Fondamenti teorici della cartografia digitale. Cartografia digitale Compilazione e progettazione di mappe

Puoi contare da millenovecentocinquantasette. Quest'anno, il Massachusetts Institute of Technology (USA) ha prodotto il primo modello digitale del rilievo e del terreno della mappa, che è stato successivamente utilizzato per progettare le autostrade. Ciò indica che nella cartografia, a partire dalla metà del XX secolo, iniziarono a svilupparsi nuovi processi e metodi tecnologici di creazione e pubblicazione delle carte, che sono stati migliorati fino ai giorni nostri. Le principali direzioni e tendenze di miglioramento in esse possono essere identificate:

• metodi tecnologici (elettronici) per la creazione di mappe;
• modalità digitali di organizzazione di banche e database;
• tecnologie di mappatura della geoinformazione;
• formazione di mappe in reti informatiche;
• sviluppo della cartografia virtuale.

Per un utilizzo più efficace dei processi scientifici e tecnologici nello sviluppo della cartografia, è necessaria la consegna più rapida dei prodotti da essa creati all'utente finale. Quindi verranno prontamente utilizzati dai consumatori per risolvere i problemi specifici da loro posti. Nelle realtà moderne tutti i settori scientifici e produttivi, compresa la cartografia digitale, sono focalizzati nel soddisfare tali richieste e bisogni della società. Così, con l'ausilio delle tecnologie digitali, la cartografia si trasforma da semplice mezzo didattico e di orientamento in strumenti e metodi matematici di progettazione, organizzazione, gestione e pianificazione. È già evidente che il progresso tecnologico ha influenzato le modalità di utilizzo delle carte, tra cui segnaliamo quanto segue:

• metodi di comunicazione;
• informazioni spaziali;
• processo decisionale sistemico.

L'essenza della cartografia digitale

La cartografia digitale può essere presentata in tre o anche quattro forme significative:

• sezione di scienza cartografica;
• industria manifatturiera;
• nuova tecnologia.
• strumento per la visualizzazione di immagini di prodotti cartografici.

Innanzitutto, come branca della scienza cartografica, la cartografia digitale è impegnata nello studio e nella visualizzazione della posizione spaziale di vari oggetti di attività sociale, di tutti i tipi di fenomeni naturali, della loro modellazione e relazione digitale.

Con l'applicazione e l'uso di processi di produzione automatizzati, di nuove tecnologie informatiche e di una gamma visiva diversificata di immagini, la cartografia digitale è particolarmente popolare sia tra i consumatori che tra gli specialisti. La produzione di prodotti cartografici, come produzione industriale, è un processo tecnologico multifunzionale che utilizza tecnologie moderne ed è richiesta come prodotto elettronico.

Vale la pena ricordare come venivano costruite le mappe in precedenza. Sono stati creati interi gruppi cartografici a tempo pieno e feste tematiche, i cui servizi sono nati nella produzione. Tutte le informazioni di ripresa ricevute sono state registrate con inchiostro su carta da lucido o su una base più densa. L'elevata intensità di manodopera, i notevoli costi in termini di tempo e la scrupolosità nell'intero processo di mappatura hanno rallentato il processo. Ora tutto questo viene sostituito dalla tecnologia informatica, con la possibilità di un'esecuzione più rapida e precisa dei progetti, facilità di aggiornamento e modifica delle mappe.

Vantaggi della cartografia digitale

Confrontando tutte le capacità precedenti e attuali dei vari metodi di costruzione delle mappe, inclusa la componente economica dell'efficienza del mercato, possiamo evidenziare i seguenti vantaggi della cartografia digitale:

• trasmissione di informazioni accurate sull'oggetto, eliminando virtualmente la possibilità di errori, grazie all'uso dell'automazione informatica nei calcoli;
• velocità di lavorazione e ottenimento del risultato finale con maggiore produttività del lavoro;
• un modo più economico per creare mappe con meno manodopera;
• la possibilità e la comodità sia di modificare che di aggiornare periodicamente le mappe sulla stessa base matematica e geodetica.

