Виды геоизображений

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Геоизображение

Геоизображение -- любая генерализованная, масштабная, пространственно-временная, модель земных объектов или процессов, представленная в образной (иконической) форме.

Понятие геоизображение охватывает традиционные полиграфические и электронные карты, фотокарты, блок-диаграммы, рельефные карты и стереомодели, кинокарты, анаморфозы, аэро- и космические снимки, картографические анимации, виртуальные изображения и прочие.

2. Виды геоизображений

Выделяются три класса геоизображений, различающихся прежде всего метрическими свойствами, методами получения, статичностью/динамичностью и, конечно, назначением:

1) плоские или двумерные геоизображения;

2) объемные или трехмерные геоизображения;

3) динамические трех- и четырехмерные геоизображения.

Плоские геоизображения

К этому классу относятся карты и планы, знаковые, генерализованные модели, построенные в картографических проекциях: топографические, тематические карты самых разных масштабов, назначения и содержания, а также всевозможные производные картографические модели. Таковы, например, анаморфированные карты - изображения, искажающие реальные пространственные формы ради более наглядной передачи особенностей размещения картографируемых явлений.

Аэро- и космические снимки, фотографии морского дна, телевизионные, радиолокационные, гидролокационные, сканерные изображения и т.п. также относятся к плоским геоизображениям. Они регистрируют собственное или отраженное излучение объектов, причем съемка может быть покадровой, построчной или поэлементной - от этого зависят геометрические свойства и разрешение снимков. А кроме того, съемку ведут в разных диапазонах электромагнитного спектра, то есть в видимой, инфракрасной, микроволновой зонах, и это еще более расширяет изобразительные возможности снимков.

Комбинации геометрических и спектральных свойств снимков настолько разнообразны, что все их даже затруднительно перечислить. Самое же главное свойство всех снимков - это копийная (иконическая) передача объектов, их реальной формы и вида с той степенью разрешения (подробности), которую обеспечивает съемочная аппаратура. В этом состоит принципиальное отличие снимков от карт - условно-знаковых изображений, созданных руками и мыслью картографов и отражающих уровень современных знаний об объекте.

Еще одна группа плоских геоизображений - компьютерные (электронные) карты, высвечиваемые на экранах в растровом и векторном форматах, либо построенные на высокоточных цветных печатающих устройствах (принтерах). На электронных картах можно использовать особые мигающие знаки, меняющиеся расцветки, добавлять на карты новую информацию (в том числе и фотоизображение), менять их масштаб и проекции, выполнять другие трансформации. Можно "перелистывать" карты прямо на экране, совмещать их друг с другом - словом, работать с электронными картами в интерактивном режиме.

Объемные геоизображения

Второй класс геоизображений объединяет трехмерные графические модели, зрительно воспроизводящие объемность реального мира. К ним относятся блок-диаграммы - трехмерные рисунки местности, стереоскопические модели - результат разглядывания стереопар снимков сквозь специальные стереофотограмметрические приборы, физиографические панорамы - модели, сочетающие наглядность и картинность художественных пейзажей с точностью карт, и др. Такие панорамы и пейзажи конструируют теперь на экранах компьютеров, они чрезвычайно удобны для планирования архитектуры ландшафта, размещения на нем зданий и сооружений.

К объемным геоизображениям принадлежат рельефные карты и глобусы, которые еще недавно лепили вручную из папье-маше, а теперь формуют из пластика термовакуумным способом, и, наконец, объемные голограммы. Сегодня голографические карты и снимки местности существуют в единичных экспериментальных экземплярах, но прогресс этой технологии столь стремителен, что, возможно, скоро они станут не менее привычными, чем электронные карты.

Динамические геоизображения

Движущиеся геоизображения передают изменения объектов не только в пространстве, но и во времени, то есть как бы в четвертом измерении. Это плоские или стереоскопические картографические фильмы и мультипликации, получившие название анимаций. С их появлением картография преодолела свою извечную статичность, стали говорить даже об особой анимационной картографии, в которой традиционная статичная картография выглядит как частный случай.

По динамическим геоизображениям легко, например, следить за разрастающимися пятнами нефтяного загрязнения на поверхности океана, за путями перемещения очагов эпидемий, изменениями температурных полей на суше и в океане, за движениями ледников и т.п. Новейшие компьютерные технологии позволяют перемещать картографическое изображение по экрану, менять скорость демонстрации, возвращаться к нужному кадру или двигаться в обратной последовательности. Отдельные знаки могут мигать, а фоновые окраски - пульсировать, как бы предупреждая об опасности, можно также выполнять панорамирование, изменять ракурс, поворачивать все изображение и даже создавать эффект движения над картой, словно совершая "облет" территории, причем с разной скоростью.

