Использование карт и картографический метод исследования. Картографический метод исследования в системе «создание и использование карт»

Географические карты, уменьшенные обобщённые изображения земной поверхности на плоскости, показывающие размещение, сочетания и связи природных и общественных явлений, отбираемых и характеризуемых в соответствии с назначением данной карты. Определение Географические карты только как чертежа земной поверхности недостаточно, так как Географические карты могут отображать самые разнообразные природные и социально-экономические явления. Географические карты способны передавать пространственные изменения этих явлений во времени. Для Географические карты свойственны: особый математический закон построения (картографические проекции), изображение явлений посредством особой знаковой системы - картографических символов (картографических знаков), отбор и обобщение изображаемых явлений (генерализация картографическая). Географические карты закономерно рассматривать как наглядные образно-знаковые модели. Им присущи основные черты моделей вообще: отвлечение от целого для исследования части - конкретной территории, конкретных явлений и процессов; упрощение, состоящее в отказе от учёта множества характеристик и связей и в сохранении некоторых, наиболее существенных; обобщение, имеющее в виду выделение общих признаков и свойств, и др. Картографический метод исследования - метод применения карт для научного и практического познания изображенных на них явлений. Картографический метод используют для исследования закономерностей пространственного размещения явлений, их взаимосвязей, зависимостей и развития. Многообразие приёмов анализа и обработки карт, свойственное Картографический метод, можно объединить в следующие основные способы: 1. Визуальный анализ, заключающийся в непосредственном зрительном исследовании по картам пространственного размещения, сочетаний, связей и динамики явлений. 2. Графические приёмы анализа, состоящие в построении по картам профилей и разрезов (дающих наглядное представление о вертикальной структуре явлений), блок-диаграмм (совмещающих перспективное изображение местности с её вертикальными разрезами), различного рода графиков и диаграмм (например, гипсографических кривых) и т. п. 3. Картометрические работы, заключающиеся в определении по картам координат, расстояний, длин, высот, площадей, объёмов, углов и др. количественных характеристик объектов, изображенных на карте (с оценкой точности получаемых результатов). 4. Математико-статистический анализ, применяемый: а) для исследования по картам любых однородных явлений (температур воздуха, плотности сельского населения, урожайности и т. п.), их размещения и временных изменений, определяемых многими факторами с неизвестной функциональной зависимостью; б) для выяснения формы и тесноты связей между различными явлениями (посредством вычисления корреляционных зависимостей -- коэффициентов корреляции, корреляционных отношений и т. д.). 5. Математическое моделирование, имеющее целью создание пространственных математических моделей, т. е. математическое описание явлений (или процессов) по исходным данным, снятым с карты, и последующее исследование моделей для интерпретации и объяснения явлений; в частности, разработана методика составления аппроксимирующих уравнений поверхностей -- реальных (например, рельефа земной поверхности) или абстрактных (например, годового слоя осадков). 6. Переработка (преобразование) карт для получения производных карт, специально предназначаемых и удобных для конкретного исследования (например, составление по гипсометрической карте производной карты крутизны склонов для изучения и прогнозирования процессов эрозии). Процесс «создание - использование карт» рассматривается как единая система картографического метода познания (Салищев). В теоретической картографии доказано существование 2-х картографических образов - первый создается в представлении картографа и воплощается в карту, второй формируется у потребителя при работе с картой. Отсюда следует существование 2 методов - картографического метода отображения действительности (создание карт) и картографического метода исследования действительности (использование карт). Задача первого метода - создание картографической модели, второго - ее апостериорное использование. Процесс «создание-использование карт» представляется как система с многочисленными прямыми и обратными связями.

Надежность картографического метода - это его способность обеспечивать верное решение поставленной задачи.

Иными словами, чем ближе к истине полученный результат, тем надежнее исследование. Оценка надежности - довольно сложная и часто неопределенная задача, поскольку погрешность результата зависит от многих причин, из которых одни выявляют, пользуясь методами теории ошибок, картометрии и математической статистики, а другие не имеют точных оценок, и судить о них можно лишь с учетом навыка, опыта, научной зрелости исследователя и других субъективных факторов.

