Координатная привязка карты (регистрация растрового

Географические информационные системы
Лекция
3
Виды геоизображений. Соотношения масштаба. Картография. Карта как
модель. Связи – источник новой информации. Свойства карты. Виды карт. Проекции.
Координатная привязка карты. Среда MapInfo –формы существование таблицы.
Виды геоизображений. (Квадрат)
картографические, фотографические, телевизионные, сканерные, машиннографические, стереоскопические, блоковые (глобус), голографические, анимационные,
кинематографические
Масштаб – отношение между линейными размерами карты и местности.
Обозначение М 1:10000 означает, что в одном см карты укладывается 10 000 см
поверхности Земли. Для перевода сантиметров в километры десятичную точку нужно
перенести на 5 цифр влево: у нас в 1 см укладывается 0.10000 км, т. е. 100 м.)
1:М
Поля масштаба изображений
100000000
10000000
1000000
Аэроснимки
Карты
Космоснимки
100000
10000
1000
100
1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 1.E+08
Москва
Моск. обл.
Россия Земля
Карта строится с помощью различных условных знаков. Различают символы,
линии и выделы – три главных графических элемента, которые могут иметь разные
значения графических переменных форму, тип, строение, фактору, цвет, яркость. Все
графические элементы призваны наглядно, т. е. качественно, выражать подчас строго
заданные количественные характеристики, имеющие сплошное распространение. Какие
бы графические средства ни использовались, отображаемое с их помощью объект или
явление отграничивается от остальных.
ГИС – способы исследования и обработки пространственной информации.
Картография – наука об отображениях явлений природы и общества на
географических картах и др. геогр. произведениях, о свойствах, принципах и методах их
создания и использования. Без картографической модели невозможно ведение ГИС. (о
системном и информационно-картографическом моделировании и познании геосистем)
Карта как модель
Карта – геометрически трансформированное изображение поверхности Земли
Карта – уменьшенное, обобщенное, математически определенное образнознаковое изображение земной поверхности (социум?), ее модель, т. е. изображение
реальности, пропущенное через голову и руки картографа.
Моделирование – способ познания, при котором реальный объект заменяется его
подобием, обладающим сходными свойствами, доступными для изучения, прием
упрощение исследования. Модель – мысль о природе, упрощенное отражение реальных
объектов в сознании человека. Модель – это заместитель, образ оригинала…,
воспроизводящий в более простом и доступном для изучения виде структуру, свойства,
взаимосвязи и отношения между элементами оригинала, его динамику и
функционирование. Функции как модели: коммуникативная (передача и хранение
информации), оперативная (принятие решений), познавательная (наука), прогностичная
(направление развития).
Карта – это модель местности, отражающая (как и любые другие модели) некие
основные с точки зрения исследователя черты ее строения. Следовательно, карта есть
геометрически трансформированное изображение Земли. Карта (в отличие от снимков с
самолета или спутника) никогда не выступает в качестве копии Земли, это всегда
отфильтрованная, генерализованная, акцентированная на нужных аспектах информация,
интеллектуально переработанная картографом. Любая карта «пропущена через голову»
исследователя. Это черта карт называется целесообразность – соответствие назначению.
В этом смысле карта, как генерализованное обобщенное изображение поверхности
Земли, выполняет функцию ее модели. Она дает представление о географических
объектах, но с определенной содержательной позиции, сообразно цели исследования.
Карта не есть непосредственное отображение Земли, это "пропущенное через голову"
исследователя понимание существенных (с той или иной точек зрения) явлений природы.
Ни одна из карт не изоморфна (подобна) аэро- или космоснимку (даже
общегеографическая карта), каждая несет отпечаток цели, поставленной предварительно,
перед началом ее создания. В этом и состоит сила и прелесть картографического метода.
Опираясь на общую топографическую основу, карта показывает территориальное
распределение только той характеристики, которая интересует исследователя. Однозначно
ориентированные карты распространения разных природных показателей получают
бесчисленное множество точек пересечения поставляя географу неограниченный
материал для изучения их взаимосвязи – как визуальными, так и инструментальными и
компьютерными методами. Полученные на этой базе модели играют роль плана
воссоединения в одно целое ранее по отдельности выделенных природных компонентов –
способ сведения множества переменных в сборную систему. В идеале такое построение
позволяет отследить серию цепных реакций, вызываемых в геосистеме любым внешним
воздействием.
Процесс картографического исследования, построение картографических моделей,
самодостаточен сам по себе, позволяя узнать нечто новое о причинно-следственных
связях между природными элементами. Поэтому чаще всего можно встретить
узконаправленные тематические карты, отслеживающие какую-либо одну связь, одну
