Можливості використання комп'ютерної техніки для створення картографічної продукції.

Методи створення карт та їх тиражування змінювалися з часом: спочатку рукописне виготовлення, потім розмноження друкуванням, а протягом XX ст. - усе ширше застосування механізації ручної праці, а потім і автоматизації більшості типів робіт. З кінця XX ст. почався етап використання в картографічному виробництві найсучасніших технічних засобів. Однак, як би не змінювалося технічне оснащення зі створення та видання карт, фахова картографічна підготовка виконавців робіт не втрачає свого значення. Тільки професійні знання особливостей і правил формування картографічних зображень дозволяють ефективно використовувати досягнення технічного прогресу.
Одною з основних ланок комп'ютерних технологій створення карт є ГІС, які акумулюють просторові дані про найрізноманітніші об'єкти реального світу. Ці дані зображені у ГІС у цифровій формі, що забезпечує їх введення до комп'ютерного середовища, зберігання, опрацювання й перетворення з метою відтворення вже існуючих картографічних творів або створення нових.
Цифрова форма просторових даних є результатом цифрування, яке розуміють як перетворення графічних і картографічних джерел (традиційних за формою) у цифрові записи про просторове положення об'єктів та їх атрибутивні риси (форму, розмір, певні особливості, назву), що містять ті чи інші джерела.
Складовими ГІС є банки й бази даних.

За О.М. Берлянтом, серцевину всілякої ГІС складає автоматизована система картографування – комплекс приладів і програмних засобів, що забезпечують створення і використання карт. Така система складається із ряду підсистем, найважливішими являються підсистеми вводу, обробки і виводу інформації.
Підсистема вводу інформації – це пристрої для перетворення просторової інформації в цифрову форму і вводу її в пам’ять комп’ютера чи в базу даних. Для цифрування застосовують дигітайзери і сканери. За допомогою дигітайзерів на вихідній карті прослідковують і обводять контури і інші позначення, а в пам’ять комп’ютера при цьому надходять поточні координати цих контурів і ліній в цифровій формі. Сканери ж реалізовують автоматичне зчитування інформації послідовно по всьому полю карти, рядок за рядком. Сама карта розміщується на планшеті чи на барабані. Сканування відбувається швидко і точно, але доводиться додатково розділяти оцифровані елементи.
Банки даних для картографічних цілей є інформаційною системою централізованого збереження й колективного використання потрібних для створення карт відомостей у цифровому вигляді; банк даних формується з баз даних.
База даних включає два типи інформації: просторову то, описову. Вони зберігаються в комп'ютерному середовищі у вигляді набору файлів, які відповідають за просторову або описову інформацію про об'єкти карти.
Бази даних залежно від призначення ГІС мають різну тематику. Наприклад, для створення карти розміщення населення першочерговим буде створення якісної цифрової бази даних, яка включає: перелік усіх міст і селищ міського типу, областей і районів, дані про кількість жителів, густоту сільського населення по районах та областях, а також інші не менш важливі дані.
Підсистема обробки інформації складається з самого комп’ютера, системи управління і програмного забезпечення. Створені сотні різноманітних спеціалізованих програм (пакетів програм), які дозволяють вибирати потрібну проекцію, прийоми генералізації і способи зображення, будувати карти, суміщати їх одна з одною, візуалізувати і виводити на друк. Програмні комплекси спроможні виконувати і більш складні роботи: проводити аналіз території, дешифрувати знімки і класифікувати картографовані об’єкти, моделювати процеси, спів ставляти, оцінювати альтернативні варіанти і вибирати оптимальний шлях вирішення. А сучасні інтелектуальні програми моделюють навіть деякі процеси людського мислення.
Більша частина підсистем обробки інформації працюють в діалоговому режимі, в ході якого йд двосторонній обмін інформацією між картографом і комп’ютером.
Підсистема виводу (видачі) інформації – комплекс пристроїв для візуалізації обробленої інформації в картографічній формі. Це екрани (дисплеї), друкуючі пристрої (принтери) різної конструкції, креслярські автомати (плотери) та ін. За їх допомогою швидко виводять результати картографування і варіанти результатів в тій формі, яка зручна користувачу. Це можуть бути не тільки карти, але і тексти, графіки, тривимірні моделі, таблиці, але якщо мова йде про просторову інформацію, але частіше вона дається в картографічній формі.
Всі підсистеми, що входять в автоматичні картографічні системи, входять також і в ГІС. В склад картографічної ГІС виробничого призначення включають також і підсистему видання карт, яка дозволяє виготовляти друкарські форми і друкувати тиражі карт. Якщо тиражі невеликі, то використовують настільні картографічні видавничі системи.
Уся інформація ГІС формується пошарове (напр., шар "Населені пункти", шар "Гідрографія"), Тобто кожен шар є сховищем картографічної або цифрової інформації певного змісту, яка може бути поданою на екран комп'ютера.
Існують різні технологічні схеми комп'ютерного створення карт залежно від наявного складу технічних засобів, потрібних для виконання всіх етапів роботи, та інших умов. Одна з них - створення карти за даними ГІС. Складнішою є схема, за якою потрібно формувати базу даних.

