Елементи карти

Визначена математична основа побудови карт передбачає встановлення строгої функціональної залежності між криволінійними та прямокутними координатами тих самих точок земної поверхні на площині. Це дозволить вивчати за картами просторові відношення та форми зображуваних об’єктів.

Методи використання карт входять до тематичних розділів картографії. Основу такої дисципліни складає картографічний метод дослідження – метод використання карт для пізнання зображених на них явищ.

При підготовці картографів важливі такі дисципліни: видання карт, що займається вивченням та розробкою методів поновлення та розмноження карт, а також економіка та організація картографічного виробництва, що займається проблемами оптимальної організації та планування виробництва.

До структурних підрозділів картографії слід також віднести картографічну семіотику, яка розробляє мову карти, теорію та методи побудови систем картографічних знаків і правила їх використання. В рамках цього підрозділу можна виділити синтактику, семантику та прагматику, які вивчають співвідношення знаків між собою, їх зв’язки з відображеними об’єктами, особливостями сприймання читачами, інформаційна цінність знаків тощо; картографічний дизайн - вивчає теорію та методи художнього проектування картографічних творів; картографічне джерелознавство вивчає і розробляє методи оцінки і систематизації картографічних джерел для складання карт; картографічна топоніміка – вивчає географічні назви, їх змістовне значення при передачі на картах. Задачею цього розділу є нормалізація і стандартизація назв і термінів, які наносяться на карту.

Поряд з вищеназваними структурними розділами картографії існує галузеве (тематичне) картографування залежно від складу картографічних явищ. В першу чергу, це є земна картографія (геокартографія) і картографія космічна, яка досліджує планети та космічний простір. Геокартографію можна розділити на топографічну (картографування земної поверхні) та тематичну, яка включає всі види природних та соціально-економічних карт. З тематичної картографії виділено велику групу галузевих картографій для вивчення конкретних природних та соціально-економічних явищ.

Крім того, чітко виділяються такі галузі, як навчальне, наукове, туристичне, навігаційне, інженерне картографування. Вони відрізняються за призначенням та практичною орієнтацією. При появі нових галузей застосування перелік картографування стрімко розширюється. Види картографування можна розділити:

· за об’єктом - астрономічне, земне чи планетарне, а в рамках земного - картографування суші та океанів;

· за методом – наземне, аерокосмічне та підводне;

· за масштабом – велико-, середньо- та дрібномасштабне;

· за рівнем узагальнення – аналітичне, комплексне і синтетичне;

· за рівнем автоматизації – ручне, автоматизоване та автоматичне;

· за оперативністю – базове і оперативне.

1.3.Основні властивості та визначення географічних карт як просторових моделей

В цьому розділі зупинимось на властивостях географічних карт і визначення їх як просторових моделей. Ще раз дамо визначення карти для більш широкого засвоєння в повсякденній практиці.

Карта – це зменшене та побудоване у картографічній проекції, а також узагальнене і виконане в певній системі умовних позначень зображення поверхні Землі чи інших тіл космічного простору з розміщеними на них об’єктами реальної дійсності за певних умов проектування та просторового відтворення.

Основною властивістю та ознакою карт є картографічне зображення, яке виконується за певними засобами умовних позначень, при допомозі яких передають розміщення конкретних об’єктів в реальному просторово-часовому середовищі з відображенням якісних та кількісних характеристик кожного з них. Але таке картографічне зображення повинно бути виконане за певними умовами, які відповідають вимогам при картографуванні конкретних територій. Ці умови і визначають вимоги до карт, а саме:

1. Карта повинна бути побудована за певними математичними законами, що дасть можливість відобразити реальність інформативно та наближено до дійсності. При цьому розраховується масштаб зменшення реальних об’єктів при переході до картографічного зображення; математично обґрунтовуються картографічні проекції, за якими виконують просторове розміщення реальних предметів та ситуацій території на площині.

2. В загальному карта повинна відображати реальну модель дійсності. Але на одній карті неможливо відобразити всі предмети та об’єкти повністю зі всіма властивостями та характеристиками Тому необхідно виконати їхній відбір за певними ознаками та властивостями з узагальненням їх характеристик.