Va anche notato che la cartografia digitale occupa sempre più spazio nel flusso globale di informazioni, penetrando in varie aree di interesse della vita moderna sul pianeta e conquistando strati significativi di utenti dei suoi prodotti, creando così una maggiore domanda. Questa situazione si verifica man mano che si sviluppa:

• nuove tecnologie (informatiche) dei sistemi informativi cartografici e geografici;
• nuovi metodi (spaziali) di posizionamento spaziale geodetico e di determinazione della posizione di tutti gli oggetti;
• migliorare la compilazione delle mappe, aumentare la precisione e la velocità di padronanza di nuovi prodotti cartografici popolari.

Tipologie di produzione cartografica digitale

La produzione di cartografia digitale nella sua forma moderna è impegnata nei seguenti processi di produzione per ottenere determinati risultati:

• sviluppo di mappe standard digitali e altri materiali cartografici necessari a tal fine sotto forma di matrici di informazioni dell'intero insieme di oggetti;
• realizzazione di carte tematiche utilizzando i fondamenti matematici e cartografici digitali esistenti;
• mantenere banche dati digitali di varie informazioni, compresi i confini statali;
• cartografia digitale basata su fotografie satellitari e aeree;
• applicazione digitale della costruzione di carte topografiche.

Processi produttivi della cartografia digitale

La cartografia digitale è un prodotto tecnologico complesso che rappresenta la produzione cartografica, costituito dai seguenti processi produttivi:

• periodo preparatorio editoriale per la realizzazione di una mappa digitale;
• controllo in entrata dei materiali di partenza;
• classificazione degli oggetti della documentazione preparata;
• codifiche di oggetti;
• descrizioni di oggetti cartografici digitali;
• modifica delle mappe;
• controllo di qualità;
• aggiornamenti;
• conversione in formato di scambio;
• conversione in un determinato formato;
• digitalizzazione dei materiali cartografici;
• vettorizzazione della mappa;
• automazione della generalizzazione cartografica;
• riepilogo della mappa digitale;
• controllo riepilogo carta;
• trasferimento al Fondo Carte Topografiche.

Cartografia digitale e GIS

Nell'ultimo decennio la cartografia sta vivendo un periodo di profondi cambiamenti e innovazioni tecnologiche causati dall'informatizzazione della scienza, della produzione e della società nel suo complesso. C'era la necessità di rivedere e ridefinire molti concetti di questa disciplina scientifica. Ad esempio, nel 1987, all'interno dell'International Cartographic Association, furono creati due gruppi di lavoro sulle definizioni e sui concetti cartografici. Inoltre, una delle principali questioni da studiare e risolvere è stata la questione se la cartografia possa essere definita senza il concetto di “mappa” e se il GIS o i suoi elementi debbano essere inclusi in questa definizione. Nel 1989. Il gruppo di lavoro ha proposto la seguente definizione: "La cartografia è l'organizzazione e la comunicazione di informazioni geograficamente riferite in forma grafica o digitale; può comprendere tutte le fasi dalla raccolta alla visualizzazione e all'utilizzo dei dati". Il concetto di “mappa” non è incluso in questa definizione, ma si propone di essere considerato separatamente come “una rappresentazione olistica (cioè olistica, strutturale) e un’astrazione mentale della realtà geografica, intesa per uno o più scopi e che trasforma la corrispondente geografia dati in opere presentate in forme visive, digitali o tattili."

Queste definizioni hanno provocato un ampio dibattito tra i cartografi e, di conseguenza, è emersa una definizione alternativa di cartografia, in cui è considerata come “l'organizzazione, la visualizzazione, la comunicazione e l'uso di informazioni spazialmente coordinate presentate in forme grafiche, digitali e tattili; può includere tutte le fasi che vanno dalla raccolta dei dati prima del loro utilizzo nella creazione di mappe o altri documenti di informazione spaziale."

