книги из ГПНТБ / Рубахин, В. Ф. Психологические основы обработки первичной информации

могут быть использованы геометрические способы с определе­ нием угла наклона касательной [76]; способ полярной развертки и энтропийной оценки [46]; разработанный выше энтропийно­ смысловой способ и т. п. К сожалению, все эти способы недо­ статочно учитывают связи между элементами контуров и раз­ личными контурами и семантику изображения в целом.

Задача статистического анализа структур сводится к выделению элементарных природных комплексов в плане и морфометри­ ческих элементов рельефа в вертикальной плоскости и их статисти­ ческой оценке. Для статистической оценки структуры ланд­ шафта в плане могут быть использованы следующие характери­ стики: количество природных комплексов и групп однородных комплексов; частота их встречаемости; средняя площадь природ­ ных комплексов в каждой группе, их экстремальные значения и распределение; относительная суммарная площадь однородных комплексов; ориентированность элементов; связи между ними и некоторые другие [248], с последующей их обработкой.

Очевидно, полная характеристика макроструктуры аэрофото­ изображения может быть представлена лишь в iV-мерном простран­ стве. Задача эта достаточно сложная. Поэтому в настоящее время обычно используются одномерные, двумерные, реже трехмерные характеристики структуры, с использованием соответствующих критериев. В частности, в качестве таких критериев могут быть взяты относительные и площадные распределения групп эле­ ментарных природных комплексов, на основании которых строятся круговые диаграммы одномерного характера, называемые иногда физиономическими спектрами ландшафта [52]. Однако на этих спектрах не учитывается частота встречаемости морфоструктур­ ных элементов. Более универсален метод построения гистограмм, в которых учитываются не только относительные размеры пло­ щади, занимаемой каждой группой однородных природных ком­ плексов, но и частота их встречаемости. Гистограммы имеют характер двумерных столбчатых диаграмм, на которых по оси абс­ цисс откладывается относительная величина площади, занимае­ мой однородной группой природных комплексов, а по оси орди­ нат — частота встречаемости комплексов той или иной группы [40, 248, 257]. Для приближенной оценки ориентации природных комплексов в структуре могут применяться трехмерные столбча­ тые диаграммы или розы ориентации с квантованием по азимуту через определенное число градусов. В последнем случае по осям в условной мере откладывается количество комплексов, имеющих преимущественную ориентировку в данном направлении. Для количественного описания структуры с совмещенным определе­ нием условных размеров площадей элементарных природных комплексов, их распределения и, что весьма важно, ориентировки, может быть также использован способ параллельных и радиаль­ ных траверс [316, 318 и др.]. Для статистической оценки струк­

149

туры ландшафта в вертикальной плоскости определяются распре­ деления морфометрических элементов рельефа с последующей их статистической или теоретико-информационной обработкой.

4 .1 .3 . Опосредованный семантический уровень структурного анализа

Третий уровень связан с индикационным, логическим анали­ зом внутренних компонентов ландшафта — горных пород и гео­ логического строения, гидрогеологических условий, современных физико-геологических явлений и процессов и др. Для их дешифри­ рования применяется набор индикаторов, в качестве которых мо­ гут быть использованы косвенные и комплексные индикационные признаки. Рассмотрим содержание отдельных косвенных и ком­ плексных индикационных признаков.*

Отдельные косвенные индикаторы (иногда их называют част­ ными индикаторами) могут быть условно разделены на несколько групп по числу основных внешних компонентов ландшафта: геоморфологические, гидрографические, геоботанические, поч­ венные, антропогенные, зоогенные, связанные с жизнедеятель­ ностью организмов. Перечисленные индикаторы коррелятивно связаны с «литогенной основой» ландшафта — с литологическим составом пород, с гидрогеологическими условиями и т. д. Кор­ реляция эта обычно носит множественный характер. Состав ука­ занных индикаторов сложен и динамичен, т. е. в одних случаях

«индикационные цепочки», т. е. системы индикаторов разного порядка.

К комплексным индикаторам относится макроструктура аэро­ фотоизображения, связанная с внутренним строением ланд­ шафта.

Каждый класс внутренних компонентов ландшафта характе­ ризуется определенной внешней структурой, своим набором дешифровочных признаков, своей психологией восприятия и сте­ пенью дешифрируемости [42, 187, 216, 293 и др.].

