Что такое топографическая ошибка

Последние сообщения на форуме «Генплан и сооружения транспорта»

Большинство из нас, наверное, думает, что на карты всегда можно положиться, и что уж они точно не обманут. Но так бывает не всегда. Ошибки в картах иногда создавали серьезные проблемы не только для отдельных людей, но и для целых наций. Из-за неточностей на карте люди теряют целые дома, аннулируются страховки, заповедным местам грозит опасность уничтожения, и предрешается победа или поражение в военных конфликтах.

Перед вами подборка из 10 исторических и современных случаев, когда точность карты оказалась критически важной, и топографические ошибки сыграли судьбоносную роль в жизнях людей и государств.

10. Франко-индейская война

Фото: Hervey Smyth

И до и во время Американской революции 18 века существовало не так много хороших карт этого материка. Впоследствии военные карты создавались прямо во время ведения битвы и под обстрелом, по ним же армии ориентировались на местности и планировали свои дальнейшие действия. От точности этих чертежей мог зависеть исход целой битвы.

Согласно воспоминаниям Ричарда Брауна и Пола Коэна (Richard Brown, Paul Cohen), некоторые карты становились причиной начала войны. Страны, вовлеченные в конфликты, связанные с территориальными претензиями, очень часто основывали свои посягательства на спорные земли из-за карт, на которых не указывался владелец того или иного региона. Одна такая карта, составленная Джоном Митчеллом (John Mitchell), как раз и стала причиной войны между французами, индейцами и британцами. По словам Брауна предназначение чертежа Митчелла заключалось как раз в демонстрации территориальных претензий британцев.

Вдобавок карты, сделанные британскими офицерами прямо по прибытии на место, исправили ошибочные представления о топографии края и проходимости местных рек. В 1759 году уже во время разгара франко-индейской войны капитану Джеймсу Куку (James Cook) нужно было переправить войска генерала Джеймса Волфа (James Wolfe) из Луисберга, Новая Шотландия, в Квебек (Louisburg, Nova Scotia, Quebec), то есть примерно на 1 600 километров вниз по реке Святого Лаврентия (St. Lawrence River). Этот водный путь ранее считался непригодным для судоходства, что и было отмечено на существовавшей карте местности. Однако Кук внес поправки согласно реальному положению дел, что позволило британским кораблям совершить сплав там, где французы даже и не пытались этого сделать из-за неточных карт. В результате Волф захватил Квебек.

9. Поражение Наполеона в битве при Ватерлоо (Waterloo)

Фото: Henri Felix Emmanuel Philippoteaux

Из-за ошибки на карте 18 июня 1815 года Наполеон Бонапарт проиграл в сражении при Ватерлоо. По мнению документалиста Фрэнка Ферранда (Franck Ferrand), Наполеон послал свою артиллерию в неправильном направлении, уведя их слишком далеко от границы с Англией, Пруссией и Голландией. Разрабатывая стратегию боя, главнокомандующий полагался на неточную карту, что и объясняет, почему его войска оказались незнакомы с ландшафтом и были дезориентированы во время боя. По мнению историка Ферранда, это стало одним из определяющих факторов поражения Франции.

Из-за ошибки в расчетах стратегическое место, ферма Мон-Сен-Жан (Mont-Saint-Jean), оказалось на карте на целый километр дальше своего реального расположения. По этой же причине пушки французской армии были отправлены в неверном направлении. Вдобавок на неправильной карте была показана несуществующая дорога. Чертеж был восстановлен бельгийским иллюстратором и историком Бернардом Коппенсом (Bernard Coppens), обнаружившим окровавленный оригинал схемы местности в Брюссельском военном музее.

8. Бомбардировка по неверным координатам

В июле 2006 года израильская армия сделала копию карты для бомбардировки цели, находящейся в Южном Ливане. Из-за ошибки на карте пост ООН был идентифицирован как лагерь последователей Хезболлы (Hezbollah, политическая партия, террористическая группировка). В результате было убито 4 международных наблюдателя. Израильские власти выразили свои «глубочайшие соболезнования и искреннее сожаление».

Марк Регев (Mark Regev), пресс-секретарь министерства иностранных дел Израиля, признал, что трагедия произошла из-за неточностей, совершенных во время копирования карт, на дубликатах которых расположение постов ООН оказалось смещено в сторону. По этой причине 26 июля 2006 года наблюдатели из Китая, Австрии, Финляндии и Канады были убиты бомбой с высокоточным наведением. Лагерь Хезболлы в это время находился всего в 180 метрах от здания ООН.

7. Вторжение никарагуанской армии

Фото: Reuters

В ноябре 2010 года никарагуанские войска под руководством бывшего сандинистского командира Эдена Пастора (Eden Pastora) пересекли реку Сан-Хуан (San Juan) неподалеку от Карибского побережья. Солдаты вторглись в Коста-Рику (Costa Rica), соседствующую с Никарагуа на юге, и установили свой флаг на острове Калеро (Calero), территория которого принадлежала одновременно обеим странам по заявлениям их властей. Конфликт был усугублен еще и тем, что сервис Google Maps разместил Калеро именно в пределах границ Никарагуа. Командир Пастора заявил, что даже в интернете на онлайн-картах эта земля принадлежит его государству. С 1948 года у Коста-Рики нет своей армии, но ее власти все же отправили на место отряд безопасности для поддержки 150 других полицейских, уже находившихся в тот момент на острове.

К счастью, конфликт не успел перерасти в войну, и был разрешен юридическим путем благодаря вмешательству ООН. Международный суд подтвердил, что Калеро и его водно-болотные угодья (участки перехода суши в водоем) должны быть переданы Коста-Рике, поскольку эта республика обладает суверенитетом над территориями, где расположен остров. Суд также упрекнул Никарагуа в нарушении права Коста-Рики на курсирование ее кораблей вдоль государственной границы этих стран. Международный суд ООН не обладает достаточной властью, чтобы его решения исполнялись вовлеченными в дело сторонами в обязательном порядке, страны должны добровольно согласиться с его постановлениями. Однако заместитель министра иностранных дел Никарагуа Цезарь Вега (Cesar Vega) сообщил, что его страна признает авторитет ООН и «будет соблюдать решение суда».

