабування карт виконують деталізацію залежно від масштабу перегляду. За великої кількості об’єктів можна застосовувати умовні знаки для відображення шарів карти на основі будь-якого вибраного набору атрибутів. Наприклад, кольорова шкала умовних позначень для земельних ділянок може ґрунтуватися на типах їх зонування, а розміри точкових значків для позначення свердловин можуть бути пов’язані з обсягами видобутку.

Серед характерних рис ГК найважливішими є такі:

– системний підхід до відображення й аналізу геосистем;

– високий ступінь автоматизації (за рахунок використання баз цифрових даних);

– інтерактивність картографування, поєднання методів створення і використання карт, а також багатосередовищність, яка дозволяє поєднувати іконічні, текстові, звукові дані, різні зображення та відеодані;

– оперативність створення, що наближається до реального часу, в тому числі з широким використанням даних дистанційного зондування та глобальних систем супутникового позиціонування;

– багатоваріантність, що надає можливість здійснювати різнобічну оцінку ситуацій та оцінювати спектр альтернативних рішень; застосування комп’ютерного дизайну і сучасних графічних засобів, що підтримують як векторну, так і растрову графіку;

– створення зображень нових видів і типів (різні електронні векторні і синтезовані векторно-растрові карти, моделі поверхонь, тривимірні комп’ютерні моделі, анімацію тощо);

– переважно проблемно-практична орієнтація картографування, спрямована на забезпечення прийняття рішень.

ГК поділяється на галузеве, аналітичне, синтетичне та комплексне.

Зважаючи на це, виділяють різні види і типи картографування.

Галузеве картографування – це створення карт для певної галузі (геологічне, загальногеографічне, ландшафтне, сільськогосподарське, промисловості, лісового господарства тощо).

Аналітичне картографування – це створення карт неузагальнених або мало узагальнених показників певного явища, які найчастіше отримуються на основі поодиноких спостережень. Наприклад, карти окремих метеорологічних чинників, що характеризують їх величину в той або інший момент чи період часу (рис. 1.2): температури повітря, атмосферного тиску, опадів, вітрів тощо; або карти крутизни схилів, глибин, густини розчленування рельєфу (рис. 1.3) тощо.

Аналітичні карти дають інформацію про певні аспекти або властивості об’єктів (процесів, явищ), їм притаманне відволікання від цілого.

Синтетичне картографування дозволяє створювати карти, які дають цілісне просторове відображення явищ у результаті інтерпретації найбільш істотних показників, їх інтеграції та узагальнення з урахуванням зв’язків між ними. Прикладом можуть слугувати карти кліматичного районування, сільськогосподарської спеціалізації районів (рис. 1.4), ландшафтні карти, на яких виділяються відповідні області (райони) за сукупністю багатьох показників.

Синтетичні карти зазвичай створюють шляхом інтеграції даних, відображених в серіях аналітичних карт. При невеликій кількості синтезованих показників це можна виконувати вручну, а в більш складних випадках необхідно використовувати методи математичного моделювання.

Відзначимо, що синтетичні карти зазвичай мають доволі докладні, часом

навіть громіздкі легенди (рис. 1.5). В поясненнях до інтегральної оцінки прагнуть відобразити багато вихідних параметрів.

Методи створення синтетичних карт суттєво вдосконалилися з упровадженням ГІС, які одночасно оперують десятками шарів інформації. ГІС включають спеціальні процедури для синтезу даних. Зокрема, ГІС дали імпульс широкому впровадженню синтетичного еколого-географічного картографування на основі урахування комплексу природних, економічних і соціальних параметрів.

Можливе навіть суміщення на одній карті декількох синтетичних показників.

Комплексні карти поєднують зображення декількох елементів близької тематики, набір характеристик (показників) одного явища. Наприклад, на одній карті можна дати ізобари і вектори домінуючих вітрів, маючи на увазі, що вітри безпосередньо пов’язані з полем атмосферного тиску. На карті сільського господарства можна одночасно показати розораність території і врожайність пшениці, на гідрологічній карті – річний розподіл стоку в річному басейні, водоносність рік і потенційні енергоресурси. На рис. 1.5 подано

комплексну карту промисловості України.