Что такое компьютерная картография
Начало цифровой картографии можно отсчитывать от одна тысяча девятьсот пятьдесят седьмого года. В этом году в Массачусетском технологическом институте (США) была изготовлена первая цифровая модель рельефа и местности карты, которую использовали в дальнейшем для проектирования автомобильных дорог. Это свидетельствует о том, что в картографии с середины двадцатого века начали развитие новые технологические картосоставительские и картоиздательские процессы и методы, которые усовершенствуются до настоящего времени. Основными направлениями и тенденциями совершенствования в них можно выделить:
- технологические (электронные) методы создания карт;
- цифровые способы организации банков и баз данных;
- технологии геоинформационного картографирования;
- формирование карт в компьютерных сетях;
- разработки виртуального картографирования.
Для более эффективного применения научно-технологических процессов развития картографии требуется наиболее быстрая доставка созданных ею продуктов до конечного пользователя. Тогда они будут оперативно использованы потребителями для решения ставящихся ими конкретных задач. В современных реалиях все научно-производственные отрасли, в том числе и цифровая картография, ориентируются на удовлетворение таких запросов и потребностей общества. Таким образом, с помощью цифровых технологий картография превращается из познавательных и просто средств ориентирования в математический инструментарий и методы проектирования, организации, управления и планирования. Уже очевидно, что технический прогресс повлиял на способы использования карт, из которых выделим следующие:
- методы коммуникации;
- пространственной информации;
- системного принятия решений.
Сущность цифровой картографии
Цифровую картографию можно представить в трех, а то и четырех содержательных формах:
- раздел картографической науки;
- производственной индустрии;
- новой технологии.
- инструмент визуализации изображений картографической продукции.
Прежде всего, как радел картографической науки, цифровая картография занимается исследованием и отображением пространственного местоположения различных объектов деятельности общества, всевозможных природных явлений, их цифрового моделирования и взаимосвязей.
С применением и использованием автоматизированных процессов изготовления, новых компьютерных технологий и разнообразного визуального ряда изображений цифровая картография пользуется особой популярностью, как у потребителей, так и специалистов. Изготовление картографической продукции, как индустриального производства, является многофункциональным технологическим процессом с применением современных технологий и имеющим спрос как электронного продукта.
Стоит вспомнить, каким образом ранее строились карты. Создавались целые штатные картографические группы и тематические партии, в услугах которых возникала производственная необходимость. Вся получаемая съемочная информация фиксировалась тушью на кальке или более плотной основе. Большая трудоёмкость, значительные временные затраты и скрупулезность во всем картосоставительском процессе делали процесс медленным. Сейчас все это заменяют компьютерные технологии, с возможностью более быстрого и точного исполнения проектов, удобства в обновлении и редактировании карт.
Преимущества цифровой картографии
Сравнивая все предыдущие и настоящие возможности различных способов построения карт, включая экономическую составляющую рыночной эффективности, можно выделить следующие преимущества цифровой картографии:
- передача точной информации об объекте, практически исключающая возможность получения ошибок, в связи с использованием в расчетах компьютерной автоматизации;
- быстрота обработки и получения итогового результата с более высокой производительностью труда;
- более экономичный способ создания карт с меньшими затратами труда;
- возможность и удобство, как редактирования, так и периодического обновления карт на той же математической и геодезической основе.
Следует также отметить, что цифровая картография все больше занимает места в мировом информационном потоке, проникает в различные сферы интересной современной жизни планеты и завоевывает значительные слои пользователей своей продукции, создавая тем самым повышенный спрос. Такая ситуация происходит по мере развития:
- новых (компьютерных) технологий картографических и геоинформационных систем;
- новых (космических) методов геодезического пространственного позиционирования и определения расположения всех объектов;
- совершенствование е составления карт, повышающих точность и скорость осваивания новых востребованных картографических продуктов.
Виды цифрового картографического производства
Цифровое картографическое производство для получения определенных результатов в современном своем виде занимается следующими производственными процессами:
- разработкой цифровых типовых карт и других, необходимых для этого картографических материалов в виде массивов информации всей совокупности объектов;
- созданием тематических карт с использованием уже имеющихся цифровых математической и картографической основ;
- ведение цифровых баз данных различной информации, в том числе границах государств;
- цифровое картографирование по спутниковым и аэрофотографическим снимкам;
- цифровое применение строительства топографических карт.