Мало-помалу анимации входят в повседневный быт, и мы легко воспринимаем на телеэкране анимационную карту прогноза погоды, когда на ней перемещаются атмосферные фронты, облачный покров и зоны осадков.

3. Классификация геоизображений

геоизображение иконический земной

Для того чтобы ориентироваться во всем многообразии геоизображений, необходимы их упорядочивание и группировка, позволяющие найти место для простых, производных и комбинированных вариантов. Важно, чтобы система классификации оставляла возможность для пополнения и расширения ее по мере появления новых видов геоизображений, что происходит постоянно.

Классификация геоизображений должна не только группировать и содержать наиболее полный перечень их, но главное, предсказывать возможность появления новых видов и типов геоизображений с теми или иными свойствами. В этом состоит важная программирующая роль всякой классификации и систематизации.

Возможны разные подходы к классификации геоизображений, поскольку они обладают многими общими свойствами и одновременно существенными различиями. Прежде всего, геоизображения подразделяют по способу их получения:

Съемки - комплекс натурных инструментальных наблюдений и регистраций (наземных, подземных, водных, подводных, аэро- и космических) с целью получения первичных геоизображений;

Лабораторное создание - операции по обработке и преобразованию (коррекция, обобщение, монтирование и т.п.) первичных съемочных материалов для получения производных геоизображений;

Конструирование - выполнение аналитических, фотомеханических или компьютерных процедур для создания реальных или абстрактных геоизображений с заданными свойствами.

Можно подразделять все геоизображения по тематике или содержанию, как это принято для карт. Тогда перечень оказывается практически неисчерпаемым, ведь карты и снимки отражают все явления природы и многие социально-экономические сюжеты, а снимки в инфракрасном и радиоволновом диапазонах способны передать даже те физические свойства объектов, которые не видны или не воспринимаемы человеком. Поэтому от классификации геоизображений по содержанию придется отказаться ввиду невозможности объять необъятное.

Есть и другие основания для классификации. Например, по уровню генерализованности изображений, по длительности их использования (скажем, долговременные, оперативные, мгновенные и т.д.). Космические снимки различают по технологии получения, спектральному разрешению, масштабу, обзорности, повторяемости съемки, а кроме того, применяют многопараметрическую классификацию по комплексу показателей.

Есть еще одна классификация, которая подразделяет геоизображения на типы: аналитический, комплексный и синтетический, включая и комбинированные варианты - аналитико-синтетический и комплексно- синтетический.

Аналитические геоизображения избирательно характеризуют какое- либо явление или процесс, отдельные их свойства вне связи с другими явлениями или свойствами. Таковы, например, аналитические карты, отличающиеся высокой избирательностью, и снимки, полученные в узких зональных диапазонах, хотя степень аналитичности (избирательности) снимков существенно иная.

Комплексные геоизображения совмещают показ нескольких элементов или явлений близкой тематики. Одновременное изображение двух, а иной раз и трех-четырех показателей позволяет пользователю самому их составить и оценить закономерности размещения одного явления относительно другого. Примером могут служить электронные навигационные карты. На них совмещают батиметрическое изображение, данные навигационной обстановки и текущей радиолокации.

Синтетические геоизображения отображают сложные явления вместе с их свойствами и взаимосвязями как единое целое. Они не содержат поэлементных характеристик, зато дают представление о геосистемах в целом.

Существуют еще и комбинированные аналитико-синтетические и комплексно-синтетические изображения. Все фотокарты, космофотокарты, космофотогеологические и другие геоизображения, совмещающие фотографическое изображение местности со знаковыми обозначениями отдельных ее элементов, можно рассматривать как комплексные или комплексно-синтетические модели.

Множественность геоизображений обеспечивает всестороннее изучение сложных многомерных систем, выявление их структуры, иерархии, динамики.

4. Система геоизображений

Анализ свойств геоизображений показывают, что между разными видами их часто нет границ, они как бы образуют единый ряд. Например, нет принципиальных различий между обычными и электронными картами. На электронных картах, правда могут перемещаться знаки и изменяться цвета. А от электронных карт уже один шаг до анимаций.

