Картография и геоинформационные системы (ГИС)

Картография и геоинформационные системы (ГИС) Ст. преподаватель кафедры СКСТ ФХТ, к. г. н. И. В. Архипова

Картография • наука о картах как особом способе изображения действительности, их создании и использовании. Международной картографической ассоциации

Формы картографии • наука об отображении и познании явлений природы и общества посредством карт; • область техники и технологии создания и использования картографических произведений; • отрасль производства, выпускающая картографическую продукцию (карты, атласы, глобусы и др. ).

Структура картографии • Общая теория картографии • Математическая картография изучает способы отображения поверхности Земли на плоскости. • Проектирование и составление карт • Картографическая семиотика — разрабатывает язык карты, методы построения картографических знаков, правила их использования. • Оформление карт (картографический дизайн) • Экономика и организация картографического производства • Издание карт • Использование карт • Картографическая информатика • Картографическая топонимика — изучает географические названия, их смысловое значение с точки зрения правильной передачи на картах.

Виды картографирования • по объекту — астрономическое, планетное и земное (картографирование суши и океанов); • по методу — наземное, аэрокосмическое и подводное; • по масштабу — крупно-, средне- и мелкомасштабное; • по уровню обобщения — аналитическое, комплексное и синтетическое; • по степени автоматизации — ручное, автоматизированное • (интерактивное) и автоматическое; • по оперативности — базовое и оперативное.

Исторический процесс в картографии 1 этап - Рисование на камне, дереве, папирусе, ткани визуальные наблюдения и глазомерные оценки, применение геодезических инструментов для измерения длин и углов

1. "гора" 10. Bit Yakin 2. "город" 11. "город" 3. Урарту 12. Habban 4. Ассирия 13. Вавилон, разделяемый 5. Der Евфратом на две части 6. ? 14 - 17. Океан (солёная вода) 7. болото 18 - 22. Мифологические объекты 8. Элам 23 - 25. неподписанные объекты 9. канал Вавилонская карта мира

2 этап (с III в. до н. э. ) - составление рукописных карт на бумаге Древнейшая из известных карт была начертана на глиняной табличке около 2250 г. до н. э. Рукописная карта Сибири.

• В IV веке до н. э. возникло учение о шарообразности Земли. Появились первые понятия о климатических зонах и географической широте. В 250 г. до н. э. Эратосфен определил с помощью геометрических построений радиус Земли с ошибкой около 15 %. Он же ввёл линии широты и долготы на картах.

• Гиппарх развил учение о широте и долготе и разработал первые картографические проекции. • Клавдий Птолемей составил справочник по координатам различных точек и учебник по составлению карт. Труды Птолемея были вершиной древнегреческого картографического знания.

В сер. XIV в. началась эпоха ВГО - использование карт для путешествий и навигации 3 этап (с н. XII в. - XIII в. ) - внедрение оптических астрономо-геодезических приборов Электронный Спутниковый теодолит приёмник для определения координат точки Одна из ранних стояния конструкций теодолита

Известные картографы Эпохи великих географических открытий XV век: Монах Никола Герман добавил новые карты для «Geographica» Птолемея. 1492: М. Бехайм - глобус земного шара, без Америки. 1500: Хуан де ла Коса - картографическое представление Америки. 1504: П. Рейнель - морская карта со шкалой широт. 1507: Всемирная карта Мартина Вальдземюллера, использовал термин Америка 1513: Пири Рейс - карта мира с Южным континентом 1519: Португальские картографы создали набор карт, известный сегодня как Атлас Миллера. 1569: Герард Меркатор, стремясь сделать отображение мира на картах «правильно выглядящим» , разработал проекцию с исп. математических формул. 1570: А. Ортелий опубликовал 1 ый современный атлас. 1715: Герман Молл опубликовал «Карту Бобра» - Северной Америки. 1763 -1767: Дж. Кук зарисовывает на карту Ньюфаундленд

ØГлобус – старейший из сохранившихся до наших дней. Ø задумывался как образец для Он изготовления последующих типографским способом. ØНюрнбергский учитель математики Рупрехт Кольбергер обтянул глиняный шар тканью. Затем художник Георг Глоккендон разрисовал его, взяв за основу карту, купленную Бехаймом в Португалии. «Земно е я блоко» Ма ртина Бе хайма

• После открытия Америки Колумбом в 1492 г. в картографии новые успехи - появился целый новый континент для исследования и изображения. • Очертания американского континента стали ясны уже к 1530 -м гг.

