Геоинформатика и картографическое моделирование

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Литература для подготовки к лекциям 1. Д.В. Лисицкий, Геоинформатика, Новосибирск, 2012. 2. Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарев, Тикунов В.С., Геоинформатика, 2005. 3. Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарев, Тикунов В.С., Основы геоинформатики, 2004. 4. А.М. Берлянт, Картография, 2001. 5. А.М.Берлянт, Картоведение, 2003. 1 Раздел. Основные понятия геоинформатики и картографического моделирования. Определения картографии и геоинформатики Картография – наука об отображении явлений природы и общества на географических картах и других картографических произведениях, о свойствах этих изображений, методах их создания и использования. В более широкой трактовке картография включает технологию и производственную деятельность. Достижения картографии материализованы в географических картах, атласах, рельефных картах, глобусах и других картографических произведениях, составляющих продукцию картографической отрасли промышленности. Геоинформатика – наука, произошедшая как средство анализа и исследований окружающей среды в географии и определяется в трех аспектах: – как наука; – как информационная технология; – как производство (информационная индустрия). Определение геоинформатики как науки: «Научная дисциплина, изучающая природные и социально-экономические геосистемы посредством компьютерного моделирования и анализа на основе баз данных и географических знаний». Определение геоинформатики как информационной технологии: «Технология сбора, обработки, накопления, хранения, преобразования, анализа и отображения пространственно-координированной информации» Определение геоинформатики как информационного производства: «Производственная деятельность по получению и переработке пространственно-координированной информации и подготовке пространственных решений, а также по созданию и эксплуатации геоинформационных систем и технологий». Важнейшие особенности геоинформатики: – однозначная идентификация объектов пространства с помощью координатной привязки; – моделирование всех объектов пространства как точек, линий, полигонов (площадей) и поверхностей, абстрагируясь от их сущности; – математическая обработка абстрактных объектов – точек, линий, площадей и поверхностей. Связи геоинформатики со смежными областями науки и производства показаны на рисунке 1. Рисунок 1 – Связь геоинформатики со смежными областями науки и производства Составные разделы геоинформатики: 1. Геоинформационное картографирование – создание пространственного информационного ресурса. 2. ГИС-обработка – переработка пространственного информационного ресурса в пространственные решения. Сущность и содержание геоинформационного картографирования 1. Геоинформационное картографирование – раздел картографии и геоинформатики, охватывающий теорию и методы создания и использования геоинформационных моделей, цифровых и электронных карт, других пространственно-временных моделей на основе геоинформационных систем и технологий. 2. Геоинформационное картографирование – технологический процесс сбора и обработки геоинформации (ГИ), формирования геоинформационных моделей (ГИМ), создания и ведения территориальных банков данных (ТБД), создания цифровых карт местности (ЦКМ) и электронных карт (ЭК). Цифровые и электронные карты Цифровые и электронные карты наряду с ГИМ, предназначенной для обработки геоинформации на компьютере с помощью пакетов ГИС, нам еще необходимо иметь модель в аналоговой форме, предназначенной для восприятия человеком. Это надо для того, чтобы в процессе обработки человек мог активно участвовать в работе, давать компьютеру задания, делать приемку и оценку результатов работы компьютера. В геоинформатике для этого создаются цифровые (ЦК) и электронные (ЭК) карты. Термин «карта» сразу же указывает на то, что это образно-знаковые модели, ориентированные на восприятие человеком и содержащие геоинформацию, записанную с помощью языка карты - системы условных знаков. Цифровая, электронная и графическая карты различаются принципиально только формами представления информации – цифровой, псевдо-аналоговой и аналоговой. Содержательная часть – образность и знаковость сохраняется в любой карте. Определения цифровой карты 1. Цифровая карта – цифровая модель карты, созданная путем цифрования картографических источников, фотограмметрической 25 обработки данных дистанционного зондирования, цифровой регистрации данных полевых съемок или иным способом (Кошкарев). 2. Цифровая карта – карта, содержание которой представлено в цифровой форме (Жалковский и др.). 3. Цифровая карта – представление объектов карты в цифровой форме, которая позволяет компьютеру сохранять, манипулировать и выводить значения их атрибутов (Жалковский и др.). Структурно, цифровая карта представляет собой совокупность картографических моделей объектов местности, выраженных в цифровой форме в векторном формате. Если каждый объект местности задать координатами, описать с помощью условных знаков, т.е. набором геометрических элементов и подписей, и затем каждый условный знак представить в компьютерно-читаемой форме, то эта совокупность и будет цифровой картой. Каждая цифровая картографическая модель объекта содержит: – данные позиционирования – координаты элементов условного знака данного объекта (примеры: знак дороги, точечный знак, горизонтали, элементы чисто картографические - например, бергштрихи, стрелки течения реки, координатная сетка, местоположение надписей и подписей); – семантический код, но не самих объектов, но их картографических образов(изображений), их условных знаков (например, толщина линии, цвет, форма линии, вид графического заполнения площадного объекта, номер (идентификатор) точечного условного знака, кегль и размер шрифта для надписей и подписей и т.д.). Состав цифровой картографической модели объекта местности: идентификатор объекта местности (И), один или несколько наборов элементов условного знака, содержащих идентификатор элемента условного знака (ИЭ), координаты точек элемента и его семантический код (СКЭ). Цифровая карта может быть создана одним из двух способов: – путем векторизации растрового изображения графической карты; – путем генерации из геоинформационной модели (ГИМ). В зависимости от способа создания цифровая карта будет иметь разные характеристики: · при векторизации цифровая карта будет цифровой копией исходной карты, в том числе иметь детальность и точность, соответствующие графической точности исходной карты данного масштаба. При генерации из ГИМ цифровая карта будет иметь точность ГИМ (точность измерений) и может создаваться с точностью и детальностью разных масштабов. Достоинством цифровой карты является ее цифровая форма, позволяющая производить различные картографические манипуляции с помощью компьютерной обработки: – составлять, обновлять и редактировать традиционные карты самого различного содержания и масштаба, готовить их к изданию; – формировать электронные карты для последующего их воспроизведения на видеоэкранах. Определения электронной карты 1. Электронная карта – картографическое изображение, визуализированное на видеоэкране на основе данных цифровых карт или баз данных ГИС (Кошкарев). 2. Электронная карта – цифровая карта, визуализированная или подготовленная к визуализации на экране отображения в специальной системе условных знаков (Жалковский и др.). 3. Электронная карта – цифровое картографическое изображение в растровом формате, генерируемое компьютером и предназначенное для штатного вывода на компьютерных устройствах вывода информации: экране дисплея, принтере, растровом графопостроителе (Карпик). Структурно, электронная карта представляет собой дискретный набор пикселов с характеристикой цвета пиксела (графические примитивы). Число пикселов всегда одно и тоже для конкретного разрешения и не зависит от числа объектов местности. В электронной карте исчезает понятие объекта, модель перестанет быть интеллектуальной для компьютера (например, по ней нельзя осуществить компьютерный поиск нужного нам объекта). Но зато человек визуально воспринимает изображение электронной карты как аналоговое (как обычную бумажную карту) и понимает его, может принимать решения и найти нужный ему объект по его условному знаку. Электронная карта может быть создана одним из двух способов: 1. Путем сканирования графической карты; 2. Путем генерации (растеризации) из цифровой карты. В зависимости от способа создания электронная карта будет иметь разные характеристики: – при сканировании электронная карта будет полной цифровой растровой копией исходной карты (сохранять геометрию условных знаков, детальность и качество, при увеличении масштаба изображения будут проявляться все графические недостатки); – при генерации из цифровой карты электронная карта будет иметь качество исходных данных (ЦК, ГИМ) и может создаваться с более высоким качеством изображения. Электронные карты, созданные разными способами похожи друг на друга, но их можно различить, т.к. в одном случае сканируется карта, нарисованная человеком, а в другом – элементы карты сгенерированы компьютером в виде цифровой карты из исходной ГИМ и имеют специфический вид. Очевидно, что стоимость и трудозатраты этих двух путей существенно различаются. Электронные карты записываются обычно на компакт-диски или показываются в Интернете. Достоинства электронной карты: – (компьютерная) цифровая форма, позволяющая производить различные манипуляции с помощью компьютерной обработки (запись на технических носителях, передача по электронной почте, размещение в Интернете и др.); – возможность восприятия человеком на видеоэкране как обычного аналогового изображения (псевдо-аналоговая форма) и возможность распечатки на плоттере; – графический интерфейс для работы с ГИМ и ЦК; – быстрота, простота и дешевизна создания (для варианта сканирования). Геоинформационная модель местности Термин «геоинформационная модель местности» (принятая аббревиатура – ГИМ) содержит три понятия: – геоинформационная – т. е. относящаяся к области пространственной (гео) информации; – модель – т.е. объект любой природы, находящийся в отношении подобия к другому, моделируемому, объекту; – местности – т. е. моделируемым объектом здесь является геопространство (местность, территория). Существует еще термин «цифровая модель местности» (принятая аббревиатура - ЦММ), содержащий понятие «цифровая», т.е. модель местности, представленная в цифровой (компьютерно-читаемой) форме. Термин ЦММ введен в 1955 году в США (дословный перевод с английского «Digital terrain model») в Массачусетском технологическом институте (г. Бостон) в лаборатории дорожного проектирования с помощью ЭВМ профессором Чарльзом Миллером. Определения ЦММ и ГИМ ЦММ – цифровое представление пространственных объектов местности, соответствующих объектовому составу топографических карт и планов. ГИМ – информационная координированная компьютерная модель геопространства, представляющая совокупность пространственных объектов. Таким образом, определение ГИМ является дальнейшим развитием и расширением понятия ЦММ. ГИМ, как и любая информационная модель характеризуется тремя моментами: содержанием, структурой и параметрами. Кроме того, ГИМ создается в результате специального информационного процесса, который называется геоинформационным моделированием местности. Содержание ГИМ (геоинформационной модели) Содержание ГИМ определяется ее назначением и масштабом, который определяет степень огрубления геометрических элементов. ГИМ содержит пространственную информацию, в частном случае - топографическую или тематическую (экологическую, кадастровую, почвенную и т.п.), или ту и другую, причем эта информация относится к пространственным объектам местности. По каждому пространственному объекту ГИМ содержит геометрическую часть, семантическую часть, топологическую часть и записывается в соответствии с правилами цифрового описания объектов. Объем и состав информации соответствует объектовому составу и набору характеристик объектов соответствующих карт (аналогичных по масштабу и назначению). Структура ГИМ (геоинформационной модели) Местность можно представить совокупностью пространственных объектов ситуации, форм рельефа и подстилающей поверхности, на которой они расположены. Если каждый объект отобразить соответствующей моделью, то совокупность этих моделей и будет ГИМ. Модель каждого объекта строится исходя из уже известного принципа пространственной локализации, т.е. как точечные, линейные и площадные объекты, а также отдельно строится модель поверхности. Состав моделей объектов 1. Модель точечного объекта включает: идентификатор (И), пара (тройка) координат, семантический код (СК), топологический код (ТК), метаинформация (МИ), т.е. <И;X,Y (илиX,Y,H);СК;ТК;МИ > 2. Модель линейного объекта включает: идентификатор (И), несколько пар (троек) координат, семантический код (СК), топологический код (ТК), метаинформация (МИ), т.е <И;X1,Y1 (илиX,Y,H); Xi,Yi (илиX,Y,H) ;….; Xn,Yn (илиX,Y,H) ;СК; ТК; МИ > 3. Модель площадного объекта включает: – идентификатор (И), несколько пар (троек) координат, семантический код (СК), топологический код (ТК), метаинформация (МИ),т.е. <И;X1,Y1 (илиX,Y,H); Xi,Yi (илиX,Y,H) ;….; X1,Y1 (илиX,Y,H) ;СК; ТК; МИ > При этом всегда координаты первой и последней точки одни и те же. Параметры ГИМ 1. Точность - характеристика того, с какой погрешностью определяется и записывается информация об объекте (это относится к количественным характеристикам, в первую очередь к координатам). 2. Масштаб - соотношение сходственных параметров модели (ГИМ) и моделируемого объекта (местности). Это значит, что у ГИМ может быть несколько масштабов. Обычно к ГИМ относят значение масштаба съемки местности или цифруемой карты, который является по сути показателем детальности модели (т.е. указывает на размер пренебрегаемых элементов местности). Адекватность - т. е. степень соответствия модели действительности (например, модель построена несколько лет назад и уже не соответствует местности, где за прошедшие годы произошли изменения). Степень адекватности может быть оценена вероятностным путем. Каждому объекту можно установить степень вероятности сохранения на местности достаточно долгое время, т.е. степень устойчивости. Например, дом капитальный имеет вероятностный коэффициент 0,999, а отдельно стоящее дерево - коэффициент 0,60. 3. Мерность модели • одномерные – профиль местности (1 координата L – длина профиля); • двумерные – карта местности (2 координаты X,Y); • трехмерные – компьютерные модели (3 координаты X,Y,H). Использование двумерной модели для моделирования трехмерного мира –проще, но возможна неоднозначность. Трехмерные модели лучше, но здесь большая сложность сбора данных для трехмерного моделирования (дистанционные методы лазерного сканирования - аэро и наземный). О мерности модели обычно не говорят, т.к. чаще всего ГИМ создают методом цифрования карты, а карта графическая всегда двумерна и по умолчанию речь идет о двумерной ГИМ. 4. Полнота содержания – показатель ограничения содержания и включения в ГИМ информации не о всех классах объектов местности и не о всех характеристиках объектов. По этому показателю может быть установлен масштаб, отличный от масштаба, заданного по точности съемки или по точности цифруемой карты. Часто когда описывают и задают параметры ГИМ, то говорят, что она соответствует какой - либо карте и так задается ее содержание, точность и масштаб. Территориальные банки пространственных данных В общем комплексе геоинформационной обработки данных важное место занимает процесс накопления, хранения, обновления, поиска и выдачи по запросам пользователей геопространственных данных о территории. В основе этого процесса лежит понятие территориального банка пространственных данных (ТБкД). Территориальный банк пространственных данных – это информационная система централизованного хранения и коллективного использования геопространственных данных о территории, представляющая собой совокупность баз данных (БД), системы управления базами данных (СУБД) и комплекса прикладных программ. Территориальная база данных (БД) БД – определенным образом организованная совокупность связанных между собой геопространственных данных, отображающих конкретную территорию и предметную область и предназначенных для совместного использования различными потребителями. Важной особенностью базы данных является ее независимость от прикладных программ пользователей. Базы данных бывают локальными (размещенными на одном компьютере) и распределенными (размещенными на нескольких компьютерах сети. Система управления базами данных (СУБД) СУБД - комплекс программ и языковых средств, предназначенных для создания, ведения и использования баз данных. Он обеспечивает ввод, хранение, манипулирование данными, обработку запросов, поиск, выборку, сортировку, обновление данных, сохранение целостности и защиту данных от несанкционированного доступа, искажения или потери. Важнейшей отличительной характеристикой СУБД является структура (организация) данных в базах данных. Структуры данных в территориальных банках пространственных данных В территориальных банках пространственных данных применялись в разное время и применяются сейчас различные структуры данных, имеющие свои достоинства и недостатки. Файловая структура данных. Каждая запись в файле содержит одни и те же элементы данных – поля, при этом одно поле обозначается как ключевое и используется для записи идентификатора («плоский файл»). Иерархическая структура данных. В этой структуре данных существует несколько типов записей, связанных по принципу «один со многими», причем вверх идет одна связь, а в них – много связей. Сетевая структура данных. В этой структуре существует несколько типов записей, связанных по принципу «многие со многими» с помощью указателей через ключевые поля. Реляционная структура данных. Это самая распространенная структура данных (90% всех данных мира хранится в этой структуре). Здесь существует несколько простых таблиц, которые можно связывать между собой без указателей и ключевых полей и посредством логических связей по общим полям образовывать ассоциации. Объектно-ориентированная структура данных. Это сравнительно новая структура данных, обеспечивающая сложное комплексное представление реального мира. Здесь данные об объектах и методы их обработки объединены в едином классе (например, геометрия, семантика, картографические атрибуты, специальные требования к объектам, правила их цифрового описания и обработки). Достоинством объектно-ориентированной структуры является более полное отображение реального мира и возможность представления сложных связей объектов предметной области. 