Раклов В.П. - Картография и ГИС - 2008. Учебное пособие для слушателей образовательной программы профессиональной переподготовки
 Скачать 2.99 Mb.
|
|
ГЛАВА 4 . Картографические методы использования карт. Достаточно подробно методы использования карт рассмотрены в целом ряде учебных пособий и монографий (например, [ 2, 14 ]).Мы попытаемся остановиться на наиболее распространенных из них, отсылая читателя для более полного изучения этих методов к трудам таких выдающихся ученых-картографов как К.А.Салищев,А.Ф.Асланикашвили,Е.М.Николаевская, А.М.Берлянт, С.Н.Сербенюк, В.С.Тикунов и многим другим. Картографический метод исследования – относительно новый раздел картографии, в котором рассматриваются проблемы использования карт в научной и практической деятельности. Широкое использование картографического метода исследования привело к возникновению множества научно-технических приемов анализа карт. Издавна наибольшее развитие получила картометрия, долгое время считавшаяся самостоятельным разделом картографии. С 50-х годов для анализа карт стали широко применять математическую статистику. Сейчас почти все разделы математической статистики и теории вероятности применяются в картографическом анализе. Позднее для обработки карт начали применять и другие 50 разделы математики : численный анализ , теорию информации , теорию графов , математическую логику и др 4.1. Классификация методов анализа карт. Из наиболее употребительных методов можно назвать следующие : Графические приемы – включают построение по картам профилей , разрезов , графиков , диаграмм , 3- х мерных моделей Описания – способ качественной характеристики явлений , изображенных на карте Позволяет получить общее представление об изучаемом предмете Графоаналитические приемы – предназначены для измерения по картам координат , длин , углов , площадей , объемов , формы ( вытянутость , извилистость , кривизна , густота , концентрация ). Математическое моделирование – имеют целью построение и анализ моделей по данным , снятым с карты Вся система приемов анализа карт может быть использована либо для работы с отдельной картой , либо для обработки серий карт или атласов 4. .Графические приемы Включают , в основном , построение различных профилей , двухмерных или трехмерных графиков и диаграмм , которые дополняют и иллюстрируют методы описательного характера 4. . Описания по картам основанные , по существу , на визуальном анализе карт ни в коей мере не преследуют цель перевести компактный и многообразный язык карты в текстовый вид , поскольку такие действия граничат с анахронизмом , если не с форменной глупостью Описания необходимы для более полного и всестороннего изучения объекта картографирования или картографируемого явления , для характеристики особенностей его размещения и выявления взаимосвязей , они «… отличаются отбором и систематизацией фактов , введением элементов сравнения и аналогий »[ 1 ]. При создании новых картографических произведений у картографа зачастую нет возможности посетить и на месте изучить картографируемую территорию , поэтому изучение особенностей территории и целого ряда характеристик , упомянутых выше , производится по описаниям элементов содержания планово - картографических материалов прошлых лет Ниже приводится пример описания ( при необходимости ) участка местности по листу топографической карты масштабов 1: 10 000 – 1: 100 000 с целью получения информации о природных и социально - экономических объектах местности картографируемогорайона 51 Начинать описание следует с географического положения данного района, конфигурации его границ, его протяженности (в км ) с севера на юг и с запада на восток, граничных широтах и долготах. Для ответа на все эти вопросы достаточно воспользоваться административной картой района картографирования. Протяжен- ность района в каком-либо направлении также нетрудно определить, если принять во внимание, что дуге в 1° на земной поверхности соответствует приблизительно 111 км на карте. Для решения задачи необходимо определить географические координаты крайних точек (северной, южной, западной, восточной) картографи- руемого района. Например, на рис. 4.1.1 изображена территория какого-то района, для которого φ 1 = 40°20', φ 2 = 40°40', λ 1 =36°30', λ 2 =37°00', КМ=45 мм, ДД'=22 мм, ВВ''= 8 мм, ВВ' = 9 мм, КЛ= 54мм, АА' =18 мм, СС'= 4 мм. λ 1 λ 2 Рис.4.1.1. Чтобы определить значения широт параллелей, проходящих через точки С и Д, нужно измерить расстояния (в мм) между точками К и М (КМ), Д и Д' (ДД'), С и С' (СС'). Отрезок КМ в то же время равен (φ 2 - φ 1 ), то есть разности широт параллелей, проходящих через точки К и М. Подставляя найденные значения в формулы, получим: φ С = φ 2 +( СС'/КМ)•(φ 