ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАДИГМЫ В КАРТОГРАФИИ

Продолжая двигаться к компьютерному картографическому и геоинформационному окружению, мы должны знать, что взгляд людей на карты существенно изменился за последние десятилетия. Эти изменения внесли некоторый вклад в широкое применение ГИС, связанный с тем, как мы обращаемся с пространственными данными, которые мы вводим в эти системы. Традиционный подход к картам,парадигма сообщения(communication paradigm), подразумевал, что сама карта является конечным продуктом, призванным сообщать о пространственных распределениях через использование символов, классификации и т.д. Это - традиционный взгляд на картографию, но он ограничен, поскольку пользователю карты не доступна через карту исходная, не классифицированная информация. Другими словами, пользователь, имея только конечный продукт, не может перегруппировать данные для получения большей отдачи при изменившихся обстоятельствах или потребностях.

Альтернативный подход к картографии, который поддерживает хранение исходных данных для обеспечения возможности последующей переклассификации, выработался примерно тогда же, когда изготовители карт начали использовать достижения компьютерной техники. При этом подходе, называемоманалитической парадигмой (analytical paradigm) [Tobler, 1959], исходные атрибутивные данные сохраняются на компьютерных носителях и отображаются исходя из нужд пользователя и с использованием пользовательских классификаций. Ранний предшественник компьютерной картографии и самих ГИС, этот метод сегодня стал гораздо более гибким в своем применении, чем свой предшественник. Импульсом к его развитию служит идея, что карта, особенно с применением компьютерной техники, должна позволять как сообщать информацию, так и анализировать ее.

Аналитическая парадигма зародилась при работе с картами площадных объектов, где каждой области сопоставлены свой уникальный цвет и штриховка, соответствующие значениям представляемого ими признака. Такие карты имели недостаток — трудность интерпретации пользователем. В этом отношении они аналогичны недешифрированным космическим снимкам. Однако, с использованием компьютера в качестве устройства хранения и классификации данных, пользователь приобрел возможность получать несколько классификаций данных, каждая из которых может быть тут же увидена.

Пример разноцелевых исследований одной области может оказаться полезным для понимания различных картографических парадигм. Предположим, вы создаете карту национального парка. Первое задание — разработать карту, которая поможет туристам наслаждаться развлечениями и видами, предлагаемыми парком. Вы создаете карту, выделяя озеро, лодочную станцию, кемпинг, летние домики, спасательную станцию, гейзеры, другие природные явления, пешеходные тропы, места для рыбалки, закрытые для посещения участки, харчевни и т.д., показывая дороги, ведущие к каждому объекту (Рисунок 3.1 а). Объекты могут быть также классифицированы для показа, например, качества дорог, видов лодок, используемых на лодочных станциях, и наличия электроснабжения, водопровода и канализации, имеющихся в местах разбивки лагеря. Главная цель создания такой карты - показать пространственное распределение интересующих феноменов таким способом, который дает понять, как до каждого можно добраться. Это пример реализации парадигмы сообщения.

Рисунок 3.1. Изменение картографической парадигмы. Две карты одной области, государственного парка, показывающие использование парадигмы сообщения для отображения пространственных связей (а) и применения аналитической парадигмы для того же региона (b).

Однако, смотрителям парка требуется информация для управления объектами и ресурсами, за которые они ответственны. Им может быть нужна такая количественная информация, как средний размер деревьев налесистых участках или объем сгораемого материала в лесах, численность редких или охраняемых видов в закрытых областях, размеры и распределения по площади свободных от леса участков, необходимых для пастбищных животных. Имея эти данные, смотрители парка могут определить, например, как изменяется популяция оленей, можно ли обрезать некоторые деревья для уменьшения угрозы пожара, или где нужно проредить старые деревья для облегчения роста молодых. Многие из таких ситуаций потребуют дополнительной атрибутивной информации об отмеченных видах, больных деревьях или годовых различиях состава видов животных и растений.

Постепенно количество информации, особенно атрибутивной, становится таким большим, что одна карта не может вместить всё необходимое смотрителям парка для планирования их мероприятий. Прежде всего, данные должны быть детальными для каждого места. Если, например, существуют 200 различных типов растительных скоплений, данные должны быть записаны для каждого, но отображение всех этих областей на одной карте сделает информацию трудновоспринимаемой визуально; более того, пришлось бы создавать многие карты для каждого показателя в каждой области. Главной функцией этих картографических представлений является анализ, а не просто просмотр пространственных распределений (Рисунок 3.1b), и поэтому парадигма сообщения в данном случае неадекватна, она должна быть дополнена возможностями, которые имеются в аналитической парадигме геоинформатики.

МАСШТАБ КАРТЫ

Независимо от того, какую парадигму мы выбираем, когда мы рассматриваем воплощение нашего пространственного представления в виде карты, мы всегда должны помнить, что карты — это упрощение действительности. Хотя кажется привлекательным представить себе карту, которая покрывает нашу область исследования во всех наблюдаемых подробностях, такой подход потребовал бы от нас пройти пешком по всем закоулкам нашей планеты. Главная цель любой тематической карты -показать важные сведения для большого региона без отвлечения внимания на неуместные или избыточные подробности. Степень упрощения определяется, главным образом, уровнем детализации, который нам требуется для исследования нашей области. Если мы рассматриваем очень маленькую область, такую как одно поле (скажем, 20 га), не требуется упрощать реальность в такой же степени, как и для области в 1000 кв.км.

Масштаб (scale) (Рисунок 3.2) - термин, часто используемый для обозначения степени уменьшения на картах. Наиболее легко он может быть выражен как отношение длины некоторого 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" называетсявербальным масштабом(verbal scale). Этот распространенный способ выражения масштаба имеет преимущество легкого понимания большинством пользователей карт. Другим распространенным представлением являетсячисленный масштаб(representational fraction (RF)), когда расстояние на карте и расстояние на земле даются в одних единицах измерения, как дробь, устраняя тем самым необходимость упоминать единицы измерения. Численный масштаб обычно предпочитаем опытными пользователями карт, поскольку он устраняет путаницу с единицами измерения. Специалисту по ГИС особо следует помнить о необходимости устанавливать, какой из этих двух способов выражения масштаба используется. Многие из вас несомненно порадуются, услышав от сотрудника местного органа власти или другой правительственной организации, предлагающей карты (или аэрофотоснимки) масштаба "один к шестистам". Вы предполагаете увидеть карты численного масштаба 1:600 -очень детальные. Однако, вы услышали сокращенный вариант вербального масштаба, и ваш собеседник имел ввиду карты с вербальным масштабом "в 1 дюйме 600 футов", что на самом

деле соответствует численному масштабу 1:7200.

Рисунок 3.2. Способы выражения масштаба карты. Три наиболее распространенных способа выражения масштаба: вербальный, линейный и численный.

Линейный масштаб (graphic scale), также показанный на Рисунке 3.2 ~ еще один из основных методов выражения масштаба; здесь действительные расстояния на земле показываются прямо на карте. На карте могут бить показаны и реальные площади, но это встречается гораздо реже. Манипуляции с картами в ГИС с большой вероятностью влекут за собой многие изменения масштаба выходных документов, в зависимости от требований пользователя. Во время ввода карты на нее может быть помещена масштабная линейка, и при изменении масштаба на выходе будет изменяться и сама линейка.

Начав работать с ГИС, вы обнаружите, что большинство программ очень легко выполняют 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. Как вы увидите в Главе 5, достоверность результатов анализа существенно зависит от качества данных, вводимых в систему. Эта надежность, в свою очередь, зависит в большой степени от масштаба вводимых карт. Помните, что на мелкомасштабной карте, скажем, 1:100000, линия толщиной 1 мм покрывает на земле 100000мм, то есть 100 м. А это примерно длина футбольного поля. Когда при последующем выводе масштаб в ГИС изменится, скажем до 1:1000, будет также нарисована линия толщиной в 1 мм, создавая впечатление, что она с хорошей точностью представляет реальность. На самом деле, ее положение далеко не так точно.

Может быть полезным и другой пример, иллюстрирующий воздействие масштаба на анализ. Некто, не очень осведомленный в картах, дает вам карту сорока восьми смежных штатов США (без Аляски и Гавайев), изображенную на листе бумаги размером с трехдюймовую дискету. Этому человеку нужно увеличить карту до гораздо большего размера, скажем до квадратного метра, для того, чтобы можно было измерить площадь каждого штата и использовать эти данные для определения плотности населения в каждом штате. Будет ли увеличение производиться при ксерокопировании, или через введение в ГИС для вычисления площади, результат будет одним. Результаты от деления количества жителей каждого штата на соответствующую площадь, полученную с очень большой погрешностью, скорее всего будут бесполезны (Рисунок 3.3). Отсюда следует простое практическое правило: всегда лучше уменьшать карту после анализа, чем увеличивать ее для анализа. Оно применимо в равной степени и к компьютерным системам и к ручным методам.

Рисунок 3.3. Влияние масштаба на точность. Участок карты очень мелкого масштаба, увеличенный до большего масштаба. Линии стали толще и демонстрируют высокую степень генерализации; площади не точны; измерения и анализ практически невозможны.