Оперативное картографирование

Оперативное картографирование — одна из ветвей геоинфор­мационного картографирования, суть его составляют создание и использование карт в реальном или близком к реальному мас­штабах времени с целью быстрого (своевременного) инфор­мирования пользователей и воздействия на ход процесса.

Реальный масштаб времени характеризует скорость создания — использования карт, т.е. темп, обеспечивающий немедленную об­работку поступающей информации, ее картографическую визуа­лизацию для оценки, мониторинга и контроля каких-либо про­цессов и явлений, изменяющихся в том же темпе.

В практических ситуациях оперативное изготовление картог­рафических произведений и доставка их потребителям становятся важным и даже решающим условием выполнения задачи. Опе­ративные карты предназначены для решения широкого спектра проблем, и прежде всего для предупреждения (сигнализации) о неблагоприятных или опасных процессах, слежения за их раз­витием, составления рекомендаций и прогнозов, выбора вариан­тов контроля, стабилизации или изменения хода процесса в са­мых разных сферах — от экологических ситуаций до политических событий.

Следует различать оперативные карты двух типов: одни рас­считаны на долговременное последующее использование и ана­лиз (например, карты итогов голосования избирателей), а дру­гие — на кратковременное применение для незамедлительной оценки какой-либо ситуации (например, карты стадий созрева­ния сельскохозяйственных посевов).

Исходными данными для оперативного картографирования слу­жат материалы аэрокосмической съемки, непосредственные на­блюдения и замеры, статистические данные, результаты опро­сов, переписей, референдумов, кадастровая информация. А эф­фективность оперативного картографирования определяется тремя факторами:

♦ надежностью автоматической системы, скоростью ввода и обработки данных, удобством доступа к базам данных;

♦ хорошей читаемостью самих оперативных карт, простотой их внешнего оформления, что обеспечивает эффективное зрительное восприятие в условиях оперативного анализа си­туаций;

272 Глава XIV. Картография и геоинформатика

Картографические анимации 273

 

♦ оперативностью распространения карт и доставки их потре­
бителям, в том числе с использованием для этого телеком­
муникационных сетей.

Оперативное отображение состояния и изменения явлений тес­нейшим образом связано с автоматизированным изготовлением динамических карт. Они позволяют отразить не только структуру, но и существо явлений и процессов, происходящих в земной коре, атмосфере, гидросфере, биосфере и, что еще более важно, в зонах их контакта и взаимодействия. Динамическое картографирование, кроме того, является самым эффективным средством визуализа­ции результатов мониторинга.

Картографические анимации

В традиционной картографии известны три способа отображе­ния динамики явлений и процессов, их возникновения, разви­тия, изменений во времени и перемещения в пространстве (см. разд. 4.14 и 8.4):

♦ показ динамики на одной карте с помощью стрелок или лент движения, «нарастающих» знаков и диаграмм, расширяю­щихся ареалов, изолиний скоростей изменения явлений и т.п.;

♦ показ динамики с помощью серий разновременных карт, снимков, фотокарт, блок-диаграмм и др., фиксирующих со­стояния объектов в разные моменты (периоды) времени;

♦ составление карт изменения состояний явления (см. разд. 13.4), когда показывается не сама динамика, а лишь результаты про­исшедших изменений (ареалы изменений).

Геоинформационное картографирование существенно расши­ряет возможности отображения динамики геосистем, вводя в прак­тику картографические анимации (мультипликации) — особые динамические последовательности карт-кадров, создающие при демонстрации эффект движения. Анимации прочно вошли в по­вседневную жизнь, они стали столь же привычными, как косми­ческие снимки и электронные карты. Хорошо известным приме­ром могут служить телевизионные карты прогноза погоды, на ко­торых видны перемещения фронтов, областей высокого и низкого давления, атмосферные осадки.