6. Севший на мель тральщик

Фото: Reuters

По версии ВМФ США американский тральщик USS Guardian сел на мель в районе филиппинских рифов из-за ошибки в навигационной карте. Авария 16 января 2013 года нанесла большой ущерб рифовому атоллу Туббатаха (Tubbataha), расположенному в заповедной зоне, и признанному уникальным центром морского биоразнообразия в районе Кораллового треугольника. Филиппинские власти потребовали провести тщательное расследование инцидента, чтобы определить, не нарушили ли американцы филиппинские или международные законы.

В итоге было выяснено, что ВМФ США нанес урон коралловому рифу площадью в 2 345 квадратных метров, за что американским властям пришлось выплатить 2 миллиона долларов в качестве компенсации и помочь филиппинской береговой охране в обновлении ее базы в районе Туббатахи. Филиппинские власти заявили, что деньги пойдут на реабилитацию атолла и мероприятия по охране рифов, а также на усовершенствование систем мониторинга этих территорий для предотвращения похожих происшествий в дальнейшем будущем. Капитан американского тральщика и другие офицеры с этого военного корабля были признаны виновными в аварии – по версии специальной комиссии они не сумели соблюсти стандартные навигационные процедуры, из-за чего их судно врезалось в атолл и село на мель.

5. Потерявшиеся путешественники

Фото: Apple Maps

Следуя указаниям навигатора Apple Maps, австралийские автомобилисты потерялись посреди глухого национального парка Мюррей-Сансет (Murray-Sunset National Park). Изначальным пунктом их назначения должен был стать областной городок Милдура (Mildura), находящийся в 72 километрах от того места, куда путешественников привело приложение. В декабре 2012 года полиция даже распространила предупреждение о том, чтобы туристы не рассчитывали на этот мобильный навигатор. Использование Apple Maps, как сообщили власти, может оказаться «опасным для жизни».

Официальный австралийский географический справочник признал часть ответственности за ошибки в электронной карте, поскольку список названий и координат, на которые ссылается Apple Maps, включает в себя две Милдуры. Первая из них – настоящий город (розовая точка на изображении), а вторая – локация посреди удаленного заповедника (красная точка на карте). Приложение восприняло Милдуру из парка за областной городок и привело автомобилистов в глухой лес. Тим Кук (Tim Cook), генеральный директор проекта Apple Maps, также признал ошибку и пообещал ее исправить.

4. Территориальные претензии на международные воды

Фото: Jess Mcintosh/AP

До недавних пор почти целое столетие канадские официальные карты ошибочно включали часть территорий Северного полюса в состав Канады. Подобные притязания противоречили международному закону, который гласит, что государства, граничащие с Полярным кругом, могут объявить права только на 370 километров океана со стороны самых северных побережий в качестве своих территориальных вод. Все, что находится за этой полосой – официально международные воды.

Претензии Канады черпали свое основание в устаревшей теории секторов, согласно которой Арктический океан был поделен на треугольный участки, а в центре их пересечения находился Северный полюс. Эта теория никогда не признавалась Канадой на официальном уровне. Однако старые карты увеличили территорию страны на 200 000 квадратных километров, большая часть которых распространялась на океан. Эта дополнительная площадь эквивалентна почти всей территории Великобритании или сумме всех пяти Великих озер. Шутка ли?

В декабре 2013 года, возможно, на основании все той же картографической ошибки, канадские власти решили провозгласить свой суверенитет над всем Северным полюсом и соответственно всем богатством его природных ресурсов, включая нефть. Обновленная территория Канады увеличила бы площадь страны на 1,2 миллиона квадратных километров. Однако перед объявлением своих прав на эту зону Канада должна провести топографические мероприятия в районе целевых земель. Вдобавок даже если Комиссия ООН по границам континентального шельфа согласится с территориальными претензиями Канады, это решение будет носить сугубо рекомендательный характер и инициирует начало переговорного процесса между другими странами, у которых также есть свои виды на Арктику. На согласование таких вопросов может уйти много лет.

3. Угроза для дикой природы

Топографические ошибки, совершенные в период с конца 20 века по начало 21 века, до сих пор угрожают сохранности дикой природы Африки в районе заповедника Луама Катанга (Luama Katanga), находящегося на территории Демократической Республики Конго. В результате неточностей границы заповедной зоны на карте сместились на 50 километров в западном направлении. Теперь растения и животные, которые должны находиться под защитой государства, рискуют оказаться посреди зоны дефорестации, проводимой для дальнейшего обустройства сельскохозяйственных угодий и пастбищ. Мораль этого случая заключается в том, что учет парков и особенно корректное картографирование и правильное нанесение границ заповедных земель играют важнейшую роль в сохранении уникальных экосистем и их биоразнообразия, как заявляет Джеймс Дейтш (James Deutsch), вице-президент международного общества охраны природы WCS.

На территориях, подлежащих дефорестации (вырубке лесов), на сегодняшний день проживают и произрастают уникальные живые организмы, которым грозит неминуемая смерть и уничтожение в случае обезлесения их естественной среды обитания. Например, в парке живет около 1 400 особей шимпанзе, и здесь растет совсем недавно задокументированный вид растения Dorstenia luamensis, новый для науки вид висячего папоротника. Джеймс Дейтш настаивает на внесении поправок в старые карты региона и защите природной резервации Луама Катанга.

2. Отказ в выплате компенсации по страховке после наводнения

Центр по информированию о наводнениях при Федеральном агентстве по управлению в чрезвычайных ситуациях США (FEMA) является «официальным общественным источником информации о наводнениях, созданный для поддержки Национальной программы страхования от наводнений». Его информационные карты важны по трем причинам. Во-первых, они должны спасать жизни, предоставляя оценку рисков наводнения, и при необходимости давая рекомендации покинуть потенциально опасные зоны. Во-вторых, они помогают общинам планировать и координировать совместные усилия во время наводнений. В-третьих, страховые компании используют их для определения ставки страховки от наводнения для владельцев недвижимости.

