CC BY
153
Вестник СГУГиТ, вып. 2 (30), 2015
УДК 528.91
К ВОПРОСУ ФОРМАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССА СОЗДАНИЯ ТЕМАТИЧЕСКИХ КАРТ В ГИС-СРЕДЕ
Светлана Сергеевна Дышлюк
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент, заведующая кафедрой картографии и геоинформатики, тел. (383)361-06-35, e-mail: [email protected]
Ольга Николаевна Николаева
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, тел. (923)227-89-57, e-mail: [email protected]
Лариса Анатольевна Ромашова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры картографии и геоинформатики, тел. тел. (383)361-06-35, e-mail: [email protected]
В статье рассмотрены вопросы формализации тематических карт для широкого круга потребителей. Формализация процесса создания тематических карт в ГИС-среде рассматривается как четкое пошаговое описание процесса, опирающееся на ряд принципов, которые определяют характеристики картографируемых показателей и методику составления цифровых карт.
Ключевые слова: формализация, тематические карты, природные ресурсы, ГИС.
TO THE QUESTION OF FORMALIZATION OF THE PROCESS OF CREATING THEMATIC MAPS IN GIS ENVIRONMENT
Svetlana S. Dyshlyuk
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk,
10 Plakhotnogo St, Ph. D., Assoc. Prof., head of the Department of Cartography and
Geoinformatics, tel. (383)361-06-35, e-mail: [email protected]
Olga N. Nikolayeva
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk,
10 Plakhotnogo St, Ph. D., Assoc. Prof., Department of Ecology and Environmental Management, tel. (923)227-89-57, e-mail: [email protected]
Larisa A. Romashova
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk,
10 Plakhotnogo St, Ph. D., Assoc. Prof., Department of Cartography and Geoinformatics, tel. (383)361-06-35, e-mail: [email protected]
The issue of thematic maps formalization for public at large is considered. Formalization of thematic map-making in GIS-environment is considered as explicit step-by-step description of the process based on a number of principles which determine characteristics of cartographic indices and digital mapping techniques.
Key words: formalization, thematic maps, natural resources, GIS.
78
Картография и геоинформатика
Совершенствование современных ГИС-продуктов и картографических сервисов, наблюдающееся в течение последних лет, привело к популяризации картографической продукции и к резкому росту спроса на тематические карты среди широкого круга населения, не владеющего картографическими знаниями, но активно использующего разнообразные геоданные в своей производственной деятельности. При этом особый интерес пользователи проявляют не только к картографическим произведениям, отображающим состояние природных, социальных, экономических и экологических ресурсов территории, что обусловлено необходимостью модернизации современной российской экономики для обеспечения устойчивого развития регионов, но и возможности самим принять участие в создании простейших интересующих их карт.
Как отмечает ряд авторов, внедрение формальных процедур в картографические работы позволяет автоматизировать выполнение наиболее рутинных и трудоемких этапов создания карты, благодаря чему высвобождается время для экспериментов и творчества в области картографического моделирования и оформления карт [1, 2]. В настоящее время, с учетом повсеместного использования компьютерной техники и ГИС-технологий, формализация процессов создания карт является одной из актуальных задач картографии.
Формализация, в общем случае, понимается как представление какой-либо содержательной области (рассуждений, доказательств, процедур классификации, поиска информации научных теорий) в виде формальной системы, или исчисления [3]. По мнению некоторых авторов, первым шагом при формализации и построении модели является выбор подходящих форм представления [4]. На втором и, вероятно, самом трудном шаге всего процесса формализации модели основное внимание должно отводиться методам и правилам, которые связывают обрабатываемые данные. В процессе формализации лучше использовать табличные данные статистических исследований. Менее всего для формализации подходят текстовые данные [4].
Формализация процесса создания тематических карт в ГИС-среде предполагает, прежде всего, четкое пошаговое описание этого процесса, опирающееся на ряд принципов, которые определяют характеристики картографируемых показателей и методику составления цифровых карт.
Нами были разработаны и апробированы в экспериментальных исследованиях следующие принципы.
Принцип 1. Сведение процесса создания тематических карт к решению ряда типовых задач, наиболее востребованных широким кругом пользователей. Формулировка задач максимально проста и понятна пользователю, и требует от него лишь выбора показателей картографирования, которые будут использоваться на создаваемой карте. Далее построение карты происходит в автоматическом режиме. Данный принцип значительно упрощает использование тематических карт
79
Вестник СГУГиТ, вып. 2 (30), 2015
широкими слоями населения, привыкшими работать с готовыми картами, но не имеющими опыта в их составлении.