обобщающую характеристику территории, зависящую от окружения. Таковы, например,
геоботанические карты распространения растительности, служащие индикаторами многих
свойств ландшафта (особенностей рельефа и почв), таковы зоогеографические карты,
отображающие приуроченность отдельных видов или сообществ животных к
относительно однородным компонентам ландшафта. Таковы, наконец, недавно введенные
в обращение экологические карты, отображающие общее состояние окружающей среды и
связи человека с компонентами геосистем, ориентированные на реализацию
природоохранных мероприятий. предназначенные для использования в природоохранной
деятельности.
Структура карты
 картографическое изображение,
 легенда (система и объяснение условных обозначений,принятых на карте)
 математическая основа
 компоновка (расположение)
 вспомогательное оснащение (шкалы...)
 дополнительные данные.
Свойства карты Основное свойство карты как модели – большая информационная
емкость. Картографическая информация – результат восприятия картографического
объекта (Берлянт, 1996). Информация скрыта в карте, любой пользователь может ее
извлечь и воспользоваться. Источник новой информации – связи между объектами. Эти
связи (отношения) могут быть трех родов: пространственные, исторические (временные) и
функциональные.
Пространственные отношения – это расстояния между объектами (в пространстве
трех осей): между бесконечным числом пар точек можно измерить бесконечное число
отрезков.
Исторические отношения – это расположение объектов относительно друг друга в
зависимости от прошедших событий (процессов): положение Петрозаводска не случайно,
а исторически обусловлено (война, железо, пушки, водный транспорт).
Функциональные отношения – это современные зависимости распределения
объектов от факторов среды: в понижениях рельефа, где собирается влага, растительность
богаче, но где накапливается вода – заменяется на другую; животные любят мозаичный
ландшафт с многообразием ресурсов...
Обзорность – охватить единым взглядом весь мир.
Наглядность – выразить цветами и формой внутреннее содержание объекта (синяя
вода, зеленый лес).
Масштабность – сохранение пропорций уменьшенных географических объектов.
Крупномасштабные
карты
позволяют
видеть
объекты
крупно
(1:10 000),
мелкомасштабные – мелко (1:10 000 000).
Избирательность – раздельное представление явлений и процессов: невозможно
на карте изобразить действительность целиком, но лишь –целесообразно, т. е.
определенную группу объектов или их свойств. (Не путайте объект с моделью – не ешьте
меню).
Синтетичность – объединение явлений, например, в форме синтеза нескольких
показателей в индексе.
Непрерывность карты, которая «не терпит пустоты».
Кроме карт картография поставляет и другие картографические изображения,
например, эпюры, диаграммы, блок-диаграммы и профили (разрезы), диаграммы, когда по
горизонтальной оси откладываю расстояния, а по вертикальной – значения изучаемого
показателя.
Виды карт
В зависимости от целей для одной и той же территории может быть создано
множество карт разных видов – от общегеографических и до узкоспециальных
тематических (отображающие явления и объекты специального исследования).
Тематические карты передают с особой полнотой какой-либо один элемент геогр.
ландшафта или не географических объектов и явлений, например, социальные или
природные явления. Экологические карты отображают
Отметим среди последних следующие виды: гипсометрические – карты рельефа
(высот), топографические – карты расположения основных компонентов геосистем
(гидрологическая сеть, лесные, болотные массивы, коммуникации и пр.), ландшафтные –
карты иерархии геосистем (фации, урочища, местности, ...), геоботанические – карты
областей распространения фитоценозов, лесохозяйственные – карты лесных насаждений
с точки зрения их экономической ценности, экологические – карты состояния природы и
ее связи с человеком (места рекреации, зоны загрязнений), ориентированы на обеспечение
природоохранных программ, отражают организацию надорганизменных систем,
отношений организмов со средой, например, эпизоотии; корреляционные – карты,
отражающие взаимосвязь неких характеристик природы, аналитические – карты одного
атрибута (влажность, высота местности), синтетические – карты для отображения
интегральных показателей, прогнозные – карты, показывающие несуществующие ил еще
неизвестные явления (контуры месторождений) и т. д.
(Вариант экологического картографирования: процесс расчленения пространства
на участки, однородные по своему биогеоценотическому значению и экологическому
потенциалу Исаев, 100).
Другие виды карт и изображений: специальные (навигационные), электронные,
анаглифы (стереокарты), анаморфы (синтез географических и атрибутивных данных),
блоковые (глобус), голографические, анимационные, кинематографические.
Мысленные карты (субъективный идеальный образ местности), картограммы,
цифровые (данные для построения изображения), анаморфы – графические
изображения, производные от традиционных карт, масштаб которых трансформирован и
варьирует в зависимости от величины характеристики явления (pi) на исходной карте
(атрибут местности). От центра квадрата смещение (di) границ составляет