Однако иногда миссия и цели государственной программы FEMA по защите населения от наводнений оказываются под угрозой провала из-за картографических ошибок. Именно это и происходит сейчас в городе Рочестер, штат Массачусетс (Rochester, Massachusetts). Вопреки многократным ошибкам в новых картах FEMA власти Рочестера вынуждены признать эти информационные планы законными для Национальной программы страхования от наводнений. Если администрация города откажется принимать карты Федерального агентства, многим домовладельцам грозит потеря страховки.

Последние карты FEMA основаны на старых и неточных планах, вследствие чего новые чертежи исполняются вновь с ошибками. Представитель агентства Лорелл Фаринон (Laurell Farinon) признала, что некоторые данные с этих карт не имеют никакого смысла и противоречат логике. Член городского совета Рочестера Бен Бейли (Ben Bailey) также согласился с тем, что эти карты «в корне неверны». Одна из топографических ошибок в документах FEMA повлияла даже на него лично: «Линия, проходящая через мою собственность, проходит также по небольшому холму и возвращается назад. Не нужно быть специалистом, чтобы заметить эту неточность». В результате этой ошибки страховая компания Бейли отказалась предоставить ему компенсацию. В свою очередь власти штата запрещают страховым компаниям поднимать свои ставки, так что член местного совета не может просто доплатить, чтобы получить свою страховку.

Период подачи заявок истек, и поэтому у владельцев домов, находящихся на пострадавших от наводнения территориях, есть два варианта: обойтись без страховки или заплатить специалистам, чтобы те провели переоценку их собственности. Кстати, от ошибок на картах FEMA пострадали не только владельцы домов. Эти документы в своей деятельности используют также координационный совет публичной администрации, комиссия по защите окружающей среды и строительные инспекторы. Федеральное агентство по управлению в чрезвычайных ситуациях США утверждает, что их карты правильные, и не признают претензии землевладельцев, считая, что те должны сами разбираться со своими страховыми компаниями.

1. Снос дома по ошибке

В 2016 году произошел инцидент, в ходе которого рабочие по ошибке демонтировали не тот дом. Исполнители заказа уверяют, что они не виноваты в случившемся, поскольку ошибка была допущена именно сотрудниками Google Maps, на чьи картографические ресурсы и полагалась команда по сносу. Номера домов были идентичными, но сами здания находились на разных улицах. Чтобы пояснить суть ошибки, сотрудник компании по сносу отправил владельцам пострадавшей недвижимости копию снимка Google Maps, на которой стрелочкой указан именно их дуплекс (двухсекционный загородный коттедж). Указатель отметил дом по фактическому адресу 7601 Calypso Drive, но подписал его как дуплекс номер 7601 с улицы Cousteau Drive. Компания по сносу должна была демонтировать дом по улице Cousteau, но сравняла с землей абсолютно чужую собственность.

Вопреки заявлениям фирмы, что в инциденте виновата именно контора Google Maps, Джерри Байер (Gerry Beyer), профессор права из Техасского Технического Университета (Texas Tech University), сомневается в правомочности таких обвинений. Эксперт считает, что на данные карт сервиса Google Maps полагаться нельзя в принципе, поскольку в условиях пользования их услугами четко прописано, что потребители несут единоличную ответственность за действия, совершенные на основании информации с Google Maps.

Суть практических работ по топографии заключается в том, что студенты, изучив теоретический материал, выполняют практические задания по формированию соответствующих умений и навыков работы с топографической картой. Часть практических работ выполняются индивидуальными заданиями: ориентирование, определение направлений движения по заданным азимутам, составление плана местности, определение относительной высоты холма, скорости течения реки, измерение длин линий по прямой и кривой и др. Практические работы с топографическими картами формируют навыки сложного чтения карты, позволяют, в будущем, анализировать географические явления, составлять физико-географические и экономико-географические характеристики отдельных участков или районов, давать оценку территории по заданным критериям.

Топографические карты являются общегосударственными, предназначаются для детального изучения и оценки местности, ориентирования на ней, для измерений и расчетов при разработке и проведении мероприятий различного значения, обучения, а также для других видов научно-исследовательских работ, требующих использования точных данных об объектах местности. На них с математической точностью и одинаковой полнотой изображаются все видимые объекты территории с четким сохранением их планового положения. Географическое содержание карты ограничено внутренней рамкой, которая является элементом ее математической основы. Все, что расположено за ней на ее полях, называется зарамочным содержанием. Зарамочное содержание топографических карт всех масштабов стандартно. Оно способствует быстрому выполнению по карте различных измерений и вычислений, повышающих ценность ее использования. На топографических картах местные предметы изображаются условными общепринятыми знаками, а рельеф — горизонталями.

По топографическим картам изучают и оценивают местность, решают различные расчетные задачи, связанные с определением расстояний, углов и площадей, высот, превышений и взаимной видимости точек местности, крутизны и видов скатов и т. п.

Целью практических занятий по топографии — освоение главных положений теории и возможность формирования у студентов навыков и умений работы с топографическими картами. Задания сопровождаются подробными указаниями по его выполнению, а наиболее сложные вопросы рассматриваются на однотипных с заданием примерах. При работе с топографической картой у студентов формируется картографический образ — основа картографической информации, которая предназначена для восприятия в виде образных картографических представлений о географических объектах, рельефе, речной сети, пространственных моделей изучаемых территорий. Картографический образ изучаемых территорий создается всем многообразием условных знаков: их сочетанием и формой, величиной, ориентировкой, цветом, оттенком цвета, внутренней структурой. Для его формирования важным является пространственная комбинация условных знаков, их взаимное расположение, положение относительно пространственных координат, взаимная упорядоченность, объединение или совмещение и другие их отношения. [1, 2].

Определяя расстояние по карте между точками местности (предметами, объектами), пользуясь численным масштабом, измеряют расстояние между этими объектами в сантиметрах и умножают полученное число на величину масштаба. Для примера, на карте масштаба 1:25000 измеряем линейкой расстояние между мостом и ветряной мельницей (рис. 1); оно равно 7,3 см, умножаем 250 м на 7,3 и получаем искомое расстояние; оно равно 1825 метров (250х7,3=1825).