Secondo la maggior parte dei cartografi moderni, gli aspetti tecnologici della cartografia non sono i principali nell'era dell'informatica e tutte le definizioni di cartografia attraverso la tecnologia sono errate. La cartografia rimane una disciplina applicata, prevalentemente visiva, in cui gli aspetti comunicativi hanno grande importanza. È anche errato valutare le mappe computerizzate nel senso della loro somiglianza e indistinguibilità dalle mappe create manualmente. Il vero significato della tecnologia GIS risiede proprio nella possibilità di creare nuove tipologie di opere. Con tutto ciò, il compito principale della cartografia rimane la conoscenza del mondo reale, e qui è molto difficile separare la forma (rappresentazione cartografica) dal contenuto (realtà riflessa). Il progresso delle tecnologie dell'informazione geografica non ha fatto altro che aumentare la gamma di dati oggetto di mappatura e ampliare la gamma delle discipline scientifiche che richiedono la cartografia. Mappe schermate (visualizzate) e atlanti elettronici, che stanno ora diventando parte dei programmi cartografici nazionali in molti paesi, non fanno altro che rafforzare le connessioni della cartografia con la computer grafica e il GIS, senza però cambiare l'essenza della cartografia.

Va notato che la cartografia digitale in termini genetici non è una continuazione diretta della cartografia tradizionale (cartacea). Si è evoluto con lo sviluppo complessivo del software GIS ed è quindi spesso visto come un componente GIS secondario che, a differenza del software GIS, non richiede un grande investimento di impegno e denaro. Pertanto, un utente inesperto che utilizza il software GIS esistente dopo diversi giorni di formazione può già creare una semplice mappa digitale, ma anche in un mese non è in grado di creare un software GIS funzionante. D'altronde, come notano i cartografi, per la sua apparente facilità e semplicità, la cartografia digitale viene sottovalutata con tutte le conseguenze che ne conseguono.

La cartografia digitale ha acquisito una vita propria e il suo collegamento con la cartografia tradizionale è spesso considerato del tutto superfluo. Come sapete, la creazione di una mappa cartacea tradizionale richiede attrezzature piuttosto complesse, nonché un team di specialisti esperti (cartografi-progettisti) che creano e modificano mappe ed eseguono lavori di routine sull'elaborazione del materiale primario. Questo è un processo tecnicamente e tecnologicamente molto complesso e ad alta intensità di manodopera. Per realizzare una mappa digitale, invece, sono necessari solo un personal computer, dispositivi esterni, software e la mappa originale (generalmente cartacea). In altre parole, qualsiasi utente ha l'opportunità di creare mappe digitali sotto forma di prodotti finiti: mappe digitali in vendita. Di conseguenza, molti non professionisti sono attualmente impegnati nella cartografia digitale, e la separazione dalla teoria e dalla metodologia della cartografia tradizionale porta ad una perdita di qualità nel trasferimento delle forme geometriche e topologiche degli oggetti cartografici, perché la capacità di disegnare bene sulla carta non è sufficiente per una digitalizzazione di alta qualità (la digitalizzazione è un processo più complesso, poiché è necessario approssimare qualitativamente curve continue con segmenti di linea retta). Allo stesso tempo, la qualità del design ne risente: spesso le mappe stampate “assomigliano a un certo disegno con una serie di macchie di colore, ma non a una mappa”.

Solo recentemente, con lo sviluppo del mercato GIS, la necessità di mappe digitali di alta qualità ha cominciato ad aumentare; gli utenti hanno iniziato a prestare attenzione non solo alla velocità di digitalizzazione delle carte e al loro prezzo basso, ma anche alla qualità. Il numero di luoghi in cui gli specialisti vengono formati utilizzando la tecnologia GIS è in crescita; I sistemi occidentali vengono russificati e ucrainizzati, ampliando la cerchia dei potenziali utenti GIS. Esiste quindi una tendenza allo sviluppo qualitativo della cartografia digitale sulla scia dello sviluppo generale della tecnologia GIS.