2 - φ 1 ); φ Д = φ 1 - (ДД'/КМ)•(φ 2 - φ 1 ), где φ С — широта северной точки С территории; φ Д — широта южной точки Д территории. Проводя аналогичные действия, можно определить значения долгот крайних меридианов, проходящих через точки А и В по формулам: λ В = λ 2 +( ВВ'/ КЛ)•( λ 2 - λ 1 ); λ А = λ 1 -( АА'/ КЛ)•( λ 2 - λ 1 ), где λ А -долгота западной точки А территории; С А А ' Д Д ' В В ' В '' φ 2 φ 1 К М Л С ' 52 λ В -долгота восточной точки В территории. Теперь, пользуясь топографической картой, можно дать подробную характеристику элементов местности, имеющихся на территории данного района. По своему происхождению все объекты (или элементы) местности могут быть разделены на физико-географические или природные (гидрография, рельеф, растительность, грунты) и социально-экономические (населенные пункты, пути сообщения, средства связи; объекты промышленности, сельского хозяйства, культуры). Описывать элементы местности картографируемого района следует последовательно, в определенном порядке, а именно: — элементы гидрографии, — населенные пункты, — дорожную сеть, — рельеф, — растительность и грунты, — границы. Элементы гидрографии. Из элементов гидрографии следует указать на наличие морей, рек и их притоков, каналов и канав, озер и прудов, водохранилищ, ключей, родников, колодцев и т. д. Характеристику речной сети нужно начинать с главной, самой крупной реки района, имеющей, как правило, наибольшую ширину. Для всех рек необходимо указать: направление течения, судоходность, ширину, глубину, характер берегов (пологие, обрывистые, скалистые и т. д.), притоки, пороги и водопады, переправы (броды, перевозы, паромы, мосты) и гидротехнические сооружения на них (плотины, шлюзы, пристани, волноломы, маяки и т. д.). Озера и искусственные водоемы (пруды, водохранилища и др.)характеризуются по размеру, характеру береговой линии (постоянная, пересыхающая, пропадающая), характеру воды (пресная, соленая, горько-соленая). Для каналов, канав и водопроводов указывается их состояние(действующие, строящиеся, сухие, наземные или подземные и т. д.), их назначение (транспортные, мелиоративные), их ширину. Населенные пункты. Все населенные пункты, расположенные на территории данного района, характеризуются по типу поселения (города, поселки городского типа, поселки сельского типа), их величине, количеству жителей и густоте распределения. Тип поселения определяется по характеру подписи названия населенного пункта (вид шрифта, наклон). Количество жителей (а для сельских населенных пунктов - количество дворов) определяется по высоте подписи названия населенного пункта, согласуясь при этом с таблицами условных знаков соответствующего масштаба. 53 После характеристики населенных пунктов следует перейти к социально- экономическим объектам, расположенным в данном районе ( школы, заводы, фабрики, шахты, электростанции, трансформаторные будки, больницы, санатории, аэродромы, стадионы, памятники, развалины, пасеки, дома лесников, церкви, часовни, кладбище, нефтепроводы, газопроводы и т. д. ). Заканчивать этот раздел следует указанием на наличие в данном районе линий связи и электропередач. Дорожная сеть. Все дороги должны быть охарактеризованы по их типу (железные, шоссейные, улучшенные грунтовые и грунтовые — проселочные, полевые, лесные, зимние и др.). В свою очередь, каждый тип дорог может быть наделен более подробной характеристикой. Так, например, для железных дорог нужно указать на количество путей, вид тяги (электрифицированные и т. д.), ширину колеи (нормальная, узкоколейная), техническое состояние (действующие, строящиеся, разобранные).Для шоссейных дорог необходимо сказать об их виде (автострады, усовершенствованные шоссе, шоссе), ширине проезжей части и ширине всей дороги, материале покрытия, их техническом состоянии. Кроме того, для всех дорог нужно назвать все имеющиеся на них сооружения (выемки, насыпи, станции, вокзалы, депо, семафоры и светофоры, километровые столбы, указатели дорог, туннели, и т. д.). Рельеф. Сначала следует определить общий характер рельефа картографируемого района (равнинный, холмистый или горный). Равнинным называют рельеф участков суши с малыми (до 50 м) колебаниями относительных высот, холмистым — рельеф с относительными высотами от 50 м до 200 м, горным — рельеф с относительными высотами от 200 м и более. На имеющейся топографической карте можно найти отметки максимальной и минимальной высот для данной местности над уровнем моря. Разность этих отметок даст значение относительной высоты, по которому можно сделать соответствующие выводы о характере рельефа картографируемого района. Растительность и грунты. Прежде всего по карте перечисляются все виды растительности и угодий, имеющиеся в данном районе (леса, лесные и кустарниковые полосы, кустарники, сенокосы, пашня, сады, виноградники, технические культуры и др.), а затем даются характеристики каждому виду растительности или угодья. Так, например, леса могут быть: лиственные, хвойные, смешанные, редкие, вырубленные, горелые, буреломы, поросль, лесные питомники. При описании леса необходимо назвать его породный состав, высоту и толщину деревьев, густоту леса, наличие просек и их ширину, наличие лесных кварталов. При описании пашни указывают ее культурно техническое состояние (чистая, залесенная, закустаренная и т.