Многообразие научных и практических задач, решаемых с помощью картографического метода исследования, всякий раз требует особого подхода к оценке надежности, поэтому универсальные критерии вряд ли применимы. Тем не менее можно указать причины и основные источники ошибок:

Концептуальные - неточность, неполнота и другие недостатки исходных концепций, неверная интерпретация результатов;

Коммуникационные - ошибки исполнителей, непонимание или неправильное восприятие мыслей, идей, нечеткость формулировок задания, выводов;

Географические - неопределенность или условность пространственных границ и временных пределов самих объектов, изучаемых по картам, приближенные представления о тенденциях их изменения во времени и пространстве и т.п.;

Картографические - неточность карт, по которым ведутся исследования, их неполнота, устарелость;

Технические - погрешности измерений, несовершенство инструментов и оборудования, алгоритмов и программ, незащищенность баз данных.

Многие неточности и ошибки неизбежны, но исследователь всегда должен пытаться учесть их. Важно помнить, что ошибки и неточности появляются на всех этапах исследования - при постановке задач, подготовительных работах, в процессе проведения самого исследования и на заключительном этапе интерпретации результатов.

По точности получаемых результатов все исследования по картам делят на три группы.

Точные исследования, при которых измерения и вычисления выполняют с максимально возможной точностью. При этом стараются тщательно учесть и исключить все ошибки, проводят неоднократные контрольные измерения и независимые вычисления.

Исследования средней точности, когда по условиям работы принимается, что погрешность результата не должна превышать определенного допустимого предела. Тогда погрешности, меньшие заданной точности, вообще не учитываются, что снижает трудоемкость и сокращает сроки работ. Заметим, что избыточная точность, не оправданная практическими целями исследования, - это серьезный методический просчет. Погрешности определения длин и площадей при измерениях средней точности доходят до 3-5%, а углов - до 3°. В географических исследованиях, как показывает опыт, такой уровень точности оказывается вполне приемлемым.

Приближенные исследования, выполняемые с невысокой точностью, обычно нужны для предварительных оценок и прикидок. Их проводят без использования точных инструментов, часто визуальным путем. Ошибки измерения длин и площадей при этом составляют 6-10%, а углов - до 8°. Приближенные определения позволяют правильно спланировать дальнейшие, более точные исследования.

Исследования по картам выполняют для изучения размещения и пространственно-временной структуры явлений и процессов, их взаимных соотношений и связей, определения тенденций развития и динамики, получения всевозможных количественных характеристик и оценок, проведения районирования и классификаций, прогноза изменений во времени и пространстве.

Исследования по картам, как и любые другие исследования, включают

несколько этапов:

– постановка задачи – формулирование цели, выделение подзадач, определение требований к точности;

– подготовка к исследованию – выбор картографических источников,

методов, технических средств, алгоритмов и т. п.;

– собственно исследование – получение предварительных, а затем окончательных результатов и рекомендаций, их оценка, создание новых карт;

– интерпретация результатов – содержательный анализ, формирование выводов и рекомендаций, оценка их надежности.

Исследование по картам – это всегда более или менее формализованная процедура. На всех этапах ей должен сопутствовать содержательный географический анализ получаемых результатов, соотнесение их с реальной ситуацией и, если необходимо, корректировка сомой процедуры исследования.

Изучение по картам структуры явлений и процессов – это выявление и анализ их элементов, размещения в пространстве, конфигурации, порядка (уровня) и иерархии. Конечная цель исследования всегда состоит в познании пространственной организации геосистем, их генезиса. Анализ и количественная оценка внутренних и внешних связей и взаимозависимостей между геосистемами, подсистемами и отдельными компонентами – одна из центральных задач наук о Земле.

По разновременным картам, на которых одни и те же объекты изображены в разные моменты времени, можно изучать динамику явлений и процессов, т. е. их возникновение, развитие, изменение во времени и перемещение в пространстве.

Сравнение разновременных карт и карт разной тематики позволяет

перейти к прогнозам на основе выявленных взаимосвязей и тенденций развития явлений.

Прогноз по картам рассматривается как изучение явлений и процессов, недоступных современному непосредственному исследованию.

Существуют три вида прогноза по картам :

– прогноз во времени, основанный на изучении динамических тенденций по разновременным картам;

– прогноз в пространстве, опирающийся на взаимосвязи и аналогии,

установленные по картам разной тематики;

– пространственно-временной прогноз, сочетающий оба названные

выше вида прогноза и позволяющий предсказать тенденции развития и эволюции явления в прогнозируемом пространстве

О надежности исследований по картам 257

щественно лишь то, что предсказываемое явление недоступно пря­мому изучению в настоящее время.

