Основы генерализации данных при проектировании разных уровней детализации в ГИС

Географическая карта имеет ряд отличительных качеств, которые включают в себя возможность обозревать и изучать географический объект любой площади и любого значения. Кроме того, карта способна передать свойства объекта в любом формализованном виде – уменьшать его или передавать в генерализованной форме.

Сущность генерализации - это отбор главного, существенного и его целенаправленное обобщение, которое представлено в виде изображения на карте, а также характерных особенностях, которые связаны с названием, масштабом и тематикой карты [5].

Широкое внедрение картографических методов в различные области науки и расширение круга решаемых проблем ставит перед картографией ряд задач, которые, как правило, решаются путем проектирования и картографирования. Населенные пункты являются важнейшим элементом содержания топографических карт и играют немаловажную роль для народнохозяйственной сферы. Необходимо учитывать тот факт, что населенные пункты являются центрами политического, хозяйственного и административного управления, узлами шоссейных и железных дорог.

Например, диапазон масштабов 1:10000 - 1:200000 предполагает отображение следующих элементов на карте:

• –    количество жителей, тип поселения, а также же его политическое и административное значение;

• -    внешние параметры, границы и размер населенного пункта, планировочное положение, с учетом зданий и выдающихся сооружений;

• -    характер планировки улиц и кварталов, конфигурация магистральных улиц, плотность застройки и жилых домов и т. д.;

• –    балки, пруды, озера, родники и т. д.

Для территории населенных пунктов требуется подробное и корректное изображение на карте.

Отображение обзорно-топографической карты включает в себя:

• –    обобщенные внешние контуры и планировка основных улиц;

• –    политико-административное значение и тип населенных пунктов;

• –    относительная плотность расположения населенного пункта.

Населенные пункты, в свою очередь, подразделяются на города, поселки городского типа, а также поселки, которые располагаются вблизи промышленных предприятий или железнодорожных станций [3]. Масштаб играет важную роль в отображении определенных типов объектов на топографических картах. Например, на обзорно-топографических картах в диапазоне масштабов 1:500000 - 1:1000000 уже не выделяются населенные пункты при ж/д станциях, а при масштабе 1:1000000 поселки городского типа не отображаются вовсе.

Все населенные пункты Российской Федерации подчиняются городским (поселковым и городским) и сельским (селам, поселкам, деревням, хуторам и др.) в соответствии с Градостроительным кодексом [2].

Необходимо отметить, что населенные пункты отличаются застройкой кварталов, которые включают в себя усложненные формы и простые. Топографические карты масштаба 1:500000 и 1:1000000 показывают в большинстве случаев лишь административные центры и крупные населенные пункты первого порядка, если говорить про численность населения, то здесь необходимо помнить о градации, которая указана в специальных документах. У каждого населенного пункта существует своя индивидуальная планировка, которая может быть регулярной, нерегулярной или смешанной [4].

Действительно, генерализации населенных пунктов - это процесс строгого соблюдения всех содержательных и пространственно-структурных признаков.

Генерализация изображения населенных пунктов включает в себя:

• –    отбор и выявление населенной территории;

• –    обобщение количественных и качественных характеристик;

• -    возможная замена некоторых явлений или элементов, которые формируют структуру населенного пункта, их собирательные пространственные понятия и т. д.

Существует два основных метода составления картографической продукции – традиционный и автоматизированный. Традиционный метод предполагает ручное составление картографической продукции, автоматизированные основываются на работе картографических систем и т. д.

Для создания карты населенных пунктов с разной степенью генерализация данных в работе была использована среда ArcGIS [6]. Программное обеспечение ArcGIS производит выполнение любой сложности задач географической информационной системы (ГИС). Актуальность данной программы подтверждается тем, что ежедневно многие организации и обычные пользователи используют технологии данную ГИС для решения различного рода проблем, анализа географической связанной информации и т.д.