д.). 54 Закончив характеристику всех видов растительности и угодий , переходят к грунтам данного района ( болота , пески , солончаки и т д .). Для болот , например , следует указать их местоположение , степень проходимости , глубину , имеющуюся растительность Для других видов грунтов указывается их местоположение и занимаемая ими площадь Границы В этом разделе дают характеристику всех видов границ ( государственных , республик , административных краев и областей , районов и др .) и ограждений ( изгороди , ограды , заборы и др .), имеющихся на территории данного района Подчеркнем еще раз , что такого рода описания выполняют не с целью заменить карту словесным описанием участка местности , а с целью выявить закономерности распределения объектов и явлений , обратить внимание на особенности картографируемой территории 4. .Графоаналитические приемы Такие графоаналитические приемы как картометрия и морфометрия используются для непосредственных измерений по карте различных метрических характеристик , а также расчета показателей формы объектов , таких как : очертания , кривизна линий и поверхностей , горизонтальное и вертикальное расчленение , пластика рельефа , экспозиция склонов , плотность распределения , густота , однородность , некоторые стоимостные показатели и др Несомненно важную роль играют данные приемы при использовании карт в землеустройстве и земельном кадастре [14 ], их применяют как по отдельности , так и в сочетании друг с другом Класс морфометрических методов необходим также и для определения показателей формы рельефа , который , как известно , является одним из ландшафтно - образующих элементов территории и одним из существенных факторов , влияющих на свойства кадастровых объектов В качестве примера приведем расчет некоторых морфометрических показателей , которыми , как правило , сопровождаются описания картографируемой территории При описании гидрографии приводят расчеты примерной густоты речной сети и густоты распределения водоемов на территории картографируемого района Густота речной сети рассчитывается по следующей формуле : Кгр = L км / Р км 2 , где Кгр — коэффициент густоты речной сети картографируемого района ; L км — длина всех рек , каналов и канав района ( в километрах ) ; Р км 2 — площадь всего района картографирования ( в квадратных километрах ). Длина рек определяется по топографической карте в пределах всей трапеции , а площадь района берется равной площади трапеции данной карты Для измерения длин кривых линий , в том числе и рек , по карте можно пользоваться курвиметром или циркулем - измерителем ( рис .8.2 ) с малым раствором игл (2-4 мм ). 55 Рис. 4.1.2. Для районов с густой речной сетью длину рек можно определять, пользуясь вероятностными картометрическими приемами, значительно упрощающими работу. Суть этого метода заключается в следующем. Рис. 4.1.3. На карту нужно наложить прозрачную палетку в виде сетки квадратов со стороной d (рис.4.1.3) и подсчитать число всех пересечений (т) речной сети с линиями палетки. Суммарная длина всей речной сети данного района оказывается про- порциональна числу пересечений (т) и равна L см = 0,785 •d• m . Доказано, что наименьшие погрешности при измерении длины извилистых линий дают палетки со сторонами 2—4 мм. При таком косвенном способе измерения, основанном не на промере каждой отдельной линии, а на статистических закономерностях, погрешность определения длин составляет порядка 5%. Подсчитать число всех пересечений (т), последовательно передвигая палетку по всей площади карты. По предложенной формуле вычислить длину речной сети (L см), а затем перевести ее в километры. 56 Площадь трапеции топографической карты легко получить, умножив длину основания трапеции (в км) на длину боковой стороны трапеции (в км), принимая приближенно трапецию за прямоугольник. Густоту распределения водоемов (прудов, озер и др.) по территории картографируемого района можно определить по формуле: Кгв = Р км 2 / n , где Кгв — коэффициент густоты водоемов; п — количество всех водоемов на территории данного района. Пример: В районе на площади Р=75,4 кв. км имеется 13 водоемов. Коэффициент густоты распределения водоемов в этом случае будет равен 5,8; то есть один водоем приходится на 5,8 кв. км местности. Залесенность района (в процентах) определяется по формуле: П = Р л •100% / Р км 2 , где П —.