Ці предмети об’єднують в певні групи (наприклад, будинки, дерева тощо) і такий процес називають картографічною генералізацією. Генералізація виконується з урахуванням задач, які вирішуватимуться на даній карті.При цьому зберігають основні характерні ознаки зображуваного явища відповідно до призначення даної карти.

3. Для створення картографічного зображення використовують картографічні умовні позначення та символи, якими на картах позначають різні об’єкти та їх характеристики. Такі умовні знаки дають можливість відобразити і відтворити всю ситуацію та інформацію про об’єкти без втрат ознак з їхніми характеристиками. При цьому необхідно відображати важливі предмети та об’єкти, які внаслідок зменшення неможливо було б відтворити на карті. На карті обов’язково повинні бути зображені предмети, які є стратегічно важливими і такі, що дають уявлення про їх розвиток та погляди на систему взаємозв’язків між елементами явищ та процесів.

Вважають, що карта є просторово-часовою моделлю реальних систем та підсистем природного та суспільного середовища з їх зв’язками та динамікою, яка математично визначена, генералізована з образно-знаковою символікою і реалізована в геоінформаційному просторі та часі.

У науках про Землю та суспільство багато уваги надається оцінці та співвідношенню властивостей різних моделей. Людство завжди давало перевагу математичним моделям, хоча поряд були також інші моделі (карти, таблиці, аеро- та космічні знімки тощо).

Необхідно з’ясувати властивості картографічних та шляхи створення комплексних моделей взагалі.

До властивостей картографічних моделей можна віднести:

· просторово-часова подібність – основна властивість картографічної моделі. Існує декілька проявів подібності картографічного зображення і його реального прообразу: геометрична подібність, часова та подібність відношень;

· змістова відповідність - науково обґрунтоване зображення явищ, їх головних типових властивостей з врахуванням генези, ієрархії та внутрішньої структури;

· абстрактність - реалізується генералізацією картографічного зображення;

· вибірковість - полягає в тому, що картографічна модель здатна роздільно зображувати ті фактори, явища та процеси, які реально можуть діяти разом;

· синтетичність - в тому, що вона забезпечує цілісність зображення явищ та процесів, які реально проявляються ізольовано;

· метричність - найбільш явна властивість картографічної моделі, яка забезпечується математичним законом проекції, точності створення та перевидання карти;

· однозначність зображення випливає з математичного закону побудови карти;

· безперервність зображення полягає в достатньому вивченні території, на яку складається карта;

· наочність є прямим наслідком образного характеру картографічної моделі;

· оглядовість є специфічною властивістю карти, що дозволяє дослідникові охопити єдиним поглядом великий простір;

· логічність легенди не стосується картографічного зображення, але легенда невідривна від карти і служить ключем до неї та її логічною основою;

· системність є також однією з важливих властивостей карти, що дає можливість вивчати зв’язки між предметами та ситуацією карти, які створюють систему для наукового пізнання реальності в просторі та часі.

Перераховані властивості картографічної моделі тісно пов’язані між собою та можуть бути виведені один з одного.Особливо важливим є роль та місце карти зі своїми властивостями в науковому пізнанні, якими не властива ні одна матеріальна чи ідеальна модель, що використовується в науках про Землю.

Недоліками картографічних моделей є формалізм зображення, який призводить до того, що явища, які мають різну природу та генезис, можуть одержувати однакову картографічну інтерпретацію при подібному зовнішньому вигляді. В картах є ще такі недоліки, наприклад, карта при безперервному зображенні прикриває вивчення явищ для всієї території в забезпеченні конкретними фактичними даними. Карта погано передає розвиток явищ у часі. Також важко сумістити декілька явищ, наприклад, рельєф, ґрунти, рослинність тощо за фіксований момент часу.