Consideriamo alcune caratteristiche della tecnologia di mappatura digitale e i principali parametri delle mappe digitali. Innanzitutto va notato che, a causa della varietà dei problemi risolti con l'aiuto delle mappe digitali, è difficile determinare in modo inequivocabile criteri universali per la loro qualità, pertanto il criterio più generale dovrebbe essere la capacità di fornire una soluzione ai problemi dato problema. La situazione attuale nel mercato delle mappe digitali è tale che queste vengono create principalmente per un progetto specifico, a differenza della cartografia tradizionale, dove i materiali cartografici esistenti vengono utilizzati come base della mappa. Pertanto, molto spesso la creazione di una mappa digitale è determinata non da istruzioni consolidate e collaudate nel tempo, ma da specifiche tecniche sparse e non sempre redatte professionalmente.

Qualità della mappa digitale

La qualità di una mappa digitale è costituita da una serie di componenti, ma i principali sono il contenuto informativo, l'accuratezza, la completezza e la correttezza della struttura interna.

Contenuto informativo. Una mappa come modello della realtà ha proprietà epistemologiche, ad esempio, come corrispondenza significativa (rappresentazione scientifica delle principali caratteristiche della realtà), astrattezza (generalizzazione, transizione da concetti individuali a concetti collettivi, selezione di caratteristiche tipiche di oggetti e eliminazione di quelli secondari), somiglianza spazio-temporale (somiglianza geometrica di dimensioni e forme, somiglianza temporale e somiglianza di relazioni, connessioni, subordinazione di oggetti), selettività e sinteticità (rappresentazione separata di fenomeni e fattori manifestati congiuntamente, nonché un unico immagine olistica di fenomeni e processi che appaiono separatamente in condizioni reali). Queste proprietà, naturalmente, influiscono sulla qualità del prodotto finale - una mappa digitale, ma rientrano principalmente nella competenza dei creatori dell'opera cartografica originale: i creatori di una mappa sorgente tradizionale sono responsabili del suo contenuto informativo e quando creano una mappa digitale, è importante selezionare correttamente questa fonte e trasmetterla correttamente, tenendo conto delle caratteristiche della mappatura digitale e delle informazioni contenute nella mappa originale.

Completezza Trasferimenti di contenuti. Il valore di questo parametro dipende principalmente dalla tecnologia per la creazione di una mappa digitale, ovvero da quanto rigorosamente gli operatori controllano l'accesso agli oggetti digitali. Per il controllo può essere utilizzata una copia cartacea di una mappa digitale stampata su plastica nella scala dell'originale. Quando la mappa digitale viene successivamente applicata alla sorgente, i contenuti della mappa digitale e del materiale sorgente vengono verificati. Questo metodo può essere utilizzato anche per valutare la qualità della trasmissione delle forme degli oggetti, ma per valutare l'errore nella posizione dei contorni non è accettabile, poiché il dispositivo di output produce sempre distorsioni evidenti. Quando si vettorializza un raster, la combinazione degli strati della mappa digitale creata e dello sfondo raster consente di identificare rapidamente gli oggetti mancati.

Precisione. Il concetto di accuratezza di una mappa digitale comprende parametri come l'errore nella posizione dei contorni rispetto alla fonte, l'accuratezza della trasmissione delle dimensioni e delle forme degli oggetti durante la digitalizzazione, nonché l'errore nella posizione dei contorni della mappa digitale rispetto al terreno associato alla fonte della cartografia digitale (deformazione della carta, distorsione dell'immagine raster durante la scansione, ecc.). Inoltre, la precisione dipende dal software, dall'hardware utilizzato e dalla fonte di digitalizzazione. Al momento, due tecnologie di digitalizzazione delle mappe esistono in parallelo e si completano a vicenda: input del digitalizzatore e digitalizzazione raster (scansione). La pratica dimostra che ora è difficile parlare del vantaggio di qualcuno di essi. Durante la digitalizzazione del digitalizzatore, la maggior parte del lavoro di immissione delle mappe digitali viene eseguito dall'operatore in modalità manuale, ovvero per inserire un oggetto, l'operatore sposta il cursore su ciascun punto selezionato e preme un pulsante. La precisione dell'input durante la digitalizzazione dipende in modo critico dall'abilità dell'operatore. Quando si vettorializzano mappe raster, i fattori soggettivi influiscono meno, poiché il substrato raster consente di correggere costantemente l'input, tuttavia, la trasmissione della forma degli oggetti è influenzata dalla qualità del raster e quando i bordi della linea raster vengono tagliati, cominciano ad apparire delle curve nella linea vettoriale disegnata, causate non dalla forma generale della linea, ma da disturbi locali del raster.