Спрощений варіант цієї схеми приблизно представлений таким чином:
• цифрування картографічних джерел і створення картографічної бази даних;
• обробка й перетворення вихідної інформації комп'ютерними засобами;
• графічне відтворення обробленої інформації та побудова карт. атласів;
•тиражування різноманітних картографічних творів.
Цифрування потрібних джерел зручно здійснювати шляхом їх сканування. Результатом є растрове зображення просторових даних у вигляді прямокутної матриці, кожному пікселу якої надається певне значення.
Існують такі типи обробки й перетворення вихідної інформації:
•попередня обробка цифрових даних для перетворення їх у формулу;
•відбір та узгодження просторової інформації (за площею, довжиною);
•зміна певної системи координат чи певного масштабу;
•відбір, аналіз та узгодження атрибутивної інформації;
• побудова координатних сіток, трансформація картографічних проекцій;
•підрахунки, пов'язані з локалізацією цифрової інформації у певних точках, лініях чи інших одиницях територіального поділу;
•вимірювальні операції, включаючи обчислення довжин відрізків прямих і кривих ліній, обчислення площ, периметрів, характеристик форм об'єктів;
•одержання нових показників об'єктів, що картографуються (напр., визначення статистичних та оціночних показників);
•аналіз поверхні (моделей рельєфу), включаючи обчислення кутів нахилу та експозиції схилів, інтерполяцію висот, визначення зон видимості-невидимості, побудова горизонталей, накладення тематичних шарів на тривимірне зображення, створення профілів поперечних перерізів, обчислення об'ємів.

Обсяг обробки й кількість типів її перетворення залежать від змісту карти.
Графічне відтворення обробленої інформації, а потім і побудова карт відбувається спочатку шляхом переведення растрового зображення у векторне, яке наближене до традиційного графічного зображення паперових карт І може бути візуалізоване на дисплеї (екрані) комп'ютера. Отриману екранну карту можна редагувати й коректувати, вносячи до неї потрібні уточнення й виправлення.
Набір інструментальних засобів і операцій візуалізації, закладених у ГІС. дозволяє:
•масштабувати зображення, тобто зменшувати його або збільшувати;
•укрупнювати деталі обраної частини зображення;
•панорамувати зображення- розгортати його до розмірів робочої частини екрана;
•перегортати або переглядати багатошаровий набір чи послідовності зображення;
•зміщувати, дублювати, відсікати, обертати зображення;
•спрощувати, згладжувати, утрирувати зображення;
•застосовувати способи картографічного зображення зі зміною складових позначень;
• задавати кольорове, штрихове чи півтонове зображення;
• будувати тривимірні зображення в різних проекціях тощо.

