Картоведение - Салищев. Картоведение вводный и вместе с тем профилирующий курс для студентов, специализирующихся по картографии. В нем излагаются теоретические основы картографической науки
 Скачать 41.52 Mb.
|
|
Глава 10. Анализ и оценка качества географических карт и атласов § 10.1 Об анализе и оценке качества карт Анализ карт состоит в разностороннем исследовании их особенностей и свойств, обусловливающих качество карт - их пригодность эффективно удовлетворять потребности, устанавливаемые в соответствии с назначением конкретных карт. Качество карты определяют: целесообразный выбор масштаба и других элементов математической основы; полнота, достоверность, точность и современность содержания; совершенство оформления. Большое значение имеет научная обоснованность и идейная направленность карты. Для оценки качества технических изделий в государственных стандартах СССР широко используется обобщающее понятие «надежность изделий» - их способность безотказно выполнять заданные функции в определенных условиях и режиме работ, с необходимой точностью и в течение установленного срока действий. Применительно к картам на надежность карт в таком ее понимании влияет полнота, достоверность, точность и современность карт. Это толкование охватывает не полностью представление об эффективности, предполагающей сверх надежности оптимально экономичное использование карт с наименьшими затратами труда, средств и времени. Анализ и оценка карт необходимы: картографу при проектировании и создании новых картографических произведений; географу и другим специалистам при использовании карт как средства исследования; потребителям карт вообще при решении по картам конкретных практических задач. Обратимся сначала к процессам изготовления новой карты. Сбор, анализ и оценка источников образуют одну из ответственных стадий любой картосоставительской работы. Полнота, достоверность, точность и свежесть исходных данных во многом предопределяют достоинство будущей карты, а удобство их использования сказывается на затратах по составлению карты. Важно не только подобрать источники, но также произвести их анализ, сопоставление, оценку и в конечном счете выбрать среди них наилучшие. Анализ и оценка карт оказываются необходимыми также при разработке программы карты, в частности при определении содержания карты, степени генерализации и способов изображения. В этом случае для изучения привлекаются карты той же темы или того же типа, что и вновь составляемая. Избежать недостатков существующих карт и учесть их положительные стороны - вот цель подобного изучения. К анализу источников приходится прибегать и в процессе непосредственного составления карты, например при решении вопросов об увязке и согласовании различных источников между собой. Наконец, анализу и оценке подвергается законченный оригинал карты с целью проверить, насколько отвечает карта своему целевому назначению и как осуществлены в ней программные установки. В отношении опубликованных карт анализ и оценка оказываются обязательными: при составлении рецензий, т. е. критических отзывов, указывающих научную и идейную доброкачественность карты и ее практическое значение; при рекомендации или выборе карт, привлекаемых для решения конкретных научных или практических задач (например, для картометрических работ) и т. п. Таким образом, анализ и оценка карты могут преследовать различные цели. Именно учитывая цель исследования, устанавливают те элементы и особенности карты, которые требуют наибольшего внимания, и намечают критерии для оценки достоинств карты. Наиболее раз-носторонен анализ, устанавливающий соответствие карты ее целевому назначению, т. е. выявляющий пригодность карты для определенного круга потребителей и эффективного решения определенных задач: научных, технических, учебных и т. п. В этом случае исследуют все упомянутые выше элементы и свойства карты, учитывая вместе с тем, что их значение на разных картах неодинаково. Например, геометрическая точность - один из важнейших показателей качества топографических карт, широко используемых для измерений, теряет свое значение на демонстрационных картах-плакатах. Следует подчеркнуть, что в зависимости от целей анализа одна и та же карта может получать различные оценки. Например, выводы, сделанные при анализе карты как источника для составления другой конкретной карты, могут отличаться от тех, которые были получены при оценке карты с точки зрения ее первоначального целевого назначения. Скажем, точность конкретной топографической карты масштаба 1:100 000, не удовлетворяющая установленным для этого масштаба нормам, может оказаться вполне приемлемой при использовании данной карты как источника для составления карты масштаба 1:500 000. В последующих параграфах