Введение к работе
Актуальность темы определяется фундаментальной ролью карт в географических исследованиях и в решении научно-практических задач на всех уровнях планирования, управления, развития производительных сил и освоения ресурсов. Проблема надежности актуальна в двух аспектах - правильной организации исследований с помощью карт и оценке качества получаемых результатов.
Работа выполнялась в русле ведущих проблем географического факультета МГУ по системному тематическому картографированию и новым методам создания и использования карт: - Разработка методики использования космических снимков для составления тематических карт (тема N 73029649, 1973-76 гг.); - Разработка новых типов тематических карт в новых методов их создания и использования (тема N 76068059. 1977-80 гг.); - Картографический метод исследования (тема N 0181.4014305 3.5.6.1 по планам АН СССР , 1981-85 гг.); - Системное моделирование и автоматизация процессов создания-использования карт (тема N 0186.0128380 1986-ЭОгг. ). Исследования по планетной тематике (тема N 0186.0.113497 Лаборатории аэрокосмических методов); - Разработка технологии геоинфориашонного картографирования и основ математико-картографического обеспечения экологических проектов (ГНТП "Перспективные информационные технологии", Проект 0065, Теокарта", 1991-94 гг.).
Цель работы - разработка теоретических основ, методики, практических приемов и математического аппарата анализа и оценки надежности использования карт в научных и практических исследованиях. На защиту выносятся:
1. Концепция надежности системы "человек-карга", совокупность представлении о надежности использования карт в научных и
практических географических исследованиях и необходимый понятийно-терминологический аппарат.
-
Концепция количественной оценки надежности использования карт в географических исследованиях и принципы разработки способов оценки показателей надежности.
-
Система способов с соответствующим математическим аппаратом для изучения надежности и оптимизации картографического метода исследований, включая визуальный анализ карт, картографические преобразования, компьютерные картометрические определения и математико-картографическое моделирование.
-
Математический аппарат для описания и оценки влияний картографической генерализации на полноту количественных показателей свойств отображенных объектов в зависимости от масштабов карт.
-
Математически обоснованная методика выбора оптимального масштаба карт при территориальных исследованиях разного уровня.
Методы исследования. Исследования выполнены на базе изучения современной теории и практики географической картографии, а также других наук, в рамках которых разрабатывается проблема надежности. Работа возникла и развилась на основе исследований Л.Е.Смирнова по надежности дешифрирования аэроснимков и надежности аэрокосмического картографирования, трудов А.М.Берлянта по картографическому методу исследований, В.С.Тикунова по достоверности математико-картографического моделирования, А.А.Лютого по языку карт, И.В.Гармиза по современным проблемам качества карг, трудов по теории географии Ю.Г.Симонова, К.Н.Дьяконова, А.Г.Исаченко, В.А.Николаева и других.
Исследования проведены с использованием современного математического аппарата, картографического метода исследований, обширных экспериментов с тестированием больших групп испытуемых,
- Б -
применением методов математического и математико-картографичес-кого моделирования на базе современной вычислительной техники.
Научная новизна работы. Впервые выполнено обобщение накопленного опыта и всестороннее изучение проблемы надежности системы "человек-карта". Разработаны новые подходы к оценке надежности визуального анализа карт, картографических преобразований, точности современных способов картометрических определений, ма-тематико-картографического моделирования. Предложены методы математического описания влияний картографической генерализации на количественную полноту содержания карт, учета влияний картографических проекций, оптимального выбора масштабов карт и в целом надежности картографического метода исследований.
Впервые поставлена и на базе системного подхода исследована надежность системы "человек-карта" в сфере географических исследований. С единых теоретических позиций рассмотрен весь комплекс задач по надежной организации самого процесса исследований по картам.