Так, например, дешифрирование геологического строения территории опирается на сложную систему индикаторов с широким использованием ап­ риорной геологической информации. Коренные, дочетвертичные горные по­

* Некоторые авторы, в частности Несветайлова и Садов [200], иначе трактуют дешифровочные признаки, относя к ним непосредственные фото­ метрические и геометрические свойства объектов, отображенные на аэро­ снимке, и вынося все косвенные и комплексные признаки в самостоятельную группу индикаторов. Несомненно, косвенные признаки являются, в известной мере, логической категорией. Однако такой подход «удаляет» индикаторы, «кодирующие» информацию о внутренних элементах природной обстановки, от аэрофотоизображения. Кроме того, не все косвенные признаки функцио­ нируют в сфере индикационного дешифрирования.

150

роды, их литологический состав и тектонические структуры дешифрируются по местоположению, геоморфологическим, гсоструктурным (конфигурация геологических тел и тектонических элементов), гидрографическим и геоботаническим индикаторам, а также по тону (цвету) и микроструктуре обнаженной поверхности. Дешифрирование четвертичных отложений, как правило, скрытых под пологом растительного покрова и слоем почвы, опирается на общую структуру аэрофотоизображения и систему косвенных признаков, среди которых основную роль играют геоморфологические, а также геоботанические. Возраст, мощность и физико-механические свойства пород опре­ деляются по аэроснимкам весьма приближенно и требуют высокой квалифи­ кации у дешифровщика. Дешифрирование гидрогеологических условий также очень еложно; оно опирается на использование геоботанических, гидрографи­ ческих, геоморфологических и антропогенных индикаторов. Роль их может быть разной. Важное значение в качестве индикатора глубины залегания грунтовых вод, особенно в засушливых районах, имеет растительность.

Как видно, при дешифрировании внутренних компонентов ландшафта значение различных индикаторов разное. Роль от­ дельных групп индикаторов, их эффективность изменяется в за­ висимости от содержания изучаемого компонента или его эле­ мента. Однако ведущая роль принадлежит геоморфологическим и геоботаническим индикаторам и их сочетаниям, так как они наиболее тесно связаны с составом отложений и гидрогеологи­ ческими условиями. Но соотношение между ними меняется в за­ висимости от ландшафтно-географических условий.

Для объективной оценки эффективности отдельных индикато­ ров необходимо использовать математико-статистические и теоре­ тико-информационные методы. При этом следует подчеркнуть, что рассматриваемая эффективность является сложной функцией от ряда аргументов: надежности (достоверности) и значимости

ектами индикации может быть использован ряд способов. В част­ ности: а) вероятностное определение сопряженности индикаторов с объектами индикации; б) определение коэффициентов корре­ ляции или коэффициентов сопряженности; в) определение инфор­ мационных показателей сопряженности.

Первый способ наиболее прост и сводится к определению отношения количества сопряжений одиночного индикатора с объ­ ектом индикации по всем случаям наблюдений в данной выборке [52]. Однако этот способ не дает возможности оценить множе­ ственную корреляцию нескольких индикаторов, имеющих к тому же определенный градационный ряд, с объектом индика­ ции. Второй способ, опирающийся на теорию корреляционного исчисления с использованием системы коэффициентов корреля­ ции, дает возможность оценивать как одиночные, так и множе­ ственные корреляционные зависимости, что очень важно для целей специального дешифрирования. В первом случае приме­

151

няются частные коэффициенты корреляции, во втором — общие коэффициенты корреляции. Методика нахождения корреляцион­ ных зависимостей между несколькими индикаторами и объектом индикации дана в [217, 248]. Третий способ оценки надежности индикации связан с использованием теории информации. Для этой цели используются информационные показатели сопряжен­ ности. В качестве последнего наиболее целесообразно и просто взять отношение количества информации, извлекаемой при де­ шифрировании, к исходной энтропии объекта информации:

Величина Г изменяется от 0 (независимые события) до 1 (при функциональной связи). Этот показатель удобен тем, что может использоваться для оценки стохастической связи любой формы. Для практического вычисления информационного показателя сопряженности — Г(х/у) применяются корреляционные матрицы, в которые сводятся данные по индикаторам и объектам индика­ ции. Подсчет ведется по формулам, в которых могут быть исполь­ зованы непосредственные частоты событий [151]. Полная теснота корреляционных связей может быть вскрыта лишь при условии учета большого числа факторов на основе факторного анализа.