Производственные процессы цифровой картографии
Цифровая картография сложный технологический продукт, который представляет картографическое производство, состоящее из следующих производственных процессов:
Цифровая электронная картография — это технология, позволяющая моделировать окружающую местность при помощи специальных технических средств и компьютерных программ.
Преимущества систем электронной картографии:
- возможность динамического изменения рельефа;
- возможность динамического изменения расположения различных объектов;
- простое масштабирование местности;
- большая точность;
- возможность нанесения цифровых меток;
- возможность поиска объектов в системе;
- автоматическая прокладка маршрута;
- возможность передачи цифровых карт.
Сферы применения электронной картографии
Электронные картографические системы применяются в повседневной деятельности человека, например при ориентировании на местности, поиске той или иной организации в городах, подсчета запасов полезных ископаемых проектирования.
Электронная картография применяется в следующих отраслях:
- проектирование при строительстве;
- проектирование при дорожном строительстве;
- проектирование трубопроводов, линий коммуникаций;
- оценка состояния почвы и геологоразведка;
- моделирование чрезвычайных ситуаций;
- составление кадастровых планов;
- создание атласов, альбомов;
- оптимизация логистики предприятий;
- на всех видах транспорта.
Системы электронной картографии для судов:
- ЭКНИС – электронно-картографическая и информационная навигационная система;
- ЭКС – электронно-картографическая система, используются на больших морских судах.
Электронная картография в следующих направлениях:
- картографическая наука;
- производственная индустрия;
- развитие новых технологий;
- инструмент для работы земельных служб, БТИ;
- электронные карты для путешественников, геологов;
- построение маршрутов;
- электронная навигация;
- визуализация изображений на картах.
Типы цифровой картографии
Современная электронно-картографическая система состоит из трех основных элементов:
- цифровых карт,
- приемника GPS,
- компьютера с программным обеспечением.
Методы цифровой картографии:
- методы коммуникации;
- методы пространственной информации;
- методы системного принятия решений.
Основными направлениями и тенденциями развития электронной картографии:
- технологические методы создания карт;
- развитие программных методов обработки данных карт;
- цифровые способы организации банков и баз данных;
- технологии геоинформационного картографирования;
- формирование карт в компьютерных сетях;
- разработки виртуального картографирования.
Возможности цифровых картографических систем
Методы электронной картографии позволяют:
- повысить точность передачи информации об объекте;
- снизить возможность получения ошибок;
- упростить расчеты при компьютерной автоматизации;
- увеличить скорость обработки и получения итогового результата;
- снизить затраты при проведении картографических работ;
- возможность внесения информации о всех видов коммуникаций;
- возможность редактирования и обновления электронных карт;
- увеличение эффективности проведения геодезических работ.
Трехмерная электронная картография дает возможность решения следующих задач:
- оперативное проектирование реконструкции коммуникаций объектов;
- трехмерная презентация объектов;
- визуализация технологических узлов, связей;
- компьютерное моделирование технологических процессов на местности;
- детальное проведение инвентаризации объектов;
- проведение точной геодезии;
- оперативный мониторинг трубопроводов, линий связи.
Направления и типы цифровой картографии
Современные методы электронной картографии успешно используются для создания:
Картография — наука об отображении и познании природных и социально-экономических геосистем посредством карт как моделей. существует также как область техники и технологии создания и использования картографических произведений и как отрасль производства, выпускающего картографическую продукцию (карты, атласы, глобусы и др.). Развитие компьютеризации расширило представление о картографии, в её интересы входят также технологии создания электронных карт, баз и банков цифровой картографической информации.
Содержание
Разделы картографии
Картоведение
Картове́дение — раздел картографии; отрасль науки, техники и производства, что охватывает изучение, создание и использование картографических произведений, а также историю картографии.
Математическая картография
Математическая картография — раздел картографии, изучающий математические способы построения картографических проекций, их преобразований, методы изыскания проекций, способы и технические приёмы применения проекций на практике. К математической картографии также иногда относят весь комплекс вопросов, связанных с математическим обоснованием карт (компоновка карт, расчёт рамок и т. п.), а также способы и средства измерений на картах. Тесно связана с математикой, геодезией и другими дисциплинами.
Составление и оформление карт
Составление и оформление карт — область картографии, область технического дизайна, изучающая наиболее адекватные способы отображения картографической информации. Эта область картографии тесно взаимосвязана с психологией восприятия, семиотикой и тому подобными гуманитарными аспектами. Поскольку на картах отображается информация, относящаяся к самым различным наукам, выделяют также такие разделы картографии, как историческая картография, геологическая картография, экономическая картография, почвоведческая картография и другие. Эти разделы относятся к картографии лишь как к методу, по содержанию они относятся к соответствующим наукам.