Достоверность разработок и выводов обеспечивается применением к решению данной проблемы системного подхода, изучением современных достижений в области теории картографии, общей теории надежности, использованием аналогий из других областей знания, сопоставлением с результатами, полученными апробированными методами исследований, использованием нормативных документов, стандартов, эталонных картографических материалов, проверкой математическим и математико-картографическим моделированием. Выводы по надежности визуального анализа, картометрических определений и математико-картографического моделирования основаны на обработке значительного фактического экспериментального материала и обобщения обширного литературного материала по географической картографии. Математические зависимости и формулы, предложенные
- б -
для обоснования генерализации и учета ее влияния на количественную полноту содержания карт, выведены на основе обобщения обширного опубликованного статистического материала и данных, полученных автором в ходе экспериментов с эталонными картами. Главные закономерности, уравнения и рабочие формулы получены на основе использования теории вероятностей, линейной алгебры, аппарата многомерной статистики, теории распознавания образов. Оценочные формулы по разнообразным способам анализа карт проверены моделированием на ЭВМ. Правильность ряда математических соотношений подтверждается также и тем, что из них как частные случаи следуют многие известные в картографии зависимости.
Апробация и практическое значение. Основные результаты исследований неоднократно обсуждались на Всесоюзных научных семинарах и конференциях. Они были представлены на Всесоюзном семинаре по азрокосиическим методам (Москва, январь 1978), на межвузовской конференции "Географическая картография, ее развитие и новые задачи" (Москва, ноябрь 1980), на 8-ой конференции по тематическому картографированию (Москва, январь 1985) и др.
Значительная часть работ опубликована в центральных географических и картографических изданиях. Теоретические и практические разработки включены в. курсы по использованию карт, читаемые студентам университетов, в учебную литературу по картографии (К.А.Салищев, 1982, 1990; А.М.Берлянг и Т.Г.Сваткова, 1981; Б.Б.Серап'инас. 1988), нашли применение в исследованиях по оценке качества цифровых карт в Научно-производственном центре геоинформации Росгеоинфоры (1993). Методические приемы и формулы использованы в работах лабораторий аэрокосмических методов и геоинформатики Кафедры картографии и геоинформатики МГУ, в иссле-дованиях отдельных Ученых - В.С.Тикунова(1986, 1993),.О.Р.Мусина (1987), С.Н.Сербенгока (1987, 1990), й.В.Гармиза (1990), И.А.Суе-
товой (1987,1993), А.В.Кошкарева (1993) и др., нашли отражение в итоговых сборниках ВИНИТИ по достижениям науки в области картографии (Г. 10, 1982; т. 12, 1986).
Структура диссертации. Диссертация объемом в 324 стр. состоит из введения, девяти глав, заключения, восьми приложений и списка литературы 333 наименований, в том числе 51 иностранной публикации.
Диссертация включает три части. В первой части (главы 1-3) рассмотрены основные теоретические положения по надежности использования географических карт в системе "человек-карта", виды надежности и методика количественной оценки их показателей.
Вторая часть (главы 4-7) содержит разработки автора по надежности и оптимизации исследований с помощью визуального анализа, картографических преобразований, картометрических определений, математико-картографического моделирования.
В третьей части ( главы 8-9) дается математический аппарат по обоснованию влияний картографической генерализации на полноту количественных показателей свойств отображенных объектов в зависимости от масштабов карт, и по методике выбора оптимального масштаба карт при территориальных исследованиях равного уровня.
Благодарности. Работа выполнена на кафедре Картографии и геоинформатики географического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова. Автор считает своим долгом выразить благодарность ныне покойному заведующему кафедрой профессору К.А.Салищеву, под руководством которого данная работа была начата и в значительной степени выполнена; заведующему кафедрой Картографии и геоинформатики профессору А.М.Бер-лянту за постоянную поддержку и помощь при выполнении исследований и при подготовке диссертации; профессору В.С.Тикунову, профессору В.Т.Жукову; заведующему Лабораторией азрокосмических ме-
тодов, -профессору Ю.Ф.Книжникову; ведущим специалистам этой лаборатории В.И.Кравцовой и Ю.И.Фивенскому; заведующему Лабораторией геоинформатики, доценту Ю.В.Свентэку; старшему научному сотруднику этой лаборатории О.Р.Мусину. Автор благодарит всех сотрудников кафедры Картографии и геоинформатики и ее лабораторий, оказавших содействие выполнению данной работы, а также всех сотрудников и студентов географического и других факультетов и подразделений Московского государственного университета за учас-. тие в тестировании и экспериментах по .оценке надежности использования географических карт.