Имитационное моделирование экономических процессов

МОДЕЛИРОВАНИЕ В ГЕОПРОСТРАНСТВЕ

И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

6.1 ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ КАРТА, ПЛАН ТЕРРИТОРИИ

И ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА

Карта - это математически определенное, уменьшенное, гене­ рализованное изображение поверхности Земли, другого небесного тела или космического пространства, показьшающее расположенные или спроецированные на них объекты в принятой системе условных знаков.

Планом назьшается плоское графическое изображение контуров основных объектов хозяйственной территории, вьшолненное с со­ блюдением масштабов в предположении, что эта территория распо­ ложена на плоскости, а не на йоверхности Земли. Для ориентации на плане вводятся только прямоугольные координаты X и У. Географи­ ческие координаты на плане не действуют по очень простой причи­ не: для небольших участков они дают существенные погрешности. Рассмотрим земной меридиан; его протяженность составляет при­ близительно 20 096 км. Расстояние по меридиану, соответствующее 1 градусу, - это приблизительно 111,6 км. Одной минуте соответст­ вует 1,861 км, а 1 секунда - это 31 м. Причем таких карт, где мас­ штаб позволял бы работать с точностью до секунды, практически нет в обращении.

*Берлянт А.М. Картография. - М.: Аспект Пресс, 2001. (Основные термины

иопределения картографии, не относящиеся к теории имитационного модели­ рования, использованы из данного учебника.)

201

Планы составляются для производственных комплексов (комби­ натов, заводов, фабрик), фермерских хозяйств, небольших деревень (хуторов, усадеб), отдельньк садовых участков и садовых обществ.

Элементы карты - это ее составные части, включа1рщие само картографическое изображение, легенду и зарамочное оформление (рис. 6.1).

х

5 а

OS

«I S

	карты-врезки
im-	Диафаммы, фафики, профили
• »	Текстовью и цифровые данные
5	КартометрИчесхие фафики
	Схемы изученности, использованные материалы
8Н	Справочные данные

^Таблицы

^	Условные знаки	ш
^	Текстовые пояснения	1~Т
		го : JV-l
		N

^Гидрофафия

Границы

» • Населенные пункты Пути сообщения

о^

	Проекция
\ii	Масштаб	Компоновка

Рис. 6.1. Типы элементов тематической карты

202

Основной элемент - картографическое изображение, т.е. со­ держание карты, совокупность сведений об объектах и явлениях, их размещении, свойствах, взаимосвязи и динамике. Общегеографиче­ ские карты имеют следующее содержание: населенные пункты, со­ циально-экономические и культурные объекты, пути сообщения и линии связи, рельеф, гидрографию, растительность и грунты, поли­ тико-административные границы.

На тематических и специальных картах различают две составные части картографического изображения:

•географическую основу, т.е. общегеографическую часть со­ держания, которая служит для нанесения и привязки элементов те­ матического или специального содержания, а также для ориентиров­ ки по карте;

•тематическое, или специальное, содержание (насьш^енность территории объектами экономической деятельности, спрос на кон­ кретные товары, спрос-предложение товаров, демографическая об­ становка, геологическое строение территории, навигационная обста­ новка, инфраструктура города).

Важнейший элемент всякой карты - легенда, т.е. система ис­ пользованных на ней условных обозначений и текстовых пояснений

кним. Для топографических карт составлены специальные таблицы условных знаков. Они стандартизированы и обязательны к примене­ нию на всех картах соответствующего масштаба. На большинстве тематических карт обозначения не унифицированы, поэтому легенду размещают на самом листе карты. Она содержит разъяснения, ис­ толкование зншсов, отражает логическую основу и иерархическую соподчиненность картографируемых явлений.

Последовательность обозначений, их взаимное соподчинение в легенде, подбор цветовой гаммы, штриховых элементов и шрифтов - все это подчинено логике классификации изображаемого объекта или процесса. На сложных картах для повышения информативности легенды ее иногда представляют в табличной (матричной) форме. Тогда по строкам легенды дается один показатель (например, гене­ тическая характеристика объекта), а по столбцам - другой (напри­ мер, морфологические особенности этого объекта).

Картографическое изображение строится на математической основе, элементами которой на карте являются координатные сетки, масштаб и геодезическая основа. На мелкомасштабных картах эле­ менты геодезической основы не показываются. С математической основой тесно связана и компоновка карты, т.е. взаимное размеще-

203

ние в пределах рамки самой изображаемой территории, названия карты, легенды, дополнительных карт и других данных.

