Раздел: Картография

вернуться в раздел

Математические основы геоизображений

из статьи Беолянта А.М.

С некоторой долей условности, можно считать, что в общем случае математическая основа сложного геоизображения включает в себя элементы математической основы традиционной карты, снимка, блок-диаграммы, анаморфозы, виртуальной модели, а также всевозможные их сочетания и комбинации. При этом следует иметь в виду, что в каждый момент времени всякое n-мерное геоизображение является плоским изображением, представ-ленным на бумаге, фотобумаге, пленке, экране компьютера или ином носи-теле (Серапинас, 2002).
Как и в традиционной картографии, к числу математических элемен-тов всякого геоизображения относятся его проекция, координатные сетки, главный масштаб длин (и площадей), частные масштабы длин и площадей, а для динамических геоизображений – еще и временной масштаб.
Основными проекциями или их составляющими в общем случае яв-ляются картографические проекции, центральные проекции снимков, орто-гональные проекции ортофотоизображений, специфические проекции теле-визионных, сканерных, локационных и т. п. снимков, перспективные и ак-сонометрические проекции блок-диаграмм, а также проекции анаморфиро-ванных карт. Геоизображение может иметь географическую сетку меридиа-нов и параллелей, сетки прямоугольных и полярных координат.
Б.Б.Серапинас (2002) выделяет группы переменных математических элементов геоизображений, которые характеризуются особенностями конст-рукции, общим видом, динамичностью и графическим дизайном. К ним от-носятся следующие переменные:
• локализация точки видения объекта
• угловая ориентация геоизображения
• фиксация геоизображения во времени
• проекция и ее идентификация
Локализация точки видения (точки, с которой рассматривается объ-ект) определяется ее пространственными координатами, например, широтой, долготой и высотой. Изменение высоты меняет главный масштаб и пространственный охват геоизображения, порождает эффекты приближения к объекту и удаления от него. Смещение точки видения по широте и долготе может создать эффект полета над объектом, а изменение долготы – эффект вращения Земли.
Ориентация плоскости геоизображения в пространстве определяется углами ее расположения относительно координатных осей. Так, в случае аэро- или космического снимка ими являются угловые элементы внешнего ориентирования, такие как азимут направления съемки, угол наклона сним-ка и угол разворота изображения в плоскости снимка. Изменение углов ори-ентации меняет ракурс, под которым виден объект.
Временные параметры фиксируют объект во времени и определяют временной масштаб геоизображения, а параметры картографической проек-ции – его общий вид, наглядность и распределение искажений.
Проблемы сочетания проекций карт, трехмерных и динамических мо-делей, а также оценка возникающих линейных и угловых искажений и их оптимизация еще требуют специальной разработки. Принципиально ясны, но практически трудно реализуемы процедуры геоиконометрии – измерений по геоизображения.
Эти и другие вопросы, относящиеся к математической основе, мало исследованы, поскольку обычно геоизображения проектируются не на базе строгой математической теории (как, например, картографические проек-ции), а во многом эмпирически. При этом во главу угла ставятся не столько факторы метричности геоизображений, сколько трудно формализуемые кри-терии их наилучшего зрительного восприятия и наглядности. В этом ярко проявляется давно и хорошо известное в традиционной картографии проти-воречие между метричностью и наглядностью изображения. Эта сложная проблема заслуживает специального методологического исследования.
Единый подход к оценке масштабов геоизображений тесно увязывается с охватом территории (акватории). Практика показывает, что каждому пространственному уровню исследования соответствует некоторый опти-мальный диапазон масштабов геоизображений. Для основных из них – карт, аэро- и космических снимков – соотношения масштаба, охвата пространства и уровня исследования таковы (Берлянт, 1996): На локальном уровне иссле-дования космические снимки применяют не часто, а на фациальном — практически не используют. Напротив, аэроснимки не применяют на гло-бальном уровне и крайне редко на континентальном и океаническом уровне.
Конечно, диапазон выбора геоизображений того или иного масштаба во многом определяется их качеством (разрешение, цвет, спектральный диа-пазон и т.п.) и характером решаемых задач. Известно, что аэроснимки при-влекаются тогда, когда требуется повысить детальность исследования, вы-явить подробности, отсутствующие на картах. Поэтому всегда стараются взять снимки более крупного масштаба, чем карты. На фациальном уровне диапазоны масштабов аэроснимков и детальных карт сближаются, а далее они все больше расходятся. На субрегиональном и региональном уровнях различия масштабов весьма ощутимы.
Можно говорить о некоем поле масштабов геоизображений, в преде-лах которого происходит выбор масштабов, целесообразных для того или иного пространственного охвата и уровня исследования. Единый подход к геоизображениям позволяет установить их оптимальные сочетания и мас-штабную совместимость. Становятся очевидными сближение масштабов карт и аэроснимков на фациальном уровне и карт с космическими снимками – на глобальном уровне.
Опыт показывает, что, выбирая масштаб геоизображения, исследова-тель обычно стремится к наилучшему сочетанию обзорности и детальности геоизображения. На уровне глобальных исследований наиболее важна обзорность, а по мере движения к локальному уровню все более ценится детальность. Несмотря на приближенность этих закономерностей, их полезно иметь в виду при планировании научных исследований, формировании слоев ГИС, создании производных моделей – словом, в любых ситуациях, когда прихо-дится сочетать разные геоизображения.


                                         
Free Sitemap Generator