Ксожалению, аппарат многомерной корреляции, применительно

ккачественным признакам, разработан еще недостаточно. Оценка значимости (частоты встречаемости) индикаторов мо­

жет быть выполнена на основе «точечного» моделирования ситуа­ ции с последующей статистической обработкой полученных мате­ риалов. Оценка устойчивости индикации по глубине и в простран­ стве также может быть выполнена методами математической статистики. При оценке эффективности индикаторов необходимо учитывать степень их опознаваемости на аэроснимке. Наиболее легко опознаются геоморфологические и гидрографические ин­ дикаторы, а также большинство антропогенных индикаторов, сложнее и менее уверенно — геоботанические индикаторы и наи­ более сложно — почвенные индикаторы. Для каждого из рас­ смотренных параметров применительно к различным индикато­ рам должна использоваться своя шкала значений. В перспективе необходима разработка единого комплексного критерия эффек­ тивности индикаторов с учетом всех его составляющих

Рассмотренные выше объективные характеристики сопряжен­ ности индикаторов, их отдельных количественных показателей с объектами индикации при достаточной устойчивости этих связей могут быть использованы в качестве количественных признаков в процессе самого дешифрирования, в том числе при определении численных показателей дешифрируемых объектов.

Как было сказано, для дешифрирования внутренних компо­ нентов ландшафта используются не только отдельные индика-

152

торы, но и комплексные индикаторы — структура аэрофотоизображения, ибо определенные типы ландшафта приурочены к определенным площадям развития комплексов поверхностных (или коренных) отложений и индицируют последние. Понятно, что эти две большие группы природных комплексов активно взаимодействуют между собой в некоторой верхней зоне земной

работаны принципы расчленения толщ горных пород на сопод­ чиненные комплексы горных пород все более простого строе­ ния — формации, геолого-генетические и фациальные комплексы отложений, петрографические типы, виды и разновидности пород. В интересах инженерно-геологического районирования терри­ тории в [221] разработана таксономическая система террито­ риальных единиц с выделением регионов, областей, районов, подрайонов и участков. Система построена на последовательном использовании ряда признаков (геоструктурных, геоморфологи­ ческих, литологических и др.), применяемых при выделении таксономических единиц более низкого достоинства. Для целей инженерно-геологических исследований с применением аэромето­ дов в указанную систему внесены некоторые изменения, связан­ ные с использованием собственно-ландшафтных признаков на морфогенетической основе [150]. На каждом из указанных уровней может быть выделена своя система территориальных единиц. В частности, в [33] предложена развернутая система для целей типологического инженерно-геологического районирования рав­ нинных территорий. Каждая выделенная территориальная еди­ ница имеет свой специфический внешний ландшафтный облик, свою морфологическую структуру, статистику распределения элементов.

Как видно, типы ландшафтов и их морфологические элементы, а, следовательно, структура аэрофотоизображения, могут быть использованы для выявления комплексов отложений и ограни­ чения территории их распространения. На основе выделения геолого-генетических комплексов отложений есть возможность в общих чертах определить присущие им горные породы, гидро­ геологические условия и физико-геологические явления. Как будет показано дальше, такой путь на начальных этапах дешиф-

Рис. 4.4. Картосхема камерального дешифрирования почво-грунтов (площадка «Г»).

з — Дерново-слабоподзолистые песчаные и легкосупесчаные на слабокаменистых, мелко­

зернистых песках или легких супесях, подстилаемых с глубины 0.5—f.O м моренными суглинками; 4 — дерново-слабоподзолистые песчаные и легкосупесчаные на тех ше песках

и супесях, подстилаемых с глубины более 1 м моренными суглинками; 5 — дерново-слабо­ подзолистые песчаные и легкосупесчаные на среднекаменистых песках или легких супе­ сях, подстилаемых с глубины 0.5 м и более слоистыми песками; 8 — иловато-торфянисто- глеевые на песках и супесях, подстилаемых различными породами; 9 — торфяники с мощ­

ностью торфа более 0.3 м на песках и суглинках, подстилаемых различными породами.

154

рирования более эффективен, чем поэлементное определение внутренних компонентов ландшафта.

Как показали исследования по инженерно-геологическому дешифрированию, макроструктура аэрофотоизображения одних и тех же комплексов отложений, особенно соотношения между ее основными морфологическими элементами, отличается достаточной устойчивостью в пределах одной географической зоны. В мери­ диональном направлении, при переходе от подзоны к подзоне, макроструктура аналогичных геолого-генетических комплексов отложений может существенно изменяться у различных комплек­ сов по-разному.