2 раздел. Карта и ее элементы. Методы создания картографических произведений Элементы географических карт Элементами карты являются ее составные части, которые включают математическую основу, картографическое изображение, вспомогательное оснащение и дополнительные данные, структура общегеографической карты приведена на рисунке 2. Рисунок 2 – Структура общегеографической карты Математическая основа карт Математическая основа карт –это совокупность элементов, определяющих связь между картографическим изображением и реальной поверхностью Земли или другого небесного тела. Элементами математической основы являются – геодезическая основа; – масштабы; – картографическая проекция; – картографическая сетка; – компоновка; – система деления на листы (если необходимо). Геодезическая основа карты Геодезическая основа карты – совокупность геодезических данных, необходимых для создания карты. Включает: – принятый для данной проекции эллипсоид; – геодезическую сеть и сведения о положении объектов по широте, долготе и абсолютной высоте. Геодезическая основа карт исторически сложилось, что в разных странах были приняты и законодательно закреплены различные эллипсоиды, называемые референц-эллипсоидами. Их около пятнадцати. В странах СНГ в том числе и Беларуси применяют эллипсоид Красовского, который был утвержден в качестве референц-эллипсоида еще в СССР в 1946 г. Геодезическая основа карт – во всех случаях, когда точность позволяет, эллипсоид заменяют поверхностью шара. Это особенно актуально при мелкомасштабном картографировании. На тематических картах мира для высшей школы масштаба 1:15 000 000 экватор укорочен на 0,1 % по причине замены эллипсоида шаром и на 15,7 % из-за отображения сферы на плоскости. Эллипс искажений. В теории картографических проекций доказывается, что бесконечно малая окружность на поверхности эллипсоида (шара) в общем случае изображается на плоскости бесконечно малым эллипсом, называемым эллипсом искажений. Его размеры и форма характеризуют все виды искажений в данной точке на карте – длин, площадей, углов и форм. Для наглядности вместо бесконечно малого эллипса рассматривают эллипс конечных размеров. Совокупность координатных линий на поверхности сферы принято называть координатной сетью, рисунок 2. Географические координаты – угловые величины: широта () и долгота (), определяющие положение объекта на земной поверхности. Относительно начала координат – точки пересечения начального (Гринвичского) меридиана с экватором. На карте географическая сетка обозначена шкалой на всех сторонах рамки карты. Западная и восточная сторона рамки являются меридианами, а северная и южная – параллелями, рисунок 3. В углах листа карты подписаны географические координаты точек пересечения сторон рамки. Рисунок 3 – Параллели и меридианы Плоские прямоугольные координаты – линейные величины, определяющие положение объекта на плоскости относительно принятого начала координат-пересечение двух взаимно перпендикулярных прямых (координатных осей Х иY). В топографии каждая 6-градусная зона имеет свою систему прямоугольных координат. Ось Х – осевой меридиан зоны, ОсьY – экватор, а точка пересечения осевого меридиана с экватором – начала координат. Картографическая проекция – математически определенный способ отображения поверхности эллипсоида на плоскости.  Картографические проекции группируют по характеру минимальных искажений, возникающих при переходе от сферического изображения территории на плоскость, а также по виду меридианов и параллелей нормальной сетки. Они бывают равновеликие, равноугольные, равнопромежуточные, произвольные. В равновеликих проекциях сохраняется равенство площадей, в равноугольных – форма контуров или горизонтальные углы. В равнопромежуточных проекциях сохраняется главный масштаб по одному из направлений: по меридиану или параллели. Для произвольных проекций характерно наличие всех видов искажений. В зависимости от вида геометрической поверхности, которую используют для получения проекции их подразделяют на азимутальные, цилиндрические и конические, рисунок 4. а – цилиндрическая проекция; б – коническая; в – азимутальная; г – псевдоцилиндрическая; д – псевдоконическая; е – поликоническая; ж – псевдоазимутальная. Рисунок 4 – Проекции от вида нормальной сетки В зависимости от вида нормальной сетки проекции также бывают: – псевдоцилиндрические (параллели прямые, меридианы кривые, симметричные относительно среднего (осевого) прямолинейного меридиана; – псевдоконические (параллели – дуги концентрических окружностей, а меридианы кривые, симметричные относительно среднего прямолинейного меридиана); – поликонические, параллели которых – дуги концентрических окружностей с центрами на среднем, прямом меридиане, а меридианы - кривые, симметричные относительно среднего меридиана. В названии каждой проекции включают слова, относящиеся к каждой классификации, например: равноугольная поперечно-цилиндрическая проекция Гаусса-Крюгера, в которой создаются топографические карты. Масштабы карт Масштаб карты – степень уменьшения объектов на карте относительно их размеров на земной поверхности (точнее, на поверхности эллипсоида). Численный масштаб представляет собой дробь с единицей в числителе, он показывает во сколько раз длины на карте меньше соответствующих длин на местности (1:100 000). Линейный масштаб дается на полях карты в виде линейки, разделенной на равные части (обычно см), с подписями, означающими соответствующие расстояния на местности. Именованный масштаб – указывает в виде подписи, какое расстояние на местности соответствует одному см на карте, рисунок 5. Рисунок 5 – Виды масштабов на карте Компоновка карты   Компоновка карты – это взаимное размещение в пределах рамки самой изображаемой территории, названия карты, легенды, карт-врезок и других данных. Компоновка карты может быть прямоугольной (традиционной), косой, «плавающей», «под обрез». При прямоугольной компоновке, северная и южная рамки расположены перпендикулярно среднему меридиану, а восточная и западная параллельны среднему меридиану. При косой компоновке, средний и другие меридианы расположены не под прямым углом к северной и южной рамкам. При плавающей компоновке, сетка меридианов и параллелей не показывается и сопредельные территории на карте не изображаются. Компоновка «под обрез» предполагает показ изображения до краев бумаги. Картографическое изображение Картографическое изображение – главная часть любой географической карты. Состоит из отображения физико-географических (природных) и социально-экономических явлений. Так, к физико-географическим (природным) элементам относят гидрографию, растительность и грунты, рельеф, а к социально-экономическим - населенные пункты, пути сообщения, границы. Все эти элементы имеются на общегеографических картах и тесно между собой связаны. На тематических картах эти элементы составляют географическую основу, которая служит для нанесения и привязки элементов тематического содержания, и само тематическое содержание (например, экономика, животный мир и др.), структура тематической карты представлена на рисунке 6. Схема элементов тематической карты Рисунок 6 – Структура тематической карты Вспомогательное оснащение карты  Вспомогательное оснащение карты необходимо для удобного пользования картой и включает в себя картометрические графики, используемые материалы, схемы изученности, различные справочные сведения. На любой карте имеется легенда условных знаков с необходимыми к ним пояснениями. Для топографических карт составлены специальные обязательные к применению таблицы условных знаков. На тематических картах легенду в основном печатают на самом листе карты. Она может быть оформлена в виде текста или в виде таблиц. Дополнительные данные поясняют и дополняют содержание карты. К ним относятся карты-врезки, диаграммы, графики, профили, текстовые данные. Вспомогательное оснащение и дополнительные данные необходимы в первую очередь пользователям карт, т. к. облегчают чтение и их применение. Номенклатура карты Номенклатура – система разграфки и обозначений топографиче­ских планов и карт, рисунок 7. В основу номенклатуры карт на территории Российской Федерации положена международная разграфка листов карты масштаба 1:1 000000. Для получения одного листа карты этого масштаба земной шар делят меридианами и параллелями на колонны и ряды (пояса). Меридианы проводят через каждые 6°. Счет колонн от 1 до 60 идет от 180°  меридиана от 1 до 60 с запада на восток, против часовой стрелки. Колонны совпадают с зонами прямоугольной разграфки, но их номера отличаются ровно на 30. Так для зоны 12 номер колонны 42 . Параллели проводят через каждые 4°. Счет поясов от А до W идет от экватора к северу и югу . В пересечении таких колонн и рядов (поясов) образуются листы карт масштаба 1:1 000 000. Номенклатура одного из таких листов складывается из буквы ряда и номера колонны: T-44,   S-48. Размеры такого листа 6° по долготе и 4° по широте. Рисунок 7 – Структура тематической карты Для получения карты масштаба 1:500 000 лист миллионной карты делят на четыре листа и обозначают прописными буквами русского алфавита А. Б, В, Г (рис.5.7). Номенклатура такого листа складывается из номенклатуры листа масштаба 1:1 000 000 и буквы листа 1:500 000 (Т–44–Б). Размеры такого листа 3° по долготе и 2° по широте. Для получения карты масштаба 1:300 000 лист карты масштаба 1:1 000 000 делят на 9 частей и обозначают римскими цифрами I – IX (рис.5.8). Номенклатура такого листа складывается из цифры листа 1:300 000 и номенклатуры листа масштаба 1:1 000 000 (III–Т–44). Размеры такого листа 2° по долготе и 1° 20¢ по широте. Для получения карты масштаба 1:200 000 лист карты масштаба 1:1 000 000 делят на 36 частей и обозначают римскими цифрами I – XXXVI. Номенклатура такого листа складывается из номенклатуры листа масштаба 1:1 000 000 и цифры  листа 1:200 000 (Т–44–ХХXVI). Размеры такого листа 1° по долготе и 40¢ по широте. Для получения карты масштаба 1:100 000 лист карты масштаба 1:1 000 000 делят на 144 части и обозначают арабскими цифрами 1 – 144 (рис.5.10). Номенклатура такого листа складывается из номенклатуры листа масштаба 1:1 000 000 и цифры листа 1:100 000 (Т–44–25). Размеры такого листа 30¢ по долготе и 20¢ по широте. Дальнейшее деление карт на более крупный масштаб ведется на основе листа карты масштаба 1:100 000. Для получения карты масштаба 1:50 000 лист карты масштаба 1:100 000 делят на 4 части и обозначают прописными буквами русского алфавита А. Б, В, Г. Номенклатура такого листа складывается из номенклатуры листа масштаба 1:100 000 и буквы листа 1:50 000 (Т–44–25–Б). Размеры такого листа 15¢ по долготе и 10¢ по широте. Для получения карты масштаба 1:25 000 лист карты масштаба 1:50 000 делят на 4 части и обозначают строчными буквами русского алфавита а, б, в, г. Номенклатура такого листа складывается из номенклатуры листа масштаба  1:50 000 и буквы листа 1:25 000 (T–44–25–А–а). Размеры такого листа 7¢30² по долготе и 5¢ по широте. Лист  карты  масштаба  1:10 000  получается  делением   листа  карты   масштаба 1:25 000 на 4 части и обозначают цифрами 1, 2, 3, 4. Номенклатура такого листа складывается  из  номенклатуры   листа   масштаба  1:25 000  и цифры листа 1:10 000 (T–44–25–А–г–4). Размеры такого листа 3¢45² по долготе и 2¢30² по широте. Для получения карты масштаба 1:5 000 лист карты масштаба 1:100 000 делят на 256 части и обозначают цифрами 1-256.  Номенклатура такого листа складывается из номенклатуры листа масштаба 1:100 000 и в скобках цифры листа 1:5 000, например T-44-25 (252). Для получения карты масштаба 1:2 000 лист карты масштаба 1:5000 делят на 9 частей и обозначают строчными буквами русского алфавита а - и.  Номенклатура такого листа складывается из номенклатуры листа масштаба 1:5 000 и буквы листа 1:2 000, например T-44-25 (252-а). Для топографических планов, создаваемых на участках площадью менее 20 км2, применяется прямоугольная разграфка. В основу этой разграфки положен планшет 1:5000 с размерами рамок 40´40 см, обозначаемый арабскими цифрами, например 6. Ему соответствует 4 листа 1:2000, каждый из которых обозначается присоединением к номеру масштаба 1:5000 одной из четырех заглавных букв А, Б, В, Г, например 6-Г. План масштаба 1:2000 делится на четыре плана масштаба 1:1000, они обозначаются римскими цифрами I, II, III и IV, например 6-Б-II. План масштаба 1:2000 делится на 16 листов масштаба 1:500, они обозначаются арабскими цифрами 1 – 16, например 6-В-15. Для масштабов 1:2000, 1:1000 и 1:500 размеры рамок 50´50 см. Методы создания карт Топографические и тематические карты создаются двумя методами: – проведение съемочно-картографических работ (полевое картографирование), выполняемое обычно в крупных масштабах; – лабораторное составление карт по источникам (камеральное картографирование) как правило в средних и мелких масштабах. Полевое топографическое картографирование выполняют государственные топографо-геодезические службы силами производственных предприятий. Топографические съемки во всех масштабах регламентируются стандартными положениями, руководствами и инструкциями. Тематические съемки (геологические, почвенные, геоботанические) ведут министерства, ведомства, научно-производственные и научные организации. Камеральное картографирование состоит в обработке данных полевых съемок, сводке и обобщении крупномасштабных карт и материалов дешифрирования, синтезе экспериментальных наблюдений и других источников в соответствии с содержанием и назначением создаваемой карты, серии карт или атласа. Проведение съемочно-картографических работ (полевое картографирование) Под топографической съемкой понимается комплекс полевых и камеральных работ по определению взаимного планово-высотного расположения характерных точек местности с целью получения топографических планов, карт или цифровых моделей местности. В зависимости от приборов и способов производства работ различают следующие виды съемок: – тахеометрическая – выполняется с помощью электронного тахеометра и реек с последующим получением не только ситуации, но и рельефа местности. Это один из наиболее распространенных видов топосъемок; – нивелирование поверхности – выполняется с помощью нивелира и мерной ленты с получением топографического плана. Применяется при гладком рельефе на небольших участках местности; – аэрокосмическая съемка  – выполняется с использованием специальной аппаратуры с летательных аппаратов либо из космоса с получением топографических планов и ЦММ при последующей камеральной обработке фотоснимков на стереофотограмметрических приборах. Один из наиболее прогрессивных и перспективных видов съемок, позволяющий максимально автоматизировать процесс получения информации о местности; – комбинированная (наземно-воздушная или космическая) – представляет собой сочетание аэросъемки и одного из видов наземной съемки. Применяется в районах со слабовыраженным рельефом, при этом ситуация топопланов создается по аэроснимкам, а рельеф – по материалам наземной съемки. – наземное, воздушное и мобильное лазерное сканирование При наземном лазерном сканировании (НЛС) исполнители перемещаются по земле, устанавливая сканер на неподвижный штатив и производя 3D-сканирование. Расположение таких станций выбирается с целью лучшего охвата измерениями деталей и элементов объекта работ. Сканирование выполняется с любых точек (где на объекте окажется возможным установить штатив с прибором), наиболее полно и с минимумом теневых зон. При Мобильном лазерном сканировании лазерный сенсор располагается на транспортном средстве, то сканирование возможно лишь с пути его следования, то есть в зону съемки попадет только то, что сканер «увидит» с дороги. Из-за этого приходится проезжать по дороге несколько раз, чтобы переснять участки, которые «не увидел» сканер. При воздушном лазерном сканировании (ВЛС) теневые зоны будут лишь от возвышенных горизонтальных объектов (пышные кроны деревьев, навесы и крыши зданий). Но зато за один полетный деньв благоприятных условиях возможно снять десятки гектар территории или коридоры протяженных объектов (линий электропередачи, трубопроводы, дороги). – топографо-геодезическая съемка с помощью GNSS-оборудования Статическая съемка является классическим методом съемки, хорошо подходящим для всех размеров базисов (коротких, средних и длинных). По крайней мере, две антенны приемников, центрированные над пунктами, одновременно собирают измерительные данные на концах базиса в течение некоторого периода времени. Эти два приемника должны одновременно отслеживать четыре (или более) спутника, записывать данные с одинаковым периодом и иметь одинаковые значения угла предельного возвышения. Продолжительность сеанса измерений может варьироваться от нескольких минут до нескольких часов. Кинематический режим измерений используется при определении траектории движущегося приемника относительно другого неподвижного спутникового приемника. Местоположения точек вычисляются с заранее установленными интервалами времени. Кинематический режим является идеальным при отслеживании траектории движущихся транспортных средств (например, при профилировании дорог), движущихся судов, при определении местоположений, вынесенных в открытое море платформ и при позиционировании летящих самолетов. Основные этапы и процессы лабораторного (камерального) создания географических карт Первый этап создания карты – проектирование карты – разработка проекта вновь создаваемой карты или модернизации существующей карты. Этот этап завершается созданием программы карты и включает следующие процессы: – формулировка назначения и определение требований к карте; – подбор, анализ, и оценка источников для составления; – изучение территории и особенностей картографируемых явлений; – подготовка программы карты. Второй этап – составление карты, т. е. комплекс работ по изготовлению оригинала карты. Составление выполняют в избранной проекции, компоновке и масштабе, принятой системе условных знаков с заданным уровнем генерализации. Данный этап включает процессы: – подготовка и обработка источников; – разработка математической основы карты; – разработка содержания карты и легенды; – техническое составление оригинала и проведение генерализации; – оформление карты; – редактирование карты и корректура на всех стадиях составления. Завершающий этап – подготовка к изданию и издание карты, размножение ее в печатной (полиграфической) или компьютерной форме. Иногда подготовку к изданию и само печатание разделяют на два этапа. Они охватывают следующие процессы: – изготовление издательских оригиналов для обеспечения полиграфических процессов; – изготовление печатных форм и получение проб; – печатание (тиражирование) карты; – редактирование карты и корректура на всех стадиях подготовки к изданию и издание карт. Разработка программы карты Основным результатом проектирования является п р о г р а м м а карты – документ, устанавливающий назначение, вид и тип карты, ее математическую основу, содержание, принципы генерализации, способы изображения и систему графических символов (картографических условных знаков), источники и порядок их использования, географическую характеристику территории, а также технологию изготовления карты Программа, дополненная техническими и экономическими расчетами, сметами и т. д., образует п р о е к т карты. Основные разделы программы 1. Название карты, ее назначение и требования к ней. Это вводный раздел программы. Он образует задание на разработку карты: в нем указывается название, масштаб, территория и назначение, например, Карта промышленности Новосибирской области масштаба 1:3000000 для высшей школы. Также этот раздел содержит указание круга (или основных групп) ее потребителей, существа задач, для решения которых проектируется карта, и условий пользования ею. 2. Математическая основа карты. В этом разделе обосновываются масштаб карты, ее проекция, территориальный охват, разрабатывается компоновка карты, а, в случае многолистной карты, нарезка ее листов Принципиально можно выделить два основных подхода к выбору масштаба карты: – обеспечение требования к точности измерений по карте, полноте передачи объектов натуры и к подробности их изображения; – формат создаваемых карт (когда требования к точности не играют основной роли). В этом случае решающее значение имеет необходимость полного изображения конкретной территории (мира, континента, страны и т. д. в заданных размерах), обусловленных, например, форматом атласа или величиной настенной карты. К основным факторам, определяющим выбор проекции, принадлежат: – назначение и характер использования карты; – пространственные особенности картографируемой территории (ее размер, форма, положение на земном эллипсоиде); – особенности проекции (характер искажений, вид картографической сетки и др). 