В основе прогноза лежат картографические экстраполяции,

понимаемые в широком смысле как распространение закономер­ностей, полученных в ходе картографического анализа какого-либо явления, на неизученную часть этого явления, на другую террито­рию и (или) на будущее время. Картографические экстраполяции, как и любые другие (математические, логические), не универсальны. Их достоинство в том, что они хорошо приспособлены для про­гнозирования и пространственных, и временных закономернос­тей. В практике прогнозирования по картам широко применяют также известные в географии методы аналогий, индикации, экс­пертные оценки, расчет статистических регрессий и др. Существуют три вида прогноза по картам:

прогноз во времени, основанный на экстраполяции динами­ческих тенденций, выявленных по разновременным картам;

прогноз в пространстве, опирающийся на взаимосвязи и ана­логии, установленные по картам разной тематики;

пространственно-временной прогноз, сочетающий оба назван­ных выше вида прогноза и позволяющий предсказать тенден­ции развития и эволюции явления в прогнозируемом про­странстве.

При картографической экстраполяции особое значение при­обретают карты фоновых поверхностей (см. разд. 13.2). С их помо­щью можно предсказать главные, определяющие, фоновые черты явления, не вдаваясь в детали, частности и возможные случайные отклонения. Карты фоновых поверхностей в равной мере пригод­ны для прогноза во времени и пространстве. Так, имея серию фо­новых поверхностей ФП-А, ФП-В, ..., ФП-1Ч, можно с помощью регрессионных моделей экстраполировать значение ФП-И+О, где N+(2 - прогнозируемая поверхность (если дается прогноз в про­странстве) или прогнозируемое состояние (если речь идет о про­гнозе во времени). Кроме того, модели фоновых поверхностей при­менимы и для интерполяции. По серии карт ФП-А, ФП-В, ..., ФП^ можно рассчитать поверхность ФП-К, где значение К на­ходится в интервале А < К < N.

Географические прогнозы во времени классифицируют по уп­реждению или заблаговременности. Различают прогнозы долгосроч­ные (несколько десятилетий), среднесрочные (10-15 лет), крат­косрочные (три-пять лет) и сверхкраткосрочные (менее года). Это

деление, однако, достаточно условно. Многое зависит от природы

самого явления (см. разд. 8.6).

Достоверность прогнозных карт зависит от заблаговременности

и дальности экстраполяции, характера самого явления, его стабиль­ности или подвижности, цикличности, от достоверности и полноты исходных карт, а также от устойчивости выявленных- тенденций, тесноты взаимосвязей, что во многом определяется самой методи­кой прогнозирования. В зависимости от степени достоверности раз­личают карты предварительного, вероятного и весьма вероятного прогноза, а также карты перспективного расчета (см. разд. 8.5).

13-6. О надежности исследований по картам

Надежность картографического метода - это его способность обеспечивать верное решение поставленной задачи. Иными словами, чем ближе к истине полученный результат, тем надежнее исследование. Оценка надежности - довольно слож­ная и часто неопределенная задача, поскольку погрешность ре­зультата зависит от многих причин, из которых одни выявляют, пользуясь методами теории ошибок, картометрии и математичес­кой статистики, а другие не имеют точных оценок, и судить о них можно лишь с учетом навыка, опыта, научной зрелости исследо­вателя и других субъективных факторов.

Многообразие научных и практических задач, решаемых с по­мощью картографического метода исследования, всякий раз тре­бует особого подхода к оценке надежности, поэтому универсаль­ные критерии вряд ли применимы. Тем не менее можно указать причины и основные источники ошибок:

концептуальные - неточность, неполнота и другие недостатки исходных концепций, неверная интерпретация результатов;

коммуникационные - ошибки исполнителей, непонимание или неправильное восприятие мыслей, идей, нечеткость фор­мулировок задания, выводов;

географические - неопределенность или условность простран­ственных границ и временных пределов самих объектов, изу­чаемых по картам, приближенные представления о тенден­циях их изменения во времени и пространстве и т.п.;

картографические - неточность карт, по которым ведутся исследования, их неполнота, устарелость;

258 Глава XIII. Исследования по картам

♦ технические - погрешности измерений, несовершенство ин­струментов и оборудования, алгоритмов и программ, неза­щищенность баз данных.

Многие неточности и ошибки неизбежны, но исследователь всегда должен пытаться учесть их. Важно помнить, что ошибки и неточности появляются на всех этапах исследования - при поста­новке задач, подготовительных работах, в процессе проведения самого исследования и на заключительном этапе интерпретации результатов.