Принцип 2. Использование показателей, официально утвержденных и принятых Федеральной службой государственной статистики, при решении конкретной типовой задачи. Данный принцип обеспечивает интуитивную понятность процесса составления карт как работникам административных органов, так и специалистам научно-исследовательских учреждений разного рода, поскольку им приходится иметь дело с привычным понятийным аппаратом и терминологией.
Принцип 3. Применение способов картографического отображения, выбранных с учетом характера распространения картографируемых объектов (явлений) и специфики отображаемых показателей, для картографической реализации решаемых типовых задач. Данный принцип обеспечивает наглядность и высокую информационную емкость создаваемых карт. В частности:
- способ картограммы (для показа относительных статистических показателей по единицам административно-территориального деления);
- способы картодиаграммы (для изображения абсолютных статистических показателей по единицам административно-территориального деления с помощью диаграммных знаков);
- способ изолиний (для изображения непрерывных, плавно изменяющихся явлений, образующих физические поля);
- способ линейных знаков (для изображения реальных или абстрактных объектов, локализованных на линиях);
- способ значков (для показа объектов, локализованных в пунктах и обычно не выражающихся в масштабе карты);
- способ ареалов (для выделения на карте области распространения какого-либо сплошного или рассредоточенного явления).
Принцип 4. Предусмотрение возможности размещения полученной карты в сети Интернет при реализации технологической последовательности решения типовой задачи пользователем. Конвертация карты осуществляется в ГИС-приложение. При этом используется специально разработанный конвертор. В результате создается полноценная копия карты в векторном формате данных, в которой при необходимости имеется возможность создания новых и редактирования имеющихся данных. Данный принцип как обеспечивает легкость публикации созданных карт, так и упрощает обмен картографической информацией с другими пользователями.
В связи с высокой степенью ресурсоориентированности современной российской экономики встает вопрос об оперативном предоставлении пользователю карт природных ресурсов, построенных на основании актуальных для него данных. Решение этой задачи предполагает формализацию процесса составле-
80
Картография и геоинформатика
ния карт природных ресурсов, сводящую этот процесс к решению ряда типовых задач, условия которых задаются пользователем.
Формализация процесса создания карт природных ресурсов характеризуется следующими особенностями:
1. Формулировка пользовательского запроса должна быть выполнена в терминологии, принятой в современной физической географии и ресурсоведении и понятной неподготовленному пользователю.
2. Структура пользовательского запроса должна требовать от пользователя выполнения минимального количества действий, которое достаточно для построения изображения, наглядно визуализирующего запрошенные данные, и отвечающего нормам и требованиям картографии.
С учетом вышесказанного, процесс формализованного создания карты природных ресурсов целесообразно подразделить на следующие этапы (с позиций пользователя):
1. Выбор природного компонента (ресурса), данные о котором интересуют пользователя.
2. Выбор показателей состояния картографируемого природного компонента (ресурса).
3. Выбор способа результатов картографического представления создаваемой карты.
Важной частью данного процесса является возможность пользователя на любом этапе создания карты обратиться к справочной системе для получения разъяснений в области непонятных ему терминов и выражений.
В общем виде технологическая последовательность формализованного создания карты природных ресурсов представлена на рисунке.
Как видно из рисунка, покомпонентное деление природных ресурсов в предлагаемой технологической последовательности базируется на традиционной классификации природных ресурсов, принятой в ресурсоведении [5]. Однако при разработке структуры тематического содержания создаваемых карт природных ресурсов нами было произведено объединение некоторых категорий данной классификации. Это было вызвано удобством пользователя, а также тем фактом, что многие виды природных ресурсов, такие как атмосферное электричество, биомасса редуцентов и т. п., пока не используются в промышленных масштабах [5].
Цель предлагаемой технологии - обеспечить пользователя информацией о тех видах природных ресурсов, которые активно вовлечены в природопользование. Поэтому, например, атмосферные и климатические ресурсы были объединены в одну группу «Климатические ресурсы», а ресурсы продуцентов, кон-сументов и редуцентов были распределены между группами «Растительные ресурсы» и «Фаунистические ресурсы».
На втором этапе пользователь выбирает интересующие его показатели, которые будут представлены на создаваемой карте. В перечень включены показатели, характеризующие размещение, запасы и обеспеченность территории
81
Вестник СГУГиТ, вып. 2 (30), 2015
данным видом ресурса [10-13]. Значения показателей запрашиваются из базы данных, сформированной по материалам государственной статистики природных ресурсов и данным дистанционного зондирования в соответствии с принципами, описанными в [6, 7, 9]. Для характеристики каждого из шести видов природных ресурсов сформирована своя база данных (таблица).