Серії карт та атласів також є моделями геосистем. У серіях взаємозв’язаних карт і комплексному атласі можна відзначити багато рис системних моделей. За К. Саліщевим: “атлас - не просто набір географічних карт, він включає в себе систему карт, які органічно зв’язані між собою і доповняють один одного, систему, обумовлену призначенням атласу та особливостям його використання”. Властивості геосистем, які моделюються в серіях карт або в атласах, такі: компоненти геосистем та підсистем представлені серіями аналітичних карт, які об’єднані в тематичних розділах і підрозділах; взаємодії компонентів всередині однієї геосистеми або між різними геосистемами відображені на комплексних та комплексно-синтетичних картах; взаємозв’язок та інтеграція елементів геосистем показуються на синтетичних картах атласу; динаміка процесів, які проходять в геосистемах, передається серіями різночасових карт або спеціальними картами динаміки.

Таким чином, комплексний атлас - це складна картографічна модель з системною організацією, в рамках якої можуть створюватися різні перехідні картографічні моделі.

1.4.Зв’язок картографії з іншими науками

Головна мета картографії - правильне відображення і дослідження дійсності за допомогою картографічних зображень як особливих просторових моделей реальних явищ. Це зумовлює важливість і необхідність картографії, методи якої найповніше розкривають загальні закони природи, суспільства і взаємозв’язків між елементами геосистем. Суть основних понять картографії, науковий аналіз її теоретичних положень та емпіричного матеріалу, цілеспрямований на пізнання та створення регіональних і глобальних систем розвитку явищ та їх взаємозв’язків. Тісні зв'язки, що об’єднують картографію з багатьма науками, виникають за новими напрямами і посилюються в процесі загального науково-технічного прогресу. Йому властиве вирішення складних проблем спільними зусиллями багатьох наук, що сприяє їх взаємному проникненню і збагаченню. У картографії цей факт добре виявляється на стику з іншими науками у формуванні багатьох нових галузей тематичного картографування.

Картографія близька до географії і геодезії. Геодезія, що вивчає фігуру, розміри і гравітаційне поле Землі, а також методи вимірювання на її поверхні, надає картографії дані про геометричні параметри Землі і координати геодезичних мереж. Фотограмметрія розробляє методи визначення положення, розмірів об'єктів земної поверхні за аеро- і космічними фотознімкам. На стику цих галузей знань з картографією споріднена топографія, що створює первинні великомасштабні топографічні карти, які так чи інакше утворюють основу всіх географічних карт. Всі похідні топографічні карти готуються лабораторними картографічними методами, що дає тепер підставу виділяти в картографічній науці і виробництві їх важливу галузь — топографічнекартографування. Топографія, картографія і взагалі науки про Землю широко використовують дешифрування аеро- і космічні фотознімки як ефективний засіб отримання різносторонньої інформації про земну поверхню за її фотографіями.

Важливі зв'язки картографії з географієюі науками про Землю. Картографування вимагає з’ясування суті та особливостей явищ, що зображуються. Географія постачає картографа необхідними знаннями про природні і виробничі територіальні комплекси, а науки про Землю — про компоненти природних комплексів. У свою чергу ці науки використовують картографію як особливий метод дослідження природного середовища, розміщення населення і суспільного виробництва, їх просторових взаємозв'язків і динаміки. Наприклад, геоморфологія широко застосовує картографічний метод для вивчення рельєфу і в той же час дає картографові розуміння рельєфу, що забезпечує його правильне відображення. Саме наявність органічних зв’язків в різних галузей призвело до створенню цілого напряму в картографії – тематичного картографування. В цьому аспекті закономірно говорити про географічну картографію— системне картографування природних і соціально-економічних територіальних комплексів та їх компонентів як елементів цих комплексів. Зараз відбувається формування космічної картографії, зверненої до створення, вдосконалення і оновлення карт за інформацією, що отримується з космосу.

В даний час при розширенні можливостей картографії в різних галузях науки та виробництва велику роль відіграють математичне моделювання, моделі на основі системного аналізу, математичне моделювання за умов невизначеності, математична статистика тощо. Особливу увагу слід приділити ролі математики при створенні різних картографічних проекцій, які є математичною основою всіх карт.

Тісно пов’язані з картографією науки про Землю та планети – значний і розгалужений комплекс географічних, геолого-геофізичних, екологічних, планетологічних галузей знань, для яких картографія служить одним із головних методів пізнання та засобів систематизації даних.

