Роль математико-статистических данных и ЭВМ в географии

ландшафтных карт с использованием их историко-генетической классификации по В. А. Николаеву необходимо соответствующее графическое отображение морфологии групп, типов, родов ландшафтов с показом иерархии и внешних связей как между элементами одного уровня, так и с системами более высоких или низких ступеней. Достигнуть этого можно не только при разработке легенды, но и выбором наглядных способов изображения, комбинацией цветов или штриховок, передающих логику классификации.

Начинают приобретать популярность матричные легенды. Их применение перспективно для выражения логики взаимосвязи явлений. Поясним это на конкретном примере. Если по одной из осей, на которых строится легенда, упорядочить оценочные характеристики благоприятности комплекса природных условий для выращивания какой-либо сельскохозяйственной культуры, например кукурузы, а на другой из осей показать ее фактическую урожайность, то отдельные элементы матричной легенды будут характеризовать различные сочетания оценки природных условий и урожайности. Высокая оценка природных условий в сочетании с высокой урожайностью, низкая оценка с низкой урожайностью и, что особенно интересно с содержательных позиций, сочетание высокой оценки с низкой урожайностью и наоборот.

В этом случае карта будет служить инструментом содержательно-географического анализа и исходным материалом для получения разнообразных выводов и предположений. Необходим и возможен ряд модификаций такого сорта легенд в зависимости от сути картографируемых явлений. Например, сочетание характеристик величины рождаемости с национальным составом населения полезно отображать на фоне уровней социально-экономического развития регионов и т. д. В этом случае легенда приобретает третье измерение.

Иногда полезно отображать количественные характеристики с использованием давно известных в отечественной картографии бесступенчатых шкал. Они подчеркивают плавность смены характеристик, позволяют более точно считывать с карт значения и при хорошем графическом исполнении выразительны и наглядны. Естественно, возможно привлечение нетрадиционных для тематического картографирования способов изображения - растров, штрихов крутизны для отображения величин углов наклона и экспозиции местности и т. д., не абсолютизируя их достаточно ограниченные возможности.

Традиционно карты расчерчивались или печатались на бумаге. Способы автоматизированного изготовления карт многообразны. Основными из них являются вычерчивание карт на графопостроителях и отображение на экранах дисплеев. Графопостроители имеют различную точность и скорость вычерчивания изображения, принцип воспроизведения: а) пером, световым лучом, резцом и др.; б) при перемещающихся расчерчивающих головках или листах пластика, бумаги, на которых воспроизводится изображение, устройствами планшетного или барабанного типов и т. д.

В последнее время наиболее широко для оперативных целей карты выводятся на экран дисплея. Это позволяет опробовать множество вариантов изменения содержания карт и способов их оформления. Но что особенно привлекательно - такая методика удобна для показа динамики явлений. Это могут быть, например, слайд-фильмы и картографические кино- или видеофильмы, позволяющие отображать не только пространственные, но и временные аспекты. В этих случаях, как правило, показываются этапы изменения явлений через равные промежутки времени, хотя существуют фильмы с изменяющимися содержательными сюжетами. Это может быть и анимация отдельных знаков, например мигание или перемещение по экрану отдельных точек или знаков. Немаловажно и то, что изображение с экрана может быть скопировано на бумагу, т. е. могут быть получены так называемые "твердые копии". Широкое распространение персональных компьютеров, способных передавать сотни оттенков цветов, делают этот безбумажный способ картографирования очень популярным для визуализации исходной информации, промежуточных изображений отдельных этапов реализации задач и окончательных картографических результатов.

Интересные результаты получаются при использовании мультипликации, например для имитации динамических ситуаций загрязнения окружающей среды. Активно ведутся разработки по созданию объемно-перспективных изображений, и прежде всего трехмерных блок-диаграмм, анаглифических изображений и стереокарт. Их значимость должна увеличиться с распространением дисплеев с голографическими экранами. Вообще же применение голографии, позволяющей воспроизводить объемные изображения, содержащиеся на голограммах - фоточувствительных пластинах, на которых зафиксированы изучаемые явления при интерференции волн, очень редко, хотя она известна в географии сравнительно давно. Это может быть объяснено ограниченностью специальной аппаратуры и ее малым распространением в географических учреждениях.