рассматриваются особенности анализа и критерии оценки отдельных элементов и свойств географических карт преимущественно в отношении общегеографических сюжетов. Эти элементы и свойства находятся между собой в тесной связи: их обособленный анализ имеет главным образом методический смысл. Удобно вначале исследовать отдельные стороны карты, не теряя, разумеется, из виду их связей, и уже потом прийти к конечным заключениям, как бы подводя общий итог. § 10.2 Анализ математической основы карт При анализе математической основы карты, т. е. ее масштаба,, проекции и координатных сеток, компоновки и системы разграфки (а для топографических карт также системы координат и геодезической опоры), во многих случаях особенно важно установить целесообразность принятого масштаба. Для этого надо выяснить, насколько данный масштаб удовлетворяет требованиям, вытекающим из назначения карты, в отношении ее точности, полноты и подробности содержания, а также крупности картографического изображения. Обратимся к связи между масштабом и возможной точностью определения по карте координат и расстояний. Точность топографических карт и планов СССР обусловлена нормативными документами (§ 8.2), по которым средние ошибки в положении на картах и планах предметов и твердых контуров относительно ближайших опорных пунктов не должны превышать 0,5 мм, а в горных и пустынных районах - 0,75 мм, причем в качестве предельных ошибок принимаются удвоенные значения средних. Это значит, что средние ошибки mk и md в координатах отдельных точек и расстояниях между ними, определенных по картам, для равнинных территорий будут равны:  (10.1)И  (10.2)Откуда  (10.3)где N - знаменатель численного масштаба (Теоретически величина ошибки не зависит от длины измеряемого отрезка, но при пользовании печатными оттисками фактическая ошибка может возрастать с увеличением измеряемых длин вследствие деформации бумаги.). Формула (10.3) позволяет находить наименьший масштаб, обеспечивающий необходимую точность. Например, если средняя ошибка в определении по карте координат твердых контуров не должна превосходить ±100 м, то N =200 000. Следовательно, карта масштаба 1:200 000 (и крупнее) удовлетворяет поставленному условию. Установим теперь связь между масштабом карты и точностью определения по ней площадей, часто обусловливаемой средней относительной ошибкой измерения площади тр, выраженной в процентах:  (10.4)Положим для простоты рассуждения, что измеряемая на карте площадь р близка к квадрату и что средняя ошибка в положении стороны квадрата соответствует средней ошибке mk в положении твердых контуров. Нетрудно сообразить, что тогда  (10.5)И  (10.6)Величины тр% , вычисленные для участков различной площади при mk=±0,5 мм=±0,05 см, показаны в табл. 10.1. Поскольку  (10.7)где Р - площадь на местности, формула (10.6) примет вид  (10.8)Откуда  (10.9) Таблица 10.1. Средние относительные ошибки определения площадей (в %)Например, если необходимо измерять площади в 25 км2 и более со средней ошибкой, не превосходящей 2%, то N равно 100 000, т. е. для этой цели пригодны карты 1:100 000 и крупнее. При этом не учитываются ошибки измерения площади, так как при используемых в современной картометрии способах они примерно на порядок меньше собственных ошибок карты. В частности, при электронном пантографировании относительная ошибка определения площади падает до 0,3%. Таким образом, чтобы оценить, насколько масштаб карты соответствует требованиям точности, надо установить эти требования и выяснить, как они удовлетворяются при данном масштабе. При анализе соответствия масштаба карты требованиям полноты исследуют возможность карты вместить необходимое содержание при сохранении его достаточно хорошего восприятия. Для этого надо знать густоту q картографируемых явлений в натуре и установить целесообразную нагрузку карты п0. Для объектов, локализованных по пунктам, удобно выражать густоту объектов в натуре их числом на 100 км2 местности, а нагрузку - числом объектов на 100 см2 карты. Но при именованном масштабе М, выраженном числом километров в 1 см, 100 см2 карты соответствуют 100 М2 км2 местности и, следовательно,  (10.10)Или  (10.11)Таким образом, для исчерпывающего нанесения населенных пунктов при нагрузке п0, например равной 100 (100 пунктов на 1 дм2 карты) и при густоте q, например равной 16 и 4 поселениям (в среднем на 100 км2), достаточны масштабы в первом случае 1:250000, во втором - 1:500 000. Вместе с тем отношение n=M2q позволяет легко определить п - нагрузку, приходящуюся на 1 дм2 карты масштаба М при любых значениях густоты q. Например, при густоте 16 и 4 исчерпывающий показ пунктов на карте масштаба 10 км в 1 см потребовал бы нанесения в 1 дм2 карты соответственно 1600 и 400 пунктов. Поэтому