Все географические карты лгут - Марк Монмонье

12. Ортокарты: создай свою картинку

Ортографические карты – это картинки, очень похожие на цифровые фотографии. Они появились с возникновением аэрофотосъемки, в которой расположенная на высоте и движущаяся камера ловила изображения участков местности на светочувствительном стекле или пленке. Добавление линий и символов делает аэрофотоснимок подобием нормальной карты, а его обработка с помощью электронных программ добавляет снимку точности по мере того, как сканер конвертирует изображение в сетку пикселей, или малейших элементов картинки, каждый из которых имеет свой цифровой код, описывающий малейший участок поверхности. Цифровые карты могут воспроизводиться на мониторе компьютера или другого электронного устройства, проецироваться на экран, распечатываться на принтерах, увеличиваться при помощи электронных программ для подчеркивания контрастов или выделения определенных объектов, они могут также трансформироваться геометрически (ортотрансформация) для ликвидации такого явления, как смещение рельефа (см. главу 3). Цифровые карты часто включают в себя изображения исторических памятников, которые с готовностью сканируются коллекционерами, горящими желанием поделиться ими онлайн, цифровые картинки, снятые со спутников, а также снимки метеорологической обстановки.

В этой главе коротко рассматриваются структура, содержание и направления использования ортокарт; рассказывается о том, чем они отличаются от других карт, как они совершенствуются и как они могут и открыть, и исказить то, что обычно принимается за истину. Будучи неправильно расшифрованными и интерпретированными, такие карты могут даже стать причиной войн.

Сетки, сенсоры и платформы

Ортокарты составляются, хранятся, обрабатываются и демонстрируются в качестве растровых данных. Этот термин инженеры-электронщики заимствовали из латинского слова, обозначающего мотыгу (raster), для описания параллельных линий, возникающих в катодной лучевой трубке. Растровые данные обычно организуются в матрицы чисел или пикселей, располагающихся по строкам и столбцам, в противоположность векторным данным, в которых объекты карты представлены точками, описываемыми прямоугольными координатами (X, Y). Растровые данные идеально подходят для описания всех частей обширных регионов. В них каждому пикселю соответствует одно или несколько чисел. Векторные же данные больше соответствуют задачам отображения отдельных объектов карты, таких как дороги, административные границы и т. п.

На илл. 12 на вклейке показано принципиальное различие между векторными и растровыми координатами. Оба изображения здесь покрывают один и тот же район в городе Бат, штат Мэн, расположенный вдоль реки Кеннебек-Ривер. Слева находится обычная топографическая линейная карта, называемая так, поскольку ее символами являются в основном контуры рельефа и линии, показывающие дороги, водные потоки, берега и административные границы, а также периметры застроенных территорий (светло-красный цвет) и лесистой местности (зеленый цвет). Справа представлена ортокарта того же района, скорректированная на предмет исключения смещения рельефа. Она дает более детальное и менее интерпретированное изображение местности и предоставляет гораздо более информативную картину для тех, кто интересуется крупным судостроительным предприятием Bath Iron Works, расположенным на западном берегу реки, сразу к югу от моста. Если вы посмотрите внимательно, то увидите несколько военных кораблей, находящихся в стадии строительства или зашедших для ремонта. Одновременно на этой ортокарте вы можете обнаружить границы отдельных участков и другие элементы межевания в районе, которых нет на топографической карте. Зато последняя значительно четче отображает ратушу, школы, церкви и другие заметные сооружения города. Как видно из этого примера, линейные карты и ортокарты не только отличаются, но и дополняют друг друга.

Как и все другие карты, ортокарта имеет все картографические признаки: масштаб, проекцию и символы, которые отображают общий уровень ее подробности, а также степень растяжения или сжатия, которые нужны для того, чтобы трансформировать искривленную поверхность нашей Земли в изображение на плоском листе бумаги или экране. На ортокартах также применяются оттенки серого цвета для отображения пространственных характеристик. Не менее важна разрешающая способность карты, которая обычно измеряется проекцией на Земле длины одной стороны квадрата пикселя. Хотя, как правило, чем меньше эта единица, тем лучше, все же излишне громоздкая сетка ячеек, покрывающих гигантское число квадратов на Земле, может представить излишне жесткие требования к электронной памяти и компьютерной обработке данных. Какой объем этих данных является оптимальным, зависит от цели анализа и от отображаемых картой явлений: наземные ячейки со стороной 10 см нужны для военной разведки, тогда как такие же ячейки со стороной 10 метров вполне подходят для оценки лесных угодий в районе примыкания нескольких штатов друг к другу. С самого начала спутникового изучения поверхности Земли в качестве стандарта была принята метрическая система. Военный офицер-аналитик должен отличить на снимке гражданскую автомашину от военного грузовика и танка, тогда как ученому, занимающемуся вопросами охраны окружающей среды, достаточно видеть только значительные массивы деревьев. Поскольку интерактивные возможности позволяют наблюдателю увеличивать или уменьшать изображение, масштаб картинки на экране играет меньшую роль, чем действительное разрешение составляющего ее снимка местности, которое ограничивает размеры наименьшего объекта, который может «захватить» сенсор.

То, что отображается на бумаге или экране, – это трансформация в свет, краску или тонер одного или более измерений, записанных для ячейки разрешения на земле. Когда ортокарта является обычным черно-белым аэрофотоснимком, на пикселе записывается то количество света, которое отражается от Земли в видимой части электромагнитного спектра, как это показано в левой части рис. 5.1. Поскольку более короткие волны в синей части видимого спектра легко рассеиваются в атмосфере, обычно их фильтруют, с тем чтобы получить менее смазанный снимок, – хотя панхроматическое изображение в принципе отображает все частоты видимого света, для обеспечения резкости изображения требуется уклон в сторону зеленого, желтого, оранжевого и красного цветов.

Черно-белые ортокарты весьма разнообразны: некоторые снимаются и воспроизводятся с применением только фоточувствительных эмульсий; другие переводятся в цифровой вид с помощью обычных сканеров; а третьи «рождаются цифровыми» благодаря цифровым камерам или инструментам, известным как радиометры, которые могут фиксировать разность в отраженном излучении вне видимого спектра (длина волн 0,4–0,7 µm). Особенно важна чувствительность эмульсии или радиометра к энергии в отражаемой части инфракрасного излучения (примерно 0,7–2,5 µm), то есть чуть ниже того, что человеческий глаз воспринимает как красный цвет. Такая чувствительность важна, потому что значительная часть покрытия поверхности Земли, например растительность, испускает много близкого к инфракрасному излучения, которое оно получает от Солнца, тогда как другие объекты, например камуфляжные сетки, использовавшиеся во Второй мировой войне для сокрытия артиллерии и другого боевого снаряжения от самолетов-разведчиков, такого излучения дают значительно меньше. Разработанные военными специалистами пленки, специально предназначенные для обнаружения маскировки, показывали настоящую растительность в более светлых тонах, а искусственную – как более темную поверхность, мертвое пространство, несмотря на то что невооруженному взгляду открывались фальшивые деревья и кустарники.

Рис. 12.1. Спектральные показатели для голой почвы, растительности и воды в видимой и близкой