1  p i
 , где Si – площадь квадрата, p – средняя величина параметра для
di 

1
)

p  S i

площади (?).
Проекции и их виды.
Принцип построения изображения на плоской поверхности объемной фигуры
известен давно (театр теней Китая). В Землю «вставляется лампочка» и контуры объектов
проецируются на плоскость.
Азимутальная
Цилиндрическая
Коническая
Цилиндрическая, нормальная, поперечная
Псевдоцилиндрическая,
Коническая,
Поликоническая,
Азимутальная (нормальная, поперечная, косая)
90º СШ
Параллели
Северной Широты
0º СШ, экватор
30º ВД
0º ВД, Гринвич
36º ВД
90º ВД
Меридианы
Восточной Долготы
GK Зона 6
Равноугольная поперечная цилиндрическая: К. Гаусса (1825 – принцип долек)А. Крюгера (1912 –формулы расчета проекции):
Одна долька (зона) имеет угол 6.
Линии километровой сетки параллельны осевому меридиану.
От Гринвича до Карелии 5.5 долек, т. е. 6*5+0.5=33°.
Градусная (дуги) и
километровая (квадраты)
сетка
Порядок привязки растра в MapInfo должен быть таким:
– на географической карте найти точки с точными значениями координат в
градусах и минутах, пересчитать минуты в десятичную форму,
– отсканировать карту, привязать ее к координатам с градусной системе ГауссаКрюгера (Пулково 1942, 6 зона),
– перевести градусы в метры.
Координатная привязка карты (регистрация растрового изображения)
Векторные карты строятся на растровой основе, в первую очередь на сканограммах
«зеленок». Для того, чтобы иметь возможность привязывать векторные карты к друг
другу, если они построены для смежных областей, служит прием регистрации, т. е.
процедура привязки разных векторных карт к одной и той же системе координат. У нас в
стране для крупномасштабных карт принята проекция Гаусса-Крюгера, которая состоит в
том, что для изображения на плоской карте сферической земной поверхности ее как бы
«разрезают» на апельсиноподобные «дольки», секторы с углом 6º. В пределах каждого
фрагмента (всего получается 60 зоны) используются уже координаты плоской
поверхности – декартовы (километровая сетка).
Регистрация отсканированной растровой карты начинается с импорта карты в
среду Map Window и вызова окна Image Registration: File\ Open Table (тип файла: Raster
Image)\ Register, OK.
В появившемся окне сначала важно правильно установить проекцию (Projection…).
Для нашей страны она разрабатывалась в Пулково на основе проекции Гаусса-Крюгера.
поэтому в списке Category устанавливаем Gauss-Kruger (Pulkovo 1942). Карелия в
основном лежит в шестой зоне; в списке Category Members устанавливаем GK Zone 6
(Pulkovo 1942),OK.
Далее назначаем единицы измерения - градусы: Units…\ Degrees, OK.
Теперь нужно отметить точки привязки векторной карты – к растровой основе. Их
следует ставить крестиком в местах пересечения меридианов и параллелей, для которых
известны значения в градусах и минутах; эти значения вводятся вручную. Вводить
минуты необходимо после перевода их в десятые доли градуса, например, 62°15’ нужно
вводить как десятичное число градусов 62.25. Число точек привязки должно быть не
менее 3, для карт лучше иметь 7 точек, для снимков – 20. При этом точность
расположения можно контролировать по величине ошибки Errors (pixels). Завершает
привязку кнопка ОК. Неудачную привязку можно модифицировать, открыв окно привязки
командой Table \ Raster \ Modify Image Registration.
Открывшееся после регистрации окно Map Window позволяет вводить
географические объекты, локализация и взаиморасположение которых на электронной
карте будет строго соответствовать их размещению на бумажной карте. При этом
расстояния между объектами, площади полигонов и другие операции измерения
пространственных характеристик объектов можно получать в любых, более удобных
единицах измерения, чем градусы. Для выбора единиц служит окно Map Options,
вызываемого командой меню Map \ Options….
В системе координат Гаусса-Крюгера возможен переход к метрическими
единицами. Для того, чтобы метры имели положительные значения, к величинам
отклонений точки от края снимка прибавляют 6 500 000 м, поэтому метрические
координаты в системе ГК имеют порядок 6 миллионов м.