• В 1492 г. на корабле «Санта- Мария» , Хуан де ла Коса поплыл под командованием Колумба на поиски западного пути в Китай. • 1498 г. изготовил карты, на которых появились очертания Нового света. • Сохранилась из них лишь одна - Mappa Mundi. • Она хранится в Военно- морском музее Мадрида. Карта, составленная де ла Косой 1500 г.

Карта Вальдземюллера • Карта напечатана на 12 деревянных секциях, каждая размером 46× 62 см. • Является одной из первых карт с точно нанесёнными показаниями широты и долготы, а также первой картой, на которой появилось название «Америка» .

4 этап (с сер. XV в. ) - карты как средство накопления и обобщения знаний Первый атлас Земного шара - А. Ортелий. Меркатор создал картографию как науку: разработал теорию картографических проекций и систему обозначений. Полностью атлас Меркатора был напечатан только Карта Европы Меркатора после его смерти

Успехи картографии • XVIII в. – картографирование Вост. и Сев. Азии, Австралии, Сев. Америки и т. д. • XVIII века - разработка способов измерения высот над уровнем моря и способов изображения высот на картах. Первые топографические карты были сняты в XVIII веке во Франции.

Развитие картографии в к. XIX-н. XX вв. • В к. XIX в стали производиться точные инструментальные съёмки на больших пространствах и издаваться настоящие топографические карты различных государств в крупных масштабах. • К н. XX в съёмка мелкомасштабных топографических карт большинства государств ещё не была закончена. • Карты мира завершена к сер. XX в.

История картографии в России • Уже в допетровскую эпоху было известно искусство составления географических чертежей

• О старинных русских чертежах можно получить понятие из карты Сибири, составленной в 1667 г. по приказанию Годунова, из сибирского чертежа Ремезова 1701 г. и из нескольких чертежей отдельных местностей конца XVII в. , сохранившихся в русских архивах. • Эти карты были первыми сколько-нибудь удовлетворительными генеральными картами России. • Попытки к их составлению делались на Западе: – карта Бернардо Агнезе 1525 г. сохранившаяся в венецианском архиве и основанная на расспросных сведениях; – карта Герберштейна, который пользовался и русским чертежом и русскими дорожниками.

История картографии в России • Большой Чертеж, послужил для составления карты, над которой трудился царевич Фёдор Борисович Годунов и на основании которой были изданы в 1612 -14 гг. карты Массы и Герарда в Голландии. «Большой Чертеж» , XVI век

• Со времён Петра I начинается и история русской картографии. • Пётр I посылал для съёмок геодезистов (Кожин Никита) и морских офицеров и выписал из-за границы для издания карт граверов Шхонебека и Пикара. • Картографические материалы в его время собирались в Сенат, секретарь которого И. Кирилов был большой любитель географии. • в 1745 г. , благодаря ему, был издан первый русский географический атлас из 19 карт

• При Екатерине II составление и издание карт перешло в Академию наук. • Был издан атлас (в котором до 70 пунктов уже было определено астрономически). • Множество картографических данных было собрано в эпоху Екатерины II путешественниками, а также благодаря генеральному межеванию. • При Павле I составление карт перешло в военное ведомство и при Александре I приурочено к Главному штабу, при котором в 1822 г. был учреждён корпус военных топографов. • К эпохе Александра I относятся первые триангуляции в России. • После основания Пулковской обсерватории, при Николае I, геодезия и картография в России сделали значительные успехи - составлена (1846 г. ) 3 -хверстной топографической карты западных губерний. • При Александре II листы этой карты стали поступать и в продажу, и в то же время была издана 10 -верстная карта Европейской России, ряд карт по Азиатской России (Кавказу, Средней Азии), многие специальные карты. • С этого же времени возникла и частная картографическая деятельность.

• В 1900 -х гг. карты стали более подробными благодаря улучшениям печати и фотографии, которые сделали производство карт дешевле и проще. • Стала возможной аэрофотосъемка, которая позволяла фотографировать большие площади. Кроме того, с сер. 1990 -х гг. , использование компьютеров в картографировании, помогло хранить, сортировать и упорядочивать данные для составления карт в целях создания картографических проекций.