Вспомогательное оснащение карты облегчает ее чтение и ис­ пользование. Оно включает различные картометрические графики (например, на топографической ларте помещают шкалу крутизны для определения углов наклона склонов), схемы изученности карто­ графируемой территории и использованные материалы, разнообраз­ ные справочные сведения. К дополнительным Данным относятся карты-врезки, фотографии, диаграммы, графики, профили, тексто­ вые и цифровые данные. Они не принадлежат непосредственно кар­ тографическому изображению или легенде, но тематически связаны

ссодержанием карты, дополняют и поясняют его.

Всамом определении карты обозначены основные ее свойства:

•математический закон построения - применение специальных картографических проекций, позволяющих перейти от сферической поверхности Земли к плоскости карты;

•энаковость изображения - использование особого условного языка картографических символов;

•генерализованность карты - отбор и обобщение изображаемьпс объектов;

•системность отображения действительности - передача эле­ ментов и связей между ними, отображение иер^хии геосистем.

Свойства карты хорошо понятны при сопоставлении с аэро- и космическими снимками. Снимки дают подробный «портрет», ко­ пию местности, но без всяких условных знаков. На снимках терри­ тория предстает такой, какова она есть. Картографические условные знаки во многом обогащают изображение. Они позволяют передать количественные и качественные характеристики объектов (напри­ мер, указать породы леса, ширину и покрытие автодорог, проходи­ мость болот), отразить объекты, недоступные взору человека при рассмотрении снимка (рельеф, плотность населения), наглядно пока­ зать даже то, что не воспринимается органами чувств (магнитные склонения, аномалии силы тяжести и др.), передать динамику про­ цессов, их ход во времени и перемещение в пространстве (атмо­ сферные вихри, грузопотоки, миграция населения). Наконец, с по­ мощью условных знаков на к^те можно представить расчетные по­ казатели и научные абстракции, скажем, градиент поля температур или степень устойчивости природных ландшафтов к химическому загрязнению, запасы полезных ископаемых или промьшшенный по­ тенциал (по отраслям).

204

Картограф сам выбирает знаки и способы изображения, решает, что и как будет показано на карте. Одновременно он проводит отбор

иобобщение объектов, т.е. определяет, что важно для данной карты

иобязательно должно быть на ней показано, а что не очень сущест­ венно и может быть частично или полностью исключено. При этом составитель карты исходит не только из определенных научных принщ1пов, правил и инструкций, но и руководствуется собствен­ ным пониманием сути отображаемого явления, его генезиса и зна­ чимости в картографируемой геосистеме.

Многие решения, которые принимает картограф, индивидуальны в каждой конкретной ситуащ!и и поэтому трудно формализуемы. Карта в отличие от снимка не является копией местности; это изо­ бражение реальности, образно говоря, пропущенное через голову и руки картографа. На снимке представлены только факты, а на карте - еще и научные понятия, обобщения, логические абстракции.

Повьппение эффективности государственного и муниципального управления практически невозможно без внедрения современных технологий с использованием вычислительной техники. Одна из важнейших задач, осуществляемых муниципальными и региональньши органами власти, - управление недвижимостью. Основными инструментами, позволяющими решать задачи управления недви­ жимостью с помощью компьютера, являются специальные про­ граммные комплексы - геоинформацгюнные системы (ГИС).

ГИС имеют следующие характеристики:

•в состав ГИС входит база данных (и не одна), причем полная технология обработки информации в ГИС значительно шире, чем просто работа с базой данных;

•ГИС рассчитана не просто на обработку данных, а на проведе­ ние экспертных оценок во многих ситуациях. Другими словами, ГИС должна включать в свой состав экспертную систему (одну или несколько), а этого только на уровне базы данных достигнуть не­ возможно, так как экспертная система является более общей по от­ ношению к базе данных;

•данные, которые обрабатывает и хранит ГИС, имеют не только пространственную, но и временную характеристику, что важно в первую очередь для географических данных. Процент чисто геогра­ фических данных в таких системах незначителен, технологии обра­ ботки данных имеют мало общего с традиционной обработкой гео­ графических данных и, наконец, географические данные служат лишь базой для решения большого числа прикладных задач, цели

205

которых далеки от географии. Поэтому современные геоинформа­ ционные системы не являются чисто географическими.