Комп'ютерні технології значно спростили перенесення елементів тематичного змісту на географічну основу. При комп’ютерному складанні попередньо від скановану географічну основу виводять на екран в укрупненому масштабі, на неї накладають тематичну інформацію з інших картографічних джерел шляхом масштабування, проектування чи ручної пере рисовки. Цифрову інформацію (наприклад, статистичні дані) викликають з баз даних чи вводять безпосередньо з клавіатури. Всі елементи змісту дають зразу в прийнятій легенді. Одночасно на карті розміщують написи.
Використання цифрових карт забезпечує одержання точнішої та єдиної основи для створення цілої низки картографічних творів на одну й ту саму територію. При використанні ГІС-технологій автоматизована генералізація контурів (берегової лінії, гідрографії та інших лінійних об'єктів), за умови вдало підібраного алгоритму, майже не потребує ручного редагування, крім окремих випадків, коли потрібно показати острів чи озеро навіть тоді, коли вони не обов'язкові для якогось іншого масштабу. За допомогою додаткового алгоритму проводиться автоматизоване потовщення річок від витоку до гирла.
Комп'ютерне виготовлення карт потребує програмного забезпечення, але не вся інформація, яка потрібна для створення карт, може бути формалізована й алгоритмізована. Складність алгоритмів зростає з ускладненням змісту карти. Труднощі виникають і через протиріччя між вимогами геометричної точності карт і географічною відповідністю до їх змісту, що виникають під час використання на картах позамасштабних позначень та у процесі генералізації зображення, через складність або навіть неможливість опису математичним апаратом взаємозв'язків між різними об'єктами тощо. Формальне розв'язання проблем створення картографічного зображення, притаманне технічним засобам, може привести до спотворення типових ознак зображених об'єктів.
Тиражування картографічних теорій починається з підготовки карт до цього процесу. Сучаснв підготовку карт до видання базують на комп'ютерних технологіях.
ГІС, у принципі, забезпечують весь процес створення карт, від моменту цифрування вихідного зображення до отримання потрібного зображення, готового до кольороподілу й подальшого поліграфічного або іншого способу видання. Однак жодна ГІС не здатна виконувати функції редакційно-видавничих систем у повному обсязі. Виключенням можуть бути видання окремих карт на одному аркуші без високих вимог до поліграфічної якості. Роботи на етапі підготовки карт до видання включають:
•художнє оформлення з використанням можливостей комп'ютерного дизайну;
•верстка (формування) різних картографічних творів;
•кольороподіл і передача файлів до фотонабірних автоматів;
•контроль і редагування кольороподілу перед виведенням фотоформ;
•зберігання картографічної інформації в електронному вигляді.

Для зручної роботи всі об'єкти в програмах редагування векторної та растрової графіки, так як і в ГІС, розміщують по шарах, причому враховують не тільки тематичну подібність об'єктів, а й подібність графічних характеристик (колір ліній), що значно полегшує подальшу роботу. Кількість шарів у програмі майже необмежена. Можливість керування даними шарів значно спрощує процес редагування об'єктів. Наприклад, щоб змінити колір всієї річкової сітки, достатньо виділити всі об'єкти даного шару і змінити колір для всіх разом.
При оформленні карт дуже важливий контроль редактора за виконанням роботи на всіх етапах створення оригіналів карти. Крім контролювання процесу оформлення карт, після його завершення редактор перевіряє кожну карту на екрані комп'ютера, щоб виправити лічені зауваження. Потім усі оригінали роздруковуються у своїх кольорах і коректуються.