Основные вехи развития XX в. Инструментарий Методы и технологии Направления издания карт использования карт Изобретение • Фотограмметрические Карты как инструмент АФА и др. технологии. моделирования и средств ДЗ, • Фотохимические и познания окружающего применение фотокопировальные мира аэрокосмических процессы. съемок Создание Цифровые технологии, Карты как средство электронной формирование баз и БД, коммуникации геодезической геоинформационное аппаратуры картографирование Применение Составление карт в Картографирование как глобальных компьютерных сетях, основа системной систем виртуальное организации картографирование пространственной информации и принятия управленческих решений

Технологии издания карт • Первые карты были сделаны вручную с помощью кистей и пергамента и, следовательно, были разнообразны по качеству, а также ограниченными в распространении. • Появление компаса, типографии, телескопа, секстанта, квадранта и нониуса позволило создавать более точные карты и дало возможность делать точные репродукции. • Достижения в фотохимической технологии - литографические и фотохимические процессы, позволили создавать не искажающие форму карты, которые содержали мелкие детали и были устойчивыми к влаге и износу. Это также устраняет необходимость гравировки, что позволило ещё больше сократить время необходимое для воспроизведения карты. • В сер. и к. XX века достижения в области электронных технологий привели к новой революции в области картографии. Особенно такие устройства как, плоттеры, принтеры, сканеры, аналитические стерео плоттеры, которые наряду с визуализацией, обработкой изображений, пространственным анализом и управлением базами данных, сделали производство карт более простым, в частности, позволили производить карты, с различными характеристиками, без необходимости гравировки новой печатной пластинки.

• ГИС - ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА, ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ РАБОТЫ С РАЗЛИЧНЫМИ ПО СОДЕРЖАНИЮ • ПРОСТРАНСТВЕН- НЫМИ ДАННЫМИ

• Пространственные данные- это географически привязанные в пространстве данные, получаемые при выполнении геодезических, картографических, геологических, строительных, землеустроительных, лесоустроительных и других работ.

Что такое геоинформационная система? Профессиональная ГИС Internet-ГИС ГЕОДАННЫЕ Открытая ГИС САПР - ГИС Встроенная ГИС (GPS) Настольная ГИС

Аппаратные средства Данные СТРУКТУРА ГИС Программное обеспечение Геоинформационный Map. Info, менеджмент ARC/Info, Auto. CADMap

Ситуация по заболеваемости клещевыми инфекциями в Алтайском крае Клещевой энцефалит Сибирский клещевой риккетсиоз

Природные предпосылки для существования клещей на территории Алтайского края

• ГИС хранит информацию в виде тематических слоев и баз данных, связанных с картами. Содержит сведения о пространственном положении – привязку к географическим координатам или ссылки на адрес и табличные данные

атрибут Табличные данные запись

Для чего мне нужны ГИС-технологии?

Области применения ГИС Водопользование Землепользование Инженерная Транспорт База данных инфраструктура ГИС Лесопользование Охрана ОС Предотвращение ЧС

Сахалин на рекламных проспектах

Примеры использования ГИС-технологий в исследованиях студентов Фрагмент схемы

Ситуационная карта-схема с. Топчиха с изолиниями расчётных концентраций (группа суммации: аммиак+дигидросульфид (сероводород)+формальдег ид)

• ВОПРОСЫ СОЗДАНИЯ ИНФРАСТРУКТУР ПРОСТРАНСТВЕННЫХ • СТУДЕНТОВ ГЕОГАФИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА

• Инфраструктура пространственных данных (ИПД): информационная система, обеспечивающая доступ заинтересованных лиц к информации о имеющихся геоинформационных ресурсах. • Метаданные – данные о данных

• Создание единого информационного пространства требует решения ряда задач. • 1 этап - • интеграция разрозненных БД через создание единой инфраструктуры пространственных данных (на уровне группы, курса, факультета)

• 2 этап - • Формирование общего каталога

• 3 этап - • обеспечивающая доступ заинтересованных лиц к информации о имеющихся геоинформационных ресурсах

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!