3. Содержание карты, способы изображения и оформления Это наиболее важный раздел программы. В нем определяются перечень элементов содержания, их классификации, способы изображения каждого элемента содержания, система графических символов, требования точности и др. Рассматриваются вопросы редактирования, составления и оформления карт (градация шкал, принятые цвета, шрифты и размеры надписей и другие характеристики штрихового, цветового и шрифтового оформления карты). Определяются основные принципы построения легенд для каждого типа карт. Приводятся рекомендации по созданию авторских оригиналов или макетов (по каким материалам, по какой географической основе и в каком масштабе). Даются образцы оформления типичных участков карты. 4. Разработка легенды карты Л е г е н д а – это таблица используемых на карте условных обозначений с необходимыми к ним пояснениями. Разработка легенды начинается на стадии разработки программы карты и заканчивается одновременно с процессом составления. Требования к легенде карты – полнота, т.е. включение в нее всех обозначений, использованных на карте; – безусловная ясность – соответствие обозначений по рисунку и цвету на карте и в легенде; – краткость и ясность текстов, поясняющих знаки; – логичность построения. 5. Принципы генерализации. Указания по генерализации дают с учетом назначения и характера использования карты. Например, на настенной карте элементы должны читаться со значительного расстояния. Учитываются также географические особенности территории. 6. Источники и указания по их использованию. По результатам анализа и оценки источников (их надежность и доступность) приводится перечень источников, отобранных для составления, и указываются порядок, способ и степень их использования. При использовании цифровых источников надо оценить возможность их привязки к географической основе и обеспеченность ими всей картографируемой территории. Все материалы могут быть предоставлены в графической, текстовой или цифровой формах. 7. Географическая характеристика территории. Приводятся результаты целенаправленного географического изучения региональной специфики картографируемых явлений: – выявляются типичные черты и характерные особенности этих явлений, которые следует отобразить на карте в соответствии с ее назначением; – закономерности их размещения; – взаимосвязи и тенденции их развития. 8. Технология изготовления карт. Технико-экономическое обоснование проекта. Является завершающим разделом программы, определяющим технические приемы составления и издания, используемые технологии и программное обеспечение. Полный проект карты включает также планово-экономический расчет – калькуляцию работ по изготовлению оригиналов и полиграфическому воспроизведению карты. К научно-техническому проекту (программе) в обязательном порядке подготавливают графические приложения: – макет компоновки – схему нарезки многолистной карты – список карт – схемы обеспеченности картографическими материалами – таблицы условных знаков и образцы составления и оформления карт – примеры генерализации для характерных районов – схемы районирования – авторские макеты (макеты специального содержания) – расчет стоимости редакционно- составительских и оформительских работ и др. Научно-технический проект является основным руководящим документом на протяжении всех последующих этапов работ – редактирования, составления, оформления и подготовки карты к изданию. Аналогично разрабатывают программы многолистных карт, серий карт и атласов. Вначале составляют общую программу серии карт или атласа, формулируя общие требования к ним, а затем – частные программы отдельных карт. Картографическая генерализация Картографическая генерализация – это отбор и обобщение изображаемых на карте объектов соответственно ее назначению, масштабу, содержанию и особенностям картографируемой территории. Это неотъемлемое свойство всех картографических изображений. Термин «генерализация» происходит от латинского корня generalis, что означает общий, главный. Суть процесса состоит в передаче на карте основных, типических черт объектов, их характерных особенностей и взаимосвязей. Генерализация – неотъемлемое свойство всех картографических изображений, даже самых крупномасштабных. Уже при первичной съемке местности, скажем, в масштабе 1:1 000, топограф интуитивно ведет генерализацию, решая, какие детали рельефа, растительности, дорожной сети следует нанести на съемочный планшет, а какие слишком незначительны или «не укладываются» в данный масштаб. Далее при камеральном составлении карт среднего, а потом и мелкого масштабов приходится постоянно «сжимать» изображение, отказываясь от деталей и подробностей. Например, в масштабе 1:100 000 1 кв. км местности занимает всего лишь 1 см2 площади карты, на нем можно показать только основные населенные пункты, главную дорогу, реку. А в масштабе 1:1 000 000 эта площадь сжимается до 1 кв.мм, и на ней удастся сохранить, может быть, всего один населенный пункт, а в более мелком масштабе – 1:10 000 000 не останется места и для него. Генерализация проявляется в обобщении качественных и количественных характеристик объектов, замене индивидуальных понятий собирательными, отвлечении от частностей и деталей ради отчетливого изображения главных черт пространственного размещения. Все это позволяет утверждать, что генерализация – одно из проявлений процесса абстрагирования отображаемой на карте действительности. Именно генерализация способствует формированию и воплощению в картографической форме новых понятий и научных абстракций. Сам процесс генерализации во многом противоречив. Во-первых, некоторые элементы не могут быть показаны на карте по условиям пространства, но должны быть отражены на ней в силу своей содержательной значимости. Во-вторых, часто возникает противоречие между геометрической точностью и содержательным соответствием изображения, иначе говоря, пространственные соотношения объектов передаются верно, а геометрическая точность оказывается при этом нарушенной. В-третьих, в ходе генерализации происходит не только исключение деталей изображения, потеря информации, но и появление на карте новой обобщенной информации. По мере абстрагирования исчезают частности и отчетливее проступают самые существенные черты объекта, обнаруживаются ведущие закономерности, главные взаимосвязи, выделяются геосистемы все более крупного ранга. Процесс генерализации труднее других картографических процессов поддается формализации и автоматизации. Не все этапы и процедуры могут быть алгоритмизированы, не все критерии удается однозначно формализовать. Но все же в настоящее время есть попытки автоматизировать этот процесс. Факторы генерализации Факторами генерализации являются масштаб карты, ее назначение, тематика и тип, особенности и изученность картографируемого объекта, способы графического оформления карты. Факторы определяют подходы к генерализации, ее условия и характер. Фактор назначение. На карте показывают лишь те объекты, которые соответствуют ее назначению. Изображение других объектов, не отвечающих назначению карты, только мешает ее восприятию, затрудняет работу с картой. Если, например, школьная учебная административная карта предназначена для демонстрации на классной доске, то на ней сохраняют лишь самые важные элементы содержания (крупные города, границы и т.п.). Их изображают крупными знаками со значительным обобщением без излишней детализации. Если же аналогичная административная карта имеет справочное назначение и используется в настольном варианте, то она должна содержать максимум возможной для данного масштаба информации об административном делении, населенных пунктах, путях сообщения, рисунок 8. Рисунок 8 – Фактор назначение Фактор влияние масштаба. Влияние масштаба проявляется в том, что при переходе от более крупного изображения к более мелкому сокращается площадь карты. Выше уже говорилось, что показать в мелком масштабе все детали и подробности невозможно, и поэтому неизбежны их отбор, обобщение, исключение. Одновременно с уменьшением масштаба увеличивается пространственный охват, что также сказывается на генерализации. Объекты, важные для крупномасштабных карт (например, местные ориентиры), теряют свое значение на картах мелкого масштаба и, следовательно, подлежат исключению. Рисунок 9 – Фактор влияние масштаба. Фактор тематика и тип карты. Тематика и тип карты определяют, какие элементы следует показывать на карте с наибольшей подробностью, а какие можно более или менее существенно обобщить или даже совсем снять. Так, на геологической или почвенной картах очень важно детально изобразить гидросеть – она непосредственно связана с темой карты. Зато можно сильно генерализовать дороги и населенные пункты, оставив лишь некоторые для общей ориентировки, а административные границы – совсем исключить. Но на картах экономической тематики, напротив, необходимо подробно показать населенные пункты, пути сообщения и административное деление. А вот речную сеть можно дать обобщенно, сохранив лишь реки, пригодные для судоходства. Фактор особенности картографируемого объекта. Особенности картографируемого объекта (или территории). Влияние этого фактора сказывается в необходимости передать на карте своеобразие, примечательные характерные элементы объектов или территории. Например, в степных или полупустынных районах необходимо показать все мелкие озера, иногда даже с преувеличением, если они не «помещаются» в масштаб, – это очень важно для засушливых территорий. Но вот в тундровых ландшафтах, где встречаются тысячи мелких озер, многие из них можно исключить при генерализации, здесь важно правильно отразить общий характер озерности территории. Фактор изученность картографируемого объекта. При достаточной изученности объекта изображение может быть максимально подробным (для данного масштаба и назначения карты), а при нехватке фактического материала оно неизбежно становится обобщенным, схематичным. Фактор изученности тесно связан с качеством и полнотой источников, используемых для картографирования. Поэтому наиболее генерализованы карты гипотетические и прогнозные, составленные по неполным данным, когда объект недостаточно изучен и имеются лишь примерные (или не вполне достоверные) сведения о закономерностях его распространения. Впрочем, гипотетические карты и должны быть схематичными. Фактор оформления карты. Многоцветные карты (при прочих равных условиях) позволяют показать большее количество знаков, чем карты одноцветные. При хорошем качестве печати и правильном подборе фоновых окрасок, значков, штриховок на одной карте можно путем наложения совместить до шести взаимно перекрывающихся слоев без особого ущерба для читаемости. На одноцветной карте или карте с ограниченным набором красок это сделать трудно или даже невозможно, следовательно, необходима генерализация содержания. Виды генерализации Сложные процессы абстрагирования, связанные с картографической генерализацией, реализуются в разных видах и формах. Они касаются обобщения пространственных (геометрических) и содержательных характеристик, качественных и количественных показателей, отбора и даже исключения изображаемых объектов. Иногда генерализацию рассматривают как процесс абстрагирования пространства и содержания. Обычно все проявления генерализации присутствуют на карте совместно, в тесной комбинации, однако методически целесообразно рассмотреть их в отдельности. Обобщение качественных характеристик. Обобщение качественных характеристик происходит за счет сокращения различий объектов, что всегда связано с обобщением и укрупнением классификационных признаков, с переходом от простых понятий к сложным. Например, на обзорных картах вместо показа преобладающих древесных пород (как это принято на крупномасштабных топографических картах) дают собирательный знак леса, вместо подразделения железнодорожных путей по числу колей – единый знак железных дорог). Важно отметить, что обобщение качественных характеристик картографируемого явления – это, прежде всего, обобщение (генерализация) его классификации. Поэтому данный вид генерализации начинается с легенды карты, с перехода от видов к родам, от отдельных явлений – к их группам, от дробных таксономических подразделений – к более крупным. Обобщение количественных характеристик. Обобщение количественных характеристик проявляется в укрупнении шкал, переходе от непрерывных шкал к более обобщенным ступенчатым, от равномерных – к неравномерным. Примерами могут служить увеличение высоты сечения рельефа при генерализации топографических карт, укрупнение группировки населенных пунктов по числу жителей, объединение градаций картограмм и т.п. Переход от простых понятий к сложным. Этот вид генерализации связан с введением интегральных понятий и собирательных обозначений. Например, при переходе от крупномасштабной карты города к мелкомасштабной вначале изображение отдельных зданий заменяется изображением кварталов, потом дается лишь общий контур города, а далее – пунсон. На мелкомасштабной карте населенный пункт полностью теряет свои индивидуальные черты, пунсон характеризует лишь численность населения и административное значение города. Отбор (исключение) объектов. Отбор (исключение) объектов означает ограничение содержания карты только объектами, необходимыми с точки зрения ее назначения, масштаба и тематики, и снятие других, менее значимых объектов. Отбор всегда непосредственно связан с обобщением качественных и количественных характеристик. Он ведется в соответствии с укрупненными подразделениями легенды. При отборе пользуются двумя количественными показателями: цензами и нормами. Ценз отбора – ограничительный параметр, указывающий величину или значимость объектов, сохраняемых при генерализации. Примеры цензов: «сохранить на карте леса, имеющие площадь более 10 км2», или «показать все реки длиной более 1 см в масштабе карты», или «оставить при генерализации все районные административные центры». Норма отбора – показатель, определяющий принятую степень отбора, среднее на единицу площади значение объектов, сохраняемых при генерализации. Нормы отбора регулируют нагрузку карты. Норма задается, например, так: «показать в тундровых ландшафтах не более 80-100 озер на 1 дм2 карты» (остальные исключить). Этот критерий всегда дифференцирован соответственно особенностям картографируемой территории. Скажем, при переходе от топографических карт масштаба 1:200 000 к картам масштаба 1:500 000 норма нагрузки населенными пунктами в густонаселенных районах составляет 1/3 (т.е. на генерализованной карте сохраняется только третья часть населенных пунктов), на менее заселенных территориях – 1/2, а в районах с очень редким расселением – показывают все населенные пункты. Обобщение очертаний. Обобщение очертаний означает снятие мелких деталей изображения, отказ от небольших изгибов контуров, спрямление границ и т.п. Эта геометрическая сторона генерализации проявляется в сглаживании небольших извилин рек и береговых линий, исключении изгибов горизонталей, рисующих мелкие эрозионные врезы, упрощении геологических границ, характеризующих мелкую складчатость, и т.п. При этом, однако, следят за тем, чтобы обобщение очертаний не было механическим, не сводилось к формальному сглаживанию. Генерализованное изображение непременно должно сохранять географически правдоподобный рисунок объекта, например морфологию побережья, особенности меандрирования рек, типы эрозионного расчленения, характер складчатости. Объединение контуров (выделов) – еще одно проявление геометрической стороны генерализации, связанное с группировкой, слиянием контуров. Выделы на карте объединяются, во-первых, в результате обобщения качественных и количественных подразделений в легенде, а во-вторых, вследствие слияния (соединения) нескольких мелких контуров в один крупный. Так, отдельные небольшие ареалы месторождений какого-либо полезного ископаемого могут быть объединены в один ареал, мелкие участки леса – присоединены к крупному контуру и т.