Тематическое картографирование

Возможности тематического картографирования в ГИС

Тематическое картографирование в ГИС имеет ряд существенных методологических, методических и технологических особенностей позволяющих рассматривать его в качестве самостоятельного направления географического картографирования. Прежде всего необходимо отметить, что в концептуальном плане задачи тематического ГИС-картографирования совершенно не пересекаются с задачами цифровой картографии. Последняя, являясь в историческом смысле предтечей ГИС, в методологическом плане продолжала и продолжает оставаться тесно привязанной к решению задач традиционной производственной картографии.

В отличие от цифровой картографии, нацеленной на создание все более точных цифровых (электронных) аналогов общегеографических и топографических карт, ГИС-картографирование носит ярко выраженный информационно-аналитический и эвристический характер. По­этому оно в гораздо меньшей степени ориентировано на точное воспроизведение картометрических характеристик территории (карто - и топооснов), акцентируя внимание пользователя на закономерности про­странственного распределения атрибутивных (тематических) призна­ков. Зачастую такая ориентация приводит к созданию компьютерных псевдо - и квазикарт - электронных (дисплейных) аналогов различных картосхем, картограмм, картодиаграмм и карт-анаморфоз. Таким об­разом, в процессе тематического ГИС-картографирования фактически используется не метрическая, а топологическая модель территории что обусловлено виртуальным (временным, ситуационным) характером использования электронных тематических карт в процессе приня­тия решений. В этом случае картометрические характеристики, как правило, не попадают в поле зрения пользователя тематической кар­ты, которого больше интересуют топологические аспекты распределе­ния тематических признаков (например, соседство, сочленение, форма, характер распределения таксонов по градациям тематического признака).

В такой трактовке дисплейные тематические карты можно рассматривать как один из видов Геоизображений. Напомним, что понятие геоизображения, введенное А. М.Берлянтом, включает любую пространственно-временную, масштабную, генерализованную модель земных (планетных) объектов или процессов, представленную в графической образной форме. Введение этого понятия в картографии было выз­вано необходимостью интегрального подхода к различным формам кар­тографической визуализации: картам, аэро - и космическим снимкам ЭВМ-изображениям, картографическим фильмам и мультипликациям.

Теория и методы анализа геоизображений составляют предмет но­вого научного направления - геоиконики, которая связывает в один научно-технологический комплекс картографию, дистанционное зон­дирование и машинную графику.

Важнейшей методологической особенностью ГИС-картографирования является возможность почти полной ликвидации разрыва между производством и использованием тематических карт. При этом техно­логия создания карты как бы "растворяется" в технологии ее использо­вания. Этот процесс имеет огромное методологическое и практическое значение, так как приводит к существенному расширению круга пользователей электронных тематических карт, картографический дизайн становится рабочим инструментом коммерческих ГИС-пакетов, а тема­тическое картографирование, как методический прием, выходит за академические рамки и превращается в элемент технологии принятия решений. Следующие методические и технологические особенности тематического картографирования в ГИС отличают его от традицион­ного.

Компьютерная графика.

С помощью алгоритмов компьютерной (машинной) графики в ГИС можно создавать специальные тематические карты, выполнить которые вручную практически невозможно. К их числу относятся картограммы, непрерывно отображающие значения картографируемого показателя величиной промежутков между линия­ми штриховки (при этом в каждом контуре одновременно могут ото­бражаться два показателя), а также картограммы континуальных яв­лений (например, высоты снежного покрова), создаваемые точечно-матричным методом (степень закраски или плотность точек в каждой элементарной ячейке изображения рассчитывается автоматически). Модификацией последнего метода можно считать векторно-матричные картограммы плотности, показывающие величину и направление кон­тинуальных потоков (например, преобладающих ветров) в виде мно­жества векторов, помещенных в элементарные ячейки геоизображе­ния. Другим интересным методом, использующим алгоритмы ком­пьютерной графики, является площадная гнездовая картограмма, позволяющая отображать контурную тематическую информацию (на­пример, структуру землепользования по хозяйствам) в виде концент­рических контурных колец, площадь и положение которых в пределах таксона рассчитывается по специальному алгоритму.

Больших вычислительных ресурсов требует трехмерное тематичес­кое картографирование (например, построение карты типов землеполь­зования на основе трехмерной цифровой модели рельефа). Но верши­ной возможностей компьютерной графики в тематическом картографи­ровании является, несомненно, анимация. Созданные на ее основе дис­плейные динамические карты и картографические мультипликации

Позволяют наблюдать динамику природных и социально-экономичес­ких процессов в пространственно-временном разрезе (например, пространственную диффузию инноваций, геодемографические процессы, распространение инфекционных заболеваний и загрязнение воздуха). При этом пользователь может ускорять или замедлять темп показа динамики картографируемого явления, акцентируя внимание на наи­более интересные моменты и интервалы. В настоящее время исследу­ются возможности применения в ГИС-картографировании технологии Виртуальной реальности, основанной на новом поколении аппаратных и программных средств компьютерной графики.

Итперактивность. Электронную (дисплейную) тематическую кар­ту можно рассматривать как своеобразный вариант графического ин­терфейса, призваный обеспечивать выполнение информационно-поис­ковых и аналитических процедур путем непосредственного указания на объекты карты. При ближайшем рассмотрении здесь выделяются три вида интерактивности: информационно-поисковая (справочная), расчетно-аналитическая и оформительская.