Комп'ютерні технології значно спростили виготовлення видавничих оригіналів, у яких зображення подане пошарове (за змістом, геометрією, кольоровим оформленням). Електронні лазерні кольоророзподільчі системи повністю виключають ручну підготовку видавничих оригіналів і дозволяють в автоматичному режимі швидко й надійно одержувати фотоформи з кольорових карт досить великого формату. Така технологія включає три послідовних процеси:
•фоторепродукування - перетворення зображення оригіналу карти V фотоформи;
•виготовлення друкованих форм на основі фотоформ;
•друкування - отримання потрібної кількості відбитків із друкарських форм.
Для зберігання отримане зображення може бути записаним на електронних носіях.
Для тиражування картографічних творів у разі необхідності виготовлення незначної кількості примірників досить ефективним е електростатичний друк. Він здійснюється шляхом виведення електронного зображення на плотери чи принтери - пристрої, за допомогою яких зображення фіксується на папері, пластику, фоточутливих матеріалах та інших носіях. При цьому забезпечується сучасний дизайн, якісне багатокольорове відображення картографічного твору. Цей спосіб є особливо актуальним для оперативного друку.
Найновітнішим і найперспективнішим є цифровий друк, що поступово витісняє інші способи друку. Сучасні кольоророзподільчі системи проводять кольороподіл за кількістю фарб (на основі обраної кольорової моделі), а результат передають на спеціальні друкарські машини, які почергово наносять кожну фарбу на матеріал друку. При цьому способі друку відсутні фотоформи.
Зображені на карті об'єкти, до яких відносять ті чи інші показники, називають одиницями картографування. І ними можуть бути: підприємство, культурний заклад чи якась інша установа, населений пункт, річки, шляхи сполучення, господарство, район, область, країна, басейн, зона, пояс тощо. Одиниці картографування, насамперед, відрізняються територіальним поширенням.

4. Специфіка, головні принципи побудови системи умовних знаків.
Властиве картам картографічне зображення формується за допомогою картографічних умовних позначень (умовних позначень).
Умовні позначення карти - це графічні символи або елементи картографічного зображення, які сприймаються та розрізняються оком і несуть певне змістове навантаження на конкретній карті. Інакше кажучи, графічний символ стає умовним позначенням лише тоді, коли йому надають певного змістового значення. За стандартним визначенням, картографічні умовні позначення - це позначення на картах різних об'єктів та їх якісних і кількісних відмінностей.
Картографічні умовні позначення є особливою штучною мовою корт, яка дозволяє не тільки передати певні відомості про об'єкти картографування, а й показати просторове їх розміщення, чого не можна досягти за допомогою інших мовних систем (вербальної, математичної тощо). Мова карт складається з певних категорій і елементів умовних позначень, має свою структуру, правила застосування й функціонування мовних одиниць (усіма цими питаннями займається картографічна семіотика). Завдяки цій мові знання про реальний світ набувають наочної високоінформативної і, разом з тим, економної форми у вигляді карти. Підраховано, що текстовий опис однієї карти шкільного атласу зайняв би 20-25 сторінок, а атласу в цілому до 4000 сторінок.
Сукупність, або система умовних позначень надає можливість показати одночасно різні об'єкти, їх стан, особливості групування, завдяки чому моделюється просторовий образ відображених на карті об'єктів реальної дійсності.
Графічний символ умовного позначення формується різними зображувальними й засобами. Найпростіші з них - точки, лінії, штрихи,колір. З них складаються графічні символи, різні за складністю рисунка та особливостямивикористання:
• значкові, що є фігурними або геометричними знаками компактної форми, ширина й довжина яких є однаковою або відрізняється незначно; їх використовують для зображення на карті об'єктів точкової локалізації;
• лінійні, тобто витягнуті у довжину та відносно малої товщини. Серед них розрізняють лінії, стрічки, смуги, стрілки (вектори);