Разработано множество технологий и методик получения движу­щихся изображений. Созданы особые компьютерные программы, которые содержат модули, обеспечивающие самые разные вари­анты и комбинации картографических анимаций:

♦ перемещение всей карты по экрану;

♦ мультипликационные последовательности карт-кадров или 3-мерных изображений;

♦ изменение скорости демонстрации, покадровый просмотр, возврат к избранному кадру, обратная последовательность;

♦ перемещение отдельных элементов содержания (объектов, зна­ков) по карте;

♦ изменение вида элементов содержания (объектов, знаков), их размеров, ориентации, мигание знаков и др.;

♦ варьирование окраски (пульсация и дефилирование), изме­нение интенсивности, создание эффекта вибрации цвета;

♦ изменение освещенности или фона, «подсвечивание» и «за­тенение» отдельных участков карты;

♦ панорамирование, изменение проекции и перспективы (точки обзора, ракурса, наклона), вращение 3-мерных изображений;

♦ масштабирование (зуммирование) изображения или его час­ти, использование эффекта «наплыва» или удаления объекта;

♦ создание эффекта движения над картой («облет» территории), в том числе с разной скоростью.

Анимации можно демонстрировать с нормальной (24 кадра в секунду), ускоренной или замедленной скоростью. Отсюда возни­кают совершенно новые для картографии проблемы временной генерализации, выбора изобразительных средств, изучения прин­ципов восприятия читателями движущихся карт и т.п.

Динамические изображения добавляют традиционным статич­ным картам столь необходимый исследователям временной аспект. В связи с этим оправдано введение понятия масштаба времени (или временного масштаба). В определенном смысле можно гово­рить о медленно-, средне- и быстромасштабных изображениях, приняв следующие соотношения:

1:86 000 — одна секунда демонстрации анимационной карты соот­ветствует (округленно) одним суткам; 1:600 000 — в одной секунде — одна неделя; 1:2 500 000 — в одной секунде — один месяц; 1:31 500 000 — в одной секунде — один год.

18-4886

274 Глава XIV. Картография и геоинформатика

Виртуальное картографирование 275

 

14.7. Виртуальное картографирование

Дальнейшее развитие геоинформационных технологий приве­ло к созданию изображений, сочетающих свойства карты, перс­пективного снимка, блок-диаграммы и компьютерной анимации. Такие изображения получили название виртуальных (от лат. virtualis — возможный, потенциальный). Этот термин имеет несколь­ко смысловых оттенков: возможный, потенциальный, не суще­ствующий, но способный возникнуть при определенных услови­ях, временный или непродолжительно существующий, а главное — не реальный, но такой же, как реальный, неотличимый от реально­го. В машинной графике визуализация виртуальной реальности пред­полагает, прежде всего, применение эффектов трехмерности и ани­мации. Именно они создают иллюзию присутствия в реальном про­странстве и возможности интерактивного взаимодействия с ним.

В картографии виртуальные модели понимаются как изображе­ния реальных или мысленных объектов, формируемые и суще­ствующие в программно-управляемой среде. Как любое кар­тографическое изображение, они имеют проекцию, масштаб и обладают генерализованностью. Сама же виртуальная реаль­ность — это интерактивная технология, позволяющая воспроиз­водить реальные и (или) мысленные объекты, их связи и отноше­ния в программно-управляемой среде.

Считается, что отказ от условных знаков, стремление придать виртуальным изображениям «натуральность», объемность, есте­ственную окраску и освещение создает иллюзию реального суще­ствования объекта. Тем самым ускоряется процесс коммуникации, и повышается эффективность передачи пространственной инфор­мации.

Технологии создания виртуальных изображений моногообраз-ны. Обычно вначале по топографической карте, аэро- или косми­ческому снимку создается цифровая модель, затем — трехмерное изображение местности. Его окрашивают в цвета гипсометричес­кой шкалы либо совмещают с фотоизображением ландшафта и далее используют как реальную модель.