в указанном примере при ограничении нагрузки карты 100 пунктами на 1 дм2 возможно сохранить в масштабе 1:1 000 000 лишь 1/16 и 1/4 от общего количества пунктов. При анализе полноты карты в отношении линейных объектов можно прибегать также к сравнению общей (суммарной) длины этих объектов на карте с их общей длиной в натуре (при переводе последней величины в масштаб карты). Поскольку прямые и полные подсчеты величин, необходимых для анализа, требуют значительного времени, следует прибегать к выборочным подсчетам, пользуясь упрощенными приемами. Способы выполнения выборочных подсчетов, обеспечивающих желательную точность, рассматриваются в математической статистике, а упрощенные измерения - в картометрии. Например, показывается, что общая длина дорожной сети Σl см в пределах какого-либо участка карты, скажем в дециметровом квадрате, может быть приближенно определена по формуле  (10.12)где L см - длина внешнего контура (в данном случае 40 см), а п - число замкнутых звеньев (контуров) дорожной сети в пределах этого участка. Таким образом, все измерения ограничены подсчетом количества звеньев. Для приближенного определения суммарной длины Σl линий гидрографической сети удобно использовать прозрачную палетку с параллельными прямыми, проведенными при постоянном интервале k (3- 5 мм); после наложения палетки на карту подсчитывают число п всех пересечений ее линий с линиями гидрографической сети. Тогда  (10.13)Такой подсчет следует выполнять дважды при двух перпендикулярных положениях палетки. Ответ на вопрос, насколько масштаб карты обеспечивает необходимую крупность изображения определенных объектов, легко найти, когда известны требования, вытекающие из назначения карты и особенностей ее использования. Например, имеется необходимость выделения по топографической карте сельскохозяйственных угодий с минимальной площадью в 1 га. Пусть далее установлено, что принятые условные обозначения обеспечивают достаточную четкость изображения, когда размер минимального участка на карте не спускается ниже 16 мм2 (4X4 мм). Отсюда следует, что 4 мм на карте должны равняться 100 м на местности, т. е. поставленным условиям удовлетворяет масштаб 1:25 000. В общем виде формула для определения искомого масштаба записывается так:  (10.14)где N - знаменатель численного масштаба карты, Р - минимальный выдел в натуре (в км2), а р - соответствующий ему минимальный контур на карте (в см2). Если заданная крупность изображения отдельных объектов может требовать увеличения масштаба, то необходимость полного изображения какой-либо территории (страны, области и т. п.) на одном листе и удобство пользования картой может побуждать к уменьшению ее масштаба. Например, в национальных атласах максимальный масштаб карт, изображающих страну в целом, функционально связан с форматом атласа. При оценке целесообразности масштаба приходится учитывать также: соотношения масштаба исследуемой карты с масштабами родственных карт; технологические моменты, в частности экономичность использования картографической бумаги стандартных размеров и т. д. Оценка масштаба применительно к требованиям точности, полноты и т. д. нередко приводит к несогласующимся заключениям. Поэтому в окончательном суждении о масштабе следует учитывать весь комплекс требований к карте и его отражение как в масштабе, так и в Других особенностях карты - в полноте содержания, геометрической точности и т. д., рассматриваемых в последующих параграфах (Пожелания потребителей об увеличении масштабов топографических карт нередко не связаны с требованием соответствующего повышения геометрической точности Им нужно лишь более крупное изображение, облегчающее пользование картой что можно получить простым фотоувеличением.). Вообще для топографических карт особенно существенно соответствие масштаба требованиям точности, а для карт обзорных - требованиям полноты и удобства работы с картой. Анализ других математических элементов может различаться в зависимости от масштаба и вида карт. В отношении иностранных топографических карт основное внимание обращается на выяснение проекции, системы координат и особенностей координатных сеток. Эти сведения необходимы при использовании топографических карт в качестве картосоставительских источников (когда может возникнуть необходимость в вычислении и введении поправок для перехода к математической основе, принятой для составляемой карты) или при картометрических измерениях, правильность которых зависит от учета систематических погрешностей, обусловливаемых различиями в математической основе карт. Для мелкомасштабных карт приобретает существенное значение анализ проекции и компоновки. В проекции учитываются характер и величина искажений, особенности их распределения, целесообразность