II. 3.Классификация картографических проекций
Известно, что признаков для классификации может быть несколько, следовательно, и классификаций может быть несколько; при этом следует заметить, что одни и те же проекции в зависимости от признака могут попасть в разные группы. В настоящее время в нашей стране пользуются классификацией Каврайского. Согласно ей важнейшими признаками классификации являются:
1. Характер искажений
2. Способ использования
Самым существенным признаком проекций является свойство изображений. Неизбежным же свойством изображений являются искажения. Характер искажений определяется в зависимости от того, что искажается - длина, угол или площадь. Если величина искажений в большей или меньшей степени зависит от размеров и формы изображаемой территории, то характер искажений всецело зависит от самой проекции. Вот почему при выборе проекции решающую роль играет характер искажений.
По характеру искажения проекции выделяют:
Равноугольные (конформные) - углы и азимуты передаются без искажений, т.к. масштабы длин в точках не зависят от направления. Как следствие, в этих проекциях сохраняется подобие в бесконечно малых частях. Картографическая сетка в этих проекциях ортогональна. На картах в равноугольных проекциях можно измерять углы и азимуты, на них удобно производить измерение длин по всем направлениям.
Равновеликие (эквивалентные) - масштаб площадей остается постоянным и равным единице, следовательно, площади передаются без искажений. На картах в равновеликих проекциях можно делать сопоставление площадей.
Равнопромежуточные (эквидистантные) - масштаб по одному из главных направлений сохраняется и равен единице (а=1 или b=1)
Произвольные - присутствуют все виды искажений.
Свойства равноугольности, равновеликости, равнопромежуточности одновременно на одной и той же проекции несовместимы. Проекции, на которой всюду отсутствовали бы искажения длин, т.е. было бы сохранено постоянство масштаба, не существует. На карте могут отсутствовать либо искажения углов, либо площадей, но одновременно отсутствовать искажения углов и площадей не могут. Поэтому характерным свойством картографической проекции является обязательное наличие на карте того или иного искажения.
По способу использования выделяют:
Сплошные - вся картографируемая территория проектируется на плоскость по одному закону
Многополосные - территория разбивается на ряд широтных зон, каждая из которых проектируется на плоскость по одному и тому же закону, но с разными параметрами для каждой из зон. Преимущества - малые величины искажений; недостатки - невозможно получить сплошное изображение.
Многогранные - территория разбивается на ряд меридианальных зон, каждая из которых проектируется на плоскость по одному и тому же закону, но с разными параметрами для каждой из зон. Преимущества - малые величины искажений; недостатки - невозможно получить сплошное изображение (проекция Гаусса-Крюгера).
Составные - часть территории проектируется по одному закону, а оставшаяся часть по другому закону.
II. 5. Картографические проекции
При создании любых карт основное значение имеет вопрос о выборе картографических проекций, обеспечивающих оптимальное решение по этим картам различных задач.
Выбор картографических проекций осуществляется в два этапа: на первом устанавливается совокупность проекций (или их свойства), из которой целесообразно производить их выбор; на втором - определяют искомую проекцию.
Поэтому для многих карт выбирают:
цилиндрические проекции - для территорий, расположенных вблизи и симметрично относительно экватора и вытянутых по долготе;
конические проекции - для таких же территорий, но не симметричных относительно экватора или расположенных в средних широтах;
азимутальные проекции - для изображения полярных областей;
поперечные и косые цилиндрические проекции - для изображения территорий, вытянутых вдоль меридианов или вертикалов;
поперечные или косые азимутальные проекции - для показа территорий, очертания которых близки к окружности и т.п.
Таким образом, выбор картографических проекций должен обеспечивать не только минимум искажений, но и чтобы характер их искажений обеспечивал оптимальные условия решения задач по картам, вытекающие из их назначения.
В разных странах в зависимости от положения этой страны на земном шаре используются различные картографические проекции. В России используется проекция Гаусса-Крюгера - равноугольная поперечная цилиндрическая.
С 1928 г. Проекция Гаусса была принята как основа для системы плоских прямоугольных координат, определяющих положение опорных геодезических пунктов на земной поверхности. Они применяются в пределах каждой шестиградусной зоны.
Так как все 60 шестиградусных зон тождественны между собой, то, чтобы знать, в какой зоне находится точка, заданная прямоугольными координатами, необходимо указать номер зоны (рис.8). Если известен номер шестиградусной зоны, то долготу осевого меридиана от Гринвича можно определить по формуле:
Нумерация шестиградусных зон начинается от первой зоны, примыкающей к Гринвичскому меридиану с востока. В нашей стране с 1935г. эта проекция применяется для топографических карт, начиная с масштаба 1: 500 000 и крупнея.
Рис.5
Таким образом, в Российской Федерации используется проекция - по характеру искажений - равноугольная - углы и азимуты передаются без искажений.
- по способу использования - многогранная - территория разбивается на ряд меридианальных зон, каждая из которых проектируется на плоскость по одному и тому же закону, но с разными параметрами для каждой из зон - Гаусса-Крюгера
- по степени обеспечения оптимального решения различных задач - поперечная и цилиндрическая проекция - для изображения территорий, вытянутых вдоль меридианов или вертикалов.
Контрольные вопросы
1. Что такое геоид? Что такое эллипсоид вращения?
2. Что такое картографическая проекция?
3. Что такое сферическая географическая система координат?
4. Что такое прямоугольная система координат?
5. Картографическая проекция, используемая в России?
3.Создание ГИС-проекта
Основной целью создания и использования ГИС при обработке исходных геологических атрибутивных данных в пределах территории работ является выделение (оконтуривание) площадей, имеющих аномальные или специфические характеристики исследуемых параметров, и выявление закономерностей их строения. Пример. Радиоактивность пород.