Третий завершающий этап формализованного создания карты природных ресурсов включает в себя выбор пользователем конечного результата представления данных [14-17]. В зависимости от своих нужд, а также от уровня владения ГИС-технологиями, пользователь может получить конечный результат в виде векторной или растровой карты, а также в виде 3Э-модели [18-24].
Рис. 1. Принципиальная последовательность выполнения формализованного пользовательского запроса при создании карты природных ресурсов
82
Картография и геоинформатика
Таблица
Пример базы данных лесных ресурсов Новосибирской области
Наименование лесничества Общая площадь земель лесного фонда, га Покрытые лесной растительностью, га Общий запас насаждений, тыс. м3
Хвойная Лиственная Всего
Барабинское 50776 47483 26,1 5118,6 5165,2
Болотнинское 129165 118142 6643,6 9801,7 16463,5
Венгер об ское 125932 109825 419,3 11140,7 11566,6
Доболенское 51046 48769 14,4 6358 6396,9
3двинское 47333 41144 9,6 5023,9 5039,6
Искитимское 112255 107738 3145,3 13284,5 16447
Карасукское 36378 27711 12,3 2967,1 3003,5
Еаргатское 136989 118649 150,1 12530,7 12690,8
Колыванское 755342 631743 14953 56797,1 71764,3
Коченевское 86309 81890 103,1 9730,5 9836
Краснозерское 35389 33604 13,7 3432 3447,7
Куйбышевское 237502 179537 598 19754 20380
Купинское 41445 33046 2,6 3803 3821,4
Кыштовское 848847 503572 7399,4 34683,6 42121,4
Маслянинское 204353 189840 8033,1 18792,8 26839,5
Мирновское 208614 196907 7252,1 19818,7 27088
Мошков ское 98710 87203 3000,9 8904,3 11921,7
Новосибирское 25528 24093 5007,9 1342,2 6355,3
Ордьиское 169468 157081 16001 12539,1 28544,1
Северное 1274013 733430 17969 44114,4 62084,8
Сузунское 218674 193890 17403,8 14088,4 31515,2
Татарское 150651 123732 83 14439,2 14180,8
Убинское 894902 403056 10738,8 25833,1 36582,9
Чановское 86047 74733 77,1 9094,3 9207,5
Черепановское 66139 62964 1326,8 7192,5 8519,7
Чулымское 341146 244510 60,2 9122,3 9195,3
Последующие этапы создания карты природных ресурсов осуществляются в среде ГИС без участия пользователя, в соответствии с алгоритмами расчета картографируемых показателей и их визуализации на заранее подготовленной базовой пространственной основе региона [6]. Учитывая быстроту изменения общегеографической ситуации на активно эксплуатируемых человеком территориях, базовая пространственная основа должна быть актуализирована по материалам аэрокосмической съемки текущего года [8]. Используемые методы и приемы визуализации запрошенной и обработанной информации о природных ресурсах основаны на приемах пространственного анализа, применяемых в ГИС для построения тематических карт.
Как показали исследования, возможности настольных картографических систем вполне достаточны для создания несложных в плане содержания и оформления, но информативных карт природных ресурсов для неподготовленных пользователей [6, 7, 9]. Привязка тематических данных может осуществляться как к точечным объектам (населенные пункты, посты наблюдения и т. п.), так и к площадным (административные районы).
83
Вестник СГУГиТ, вып. 2 (30), 2015
Таким образом, разработанная технологическая последовательность формализованного создания тематических карт для широкого круга пользователей, апробированная в экспериментальных исследованиях, позволяет выполнять основную часть работ по визуализации запрошенных геоданных в автоматизированном режиме, что обеспечивает оперативность создания тематических карт неподготовленным пользователем [6, 9, 10, 12, 17, 21, 25].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Капралов Е. Г., Кошкарев А. В., Тикунов В. С. Геоинформатика: учебник для вузов; Под ред. В.С. Тикунова. - М.: Академия, 2005. - 480 с.
2. Кравченко О. Л. Смежные дисциплины и предмет геоинформатики [Электронный
ресурс]. - Режим доступа: http://www.geodesy.net.ru/rubrik/gis/geoinformatika/smezhnye-
distsipliny-i-geoinformatiki.
3. Большой энциклопедический словарь. - М.: Астрель, АСТ, 2008. - 1247 с.