Рис. 1. Определение расстояние между точками местности с помощью линейки

Небольшое расстояние между двумя точками по прямой линии проще определить, пользуясь линейным масштабом (рис. 2, 3). Для этого достаточно циркуль-измеритель, раствор которого равен расстоянию между заданными точками на карте, приложить к линейному масштабу и снять отсчет в метрах или километрах.

Большие расстояния между точками по прямым линиям измеряют обычно с помощью длинной линейки или циркуля-измерителя. В первом случае для определения расстояния по карте с помощью линейки пользуются численным масштабом. Во втором случае раствор «шаг» циркуля-измерителя устанавливают так, чтобы он соответствовал целому числу километров, и на измеряемом по карте отрезке откладывают целое число «шагов». Расстояние, не укладывающееся в целое число «шагов» циркуля-измерителя, определяют с помощью линейного масштаба и прибавляют к полученному числу километров.

Рис. 2. Измерение на карте расстояний циркулем-измерителем по линейному масштабу

Рис. 3. Измерение на карте расстояний циркулем-измерителем по извилистым линиям

Таким же способом измеряют расстояния по извилистым линиям. В этом случае «шаг» циркуля-измерителя следует брать 0,5 или 1 см в зависимости от длины и степени извилистости измеряемой линии.

Для определения длины маршрута по карте применяют специальный прибор, называемый курвиметром (рис. 4), который особенно удобен для измерения извилистых и длинных линий. В приборе имеется колесико, которое соединено системой передач со стрелкой [2].

При измерении расстояния курвиметром нужно установить его стрелку на деление 99. Держа курвиметр в вертикальном положении вести его по измеряемой линии, не отрывая от карты вдоль маршрута так, чтобы показания шкалы возрастали. Доведя до конечной точки, отсчитать измеренное расстояние и умножить его на знаменатель численного масштаба.

Точность определения расстояний по карте зависит от масштаба карты, характера измеряемых линий (прямые, извилистые), выбранного способа измерения, рельефа местности и других факторов. Наиболее точно определить расстояние по карте можно по прямой линии.

Рис. 4. Измерения расстояния при помощи курвиметра

Для более точного построения и измерения отрезков пользуются поперечными масштабами. Поперечный масштаб позволяет существенно повысить точность графических работ на планах и картах. Достигается это за счет разделения коротких отрезков линейного масштаба на несколько (обычно на 10) более мелких частей с помощью простых геометрических построений (рис. 5).

Рис. 5. Определение расстояния с помощью поперечного масштаба

Каждая такая часть называется основанием масштаба. Крайнее левое основание в верхней и нижней частях поперечного масштаба делится на десять равных частей. Концы этих десятых долей основания соединяются между собой прямыми, отсекающими на горизонтальных линиях сотые доли основания. Таким образом, на поперечном масштабе измеряемое расстояние может быть выражено в целых, десятых и сотых долях основания масштаба. А поскольку известна величина основания масштаба (2 см), то можно легко определить «цену» основания в метрах. Так, для масштаба 1:25000 «цена» основания поперечного масштаба составит 500 м, его десятая доля — 50 м, а одна сотая часть — 5 м. Кроме того, на глаз можно взять еще и половину «сотни» — 2,5 м. Циркулем измеряют расстояние между двумя предметами на карте. Затем прикладывают циркуль к нижней линии поперечного масштаба и отсчитывают расстояние, которое получается — 2200 м с излишком. Для определения величины этого излишка циркуль передвигают параллельно нижней линии вверх До пересечения с диагональю и считывают окончательную величину расстояния — 2220 м. [3].

При измерении расстояний с помощью циркуля-измерителя или линейкой с миллиметровыми делениями средняя величина ошибки измерения на равнинных участках местности обычно не превышает 0,7–1 мм в масштабе карты, что составляет для карты масштаба 1:25000–17,5–25 м, масштаба 1:50000–35–50 м, масштаба 1:100000–70–100 м. В горных районах при большой крутизне скатов ошибки будут больше. Это объясняется тем, что при съемке местности на карту наносят не длину линий на поверхности Земли, а длину проекций этих линий на плоскость. Например, при крутизне ската 20° (рис. 6) и расстоянии на местности 2120 м его проекция на плоскость (расстояние на карте) составляет 2000 м, т. е. на 120 м меньше.

Подсчитано, что при угле наклона (крутизне ската) 20° полученный результат измерения расстояния по карте следует увеличивать на 6 % (на 100 м прибавлять 6 м), при угле наклона 30° — на 15 %, а при угле 40° — на 23 %.

Рис. 6. Проецирование длины ската на карту

При определении длины маршрута по карте следует учитывать, что расстояния по дорогам, измеренные на карте с помощью циркуля или курвиметра, в большинстве случаев получаются короче действительных расстояний. Это объясняется не только наличием спусков и подъемов на дорогах, но и некоторым обобщением извилин дорог на картах. Поэтому получаемый по карте результат измерения длины маршрута следует с учетом характера местности и масштаба карты умножить на коэффициент, указанный в таблице.

Таблица 1

Характер местности	Коэффициент увеличения длины маршрута, измеренного по карте масштаба
1: 50000	1: 100000	1: 200000
Горная (сильнопересеченная)	1,15	1,20	1,25
Холмистая (среднепересеченная)	1,05	1,10	1,15
Равнинная (слабопересеченная)	1,00	1,00	1,05

Приближенную оценку размеров площадей производят на глаз по квадратам километровой сетки, имеющейся на карте. Каждому квадрату сетки карт масштабов 1:10000–1:50000 на местности соответствует 1 км2, квадрату сетки карт масштаба 1:100000–4 км2, квадрату сетки карт масштаба 1:200000–16 км2. Более точно площади измеряют палеткой, представляющей собой лист прозрачного пластика, с нанесенной на него сеткой квадратов со стороной 10 мм (в зависимости от масштаба карты и необходимой точности измерений).

Наложив такую палетку на измеряемый объект на карте, подсчитывают по ней сначала число квадратов, полностью укладывающихся внутри контура объекта, а затем число квадратов пересекаемых контуром объекта. Каждый из неполных квадратов принимаем за половину квадрата. В результате перемножения площади одного квадрата на сумму квадратов получают площадь объекта. По квадратам масштабов 1:25000 и 1:50000 площади небольших участков удобно измерять офицерской линейкой, имеющей специальные вырезы прямоугольной формы. Точность определения расстояний по карте зависит от масштаба карты, характера измеряемых линий (прямые, извилистые), выбранного способа измерения, рельефа местности и других факторов.

