ГИТ лекционный курс / Тема 3 текст

ТЕМА № 3. Карта - модель, представляющая реальность. Основные характеристики карты.

Слайд1. Карта - модель, представляющая реальность.

Карта является моделью пространственных явлений, абстракцией. Она не является миниатюрной версией реальности, предназначенной показать все детали изучаемой области. Хотя это может звучать довольно очевидным, но мы все иногда игнорируем или забываем этот простой факт. Чтобы создать точную копию Земли мы должны были бы заглянуть в каждый уголок Земли, все описать и измерить. Что, конечно, невозможно, а в большинстве случаев в этом нет необходимости. Если мы хотим показать расположение домов в населенном пункте, то нам неважно, в какую краску они выкрашены, кто живет в доме и даже, сколько в доме этажей. Показывая на карте конфигурацию домов в плане, мы строим модель населенного пункта, необходимую для решения конкретной задачи. Остальное же является ненужной, и, следовательно, лишней информацией.

Очень часто мы вынуждены использовать модель какого-либо явления на поверхности земли или модели очень больших объектов, т.к. ограничены в возможностях получения данных. Например, мы не может измерить величину гравитационного поля в каждой точке на поверхности земли, а вынуждены ограничиваться некоторой сеткой наблюдения.

Очень часто мы забываем, что детальность карты не может быть высока из-за того, что очень много объектов должны быть размещены на маленьком куске бумаги. Даже наиболееопытныевобщениискартамилюдииногдачертыхаются, глядянакартыдорог, которые непоказываютмелкиеповоротыдороги, постояннонадоедающие при езде по ней. Мы достаточно хорошо знаем карты, чтобы признавать, что эти повороты невозможно нарисовать на таком маленьком куске бумаги, и все же забываем об этом. Есть пределы тому, что мы можем изображатьнакартах.

Более того, существуют специальные картографические приемы, которые допускают некоторое искажение в изображении действительности. Например, нам на карте нужно отобразить границу озера, дорогу, которая идет вдоль озера и дома, расположенные на берегу. В выбранном масштабе карты все эти объекты занимают одно и тоже положение в пространстве, сливаются друг с другом. Поэтому, чтобы отображение всех важных для нас объектов на карте былочитаемым, вкоординатынекоторыхвносятзаведомуюошибку(сдвиг).

Еще раз, карты - всего лишь модели, которые более или менее правильно отображают действительность. Нельзя забывать об этом. Следует относиться к картам с обоснованной долей

недоверияикритики.

Главной причиной нашей переоценки возможностей карт в отображении реальности является то, что они — наиболее удачные графические инструменты, созданных для передачи пространственной информации. Карты существуют тысячи лет, и все мы больше или меньше привыкли их видеть. Такая привычность, вместе с компактностью карт и их привлекательным внешним видом, - все это приводит к ощущению непогрешимости, которомутруднонедоверять.

Слайд 2. Основные характеристики карт.

Детальность и пригодность карт для решения практических задач зависят от их характеристик. Это в равной степени относится и к электронным картам, и к традиционным бумажным.

В контексте ГИС, в дополнение к геометрии элементов и их атрибутам, другими техническими характеристиками, определяющими карты и их использование, являются масштаб, разрешение, точность, проекция.

Слайд 3. Масштаб (scale) - термин, часто используемый для обозначения степени уменьшения на картах. Наиболее легко он может быть выражен какотношениедлинынекоторого отрезка на карте к длине того же отрезка на земле. Например, легенда карты может сообщать, что одному сантиметру на карте соответствуют 500 м на земле. Масштаб, выраженный словами "в одном сантиметре 500 метров" называется вербальным масштабом. Этот распространенный способ выражения масштаба имеет преимущество легкого понимания большинством пользователей карт.

Другим распространенным представлением является численный масштаб, когда расстояние на карте и расстояние на земле даются в одних единицах измерения, как дробь, устраняятемсамым необходимостьупоминатьединицыизмерения.

Линейный масштаб: здесь действительные расстояния на земле показываются прямо на карте. Накартемогутбытьпоказаны и реальные площади, но это встречается гораздо реже.

Начав работать с ГИС, вы обнаружите, что большинство программ очень легко выполняют операции изменения масштаба. И конечно, масштаб входных данных может отличаться от масштаба отображения результатов.

Способность программного обеспечения как угодно преобразовывать масштаб карты может привести к чрезмерному доверию к карте, что может в дальнейшем вызвать некоторые проблемы и ошибки. Помните, что на мелкомасштабной карте, скажем, 1:100000, линия

толщиной 1 мм покрывает на земле 100000 мм, то есть 100 м, а это, примерно, длина футбольного поля.

При увеличении масштаба отображения карты, детальность и качество карты не улучшается. Карта масштаба 1: 200000 так и останется картой масштаба 1:200000, как бы вы ее не увеличивали, т.к. ее характеристики остаются прежними и не соответствуют характеристикам карт более крупного масштаба.

Опыт свидетельствует, что следует избегать изменения масштаба набора данных более чем в 2.5 раза по сравнению с масштабом исходных данных. Это относится не только к увеличению, но и к уменьшению масштаба. Данные на карте крупного масштаба (например, 1:50 000) при выводе на монитор (или печать) в более мелком масштабе (например, 1:250 000) будут казаться хаотичными и нечитаемыми, их трудно будет интерпретировать без помощи методов генерализации.