По точности получаемых результатов все исследования по кар­там делят на три группы.

Точные исследования, при которых измерения и вычисления выполняют с максимально возможной точностью. При этом стара­ются тщательно учесть и исключить все ошибки, проводят нео­днократные контрольные измерения и независимые вычисления. Например, при точных исследованиях погрешности измерения длин и площадей по картам не должны превышать 1%, а углов - Г.

Исследования средней точности, когда по условиям работы принимается, что погрешность результата не должна превышать определенного допустимого предела. Тогда погрешности, меньшие заданной точности, вообще не учитываются, что снижает трудоем­кость и сокращает сроки работ. Заметим, что избыточная точность, не оправданная практическими целями исследования, - это серьез­ный методический просчет. Погрешности определения длин и пло­щадей при измерениях средней точности доходят до 3-5%, а уг­лов - до 3°. В географических исследованиях, как показывает опыт, такой уровень точности оказывается вполне приемлемым.

Приближенные исследования, выполняемые с невысокой точ­ностью, обычно нужны для предварительных оценок и прикидок. Их проводят без использования точных инструментов, часто визу­альным путем. Ошибки измерения длин и площадей при этом со­ставляют 6-10%, а углов - до 8°. Приближенные определения по­зволяют правильно спланировать дальнейшие, более точные ис­следования.

Надежность картографического метода - это его способность обеспечивать верное решение поставленной задачи. Иными словами, чем ближе к истине полученный результат, тем надежнее исследование. Оценка надежности - довольно слож­ная и часто неопределенная задача, поскольку погрешность ре­зультата зависит от многих причин, из которых одни выявляют, пользуясь методами теории ошибок, картометрии и математичес­кой статистики, а другие не имеют точных оценок, и судить о них можно лишь с учетом навыка, опыта, научной зрелости исследо­вателя и других субъективных факторов.

Многообразие научных и практических задач, решаемых с по­мощью картографического метода исследования, всякий раз тре­бует особого подхода к оценке надежности, поэтому универсаль­ные критерии вряд ли применимы. Тем не менее можно указать причины и основные источники ошибок:

♦ концептуальные - неточность, неполнота и другие недостатки исходных концепций, неверная интерпретация результатов;

♦ коммуникационные - ошибки исполнителей, непонимание или неправильное восприятие мыслей, идей, нечеткость фор­мулировок задания, выводов;

♦ географические - неопределенность или условность простран­ственных границ и временных пределов самих объектов, изу­чаемых по картам, приближенные представления о тенден­циях их изменения во времени и пространстве и т.п.;

♦ картографические - неточность карт, по которым ведутся исследования, их неполнота, устарелость;

258 Глава XIII. Исследования по картам

♦ технические - погрешности измерений, несовершенство ин­струментов и оборудования, алгоритмов и программ, неза­щищенность баз данных.

Многие неточности и ошибки неизбежны, но исследователь всегда должен пытаться учесть их. Важно помнить, что ошибки и неточности появляются на всех этапах исследования - при поста­новке задач, подготовительных работах, в процессе проведения самого исследования и на заключительном этапе интерпретации результатов.

По точности получаемых результатов все исследования по кар­там делят на три группы.

Точные исследования, при которых измерения и вычисления выполняют с максимально возможной точностью. При этом стара­ются тщательно учесть и исключить все ошибки, проводят нео­днократные контрольные измерения и независимые вычисления. Например, при точных исследованиях погрешности измерения длин и площадей по картам не должны превышать 1%, а углов - Г.

Исследования средней точности, когда по условиям работы принимается, что погрешность результата не должна превышать определенного допустимого предела. Тогда погрешности, меньшие заданной точности, вообще не учитываются, что снижает трудоем­кость и сокращает сроки работ. Заметим, что избыточная точность, не оправданная практическими целями исследования, - это серьез­ный методический просчет. Погрешности определения длин и пло­щадей при измерениях средней точности доходят до 3-5%, а уг­лов - до 3°. В географических исследованиях, как показывает опыт, такой уровень точности оказывается вполне приемлемым.

Приближенные исследования, выполняемые с невысокой точ­ностью, обычно нужны для предварительных оценок и прикидок. Их проводят без использования точных инструментов, часто визу­альным путем. Ошибки измерения длин и площадей при этом со­ставляют 6-10%, а углов - до 8°. Приближенные определения по­зволяют правильно спланировать дальнейшие, более точные ис­следования.