Информационное программное обеспечение ArcGIS применяется в различных областях, в зависимости от поставленных задач. Подобный способ использования ArcGIS указывает непосредственно на проект ГИС. В некоторых случаях ArcGIS - это многопользовательская система, которая решает текущие задачи в области географии и картографии. В свою очередь, многопользовательские ГИС включают в себя ГИС организаций, ГИС отделов, которые соответствуют уровню сложности.

Алгоритм генерализации данных при проектировании разных уровней детализации в ГИС будет реализован в среде ArcMap [7]. ArcMap – ГИС-среда, которая используется для решения многих задач, применимые к редактированию и созданию карты в целом. Для начала необходимо создать новый проект и открыть ArcCatalog. ArcCatalog, в свою очередь, управляет хранением пространственных данных, структурой баз данных, а также просмотром и записью метаданных. ArcCatalog представляет собой дерево, где находятся данные о районах Волгоградской области текущего проекта. Эти данные поочередно были добавлены на карту, представленные в формате шейп-файлов в географической системе координат WGS-84. Следующим шагом необходимо выбрать шейп-файлы для построения карты населения городского округа город Михайловке. В данный проект добавлены следующие слои: точечные (населенные пункты, здания и т. д.), линейные (реки, водопроводы) и полигональные (районы Волгоградской области, озера и т. д.).

Методика генерализации данных при проектировании разных уровней детализации ГИС на примере текущего проекта включает в себя следующие этапы:

• 1.    Создание нового точечного шейп-файла, в котором заложена необходимая информация относительно населения городского округа город Михайловка. В работе были использованы данные переписи населения 2010 г.

• 2.    Для того чтобы внести все требуемые данные касаемо численности населения, названия сельсоветов и т. д. необходимо открыть таблицу атрибутов слоя «Население». При выключенном режиме редактора ввести все необходимые значение в поле “Name” и “Population”.

• 3.    Следующим шагом является классификация данных по численности населения. Через свойства слоя необходимо открыть вкладку «Символы» - «Количество» - «Классифицировать». Классификация была проведена методом «Естественные границы».

• 4.    Далее необходимо перейти к цели нашей работы. Просмотр детализации данных при разной степени генерализации. В данном проекте выставлены четыре основных масштаба. Диапазон масштабов: 1:100000; 1:1000000; 1:2500000.

• 5.    Для начала визуализируем работу с масштаба 1:100000, где представлена территория только г.о. Михайловка и подчиненные его администрации населенные пункты (см. рис. 1). В данном масштабе отчетливо видна планировочная структура городского круга и четко представлена гидрографическая сеть.

• 6.    В масштабе 1:1000000 видно уже всю территорию городского округа город Михайловка и близлежащих районов (см. рис. 2). Так же в зоне видимости очертания планировочной структуры города, р. Медведицы и т. д.

• 7.    Непосредственно сам переход от масштаба 1:1000000 к масштабу 1:2500000, который характеризуется слиянием контуров линейных объектов и т.д. (см. рис. 3).

• 8.    Линейные объекты, в том числе гидрографическая сеть, становятся практически незаметными. Кроме того, происходит геометрический процесс упрощения линий благодаря алгоритму Дугласа-Пекера [1]. В масштабе 1:2500000 отображаются пунсоны, которые хранят в себе классификацию населения г.о. Михайловка.

Рис 1. Карта городского округа город Михайловка в масштабе 1:100 000 [6]

Рис. 2. Карта городского округа город Михайловка в масштабе 1:1000000 [6]

Рис. 3. Карта городского округа город Михайловка в масштабе 1:2500000 [6]

Таким образом, получены 3 карты городского округа город Михайловка в разных масштабах. В ходе изучения процесса генерализации непосредственно в программе ArcGIS были получены знания, которые могут применяться в дальнейших работах; был выполнен анализ базы данных об объектах (проектирование базы данных, ввод и загрузка данных в базу и управление базой данных). Кроме того, был реализован анализ процесса генерализации на каждом из уровней детализации.