Correttezza della struttura interna.

La mappa digitale finita deve avere la struttura interna corretta, determinata dai requisiti per carte di questo tipo. Ad esempio, il nucleo del sottosistema cartografico in GIS che utilizza mappe vettoriali digitali è una struttura multistrato di mappe (strati), su cui devono essere eseguite operazioni di ricerca e sovrapposizione end-to-end per creare mappe digitali derivate e preservare la connessione tra gli oggetti identificatori delle mappe originali e derivate. Per supportare queste operazioni, la struttura topologica delle mappe digitali nei GIS richiede requisiti molto più stringenti rispetto, ad esempio, alle mappe utilizzate per risolvere problemi di cartografia o navigazione automatizzati. Ciò è dovuto al fatto che i contorni degli oggetti provenienti da diverse mappe (strati) devono essere rigorosamente coerenti, sebbene in pratica, nonostante la digitalizzazione abbastanza accurata delle mappe originali separatamente, questo coordinamento non viene raggiunto e quando le mappe digitali vengono sovrapposte, si formano falsi poligoni e archi. Le discrepanze possono essere visivamente indistinguibili fino a una certa scala di ingrandimento, il che è abbastanza accettabile per attività di mappatura automatizzata volte a creare mappe tradizionali a scala fissa utilizzando un computer. Tuttavia, ciò è del tutto inaccettabile per il funzionamento del GIS, quando viene utilizzato un rigoroso apparato matematico per risolvere vari problemi di analisi. Ad esempio, una mappa topologica deve avere una struttura lineare-nodale corretta (i poligoni devono essere assemblati da archi, gli archi devono essere collegati ai nodi, ecc.) e multistrato (i confini corrispondenti di diversi strati coincidono, gli archi di uno strato sono esattamente adiacenti a oggetti di un altro, ecc. .d). La creazione della struttura corretta di una mappa digitale dipende dalle capacità del software e della tecnologia di digitalizzazione.

Attualmente, nel mondo si è già formata un'intera industria della cartografia digitale e si è sviluppato un vasto mercato per mappe e atlanti digitali. Il primo progetto commerciale di successo qui, a quanto pare, dovrebbe essere considerato l'Atlante digitale del mondo (prodotto da Delorme Mapping Systems), pubblicato nel 1988. Questo è stato seguito dal British Domesday Project /100/, a seguito del quale è stato creato un atlante digitale della Gran Bretagna su dischi ottici (come mappe di partenza e basi topografiche sono stati utilizzati materiali di rilievo topografico militare). Dal 1992, l'Agenzia Cartografica del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti produce e aggiorna una carta digitale del mondo (Digital Chart of the World - DCW) in scala 1:1.000.000. Sono già disponibili atlanti digitali nazionali e carte geografiche generali creato in molti paesi del mondo. Nella fig. La Figura 5.1 mostra una stampa in bianco e nero di uno dei frammenti dell'atlante digitale del mondo.

Cartografia digitale - 3,7 su 5 basato su 6 voti

"...Cartografia digitale: una sezione della cartografia che copre la teoria e la pratica della creazione e dell'utilizzo di prodotti cartografici digitali..."

Fonte:

"GOST 28441-99. Cartografia digitale. Termini e definizioni"

(in vigore con decreto dello standard statale della Federazione Russa del 23 ottobre 1999 N 423-st)

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