Цифровая картография
Относительно недавно появилась цифровая (компьютерная) картография, занимающаяся компьютерной обработкой картографических данных. Цифровая картография является не столько самостоятельным разделом картографии, сколько её инструментом, обусловленным современным уровнем развития технологии. Например, не отменяя способов пересчёта координат при отображении поверхности Земли на плоскости (изучается таким фундаментальным разделом, как математическая картография), цифровая картография изменила способы визуализации картографических произведений (изучаются разделом «Составление и оформление карт»). Так, если раньше авторский оригинал карты чертился тушью, то на сегодняшний момент он вычерчивается на экране монитора компьютера. Для этого используют Автоматизированные картографические системы (АКС), созданные на базе специального класса программного обеспечения (ПО). Например, GeoMedia, Intergraph MGE, ESRI ArcGIS, EasyTrace, Панорама , Mapinfo и др. При этом не следует путать АКС и Географические информационные системы (ГИС), так как их задачи различны. Однако на практике один и тот же набор ПО является интегрированным пакетом, используемым для построения и АКС, и ГИС (яркие примеры — ArcGIS, GeoMedia и MGE).
История картографии
Развитие зарубежной картографии
Первые картографические рисунки появились в первобытном обществе раньше, чем письменность.
Самая древняя из сохранившихся карт найдена к северу от Вавилона и датируется примерно 2200 годом до н.э. На ней изображена река, протекающая в горах, и образующая дельту при впадении в море.
Греческие ученые первыми доказали шарообразность Земли (Аристотель, IV в. до н.э.) и вычислили ее размеры (Эратосфен, III в. до н.э.). Гиппарх(II в. до н.э.) предложил строить карты по сети параллелей и меридианов, определяя широту и долготу пунктов в градусной мере по данным астрономических наблюдений.
Римский математик, астроном и картограф Клавдий Птолемей (I-II в. н.э.) создал 8 книг, в которых описал математические способы построения карт (в том числе коническую проекцию), указал координаты многих пунктов. Он сам составил 90 карт.
В IV в. н.э. в Римской империи широко применялись дорожные карты, составлявшиеся с чисто практическими целями – для ориентирования при передвижении на дорогах.
В эпоху средневековья (V-ХVII в.в.) типичными картографическими произведениями являются так называемые монастырские карты, составляемые при монастырях и служившие иллюстрациями к религиозным сочинениям. На таких картах в центре помещался Иерусалим, на востоке – рай. Шарообразность земли отвергалась.
В конце ХIII – начале ХIV в. благодаря развитию торговли и мореплавания появились портоланы – карты, служившие мореплавателям для ориентирования.
В истории географической карты большую роль сыграло изобретение в ХV в. книгопечатания.
Один из первых глобусов был изобретен немецким картографом М. Бехаймом в 1492 году.
Большой вклад в развитие картографии внес Меркатор в ХVI в. Он занимался изготовлением астрономических инструментов и глобусов, съемкой местности, составлением, гравированием и изданием карт. Он разработал ряд картографических проекций, в том числе получившую широкое применение равноугольную цилиндрическую проекцию Меркатора.
Развитие отечественной картографии
Свою особую историю имеет русская картография. Первая сводная карта Руси была составлена еще в начале ХVI в.
В 1701 году Петром I была открыта первая школа русских геодезистов. В 1745 году выпущен «Атлас Российской империи». Он содержал 20 карт, в том числе генеральную карту всей России и карты ее частей. В середине ХVII в. Географический департамент возглавил М.В. Ломоносов, который значительно улучшил постановку картографических работ.
В ХIХ в. большое значение приобрели тематические карты. Были созданы климатические, почвенные, геологические, экономические и другие карты. Например, в развитии почвенного картографирования огромную роль сыграли работы В.В. Докучаева.
К концу ХIХ – началу ХХ в. развитию картографии способствовал технический прогресс. Особенно большую роль в создании крупномасштабных карт сыграло применение аэрофотосъемки.
В 1919 году был подписан декрет об организации Высшего геодезического управления, переименованного в дальнейшем в Главное управление геодезии и картографии. В 20-х годах в некоторых вузах впервые была открыта картографическая специальность и был организован Центральный научно-исследовательский институт геодезии и картографии (ЦНИИГиК).
Перед войной были выпущены новые стенные школьные карты, школьные атласы. Во время Великой Отечественной войны основная задача советской картографии, в особенности военно-топографической службы, состояла в обеспечении Советских войск всеми необходимыми картами.