п. Объединение контуров. Объединение контуров (выделов) – еще одно проявление геометрической стороны генерализации, связанное с группировкой, слиянием контуров. Выделы на карте объединяются, во-первых, в результате обобщения качественных и количественных подразделений в легенде, а во-вторых, вследствие слияния (соединения) нескольких мелких контуров в один крупный. Так, отдельные небольшие ареалы месторождений какого-либо полезного ископаемого могут быть объединены в один ареал, мелкие участки леса – присоединены к крупному контуру и т.п. Смещение элементов изображения. Смещение элементов изображения связано обычно с обобщением очертаний и объединением контуров, при которых неизбежны небольшие сдвиги некоторых объектов относительно их истинного положения. Например, спрямление береговой линии и исключение мелких заливчиков приводит к тому, что некоторые прибрежные поселки оказываются как бы отодвинутыми от берега, тогда необходимо их сместить и «придвинуть» к морю. Смещение часто происходит при рисовке рельефа, когда укрупняют высоту сечения рельефа. Утрирование или показ объектов с преувеличением. Утрирование или показ объектов с преувеличением, означает, что на генерализованной карте оставляют некоторые особо важные со смысловой (содержательной) точки зрения объекты, которые из-за малых размеров или по условиям цензового отбора следовало бы исключить, и при этом даже несколько преувеличивают (утрируют) их. Примерами могут служить небольшие, но характерные излучины рек, мелкие озера в засушливых степях, редкие и небольшие по площади выходы изверженных геологических пород посреди поля осадочных отложений и т.п. Следует подчеркнуть, что рассмотренные виды генерализации проявляются на картах не порознь, а совместно, они тесно переплетены и трудно отделимы один от другого. Генерализация содержательных аспектов (качественных и количественных) обычно влечет за собой изменение пространственных геометрических характеристик и наоборот. Источники для создания картографических произведений В картографии источниками называют любые графические и текстовые документы, используемые для создания карт. Для составления тематических карт требуются самые разнообразные источники. Например, составляя экономические карты, обязательно привлекаются различные экономико-статистические данные. При составлении геологических карт важными источниками будут являться геологические исследования: профили, разрезы. Карту плотности населения нельзя составить без данных переписи населения. Все источники классифицируются главным образом по содержанию и значению. По содержанию источники классифицируются следующим образом: Астрономо-геодезические данные. Это первичные и одни из самых главных источников для составления топографических карт. К ним относят результаты геодезических и астрономических наблюдений на местности. Они используются для создания плановой и высотной основы карт, а также для привязки всех видов съемок. Кроме того, астрономо-геодезические данные используют для вычисления фигуры Земли и расчета параметров земного эллипсоида. Пункты государственной геодезической сети являются главными элементами математической основы топографических карт до масштаба 1:500 000 включительно. В последние годы для создания геодезических сетей широко привлекаются глобальные позиционирующие системы (ШС). Их называют также системами спутникового позиционирования. Они основаны на использовании искусственных спутников, специально запущенных на очень высокие орбиты и постоянно посылающих на Землю радиосигналы. Спутники располагаются так, что часть из них всегда видна (или, лучше сказать, слышна) в любой точке земного шара в любое время суток. Их можно наблюдать так же, как звезды во время астрономо-геодезических измерений. ГПС позволяют определять координаты любой точки на местности автономно, без наземных геодезических измерений и прокладки ходов между пунктами триангуляции. Изобретение ГПС ознаменовало революционное изменение всей системы геодезических измерений и открыло принципиально новые возможности информационного обеспечения картографирования. Производительность координатной привязки точек наблюдения на местности повышается в 10-15 раз, а главное – все измерения выполняются автономно, без постоянного обращения к сети триангуляции. Следовательно, можно значительно сократить сеть геодезических пирамид. Например, в России, где существует около 370 тыс. действующих пунктов геодезической сети, при введении ГПС достаточно сохранить примерно 20 тыс. Астрономо-геодезические данные необходимы для привязки всех топографических и тематических съемок, а пункты геодезической сети – один из главных элементов математической основы карт. Данные непосредственных натурных наблюдений. Без этих данных нельзя составить, практически, ни одну тематическую карту. Эти данные могут быть представлены в различной форме: в виде графиков (например, геологические профили, почвенные разрезы и т. д.); цифровые (наблюдения метеостанций, материалы переписей и т. п.); текстовые (результаты географических, исторических исследований, физико-географические описания и т. п.). Форма представления данных натурных наблюдений различна. При гидрографических наблюдениях это результаты измерений, которые заносят в журналы и таблицы, при физико-географических исследованиях — описания, фиксируемые в дневниках и отчетах, фотографии и схемы, при геолого-геоморфологических исследованиях — профили, разрезы, данные бурения скважин, описания шурфов и т.п., при геофизической съемке — значения наблюденных физических параметров. По локализации данные непосредственных наблюдений подразделяют на точечные, выполненные в отдельных пунктах, на скважинах, в обнажениях и т.п., маршрутные — вдоль по избранному направлению (по профилю, дороге, реке и др.) и площад- стационарные наблюдения, например на геофизических полигонах, биостанциях, в пунктах экологического мониторинга и т.п. Стационары располагают в характерных местах, причем наблюдения всегда отличаются длительностью, стационары существуют десятки лет. Длинные ряды наблюдений необходимы для картографирования динамики явлений и процессов. Кроме того, существуют материалы ключевых исследований, которые выполняют с высокой детальностью в крупном масштабе на небольших участках от одного до нескольких квадратных километров. Ключевые исследования необходимы в тех случаях, когда картографируемая территория обширна и нет возможности охватить ее целиком. Тогда изучают ключевые, эталонные участки, типичные в том или ином отношении, а выявленные на них закономерности распространяют на обширные однотипные территории. Гидрометеорологические наблюдения. Для многих видов картографирования широко используют результаты наблюдений, проводимых на метеорологических, гидрологических и океанологических станциях и постах. Это данные регулярных измерений атмосферных процессов, отдельных метеорологических элементов (температуры, давления, осадков, солнечного сияния, ветра, облачности и т.п.), гидрологического режима рек, озер, водохранилищ, физико-химических характеристик морских и океанических вод и десятки других показателей. При этом рассчитывают средние дневные, месячные, сезонные и годовые значения и другие производные показатели по разным высотным уровням атмосферы и стандартным горизонтам глубин. Наблюдения ведутся в пунктах гидрометеорологической сети, более или менее равномерно распределенных по земному шару, с борта судов и с буев. В России результаты наблюдений регулярно и централизованно публикуются Государственным комитетом по гидрометеорологии и контролю природной среды в виде статистических справочников по климату нашей страны и мира. Кроме того, выпускаются ежемесячные сборники по выборочным станциям со сведениями о температуре, влажности и скорости ветра в свободной атмосфере. Для координации работ по сбору гидрометеорологических и океанологических данных созданы международные организации: Всемирная служба погоды и Объединенная глобальная система океанических станций (ОГСОС), где получаемую информацию обрабатывают, контролируют и накапливают на носителях информации. Картографические источники. К ним относятся всевозможные ранее изданные карты, атласы, планы, схемы. При составлении любых тематических карт в качестве основного картографического материала всегда используют общегеографические карты. С них наносят географическую основу (гидрографию, населенные пункты, дороги, рельеф и т. д.), которая служит привязкой для тематического содержания карты. Топографические карты считаются самыми точными, надежными и достоверными источниками для составления карт более мелких масштабов. Общегеографические карты используют в качестве источников при составлении любых тематических карт. Они служат основой для нанесения тематического содержания. Топографические, обзорно-топографические и обзорные карты — это надежные и достоверные источники, которые создают по государственным инструкциям, в стандартной системе условных знаков с определенными, строго фиксированными требованиями к точности. Вся территория России покрыта топографическими картами масштабов 1:25 000 и мельче. На отдельные территории имеются карты более крупных масштабов. Другие, сравнительно небольшие по площади страны располагают картами значительно более крупных масштабов, например территория Великобритании целиком закартографирована в масштабе 1:2 500. Вся планета охвачена международными картами масштабов 1:1 000 000 (около 1000 листов) и 1:2 500 000 (262 листа). Значение общегеографических карт не ограничивается использованием их для привязки тематического содержания. Они обеспечивают географическую достоверность картографирования, играя роль каркаса, относительно которого выполняют нанесение и последующую увязку тематического содержания составляемой карты, а также взаимное согласование карт разной тематики. Тематические картографические материалы – основной источник для составления тематических карт. К ним относятся результаты полевых тематических съемок (крупномасштабные планы, схемы, абрисы. маршрутные и стационарные съемки и т.д.), собственно тематические карты разного масштаба и назначения, специальные материалы (схемы землепользований, лесоустроительные планы и др.) Тематические карты крупных масштабов всегда служат источниками для создания мелкомасштабных карт, но особенно важно, что карты одной тематики часто используют при составлении карт смежной тематики. Так, при почвенном картографировании привлекают карты растительности и геоморфологические, при создании геоморфологических карт – геологические и тектонические, при составлении карт транспорта необходимы карты расселения и т.д. А для получения синтетических карт районирования и оценки территории в качестве источников часто используют серии карт разной тематики. Современное обилие тематических материалов ставит задачу оптимизации их выбора при создании любой карты, а это требует от картографа глубоких географических знаний. Особый вид источников — кадастровые карты и планы. Они с документальной точностью отражают размещение, качественные и количественные характеристики явлений и природных ресурсов, дают их экономическую или социально-экономическую оценку, содержат рекомендации по рациональному использованию и охране природных ресурсов. Таковы карты кадастра земельного, городского, полезных ископаемых, лесного, водного, промыслового и др. Данные дистанционного зондирования. Материалы дистанционного зондирования получают в результате неконтактной съемки с летательных воздушных и космических аппаратов, судов и подводных лодок, наземных станций. Получаемые документы очень разнообразны по масштабу, разрешению, геометрическим, спектральным и иным свойствам. Все зависит от вида и высоты съемки, применяемой аппаратуры, а также от природных особенностей местности, атмосферных условий и т.п. Главные качества дистанционных изображений, особенно полезные для составления карт, – это их высокая детальность, одновременный охват обширных пространств, возможность получения повторных снимков и изучения труднодоступных территорий. Их используют для составления и оперативного обновления топографических и тематических карт, картографирования малоизученных и труднодоступных районов (например, высокогорий). Наконец, аэро- и космические снимки служат источниками для создания общегеографических и тематических фотокарт. Фотографические снимки – это результат покадровой регистрации собственного или отраженного излучения земных объектов на светочувствительную пленку. Аэрофотоснимки получают с самолетов, вертолетов, воздушных шаров, космические снимки – со спутников и космических кораблей, подводные – с подводных судов и барокамер, опускающихся на глубину, а наземные – с помощью фототеодолитов. Кроме одиночных плановых снимков в качестве источников используют стереопары, монтажи, фотосхемы и фотопланы, панорамные снимки и фотопанорамы, фронтальные (вертикальные) фотоснимки и др. В отличие от фотографических, телевизионные снимки и телепанорамы получают путем регистрации изображения на светочувствительных экранах передающих телевизионных камер (видиконов). Съемка с борта самолета или со спутника захватывает довольно большую полосу местности — шириной от 1 до 2 тыс. км в зависимости от высоты полета и технических характеристик съемочной системы. Высокоорбитальные спутники позволяют получать изображение всей планеты в целом и в режиме реального времени передавать его на наземные пункты приема дистанционной информации. Поэтому телевизионная съемка удобна для оперативного картографирования и слежения (мониторинга) за земными объектами и процессами. Однако по своему разрешению и величине геометрических искажений телевизионные изображения уступают фотоснимкам. Телевизионные снимки бывают узко- и широкополосными, они охватывают разные зоны спектра, могут иметь разную развертку и т.п. Особый вид источников – фототелевизионные снимки, в которых детальность фотографий сочетается с оперативностью передачи изображений по телевизионным каналам. Наиболее широко в картографировании используют сканерные снимки, полосы, «сцены», получаемые путем поэлементной и построчной регистрации излучения объектов земной поверхности. Само слово «сканирование» означает управляемое перемещение луча или пучка (светового, лазерного и др.) с целью последовательного обзора (осмотра) какого-либо участка. Экономико-статистические данные. При создании карт и атласов социально-экономической тема­тики основными источниками служат массовые данные, содержа­щие количественные сведения о состоянии и динамике производ­ственных ресурсов, их использовании, развитии промышленнос­ти и сельского хозяйства, транспорта, энергетики, финансов и других отраслей народного хозяйства, населения, образования, культуры, сферы обслуживания и т.п. Экономико-статистические данные поступают картографу в виде таблиц и используют их на тематических картах при показе численности людей, поголовья скота и др. Эти данные содержат количественные сведения и показатели общественного развития: результаты переписи населения, животных и растений, занесенных в Красную книгу, данные по экономике, транспорту, административно-территориальному устройству и т. д. К основным экономико-статистическим источникам принадлежат материалы государственной статистики и данные, публикуемые международными организациями, например ООН. Государственную статистику во всех странах регулярно ведут центральные и местные (региональные, районные, муниципальные) органы по единой методике с утвержденными программами и сроками. Специальные автоматизированные системы осуществляют сбор, хранение, обработку и распространение данных государственной статистики. Для составления карт населения, сфер обслуживания и культуры источниками служат материалы периодически проводимых переписей населения, в ходе которых получают демографические и социально-экономические сведения о жителях страны или отдельных территорий. Переписи проводят одновременно по всей территории по единой программе и методике, что обеспечивает Экономико-статистические данные используют не только дл; непосредственного нанесения на карты, но и для расчета производных показателей, выполнения сводных характеристик и синтетических оценок. Они, в свою очередь, становятся источниками для составления синтетических социально-экономических карт. Текстовые (литературные) источники. К ним относятся разные литературно-описательные материалы: географические, геологические, исторические и др. описания, научно-технические отчеты и т. д. Их используют для более полного ознакомления с картографируемой территорией, а также оценки качества материалов, по которым составляется карта. Они обычно не формализованы и не имеют точной координатной привязки, но зато обладают образностью и обзорностью, необходимыми для создания представления о картографируемом объекте Отчеты экспедиций, монографические труды, статьи содержат фактический материал и теоретические положения, необходимые для истолкования многих других источников, привлекаемых при картографировании. При недостатке и неполноте других источников литературные сведения позволяют выполнить более или менее значительную картографическую экстраполяцию. Но даже и при хорошей обеспеченности фактическим материалом они бывают полезны дл5 оценки качества, географической достоверности и современности источников, используемых для картографирования. Особым видом источников являются теоретические и эмпирические закономерности развития и размещения явлений и процессов. Они позволяют контролировать имеющуюся информацию а при необходимости — распространять картографирование не малоизученные территории. Например, с помощью математических зависимостей, описывающих закономерности изменения температуры воздуха с высотой, строят линии изотерм в труднодоступных высокогорных районах, слабо обеспеченных фактическими метеонаблюдениями. Они обычно не формализованы и не имеют точной координатной привязки, но зато обладают образностью и обзорностью, нeoбxoдимыми для создания представления о картографируемом объекте Отчеты экспедиций, монографические труды, статьи содержат фактический материал и теоретические положения, необходимые для истолкования многих других источников, привлекаемых при картографировании. При недостатке и неполноте других источников литературные сведения позволяют выполнить более или менее значительную картографическую экстраполяцию. Но даже и при хорошей обеспеченности фактическим материалом они бывают полезны для оценки качества, географической достоверности и современности источников, используемых для картографирования. Особым видом источников