В процессе измерительных работ на топографических картах формируются умения читать план местности, простого и сложного чтения топографической карты, с большой точностью определять азимут на заданный объект, переходить од одних координат к другим, с высокой точностью проводить измерения расстояний различными способами и др.

Литература:

1. Гакаев Р. А., Хадаев Т. Ш. Формирование географических и исторических знаний учащихся комбинированным использованием картографического материала [Текст] // Педагогическое мастерство: материалы VI междунар. науч. конф. (г. Москва, июнь 2015 г.). — М.: Буки-Веди, 2015. — с. 5–8.
2. Николаев А. С. Военная топография. Москва. Воениздат. 1977.
3. Сычугова О. В. и др. Масштабы карт и планов. Решение задач по топографической карте. Екатеринбург. 2008 г.

Основные термины (генерируются автоматически): расстояние, поперечный масштаб, линейный масштаб, масштаб карты, карт масштаба, линия, топографическая карта, численный масштаб, зарамочное содержание, картографический образ.

Похожие статьи

8 4	Глава 2. Представление и организация географической информации

поступающим с серии ИСЗ: Глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС, Россия) и Global Positioning Systeir. (GPS, США) — Глобальной спутниковой системы (ГПС) — с точностью от метров до нескольких сантиметров [Серапинас, 2002]. Она сопоставима с точностью самых крупномасштабных карт Основное достоинство спутниковых систем — их глобальность оперативность, оптимальная точность; в отличие от традиционных геодезических измерений видимость между определяемыми пунктами не нужна. ГЛОНАСС работает в системе координат ПЗ-90,

аГПС — в WGS-84.

2.6.1. Типы ошибок в данных и их источники

Вполне резонно предположить, что множество пространственных данных содержит ошибки разного рода. Они могут вытекать из-за неточностей в источниках данных, лимитированной точности устройств цифрования или используемых компьютерных систем.

На весь набор данных влияют: ошибки регистрации и определения контрольных точек, преобразования координат, особенно когда неизвестна проекция исходного документа; ошибки обработки данных, неправильный логический подход, генерализация и интерпретация; математические погрешности; потеря точности представления из-за невысокой точности вычислений; перевод векторных данных в растровый формат и наоборот.

Основную информацию для ГИС поставляют разные карты, существенное значение имеет использование тематических карт созданных по данным дистанционного зондирования. Однако при использовании карт в ГИС нужно постоянно помнить их важные особенности:

•изображение на картах абстрактно и генерализовано, что требует весьма осторожной его интерпретации;

•карты показывают статичную картину, некий временной срез и часто устаревают;

•от масштаба карты зависит не только «как», но и «какие* объекты изображены, а большая часть ГИС не учитывает

Важно выявить и оценить следующие показатели качества данных: полнота материалов, их актуальность, происхождение, достоверность, геометрическая точность, составляющие математической

8 6 Глава 2. Представление и организация географической информации

основы, влияние деформации бумаги и искажений при цифровании и сканировании, влияние генерализации.

Основные из этих показателей — позиционная точность и точность атрибутов объектов, а также логическая непротиворечивость, полнота, происхождение — относятся к базе данных в целом.

Методы расчета точности определений по картам рассматриваются в курсе картографии, показатели качества данных определяются стандартами [ГОСТ, 1995]. Актуальны вопросы контроля измерений данных. Их желательно выполнять разными способами по разным источникам.

Определенные типы ошибок, возникающие, например, вследствие неточности оригинальной съемки данных, картографических источников, ошибочных действий оператора при ручном цифровании графических объектов, не могут быть исправлены без привлечения других источников. Ошибки позиционирования часто даже не обнаруживаются без комбинирования данных разных источников. Большинство ошибок цифрования устраняется на основе визуального контроля и интерактивных действий оператора.

Успех применения ГИС для выделения и изучения геосистем разных рангов в большой степени зависит также от качества информационной взаимоувязки слоев базы данных. Разнотипные цифровые данные — их позиционная и семантическая составляющие — должны быть согласованы на основе учета взаимосвязей объектов и явлений. Эти вопросы рассматриваются в параграфе 5.1.6.

2.6.2. Позиционная точность данных

Позиционная точность определяется как величина отклонения измерения данных о местоположении (обычно координат) от истинного значения.

При ее определении, как правило, исходят из масштаба исследования или первичного материала, например, в данных о природных ресурсах стремятся достичь точности карты заданного масштаба. Обеспечение большей точности требует более качественных исходных материалов, но всегда следует задаться вопросом, оправданы ли дополнительные затраты задачами исследования.

Точность координат определяется по-разному в векторном и растровом представлении, а ее компьютерное представление зависит от выбранной точности вычислений.

2.6. Качество данных и контроль ошибок

87

Координаты в векторном формате могут кодироваться с любой мыслимой степенью точности; она ограничивается возможностями внутреннего представления координат в памяти компьютера. Обычно для представления используется 8 или 16 десятичных знаков (одинарная или двойная точность), что соответствует ограничению по точности соответственно до 1/108 и 1/1016 измерения на местности. Таким образом, математическая точность представления координаты основывается на возможном числе значащих цифр, которые могут храниться для каждой координаты. При одинарной точности сохраняется до семи значащих цифр, при двойной — до 15 цифр, что позволяет сохранять математическую точность значений координат, намного меньших 1 м. Этого достаточно, чтобы закодировать любую точку земной поверхности с точностью, превышающей 1 мм. Поскольку компьютер в зависимости от установленной точности может различать только ограниченное число десятичных позиций, то для координат одинарной точности значения 1.2345678 и 1.23456789 эквивалентны, т. е. представляют одно и то же местоположение, так как цифры, выходящие за пределы седьмой позиции, игнорируются.

Математическая точность сама по себе не может обеспечить картографическую точность, однако она является главным фактором в определении разрешающей способности пространственных данных.