• заповнювальні, які використовують для виділення на карті значних за площею територій або Їх частин. Такими є: рівномірне фарбування виділених частин території; штрихування, тобто суцільне заповнення певних ділянок здебільшого паралельними лініями або штрихами; розміщення в межах ділянок за встановленими правилами однакових графічних елементів тощо;
• буквені та цифрові у вигляді однієї чи кількох букв, цілих або скорочених слів, чисел для позначення різних об'єктів.
Графічні символи тієї чи іншої групи можуть розрізнятися за формою (кружок, трикутник, стилізований рисунок), розміром (кружки різного діаметра, лінії різної товщини), структурою (кружок, поділений на сектори), орієнтуванням.
Колір (зорове сприйняття світла певного спектрального складу) бере участь у формуванні графічних символів усіх названих вище груп. Він має такі характеристики: кольоровий тон (червоний, жовтий, блакитний), насиченість тону ( світло-червоний, червоний, темно-червоний. ще темніший), світлість тону, або зорове сприйняття його яскравості ( жовтий колір світлішим за червоний).
Незважаючи на широкі можливості створення найрізноманітніших за графічним виконанням умовних позначень, на картах застосовують достатньо сталий їх набір, простих за формою, легких для зорового сприйняття та запам'ятовування, зручних для креслення. Це можливо тому, що позначення однієї й тієї самої форми на різних картах можуть мати різне значення.
Основні вимоги, яким мають відповідати умовні позначення, такі:
- кожне позначення на карті має тільки одне значення;

- однорідні групи об'єктів подаються однотипними позначеннями;

Умовні позначення традиційних (перш за все, паперових) картографічних зображень статичні, тобто не змінюють вигляд, який вони отримали під час створення карт. Сучасні комп'ютерні технології дозволяють створювати динамічні зображення - анімаційні карти, на яких можливо змінювати форму, розмір і структуру умовних позначень, кольори та їх насиченість, і, головне, положення позначень. Основними прийомами таких змін є: переміщення позначень по території, зображеної на карті (напр., ліній атмосферних фронтів); рух стрілок, якими позначено напрямок переміщення об'єктів картографування (наприклад транспортних потоків, повітряних мас);
дефілювання кольорового тону шляхом поступової зміни забарвлення, його пульсації або вібрування( на картах поширення епідемій);
мигтіння позначень, для того щоб привернути увагу до певних об'єктів тощо.
Для зручності користування умовні позначення класифікують за певними ознаками. З топографії відома класифікація позначень за здатністю передавати геометричні ознаки об'єктів (їх розміщення, форму, розмір, зайняту ними площу тощо). За такої класифікації виділяють позамасштабні, лінійні позначення та позначення для об'єктів. площа яких відтворюється в масштабі карти.
Позамасштабні умовні позначення використовують для зображення на карті об'єктів, площа яких або зовсім не виявляється в масштабі відтворення, або погано сприймається оком унаслідок малих розмірів, тобто точкових об'єктів за характером поширення. Позамасштабні позначення застосовують і тоді, коли площа, яку займають об'єкти. та ЇЇ обриси не беруться до уваги. Зображувальними засобами для таких умовних позначень найчастіше є значкові графічні символи, а також можуть бути і буквені.
Лінійні умовні позначення застосовують для відображення об'єктів лінійного характеру, об'єктів, локалізованих на лініях. Часто ширину цих об'єктів не можна подати в масштабі карти, тому вона перебільшується відносно своєї дійсної величини. Для таких позначень використовують лінійні графічнізасоби.
Умовні позначення площ (деякі автори називають їх площинними) добре передають розміри, особливості окреслюваних меж (контуру), інші просторові відмінності об'єктів, локалізованих на площі. Для позначень цієї групи застосовують лінійні та заповнювальні засоби. За допомогою перших окреслюють площу об'єкта, за допомогою других відображають якісні чи кількісні відмінності.

Названі групи умовних позначень застосовують на загальногеографічних картах. Вони передають, перш за все, розташування об'єктів з можливою для карт певного масштабу точністю. Широко застосовують їх і на тематичних картах. Однак на останніх використовують також умовні позначення, якими вказують приблизну локалізацію об'єктів, якщо вони розміщені розосереджено, а їх складові не можуть бути відтвореними в масштабі карти (сільське населення, посівні площі, тварини тощо).