являются теоретические и эмпирические закономерности развития и размещения явлений и процессов. Они позволяют контролировать имеющуюся информацию, а при необходимости — распространять картографирование на малоизученные территории. Например, с помощью математических зависимостей, описывающих закономерности изменения температуры воздуха с высотой, строят линии изотерм в труднодоступных высокогорных районах, слабо обеспеченных фактическими метеонаблюдениями. Классификация источников по значению Все источники по значению подразделяются на основные (для изображения основного содержания карты), дополнительные (для показа элементов содержания, отсутствующих на основном картографическом материале) и вспомогательные (для определения различных дополнительных характеристик объектов местности). Основные – по ним создается основное содержание карты. К ним относятся общегеографические карты, в том числе топографические, по которым составляется гидрография, рельеф, пути сообщения, населенные пункты, границы и др. Эти карты обязательно должны быть более крупного или такого же масштаба, что и составляемая карта. Дополнительные – используются в случае недостаточности, неполноценности основных материалов. К ним относятся карты и справочники, с которых берутся дополнительные данные для нанесения на карту или уточняется положение границ, устанавливается классификация населенных пунктов, дорог и т. д. К дополнительным картографическим материалам относятся также дежурные справочные пособия. Чтобы содержание картографических материалов соответствовало современному состоянию местности, и отражались все происходящие изменения на вновь создаваемых картах, проводится их регулярное обновление. Дежурная карта – это карта, на которой отражаются все происходящие изменения на местности. Происходящие изменения местности отражаются в административно-территориальном делении, населенных пунктах, путях сообщения, географических названиях и т. д. Проверяются истоки рек, изменение береговой линии, наносятся новые каналы и водохранилища. Отражается образование новых и исчезновение старых населенных пунктов, уточняется число жителей и административное значение, изменение названий. Изображаются вновь построенные дороги, отмечается их электрификация, изменение класса. Проверяется состояние растительного покрова и грунтов, рельефа. Таким образом учитываются и отмечаются изменения по всем элементам содержания. Вспомогательные материалы – привлекаются для полного и глубокого изучения картографируемой территории. К ним относятся карты более мелкого масштаба, чем составляемая карта, литературно-описательные материалы. По ним на карту ничего не наносят, а только уточняют отдельные детали содержания карты. Чтобы разделить материал на группы по степени пользования, необходимо его тщательно изучить. В качестве основного может быть принят только самый достоверный, точный и более современный материал. Кроме этого, все источники можно классифицировать по точности (точные, малоточные, неточные), а также по степени современности: современные - характеризуют нынешнее состояние картографируемого объекта и устаревшие - показывают прошлые состояния явлений. В некоторых случаях особое значение имеют именно старые источники, например, если необходимо дать оценку, прогноз какого-либо явления, изобразить динамику развития чего-либо. Анализ и оценка карт как источников Анализ и оценка картографических произведений — это исследование их свойств и качества, пригодности для решения каких-либо задач, возможности служить источниками для картографирования. Основными критериями при этом выступают: – целесообразность избранных масштаба и проекции; – достоверность карты, ее научная обоснованность и логичность построения легенды; – полнота и современность содержания; – геометрическая точность положения объектов в плане и по высоте; – качество оформления карты; – качество печати и др. Анализ и оценка карт и атласов всегда целенаправленны, поэтому критерии оценки приобретают разную значимость в зависимости, например, от назначения карты – как наглядного пособия, средства исследования, источника для картографирования или формирования баз данных. Оценка математической основы прежде всего состоит в том, чтобы выяснить целесообразность принятого масштаба, пригодность используемой проекции с точки зрения величины и характера распределения искажений и, главное — возможность использования данной карты для количественных определений с заданной точностью. В свою очередь, выбор масштаба и проекции должен отвечать географическому положению территории на земном шаре, назначению и тематике карты, условиям ее использования. Важно иметь в виду, что перечисленные требования неразрывно сопряжены друг с другом, а также с тематикой карты, ее компоновкой, изученностью территории. Одно влечет за собой другое, и оценка никогда не ограничивается исключительно математическими аспектами, приходится принимать во внимание многие содержательно-географические факторы и даже – эстетические критерии. Оценка научной достоверности карты предполагает установление ее соответствия принятым научным концепциям, правильную передачу реально существующих пространственных закономерностей и связей, типичных черт явления. В самой сильной степени это зависит от научной обоснованности принятых классификаций и правильного построения легенды. Но, пожалуй, самый главный фактор, определяющий научную достоверность карты, –соблюдение географических правил генерализации, в частности учет генетических и морфологических особенностей изображаемых явлений, их геосистемной иерархии и взаимозависимости. И вновь видно, что эта оценка накрепко связана со множеством факторов, влияние которых трудно разграничить. Кроме того, научная достоверность карты во многом определяется принятой концепцией картографирования. Скажем, тектонические карты могут составляться на основе геосинклинальной концепции или теории литосферных плит – в результате получатся совсем разные изображения, и при их оценке нужно обязательно учесть принадлежность авторов к той или иной научной школе, новизну или устарелость используемых ими идей, теоретических концепций, классификаций. С этим связана и оценка идеологической направленности карт, особенно социально-экономических, на содержание которых могут заметно влиять политические интересы составителей. Оценка полноты и современности карты прежде всего касается объема информации, заключенной в карте, ее нагрузки. Главную роль здесь играют два фактора: изученность явления и само назначение карты. От этого зависят отбор картографируемых объектов, подробность генерализации, способы графического оформления. Нагрузка карты может быть оценена количественно, например путем подсчета числа объектов на единицу площади. Что же касается информативности, то в большинстве случаев она не поддается численной оценке и зависит от соотношений в системе «карта — пользователь карты». Одному читателю карта может дать много информации, другому – мало. Все зависит от их целей, знаний, навыков работы с картой и т.п. Современность карты характеризуется ее соответствием определенной дате, периоду, эпохе (например, соответствие синоптической карты конкретному дню и часу или верное отображение климатических условий на палеоклиматической карте). С оценкой современности связана проблема определения степени старения карты, что чрезвычайно актуально для топографических и общегеографических карт. Разные элементы карты стареют по-разному: природные элементы – медленно, социально-экономические – быстро. Многое зависит от уровня экономического развития и освоенности территории. Например, разработка нефтеносных месторождений или строительство гидростанции способ для определения степени старения топографических карт ведут специальное дежурство и составляют дежурные карты, фиксируя на них все изменения на местности (появление новых поселков, дорог, изменение административных границ, присвоение новых названий и т.п.). Для тематических карт старение часто происходит вследствие накопления новых знаний об объекте, изменения концепций (например, принципов районирования), проведения новых съемок (скажем, детальных дистанционных съемок мало изученных прежде территорий). Периодическое сличение с дежурными картами позволяет оценить современность данной карты и провести ее обновление. Оценка геометрической точности карты характеризует величины погрешностей, возникающих при измерении по картам длин, площадей, углов и иных картометрических характеристик. Эти погрешности появляются в результате совокупного влияния: – погрешностей положения пунктов геодезической основы; – искажений, вносимых картографической проекцией; – погрешностей определения планового и высотного положения объектов и контуров на источниках; – неточностей самого процесса картосоставления; – погрешностей генерализации. Если известны точные или приближенные значения каждой из погрешностей, то по правилам теории погрешностей можно рассчитать суммарную среднюю квадратическую погрешность и принять ее в качестве показателя геометрической точности карты. На практике такую оценку часто получают путем сопоставления данной карты с более крупномасштабной, аэро- или космическим снимком или с заведомо более точным источником. Оценка качества оформления и издания карты начинается с выяснения ее наглядности, легкости восприятия и различимости знаков. Для визуального восприятия важно, чтобы все детали знаков, штриховок и расцветок были четки, хорошо различимы и однозначно отождествлялись с легендой. Для автоматического распознавания желательно, чтобы знаки хорошо контрастировали с фоном, а рисунок их был геометрически прост. Наглядность и понятность обозначений характеризуется их «образностью», легкостью опознавания, узнаваемостью, ассоциативным соотнесением с отображаемым объектом. Вся совокупность обозначений на карте должна быть логична и хорошо отражать иерархию объектов, их соподчиненность. Хорошо, если содержательно-значимые объекты выделяются на фоне других по размеру, рисунку, интенсивности цвета. Важно также, чтобы применяемые графические средства позволяли группировать однородные объекты. Работу со всякой картой пользователь начинает с визуальной оценки ее. Красиво оформленная и хорошо изданная карта привлекает к себе внимание и пробуждает интерес к ее содержанию. Поэтому особое значение приобретает гармоничность картографического произведения, т.е. единство его композиции, соразмерность и уравновешенность всех элементов, согласованность целого и деталей. Требование гармоничности обычно применяют к произведениям искусства, его трудно уложить в систему нормативов. Критерии эстетической оценки меняются в разные эпохи. Они формируются постепенно и зависят от общей культуры и опыта читателя, развитости его художественного вкуса, а главное – от понимания содержания и конкретного назначения картографического произведения. Оценка атласов Атласы оценивают с системных позиций как целостные картографические произведения. Поэтому прежде всего устанавливают их соответствие назначению и полноту раскрытия содержания. Далее оценивают логичность общей структуры атласа, иерархическую соподчиненность его частей и разделов, обоснованность принятых масштабов, единство проекций и компоновок, общность подходов к генерализации, уровню детальности, принципам построения легенд и шкал. Очень важны общий подход к художественному оформлению, наличие текстов, справочного аппарата и указателей, а также качество полиграфического исполнения атласа. Если речь идет об электронных атласах, то дополнительно оцениваются удобство интерфейса, т.е. легкость доступа к картам и легендам, возможности их сопоставления и взаимного совмещения, получения количественных показателей, запроса дополнительной информации из баз данных и т.п. Один из самых главных моментов – оценка взаимного согласования представленных в атласе карт разной тематики с позиций увязки содержания, принятых научных классификаций и дробности легенд, детальности и сопоставимости контуров, границ, а также синхронности информации. Одновременно прослеживают, насколько точно отражены на разных картах взаимосвязи, например природная зональность, резкие орографические рубежи, общие социально-экономические закономерности. Оценка атласа в целом дополняется затем анализом его разделов и отдельных карт. Необходимо иметь в виду, что большим недостатком являются искусственное согласование в атласе карт разной тематики, чрезмерная увязка контуров и их тематического наполнения. Карты должны объективно передавать реальные, подчас довольно сложные и не всегда однозначные соотношения картографируемых явлений. Надписи на географических картах Кроме условных знаков на картах присутствуют различные надписи. Они составляют важный элемент содержания, поясняют изображенные объекты, указывают их качественные и количественные характеристики, служат для получения справочных сведений. Надписи обогащают карту, но могут одновременно ухудшить ее читаемость. Поэтому установление оптимального количества надписей и правильное их размещение составляют важную задачу при создании любого картографического произведения, рисунок 10. Рисунок 10 – Надписи на географических картах Схема 1 – Надписи на карте Топонимы – собственные географические наименования объектов картографирования. Они включают оронимы – названия элементов рельефа, гидронимы – названия водных объектов, этнонимы – названия этносов, зоонимы – названия объектов животного мира (схема 1) и т.п. Картографические термины – понятия, относящиеся к объектам картографирования. Это могут быть общегеографические, геологические, океанологические, социально-экономические и любые другие термины (например, «провинция», «область», «залив», «низменность», «экономический район» и др.). Пояснительные надписи могут включать: – качественные характеристики («ель», «сосна», «горькое», «соленое», «каменный»); – количественные характеристики (указание ширины шоссе, абсолютные и относительные высоты и глубины, скорость течения реки и др.); – хронологические надписи (даты событий, географических открытий, наступления каких-либо явлений, например, начала ледостава на реках); – пояснения к знакам движения («Путь Магеллана», «Дрейф ледокола», «Седов»); – оцифровка меридианов и параллелей и пояснения к линиям картографической сетки («Северный полярный круг», «К востоку от Гринвича»). Рисунок 11 – Пояснительные надписи Картографическая топонимика Топонимы – это собственные имена (названия) географических объектов. Картографическая топонимика – раздел картографии на стыке с топонимикой, в котором изучаются географические наименования объектов, показываемых на картах. В задачи раздела входят также первичный сбор географических названий на местности, их анализ, систематизация и стандартизация, разработка нормативов и правил их написания на картах. Первичное установление названий происходит во время полевых съемок. Наставления по топографическим работам предусматривают выписку наименований из официальных документов, выявление ранее присвоенных наименований по старым картографическим и литературным документам, опрос местных жителей, присвоение новых наименований вновь открытым объектам. Это непростые задачи, необходима тщательная проверка наименований, с тем чтобы устранить возможные орфографические ошибки, вкравшиеся в официальные документы, проанализировать разные названия одного и того же объекта, употребляемые местными жителями, особенно в малообжитых районах, исключить случайное, ничем не мотивированное присвоение новых названий. Выбор географических наименований необходим в тех случаях, когда есть несколько названий одного и того же объекта на разных языках, принятых в качестве официальных государственных. В России можно встретить параллельное употребление таких наименований, как Татария и Татарстан, Башкирия и Башкортостан, Якутия и Республика Саха, река Белая и Акитиль и т.п. Еще большие сложности возникают в тех случаях, когда один и тот же географический объект принадлежит разным государствам. Например, река Дунай в Германии и Австрии называется – Донау, в Венгрии – Дуна, в Румынии – Дунэря, в Болгарии и Югославии – Дунав. Японское море на корейских картах называется Восточным или Восточно-Корейским. Выбор географических наименований необходим в тех случаях, когда есть несколько названий одного и того же объекта на разных языках, принятых в качестве официальных государственных. Немало сложностей и неопределенностей возникает при передаче иностранных названий. На русских картах принято писать названия американских городов Нью-Йорк, но Новый Орлеан, а канадские провинции по установившейся традиции даются в таких разных написаниях: Нью-Брансуик и Ньюфаундленд, однако Новая Шотландия. Специальные национальные и международные топонимические комиссии предпринимают немало усилий для нормализации географических наименований, разрабатывают инструкции по передаче иноязычных названий, в особенности с языков, имеющих неевропейские системы письменности (иероглифы, арабица), вводят правила написания на картах новых географических названий. Такая деятельность была особенно актуальна в связи со множеством переименований, прошедших в странах Азии и Африки после освобождения их от колониальной зависимости. В период распада Советского Союза волна переименований охватила бывшие республики СССР. Международная нормализация особенно актуальна для топонимов, впервые присваиваемых географическим объектам в Антарктиде, в Мировом океане, а также на других планетах. Любопытен опыт Международного астрономического союза в отношении наименования деталей рельефа планет. Например, объектам Венеры — единственной планеты, названной женским именем, было решено присваивать исключительно женские имена. Кратерам — фамилии знаменитых женщин (на карте Венеры есть кратеры, названные в честь Ахматовой, Войнич, Дашковой, Ермоловой, Маньяни), возвышенностям — имена богинь (Афродита, Иштар, Лада и др.), бороздам и каньонам — имена прочих мифологических персонажей (Баба Яга, Дали, Диана и т.