4. Dirk Burghardt. Automatisierung der kartographischen Verdrangung mittels Energiemini-mierung. Der Fakultat fur Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften der Technischen Universitat Dresden zur Erlangung des akademischen Grades Doktor-Ingenieur (Dr.-Ing.) Dissertation. - Dresden. - 2010. - S 10.
5. Реймерс Н. Ф. Природопользование: словарь-справочник. - М.: Мысль, 1990. - 639 с.
6. Разработка методики создания инструментальной справочно-аналитической географический системы. Обобщение и оценка результатов исследования НИР (итоговый): отчет о НИР. Руководитель: Лисицкий Д. В./СГГА. № ГР 2010-1.1-154-048-006. - Новосибирск: СГГА, 2012. - 106 с.
7. Женибекова А. Б. К вопросу формализации картографических изображений // Вестник СГГА. - Вып. 4 (28). - Новосибирск. - 2014. - С. 124-129.
8. Николаева О. Н. Об интеграции ДДЗ в ГИС для формализованной инвентаризации природно-ресурсных характеристик региона // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. на-уч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 3. - С. 39-45.
9. Жарников В. Б. Рациональное использование земель как задача геоинформационного пространственного анализа // Вестник СГГА. - 2013. - Вып. 3 (23). - С. 77-82.
10. Научно-методические основы формализации процессов составления тематических карт для реализации ИСА ГИС / С. С. Дышлюк, О. Н. Николаева, Л. А. Ромашова, С. А. Сухорукова // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2011. - № 5. - С. 91-93.
11. Женибекова А. Б. Новый подход к формированию условных обозначений в среде ГИС // Вестник СГГА. - 2014. - Вып. 4 (28). - С. 135-140.
12. Татаренко В. И., Касьянова Е. Л., Нольфина М. А. Создание научно-справочного аналитического ГИС-атласа // Вестник СГГА. - 2014.- Вып. 4 (28). - С. 129-135.
13. Дышлюк С. С., Павлов Е. В. К вопросу автоматизированного создания тематических карт // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 3. - С. 162-165.
14. Ромашова Л. А., Николаева О. Н., Гаврилов Ю. В. Об опыте и результатах системного картографирования экологической ситуации Новосибирска // Вестник СГГА. - 2011. -Вып. 1 (14). - С. 55-61.
15. Ромашова Л. А., Николаева О. Н., Волкова О. А. Роль картографического метода исследования в решении проблем радиационной обстановки окружающей среды // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 1 (17). - С. 104-108.
84
Картография и геоинформатика
16. Ромашова Л. А. Картографирование состояния водных объектов на основе комплексной оценки качества воды // Вестник СГГА. - 2014. - Вып. 1 (25). - С. 137-144.
17. Научно-методические основы формализации процессов составления тематических карт для реализации инструментальной справочно-аналитической геоинформационной системы / С. С. Дышлюк, О. Н. Николаева, Л. А. Ромашова, С. А. Сухорукова // Вестник СГГА. - 2011. - Вып. 1 (14). - С. 49-54.
18. Лисицкий Д. В. Перспективы развития картографии // Вестник СГГА. - 2013. -Вып. 2 (22). - С. 8-16.
19. Николаева О. Н. Некоторые аспекты создания карт экологического разнообразия территории // Вестник СГГА. - 2011. - Вып. 3 (16). - С. 75-80.
20. Креймер М. А. Гармонизция природопользования и природоохранной деятельности // Вестник СГГА. - 2013. - Вып. 2 (22). - С. 61-78.
21. Дышлюк С. С., Пошивайло Я. Г. ИСА ГИС - новый инструмент для решения задач территориального управления // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 2. - С. 96-101.
22. Гаврилов Ю. В., Николаева О. Н., Ромашова Л. А. Об опыте и результатах системного картографирования экологической ситуации Новосибирска // Вестник СГГА. - 2013. -Вып. 1 (14). - С. 55-61.
23. Мазуров Б. Т., Николаева О. Н., Ромашова Л. А.Интегральные экологические карты как инструмент исследования динамики экологической обстановки промышленного центра // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2012. - № 2/1. - С. 203-208.
24. О картографическом моделировании на разных этапах экологического мониторинга / О. Н. Николаева, Л. А. Ромашова, О. А. Волкова // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 2. - С. 9-13.
25. Касьянова Е. Л., Кикин П. М. Особенности разрабатываемой справочно-аналитической ГИС, возможные области ее применения // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т.2. - С. 174-182.
Получено 24.04.2015
© С. С. Дышлюк, О. Н. Николаева, Л. А. Ромашова, 2015
85
