Карта как модель представления пространственной информации

Карта была и остается основным источником данных для геоинформационных систем. Карты в современном понимании имеют следующие свойства: пространственный охват, масштаб, разрешение, качество, форму (аналоговую или цифровую), актуальность, соответствие стандартам.

При переносе на карту информации об объемных трехмерных объектах реального мира в виде плоских (двумерных) координат неизбежно возникают искажения. Следовательно, при работе с ГИС для того, чтобы понимать язык карт необходимы знания из области картографии.

Карта может быть рассмотрена как двухмерная модель, ото­бражающая трехмерную поверхность Земли. Построение карты свя­зано с моделированием (отображением) трехмерной поверхности в плоскость [11].

Земля – это тело неправильной геометрической формы, поэтому при переносе на плоскость (карту) точки земной поверхности надо выбрать математическую модель поверхности Земли. Математическую основу географической карты составляют: ее астрономо-геодезическая основа, координатные сетки, картографическая проекция, масштаб.

Сейчас в качестве математической основы применяют так называемые общеземной эллипсоид и референц-эллипсоид. Референц-эллипсоид – это эллипсоид вращения, на поверхность которого отображаются материалы астрономических измерений, геодезических работ и топографических съемок.

При отображении точек земной поверхности используют различные системы координат. Если исследуются относительно небольшие участки земной поверхности и их условно можно принять за плоскость, то применяют следующие типы координат:

- плоские декартовы координаты. Определяются заданием двух осей X и Y. Положение точки в заданной системе записывается как пара координат (X, Y);

- плоские полярные координаты. Используют расстояние от начала координат r и угол φ от фиксированного направления. Они удобны при проведении измерений от заданной точки.

Если же на большом участке Земли требуется учитывать радиус кривизны, то применяют пространственные, более сложные системы координат. В географической системе координат положение точки описывают широтой φ и долготой λ. Вводятся также понятия меридиан, параллель, большой круг, малый круг.

Земной эллипсоид задается набором параллелей и меридианов, которые в виде развертки переносятся на плоскость. В зависимости от вида развертываемой поверхности различают три вида картографических проекций (рис. 1.4): азимутальные (при проектировании земной поверхности на плоскость, определенным образом ориентированной относительно земного эллипсоида), конические (земная поверхность переносится на боковую поверхность конуса) и цилиндрические (проекция на боковую поверхность цилиндра) [12].

Картографические проекции задаются с помощью системы аналитических выражений. Как правило, в ГИС запрограммировано несколько видов проекций, например, азимутальная равнопромежуточная, коническая равноугольная Ламберта, цилиндрическая Меркатора и др., и имеется возможность перевода карты из одной проекции в другую.

Рис. 1.4. Виды картографических проекций:

азимутальная, цилиндрическая, коническая.

Масштаб карты – это степень уменьшения объектов на карте относительно их размеров на земной поверхности [13]. В зависимости от типа и назначения карты используют различные масштабы: от 1:1 000 000 до 1: 5 000. С масштабом карты связана проблема генерализации, то есть, какие объекты отображать или нет на карте в соответствии с ее размером, назначением и содержанием. Чем мельче масштаб, тем меньше подробностей, частностей и деталей наносится на карту. Так как в ГИС одна и та же карта может отображаться в нескольких масштабах, то здесь задача генерализации решается своими методами и называется операцией зуммирования.

В геоинформационных системах исходные данные и результаты представляются в виде электронных карт, т.е. визуализированных цифровых карт – внутримашинного представления карты в виде цифровых кодов или цифровых сигналов. Цифровую карту получают:

- векторизацией растра;

- дигитайзерным вводом;

- непосредственно по материалам полевых съемок, минуя промежуточные «твердые» копии (см. об этом подробнее пар. 1.5).

Критериями качества электронных карт являются информативность, точность, полнота, корректная внутренняя структура. Цифровая карта хранится одновременно в двух системах координат: это внутренняя (система координат хранения) и внешняя (система координат изображения). Следует отметить, что система координат цифрования может отличаться от теоретической системы координат карты в заданной проекции.

Язык карт, т.е. используемая знаковая система для отображения пространственных объектов, имеет два уровня:

первый уровень - представление пространственного положения объектов,

второй - наглядное представление для пользователя их качественных характеристик.

При переходе на компьютерную технологию язык первого уровня представляется в виде базы данных координат положения объектов, то есть в виде так называемой координатно локализованной или пространственной информации. Качественные и количественные характеристики объектов (атрибутика) определяются условными обозначениями и надписями (язык второго уровня), имеющими координатную привязку.