п.). Формы передачи Иноязычных названий Существует несколько форм передачи на картах иноязычных названий. Местная официальная форма – написание географического наименования на государственном языке страны, где расположен данный объект. Примерами могут служить 8уеп§е (Швеция) или | България (Болгария). Эта форма сохраняет подлинное официальное написание, однако не раскрывает звучания топонима. Напри- | мер, французы или англичане, пользующиеся латинским алфавитом, могут не знать, что название Швеции звучит «Сверье», а русские читатели затруднятся в произношении болгарского «ъ». Фонетическая форма воспроизводит звучание (произношение) < наименования, передаваемое буквами алфавита другого языка. Например, английское АгЛагилс НщЫапа'з в русской транскрипции выглядит как Атлантик-Хайлендс, а венгерское М18ко1с как Миш-кольц. Эту форму часто называют условно-фонетической, поскольку звуки иностранного языка не всегда можно точно передать буквами другого алфавита. Особые сложности возникают, например, при воспроизведении на русских картах произношения китайских, японских, арабских топонимов. Даже в европейских языках некоторые сочетания букв по-разному звучат в зависимости от положения в начале или середине топонима. К примеру, немецкое 51 в начале слова звучит как шт, а в остальных случаях как ст. В некоторых случаях к фонетической форме добавляют русский термин, хотя он и входит в сам топоним, например хребет Копетдаг, фьорд Согне-фьорд, озеро Солт-Лейк и город Солт-Лейк-Сити. Транслитерация – побуквенный переход от одного алфавита к другому без учета действительного произношения наименования. К этой форме прибегают нечасто, например в тех случаях, когда истинное звучание топонима неизвестно. Такие ситуации возникают, в частности, при передаче эскимосских названий в Гренландии по их написанию на датских картах или аборигенных названий в Австралии по английским картам. Традиционная форма – написание иностранного географического наименования в форме, отличающейся от оригинала, но давно укоренившейся в разговорном и литературном языке данной страны. Русская топонимика изобилует такого рода примерами, на картах традиционно пишется Финляндия, а не Суоми, Греция, а не Эллас, Грузия, а не Сакартвело, Шпицберген, а не Свальбар. Французская столица Пари в русском языке стала Парижем, итальянский город Наполи – Неаполем, а английская река Теме приобрела окончание женского рода – Темза. Переводная форма – передача названия с одного языка на другой по смыслу. В основном это касается объектов, для которых установилась международная традиция, например Берег Слоновой Кости (по-французски – Соtе d,Ivoire), мыс Доброй Надежды (по-английски – Саре of Good Hope), Скалистые горы (по-английски – Rоску Мountains), Черное море (по-английски – Вlаск Sеа). Часто переводится лишь часть названия: Новый, Старый, Северный, Южный, Большой, Малый, Русский, Татарский – по смыслу они являются прилагательными. Примеры многочисленны: Новый Южный Уэльс, Северная Каролина, Большой Хинган, Малые Антильские острова, Русский Ошняк, Татарский Ошняк и т.п. Нормализация географических наименований Во всем мире особое внимание обращается на нормализацию наименований, т.е. выбор наиболее распространенных названий и определение их написания на том языке, на котором они употребляются. В нашей стране нормализация проводится в соответствии с правилами и традициями русского языка и других языков народов России. В словарях, справочниках и каталогах, на картах и в атласах должны публиковаться только нормализованные наименования географических объектов. Проблемами нормализации географических наименований обычно занимаются специальные государственные и международные органы. При Организации Объединенных Наций существует специальная Группа экспертов по географическим названиям. ООН регулярно проводит всемирные и региональные конференции по этой тематике — все это свидетельствует о важности и постоянной актуальности проблемы нормализации географических названий. В России нормализация географических наименований является задачей специализированного подразделения Центрального научно-исследовательского института геодезии, аэросъемки и картографии им. Ф. Н. Красовского (ЦНИИГАиК). В нем разрабатываются инструкции по нормализации наименований, публикуются руководства, нормативные словари, списки переименований. В нашей многонациональной стране нормализации наименований географических объектов как части исторического и культурного наследия населяющих ее народов уделяется большое внимание. Принят особый Федеральный закон, который создал правовую базу для наименования и переименования географических объектов. Закон и принимаемые на его основе нормативные правовые акты (нормы, правила, инструкции, руководства) определяют, кроме того, порядок регистрации, учета и сохранения наименований. Закон устанавливает, что наименование, присваиваемое географическому объекту, должно отражать его характерные признаки, особенности жизни и деятельности населения на данной территории и к тому же вписываться в существующую систему топонимов. Объектам могут присваиваться имена людей, участвовавших в их открытии, изучении, освоении, имена выдающихся государственных деятелей, ученых, деятелей науки и культуры. Переименование допускается в целях возвращения названий, широко известных в прошлом и настоящем. Предложения о присвоении наименований и переименовании объектов вносятся органами государственной власти, местного самоуправления, общественными организациями и отдельными лицами. Они направляются в законодательные органы субъектов Российской Федерации, где расположены сами объекты. Все подобные предложения проходят экспертизу, рассматриваются специально созданными комиссиями и лишь после этого утверждаются соответствующими органами власти. Установлена ответственность за нарушение законодательства Российской Федерации о наименованиях географических объектов. 3 раздел. Классификация карт и способы картографического отображения Классификация карт Для того, чтобы ориентироваться в огромном массиве карт, всевозможных видов, типов и содержании, изданных в разное время и в разных странах мира, необходимо их классифицировать и упорядочить. Классификация необходима для инвентаризации и хранения карт, составления списков и каталогов, научной систематизации и поиска карт, создания банков и картографических информационно-справочных систем. Классификация - распределение карт на группы (виды), руководствуясь теми или иными их признаками. Научная классификация карт: облегчает изучение свойств и закономерностей, присущих отдельным видам карт; находит отражение в организации картографического производства и способствует его рациональной постановке; необходима для каталогизации карт, их систематического размещения и хранения; наконец, что особенно важно для картохранилищ, облегчает поиск нужных карт и выдачу их потребителям. Строгая классификация - обязательное условие для внедрения автоматизации в информационно-картографические службы. Карты могут различаться (классифицироваться) по ряду признаков: масштабу, территориальному охвату, теме (т. е. предмету содержания), назначению, математической основе, эпохе, языку и т. п. Наиболее существенны первые четыре из названных признаков, определяющие содержание и характер географических карт. Классификации по другим признакам являются вспомогательными, но могут употребляться в конкретных целях. Например, классификация по эпохам удобна для картохранилищ исторических карт. Классификация карт по масштабу Значение классификации карт по масштабу определяется влиянием масштаба на содержание и особенности использования карт. В советской картографии различают карты: крупномасштабные (1:200 000 и крупнее), среднемасштабные (мельче 1:200000 до 1:1000 000 включительно), мелкомасштабные (мельче 1 : 1000 000). В применении к общегеографическим картам эти группы карт называют топографическими, обзорно-топографическими и обзорными. Часто рубеж топографических карт переносят на масштаб 1:100 000. Для топографических карт используют также внутреннее деление на подгруппы: 1:5 000 и крупнее (часто называемые топографическим планами), 1:10 000 до 1:25 000 включительно, мельче 1: 25000. В других странах можно встретить иные рубежи масштабной классификации с другой терминологией, хотя различия не принципиальны. Классификация карт по пространственному охвату Территориальная классификация различает карты по пространственному охвату. В соответствии с требованиями, предъявляемыми к логически обоснованной классификации, при подразделении карт по территории обязательна последовательность перехода от более общих понятий к частным. Поэтому первую рубрику классификации составляют карты, изображающие земной шар в целом (Наиболее полные классификации по пространственному охвату можно начинать с карт звездного неба, солнечной системы и ее планет.). Далее раздельно классифицируются карты суши и Мирового океана. Карты суши первоначально делятся по ее наиболее крупным частям - материкам. Внутри материков можно группировать карты двояко: либо по политическому и затем административно-территориальному делению, либо руководствуясь физико-географическим районированием. При политико-административной группировке карты классифицируются первоначально по государствам, после чего для каждого государства используются внутренние рублики в соответствии с его административно-территориальным делением первого и, если надо, последующих более низким порядком. Хотя политико-административное устройство подвержено изменениям, классификация карт по этому признаку имеет большое значение, поскольку подавляющая часть карт составляется для территорий, определяемых не природными, а политико-административными границами. Административно-территориальное устройство России в настоящее время различается по типам и уровням: • федеральные округа (9) • Субъекты Российской Федерации • экономические районы (11). Современное федеративное устройство Российской Федерации закреплено в Конституции Российской Федерации. Субъектами федерации являются: республики, края, области, города федерального значения, автономная область, автономные округа. Классификация карт по тематике При классификации карт по тематике (содержанию) прежде всего различают карты общегеографические и тематические. Основные характеристики общегеографических карт определяются при прочих равных условиях масштабом карты. Поэтому они подразделяются в зависимости от масштаба на топографические, обзорно-топографические и обзорные. Для тематических карт известно много классификаций в теоретических трудах и в практической работе картохранилищ, информационно-картографических служб и библиотек. Большинство классификаций строится на общих принципах соответствия структуре географических наук и наук о Земле. Вначале выделяются карты природных явлений (физико-географические) и карты общественных явлений (социально-экономические). Эти классы карт имеют внутреннее деление на родовые и далее видовые понятия. Карты природных явлений: • общие физико-географические - ландшафтные, природного районирования, охраны природы и др.; ◦ геологические: ◦ стратиграфические, ◦ четвертичных отложений, ◦ тектонические и неотектонические, ◦ литологические, ◦ гидрогеологические, ◦ полезных ископаемых, ◦ сейсмические и вулканизма, ◦ инженерно-геологические ◦ и т. д.; Карты природных явлений: • общие физико-географические - ландшафтные, природного районирования, охраны природы и др.; ◦ геологические: ◦ стратиграфические, ◦ четвертичных отложений, ◦ тектонические и неотектонические, ◦ литологические, ◦ гидрогеологические, ◦ полезных ископаемых, ◦ сейсмические и вулканизма, ◦ инженерно-геологические ◦ и т. д.; • геофизические (физических полей Земли: гравиметрические, магнитные и др.) геохимические; ◦ рельефа земной поверхности: ◦ гипсометрические и батиметрические, ◦ морфометрические и морфологические, ◦ геоморфологические (форм, происхождения и возраста рельефа), ◦ инженерно-геоморфологические; • метеорологические и климатические; • океанографические (вод океанов и морей); • гидрологические (поверхностных вод суши); • почвенные; • ботанические; • животного мира. Карты общественных явлений: • населения: ◦ размещения населения и расселения, ◦ состава населения по полу, возрасту и семейному состоянию, ◦ его движения - естественного и механического, ◦ социальные (социального и профессионального состава, занятости, трудовых ресурсов и др.), ◦ этнографические и антропологические; • экономические (народного хозяйства): ◦ природных ресурсов - инвентаризационные и оценочные, ◦ промышленности, энергетики и строительства, ◦ агропромышленных комплексов, включая сельское и лесное хозяйство, ◦ транспорта, ◦ средств связи, ◦ торговли и финансов, ◦ общеэкономические и экономического районирования; • социальной инфраструктуры: ◦ образования, ◦ науки, ◦ культуры, ◦ здравоохранения, ◦ физкультуры и спорта, ◦ туризма, ◦ бытового и коммунального обслуживания и т. д.; • политические и административные; ◦ исторические: ◦ первобытнообщинного строя, ◦ рабовладельческого строя, ◦ феодального строя, ◦ капиталистического строя, ◦ социалистического строя и империализма. Классификация по назначению Специальные карты. Карты этой группы предназначены для решения определенного круга задач. Чаще всего это карты технического назначения: - навигационные карты; - кадастровые карты; - технические карты; • проектные карты. К числу специальных можно отнести, например, карты учебные, агитационно-просветительские, экскурсионные, спортивные и некоторые другие. Иногда основанием для подобной классификации является назначение карты. Однако не всегда легко провести границу между картами разного назначения и картами тематическими и общегеографическими, которые благодаря своей многофункциональности могут использоваться в качестве учебных или экскурсионных, например. Особую группу составляют тактильные (осязательные) карты для слепых и слабовидящих. Способы картографического отображения Использование условных знаков – основное свойство, отличающее карту от многих других графических моделей таких, (аэро- и космические снимки). Знаки на карте – это зрительно воспринимаемые элементы изображения, условно представляющие процессы и явления окружающего мира, их местоположение, качественные и количественные характеристики, структуру, динамику и т.п. Разрабатывает язык карты раздел картографии семиотика. Язык карты – это используемая в картографии знаковая система, включающая условные обозначения, способы изображения, правила их построения, употребления и чтения при создании и использовании карт. Можно выделить в языке карты два слоя (подъязыка): – отражает размещение картографируемых объектов, их пространственную форму, ориентацию, взаимное положение; –содержательную сущность этих явлений, их внутреннюю структуру, качественные и количественные характеристики. Главные функции языка карты – коммуникативная, т.е. передача некоторого объема информации от создателя карты к читателю, и познавательная – получение новых знаний о картографируемом объекте. Условные знаки – это графические символы, с помощью которых на карте показывают (обозначают) вид объектов, их местоположение, форму, размеры, качественные и количественные характеристики. Условные обозначения, применяемые на картах, подразделяют на три основные группы: – внемасштабные, или точечные, которые используют для показа объектов, локализованных в пунктах, например нефтяные месторождения или города на мелкомасштабных картах. Внемасштабность знаков проявляется в том, что их размеры (если их выразить в масштабе карты) всегда значительно превосходят истинные размеры объектов на местности; – линейные, используемые для отображения линейных объектов: рек, дорог, границ, тектонических разломов и т.п. Они масштабны по длине, но внемасштабны по ширине; – площадные, применяемые для объектов, сохраняющих на карте свои размеры и очертания, например для лесных массивов, озер, почвенных ареалов и др. Такие знаки обычно состоят из контура и его заполнения, ни всегда масштабны и позволяют точно определить площадь объектов. Способ значков Способ значков применяют для показа объектов, локализованных в пунктах и обычно не выражающихся в масштабе карты. Это могут быть населенные пункты, месторождения полезных ископаемых, промышленные предприятия, отдельные сооружения, ориентиры на местности и т.п. Значки позволяют характеризовать качественные и количественные особенности объектов, их внутреннюю структуру, рисунок 12. Различают три вида значков: – абстрактные геометрические значки – кружки, квадраты, звездочки, ромбы и др.; размер знака отражает количественную характеристику, цвет или штриховка – качественные особенности, а структура знака передает структуру самого объекта; – буквенные значки – обозначающие месторождения фосфоритов или алюминия; – наглядные значки (пиктограммы) – напоминают изображаемый объект, например, рисунок самолета обозначает аэродром, туристская палатка – кемпинги т.п. Геометрические значки Буквенные значки Символические значки Художественные значки Рисунок 12 – Пример использования способа значков Способ линейных знаков Этот способ используется для изображения реальных или аб­страктных объектов, локализованных на линиях. К ним относятся, например, береговые линии, разломы, дороги, атмосферные фронты, административные границы. Разный рисунок и цвет линейных знаков передают качественные и количественные характеристики объектов: тип береговой линии, глубину заложения разломов, число колей железной дороги, теплые и холодные фронты и. т.п. Линейный знак внемасштабен по ширине, но ось его должна совпадать с положением реального объекта на местности. При по­степенности перехода или нечеткости границы линейный знак может передаваться полосой, рисунок 13. Рисунок 13 – Способ линейных знаков Способ изолиний Изолинии – линии одинаковых значений картографируемого показателя. Способ изолиний применяется для изображения непрерывных, плавно изменяющихся явлений, образующих физические поля (рельеф, давление, температура). Они изображаются горизонталями (изогипсами, изобарами, изотермами). Расстояние между изолиниями на карте называется заложением изолиний. Рисунок 14 – Способ изолиний Способ псевдоизолиний Изолинии нередко применяют для явлений, не обладающих непрерывностью, сплошностью и плавностью, т.е. не являющихся на самом деле полями. В этом случае речь идет о псевдоизолиниях, т.е. изолиниях, отображающих распределение дискретных объектов. Таковы, например, псевдоизолинии плотности населения, размещение которого, конечно же, не образует сплошного поля, псевдоизолинии, распаханности или залесенности и т.