ВВЕДЕНИЕ

Картографическая наука постоянно развивается, и в первую очередь совершенствуются представления о ее методах и целях, структуре, особенно с внедрением новых методов и технологий. Теоретико-методологические исследования в области геоинформатики и создания географических информационных систем (ГИС), развитие методов обработки данных дистанционного зондирования способствовали существенным преобразованиям и в картографии. Возникла новая отрасль картографии — геоинформационное картографирование (ГК), отражающее тесную взаимосвязь картографии, геоинформатики и дистанционного зондирования, развивающееся как прямое продолжение системного картографирования в новой геоинформационной среде.

Карта теперь предстает как образно-знаковая геоинформационная модель действительности. Аналоговые методы создания и использования карт уступают место новым электронным технологиям, основанием при разработке которых служат традиции атласного картографирования и опыт комплексных географических исследований. Основное назначение ГК — информационно-карто- графическое моделирование геосистем [Берлянт, 1997].

Возрастающий интерес к ГИС и ГК, применение которых вышло далеко за пределы географии, стремление к освоению технологий современных ГИС-пакетов требуют постоянного заострения внимания их пользователей и создателей на более глубоком понимании сущности и возможностей геоинформационных технологий. Это особенно важно для специалистов, исследующих природные и природно-общественные геосистемы, их развитие и устойчивость. Такое понимание должно базироваться на знаниях, с одной стороны — основных законов природы и их проявлений, с другой — основных положений и методов геоинформатики.

Интеграция картографии, геоинформатики и дистанционного зондирования благотворно сказывается на их развитии, обогащая каждую дисциплину в теоретико-методологическом и практическом

10 Введение

отношениях. Вместе они служат географам и геоэкологам наиболее надежным средством получения пространственно-временной информации, одним из самых эффективных инструментов моделирования и познания окружающего мира.

Интеграция научных дисциплин все отчетливее проявляется в учебном процессе при подготовке специалистов в области наук о Земле с высшим университетским образованием. За последние 15 лет существенный прогресс достигнут и в постановке системы картографического образования. В университетские образовательные программы введен блок новых учебных дисциплин «Геоинформатика и геоинформационное картографирование»: он включает теоретические и практические вопросы геоинформатики, геоинформационного картографирования, теории баз данных, компьютерной графики и обработки изображений, математико-картографического моделирования, цифровой фотограмметрии, картографии и телекоммуникации.

Овладевая новыми методами геоинформатики и геоинформационного картографирования будущие специалисты-картографы должны опираться на законы традиционного картосоставления, на знания, полученные в курсах «Картоведение», «Картографический метод исследования», «Математическая картография», «Проектирование и составление карт», «Оформление карт. Компьютерный дизайн», а также в курсах «Высшая математика и основы программирования», «Географическое дешифрирование». Сочетание традиционных и компьютерных технологий создания карт, знание правил работы с ГИС-пакетами и основных алгоритмов выполнения стандартных процедур, возможностей технических и программных средств освободят картографов от автоматических действий по подсказке авторов программных разработок.

Предлагаемый учебник написан на основе многолетнего опыта преподавания геоинформатики, основ геоинформационного картографирования и методов цифровой обработки изображений на кафедре картографии и геоинформатики географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова в рамках курсов «Геоинформатика» и «Основы геоинформационного картографирования», читаемых 5 - 7 семестрах по специальности «Картография», а также курсов «Основы геоинформатики и создание ГИС» и «Теория и практика цифровой обработки изображений» магистерской программы для

Введение i i

географов «Геоинформационные системы и дистанционное зондирование». По этим курсам в 1997-2004 гг. были изданы небольшими тиражами отдельные учебные пособия (см. список).

Содержание учебника условно подразделено на три взаимосвязанные части: «Геоинформатика», «Геоинформационное картографирование» и «Применение данных дистанционного зондирования в ГИС и ГК», что соответствует интеграционным тенденциям в развитии картографии.

В шести главах части «Геоинформатика» изложены фундаментальные понятия геоинформатики и ГИС, рассмотрены представления о географической информации и базах данных, о техническом и программном обеспечении ГИС и элементах геоинформационных технологий. Особое внимание уделено: этапам проектирования БД, требованиям к базам пространственных данных, проблемам контроля качества и распространения ошибок при интеграции в БД данных из разных источников, формированию инфраструктуры пространственных данных, географическому анализу и пространственному моделированию — наиболее важному для географов и картографов аспекту ГИС-технологий. Рассмотрены методы классификации, пространственного моделирования, включая построение поверхностей, определение местоположения и оптимального размещения объектов, моделирование пространственных распределений.

Вторая часть посвящена задачам и методам геоинформационного картографирования. Определяются общие принципы ГК как отрасли картографии, его географическое обеспечение, рассматриваются приоритетные направления и перспективы геоинформатики и ГК в связке: задачи — пространственно-определенная информация — моделирование и создание карт — программные и технические средства.

Изложены методы ГК, охватывающие проектирование и создание картографических баз данных, тематическое картографирование с применением ГИС-технологий пространственного анализа и моделирования, описанных в главе 5, выполнение автоматизированной генерализации; рассмотрены алгоритмические процедуры формализации процесса картографирования и особенности картографической визуализации пространственных данных в ГИС и ГК.

В третьей части представлены методы использования данных дистанционного зондирования (ДДЗ) как важнейшего источника

12 Введение

оперативной и современной информации для тематических слоев ГИС, геоинформационного картографирования и для поддержания данных в актуальном состоянии. Кратко даны физические основы ДДЗ, описаны типы снимков, понятия спектральной яркости объектов, определяющие параметры разрешения снимков — пространственное, радиометрическое, спектральное, временное. Рассматривается алгоритмическое обеспечение методов и ГИСтехнологий в области использования данных дистанционного зондирования: предварительной коррекции и подготовки изображений для визуального и компьютерного анализа; построения систем производных признаков для дешифрирования объектов разного типа на основе их спектральных характеристик; автоматизированной классификации для выполнения географического анализа и тематического картографирования по космическим снимкам.

При подготовке учебника использованы разработки по программе «Ведущие научные школы РФ» (НШ-8306.2006.5).

Автор искренне благодарит руководство географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова за постоянно оказываемое внимание к развитию геоинформационного направления научных исследований и образования, а также зав. кафедрой картографии и геоинформатики проф. А. М. Берлянта за поддержку на всех этапах подготовки рукописи к публикации.