Определение характеристик по картам. Картографический метод исследования

О надежности исследований по картам 257

щественно лишь то, что предсказываемое явление недоступно пря­мому изучению в настоящее время.

В основе прогноза лежат картографические экстраполяции,

понимаемые в широком смысле как распространение закономер­ностей, полученных в ходе картографического анализа какого-либо явления, на неизученную часть этого явления, на другую террито­рию и (или) на будущее время. Картографические экстраполяции, как и любые другие (математические, логические), не универсальны. Их достоинство в том, что они хорошо приспособлены для про­гнозирования и пространственных, и временных закономернос­тей. В практике прогнозирования по картам широко применяют также известные в географии методы аналогий, индикации, экс­пертные оценки, расчет статистических регрессий и др. Существуют три вида прогноза по картам:

прогноз во времени, основанный на экстраполяции динами­ческих тенденций, выявленных по разновременным картам;

прогноз в пространстве, опирающийся на взаимосвязи и ана­логии, установленные по картам разной тематики;

пространственно-временной прогноз, сочетающий оба назван­ных выше вида прогноза и позволяющий предсказать тенден­ции развития и эволюции явления в прогнозируемом про­странстве.

При картографической экстраполяции особое значение при­обретают карты фоновых поверхностей (см. разд. 13.2). С их помо­щью можно предсказать главные, определяющие, фоновые черты явления, не вдаваясь в детали, частности и возможные случайные отклонения. Карты фоновых поверхностей в равной мере пригод­ны для прогноза во времени и пространстве. Так, имея серию фо­новых поверхностей ФП-А, ФП-В, ..., ФП-1Ч, можно с помощью регрессионных моделей экстраполировать значение ФП-И+О, где N+(2 - прогнозируемая поверхность (если дается прогноз в про­странстве) или прогнозируемое состояние (если речь идет о про­гнозе во времени). Кроме того, модели фоновых поверхностей при­менимы и для интерполяции. По серии карт ФП-А, ФП-В, ..., ФП^ можно рассчитать поверхность ФП-К, где значение К на­ходится в интервале А < К < N.

Географические прогнозы во времени классифицируют по уп­реждению или заблаговременности. Различают прогнозы долгосроч­ные (несколько десятилетий), среднесрочные (10-15 лет), крат­косрочные (три-пять лет) и сверхкраткосрочные (менее года). Это

деление, однако, достаточно условно. Многое зависит от природы

самого явления (см. разд. 8.6).

Достоверность прогнозных карт зависит от заблаговременности

и дальности экстраполяции, характера самого явления, его стабиль­ности или подвижности, цикличности, от достоверности и полноты исходных карт, а также от устойчивости выявленных- тенденций, тесноты взаимосвязей, что во многом определяется самой методи­кой прогнозирования. В зависимости от степени достоверности раз­личают карты предварительного, вероятного и весьма вероятного прогноза, а также карты перспективного расчета (см. разд. 8.5).

13-6. О надежности исследований по картам

Надежность картографического метода - это его способность обеспечивать верное решение поставленной задачи. Иными словами, чем ближе к истине полученный результат, тем надежнее исследование. Оценка надежности - довольно слож­ная и часто неопределенная задача, поскольку погрешность ре­зультата зависит от многих причин, из которых одни выявляют, пользуясь методами теории ошибок, картометрии и математичес­кой статистики, а другие не имеют точных оценок, и судить о них можно лишь с учетом навыка, опыта, научной зрелости исследо­вателя и других субъективных факторов.

Многообразие научных и практических задач, решаемых с по­мощью картографического метода исследования, всякий раз тре­бует особого подхода к оценке надежности, поэтому универсаль­ные критерии вряд ли применимы. Тем не менее можно указать причины и основные источники ошибок:

концептуальные - неточность, неполнота и другие недостатки исходных концепций, неверная интерпретация результатов;

коммуникационные - ошибки исполнителей, непонимание или неправильное восприятие мыслей, идей, нечеткость фор­мулировок задания, выводов;

географические - неопределенность или условность простран­ственных границ и временных пределов самих объектов, изу­чаемых по картам, приближенные представления о тенден­циях их изменения во времени и пространстве и т.п.;

картографические - неточность карт, по которым ведутся исследования, их неполнота, устарелость;

258 Глава XIII. Исследования по картам

♦ технические - погрешности измерений, несовершенство ин­струментов и оборудования, алгоритмов и программ, неза­щищенность баз данных.

Многие неточности и ошибки неизбежны, но исследователь всегда должен пытаться учесть их. Важно помнить, что ошибки и неточности появляются на всех этапах исследования - при поста­новке задач, подготовительных работах, в процессе проведения самого исследования и на заключительном этапе интерпретации результатов.

По точности получаемых результатов все исследования по кар­там делят на три группы.

Точные исследования, при которых измерения и вычисления выполняют с максимально возможной точностью. При этом стара­ются тщательно учесть и исключить все ошибки, проводят нео­днократные контрольные измерения и независимые вычисления. Например, при точных исследованиях погрешности измерения длин и площадей по картам не должны превышать 1%, а углов - Г.

Исследования средней точности, когда по условиям работы принимается, что погрешность результата не должна превышать определенного допустимого предела. Тогда погрешности, меньшие заданной точности, вообще не учитываются, что снижает трудоем­кость и сокращает сроки работ. Заметим, что избыточная точность, не оправданная практическими целями исследования, - это серьез­ный методический просчет. Погрешности определения длин и пло­щадей при измерениях средней точности доходят до 3-5%, а уг­лов - до 3°. В географических исследованиях, как показывает опыт, такой уровень точности оказывается вполне приемлемым.

Приближенные исследования, выполняемые с невысокой точ­ностью, обычно нужны для предварительных оценок и прикидок. Их проводят без использования точных инструментов, часто визу­альным путем. Ошибки измерения длин и площадей при этом со­ставляют 6-10%, а углов - до 8°. Приближенные определения по­зволяют правильно спланировать дальнейшие, более точные ис­следования.

Наряду с математическим и статистическим картографический метод изучает исходную информацию и обладает различными способами её обработки. Так проводятся исследования с помощью построения географических карт с особыми образно-знаковыми пространственными моделями. Картографический метод незаменим в системе методов по изучению народонаселения, например.

Модель Земли

На географических картах - уменьшённых обобщённых изображениях плоскости земной поверхности - хорошо прослеживаются связи, сочетания, размещение объектов и явлений, которые отбираются и характеризуются соответственно назначению данной карты. Картографический метод используется в географии, этнографии и целом ряде других наук, а также в практической деятельности, поскольку он высоко информативен, нагляден и метричен, то есть доступен для разного рода измерений.

Например, сведения о демографии и расселении народов тоже содержатся в так называемых топографических картах (общегеографических). Такие карты получили распространение ещё в середине XIX века. На них видны плотность, численность, даже потенциал расселения, типы поселений, состав и воспроизводство людей, их миграция и многое другое.

Какие бывают карты

Для изучения населения планеты есть карты антропологические и этнографические, где можно наблюдать расселение народов, распространение национальных культур, быта, антропометрические характеристики. Очень велико значение картографического метода в изучении социальных и экономических характеристик, на картах отображены и социальное положение, и уровень жизни в регионах, и трудовые ресурсы, и их использование и многое, многое ещё.

В картографии используется особая знаковая система, особые способы изображения - картографические, со значками, диаграммами, картограммами, применяется точечный способ, ареалы, изолинии, разное качество фона, знаки движения - существенные или пространственные, отображающие свойства объектов. Карта по географии может быть физической, политической, геологической, ландшафтной и так далее. Видов довольно много.

Классификация

Классифицируют карту по географии посредством её назначения или по территориальному признаку, по масштабу, по содержанию. Последнее - наиболее важно. Именно содержание относит ту или иную карту к тематическому виду или общегеографическому. Прежде всего нужно смотреть на территориальный охват: изображён на ней отдельный регион, страна, материк или это карта мира. Далее - способы картографического изображения, в том числе и масштаб. Различают карты мелкомасштабные, среднемасштабные и крупномасштабные. Разумеется, точность и детальность в них будут различаться.

Важно знать и назначение карты, то есть для чего она предназначена. Если существует применение географических карт для научного анализа - это научно-справочные карты. Предназначенные для популяризации идей или отдельных знаний - культурно-образовательные. Есть множество видов учебных карт, которые играют роль наглядных пособий, по которым изучаются такие науки как история, география, геология и много других дисциплин. Среди них особое место занимают карты контурные.

Если в процессе решения каких-либо технических задач нужно отобразить определённые условия и объекты, используются технические карты. Широко распространены карты туристические, где изображены все населённые пункты с ориентирами, достопримечательностями, маршрутами передвижения, местами отдыха, ночёвок и так далее по видам туризма. Способы картографического изображения здесь очень похожи на карты навигационные, дорожные.

Физические общегеографические карты отображают всё, что касается географических явлений - весь рельеф и вся гидрография, характеристики растительного почвенного покрова, все населённые пункты и хозяйственные объекты, все границы и коммуникации. Государственная служба картографии занимается и регистрацией объектов, и кадастром. Это Росреестр. Крупномасштабные физические карты со всеми объектами местности называют топографическими, а такие же среднемасштабные топографически-обзорными. Мелкомасштабные физические карты всегда только обзорные.

Тематика

Тематически карты значительно отличаются друг от друга. Они могут показывать всё - от расположения объектов до динамики и взаимосвязей природных явлений, от социальной сферы и экономики до прироста и убыли населения. Можно разделить карты по тематическому признаку на две группы: те, что исследуют природные явления, и те, что посвящены явлениям общественным. Картография - наука довольно древняя, можно начинать её изучения буквально с наскальных рисунков. Но по-настоящему своё развитие она получила не так давно. Особенно этот процесс ускорился с началом освоения воздушного пространства и космоса.

Так были составлены подробнейшие карты природных явлений, которые охватывают абсолютно всю природную среду во всех её комбинациях. Это карты геологические и геофизические, с подробностями поверхности земли и океанского дна, климатические и метеорологические, ботанические и океанографические, почвенные и гидрологические, карты географических и физических ландшафтов и полезных ископаемых и так далее. Общественно-политическим картам здесь уже было уделено внимание, однако полный список их тоже выдать довольно сложно.

Методы использования картографии

Помимо карт, где рассказывается всё о населении, есть исторические, политические, экономические и социально-географические карты, и каждый из этих подвидов тоже имеет структурное разделение, весьма разветвлённое. Пример картографического метода в географии - экономические карты. Там есть и промышленность - общая и отраслевая, и сельское хозяйство, и и транспорт, и связь, и многое ещё, что изучается подетально. Всегда используется особая знаковая система, что является основой картографического метода исследования в практически любой науке, а материал для выполнения картографических работ всегда предоставляет статистика.

Из методов использования карт в научном анализе применяются очень многие, среди которых наиболее актуальны графические приёмы, визуальный анализ, картометрические работы (измерение координат, расстояний, расчёт густоты населения и равномерности залегания полезных ископаемых и тому подобное), математический и статистический анализ, математическое моделирование, построение производных карт после переработки картографических изображений и так далее. В любом случае основа картографического метода исследования - опора на точность и достоверность статистики.

Применение

Научный анализ сегодня невозможно представить без помощи картографического метода. Всё изучение Земли строится на нём: геология, география, геохимия, геофизика, океанология и вся планетология результаты исследований помещают на карты, затем обобщают их и анализируют. Так формируются и формулируются новые гипотезы, так составляются и проверяются прогнозы. Практически все отрасли знаний в разной мере, но опираются на картографирование.

Например, геоморфология всю структуру составляет из сведений о рельефе, которые получены из топографических карт. А для медицинской географии составляются карты с ареалами возникновения эпидемий и болезней по социально-экономическим и природным картам. Самый яркий пример - планетология. Закономерности поверхностного строения нашей планеты и любых других небесных тел составляются на основе карт и снимков. Так мы познаём океанское дно, где так же, как и дальнем космосе, никогда не побывал человек. Метод картографии даёт всем наукам единый язык, с помощью которого познаётся мир. Не могут обойтись без картографии ни электроника, ни физика, ни техника, так же, как без математики.

Связи с науками

С картографией связаны теснейшим образом почти все социально-экономические, философские, естественные, технические науки и почти все научные дисциплины, поскольку взаимодействие происходит со всеми отраслями знаний. Наиболее тесно связан картографический метод познания с науками о планетах - географические, экологические, геологические и многие другие. Картограф вооружается знаниями, которые необходимы для правильного отражения типических черт, особенностей, характеристик тех или иных явлений, которые входят в содержание конкретных карт.

Социология, экономика, демография, история, археология и другие науки социально-экономического направления также дают тематическому картографированию определённое содержание. Так появились и новые картографические методы - сетевое планирование, математическое моделирование, например. В философии теперь основу этого метода составляют теория отражения, теория моделирования, логика, системный анализ. Разработаны концепции картографии, знаковая система, методы моделирования, системное картографирование.

Помощь других наук

Геодезия, топография, гравиметрия, астрономия сообщают науке картографии всё более точные данные о размерах и форме Земли и чужих планет, что и даёт основу при составлении тематических и физических (общегеографических) карт. Математический анализ, тригонометрия, геометрия, статистические данные теории вероятностей и теории множеств, математическая логика и другие науки исключительно широко используются для построения картографических проекций, создания алгоритмов, математико-картографического моделирования, использования карт в программах, в разработке информационных систем.

Приборостроение, полиграфия, электроника, техника лазерная и полупроводниковая, а также и многие другие отрасли присутствуют при создании картографических систем. Новые науки - дистанционное зондирование: космическая, подводная и аэросъёмка, дешифровка изображений, фотометрия, фотограмметрия, мониторинг помогают составлять и обновлять карты, создают базы цифровой информации и участвуют во многих других картографических процессах. Наиболее тесно взаимодействует с картографией геоинформатика. Атласы и карты - вот главный источник временной и пространственной информации для моделирования.

Способы и приёмы

Картографический метод всегда используется для исследования закономерностей: как пространственно размещены явления, как они взаимосвязаны, насколько зависят друг от друга, каким образом развиваются и так далее. Приёмов применения для анализа и обработки географических карт огромное множество, потому здесь будут рассмотрены только самые основные.

Визуальный анализ - это когда зрительно исследуется по картам пространственное размещение, сочетания, связи, динамика каждого явления. Графический анализ - когда по картам строятся профили и разрезы, дающие наглядность вертикали структурным явлениям; строятся блок-диаграммы, где совмещаются изображение местности в перспективе и вертикальные разрезы; различные графики и диаграммы.

Картометрические работы

По картам определяются координаты, длины, высоты, расстояния, площади, объёмы, углы и тому подобное, то есть количественные характеристики объектов, которые изображены на карте. Далее применяется математический и статистический анализ для исследования однородности явлений (температура, плотность населения, урожайность и любые другие параметры) для определения их размещения и изменений во времени, которые определяются очень многими факторами, а их неизвестна.

Далее черёд математического моделирования, которое создаёт пространственную математическую модель, описание с помощью математики процессов или явлений, основанных на снятых с карт исходных данных. Потом модель исследуется, явления интерпретируются и объясняются, карты перерабатываются, преобразуются в производные, удобные и предназначенные для того или иного конкретного исследования (например, крутизна склонов при исследовании процессов эрозии почвы и прогнозирования их).

Анализ

Когда анализируются карты различного содержания, выводы о взаимосвязях и пределы исследований вообще значительно расширяются. Это метод комплексного картографирования. Так сопоставляются топографические карты и тематические отраслевые - почвенные, геологические, геоботанические и тому подобные. Например, при исследовании природных взаимосвязей по почвенной и топографической картам отдельного региона можно установить, что почвенные контуры чаще всего приурочены к отдельным элементам рельефа.

Солончаки к приозёрным понижениям, также чернозёмы ко дну долин и балок, аллювиальность к речным поймам. Далее определяется и закономерность в рисунке контуров почв: солонцы и солончаки округлые, в границах староозёрных котловин, луговые чернозёмные почвы горизонтальны, далее можно продолжать и продолжать. Иногда достаточно даже визуального анализа для установления первых взаимосвязей. Дальнейшие картометрические работы подкрепляют, уточняют и детализируют первоначальные выводы качественными и количественными характеристиками.

Информация о картах и литературе по картографии. Картобиблиография

Анализ и оценка качества карты

Качество карты определяют: ее содержание – полнота и соответствие действительности, точность, современность; масштаб и другие элементы математической основы (целесообразность их выбора), оформление (совершенство изобразительных средств), а в целом – научная обоснованность и идейная направленность карты.

Надежность – способность достоверно выполнять различные функции в определенных условиях с необходимой точностью в течение установленного срока действия. Эффективность – экономическое использование карт с наименьшими затратами труда и времени.

Оценка карты:

1) анализ математической основы – целесообразность выбранного масштаба, проекции, компоновки;

2) целесообразность карты;

3) оценка полноты содержания:

Перечень элементов содержания (в легенде);

Выбор признаков для классификации;

Степень дробности;

Картографический образ – пространственная комбинация картографических знаков, воспринимаемая читателем карты.

4) анализ достоверности:

Правильность применения избранной классификации;

Сохранение типичных черт и характерных особенностей;

Обоснованность способов изображения;

Правильность генерализации;

5) анализ современности карты

6) оценка качества оформления карты:

Различимость изображения;

Наглядность изображения (образность, доступность опознания по зрительным ассоциациям);

7) анализ научной ценности карты.

Картографическая библиография – издание различных указателей, списков и обзоров карт. Эту публикации облегчают подбор карт при выполнении научных или практических работ. Среди публикаций, различающихся по полноте описания, отметим регистрационные указатели и аннотированные указатели.

Регистрационные указатели учитывают имеющиеся карты, дают полную быструю и своевременную информацию о вновь изданных или поступивших картах. Они содержат по каждом произведению минимум сведений, необходимых для его идентификации. Аннотированные указатели не ограничиваются формальными данными и содержат для всех или большей части карт их аннотации – краткие сведения по содержанию, назначению и особенностям карты.

По территориальному охвату различают международные, национальные и краеведческие указатели; по тематике указатели могут охватывать все многообразие карт либо ограничиваться их определенными видами. Также различают периодические и ретроспективные (разовые) указатели.

Особый вид информационной деятельности представляет научно-информационная литература как переработка первичных научных публикаций и краткая информация о новых исследованиях (например «Итоги науки и техники. Картография»).

Главной тенденцией развития картографической библиографии в последние годы является ее автоматизация.

Использование карт – раздел картографии, в котором изучаются особенности и направления применения картографических произведений для получения качественных и количественных характеристик, динамики и т.д. изображенных на них явлений.

Карты использовались для получения определенной информации очень давно. Меркатор поместил на одном из листов своей карты врезки, посвященные измерению расстояний по карте. В XVIII-XIX вв. на основе карт выводились многие географические законы и глобальные закономерности, в частности закон зональности (А.Гумбольдт, статья «Линии изотерм»), почвенная зональность (В.В.Докучаев), тектоника литосферных плит (А.Вегенер).

Картографический метод исследования – метод использования карт для познания изображенных на них явлений; включение в процесс исследования действительности промежуточного звена – географической карты как модели изучаемого явления. В результате подобного исследования часто получают производную карту.