п. Их всегда проводят на основе интерполяции каких-либо расчетных статистических показателей плотности, интенсивности распределения объектов, полученных в ячейках регулярной или нерегулярной сетки. На вид псевдоизолинии ничем не отличаются от изолиний, они часто дополняются послойной окраской. Однако необходимо помнить о принципиальном различии между изолиниями и псевдоизолиниями. Последние отражают не реальные, а искусственные, абстрактные поля, например так называемый «промышленный рельеф» – плотность объектов индустрии на единицу площади или «поле расселения» – число жителей на 1 км2. При изменении плотности данных или способа расчета такие искусственные поля претерпевают сильные изменения. Поэтому на картах желательно указывать способ расчета исходных данных, по которым построены псевдоизолинии. Например, Изолинии плотности поголовья крупного рогатого скота. Способ качественного фона Применяют для показа качественных различий явлений сплошного распространения по выделенным районам, областям или другим единицам территориального деления. Этот способ самым тесным образом связан с классификационным подразделением территории, ее дифференциацией по какому-либо признаку, с типологическим районированием, например с выделением районов сельскохозяйственной специализации, ландшафтов, типов почвенного покрова, растительных ассоциаций. В качестве графических средств используют цвет (цветовой фон) или штриховку (штриховой фон). Иногда на картах совместно применяют оба эти средства, так, на почвенной карте генетические типы почв дают цветовым фоном, а механический состав их – наложенным поверх цвета штриховым фоном. В некоторых случаях, когда границы между выделенными районами нечеткие, а смена качеств происходит постепенно, допускается перекрытие двух качественных фонов, и на карте появляется как бы «чересполосица» или «шашечная» окраска.   Для удобства идентификации подразделений качественного фона его сопровождают индексами, которые проставляют на карте и в легенде (например, индекс дерново-сильноподзолистых почв – Пз, среднего отдела девонской системы – D2), рисунок 15. Рисунок 15 – Способ качественного фона Способ количественного фона Способ количественного фона применяют для передачи коли­чественных различий явлений сплошного распространения в пределах выделенных районов. Подобно качественному фону он всегда сопряжен с районированием, но по количественному признаку. Окраска или штриховка выполняются по шкале, т.е. интенсивность возрастает или убывает в соответствии с изменением признака, рисунок 16. Примерами использования количественного фона могут служить карты запасов гидроресурсов в речных бассейнах, карты районирования территории по степени расчленения рельефа и т.п. Возможно сочетание качественного и количественного фонов, например при выделении районов преобладающих конфессий (ка­чественный фон) с дополнительной характеристикой процент­ного соотношения населения разного вероисповедания (количе­ственный фон). Глубина расчленения рельефа, в м. Превышения над руслами рек. Рисунок 16 ­– Способ количественного фона Способ ареалов Способ ареалов (от латинского слова area – площадь, участок) заключается в том, что площадь, на которой распространено картографируемое явление, особым обозначением выделяется из всей изображенной на карте территории. Применяется главным образом для качественной характеристики картографируемой территории. Этим способом на тематических картах показывают области распространения культурных и диких видов растений или животных, бессточные области, районы плавучих льдов в море, районы залегания полезных ископаемых, на исторических картах могут быть показаны территории, охваченные крестьянскими восстаниями, и многие другие явления.  Ареалы бывают абсолютные, вне которых данное явление не встречается, и относительные, внутри которых данное явление обладает определенными свойствами (например, ареал промышленной разработки каменного угля в пределах области его залегания). Относительныйареал более узок – он показывает места наибольшего сосредоточения явления. Ареалы подразделяются на точные и схематичные в зависимости от использования действительных (достоверных) или мнимых границ. Если объект картографирования имеет точные границы, то и ареал будет точным. Для схематических ареалов характерно приближенное отображение явления, когда нет точных данных о его размещении или для данного явления свойственна неопределенность границ в природе, рисунок 17, 18. Рисунок 17 – Способ ареалов Рисунок 18 – Способ ареалов Точечный способ Этот способ применяют для показа явлений массового, но несплошного распространения с помощью множества точек, каждая из которых имеет определенный «вес», т.е. обозначает некоторое число единиц данного явления. Чаще всего точечным способом показывают размещение сельского населения (вес одной точки составляет, например, 1000 жителей), либо посевные площади (одна точка – 500 га посевов), либо размещение животноводства (одна точка – 200 голов крупного рогатого скота) и т.п.  В качестве графических средств можно выбрать не только точки (точнее, маленькие кружки), но и квадратики, треугольники и т.п. – важно лишь, чтобы каждая фигурка имела вес, обозначенный в легенде. Иногда при большом разбросе показателей берут точки двух и даже трех весов: маленькая точка – 200 га, средняя – 500, большая – 1000 га. Кроме того, точки могут иметь разный цвет или форму, например точки зеленого цвета обозначают посевы пшеницы, желтого – кукурузы, красного – подсолнечника и т.д. На картах размещения населения цветом можно обозначить его национальный состав, рисунок 19, 20. Рисунок 19 – Точечный способ Этот способ применяют для показа явлений массового, но несплошного распространения с помощью множества точек, каждая из которых имеет определенный «вес», т.е. обозначает некоторое число единиц данного явления. Чаще всего точечным способом показывают размещение сельского населения (вес одной точки составляет, например, 1000 жителей), либо посевные площади (одна точка – 500 га посевов), либо размещение животноводства (одна точка – 200 голов крупного рогатого скота) и т.п.  В качестве графических средств можно выбрать не только точки (точнее, маленькие кружки), но и квадратики, треугольники и т.п. – важно лишь, чтобы каждая фигурка имела вес, обозначенный в легенде. Иногда при большом разбросе показателей берут точки двух и даже трех весов: маленькая точка – 200 га, средняя – 500, большая – 1000 га. Кроме того, точки могут иметь разный цвет или форму, например точки зеленого цвета обозначают посевы пшеницы, желтого – кукурузы, красного – подсолнечника и т.д. На картах размещения населения цветом можно обозначить его национальный состав. Рисунок 20 – Точечный способ. Способ знаков движения Знаки движения используют для показа пространственных перемещений каких-либо природных, социальных, экономических явлений (например, путей движения циклонов, перелета птиц, миграции населения, распространения болезней). С помощью знаков движения можно отразить пути, направление и скорость перемещения, структуру перемещающегося объекта (рис. 5.14). Можно применить знаки движения для показа связей между объектами (например, электронных коммуникаций, финансовых потоков), их качества, мощности, пропускной способности и т.д., рисунок 21, 22, 23.  Рисунок 21 – Способ знаков движения Различают два вида знаков движения: - векторы движения – стрелки разного цвета, формы или толщины; - полосы (ленты) движения – полосы разной ширины, внутренней структуры и цвета. Векторы применяют, например, для показа теплых и холодных течений, ветров и т.п., а полосы движения – для изображения мощности и структуры потоков (например, железнодорожных перевозок, миграций населения). Ленты движения способны передать структуру потока, его напряженность, например объем перевозимых грузов, в соответствии с принятой шкалой: чем шире полоса, тем мощнее поток. Рисунок 22 – Способ знаков движения. Рисунок 23 – Способ знаков движения. Способ Картодиаграммы Способ картодиаграммы – это изображение абсолютных статистических показателей по единицам административно-территориального деления с помощью диаграммных знаков. Картодиаграммы применяют для показа таких явлений, как валовой сбор сельскохозяйственной продукции, общее число учащихся, объем промышленного производства, потребление электроэнергии в целом по районам, областям, провинциям и т.п. Поскольку речь идет о статистических показателях, то на карте всегда присутствует сетка административного деления, по которой и производится сбор данных, рисунок 24, 25. Рисунок 24 – Способ картогдиаграммы Графическими средствами служат любые столбчатые, площадные, объемные диаграммные знаки, отнесенные к районам или областям. Они могут быть структурными и показывать, например, долю разных отраслей в общем объеме производства в данном промышленном пункте. В одной административной единице можно дать несколько диаграмм для разных видов промышленности. Однако по картодиаграмме нельзя определить, где именно размещено то или иное производство или в каком конкретно городе потребляют больше всего электроэнергии, – все отнесено к району в целом. Этим способ картодиаграммы принципиально отличается от способа значков. Зато легко и предельно наглядно можно сравнить между собой целые районы или области. Рисунок 25 – Способ картогдиаграммы Способ картограммы Способ картограммы используют для показа относительных статистических показателей по единицам административно-территориального деления. Это всегда расчетные показатели: скажем, число детских учреждений на тысячу жителей, энерговооруженность сельского хозяйства в расчете на 100 га обрабатываемых земель, процент лесопокрытой площади по областям и т.п., рисунок 26. Рисунок 26 ­– Способ картограммы Шкалы на картах Шкалы на картах – это графическое изображение последовательности изменения (нарастания или убывания) количественных характеристик объектов, их значимости, интенсивности или плотности, рисунок 27, 28. На картах со значками, локализованными диаграммами и на картодиаграммах используют абсолютные и относительные шкалы значков, устанавливающие их размеры в соответствии с величинами изображаемых объектов (показателей). В абсолютных шкалах размер значка прямо пропорционален величине изображаемого объекта. Рисунок 27 – Шкалы на картах Условные шкалы отражают количественные различия в условной соизмеримости: знак крупного города будет намного больше маленького, но все же не в сотни раз. Рисунок 28 – Шкалы на картах Динамические изменения значений картографируемого показателя иногда показывают с помощью шкал нарастающих значков, рисунок 29. Рисунок 29 – Динамические знаки. Компьютерные технологии позволяют строить непрерывные (безинтервальные) шкалы, когда, например, густота штриховки картограммы пропорциональна величине картографируемого показателя. Это обеспечивает плавные переходы и повышает наглядность изображения, однако определять на глаз плотность штриховки в каждой территориальной ячейке и сопоставлять ее с легендой довольно затруднительно, рисунок 30. Рисунок 30 – Непрерывные шкалы Способ динамических знаков Создание картографических компьютерных анимаций привело к внедрению в практику динамических графических переменных. Иначе говоря, все статические графические переменные приобрели еще одно временное измерение. Анимации позволяют изменять форму и размер объекта, цвет и насыщенность цвета, внутреннюю структуру и само положение знака на карте. Наиболее часто применяются: – перемещение знаков по полю карты, показывающее, например, движение линий атмосферных фронтов на синоптических картах; – движение стрелок, указывающее направления транспортных потоков, переноса воздушных масс и т.п.; – дефилирование цвета, т.е. постепенное изменение или даже пульсация окраски, вибрирование цвета, например, при показе распространения ареала инфекции или эпидемии; – мигание знаков, привлекающее внимание к какому-либо важному объекту на карте, например к источнику радиационного загрязнения окружающей среды. 4 раздел. Картографическое обеспечение маркшейдерских работ Для проведения маркшейдерских работ необходимо картографическое сопровождение. В этом случае применяют геологические карты, геофизические карты, карты рельефа, климатические карты, гидрологические карты, океанологические карты, карты растительности, зоогеографические карты, карты почв. Рассмотрим подробнее эти карты. Карты геологические используются для познания глобальных, региональных и локальных особенностей строения земной коры, происходящих в ней процессов, поиска полученных ископаемых и т.д. Геологические карты включают: – тектонические и неотектонические; – литолого-стратиграфические; – четвертичных отложений; – гидрогеологические; – полезных ископаемых; – сейсмичности и вулканизма; – охраны геологической среды; – структурно-геологического районирования. Геофизические карты используются для изучения геодинамических явлений и процессов, протекающих в оболочках планеты и в ее ядре, для поисков и разведки полезных ископаемых. По сейсмическим картам определяют расположение качественных и количественных характеристик землетрясений, а также сопутствующие явления. Геофизические карты включают: – гравитационного поля; – магнитного поля; – сейсмометрические; – электрических полей; – теплового потока; – физических параметров. Карты рельефа используют для изучения морфологии, генезиса, возраста и динамики рельефа суши и морского дна.  По картам рельефа определяются глубины и густоты расчленения, овражности, озерности, закарстованности территории, крутизны, длины, экспозиции и освещенности склонов, кривизны и асимметрии разного порядка, остаточного рельефа, продольных профилей речных долин и их деформаций, различают следующие карты: – гипсометрические и батиметрические; – морфометрические и морфографические; – геоморфологические (общие и отдельных процессов). Климатические карты используются, прежде всего, для анализа и прогноза климата территорий и его элементов по месяцам, сезонам, годам, климатическим периодам, эпохам. По климатическим картам получают картометрические и математико-статические характеристики климатообразующих факторов, термического режима, увлажнения, ветрового режима, атмосферных явлений. Различают следующие виды: – климатообразующих факторов; – термического режима; – условий увлажнения; – барического режима; – ветрового режима; – атмосферных явлений; – атмосферных процессов и элементов погоды; – климатического районирования. Гидрологические карты применяются для изучения распределения режима, состава и свойств поверхностных вод суши, водного баланса и оценки водных ресурсов, прогноза опасных гидрологических явлений, исследования руслового режима рек, изучения влияния стока на интенсивность эрозионных процессов. В числе новых направлений использования гидрологических карт следует отметить изучение малых рек и малых водосборов, динамики водных потоков и водохранилищ. Различают: – гидрографические; – водного режима; – ледового режима и гидрологических явлений; – физико-химических характеристик вод; – загрязнения вод; – гидрологического районирования. Океанологические карты. Использование тематических карт для изучения мирового океана – одна из самых актуальных областей применения картографического метода исследования. При помощи океанологических карт изучают состояние и динамику природы океана, анализируют взаимодействие океана с другими оболочками Земли; используют для освоения минеральных и биологических ресурсов моря, охраны среды океана, мониторинга различных видов загрязнения. Различают: – гидрографические; – физических свойств (гидрофизические); – динамики водных масс; – гидрохимические; – флоры и фауны морей и океанов; – загрязнения океана; – океанологического районирования. Карты растительности используются для инвентаризации и оценки растительных ресурсов, выявления связей растительности с главнейшими факторами окружающей среды, анализа возможностей сельскохозяйственного освоения территории, контроля состояния и динамики растительного покрова, степени ее нарушенности, разработки мер по охране растительного мира и всей окружающей среды. Различают: – современного растительного покрова; – восстановленного растительного покрова; – отдельных видов растений и растительных ассоциаций; – фенологические; – продуктивности растений; – нарушенности растительного покрова; – геоботанического районирования. Зоогеографические карты применяются для инвентаризации, изучения размещения, миграции животных, их связей со средой обитания, для разработки мер по охране и воспроизводству животного мира. Различают: – ареалов отдельных видов животных; – комплексов животных; – зоогеографического районирования. Карты почв. Основные направления практического применения карт связаны с кадастровым учетом почвенных ресурсов, экономической оценкой почв, разработкой агрономических мероприятий и мелиорацией, борьбой с почвенной эрозией. Различают: – генетических типов почв; – физико-механических свойств почв; – почвенно-геохимические; – почвенно-мелиоративные; – загрязнения почв; – почвенного районирования. Из карт общественных явлений в маркшейдерии применяются карты лесного фонда, промыслового и рыбного хозяйства, археологические, экологические. Состав графической маркшейдерской документации производственных объединений Производственные объединения, нефтегазодобывающие и буровые управления должны иметь комплект графической маркшейдерской документации. Наименование графической документации Масштаб 1. Производственные объединения: Картограммы топографо-геодезической изученности территории деятельности объединения в объемах, необходимых для проведения работ 1:2 000 000 – 1:100 000 Топографические карты территории деятельности объединения, управления 1:100 000 – 1:10 000 Планы расположения устьев и забоев скважин по площадям 1:100 000 – 1:10 000 2. Нефтегазодобывающие управления: Картограммы топографо-геодезической изученности территорий деятельности предприятия в объемах, необходимых для проведения работ 1:500 000 – 1:50 000 Топографические карты территории деятельности предприятия 1:100 000 – 1:10 000 Маркшейдерские планы разрабатываемых месторождений 1:10 000 – 1:2 000 Планы, схемы коммуникаций 1:100 000 – 1:2 000 Планы расположения устьев и забоев скважины 1:100 000 – 1:2 000 Планы промышленных объектов (ГУ, КНС, ГП) промышленных зон 1:2 000 – 1:500 Карты или планы земельных и горных отводов 1:25 000 – 1:5 000 Фотопланы и аэрофотоснимки (при необходимости)   Маркшейдерская документация включает следующие элементы содержания: • рельеф, гидрографию, населенные пункты; • пункты государственной геодезической сети и маркшейдерско-геодезические сети; • скважины разведочные, добывающие; • магистральные трубопроводы; • инженерные коммуникации; • компрессорные станции и иные объекты по