Ще одну групу становлять умовні позначення для характеристики об'єкта в межах одиниць певної територіальної сітки (адміністративного району, області) за сумарними величинами (кількість загальноосвітніх шкіл, площа під лісом) або у відносних показниках (густота сільського населення, відсоток ріллі в загальній площі району тощо). Крім того, зображення об'єкта може подаватися схематично в разі відсутності точних даних (для морських течій) або свідомо (так показують вантажопотоки, якщо треба виділити пункти, між якими перевозять вантажі). Залежно від тематики карти, особливостей об'єкта картографування, наявних даних про нього, а також способів їх отримання, умовні позначення на тематичних картах можуть бути локалізованими в місцях знаходження конкретних об'єктів або в місцях їх вивчення, можуть заповнювати певну площу з чіткими межами й без них, розміщуватися всередині виділених контурів, тобто характер розташування умовних позначень на таких картах є різноманітнішим, ніж на картах загальногеографічних.
На тематичних картах можна показати й значно більше відмінностей об'єктів картографування чи їх складових. Можна підкреслити походження об'єктів, виділити окремі об'єкти того чи іншого типу або певні їх показники (тільки населення, його національний склад, кількість тощо). Зміст тематичних карт може відображувати теоретичні уявлення про реальний світ.
Для передачі на карті тематичного змісту застосовують різні способи картографічного зображення.

Спосіб картографічного зображення, або спосіб зображення, сукупність прийомів, які дають можливість показати на тематичній карті за допомогою обраних умовних позначень розташування об’єктів картографування, їх відмінності за походженням, типам, територіальним поширенням, показниками відповідно до тематики, призначення та масштабу карти.
Прийоми картографування розглядаються як вибір зображувальних засобів і умовних позначень відповідно до обраного способу картографування. Прийомом картографування є й спільне застосування на карті різних способів зображення.
Умовні позначення тематичних карт формують за допомогою всіх зображувальних засобів, про які йшлося раніше. Однак слід пам'ятати, що один зображувальний засіб може використовуватися в різних способах картографічного зображення. З іншого боку, але певного способу зображення можна застосовувати різні зображувальні засоби.
Розрізняють такі способи картографічного зображення: локалізовані значки, лінійні знаки, якісний фон, кількісний фон, ізолінії, ареали, точковий спосіб, локалізовані діаграми, знаки руху. картодіаграми. картограми.
Основні ознаки, за якими розрізняються способи картографічного зображення, такі:
1 - особливості об'єкта картографування за походженням, видом, характером поширення, різними обраними показниками;
2 - застосовані зображувальні засоби й умовні позначення за їх геометричними а також іншими властивостями;

3 - розташування умовних позначень на карті.
Уніфікованої системи картографічних умовних знаків у ГІС на сьогодні не існує. В ГІС є так званий модуль формування легенди умовних знаків. В ArcView і MapInfo ці модулі підключаються, а в ArcGis – це підключено як за замовчуванням функція. Можна також сформувати свої умовні знаки, але тут існує певна проблема з масштабуванням і генералізацією цих знаків. Існує можливість написання на програмній мові продукту своїх умовних знаків, але така процедура потребує відповідних знань.

Тобто, є три шляхи створення умовних знаків для ГІС:
-Є стандартний набір знаків у базі даних;
-Є модуль інтерпретації (редактор);
-Написання системи умовних знаків на внутрішній мові;
Варто додати, умовні позначення традиційних картографічних зображень статичні, тобто не змінюють вигляд, який вони отримали під час створення карт. Сучасні ГІС-технології дозволяють створювати динамічні зображення – анімаційні карти, на яких можливо змінювати форму, розмір і структуру умовних позначень, кольори та їх насиченість , і головне – положення позначень. Основними прийомами таких змін є : переміщення позначень, рух стрілок, дефілювання кольорового тону, мигтіння позначень.
Картографічні умовні знаки є особливою штучною мовою карт, яка дозволяє не тільки передати певні відомості про об'єкти картографування, а й показати просторове розміщення їх, чого не можна було досягти за допомогою інших мовних систем (вербальної, математичної тощо).
Сукупність, або система умовних знаків дає можливість показати одночасно різні об'єкти, їхній стан, особливості групування і взаємозв'язки між ними, і за цим моделюється просторовий образ відображених на карті об'єктів дійсності.