Что такое цифровая картография

                       Содержание     

                        План

I .Что такое цифровая картография

1. Как используют цифровую картографию
1. Преимущество использования цифровой картографий

II. Новые методы создания картографических произведений

    2. Определения цифровых и электронных картографических произведений

     2.1 Виды атласов

     2.2 Виртуальные  карты

III. Определение цифровых карт

               3.  Цифровое картографирование местности

     3.1 Классификация цифровых карт

     3.2 Новое направление топографо-геодезического производства 

                      Список литературы

Хлебникова Т.А. Создание цифровых карт и планов средствами ГИС «Панорама» [Текст]: учебно-метод. пособие / Т.А. Хлебникова. -Новосибирск: СГГА, 2007. – 125 с.     

 Основы геоинформатики: в 2 кн. Кн 1: учеб. пособие для студ. вузов/ Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарёв, В.С.  Тикунов и др.; под ред. В.С. Тикунова.- М.: Академия, 2004. -352 с. 
     Лисицкий Д.В. Основные принципы цифрового картографирования местности/ Д.В. Лисицкий. – М.: Недра,  1988. - 261 с.: ил. 
     Основы геоинформатики: в 2 кн. Кн 2: учеб. пособие для студ. вузов / Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарёв, B.C. Тикунов и др.; под ред. B.C. Тикунова. - М.: Академия, 2004. - 480 с. 
      ГОСТ 28441-99. Картография цифровая. Термины и определения. Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. - Минск: 1999. - 10 с. 
I.Что такое цифровое картографирование

1. Как используют цифровую картографию

“ Цифровая картография”- составная часть картографии. Он изучает и разробатывает теорию и методы создания цифровых и электронных карт,а также автоматизацию картографических работ.

В наше время преобладает очень высокий уровень автоматизации, и это отражается практически на всех сферах человеческой деятельности. В связи с такой актуальностью технического прогресса возникла цифровая картография, которая представляет собой компьютерную обработку и анализ картографической информации. На данный момент именно цифровая картография является самой популярной в своей научной области, так как сейчас создание любых картографических изображений выполняется именно на компьютере.

Цифровую картографию нельзя назвать отдельной дисциплиной или разделом. Это, скорее всего эффективный инструмент, который позволяет удобно и быстро обрабатывать картографические данные при помощи ПК. Однако влияние цифровой картографии на науку является действительно сильным, и данный способ отображения местности в корне изменил принцип визуализации территории.

Сравним цифровую картографию со старым способом создания карт. В давние времена картографы проводили дни и ночи напролет, находясь у карты, вычерчивая каждый элемент тушью. Такая работа была очень кропотливая, и трудозатраты были просто неоправданны. Сейчас же технология создания карт существенно изменилась, и теперь всю рутинную работу выполняет компьютер, причем гораздо быстрее. Во время обработки картографической информации на ПК используют специальные автоматизированные системы, которые имеют большой функционал, состоящий из инструментов, необходимых для создания карт. Благодаря своей гибкости автоматизированные картографические системы дают массу возможностей современным картографам, которые действительно упрощают и улучшают процесс иллюстрации местности.

1.1Преимущество использования цифровой картографий

Цифравая картография- имеет следующие преимущества над традиционной:

-практически исключается  возможность ошибки. В старые  времена картографам необходимо  было приложить максимум усилий, чтобы описать карту максимально  достоверно. К сожалению, чаще всего  у картографов не получалось  правильно изобразить пространство, его размеры и специфику. В  современной картографии такая ошибка исключена, так как множество сложных расчетов выполняется компьютером. Это существенно упрощает работу картографа, делая ее более быстрой и продуктивной;

-экономия трудовых ресурсов. Если бы в современном мире  картографы не использовали автоматизацию, как они это делают сейчас, то одна карта стоила бы  целое состояние, так как для  ее создания требовались немыслимые  трудозатраты. Сейчас же благодаря  специально-разработанным системам, создание карты выполняется относительно  просто, что и сказывается на  их цене;

-возможность редактирования. Если Вы нарисовали карту, но  там изменилась местность (вырубили  лес, высохла река и пр.), то  ваше творение уже можно считать  непригодным, так как оно несет  в себе недостоверную информацию. Однако цифровая картография  поддерживает возможность редактирования  карт, что позволяет вернуть им  их былую актуальность. Более  того, это опять же приносит  существенную экономию трудовых  ресурсов.