Точность вычислений описывается числом знаков, используемых для представления одной единицы измерения, и определяет степень детальности, поддерживаемой при хранении значений данных в базе данных. Так, при точности пространственной привязки, равной 1, координаты будут храниться в целых числах, в то время как точность 1,000 требует хранения трех десятичных знаков. Если координаты в базе данных хранятся как 4-байтовые целые числа, то они могут принимать максимальное значение 2 147 483 648 (231). Тогда при вычислениях с метровой точностью такое представление дает возможность работать с числами, не превышающими 2,1 млрдм. Соответственно при единицах измерения в сантиметрах диапазон чисел ограничен 2,1 млрд см. Эти единицы называют единицами хранения,

иустанавливают их на основе задаваемой точности всей БД.

ВГИС-пакетах вводится еще показатель «единицы карты», но он не имеет никакого отношения к точности. Эти единицы представляют

88 Глава 2. Представление и организациягеографическойинформации

размеры или измерения по карте. Например, метр — стандартная единица для карт в проекциях Гаусса-Крюгера, UTM, а фут — стандартная единица для плановой государственной системы координат США.

В некоторых картографических проекциях используются большие значения координат, например, в проекции UTM координаты принимают значения в диапазоне от 2 до 6 млн. Для того чтобы поддержать картографическую точность, составляющую менее одной единицы измерения и выражающуюся разрядами, расположенными за десятичной запятой, нужно использовать двойную точность. Двойная точность требует дополнительного дискового пространства для хранения координат.

Точность растра зависит от размера ячеек сетки. Для избежания потери информации можно использовать ячейки меньшего размера с тем, например, чтобы показать искусственные объекты, но следует оценить, что будет представлять выбранная ячейка в заданном масштабе. В большинстве случаев неясно, относятся ли координаты, представленные в растровом формате, к центральной точке ячейки или к одному из ее углов; точность привязки, таким образом, составляет 1/2 ширины и высоты ячейки.

Для получения точности растра, аналогичной математической точности представления данных в компьютере, необходимо, соответственно, 108х 108 или 1016х1016 ячеек, что невозможно даже при специальном сжатии данных. Однако и в векторном представлении только некоторые классы данных соответствуют такой точности: данные, полученные точной съемкой, карты небольших участков, составленные на основе крупномасштабных топографических карт лишь для немногих природных явлений характерны четкие границы которые можно представить в виде математически определенных линий. Поэтому можно утверждать, что тонкие линии в векторном формате дают ложное ощущение точности. Обычно на карте толщина линии отражает неопределенность положения объекта. Поэтом} в векторной системе фиксируется неопределенность положений векторного объекта, а не точность координат. В растровой системе эта неопределенность автоматически выражается размером ячейки который и дает действительное представление о точности.

Помимо ошибок в указании местоположения ошибки проявляются в нарушении топологических отношений объектов. Существуют

2.6. Качество данных и контроль ошибок

89

объекты, для которых на карте некоторые типы отношений недопустимы, например, наложение, пересечение и т. д. Так, не могут пересекаться горизонтали, дом не может попасть в пределы водоема.

Большая часть данных о местоположении берется с аэроснимков, при этом точность зависит от правильного размещения контрольных точек. Данные космической съемки труднее расположить с большой точностью — не позволяет разрешение снимка.

Часто возникают искусственные признаки ошибок (артефакты) — это нежелательные последствия применения высокоточных процедур для обработки пространственных данных, имеющих небольшую точность. Использование растровых данных позволяет застраховаться от артефактов до тех пор, пока размер элемента растра больше или равен позиционной точности данных. При работе с векторными данными артефакты возникают при кодировании (цифровании) и наложении полигонов.

Чтобы проверить позиционную точность, нужно использовать:

•независимый, более точный источник, например, карту более крупного масштаба;

•данные спутникового позиционирования;

•первичные («сырые») данные съемки.

Для контроля используют и внутренние признаки: незамкнутые полигоны, линии, проходящие выше или ниже узловых точек, и т. п. Величина этих погрешностей может служить мерой позиционной точности.

2.6.3 .Точность атрибутивных данных

Точность атрибутов определяется как близость их к истинным показателям (на данный момент времени).

В зависимости от природы данных точность атрибутов может быть проанализирована разными способами.

Для непрерывных атрибутов, представляющих модель поверхности, например, ЦМР, точность определяется как погрешность измерений по этой модели.

Атрибуты представляют семантическую составляющую данных, и ее проверка в большинстве случаев возможна только путем визуального просмотра цифровой карты. Проверка правильности интерпретации условных знаков проводится путем сравнения исходного

В идеале все точки должны располагаться по диагонали матрицы; это показывает, что на местности и в базе данных зафиксирован один и тот же класс. Ошибка пропуска возникает тогда, когда точки класса на местности неправильно зафиксированы в базе

2.6. Качество данных и контроль ошибок

91

данных. В матрице число ошибочных точек класса В равно сумме записей в столбцах Л, CwD строки В (числу точек, относящихся на местности к классу В, а в базе данных — к другим классам). Ошибка добавления (ложного класса) имеет место в случаях, когда в базе данных зафиксирован класс, которого нет на местности, например, для класса А — это сумма записей в строках В, С и D столбца Л (соответствует числу точек, неправильно отнесенных к классу Л в базе данных).

Для обобщения матрицы соответствия используют такой показатель достоверности классификации, как количество правильно классифицированных точек, расположенных по диагонали матрицы (в %). На самом деле это число может быть случайным. Чтобы учесть этот факт, часто при обобщении результатов используют так называемый индекс к каппа Коэна, вносящий поправку на случайность.

Он вычисляется по формуле
к = (d-q)/(N-q),	(2.1)

где rf— число случаев правильного получения результата (сумма значений, стоящих на диагонали матрицы соответствия); q — число случайных результатов, вычисляемое через число случайных результатов в столбцах пс и истинных в строках пг матрицы соответствия как q = X n r i J N , N — общее число точек. Для абсолютно точных результатов (все N точек на диагонали) каппа равна 1, а при чисто случайном попадании — 0. В приведенном примере

q — (22×25/100 + 26×18/100 + 25×24/100 + 27×33/100) = 25,09;

к = (58—25)/( 100—25) = 0,44;

показатель достоверности классификации равен 44 %, что меньше значения, полученного по диагональным элементам (58 %).