процент залесенности; Р л — площадь (в кв. км), занимаемая лесом; Р км 2 —общая площадь района картографирования. Густота распределения населенных пунктов (Кгн) рассчитывается по той же формуле, что и распределение водоемов. При расчете нужно учитывать все населенные пункты независимо от типа поселения и количества жителей. Густота дорожной сети (Кгд) картографируемого района рассчитывается по той же формуле, которую использовали выше при расчете густоты речной сети. При расчете длины дорожной сети района нужно учитывать все виды дорог, независимо от их типа и технического состояния. При характеристике формы ареала используют коэффициент ƒ [2 ] , пропорциональный отношению квадрата периметра объекта s 2 к его площади Р. ƒ= s 2 / 4πР. Результат вычисления по данной формуле позволяет сопоставить форму изучаемого объекта с кругом, показатель формы которого равен единице. Для простых геометрических фигур коэффициент ƒ равен: окружность – 1,00; квадрат – 1,27; шестиугольник – 1,10; равносторонний треугольник = 1,65. Таким образом, чем больше уклонение рассматриваемой фигуры от формы круга, тем больше значение показателя ƒ . 57 Наиболее простыми картометрическими приемами , которые широко используются при работе с картой являются : - определение прямоугольных координат точек местности ; - определение высот точек местности ; - определение углов ; - вычисление длин линий с учетом частных масштабов длин ; - измерение площадей , объемов с учетом величин искажений и др Приемы определения объемов или массы необходимы для оценки запасов воды , льда , снега , газа , угля и других природных ресурсов 4. .Математическое моделирование Предполагает использование методов анализа карт с помощью аппарата математической статистики и теории информации Обработка картографического изображения методами математической статистики преследует три цели : – изучение характеристик и функции распределения явления ; – изучение формы и тесноты связи между явлениями ; – оценка степени влияния отдельных факторов на изучаемое явление и выделение ведущих факторов Для оценки форм и тесноты связи между явлениями на двух или более тематических картах широко применяется прием из математической статистики , который носит название корреляционного анализа Прием дает общее предварительное суждение о взаимосвязи отдельных факторов , например , влияние климата на урожайность или уклонов на эрозионное состояние почв и применяется при оценке карт , выполненных способом изолиний и картограмм Наиболее прост для вычислений и дает хорошую достоверную оценку ранговый коэффициент корреляции Ранговый коэффициент корреляции Спирмена вычисляется по формуле : n n Pb Pa n i i i − − − = ∑ = 3 1 2 ) ( 6 1 γ где Pa i , Pb i - ранги значений показателей a i и b i шкал на картах A и B; n – объем выборки По смыслу коэффициент γ близок к коэффициенту корреляции и выражает степень близости исследуемой зависимости двух явлений к линейной зависимости и измеряется в диапазоне от +1 до –1. При γ =0 – связь отсутствует , при 7 0 ≥ γ - связь считается существенной 58 Ранги получают путем нумерации по порядку ступеней шкалы, т.е. самому большому численному значению шкалы присваивается ранг 1 и т. д. Для выборки данных применяется точечная палетка и прием скользящего окна размером не менее 5х5 точек. Расстояние между точками таково, чтобы в самый минимальный по площади контур попала хотя бы одна точка . Вычисления сводятся в таблицу, а по конечным результатам вычисления коэффициента i γ строится карта изокоррелят. Приемы теории информации используются для оценки степени однородности и взаимного соответствия явлений, изучаемых по картам, другими словами, они показывают меру связи или неоднородности между явлениями, изображенными на разных картах. Для этих целей в картопользовании широко применяется так называемый информационный коэффициент соответствия. Его достоинство заключается в том, что с его помощью можно сопоставить карты, содержащие не только количественные, но и качественные характеристики явлений, например карты почвенная и растительности. Коэффициент соответствия К(IJ) позволяет оценить зависимость в размещении явлений, имеющих на картах абсолютные или относительные числовые характеристики и изображаемых на карте способами изолиний, ареалов, точечным, картограмм, качественного фона. Коэффициент взаимного соответствия, определяется по формуле: ∑∑ ∑ ∑ ∑∑ = = = − − + − − = m i n j aibj aibj m i n j ab ab bj bj ai ai К |