В середине 50-х годов картографирование в масштабе 1:100 000 было закончено на всей территории страны. Создавались комплексные атласы республик, краев и областей СССР. Велась работа над созданием школьных карт и атласов. В 80-х годах было завершено изготовление топографической карты в масштабе 1:25 000 на всю территорию СССР. К настоящему времени по всем основным курсам школьных программ по географии и истории созданы атласы и стенные карты, которые периодически переиздаются с необходимыми исправлениями.
Цифровая картография — это технология, позволяющая моделировать окружающую местность при помощи специальных технических средств и компьютерных программ. Информационные технологии дают возможность создавать электронные аналоги топографических, авиационных, геологических, навигационных, кадастровых и других видов карт.
Помимо изображения окружающего пространства на карту могут наноситься трёхмерные объекты и различные категории дополнительных данных. Алгоритм создания и использования цифровых карт определяется следующими ГОСТами: 28441-99, 15971, 21667, 26387.
Преимущества цифровой картографии
Оцифрованные данные об окружающем пространстве используются для создания автоматизированных картографических и геоинформационных систем. По сравнению с традиционными бумажными картами электронные модели имеют следующие преимущества:
- возможность динамического изменения рельефа и расположения различных объектов;
- быстрое масштабирование местности;
- большая точность и отсутствие искажений;
- возможность нанесения цифровых меток и мгновенного поиска нужно объекта;
- автоматическая прокладка маршрута и контроль за отклонениями от выбранного курса;
- возможность передачи цифровых карт через интернет.
Электронные карты не подвержены износу, их можно хранить в памяти компьютера и на стационарных носителях. Цифровая картография и трёхмерное моделирование служат важным источником информации при проектировании, ремонте и реконструкции зданий, а также различных инфраструктурных объектов. Данные, содержащиеся в электронных картах, используются для решения следующих задач:
- оценка состояния почвы и геологоразведка;
- моделирование чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера;
- составление кадастровых планов и инвентаризация земельных ресурсов;
- создание атласов, альбомов и энциклопедий;
- построение зон видимости и определения мест уверенной радиолокации;
- геомаркетинг;
- оптимизация логистики предприятий и транспортных компаний.
Цифровые карты активно эксплуатируются туристами, спортсменами и путешественниками. Электронную картографическую информацию используют при поиске пропавших людей и планировании спасательных операций.
Методы создания электронных карт
Для создания электронных моделей местности используются картографические, фотограмметрические, геодезические и космические технологии. Сбор информации осуществляется при помощи аэрофотосъёмки и фиксации географических данных с применением спутниковых систем.
Сведения, полученные в процессе лазерного сканирования местности, также используются при создании геоинформационных систем. Дополнительным источником информации служат данные, полученные в ходе оцифровки аналоговых карт. Аэросъёмка проводится с использованием самолётов, квадрокоптеров и беспилотных летательных аппаратов.
Фотограмметрическая обработка полученных снимков осуществляется при помощи цифровых станций, высокоточных сканеров и другого специализированного оборудования. Созданием электронных карт по заказу физических и юридических лиц занимаются частные и государственные предприятия, имеющие соответствующую лицензию. Перечень работ в рамках цифровой картографии< включает следующие пункты:
- предпроектное исследование;
- разработка технического задания совместно с заказчиком;
- формирование электронного изображения местности;
- настройка геоинформационной системы;
- обучение операторов программного комплекса;
- сопровождение программного обеспечения и внесение актуальной информации в базы данных.
Наибольшими функциональными возможностями обладают трёхмерные векторные карты, которые представляют собой специализированные базы данных. Растровые карты пользуются меньшей популярностью, так как они обладают узким диапазоном масштабирования и не могут использоваться для решения ответственных навигационных задач.
Заключение
Электронная карта — это современный инструмент, позволяющий решать широкий спектр организационных, проектировочных, коммерческих и военных задач. Использование цифровой картографической информации позволяет реорганизовать бизнес-процессы и даёт компании весомые конкурентные преимущества.
Применение цифровой картографии даёт возможность оптимизировать промышленно-логистические процессы и повышает уровень экономического развития отдельных регионов и страны в целом.
Дальнейшее развитие технологий искусственного интеллекта и больших данных позволит создать единую цифровую модель планеты, которая будет представлена в виде отдельного мобильного приложения. Бумажные карты выйдут из обращения и станут достоянием прошлого.
Читайте также: