Цифровая картография: практическая потребность и проблемы использования

Компьютер стал обычным рабочим инструментом. Его используют в самых различных областях деятельности, и бизнесмены, экологи, ученые, менеджеры постоянно стали обращаться к электронным картам как одному из удобных информационных и коммуникационных средств в общении. Стремительно развиваются и программные средства в картографии, ориентированные не только на профессиональных программистов и картографов, но и предназначенные для обычного «рядового» пользователя.

Следует различать цифровые и электронные карты. Первые представляют собой цифровые модели объектов, представленные в виде закодированных в числовой форме пространственных координат. Это логико-математическое описание картографируемых объектов и отношений между ними, сформированные с учетом принятых для обычных карт требований. Вторые следует определить как цифровые карты, визуализированные в компьютерной среде с использованием программных и технических средств.

Электронные карты находят свою нишу, практическое применение в самых разнообразных сферах деятельности человека. Это может быть обслуживание транспортной отрасли, создание городской инфраструктуры, они представляют удобную и наглядную основу современного планирования, менеджмента, маркетинга, онлайновой торговли и телекоммуникационного бизнеса.

Общая тенденция расширения использования электронных карт объясняется тем, что здесь в их применении проявляются совершенно необычные для традиционного картографирования свойства: возможность весьма широко повышать наглядность геоизображения, встраивать необычные для традиционных карт эффекты (изменение перспективы, масштабирование, дизайн, мерцание, движение и т.д.).

Карта, которая появляется на экране компьютера, может быть легко изменена и скорректирована, во многих случаях это не статичная, а динамичная картинка, где движутся значки, меняются цвета, контуры объектов и очертания заштрихованных областей. Компьютер позволяет создавать объемные и перспективные изображения, что создает впечатление взгляда «с высоты птичьего полета» или из движущегося поезда. По характеру создания и предназначенности «оживленные» электронные карты можно подразделить почти на десяток основных типов. В туристическом бизнесе используются следующие типы.

Навигатор для путешественника. В самолетах и морских судах навигаторы появились достаточно давно, они представляют собой обязательную и сложную часть оборудования (рис. 12.2). Но в последние годы компактные модели навигаторов стали появляться на обычных автомобилях, практически ничем не уступая своим дорогостоящим собратьям на самолетах и судах. Монитор демонстрирует целые дорожные атласы, с удобным меню, совмещаемым по функциям с работой телевизора, аудиосистемы, бортового компьютера. Не менее стремительно такие навигационные приборы создаются в весьма компактной форме и успешно распространяются среди обычных путешественников, охотников, исследователей, туристов.

Рис. 12.2. Транспортный навигатор

Мультимедийные системы. В конце XX в. были разработаны методики комплексного воздействия на человека, на основе которых были созданы технологии мультимедиа. Системы искусственного интеллекта позволяют создавать вокруг человека мнимую, или так называемую виртуальную, реальность. Фантасты в своих произведениях уже предрекли, что в будущем она будет вполне способна заменить реальные потребности в путешествиях человека, так же как и киберсекс, азартные игры в Интернете, система электронной торговли будут вытеснять традиционные развлечения.

Электронные атласы (рис. 12.3). В традиционных бумажных атласах карты сопровождаются пояснительными текстами, графиками и фотографиями. Все это есть и в электронных, но в качестве пояснения к картам используется еще и звук, «живые» изображения и короткометражные видеоролики. Процесс «чтения» атласа часто управляется сенсорным путем, с помощью панели управления.

Рис. 12.3. Электронный атлас в Интернете

Карты-консультанты. Такой тип иллюстративных материалов активно применяется в самых различных областях человеческой деятельности, где требуется оперативно анализировать быстро меняющуюся обстановку. Таковы все современные военные аналитические и оперативные системы в штабах, разведке, экономических институтах, товарно-сырьевых и валютных биржах. Все политические выборы в развитых странах обязательно сопровождаются таким информационным обеспечением. Они состоят на вооружении во всех известных корпорациях и государственных агентствах.

Карты-гиды. В соответствии с туристскими запросами и потребностями путешественников в специальные карты включают объекты, представляющие интерес для визитеров (архитектурные и исторические памятники, заповедники и парки, музеи и т.п.), объекты обслуживания туристов (гостиницы, турбазы, кемпинги). Электронный формат существенно расширяет возможности восприятия: при желании можно послушать народную музыку или посмотреть танец, получить историческую справку или выбрать нужную статистическую информацию, просмотреть рецепт экзотической кухни и выбрать ресторан, где это возможно заказать.

Игровые обучающие системы. Компьютер, оснащенный программами для специалистов различных научных отраслей, способен радикально изменить процесс обучения. В игровой форме, в процессе, максимально приближенном к реальности действия, легко сгенерировать нужные ощущения для усвоения сложного и обширного материала. Причем даже посредством стандартно выпускаемых типовых компакт-дисков возможно получать детальное представление о великих открытиях прошлого, путешествиях в далекие заморские страны, характеристиках природы и особенностях жизни племен экзотических островов. Для студентов можно организовывать более сложные тесты, запрашивать и составлять подробные справки только на основе компьютерных карт, показывая, к примеру, размещение промышленных предприятий, производственно-территориальных комплексов, заниматься задачами менеджмента и маркетинга.

Электронные учебники (рис. 12.4).

Рис. 12.4. Электронный учебник в среде Интернет

В них можно увидеть различные природные процессы в действии, и, по сути, организаторы современного туризма должны составлять именно в таком ключе свои турпродукты, тем самым дополняя общие путеводители, в которых важно соблюдать равномерность представления информации. Потенциальный клиент, читая и просматривая описание тех или иных привлекательных тем, сможет увидеть фотографии представителей животного и растительного мира, объектов досуга, услышать голоса и звуки и т.д.

Искусственный интеллект и экспертные системы. Здесь наибо лее популярны системы прогноза погоды или метео-ТВ с их наглядным способом представления погодных условий для различных регионов (рис. 12.5).

Рис. 12.5. Система прогноза погоды онлайн

Активно разрабатываются такие системы в медицине, военном деле, в области предупреждения чрезвычайных ситуаций и оценки последствий стихийных бедствий.

Безусловно, с переходом к новым, компьютерным средствам создания и визуализации многие черты индивидуальности старых (преимущественно бумажных) карт были утеряны. От них пришлось отказаться ради стандартизации, для обеспечения простоты создания и тематического редактирования, а также в связи с необходимостью массового воспроизводства конечного продукта. Следует помнить, что информационные технологии несут не только благо, часто в угоду развитию приходится жертвовать каким-то свойством: так, в ущерб мастерству рукописных карт была приобретена точность, быстрота и массовость изготовления карт в цифровом виде.

В информационном обеспечении рекреационной деятельности и туризма основные преимущества также все в большей степени связываются с развитием цифрового картографирования. Несомненные достоинства цифровых карт заключаются в том, что с их помощью можно отображать в реальном времени любой участок местности с заданной степенью детализации; получать оперативные справки об объекте или районе; вносить и корректировать специальную информацию разного формата представления (таблицы, тексты, графика); решать сложные расчетные и информационные задачи и отображать результаты этих решений с помощью динамичного картографического изображения.

Одно из важных преимуществ цифрового картографирования — его оперативность. На эффективность оперативного картографирования влияют два фактора:

1. надежность самой автоматической системы, что, в свою очередь, зависит от: скорости ввода и обработки информации; организации баз данных и системы доступа к ним; быстродействия вычислительных периферийных устройств;
2. хорошая читаемость самих карт, простота их внешнего оформления, адекватный подбор знаков и шкал, обеспечивающий эффективное зрительное восприятие в условиях оперативного анализа ситуаций.

В настоящее время на российском рынке цифровых карт предлагается достаточно широкий набор продуктов в разных масштабах и форматах. Предложение готовых карт и выполнение заказных работ по оцифровке в качестве самостоятельного бизнеса стало развиваться параллельно с распространением геоинформационных систем. Происходило постепенное совершенствование способов оцифровки и методов редактирования цифровых карт, и в ближайшем будущем предполагается также очень активно развивать технологии, связанные с созданием и оперативным (практически в режиме реального времени) обновлением карт непосредственно по данным космических снимков и аэрофотосъемки, на основе методов цифровой фотограмметрии с включением видеоматериалов и мультимедийных эффектов.

Качество электронных карт зависит в существенной мере от применяемых технологий их создания, что в наибольшей степени определяется применяемым аппаратно-программным комплексом. Важно знать и учитывать способ оцифровки. 10—15 лет назад наибольшее распространение получила оцифровка с помощью дигитайзеров, что позволило создать обширные картографические архивы, однако точность отображения была далека от совершенства. В настоящее время используются автоматические и полуавтоматические оцифровщики, входящие в состав основных пакетов прикладных картографических продуктов.

Традиционное производство карт всегда характеризовалось длительным сроком и высокой трудоемкостью изготовления, причем наиболее распространенный способ подготовки карт к изданию включал всегда несколько этапов долговременной коррекции и контроля качества как содержания, так и форм представления (символизации) всей информации. Раньше при подготовке для печати карт все этапы контроля информации были ручными и требовали штата квалифицированных редакторов. ГИС значительно ускоряет этапы подготовки карт, но имеются и определенные проблемы в осуществлении этих работ.

Приобретению качественной цифровой основы помогает внимательное изучение документации, прилагаемой к цифровым данным, оформленным обычно в виде специальных метаданных. Метаданные, или «данные о данных», предназначены для пояснения и сопровождения цифровых карт. Они содержат информацию о содержании многих полей, значений кодов и названий отдельных слоев карты.

Важнейшей проблемой в цифровой картографии является проблема унификации форматов данных или их стандартизация. Международная практика уже явила примеры солидной многотомной документации, предназначенной для обеспечения согласованности работ и единства требований к цифровым картам. Практика согласования работ вынудила и крупные корпорации разрабатывать собственные программы унификации данных. Например, ЛУКОЙЛ, имеющий разветвленную сеть корпоративных пользователей, имеет собственные стандарты для карт масштабов от 1: 5000 до 1: 1 000 000. В основу этих требований к стандартам было положено соответствие цифровых материалов современным объектно-ориентированным моделям цифровых карт и возможностям использования клиент-серверных технологий работы с большими массивами пространственной информации, хранящихся в системе связанных серверов.

Современная основа работы с пространственной информацией представляет собой создание картографической модели. Кратко определим ее основные этапы, которые обязательны в различных сферах создания бумажных копий карт.

В первую очередь обеспечивается подготовка цифровых моделей карт. Основные операции этого этапа — подготовка (выбор) математической основы (проекции), базовых слоев (элементов топосновы) и тематических слоев.

Затем происходит символизация цифровой модели (подготовка полотна карты). Здесь производится назначение стилей отри-совки для различных картографических элементов либо их автоматическое присвоение в зависимости от атрибутов. Наличие фиксированных наборов символов для отображения картографических элементов, с одной стороны, ускоряет процесс получения макетов, с другой стороны, эти наборы недостаточно богаты для отображения всего разнообразия картографических элементов, поэтому размещение многочисленных текстовых элементов на карте выполняется вручную.

Зарамочное оформление.Этот этап включает подготовку самых различных графических элементов после завершения основных работ с полотном карты. Современные прикладные ГИС-па-кеты позволяют достаточно оперативно, без наличия специфических навыков подготовить так называемую твердую копию карты.