Одна из наиболее распространенных виртуальных операций — «облет» полученного изображения. Специальные программные модули обеспечивают управление полетом: движение по избран­ному направлению, повороты, развороты, изменение скорости,

показ перспективы. С помощью клавиатуры и джойстика (манипу­лятора в форме рукоятки с кнопками) можно выдерживать полет на заданной высоте, с установленной скоростью, над точками с заранее избранными координатами. Кроме того, предусмотрены возможности выбора состояния неба (облачности), тумана, усло­вий освещения местности, высоты Солнца, времени дня, эффек­тов дождя или снегопада и т.п. Модули редактирования позволяют дополнительно наносить новое тематическое содержание, менять текстуру местности, использовать цветные сетки и подложки, раз­мещать надписи, выбирая размер и цвет шрифтов, добавлять тек­сты и даже звуки.

Крупномасштабные тематические виртуальные изображения дают довольно подробное представление о рельефе и ландшафте, геологическом строении, водных объектах, растительном покро­ве, городах, путях сообщения и т.п. Возможность интеграции раз­ной тематической информации в единой модели — одно из глав­ных достоинств виртуального изображения. Пролетая и «зависая» над горами, можно детально рассмотреть террасированность их склонов, провести морфометрические измерения, определить ха­рактер эрозионных и оползневых процессов, а двигаясь над город­скими территориями, — оценить особенности застройки и рас­пределения зеленых массивов, спроектировать размещение новых зданий и транспортных магистралей.

При виртуальном моделировании часто используют многоуров­невую аппроксимацию. По одной и той же цифровой модели рель­ефа, ландшафта или растительного покрова выполняют несколько аппроксимаций с разными уровнями детальности. Это позволяет не ограничиваться увеличением или уменьшением масштаба, а переходить при необходимости на иной уровень детальности. Так возникает своеобразная мулътиуровневая генерализация.

Наибольшее применение виртуальные изображения имеют при решении таких практических задач, как мониторинг районов при­родного риска, строительство зданий и автострад, прокладка тру­бопроводов, оценка загрязнения среды и распространения шумов от аэропортов и т.п. Возможно использование аналогичных техно­логий в научных и учебных целях, например для создания средне-и мелкомасштабных виртуальных изображений, в том числе гло­бусов. На глобусах изображают, скажем, природную зональность земного шара, ход климатических процессов, сезонные измене­ния растительного покрова и ландшафта, миграцию населения,

18*

276 Глава XIV. Картография и геоинформатика

Электронные атласы 277

 

движение транспортных потоков и т.д. Сюжеты виртуальных тема­тических карт столь же разнообразны, как и в традиционном кар­тографировании.

Электронные атласы

Создание капитальных атласов растягивается, как известно, на долгие сроки, и главной проблемой становится их устаревание, нередко еще в процессе подготовки. Электронные атласы — это удачная альтернатива бумажным. Они позволяют значительно со­кратить сроки составления, использовать в качестве носителей компакт-диски, применить анимации и мультимедийные средства. Такие атласы содержат карты высокого качества, имеют друже­ственный интерфейс и обычно снабжены хорошими справочно-поисковыми системами.

Существует несколько типов электронных атласов:

♦ атласы только для визуального просмотра («перелистывания»), так называемые вьюерные атласы',

♦ «интерактивные атласы», в которых предусмотрены возмож­ности изменять оформление, способы изображения и даже классификации картографируемых явлений, увеличивать и уменьшать (масштабировать) изображение, получать бумаж­ные копии карт;

♦ «аналитические атласы», позволяющие комбинировать и со­поставлять карты, проводить их количественный анализ и оценку, выполнять оверлей, пространственные корреляции, — по существу, это ГИС-атласы,

♦ атласы, размещенные в компьютерных телекоммуникацион­ных сетях (см. разд. 15.3), например Интернет-атласы. В их структуре кроме карт и интерактивных средств обязательно присутствуют еще и средства поиска дополнительной инфор­мации и карт в сети.

Карты комплексных электронных атласов содержат разные виды информационных слоев:

♦ многофункциональные базовые слои, используемые для мно­гих карт;

♦ аналитические и синтетические слои по конкретной тематике;

♦ оперативно обновляемые тематические слои.