Система «создание – использование карт»

Приемы использования карт:

1. Описания (качественная характеристика изображенных явлений): общие, поэлементные;

2. Графические приемы: двухмерные графики, диаграммы; трехмерные модели;

3. Графоаналитические приемы: картометрия, морфометрия (измерения и вычисления по картам);

4. Математическое моделирование (построение и анализ математических моделей по картам): математический анализ, математическая статистика, теория информации.

Уровни механизации и автоматизации:

1. Визуальный анализ;

2. Инструментальный анализ;

3. Полуавтоматические исследования;

4. Автоматические исследования.

К другим распространенным методам использования карт относится работа с сериями карт , а также исследование карт-аналогов (перенос закономерностей, изученных по карте одной территории, на карту другой территории).

С использованием карт тесно связан такой вопрос как надежность картографического метода. Надежность – способность метода обеспечивать верное решение поставленной задачи.

Ошибки при исследовании могут иметь различное происхождение. Концептуальные ошибки связаны с недостаточной обоснованностью исходных концепций, нарушением логики исследования и интерпретации результатов. Коммуникационные ошибки возникают в каналах передачи информации от исследователя к исследователю. Технические погрешности появляются при измерения, преобразованиях, вычислениях за счет различных сбоев, пропусков, путании. Картографические ошибки связаны с несоответствием целям и задачам исследования основных показателей надежности исходных карт: их современности, полноты, содержательной достоверности, геометрической точности. Большое влияние на надежность оказывают географические особенности объекта.

По точности получаемых результатов все исследования по картам делятся на точные, средней точности и приближенные.

Исследования по картам выполняют для изучения размещения и пространственно-временной структуры явлений и процессов, их взаимных соотношений и связей, определения тенденций развития и динамики, получения всевозможных количественных характеристик и оценок, проведения районирования и классификаций, прогноза изменений во времени и пространстве.

Исследования по картам, как и любые другие исследования, включают

несколько этапов:

– постановка задачи – формулирование цели, выделение подзадач, определение требований к точности;

– подготовка к исследованию – выбор картографических источников,

методов, технических средств, алгоритмов и т. п.;

– собственно исследование – получение предварительных, а затем окончательных результатов и рекомендаций, их оценка, создание новых карт;

– интерпретация результатов – содержательный анализ, формирование выводов и рекомендаций, оценка их надежности.

Исследование по картам – это всегда более или менее формализованная процедура. На всех этапах ей должен сопутствовать содержательный географический анализ получаемых результатов, соотнесение их с реальной ситуацией и, если необходимо, корректировка сомой процедуры исследования.

Изучение по картам структуры явлений и процессов – это выявление и анализ их элементов, размещения в пространстве, конфигурации, порядка (уровня) и иерархии. Конечная цель исследования всегда состоит в познании пространственной организации геосистем, их генезиса. Анализ и количественная оценка внутренних и внешних связей и взаимозависимостей между геосистемами, подсистемами и отдельными компонентами – одна из центральных задач наук о Земле.

По разновременным картам, на которых одни и те же объекты изображены в разные моменты времени, можно изучать динамику явлений и процессов, т. е. их возникновение, развитие, изменение во времени и перемещение в пространстве.

Сравнение разновременных карт и карт разной тематики позволяет

перейти к прогнозам на основе выявленных взаимосвязей и тенденций развития явлений.

Прогноз по картам рассматривается как изучение явлений и процессов, недоступных современному непосредственному исследованию.

Существуют три вида прогноза по картам :

– прогноз во времени, основанный на изучении динамических тенденций по разновременным картам;

– прогноз в пространстве, опирающийся на взаимосвязи и аналогии,

установленные по картам разной тематики;

– пространственно-временной прогноз, сочетающий оба названные

выше вида прогноза и позволяющий предсказать тенденции развития и эволюции явления в прогнозируемом пространстве