В рамках ГИС создаются электронные кадастры - аналоги Госу­ дарственного земельного кадастра учета, оценки земель и регистра­ ции прав на землю, регулирования земельных отношений и сведений о правовом, хозяйственно-экономическом, экологическом и природ­ ном состоянии городских земель и недвижимости (рис. 6.2). Как видно из приведенной схемы, электронный земельный кадастр обес­ печивает решение следующих задач:

•в сфере управления инвестиционными проектами - планиро­ вание земельного участка под конкретный инвестиционный проект и одновременная оценка вариантов проекта с помощью разработанно­ го экономико-математического инструментария;

•в области управления земельными ресурсами - предоставление полной и достоверной информации для планирования и управления земельными ресурсами города, межведомственное взаимодействие при формировании объектов недвижимости, контроль состояния и использования городских земель и земельных участков;

•в области правовых отношений - регистрация прав на землю, сделок с землей и, как следствие, помощь в защите интересов и ин­ весторов-землепользователей, и города в целом;

•в сфере экономики - "поступление земельных платежей 'в го­ родской бюджет, проведение кадастровой (экономической) оценки городских земель, информационная и правовая поддержка рьшочного оборота земли, а в перспективе - создание фондового рынка зе­ мельных ценных бумаг;

•в сфере общеинформационных услуг - предоставление прави­ тельству города, его структурам, судам, банкам, другим юридиче­ ским и физическим лицам достоверной кадастровой информации, информационная поддержка других городских реестров и кадастров.

Геоинформационная система городского хозяйства относится к низшему (муниципальному) уровню относительно исполюуемых масштабов территориальных данных (1 : 10 000 и более крупных). Вместе с тем это самые популярные ГИС, поскольку для их реализации требуются минимальные информационные и технические ресурсы.

Все координатные данные в ГИС должны входить в единую систе­ му координат. Для позиционирования объектов в этой координатной системе должны бьпъ определены идентгфикаторы местоположения,

которые задают характеристики карты по всей юрисдикции, например коды объектов, акты переписи населения, номера домов и т.д.

206

о

2

X

ш

11

О;

о>

ю

О

"8

9 Ф а£

5 «.К

5 8'§

Земельные

участки и прочно привязанная недвижи­ мость

Земли в границах большого

города

'Сведения:

;• МНОГО-

;слойные 1 электрон- , |ные карты 1 города; ;• 0 землях города по

категориям,

включая

кадастро­ вое и тер­ риториаль­ ное деле- ;ние;

• 0 земель- |ном участке, включая «электрон­ ную карту»; '• 0 земле­ пользовате­ ле;

• об объекте (объектах)

.недвижимо­ сти на участке

Количест­ венный и качествен­ ный учет земель

Земли

города,

земельные

участки

|/(ачвс/пвен-

\ные и 'количёсгп' '.венные \характери- \cmuKu:

|« земель торода; !• земельно-

i го участка

[Сведений:

;• 0 жизнен- :ном цикле 1участка и |недвижимо-

1СТИ'

:• об объек1тах недви-

1ЖИМ0СТИ;

!• 0 функцио- :нальном |использова1НИИ земель; !• 0 плани- |руемом ис­ пользовании |эемель

Регистра­	Кадастро­
ция прав	вая оценка
на землю	земель

Права		Земли
на землю		города,
и на ее		отдельные
целевое		земельные
использова­		участки
ние
Сведения: \		Сведения,
• 0 правах	1	необходи­
		мые для:
на земель-	|	• оценки
ные участки i
и действиях '< городских
с ними;	1	земель всех
• 0 вещных	:	видов;
и обяза-	1	• террито-
тельствен-	i	риально-
ных обре-	;	экономичес-	i
менениях;	;	кого
• 0 субъек-	1	зонирования i
тах права;		города;	i
• об особом 1
целевом	1	• формиро­
назначении	|	вания сис­
		темы эконо­
		мических
		нормативов
		землеполь­
Специаль-	|	зования;
		• оценки
Hbfe	1	земельного
сведения	:	участка;
и	1	• рыночных	|
характери- i		операций с
стики	:	земельными
		участками

Рис. 6.2. Функциональное содержание электронного кадастра

Тематические карты городского хозяйства представляют собой составную модель. В свою очередь, они подразделяются на слои (рис. 6.3). Таким образом, интегрированную графическую основу городской ГИС образует совокупность тематических карт-слоев и

207

Z

Z Z

Здания и сооружения

Охранные зоны

Гидрография

Наземные

коммуникации

Подземные

коммуникации

Дороги и схемы грузопотоков

Плотность населения

Сфера снабжения населения и услуг

Предприятия

Интегрированная инфор­ мационная основа ГИС

Рис. 6.3. Пример наложения слоев интегрированной ГИС

связанных с ними атрибутивных данных в табличной и текстовой форме.

Моделирующие системы типа Pilgrim и имитационные модели позволяют работать с различными базами данных, используя стандартньй ODBC-интерфейс и другие средства, в том числе и с ГИС, позволяющими обращения из других программ (например, с геоин­ формационной системой ArcView). Кроме того, система Pilgrim име­ ет возможности создавать геоцространства без применения ГИС. Обсуждение этих возможностей следует ниже. Рассмотрение работы с различными ГИС выходит за рамки данной книги.