Цифровая картография – это настоящий прорыв в географической науке, так как она позволяет нам изобразить мир таким, какой он есть на самом деле.

Преимуществами компьютерных технологий являются не только идеальное качество графических работ, но и высокая точность, значительное увеличение производительности труда, повышение полиграфического качества картографической продукции.

         II. Новые методы создания картографических произведений

2. Определения  цифровых и электронных картографических  произведений

Картография в настоящее время перешла на новый качественный уровень. В связи с развитием компьютеризации полностью изменились многие процессы создания карт. Появились новые методы, технологии и направления картографирования. Можно выделить различные направления, которыми  сегодня занимается картография: цифровое картографирование, трехмерное моделирование , компьютерные издательские системы и т.д. В связи с этим появились новые картографические произведения : цифровые, электронные и виртуальные карты ,анимации , трехмерные картографические модели , цифровые модели местности .

Кроме создания местности компьютерных карт стоит задача формирования и ведения баз цифровой картографической информации. Цифровые карты  неотделимы от традиционных карт. Теоретические основы картографии, накоплены векам, остались прежними, изменились только технические сердства создания карт. Использование компьютерной техники привело к значительным изменениям технологии создания картографических произведений. Намного упростилась технология выполнения графических работ: исчезли трудоемкие чертежные работы, гравировальные и другие ручные работы. В результате вышли из употребления все традиционные чертежные материалы и принадлежности. Картограф, знающий программное обеспечение, можно быстро и качественно выполнить сложные картографические работы. Также появилось много возможностей выполнять на очень высоком уровне дизайнерские работы: оформление карт, обложек атласов, титульных листов и др.

С внедрением компьютерной технологий обьединились  процессы составления карт к изданию. Оплата необходимость делать высококачественную ручную копию составительского оригинала.    Оформительский оригинал, выполненный на компьютере, позволяет очень легко редактировать и исправлять корректурные замечания без ухудшения его качества.

          2.1 Виды атласов

Капитальные атласы традиционным методами создаются очень долго,  десятки лет. Поэтому очень часто еще в процессе создания их содержания устаревает. Электронные атласы позволяют значительно сократить сроки изготовления. Поддержание электронных карт и атласов на уровне современности, их обновление делается в настоящее время очень быстро и качественно.

Существует несколько типов электронных атласов:

- Атласы только для  визуального просмотра («перелистывания») - вьюерные атласы.

-Интерактивные атласы, в которых можно изменять оформление, способы изображения и классификацию картографируемых явлений, получать бумажные копии карт.

- Аналитические атласы (ГИС-атласы), позволяющие комбинировать и сопоставлять карты, проводить их количественный анализ и оценку, выполнять наложение карт друг на 
друга.

Во многих странах, в том числе и России, созданы и создаются Национальные атласы. Национальный атлас России является официальным государственным изданием, созданным по поручению Правительства Российской Федерации. Национальный атлас России дает комплексное представление о природе, населении, хозяйстве, экологии, истории и культуре страны.

2.2 Виртуальные  карты

Картографические анимации - динамические последовательности электронных карт, которые передают на экране компьютера динамику и перемещение изображаемых объектов и явлений во времени и пространстве (например, движение атмосферных осадков, перемещение транспорта и т. п.).

Анимации нам очень часто приходится наблюдать в повседневной жизни, например, телевизионные карты прогноза погоды, на которых хорошо видны перемещения фронтов, областей высокого и низкого давления, атмосферные осадки.

 Для создания анимации используют всевозможные источники: данные дистанционного зондирования, экономико-статистические данные, данные непосредственных натурных наблюдений (например, различные описания, геологические профили, наблюдения метеостанций, материалы переписей и т. п.). Динамические (двигающиеся) изображения картографических объектов могут быть различными:

- перемещение всей карты по  экрану и отдельных элементов  содержания по карте;

- изменение внешнего вида условных  знаков (размеров, цвета, формы, яркости, внутренней структуры). Например, населенные пункты могут быть показаны в виде пульсирующих пунсонов и т. д.;

- мультипликационные последовательности  карт-кадров или трехмерные изображения.

Так можно показать динамику таяния ледников, динамику развития эрозионных процессов;

- панорамирование, вращение компьютерных  изображений;

- масштабирование изображения, использование  эффекта «наплыва» или удаления 
объекта;

- создание эффекта движения  над картой (облет, объезд территории).