3.1 Ввод, хранение, обработка, и вывод полученных данных
Создание и использование ГИС для решения геологических задач включает в себя следующие функции:
· Получение данных в виде таблиц признака, векторизованных или растровых геологических схем;
· Ввод в компьютерную среду;
· Хранение и обновление;
· Обработка;
· Вывод в виде схем оценки признака;
· Экспертная оценка достоверности полученных результатов;
· Анализ полученных результатов с целью выявления закономерностей и принятия прогнозных решений;
· Использование полученной информации.
Общая технологическая схема ввода, обработки и вывода данных в ГИС может быть представлена в виде набора обобщённых функций:
1. Ввод и редактирование данных. Сюда входит аналогово-цифровое преобразование данных, в том числе методы цифрования картографических источников с помощью дигитайзеров или путём сканирования с последующей векторизацией.
2. Поддержка моделей пространственных данных. Полученная цифровая модель может существовать, храниться и обрабатываться в рамках определённых моделей: растровых, векторных и трёхмерных.
3. Хранение данных. Проектирование и ведения баз данных (БД) атрибутивной информации ГИС. Поддержка функций систем управления базами данных (СУБД). Эти функции включают: ввод, хранение, обработку запросов, поиск, выборку, сортировку, обновление, сохранение целостности, защиту данных.
4. Обработка данных. Эта функция включает обработку исходных данных с целью выявление новой информации или закономерностей, не наблюдаемых без обработки, и анализ связей, полученной информации с известными знаниями. Методы обработки данных определяются целью ГИС-проекта. Примеры обработки данных.
Расчёт функций статистики по дискретным данным регулярной или нерегулярной сети наблюдения.
Преобразование систем координат и трансформация картографических проекций. Наиболее распространённая задача - переход от условных декартовых прямоугольных координат источника в географические координаты.
Растрово-векторные операции. Обслуживают возможности совместного использования двух наиболее употребляемых моделей пространственных данных - растровой и векторной, экспорт и импорт в среду других программных продуктов, ввод и вывод данных.
Измерительные операции. Вычисление длин отрезков прямых и кривых линий, площадей, периметров.
5. Вывод данных. Генерация отчётов, документирование результатов в текстовой, графической, табличной формах.
6. Экспертная оценка достоверности полученных результатов осуществляется методом сравнения результирующих карт с известной информацией.
7. Анализ полученных результатов осуществляется методом оценки связей вновь выявленных структур с геологическим строением исследуемой площади с целью выявления закономерностей и принятия прогнозных решений.
8. Использование полученной информации. Результаты исследований представляют собой прогнозные карты, с выявленными рудоперспективными участками для более детального изучения, геологические разрезы с блокировкой рудных скоплений для подсчёта запасов и др.
Для специальных исследований может вводиться целый ряд других обобщённых функций.
Контрольные вопросы
1. Какие основные функциональные группы выделяются в технологической схеме создания ГИС?
2. С какой целью обрабатываются исходные данные в ГИС и анализируются полученные результаты?
3. Какие функции включают в себя операции по вводу и редактированию данных?
3.2 Модели пространственных данных
Информационную основу ГИС образуют представления о реальных объектах, выраженных числовыми кодами, которые называются цифровыми моделями. С появлением компьютера всё множество исходных данных разделилось на два типа: цифровые и аналоговые. Цифровая модель выражения данных реализуется в виде кодов, которые представляют собой координаты и характеристику объекта моделирования.
Объектом информационного моделирования в ГИС является пространственный объект, выраженный цифровыми данными. Некоторое множество цифровых данных о пространственном объекте образуют пространственную информацию. Она состоят из двух взаимосвязанных частей: позиционной (тополого-геометрической) и непозиционной (атрибутивной) составляющей. Позиционная составляющая выражается цифровым кодом, который является координатами пространственного объекта. Непозиционная или атрибутивная информация представляет собой качественную и количественную характеристику объекта, так же выраженную цифровым кодом.
Базовыми (элементарными) типами позиционных пространственных объектов, которыми оперируют современные ГИС, обычно считаются:
· точка (точечный объект) рассматривается как безмерный объект и характеризуется одной парой координат;
· линия (линейный объект, полилиния) - одномерный объект, характеризующийся координатами не менее двух точек;
· область (полигон, площадь, контур) - двухмерный объект, ограниченный замкнутой последовательностью линий;
· пиксель - двухмерный объект, элементарная частица цифрового изображения растра, наименьшая из его составляющих;
· ячейка (регулярная ячейка) - двухмерный объект, элементарная площадка регулярной сети на земной поверхности;
· поверхность (рельеф) - двухмерный (трёхмерный?) объект, определяемый не только плановыми (двухмерными) координатами, но и гипсометрической отметкой «z»;
· тело - трёхмерный объект, ограниченный поверхностями и описываемый тремя координатами (x,y,z).
В целом общее цифровое описание пространственного объекта включает следующие характеристики:
1. наименование;
2. указание местоположения;
3. набор свойств;
4. соотношение с другими объектами;
5. пространственное поведение.
Два последних элемента описания объекта используются только в специальных случаях.
Наименованием объекта служит его геологическое название (имя собственное), его условный код или идентификатор, присваиваемый пользователем. Пример.
Местоположение это геометрическая характеристика, определяемая набором координат. Пример.
Перечень свойств соответствует атрибутам объекта, качественным и количественным его характеристикам, которые приписываются ему в цифровом виде пользователем. Это текст, цифровое изображение, графическое изображение в виде карт. Под атрибутами понимаются содержательные, тематические непозиционные свойства объекта.