Точно так же существует плавный переход от карт и фотокарт к снимкам. При этом постепенно как бы ослабевают одни свойства и появляются другие. Например, при переходе от карт к снимкам свойства «копийности» или «снимкости». А при переходе от снимков к стереомоделям, фотоблокдиаграммам и потом к рельефным картам появляется трехмерность и объемность геоизображений.

С развитием компьютерных технологий становится вполне реальным делом конструирование гиперизображений с заданными свойствами, например с заранее рассчитанным освещением и распределением теней и т.п.

Ярким примером гиперизображений следуют модели, полученные в процессе глобального мониторинга. Полосы космической съемки, виток за витком покрывающей земной шар, соединяют («сшивают»), проводят их яркостную и геометрическую коррекцию, затем трансформируют в заданную проекцию для карт мира, окрашивают в условные цвета и придают им свойства стереоскопичности. В итоге полученная модель обладает точностью карты, подробностью снимка и наглядностью стереомодели. К тому же такая электронная карта-снимок программно управляемая и по мере поступления новых данных обновляется в режиме реального времени, т.е. приобретает черты компьютерной анимации.

Прогресс в области совершенствования системы геоизображений так же бесконечен, как и в любой другой сфере творческого поиска. Возникают новые задачи, связанные с выбором оптимальных диапазонов космической съемки, наиболее выгодных картографических проекций, новых изобразительных средств, способов генерализации с учетом особенностей зрительного восприятия динамических изображений и т.п.

5. Графические образы

Графический образ - это то, что роднит все геоизображения и объединяет их в систему. Это хорошо известный, хотя и трудноопределимый феномен является эффективным средством моделирования и коммуникации, он легко постигается человеком в чувственном опыте, но чрезвычайно сложен для формализации.

Графический образ на геоизображении - это структура, которая отображает реальную или абстрактную геоструктуру (геосистему), являющуюся ее прообразом. Это модель (знаковая или иконическая), дающая вид, очертание, подобие геосистемы, ее изображение. Специалисты в области наук о Земле подчеркивают, что форма, морфология геосистемы непосредственно связаны с ее генезисом, а сама структура графического образа отражает качественные и количественные характеристики объекта. Графический образ заключает в себе такую пространственную информацию, которую трудно адекватно воспроизвести в вербальной или цифровой форме. Изучение роли графических образов в мышлении, и особенно в формировании пространственных знаний и представлений, стало предметом многих психологических и психофизических исследований в картографии.

6. Понятие о распознавании графических образов

Графический образ на карте или снимке - это не мысленная, идеальная конструкция, а именно рисунок, узор, модель. Распознавание образов значает опознавание, различие именно графических рисунков, узоров на геоизображениях.

Многолетний опыт использования карт, снимков и других геоизображений свидетельствует о том, что графические образы - основной источник информации.

По существу, использование карт, дешифрирование снимков, анализ экранных изображений - это всегда распознавание и анализ графических образов, их измерение, преобразование, сопоставление и т.п.

Информация, которую дает всякое геоизображение, есть результат восприятия и анализа графических образов.

Их распознавание всегда сводится к установлению соответствия между конкретными объектами и элементами некоторого признакового пространства, характеризующего весь класс объектов.

В общей теории распознавания образов речь идет о системе решающих правил, позволяющих на основе некоторого априорного набора признаков (номинальных, метрических, вероятностных, структурно-топологических и др.) отнести на данный графический образ к тому или иному классу (эталону), индицирующему некоторое явление или процесс.

Надежное распознавание объектов с помощью формализованного набора признаков возможно лишь при условии, что множества признаков в пределах данного признанного пространства не пересекаются. Например, такие линейные элементы как реки, горизонтали, дороги, границы - визуально четко распознаются вне зависимости от масштаба, проекции и ориентации объектов. Для этого достаточно учесть самые общие топологические свойства изображений, такие как наличие или отсутствие замкнутости, сочленений и пересечений (узлов).

Опыт показывает, что формализованное распознавание графических образов остается чрезвычайно сложной проблемой, поскольку речь идет о классификации конфигураций, об аналитическом описании.

Вряд ли в ближайшее время можно надеяться на полную автоматизацию процесса распознавания графических образов. Скорее всего, решение следует искать в интерактивных человеко-машинных процедурах соединяющих достоинства алгоритмического и эвристического подходов возможности автоматики и образное мышление ученого.

Размещено на Allbest.ru