3.2 Средства информационного обеспечения

Географические информационные системы (ГИС) стали разрабатываться более 30 лет назад, а первая реально работающая ГИС Канады (CGIS) появилась в начале 60-х гг. В нашей стране аналогичные исследования начались почти двумя десятилетиями позже, и до сих пор работы зачастую связаны с адаптацией зарубежного опыта. Исторически ГИС в современном их понимании развивались на базе информационно-поисковых систем и позднее картографических банков данных. Информационные системы рассматривались как первый этап автоматизированного создания карт, позднее в функции ГИС (в их широком понимании) стали включать блоки математико-картографического моделирования и автоматизированного воспроизведения карт. Рассматривая карту как инструмент для географического анализа и выделяя подсистему пользователя, ГИС стали охватывать и область использования карт. Большинство ГИС, а их в мире сотни, включают в свои задачи создание карт или используют картографические материалы как источник информации.

Несмотря на это, задачи ГИС выходят за пределы картографии, делая их основой для интеграции частных географических и других (геологических, почвенных и т. д.) наук при комплексных системных исследованиях, а особенно это подчеркивается при использовании модели знаний как основы создания ГИС. Такому широкому взгляду на ГИС иногда противопоставляется узкоинформационный, по существу технический подход, когда ГИС - система накопления и хранения географических данных, инструмент для фиксации и характеристики объектов земной поверхности, что являлось задачей географии прошлых веков, но реализуется лишь сейчас на современном компьютерном уровне.

Примечательно, что мы значения слов «данные», «информация» и «знания» следует различать. Вслед за М. Конечным и К. Райсом будем считать данными изолированные показатели, понимаемые как сырье, которые путем обработки можно превратить в информацию, т. е. данные являются как бы строительным элементом в процессе создания информации. Они рассматриваются как объект обработки и основа для получения информации. Что касается знаний, то они будут рассматриваться далее.

Определение ГИС в литературе.

М. Конечный и К. Райс считают, что "географическая информационная система - это система, состоящая из людей, а также технических и организационных средств, которые осуществляют сбор, передачу, ввод и обработку данных с целью выработки информации, удобной для дальнейшего использования в географическом исследовании и для ее практического применения". А. М. Трофимов и М. В. Панасюк пишут: "Под геоинформационной системой понимается реализованное с помощью автоматических средств (ЭВМ) хранилище системы знаний о территориальном аспекте взаимодействия природы и общества, а также программного обеспечения, моделирующего функции поиска, ввода, моделирования и др." [14]. Несколько отличен взгляд на ГИС как интерактивные системы, способные реализовать сбор, систематизацию, хранение, обработку, оценку, отображение и распространение данных и как средство получения на их основе новой информации и знаний о пространственно-временных явлениях. И. В. Гармиз понимает ГИС "как аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных географических задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества".[3]. Хотя, существует еще десятки определений ГИС, принципиальных различий в них нет.

Приведенными определениями, отражающими достаточно широко распространенный взгляд, утверждается тождественность понятий "географические информационные системы" и "пространственные (пространственно координированные, пространственно распределенные) информационные системы", т. е. слово "географические" имеет смысл не обозначения науки, а характеристики пространственности. В этом случае нельзя поставить в один ряд географические, геологические, геофизические и т. д. системы, что встречается в литературе.

Структура ГИС

Прежде всего обратимся к базам данных. Нам представляется целесообразной следующая их организация. Во-первых, создание базы, необходимой для территориальной привязки данных, поскольку ГИС имеют дело только с пространственно координированными сведениями. Их территориальная упорядоченность важна с точки зрения не только унификации сбора данных, но и установления оптимального соответствия размерам исследуемых систем. Наряду с данными, приуроченными к точкам и линиям, поточечно фиксируемыми координатами, иногда материалы привязываются к сетке административно-территориального деления или природным контурам, например к речным бассейнам. Хорошие результаты дает привязка к ландшафтной основе.

Что касается ГИС, то для структурирования информации применяется растровый и векторный форматы с возможностью перехода одного в другой. В векторных