Слайд 4. Разрешение и точность карты.

Разрешение карты определяется минимальными размерами объектов, которые могут быть отображены на карте данного масштаба. Масштаб влияет на разрешение. На картах большего масштаба положение и форма элементов более точно совпадает с элементами реального мира, поскольку меньше бывает коэффициент уменьшения при переходе от измерений на земле к измерениям на карте. По мере уменьшения масштаба разрешение карты уменьшается, поскольку элементы должны быть сглажены и упрощены или не показаны совсем.

По мере уменьшения масштаба длинные узкие элементы, такие как реки и дороги, должны быть представлены линиями, а более мелкие площадные элементы — точками. Минимальные размеры и измерения иногда называют "минимальными картографическими единицами". При составлении карт минимальные картографические единицы могут быть обозначены в соответствии с рядом правил, которым необходимо следовать. Например, "длинные узкие элементы, такие как реки и дороги, должны быть представлены линиями, если их ширина меньше 1/8 дюйма. Если сторона полигона меньше 1/8 дюйма, он должен быть представлен точкой" и т.д.

Точность карты определяет, насколько точно элементы карты могут быть изображены на карте. Точность карты определяется уровнем ошибок, возникающих в процессе создания карты. Любое число факторов может привести к ошибке. Отметьте, что эти источники могут иметь кумулятивный эффект.

Е= f(l)+f(с)+f(d)+f(a)+f(m)+f(mp)+u, где

Е– суммарная ошибка

f – ошибка измерения местоположение на Земле ( проекция и информация о геодезической системе координат)

с - картографическая интерпретация (правильная интерпретация элементов) d - ошибка эскиза (точность в отрисовке элементов и толщина эскизного пера) а - калибровка дигитайзера (устройство ввода векторных данных)

m - устойчивость носителя (коробление и вытягивание, образование складок и морщин на карте)

mp - машинная точность (округление координат компьютером при хранении и преобразовании)

u - непредвиденные дополнительные ошибки источников (например, невнимательность составителя карты).

Слайд 5. Экстент.

Экстент области карты - это площадь земной поверхности, представленной на карте. Это - предел покрываемой площади, обычно представленный прямоугольником, размер которого позволяет включить все картографируемые элементы. Размер изучаемой площади зависит от масштаба карты. Карта меньшего масштаба покрывает большую площадь, чем более подробная карта большего масштаба.

Слайд 6. Легенда.

Пространственные объекты на карте представляются с помощью символов. Символы, в свою очередь, должны иметь ключ к их пониманию, называемый легендой карты. Легенда фактически соединяет геометрические объекты с их атрибутами. Благодаря легенде пользователь может читать карту.

Слайд 7 . Проекция.

Глобус – традиционный способ отображения формы Земли. Хотя глобусы в целом хорошо передают форму Земли и показывают пространственные очертания объектов размером с континент, на практике они не применяются. Глобус даже очень мелкого масштаба (1:1000000000) будет очень велик, так что его в карман не сунешь и полевую сумку не положишь. На практике, для проведения полевых работ и анализа полученных данных мы используем значительно более крупные масштабы, где-то от 1:1000000 до 1:5000,

в зависимости от уровня детализации. Поэтому картографы разработали набор методов,

называемых картографическими проекциями, которые предназначены для изображения с приемлемой точностью сферической Земли на плоском носителе.

Есть еще одна причина, которая вынуждает нас применять на практике плоские карты. На глобусе достаточно легко определить местоположение объекта, зная его сферические координаты: широту и долготу. Однако в большинстве случаев нам недостаточно просто знать, где расположен объект. Нам интересно знать, как он

взаимодействует с	другими объектами, а для этого нужно проводить	измерения:
расстояний, длин,	площадей, направлений, и т.д.

Для проведения измерений сферические координаты приспособлены плохо. Основная причина заключается в том, что угловому расстоянию в 1 градус на разных широтах соответствует неодинаковое линейное расстояние на поверхности Земли: если 1 градус на экваторе (или любой другой линии большого круга1 ) составляет ≈111 км, то на широте отличной от 00 эта величина будет меньше. Например, на сфероиде Кларка один градус широты на экваторе равен 111.321 км, в то время как на широте 60° - только 55.802 км. Поскольку градусы широты и долготы не имеют стандартной длины, вы не можете точно измерять расстояния или площади или легко отображать данные на плоской карте или экране компьютера.

Процесс переноса реальной земной поверхности на плоскость карты представляет собой довольно сложную процедуру, которая будет подробно рассмотрена в следующем разделе. Это очень важный раздел теории ГИС, т.к. проекция карты - одна из основных характеристик карты. Работая с ГИС обойти этот вопрос невозможно. Любой пользователь ГИС в своей работе рано или поздно столкнется с проблемой географической привязки данных. Поэтому он должен разбираться в проекциях, сфероидах, датумах и других вопросах географической привязки данных, чтобы успешно решать задачи совмещения данных из различных источников и их корректном отображении на картах или глобусах.

1 Большая окружность (большой круг)- любая окружность на поверхности Земного шара, образованная

пересечением поверхности с плоскостью, проходящей через центр шара. Кратчайшее расстояние между любыми двумя точками на Земном шаре определяется по дуге большого круга, и поэтому имеет большое значение для навигации. Все меридианы и Экватор являются большими окружностями, если рассматриватьЗемлюкакшар.