Соціально-економічні науки – економіка, соціологія, демографія, історія, археологія, регіональна політика, етнографія та інші споріднені з ними дисципліни утворюють основу тематичного картографування та використання їх.

Логіко-філософські науки – теорія відображення, теорія моделювання, формальна логіка, системний аналіз активно контактують з картографією при розробці знакових систем, вивченні явищ та процесів в природі та суспільстві.

Астрономо-геодезичні науки – астрономія, геодезія, гравіметрія, супутникова геодезія, топографія надають картографії дані про фігуру та розміри Землі та планет, їх фізичних полів, утворюють базу для складання загальногеографічних та тематичних карт.

Математичні науки – математичний аналіз, аналітична геометрія, сферична геометрія, математична статистика і теорія ймовірностей, теорія множин, математична логіка, теорія графів, теорія інформації безпосередньо контактують з картографією. Сьогодні математичні дисципліни активно використовують при розробці картографічних проекцій, математико-картографічному моделюванні, створенні алгоритмів та програм картографування і використання карт, планування картографічного виробництва, формування інформаційно-пошукових систем.

Техніка і автоматика – приладобудування, електроніка, лазерна та напівпровідникова техніка, хімічні технології матеріалознавство, поліграфія складають технічну базу створення, видання і використання карт та інших картографічних творів.

Дистанційне зондування – комплекс дисциплін, які включають аеро-, космічне та підводне знімання, обробку та дешифрування зображень, фотограмметрію, фотометрію структурометрію, а також космічне землезнавство і моніторинг.

Такі основні зв’язки картографії з іншими науками. Окремі картографічні дисципліни широко використовують в своїх цілях дослідження і матеріали інших галузей знання при розробці питань оформлення карт.

1.5. Взаємодія картографії з геоінформатикою

Сучасна геоінформатика є системою, яка охоплює науку, техніку та виробництво. Тому інтеграція картографії, дистанційного зондування та геоінформатики і представляє структуру “наука-техніка-виробництво”. Геоінформатика як наука має справу з тими ж об’єктами, що і географія, картографія, дистанційне зондування, тобто, з природними, суспільними та природно-суспільними геосистемами, але використовує при цьому свої методи і засоби. Головні з них – комп’ютерне моделювання і тісно зв’язане з ним геоінформаційне моделювання. Картографія і геоінформатика зв’язані між собою дуже тісно і в багатьох відношеннях. Карти і атласи – одне з головних джерел одержання просторової і часової інформації для комп’ютерної обробки. Вся інша інформація, яка використовується в геоінформаційних системах, прив’язується до карт, основою якої є система координат, що прийнята в картографії. Кінцева інформація для користувача, подається в картографічній формі, яка є зручною і звичною.

Повна інтеграція картографії та геоінформатики проходить скрізь на рівні державних служб, інформаційних центрів, наукових та виробничих підприємств та в сфері освіти. Завдяки взаємним контактам, ці галузі відчувають потужний технічний підйом і одержують доступ до величезних інформаційних ресурсів.

Стрімка інтеграція в сучасній картографії та суміжних дисциплінах веде до формування синтетичних наукових напрямів. Одне з них виникло під назвою “ геоматика ”, що символізує тісну взаємодію геонаук та інформатики. В реальному практичному плані геоматика близька до геоінформатики і співпадає з нею за своїми задачами, технологіями та методами.

Запропоновано різні концептуальні моделі зв’язків картографії, дистанційного зондування та геоінформатики. В одних з них домінує картографія, яка включає в себе геоінформатику (автоматизоване картографування) і дистанційне зондування (як джерело даних для картографування). В інших домінує геоінформатика. Треба розглядати ці дисципліни як самостійні, хоча частково вони можуть перекриватися і тісно взаємодіяти. Інтеграція геодезії, картографії, дистанційного зондування, геоінформатики та суміжних дисциплін проходить на всіх рівнях: концептуальному, організаційному, методичному, технологічному та освітянському. Розвиток нових наукових дисциплін та технологій супроводжується синтезом, виключенням перекриття, що дасть можливість системно об’єднатися.