Анимации могут быть плоскими и объемными, стереоскопическими, кроме того, могут сочетаться с фотоизображением.

Трехмерные анимации, сочетающиеся с фотоизображением, называются виртуальными картами (создается иллюзия реальной местности).

Технологии создания виртуальных изображений могут быть разными. Как правило, вначале по топографической карте, аэро или космическому снимку создается цифровая модель, затем - трехмерное изображение местности. Его окрашивают в цвета гипсометрической 
шкалы и потом используют как реальную модель.

III. Определение цифровых карт

                3.  Цифровое картографирование местности

В результате автоматизации топографо-геодезического производства возникло новое направление - цифровое картографирование местности. 
     Под цифровым картографированием местности как части топографо-геодезического производства понимается технологический процесс, объединяющий сбор и обработку цифровой топографической информации, формирование на ЭВМ цифровой модели местности, хранение, дополнение и обновление её с помощью машинного банка данных, получение по этой модели различных аналитических и графических материалов в соответствии с предъявленными требованиями. 
     В научном плане цифровое картографирование представляет собой новый метод, принципиально отличающийся от традиционных аналоговых и предназначенный для создания цифровой модели местности (ЦММ). Топографические планы и карты при этом рассматриваются как её производные. Потребители топографо-геодезической информации имеют возможность получать не один универсальный документ (топографическую карту или план), требующий дополнительной переработки, а целый ряд материалов различного содержания и формы, необходимых для решения конкретных задач. Такой подход обеспечивает потребности различных отраслей народного хозяйства в топографо-геодезических и картографических материалах, дает большой экономический эффект, обусловленный многократным и многоцелевым их использованием.

В научно-технической литературе и нормативных документах приведены понятия цифровых моделей местности, электронных, цифровых карт, цифровых топографических карт, различные их классификации.

Цифровые карты (ЦК) в векторном формате - наиболее распространенный вид цифровой карты. Их создавали (в конце прошлого века) по технологии цифрования с помощью дигитайзера с ручным обводом или сканированием оригиналов с последующей векторизацией (в настоящее время), используя программные средства - векторизаторы. Альтернативный подход - растровая цифровая карта, создаваемая сканированием топографических карт. 
     Векторная ЦК обладает рядом преимуществ. Тем не менее, практика показывает, что при отсутствии необходимости в векторной основе, ограниченности финансовых ресурсов и по другим причинам может быть использована растровая копия топографической карты (плана). 

В процессе цифрования происходит перевод исходных картографических материалов на твёрдой основе в цифровую форму. Используемое программное обеспечение  и цели работы накладывают определенный отпечаток на технологию цифрования, однако существуют требования, выполнение которых необходимо для создания качественного продукта в виде ЦК. Результатом цифрования является цифровая карта. Однако это еще «сырой» продукт. Для того чтобы ЦК стала законченным результатом, её качество должно быть оценено и признано удовлетворительным. Существуют различные способы нахождения и устранения ошибок - от ручных до полуавтоматических. Созданная по исходным картографическим материалам и прошедшая процедуры контроля цифровая карта является продуктом и используется далее в соответствии со своим предназначением. 
      Под цифрованием принято понимать процесс перевода исходных (аналоговых) картографических материалов в цифровую форму, т. е. перевод графических  объектов исходных картографических материалов в цифровую форму.  
     Создание ЦК может осуществляться с помощью дигитайзера или цифрового изображения исходных картографических материалов.  
     С помощью дигитайзерного ввода основная масса ЦК создавалась до середины 1990 -х  годах, а затем дигитайзеры уступили место цифрованию по растру. В настоящие время при создании ЦК дигитайзеры имеют ограниченную область использования.    

При векторизации растра субъективные факторы влияют меньше, чем при дигитайзерном вводе, так как растровая подложка позволяет все время корректировать ввод. Программы векторизации растровых изображений условно можно разделить на три группы: ориентированные на ручную векторизацию, полуавтоматическую и автоматическую. Алгоритмы автоматической векторизации для ввода картографической информации в настоящее время не используются для массового ввода картографического материала. Полуавтоматическая векторизация дает хорошие результаты при цифровании чётких контуров на растре соответствующего качества, например расчленённые оригиналы рельефа на пластике.

Точность ввода информации у опытного оператора при ручной векторизации выше, так как при полуавтоматической векторизации на передачу формы влияет качество растра, и при «изрезанных» краях растровой линии начинают появляться изгибы проводимой векторной линии, которые вызваны не общей формой линии, а локальными нарушениями растра. Оператор же в таких и подобных случаях форму объекта передает более точно, ориентируясь на дополнительные материалы (источник получения растра) и анализируя ситуацию. Нужно отметить, что при векторизации растра точность вода значительно выше, чем при цифровании дигитайзером, и в основном зависит от качества исходного растра . 
      

      3.1 Классификация цифровых карт

Классификация цифровых карт по назначению. 
     Общегеографические карты. Топографические (масштаб 1 : 200 000 и крупнее), обзорно – топографические (от 1 : 200000 до 1 : 1 000 000 включительно) и обзорные (мельче 1 : 1 000 000) карты содержат разнообразные сведения  о рельефе, гидрографии, почвенно-растительном покрове, населенных пунктах, хозяйственных объектах, путях сообщения, линиях коммуникаций, границах. В геоинформатике эти карты служат для двух целей: получение информации о перечисленных объектах местности и пространственной привязки тематических сведений. 
     Карты природы.это наиболее разнообразная по тематике группа карт, включающая карты геологического строения и ресурсов недр, геофизические, рельефа земной поверхности и дна океанов, метеорологические и климатические, гидрологические и океанографические,    почвенные, геоботанические, зоогеографические, медико-географические, ландшафтные и общие физико-географические охраны природы. 
     Карты народонаселения. Среди карт народонаселения выделяют следующие основные сюжеты: размещение населения по территории и расселение; этнографическая и антропологическая характеристика народонаселения; демографическая характеристика; социально-экономическая характеристика.  
     Карты экономики. Данный класс карт наиболее обширен и разнообразен социально-экономической тематики. Здесь прежде всего выделяют карты промышленности с подразделением на добывающую и обрабатывающую или более детально по каждой отрасли промышленности. Ещё более многочисленны карты сельского хозяйства. Широко используется характеристика природных ресурсов, зачастую с их хозяйственной оценкой, и прежде всего земельных фондов, трудовых ресурсов, материально-технической базы сельского хозяйства и др. Отраслевые карты сельскохозяйственного производства подразделяют на карты земледелия и животноводства. Карты лесного хозяйства характеризуют распространение и использование лесных ресурсов. 
     Карты науки, подготовки кадров, обслуживания населения связаны с картами, как народонаселения, так и экономики, торговли, связи. 
     

     3.2 Новое направление топографо-геодезического производства      

При автоматизации любого, в том числе и топографо-геодезического, производства можно проследить два взаимосвязанных, но имеющих при этом вполне самостоятельное значение направления. Одно из них заключается в создании новых технических средств, обеспечивающих замену ручного труда при выполнении отдельных операций и процессов работой автоматических устройств и систем; другое — в поиске принципиально новых технических идей и решений. Взаимосвязь этих направлений выражается в том, что, с одной стороны, разработка и использование средств автоматизации базируются на новых способах и приемах работ, а с другой - совершенствование методологии топографии требует учета возможностей современной техники. 
     Анализ содержания и задач крупномасштабного картографирования на современном этапе позволяет выделить три основополагающих принципа автоматизации геодезического производства.

Переход к представлению топографической информации в виде цифровой модели местности, реализованной на ЭВМ; 
формализация параметров топографической съемки как информационного процесса в системе «человек — машина» с разработкой новых методов технологических процессов; системный подход к организации производственного процесса, выражающийся в создании автоматизированных систем картографирования.

Потребители топографо-геодезической информации имеют возможность получать не один универсальный документ (топографическую карту или план), требующий дополнительной переработки, а целый ряд материалов различного содержания и формы, необходимых для решения конкретных инженерных задач. Такой подход обеспечивает потребности различных отраслей народного хозяйства в топографо-геодезических и картографических материалах, дает большой экономический эффект, обусловленный многократным и многоцелевым их использованием.  
     Рассмотрим цифровое картографирование местности как автоматизированный информационный процесс в системе «человек - машина». Исходным укрупненным процессом является сбор цифровой информации ходе наземной съемки, фотограмметрической обработки аэрофотоснимков, дигитализации (преобразования в цифровую форму) имеющихся картографических материалов, обследования объектов местности и подземного хозяйства (или дешифрирования снимков). Все эти работы выполняют разными способами и приборами, по различным технологиям и, следовательно, их характеризует многообразие форм получаемых данных (различные системы координат, состав, форматы, коды данных и т. д.)