Неопределенность атрибутов каждого элемента растра постоянна для каждого из представленных классов объектов, а позиционная неопределенность постоянна для всего растра — фиксируется один раз для всей карты.

Для социальных данных основной источник неточности в атрибутах — недоучет данных. Например, при проведении переписи в некоторых районах и по некоторым социальным группам недоучет может быть очень высоким (>10 %).

9 2	Глава2. Представление и организация географической информации
	2.6.4. Логическая непротиворечивость, полнота,
	происхождение
	Эти элементы качества данных относятся к базе данных в целом
а не к объектам, атрибутам или координатам.
	Логическая непротиворечивость	связана с внутренней

непротиворечивостью структуры данных, с топологическим представлением данных, что означает наличие исчерпывающего списка взаимоотношений между связными геометрическими представлениями данных без измерения хранимых координат пространственных объектов. Она обычно заключается в ответах на вопросы замкнуты ли полигоны, нет ли полигонов без меток или с несколькими метками, есть ли узлы на всех пересечениях дуг. Логические противоречия могут быть связаны с проблемами согласования информации и географических границ при совмещении данных из разных источников.

Полнота связана со степенью охвата данными множества объектов, необходимых для представления реальности или отображения на результирующей карте (все ли соответствующие объекты включены в базу данных?). Она зависит от правил отбора объектов или явлений, генерализации и масштаба.

Происхождение включает сведения об источниках данных, времени сбора данных, точности источников и цифровых данных, организации, которая их собирала, об операциях по созданию базы данных (как кодировались данные и с какого исходного материала, как происходила их обработка). Обычно эта информация содержится

вспециальных файлах метаданных.

2.7.Особенности интеграции разнотипных

данных

Интеграционные свойства ГИС проявляются в использовании разных видов и типов цифровых данных, полученных из разньп источников, возможно с разной точностью. Такие данные требуют разработки методов их совместного применения, оценки пригодности для пространственно-временного анализа в ГИС.

Проблемы интеграции данных особенно остро встали в связг с широким использованием уже существующих цифровых карт содержащихся в разнообразных базах пространственных ланньп

2.7. Особенности интеграции разнотипных данных

93

и распространяемых по телекоммуникационным сетям. Они могут быть слоями проблемно-ориентированных ГИС, представлять результаты компьютерного дешифрирования аэро- и космических снимков, цифрового моделирования объектов или явлений. Информация относительно их происхождения, методов создания, точности и достоверности часто отсутствует или недоступна.

Современное техническое и программное обеспечение позволяет на основе любых доступных данных создавать сколь угодно сложные по содержанию карты и делать их легко доступными для использования и модификаций. Но часто это делается без учета картографических традиций, в то время как доверие к цифровым картам велико.

Технология создания цифровых карт часто определяется временными, не устоявшимися, разрозненными и не всегда профессионально составленными инструкциями и техническими заданиями производителя или заказчика работ, ведомственными инструкциями. Все чаще появляются в публикациях сообщения об ошибках цифровых карт, а иногда об их полной непригодности или недостоверности как источников данных.

Совокупность цифровых данных о пространственных объектах, составляющих содержание баз географических данных ГИС, по существу, еще не является цифровой картой. На картах, созданных на основе данных дистанционного зондирования, «пиксельные» разрешение и генерализация могут не соответствовать показателям картографической точности и генерализации для выбранных масштаба и проекции. Особенно сложна интеграция данных, представляемых на карте условными знаками, из-за их внемасштабности и уникальности.

В БД обычно используются данные из разных источников с разной степенью точности. При наложении множества карт точность результирующего материала может оказаться очень низкой. Однако больший интерес представляет показатель пригодности полученной карты. Для некоторых типов операций степень пригодности карт определяется точностью наименее точного слоя БД. Показатель пригодности можно оценить также по его устойчивости при смене порядка ввода данных или изменении веса атрибута.

Преимущество геоинформационных методов заключается в возможности оценить пригодность данных для совместного

9 4	Глава 2. Представление и организация географической информации

использования и осуществить их интеграцию на основе выполнения пространственного анализа с помощью ГИС-технологий (см. раздел 4.5). Однако основное правило при интеграции информации таково: качество данных должно быть определено скорее вс время получения данных, чем при попытке применить эти данные Тогда указанные технологии могут существенно облегчить их корректировку для поставленной задачи.

Основные проблемы, возникающие при совместном использовании разнотипных данных: отображение положения границ в разных цифровых источниках, временные параметры данных и способ отражения структуры геосистем, а при интеграции данных о природных компонентах и окружающей среде — разные принципы классификации объектов на снимках и картах, не очень частое обновление, а также различия генерализации и согласования.

Разные принципы представления пространственной информации в БД, применение разных моделей и форматов данных, разных типов СУБД требует наличия различных технических и программных средств манипулирования совмещаемыми данными. Этим объясняется расширение наборов обменных форматов и процедур импорта-экспорта данных, которыми сейчас снабжаются наиболее распространенные ГИС-пакеты, и стремление к открытости ГИС.

Использование систем, в которых растровый и векторный анализ могут выполняться параллельно, позволяет осуществлять наложение векторной карты на растровую или на космический снимок. Интеграция векторных и растровых данных не приводит к конфликтным ситуациям, если разрешение растра (параметров съемки или сканирования) согласовано с точностью картографи- рования в данном масштабе. Неправильный выбор разрешения при сканировании космических снимков может привести к потер*» информации. С другой стороны, уменьшение размера пиксела (увеличение разрешения при сканировании) не всегда повышает точность и информативность данных, зачастую только значительно увеличивая объемы хранимой информации. Знание этих параметров особенно важно при совместном использовании растровых и векторных карт, поскольку большинство операций с растровыми данными осуществляется с точностью до пиксела. Это относится

2.7. Особенности интеграции разнотипных данных

95

и к совмещению разнотипных дискретных данных для построения математико-картографической модели и ее использования в качестве источника непрерывно распределенной цифровой информации. Как правило, модели строятся с использованием различного типа сеток. Совмещение данных с разным размером сеток, характеризующим уровень дискретизации и, следовательно, обобщения информации, искажает передачу взаимосвязей объектов и явлений, имеющих пространственное распространение. Подобные искажения могут возникнуть при попытке создания моделей динамики объектов на основе использования оригинальных космических снимков и цифровых снимков, называемых Quicklook, распространенных в Интернете.