добыче, переработке и транспортированию нефти и газа; • геологическую информацию (наличие геологических нарушений и особенностей, требующих учета при разработке месторождения). • Содержание горно-графической документации Наименование графической документации Масштаб Содержание Картограммы топографо-геодезической изученности территории деятельности предприятия в объемах, необходимых для проведения работ 1:2 000 000 – 1:50 000 Границы изученности, пункты государственной геодезической сети Топографические карты территории деятельности предприятия 1:100 000 - 1:10 000 Топографическая ситуация Планы расположения устьев и забоев скважин 1:50 000 - 1:2 000 Горный и геологический отводы, устья и забои скважин, топографическая ситуация Маркшейдерско-геодезические планы разрабатываемых месторождений 1:25 000 - 1:2 000 Геологический и горный отводы, границы земельных участков, скважины, горные выработки, наблюдательные станции, границы сельскохозяйственных и иных угодий Планы, схемы коммуникаций 1:100 000 - 1:2 000 Геологический и горный отводы, границы земельных участков, скважины, горные выработки, наблюдательные станции, границы сельскохозяйственных и иных угодий Планы промышленных объектов, промышленных зон и др. 1:2 000 - 1:500 Контрольные и опорные репера для наблюдения за деформациями Фотопланы и аэрокосмоснимки     5 раздел. Методика геоинформационного картографирования нефтегазового комплекса Место карт коммуникаций в классификации специальных карт Карты коммуникаций НГК входят в раздел специальных карт, рисунок 31. Рисунок 31 – Место карт коммуникаций в классификации специальных карт Классифицируются карты коммуникаций по ряду признаков: по масштабу, по пространственному охвату, по виду коммуникаций, по виду прокладки коммуникаций, рисунок 32. Классификация ГИМ и карт коммуникаций НГК Рисунок 32 – Классификация ГИМ и карт коммуникаций НГК Методика геоинформационного картографирования НГК Под методикой понимается совокупность способов, методов, приемов для системного, последовательного, наиболее целесообразного проведения какой-либо работы. Рисунок 33 – Методика геоинформационного картографирования НГК Традиционно под редакционно-подготовительными работами принято понимать - решение вопросов содержания, оформления карты и технология выполнения всех работ, рисунок 33. Редакционно-подготовительные работы состоят из следующих процессов: а) получение задания на создание ГИМ, карт и планов коммуникаций НГК, изучение требований к будущим картографическим произведениям для НГК; б) изучение картографируемой территории и объектов, принципов работы НГК; в) анализ нормативно-технической документации и применяемых библиотек условных знаков; г) разработка программы ГИМ, карт и планов коммуникаций НГК, которая в свою очередь включает: 1) географическое описание района картографирования; 2) математическую основу ГИМ, карт и планов коммуникаций; 3) сбор исходных данных для создания ГИМ, карт и планов коммуникаций; 4) информационное содержание ГИМ, карт и планов коммуникаций и структуру базы данных ГИМ коммуникаций НГК; 5) указания по составлению ГИМ, карт и планов коммуникаций; 6) оценку программного обеспечения; 7) подготовку библиотеки условных знаков, картографических шрифтов; 8) согласование и утверждение программы ГИМ, карт и планов коммуникаций. Рассмотрим подробно все процессы редакционно-подготовительных работ: а) получение задания на создание ГИМ, карт и планов коммуникаций, изучение требований к будущим картографическим произведениям для НГК; На современном этапе, когда картографическое производство перешло на использование информационных технологий содержание и вид цифровой картографической продукции определяется ее назначением. Поэтому все требования по созданию ГИМ, карт и планов коммуникаций следует разделить: – принятые стандартные; – специальные требования. Специальные требования по созданию ГИМ, карт и планов коммуникаций НГК предъявляются: 1) к особенностям отображения нефтепромысловых объектов на электронных картах – максимально должны быть отображены все необходимые характеристики объектов НГК; каждая коммуникация должна быть различной по цветовой гамме, чтобы идущие в одном коридоре коммуникации не сливались; использовать стрелки-указатели в местах, где большая загруженность карты отметками высот и характеристиками объектов; 2) к проекции - для создания ГИМ и цифровых карт и планов коммуникаций принять традиционную проекцию для создания топографических карт - поперечную равноугольную цилиндрическую Гаусса-Крюгера в системе координат 1942 (1995) года, система высот – Балтийская; 3) к масштабу - для ГИМ линейных коммуникаций принять масштаб 1:5000, для площадных промышленных объектов - 1:500; 4) к структуризации данных на жестком носителе (винчестере): – каждый объект ГИМ должен находиться в директории с соответствующим названием группы слоев; – объекты, различающиеся по виду локализации (точечные, линейные, площадные) должны находиться в разных слоях; 5) к используемому формату - цифровой формат дает нам возможность работы с базами данных по отображаемым объектам, дает обзор всего месторождения, необходим для решения ряда производственных задач с помощью прикладных программ, дает возможность использования в локальной сети всего нефтегазового предприятия; 6) к цифровому описанию линейных объектов: – все линейные объекты должны быть построены по правилу графов, т.е. каждая линия должна быть отдельной; – направление обхода линейных объектов должно совпадать: для трубопроводов – с течением жидкости в трубопроводах, для ЛЭП – от подстанции к потребителю; б) изучение картографируемой территории и объектов, принципов работы НГК. Для создания ГИМ, карт и планов коммуникаций необходимо учесть технологию добычи нефти на месторождении, а также организацию управления нефтегазовых компаний, рисунок 34, 35. Рисунок 34 – Структура нефтегазового комплекса Рисунок 35 – Сопутствующая инфраструктура НГК в) анализ нормативно-технической документации и применяемых библиотек условных знаков. Несмотря на большой ассортимент этих документов, нет единого документа, где были бы прописаны все требования по созданию таких карт. Поэтому, для создания ГИМ, карт и планов коммуникаций НГК, предлагается разработать программу. Рассмотрим подробно основные пункты программы ГИМ, карт и планов коммуникаций НГК: 1) географическое описание района картографирования и региональные особенности картографируемых явлений и объектов. Понимание региональной специфики формируется в результате целеустремленного ознакомления с районом картографирования, в процессе которого выясняются типические черты и характерные особенности изучаемых явлений – закономерности их размещения, взаимосвязи, тенденции развития – все то, что должно найти отражение на проектируемой карте в соответствии с ее назначением, темой и масштабом; 2) математическая основа ГИМ, карт и планов коммуникаций НГК. Традиционно к элементам математической основы общегеографической карты относят: масштаб; астрономо-геодезическую основу; картографическую проекцию, определяющую вид сетки меридианов и параллелей и другие координатные сетки; компоновку карты, рамки карты, систему разграфки, номенклатуру [57]. Масштаб для ГИМ линейных коммуникаций рекомендуется 1:5000, для площадных промышленных объектов 1:500. В любой инструментальной ГИС-программе можно задать требуемую математическую основу. Например, под математической основой в программе Mapinfo понимается выбор проекции, сведения которой, задаются в активном окне при операции «создание точечных объектов». В данном случае для ГИМ, карт и планов коммуникаций НГК рекомендуется принять традиционную проекцию для создания топографических карт - поперечную равноугольную цилиндрическую Гаусса-Крюгера в системе координат 1942 (1995) года, система высот – Балтийская; 3) сбор исходных данных для создания ГИМ, карт и планов коммуникаций НГК, рисунок 36; Рисунок 36 – Исходные данные для создания ГИМ, карт и планов коммуникаций НГК Рекомендуемые исходные данные для создания ГИМ, карт и планов коммуникаций НГК и указания по их использованию 4) информационное содержание ГИМ, карт и планов коммуникаций НГК и структура базы данных ГИМ коммуникаций НГК. 5) указания по составлению ГИМ, карт и планов коммуникаций НГК даются в программе по каждому объекту отдельно. 6) оценка программного обеспечения; 7) подготовка библиотеки условных знаков, картографических шрифтов. 8) согласование и утверждение программы ГИМ и карты. Программа ГИМ и карты согласовывается с заказчиком работ. После согласования, программа утверждается заказчиком и исполнителем работ. Формирование растрово-векторной ГИМ местности включает: а) формирование векторной части ГИМ линейных коммуникаций; б) трансформирование ГИМ линейных коммуникаций в условную систему координат; в) формирование векторной части ГИМ площадных промышленных объектов (ДНС, КНС, кустовых площадок и т.д.); г) интеграция двух моделей в единую модель НГК: ГИМ линейных коммуникаций и ГИМ площадных промышленных объектов, решение спорных вопросов состыковки, контроль; д) регистрацию цифрового ортофотоплана (растра); е) оценка ортофотоплана (растра); ж) совмещение растровой и векторной моделей; и) контроль. 3.4 Составление цифровых карт и планов коммуникаций НГК Составление цифровых карт и планов коммуникаций НГК заключается в формировании данной модели в соответствии с требованиями, которые изложены в программе для создания ГИМ, карт и планов коммуникаций НГК. Производится в два этапа: – формирование отметок высот; – формирование текстовых подписей характеристик объектов. 3.5 Подготовка к изданию карт и планов Этот этап состоит из двух составляющих пунктов: а) создание картограммы; б) оформление планшетов для печати. 3.6 Контроль и корректура материалов Контроль и корректура выполняется на всех этапах формирования ГИМ и электронных карт картографом-составителем. После создания рабочих наборов в программе Mapinfo, рабочие наборы с готовыми планшетами передаются на проверку редактору-картографу. Редактор-картограф производит проверку на соответствие ГИМ и карт редакционно-техническим указаниям, условным знакам и руководствам по созданию карт. Замечания составляются в ведомости замечаний и передаются картографу-составителю для корректуры. Поскольку тираж карт коммуникаций маленький, печать осуществляется с помощью NIP-технологий (бесконтактные способы печати).. Используемый метод печати – «Постскрипт - файл - печать». Чтобы его осуществить, необходим драйвер, который поддерживает этот метод. Сущность метода – создание графического файла для печати формата PS (*.prn, *.ps, *.eps, *.pl (программа Autocad)). Рисунок 37 – Издание карт коммуникаций НГК Рассмотрим подробно данные пункты, рисунок 37: а) создание макета – рабочий набор для печати в соответствии с условными знаками и шрифтами; б) создание PS-файла осуществляется прямой печатью через PS-драйвер принтера, в результате чего создается PS-файл, который храниться в памяти компьютера; в) риповка - осуществляется цветоделение (преобразование RGB в CMYK, при этом RGB: R - red (красный), G – green (зеленый), B – blue (голубой), CMYK: С – cyan (синий), M – madgenta (пурпурный), Y – yellow (желтый), K – blak (черный)) и обработка Постскрипт-файла. г) вывод на печать. Подготовленный файл выводится на печать. 3.8 Передача конечному пользователю Заказчику работ передаются готовые материалы в цифровом и аналоговом форматах с сопровождающими пояснительными документами. Этот этап характеризуется актом приема-передачи готовой продукции. 6 раздел. Нормативно-правовые требования для создания цифровых моделей и карт Для создания цифровых моделей и карт используется следующая нормативная документация: 1. Условные знаки различных масштабов. В них по разделам содержатся условные знаки по элементам содержания топографических карт, рисунок 38. Рисунок 38 – Условные знаки 2. Руководства по созданию топографических карт, рисунок 39 Рисунок 39 – Руководство по созданию топографических карт 3. Каталог условных знаков для маркшейдерских планов разрабатываемых месторождений нефти и газа масштабов: 1:10000, 1:5000, 1:2000, 1:500, рисунок 40. Рисунок 40 – Каталог условных знаков 4. Инструкция по маркшейдерским и топографо-геодезическим работам в нефтяной промышленности, рисунок 41. Рисунок 41 – Инструкция по маркшейдерским и топографо-геодезическим работам 5. ГОСТ Р 51607-2000 ГОСТ Карты цифровые топографические. Правила цифрового описания картографической информации, рисунок 42. Рисунок 42 – ГОСТ Теория графов Графы возникли в восемнадцатом столетии, когда известный математик, Леонард Эйлер, пытался решить теперь уже классическую задачу о Кенигсбергских мостах. В то время в городе Кенигсберге было два острова, соединенных семью мостами с берегами реки Преголь и друг с другом так, как показано на рисунке 43. Задача состоит в следующем: осуществить прогулку по городу таким образом, чтобы, пройдя ровно по одному разу по каждому мосту, вернуть­ся в то же место, откуда начиналась прогулка. Решая эту задачу, Эйлер изобразил Кенигсберг в виде графа, отождествив его вершины с частями города, а ребра – с мостами, которыми связаны эти части. Эйлеру удалось доказать, что искомого маршрута обхода города не существует. Рисунок 43 – Мосты в г.Кенигсберге Следующий импульс теория графов получила спустя почти 100 лет с развитием исследований по электрическим сетям, кристаллографии, органической химии и другим наукам. Термин «граф» впервые ввел в 1936 году венгерский математик Денеш Кениг. Графами были названы схемы, состоящие из точек и соединяющих эти точки отрезков прямых или кривых, рисунок 44. Рисунок 44 – Виды графов С графами, сами того не замечая, мы сталкиваемся постоянно. Например, графом является схема линий метрополитена. Точками на ней представлены станции, а линиями – пути движения поездов. Исследуя свою родословную и возводя ее к далекому предку, мы строим так называемое генеалогическое древо. И это древо – граф. С помощью графов часто упрощалось решение задач, сформулированных в различных областях знаний: в автоматике, электронике, физике, химии и др. С помощью графов изображаются схемы дорог, газопроводов, тепло- и электросети. Помогают графы в решении математических и экономических задач. Основные понятия теории графов Рисунок 45 – Нулевой граф с пятью вершинами Рисунок 46 – Неполный граф с пятью вершинами Схема, состоящая из «изолированных» вершин, называется нулевым графом. Графы, в которых не построены все возможные ребра, называются неполными графами, рисунок 45, 46. Точки А, Б, В, Г, Д называются вершинами графа, а отрезки линий, соединяющие эти точки – ребрами графа. При изображении графов на рисунках или схемах отрезки могут быть прямолинейными или криволинейными; Длины отрезков и расположение точек произвольны, рисунок 47, 48.  все три фигуры изображают один и тот же граф Рисунок 47 – Граф Рисунок 48 – Разновидность графа На рисунке изображен граф, в котом каждая из всех вершин смежна. Этот граф является полным графом. Заметим, что если полный граф имеет n вершин, то количество ребер будет равно: n(n-1)/2. На рисунке ребра, превращающие граф в полный граф, изображены прерывистыми линиями, совокупность вершин графа с этими ребрами называется дополнением графа. Вершинами могут служить объекты любой природы: будь то населенные пункты, компьютерные сети, элементы блок-схем алгоритмов и т.д. Под ребрами могут подразумеваться дороги между двумя соседними городами, стороны геометрических фигур, линии связи между компьютерами. Любую систему улиц в городе можно представить в виде графа. Здесь вершины выступают в роли перекрестков. Ребро и любая из его двух вершин называются инцидентными. Под степенью вершины подразумевается количество инцидентных ей ребер. Так, степень всех вершин графа изображенного на рисунке равна 4. Изолированные вершины – это такие вершины, которые не имеют инцидентных ребер, т.е. их степень нулевая. Из всего этого следует, что изолированные вершины недостижимы их любых других вершин. Висячие вершины – это такие вершины, которые имеют только одно инцидентное ребро. Изолированная вершина графа имеет степень 0, а висячая — степень 1. Маршрут графа — это чередующаяся последовательность вершин и ребер. Эта последовательность начинается и кончается вершиной, в которой каждое ребро инцидентно двум вершинам. В графах можно выделить различные маршруты (см. рисунок 7). Маршрут является замкнутым (циклом), если его начальная и конечная вершины совпадают (см. рисунок 49). Если все ребра различны, то маршрут называется цепью. Рисунок 49 – Замкнутый граф Маршрут называется простой цепью, если все его вершины и ребра различны. Одна вершина достижима из другой, если между ними проложен маршрут. Граф считается связным, если каждая его вершина достижима из любой другой. Графы подразделяются по способу "визуализации" связей между определенными объектами. Связи эти могут быть "направленными", как, например, в генеалогическом древе, или "ненаправленными" (сеть дорог с двусторонним движением). В соответствии с этим в теории графов выделяют два основных типа графов: ориентированные (или направленные) и неориентированные. Если ребра ориентированы, что обычно показывают стрелками, то они называются дугами, и граф с такими ребрами называется ориентированным графом. Если ребра не имеют ориентации, граф называется неориентированным, рисунок 50. Рисунок 50 – Ориентированный и неориентированный граф Теория графов применяется при создании линейных объектов при цифровом моделировании таких объектов как, трубопроводные сети (для подсчета добычи полезных ископаемых, для подсчета количества воды, которое необходимо залить в пласт для поддержания пластового давления), для создания линий электропередачи, линий метрополитена, а также для создания графа дорог (чтобы рассчитать затем кратчайший или экономически-выгодный маршрут). Задача о кратчайшем пути является одной из важнейших классических задач теории графов. Сегодня известно множество алгоритмов для ее решения. У данной задачи существуют и другие названия: задача о минимальном пути или, в устаревшем варианте, задача о дилижансе. Значимость данной задачи определяется ее различными практическими применениями. Например, в GPS-навигаторах, где осуществляется поиск кратчайшего пути между двумя перекрестками. В качестве вершин выступают перекрестки, а дороги являются ребрами, которые лежат между ними. Сумма расстояний всех дорог между перекрестками должна быть минимальной, тогда найден самый короткий путь.