проекции в географическом отношении и удобство использования в связи с назначением карты. На картах, привлекаемых для измерения углов и расстояний (в навигации, метеорологии, инженерном деле и т. д.), необходимы равноугольные проекции, но, если требуется учет площадей (например, на экономических картах), обращаются к проекциям равновеликим. Для многоцелевых научно-справочных карт нередко используют проекции промежуточные по их свойствам. Весьма различны подходы к оценке величины искажений. Часто ограничиваются требованием, чтобы искажения были визуально неощутимы. Например, в этом смысле говорят о проекциях зрительно равновеликих, относя к ним проекции с искажениями площадей, не превосходящими 5%. В других случаях придают большое значение малости искажений на тех частях карты, где сосредоточено ее основное содержание, и допускают чувствительные искажения на остальном пространстве (например, в приполярной зоне на карте земледелия мира). Иногда приходится мириться с весьма большими искажениями, если проекция удобна для решения определенных задач. Классический пример - использование проекции Меркатора на морских навигационных картах. Географическая целесообразность проекции предусматривает ее выбор с учетом темы и содержания карты. Хороший образец географического подхода дал БСАМ, в котором для карт мира применены две проекции: цилиндрическая стереографическая проекция Голла и псевдоцилиндрическая равновеликая проекция Эккерта, построенная с разрывами по океанам. Первая проекция с большими искажениями, но дающая непрерывное изображение планеты, использована для карт, содержание которых распространяется и на материки, и на океаны (карты магнетизма и др.). Вторая проекция, на которой лучшее изображение материков достигнуто ценой потери целостности океанов, употреблена для карт населения, промышленности и т. п., на которых содержание локализовано на суше. § 10.3 Анализ и оценка полноты содержания карт. Об оценке объема информации Анализ полноты содержания карты и ее достоверности (см. § 10.4) наиболее существен для определения качества карты. Полнота содержания, т. е. разносторонность и объем заключенной в карте информации, оценивается по ее достаточности для характеристики картографируемых явлений в соответствии с назначением карты и решаемыми по ней задачами. Из назначения карты вытекают требования к ней, обусловливающие: отбор элементов содержания, разработку для них классификаций, выбор способов изображения, цензы и нормы генерализации, соотношение («удельный вес») элементов и общий объем информации. Отбор элементов содержания может видоизменяться даже на топографических картах. Например, некоторые из них издаются в различных вариантах, каждый из которых сохраняет только элементы, интересующие определенные группы потребителей карт. Влияние назначения на разработку классификаций отдельных элементов карты проявляется и в выборе классификационных признаков, и в дробности классификации. Например, на советских топографических картах растительный покров классифицируется в основном по жизненным формам растений (леса, кустарники, кустарнички, травянистая растительность и т. д.), но на крупномасштабных сельскохозяйственных картах землепользовании (см. § 8.7) он рассматривается как угодья: пашни, залежи, сенокосы, пастбища, огороды и т. д. Согласование дробности классификации с назначением карты отчетливо выступает на учебных картах одной и той же тематики, предназначаемых для различных классов средней школы. Например, политико-административная карта СССР для старших классов показывает областное деление, тогда как карта для начальных классов ограничивается выделением союзных и автономных республик. Различия в значении отдельных элементов наиболее очевидны на тематических картах, идея которых основана на предпочтении, отдаваемом определенным явлениям или их некоторым характеристикам. На общегеографической карте СССР масштаба 1 : 2 500 000 населенные пункты образуют важнейший элемент содержания, тогда как на гипсометрической карте того же масштаба они играют лишь вспомогательную роль в качестве ориентиров. Зависимость оформления от назначения карты присуща и общегеографическим и тематическим картам. Прекрасную иллюстрацию этому дает сопоставление настольных и стенных карт. Неодинаковый объем информации очевиден, например, при сопоставлении одномасштабных справочных и учебных карт (см. рис. 6.1 и 6.2). Первые имеют в виду обеспечить получение справок о местоположении (и особенностях) возможно большего количества географических объектов и потому обычно обладают максимальной полнотой. Напротив, полнота учебных карт, определяемая в основном учебными программами, всегда ограничена. Разумеется, большое влияние на полноту