Различные геолого-генетические комплексы отложений отли­ чаются друг от друга по степени дешифрируемости. Так, например, среди ледниковых отложений наиболее уверенно дешифрируются мощные флювиогляциальные отложения; сравнительно легко дешифрируются отложения конечной морены на участках с ти­ пичным грядово-холмистым рельефом; менее уверенно дешифри­ руются отложения основной морены. Наиболее сложно во всех случаях дешифрируются пограничные участки распространения отдельных комплексов отложения, где одни отложения заме­ щаются или перекрываются другими. На территории БССР был поставлен специальный эксперимент по камеральному дешифри­ рованию почво-грунтов, развитых на различных геолого-генети­ ческих комплексах отложений [87]. Контрольное дешифрирова­ ние выполнялось группой специально подготовленных операто- ров-дешифровщиков на крупномасштабных аэроснимках. Были получены следующие результаты: вероятность дешифрирования

сполевой проверкой показаны на рис. 4.3, 4.4, 4.5.

Взаключение следует подчеркнуть, что дешифрирование внутренних компонентов ландшафта опирается на сложное взаи­ модействие общеструктурного, непосредственного внутриструктурного и индикационного анализа.

§ 4.2. Особенности процесса решения структурно-перцептивных дешифровочных задач

Для выявления психологических особенностей решения струк­ турно-перцептивных задач как в процессе общетопографиче­ ского, так и специального дешифрирования были поставлены две серии экспериментов:

1) «срезовый» эксперимент на динамику «сплошного» дешифри­ рования внешних элементов природной обстановки учащимися средних специальных учебных заведений;

156

Рис. 4.5. Картосхема полевого дешифрирования почвогрунтов (площадка «Г»).

Обозначения, как на рис. 4.4,

2) выборочный эксперимент на избирательное дешифрирование объектов на фоне общего изучения местности специалистами по геолого-географическому дешифрированию.

В качестве «тест-объектов» в обеих сериях использовались крупномас­ штабные панхроматические аэроснимки (стереопары) с изображением участка полуоткрытой, среднепересеченной местности средней полосы европейской части СССР. Участок относится к ландшафту моренной, возвышенной рав­ нины лесной зоны. Литогенной основой является геолого-генетический ком­ плекс отложений, представленный толщей валунных суглинков, подстилаемой моренными песками. Развиты суглинистые почво-грунты. Преобладает крупно-холмистый рельеф с относительной высотой от 10 до 25 м, со склонами крутизной от 3 до 7°. Леса (мелколиственные) имеют ограниченное распро­ странение. Район хорошо освоен в хозяйственном отношении.

К первой серии экспериментов было привлечено 80 человек: а) испытуе­ мые, имеющие ограниченную дешифровочную и специальную подготовку; б) испытуемые, имеющие хорошую дешифровочную и узко направленную специальную подготовку; в) испытуемые, имеющие весьма хорошую дешифро­ вочную, но недостаточную специальную подготовку; г) испытуемые, обладаю­ щие известным опытом производственного дешифрирования.

Методика эксперимента включала: дешифрирование тестового аэро­ снимка и поэтапную фиксацию испытуемыми опознанных объектов условными знаками на восковке; запись в протоколах всех действий с приборами и рассуждений испытуемых; заключительную беседу с испытуемыми по определен­ ной программе в целях уточнения динамики процесса дешифрирования и оценки опознанных объектов и местности в целом. Эксперименты проводи­ лись индивидуально, без ограничения времени.

При решении экспериментальной задачи испытуемыми всех групп достаточно четко выделяются рассмотренные выше уровни общей психологической модели дешифрирования: предварительного изучения аэрофотоизображения и планирования дешифровочного процесса; общеструктурного анализа аэрофотоизображения; деталь­ ного анализа его Элементов; оценки ситуации. Фактически на каж­ дом из этих уровней осуществляются уяснение и изучение дешифровочной проблемной ситуации, информационная подготовка при­ нятия решения, выработка самого решения, но в разной степени.

Эксперименты свидетельствуют о большой роли начального уровня. На различных его этапах выполняются следующие опе­ рации: оценка данных о технических средствах и условиях аэро­ фотосъемки; анализ технических характеристик информацион­ ной модели; определение общего характера местности с предва­ рительным районированием ее, исходя из поставленной задачи; составление плана действий на последующие этапы дешифриро­ вания, выбор способов детального дешифрирования; выделение участков для тщательного изучения с применением оптических, стереоскопических и других приборов. К основным психологи­ ческим задачам здесь относятся: формирование общего образа и логического суждения об изображенной на аэроснимке ситуа­ ции, с учетом априорной информации; предварительное расчле­ нение дешифрируемого пространства на некоторые территориаль­ ные природные комплексы; формирование предварительной кон-

158