Разные принципы генерализации изображений на картах и снимках, в автоматизированном режиме зачастую реализуемые в интерактивном режиме отдельно для позиционных и атрибутивных данных, создают особую проблему совместного использования данных. Без знания методов и уровня генерализации совмещаемых данных их применение становится невозможным, необходимы также сведения, в каком диапазоне масштабов следует использовать тематические слои БД.

Разнотипные цифровые данные должны быть согласованы на основе учета взаимосвязей исследуемых явлений. Методы обеспечения единства карт — их согласования — один из главных принципов комплексного картографирования, а соответственно и ГИС. Поэтому выбор ГИС-технологий интеграции определяется также типом самих природных, социально-экономических, экологических данных, а также данными географической привязки.

К данным географической привязки предъявляют особенно высокие требования по точности и достоверности еще на этапе сбора исходной информации. Их применение в качестве основы для интеграции данных в известных оригинальных масштабах и проекциях не вызывает затруднений. Во всех других случаях требуется преобразование информации, которое должно выполняться по правилам картографической генерализации и согласования.

Создание проблемно-ориентированных банков географических

икартографических данных и знаний способствует не только накоплению и обмену информацией, но и повышению качества

идостоверности ГИС-анализа и картографирования. Особенно

9 6 Глава2. Представление и организация географической информации

возрастает роль таких банков для интеграции, пространственного и тематического согласования информации при использовании карт в ГИС, создании цифровых карт, комплексных электронных атласов.

Решение проблем интеграции данных при создании и использовании цифровых карт заключается в разработке инфраструктуры пространственных данных (на национальном, межгосударственном уровнях), четкой структуры метаданных и картографически обоснованного применения ГИС-технологий при работе с разнотипными

данными.
Инфраструктура	пространственных	данных (ИПД) —

«информационно-коммуникационная система, обеспечивающая доступ пользователей (граждан, хозяйствующих субъектов, органов государственной и муниципальной власти) к национальным распределенным ресурсам пространственных данных, а также распространение и обмен ими в сети Интернет или иной общедоступной глобальной сети в целях повышения эффективности их производства и использования. ИПД включает четыре необходимых компонента: базовые пространственные данные, стандартизацию, базы метаданных и механизм обмена данными, а также институциональную основу их реализации» [Геоинформатика, 2005].

Под формированием инфраструктуры пространственных данных подразумевается разработка механизма их обмена и накопления (доступность, стоимость, система стандартов), а также определение единой — базовой — пространственной информации; этой составляющей ИПД уделяется особое внимание.

Базовые пространственные данные — общедоступная часть ресурсов пространственных данных, включающая информацию об их геодезической основе, избранных пространственных объектах и их наборах, необходимых для позиционирования любых иных данных. Критериями для отнесения данных к базовым служат: их всеобщая востребованность, возможность многократного и многоцелевого использования, наличие готовых цифровых наборов пространственных данных и технологий их массового производства, обеспечивающих повышенные требования к качеству, включая позиционную точность и актуальность.

Базовый пространственный объект — пространственный объект в составе базовых пространственных данных, идентифи-

2.7. Особенности интеграции разнотипных данных

97

цируемый в соответствии с установленными правилами, отличающийся устойчивостью пространственного положения во времени и служащий основой позиционирования других пространственных объектов.

В Руководстве по созданию ИПД, изданном Ассоциацией глобальной инфраструктуры пространственных данных (GSDI), к набору элементов базовых данных отнесены: геодезические сети, ортоизображения, рельеф в виде ЦМР, транспортные сети, гидрография, границы административных единиц, кадастровая информация и национальные газеттиры (особые БД, позволяющие соотносить топонимы с местоположением на базовой карте). Этот набор рекомендован и для Российской ИПД [ГОСТ, 2006].

Классическим источником базовой пространственной информации служат топографические карты. Во многих странах данные этого типа представлены и в цифровой форме, обычно в разных масштабах. Но составляются они, как правило, с соблюдением национальных стандартов. В России, часто в силу высокой стоимости цифровых карт или отсутствия карты нужного масштаба, появились цифровые топографические основы, полученные «пользовательским» цифрованием топографических карт на различные районы или регионы. Это ведет к появлению многочисленных цифровых дублей неопределенного качества, широкое использование которых, несмотря даже на их доступность, проблематично.

Наиболее надежным путем создания качественной БД, особенно для ее многократного и многопользовательского применения, является хранение информации о точности в самой БД в виде атрибутов или метаданных, что требует стандартизации их описания.

Метаданные должны содержать информацию о проекции, географической основе и базовой карте, уровне генерализации, цензе и норме отбора объектов картографирования, дизайне, времени создания или переиздания карты и давать дополнительную информацию о процедурах сбора и компиляции данных, системах кодирования и точности приборов и др. Например, общий список характеристик метаданных стандарта CSDGM (Content Standarts for Digital Geospatial Metadata), США, насчитывает более 300 позиций. В метаданных необходимо указывать все примененные способы преобразования данных и их точности. Наличие метаданных

9 8	Глава2. Представление и организация географической информации

позволяет пользователю получить представление о достоверности информации, а их отсутствие часто ведет к неправильной трактовке и ложным представлениям о точности самих данных. Заполнение файлов метаданных обеспечивает контроль качества БД при ее обновлении.

Механизм обмена данными включает не только стандарты на пространственные данные и метаданные, но и правила доступа к ним через национальные информационные центры, поиск на основе каталогов метаданных через Интернет.

Для обеспечения поиска пространственных данных, в том числе базовых, в сети Интернет создаются различные поисковые системы (например, Googl Earth, Geography Network) и каталоги на Web-cepeepax.

8

You must log in to answer this question.

Not the answer you’re looking for? Browse other questions tagged

.

8

You must log in to answer this question.

Not the answer you’re looking for? Browse other questions tagged

.