карты оказывают географические условия картографируемой территории. Наконец, существует тесная связь между содержанием карты и ее масштабом, определяющим территориальный уровень системного картографирования. Уменьшение масштаба при переходе к системе более высокого ранга сопрягается с устранением теряющей свое значение информации. Таким образом, при оценке полноты содержания карты в соответствии с ее назначением следует конкретно сформулировать требования к карте, уяснить особенности ее использования и далее, исходя из этих предпосылок, географических условий и масштаба карты, проанализировать: перечень (номенклатуру) элементов содержания карты; выбор признаков для классификации каждого из этих элементов, соответствие классификации требованиям методологии и логики (последовательность перехода от общих понятий к частным, полнота классификации, взаимное соответствие ее основных разделов и т. д.) и, наконец, степень дробности классификации; надлежащее соотношение между отдельными элементами карты в зависимости от их значения; целесообразность избранных способов изображения; общий объем информации, заключенной в карте. Последняя задача (т. е. количественный анализ полноты карты), актуальная при оценке карты как источника информации, не имеет простого и однозначного решения. Первоначально предлагалось подсчитывать общую графическую нагрузку карты, т. е. суммарную площадь, занятую на карте условными знаками и надписями (обычно выражаемую в % к площади карты), и рассматривать эту величину как косвенный показатель полноты карты. Легко увидеть несовершенство такого приема. При одном и том же содержании карты изменение размеров обозначений сказывается на величине нагрузки в квадратичной степени (например, при увеличении обозначений в 2 раза нагрузка возрастает в 4 раза). Поэтому этот прием имеет смысл только для сопоставления полноты идентичных карт. Теория информации подсказала более объективные подходы к решению задачи. Один из путей - использование структурной меры информации, когда количество информации вычисляется как сумма величин, характеризующих информационное значение знаков, имеющихся на карте, по числу информационных элементов, содержащихся в каждом знаке. Для знаков дискретных объектов за единицу измерения принимаются различия каждого из них в положении и признаках. Например, при изображении поселений пунсонами с характеристиками по людности и административному значению количество информации для каждого пункта будет выражаться 3 единицами различия (в положении и двух характеристиках). Подобные подсчеты абсолютного количества информации могут переводиться в относительные показатели, исчисляемые на единицу площади, и карты. Задача осложняется для явлений линейного и площадного распространения, когда отдельные объекты (например, большую реку и ручей) нельзя рассматривать как однозначные. Для подсчета информации, заключенной в линейных объектах, возможно прибегать к геометрической мере - измерению их длин с последующим умножением каждой длины на число характеристик, использованных в знаке соответствующего объекта. После суммирования линейной информации легко получить представление об ее относительной плотности по тем или иным районам. Аналогичный подход возможен и для подсчета объема информации в площадных объектах, поскольку их территориальные различия и расчлененность находят отражение в длине граничных линий. Эта мера при умножении на число характеристик объекта дает некоторое представление об его информационном значении. Для суммирования составляющих информацию по категориям объектов, различных по характеру размещения (точечных, линейных, площадных и т. д.), необходимо их приведение в одну систему при помощи надлежаще установленных коэффициентов. Подобный подсчет объема информации, заключенной в карте, точнее сказать, в показанных на ней знаках, теперь возможно реализовать посредством ЭВМ при автоматизированном изготовлении карт на основе банков цифровых данных, фиксируемых в точечно-векторной записи. Еще один путь автоматизированной оценки информации (здесь не рассматриваемый) открывается в результате внедрения сеточно-площадного картографирования (§ 3.13). Все эти способы определения количества информации и различные их варианты формальны по своему существу. Они не принимают в расчет обширной информации, получаемой при анализе по карте связей, структуры и закономерностей размещения явлений, передаваемых взаимным расположением, пространственными сочетаниями и группировками знаков, и не учитывают качества информации: ее истинности, полезности и значения. Успех и результативность такого анализа во многом зависят от картографической подготовки читателя карты и от понимания им сути отображенных на карте явлений. |