Все они могут входить в содержание разных карт атласа, ска­жем, базовый слой «геологическое строение» можно использовать не только для собственно геологической карты, но с той или иной генерализацией — для карт полезных ископаемых, гидрогеологи­ческой, инженерно-геологической, геоэкологической и др. Ком­бинирование слоев существенно упрощает трудоемкие процессы составления и взаимного согласования карт.

В большинстве стран созданы национальные электронные ат­ласы. Как правило они базируются на многотомных бумажных ат­ласах, например атлас Швеции включает 17 томов, Нидерлан­дов — 20 томов, Финляндии — 25 выпусков, Испании — 40 вы­пусков. Однако электронные атласы не всегда повторяют свои бумажные прототипы именно в силу текущего обновления карт, появления новых сюжетов и даже частичного изменения структуры.

Проект создаваемого Национального атласа России предусмат­ривает, что наряду с традиционным многотомным печатным из­данием будут созданы еще две версии: 1) электронная (упрощен­ная) на магнитных дискетах и компакт-дисках, которая разраба­тывается одновременно с традиционной бумажной версией и впоследствии может быть дополнена другой видео- и аудиоинфор­мацией, анимациями и текстом; 2) ГИС-версия, также расширя­емая с помощью мультимедиа и включающая базы данных и уни­версальную программную оболочку.

Телекоммуникационные сети 279

Глава XV

Картография и телекоммуникация

Телекоммуникационные сети

В 90-е годы XX в. стремительно развивающийся научно-техни­ческий прогресс привел к появлению новых средств коммуника­ции — глобальных компьютерных сетей, по которым с высокой скоростью движутся потоки цифровой информации, в том числе картографической.

Самая разветвленная и мощная планетарная компьютерная сеть Интернет (Internet) в короткий срок стала эффективным сред­ством безбумажной передачи информации. Начало ее разработки относится к 50-м годам XX в., когда США создали сеть ARPANET — прообраз Интернета — для оповещения о возможной ядерной ата­ке. Вскоре эта сеть была поставлена на службу научному сообще­ству и коммерческим фирмам. А уже к началу 90-х годов Интернет превратился в «информационную супермагистраль», которая вклю­чала в себя около 5 тыс. сетей и свыше 700 тыс. компьютеров в 40 странах.

Развитию сети в решающей мере способствовала разработка про­токола TCP/IP (Transmission Control Protocol Internet Protocol) — особой системы согласованных правил и способов обмена файла­ми в компьютерах. Все компьютеры, входящие в сеть, равноправ­ны, что обеспечивает особую устойчивость системы и возможность практически неограниченного ее расширения.

В настоящее время сеть Интернет — основной канал междуна­родного общения, универсальное средство передачи коммерчес­кой, научной и учебной информации.

Важная особенность компьютерной сети Интернет состоит в том, что она является, с одной стороны, высокоскоростной и эффективной транспортной средой, а с другой — совокупнос­тью распределенных информационных ресурсов. С ее помо-

щью реализуются услуги электронной почты, доступ к удален­ным базам данных, различным научным документам, в том числе к картам и снимкам, электронным каталогам и библиотекам. Специалисты в области наук о Земле и обществе, картографы и геоинформатики, будь то отдельные исследователи или органи­зации, имеют возможность, пользуясь Интернетом, реализовать «три желания»:

♦ наладить оперативную передачу сообщений и изображений;

♦ получить доступ к глобальным геоинформационным ресур­сам;

♦ ввести массивы собственных данных в международный обо­рот, заинтересовывая ими потенциальных партнеров и кли­ентов.