Информационно-поисковая интерактивность дисплейной тематичес­кой карты обеспечивает оперативный показ более детальной (или дополнительной) информации о выбранном объекте карты (например, путем указания на значок населенного пункта можно получить о нем исчерпывающую демографическую информацию в режиме "оконного" интерфейса). Такой режим работы с дисплейной тематической картой особенно эффективен в процессе решения задач анализа, когда требу­ется быстро построить гипотетическую выборку географических объек­тов по определенному набору тематических признаков и сопоставить ей некоторую дополнительную информацию (например, пометить рай­оны с высокой плотностью населения и получить по ним дополнитель­ную социально-экономическую информацию в табличной либо графи­ческой форме).

Расчетно-аналитическая интерактивность электронных тематичес­ких карт дает возможность оперативно рассчитывать и пересчитывать картографируемые показатели, по новым формулам и алгоритмам. Например, создавая карту естественного движения населения в Atlas*GIS, можно быстро рассчитать показатели рождаемости, смертности и естественного прироста населения по соответствующим абсолютным показателям. В комбинации с информационно-поисковой, расчетно-аналитическая интерактивность позволяет проводить тонкий статистический анализ по различным географическим выборкам, отображая ре­зультаты расчетов прямо на дисплейной карте. Таким образом обеспе­чивается синэргетичность (актуальность, условность и вариантность) анализа тематических карт в ГИС, что соответствует самой природе географических явлений и закономерностей.

Оформительская интерактивность основана на широких возможнос­тях картографического дизайна в ГИС, При этом пользователь может выбирать различные цветовые палитры и штриховки, произвольно размещать элементы карты (легенду, титул, масштаб) на рабочем поле (странице) дисплея. В некоторых ГИС-пакетах уже реализованы эле­менты технологии экспертных картографических систем, оказывающие консультационную поддержку пользователю в процессе дизайна тематической карты. Оформительская интерактивность удачно отражает главную особенность тематического картографирования в ГИС: создатель тематической карты является, как правило, и ее потребителем (на английском языке это выражается аббревиатурой WYSIWYG - What You See Is What You Get!)

Параметрическая многомерность. ГИС дает возможность существен­но расширить параметрическое пространство тематического картографирования, включив в него, например, третье пространственное измерение (объемное картографирование) и время (компьютерная анимация). При этом атрибутивная база данных ГИС обеспечивает произвольный доступ к признакам, подлежащим картографированию (их можно интерпретировать как отдельное, атрибутивное измерение). Таким образом, становится возможной реализация 5-мерной картогра­фической модели: три пространственные координаты, время и атрибу­ты (тематическая составляющая). Здесь время фигурирует именно как параметр (т. н. реальное машинное время), а не как атрибутивный показатель (например, временной срез какого-либо тематического признака в атрибутивной базе данных). Параметрическая многомерность позволяет адекватно отображать в картографическом виде реальные географические процессы и является концептуальной основой системного моделирования в ГИС. Особенно эффективна в исследовательском плане процедура последовательного добавления параметров картогра­фирования в процессе поиска скрытых (латентных) пространственно-временных зависимостей. Именно такой подход использован С. Оупен-шоу в его замечательной "атрибутивно-пространственно-временной поисковораспознающей машине"; способной обнаруживать пространственно-временные образы и зависимости в атрибутивной базе данных

Мультимедиа. ГИС-технология обеспечивает возможность подклю­чения к электронной тематической карте звука и видеоизображения. Например, с помощью мультимедиа на электронную этнографическую карту Африки можно выводить цветные фотографии типичных пред­ставителей проживающих там рас, народностей и племен, сопровож­дая показ мелодиями народных песен и танцев. Вместе с текстовыми вставками, рисунками и графиками дисплейная карта представляет собой уже некий Гипертекст, предназначенный для анализа в процессе принятия решений. Такая технология тематического картографиро­вания особенно полезна в градостроительстве и районной планировке. Например, в процессе выбора варианта расширения городских автома­гистралей градостроитель-проектировщик должен одновременно сопо­ставлять реальную ситуацию, отображенную серией тематических карт города (плотность населения, интенсивность движения автотранспор­та, планировочная структура, заповедный архитектурный фонд и т. п.) с нормативной информацией в текстовом и графическом виде (СНиПы, акты местного законодательства, перспективные рисунки планируе­мых реконструкций и т. п.). В этом случае технология Гипермедиа (Hypermedia) позволяет визуально отображать в синтетическом виде всю необходимую информацию, а интерактивный режим работы дает возможность оперативно редактировать и комбинировать любые эле­менты гипертекста.

В телекоммуникационном плане мультимедиа предполагает использование современных технологий передачи электронных тематических карт потребителю: электронной почты (E-mail), сети Internet, сотовой и мобильной связи. Главной проблемой здесь остается проблема стан­дартизации обменных форматов передаваемых цифровых тематических карт, которая уже решается на глобальном уровне. На этом уровне наиболее перспективными технологиями картографической телекомму­никации являются навигационные системы и GPS (Global Positioning System). Использование оптических дисков (CD ROM) позволяет суще­ственно расширить рынок цифровых тематических карт и предостав­ляет массовому пользователю широкий спектр картографической про­дукции в различном тематическом и региональном исполнении.