208

6.2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КАРТОГРАФИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Известно, что Земля шарообразна, но не обладает формой иде­ ального шара. Фигура ее неправильна и, как всякое вращающееся тело, она немного сплюснута у полюсов. Кроме того, из-за неравно­ мерного распределения массы земного вещества и глобальных тек­ тонических деформаций Земля имеет обширные, хотя и довольно пологие, вьшуклости и вогнутости. Сложную фигуру нашей планеты назьшают геоидом. Точно определить его форму практически невоз­ можно, но современные высокоточные измерения со спутников по­ зволяют иметь о нем достатрчно хорошее представление и даже описать уравнением.

Наилучшее геометрическое приближение к реальной фигуре Земли - эллипсоид вращения - геометрическое тело, которое образу­ ется при вращении эллипса вокруг его малой оси. Сжатие эллипсои­ да моделирует сжатие планеты у полюсов.

Исторически сложилось так, что в разные времена и в разных странах бьши приняты и закойодательно закреплены различные эл­ липсоиды, и их параметры не совпадают между собой. В России принят эллипсоид Ф.Н. Красовского, вычисленный в 1940 г. Его па­ раметры таковы:

•большая полуось, zi = 6 378 245,000 м;

•малая полуось, Z2 = 6 356 863,019 м;

•сжатие, а = (zi - za) / zi - 1 : 298,3.

ВСША и Канаде до недавнего времени использовали эллипсоид Кларка, рассчитанный еще в 1866 г., его большая полуось на 39 м короче, чем в российском эллипсоиде, а сжатие определено как 1 : 295,0. Во многих странах Западной Европы и некоторых государ­ ствах Азии принят эллипсоид Хайфорда, вычисленный в 1909 г., а в бывших английских колониях (в Индии и странах Южной Азии) ис­ пользуют рассчитанный англичанами в 1830 г. эллипсоид Эвереста.

В1984 г. на основе спутниковых измерений определен междуна­ родный эллипсоид WGS-84 (World Geodetic System). Всего в мире насчитьшается около полутора десятков эллипсоидов. Их примеры приведены в табл. 6.1.

209

Таблица 6.1

Значения элементов земных эллипсоидов

	Название	Полуоси
		Большая Z|	Малая
	эллипсоида
		(м)	22 (М)
	Красовского
	(1940 г.)	6 378245	6 356 863
	Бесселя	6 377 397,2	6 356 079
	(1841 г.)		6 356 912
	Хайфорда	6 378 388
	(1909 г.)
	Кларка I	6 378 206	6 356 584
	(1866 г.)
	Кларка П	6 378 249	6 356 515
	(1880 г.)
	Эйри (Ш 1)	6 377 563.4	6 356257
	Эйри (№ 2)	6 377 340.2	6 356 034
	Эвереста	6377 276,3	6 356075
	(1830 г.)	6 377 301,24	6 356100
	Эвереста
	(1956 г.)
	Австралий­	6 378 160	6 356 775
	ский (1965 г.)
	GKS(1980r.)	6 378 137	6 356 752
	Южно-	6378160	6 356 775
	Американ­
	ский (1969 г.)
	WGS-84	6 378137	6 356 752

Сжатие, Страна использования

а эллипсоида

Россия, страны СНГ, 1 :298,3 страны Восточной

Европы, Антарктида 1:299,15 Европа и Азия

1:297,0 Европа, Азия, Южная Америка, Антарктиаа 1:294,98 Северная и Централь­

ная Америка 1:293,46 Африка, Барбадос,

Израиль, Иордания, Иран, Ямайка

1:299,32 Великобритания 1:299,32 Ирландия 1:300,8 Индия, Пакистан,

Непал, Шри-Ланка 1:300,80 Индия, Непал

1:298,25 Австралия, Папуа (Новая Гвинея)

11298,26 Аляска, Центральная Америка, Мексика, ' США, Канада

1 :298,25 Южная Америка

Г.-298.257 Международный

Карты, составленные на основе разных эллипсоидов, получаются в несколько различающихся координатных системах, что создает неудобства. Однако для принятия единого международного эллип­ соида требуется перевычислить координаты и пересоставить все карты, а это долгч1е, сложное и, главное, дорогостоящее занятие. Не­ совпадения бывают заметны главным образом на крупномасштаб­ ных картах при определении по ним точных координат объектов. Но на ши^ко используемых географических средне- и мелкомасштаб­ ных картах такие различия не очень чувствительны. Более того, ино­ гда вместо эллипсоида берут шар и тогда в качестве среднего радиу­ са Земли принимают величину Л = 6 367,6 км,

210