Общественный спрос на средства быстрого распространения географической информации, карт, данных дистанционного зон­дирования очень высок. Использование компьютеров в сетях теле­коммуникации (появился особый термин — сетевой компьютинг) называют иногда пятой информационной революцией, имея в виду, что первые четыре были связаны с изобретением печатного стан­ка, телефона, радиосвязи и персональных компьютеров. Комму­никация перестала зависеть от расстояний, пространственная ин­формация циркулирует в сетях практически в режиме реального времени. Это заметно изменило стиль управления, характер науч­ной и производственной картографической деятельности.

Произошло органическое соединение ГИС, геоинформационно­го картографирования и сетей телекоммуникации, развитие од­ной технологии повлекло новые разработки и решения в другой. Сформировалось глобальное геоинформационное пространство, т.е. среда, в которой функционируют цифровая геоинформа­ция и изображения разных видов и назначения. Глобальная компьютерная сеть безостановочно расширяется. По некоторым оценкам, к концу второго тысячелетия число компью­теров, подключенных к Интернету, достигло 300 млн. Рост идет стихийно и неограниченно, и это создает трудности при ориенти­ровании в сети, отыскании в ней необходимых сведений.

Кроме глобальной существуют и другие сети: региональные (например, геонаучные сети для стран Европы), локальные (сети Новосибирского академгородка, Московского университета), спе-

280 Глава XV. Картография и телекоммуникации

Карты и атласы в компьютерных сетях 281

 

анализированные, ведомственные, или корпоративные сети (зе­мельные, учебные, академические и т.п.). Эти последние называ­ют Интранет, и они как правило имеют выход в Интернет.

Всемирная паутина»

Первые опыты использования компьютерных сетей быстро привели к выводу, что обилие обращающихся в них карт и других изображений — это не только благо, но и большая проблема для пользователя. Информация захлестывает его, в ней трудно ориен­тироваться и найти то, что нужно, графические документы избы­точны и не всегда упорядочены. Поэтому важнейшей проблемой сразу стала разработка способов организации информационных массивов и создание «навигаторов» — программных средств, позволяющих ориентироваться и передвигаться в электронной сети по логически связанным путям в поисках требуемой инфор­мации.

«Всемирная паутина» — точный перевод английского слово­сочетания World Wide Web (WWW, 3W или Web — (Веб)) - на­звание системы, обеспечивающей поиск и обмен информацией в компьютерных сетях. Она была создана в 1989 г. для упрощения компьютерного обмена научными сведениями и вскоре широко распространилась в Интернете. С 1993 г. Веб стала основным сред­ством сетевого компьютинга, в том числе поиска и передачи изоб­ражений.

На самом деле Веб — не только система, но и способ получе­ния и доставки необходимой информации, протокол поиска и передачи данных. Она опирается на язык HTML (HyperText Markup Language — язык гипертекстовой разметки), который позволяет удобно кодировать текстовые файлы. Благодаря этому любой эле­мент одного документа можно связать с другими документами, что обеспечивает достаточно простое передвижение — «навига­цию» — по системе логических связей в Интернете. Иными слова­ми, с помощью Веб согласуют коды и адреса поставщиков и пользо­вателей услугами электронных сетей. Благодаря этому HTML ис­пользуется не только в Интернете, но и в других сетях, и на компакт-дисках (CD-ROM).

Кроме единого гипертекстового языка HTML, Веб использует еще и единый протокол обмена гипертекстами — HTTP (HyperText

Transfer Protocol) и общий интерфейс. Таким образом, Веб явля­ется общедоступной системой, пригодной для любых компьютер­ных систем и не зависящей от программного обеспечения.

Работа с Веб напоминает работу с энциклопедией, тексты снаб­жены системой перекрестных ссылок к тем или иным выделенным словам. Это позволяет отыскивать дополнительные сведения в дру­гом месте; достаточно лишь нажать клавишу, чтобы перейти от выделенного слова к другому документу. Все это обеспечивает удоб­ство и скорость поиска нужной информации. Язык HTML быстро развивается, в него инкорпорируются другие языковые средства, появляются новые версии. Образ «всемирной паутины» оказался довольно удачным, карты словно вплетены в сеть линий связи, опутывающих земной шар.