Все географические карты лгут

Рис. 2.8. Косая азимутальная эквидистантная проекция с центром в Чикаго, штат Иллинойс, лежащем рядом с меридианом 90° западной долготы

Картографические проекции искажают пять географических характеристик: площади, углы, общие формы объектов, расстояния и направления. Хотя в некоторых проекциях в местном масштабе сохраняются постоянными углы, но при этом не сохраняется постоянным соотношение площадей. Другие проекции сохраняют равновеликость площадей, но не обеспечивают постоянство углов. Все проекции существенно искажают большие формы (но некоторые искажают формы континентов больше, чем другие), а также по меньшей мере некоторые расстояния и направления. Тем не менее, как только что было показано на примере карты Меркатора и гномонических карт, картограф часто может подобрать ту проекцию, которая наилучшим образом подходит к его потребностям. Например, эквидистантная азимутальная проекция, представленная на рис. 2.8, показывает истинные расстояния и направления кратчайших путей, сходящихся в Чикаго, штат Иллинойс. Хотя эта проекция может быть очень полезной для людей, находящихся в относительной близости от Чикаго, она не имеет никакой пользы для сравнения расстояний за пределами данного региона. Более того, весьма скромное отображение на этой проекции форм и относительных размеров континентов, особенно если ее развернуть в полномасштабную карту мира, ограничивает ее ценность в качестве иллюстративной карты общего назначения. С учетом появления в настоящее время интерактивных графических систем и хороших картографических программ пользователи карт могут стать их опытными составителями и готовить различные проекции под свои частные нужды. Например, азимутальная эквидистантная карта, центр которой расположен в Северной Корее, может служить значительно более эффективным наглядным пособием при обсуждении пусков ракет, осуществляемых этим государством, чем простая карта мира из магазина с нанесенными на нее фломастером окружностями.

Среди более проработанных специальных картографических проекций следует упомянуть картограммы, которые отображают такие относительные величины, как время и стоимость поездок на транспорте или численность населения тех или иных городов. Хотя показать это можно и на обычных картах с использованием специально разработанных символов, сама геометрия и дизайн картограмм обычно производит на аудиторию более сильное впечатление с точки зрения понимания расстояний, взаимосвязи между населенными пунктами и т. д. Например, приведенные на рис. 2.9 дистанционные картограммы предоставляют весьма убедительное сравнение двух почтовых тарифов для отправки посылок в города Восточного побережья США из города Сиракузы, штат Нью-Йорк. Обратите внимание на то, что стоимость отправки двухфунтовых посылок (около 900 г) из Сиракуз в Уотертаун, штат Нью-Йорк, составляет чуть больше половины тарифа от Сиракуз до Финикса, штат Аризона. А вот тариф по 10-фунтовым посылкам (4,5 кг) из Сиракуз в Уотертаун более точно отражает относительную близость этого города к Сиракузам (120 км к северу). Эти схематические карты не показывают границы штатов и относительное положение городов (что, как правило, присутствует на обычных наглядных материалах), которые здесь менее необходимы, чем названия и сравнительное расположение пунктов назначения.

Рис. 2.9. Картограмма расстояний, показывающая относительное расстояние между городами на основе стоимости отправки посылок из города Сиракузы, штат Нью-Йорк

Морские и отдельные государственные границы более полезны для пространственных картограмм. Одна из таких картограмм изображена на рис. 2.10, на ней даже имеется псевдосетка, которая должна создавать визуальное впечатление вращающейся Земли, или «Земли на торе». Эта проекция является базовой демографической картой, на которой соответствующие относительные площади отображают население, а не размеры поверхностей. Обратите внимание на то, что карта изображает Индию как значительно более крупный объект, чем Канада. Это происходит потому, что население Индии в 35 раз больше населения Канады, хотя территория последней составляет около 10 млн кв. км, а территория Индии – чуть больше 3 млн кв. км. На этой картограмме некоторые малонаселенные страны как будто слиты воедино, что демонстрирует безразличие составителя к своим национальным чувствам в угоду обеспечения понятности карты. Консервативные картографы-профессионалы, которые презрительно относятся к картограммам как к глупым и неточным карикатурам, при этом забывают, что сила картографических искажений в настоящих картах тоже используется в различных коммуникационных и политических целях.

Картографические символы

Графические символы дополняют масштаб и проекцию карт, делая видимыми объекты, населенные пункты и другую базовую информацию, представленную на картах. Описывая и выделяя различные объекты и места, отображенные на картах, символы служат в качестве графических кодов для хранения и извлечения информации в двухмерной географической модели. Такие коды могут быть простыми и понятными, как на нарисованной от руки схеме, при помощи которой вы объясняете новому соседу дорогу до начальной школы для его детей: хватит нескольких простых линий, названий улиц и пары ориентиров. Обозначения типа «улица Вязов», «Пожарная часть» и т. д. связывают карту с реальностью и делают ненужным использование какого-либо ключа или легенды.

Рис. 2.10. Основная демографическая карта «Земля на торе» – картограмма местностей, основанная на численности населения крупнейших стран мира

Когда назначение карты конкретно и понятно, подбор символов для нее также служит цели отсечения ненужной информации. Однако массовые карты, выпускаемые правительственными агентствами или серьезными коммерческими структурами, должны предоставлять ответы на самые разные вопросы, поэтому картографические символы должны сразу показывать пользователю, что для него важно, а что – нет. В условиях отсутствия составителя карты, который мог бы разъяснить неизвестные детали, такие массовые карты нуждаются в символическом коде, который основывался бы на графической логике и учитывал ограниченность визуального восприятия символов. Бессистемный набор символов, пригодных в качестве ярлычков и небольших рисунков для простейших любительских схем, может оказаться совершенно бесполезным в высокоинформативных картах общего назначения.

Некоторые карты, например геологические или метеорологические, имеют сложную, но стандартизированную систему символов, с помощью которых упорядочивается огромный объем информации, понятной только специалистам данной отрасли и их картографическим подразделениям. Хотя такие карты могут быть так же непонятны для обычных людей, как неизвестный иностранный язык или высшая математика, они выигрывают от этих символов, которые разрабатываются на основе логики и общепринятых принципов коммуникации.

Оценка логики картографических символов начинается с понимания трех геометрических видов этих символов и шести визуальных переменных, показанных на рис. 2.11.

Рис. 2.11. Шесть базовых визуальных переменных

Символы на плоских картах являются точечными, линейными и пространственными. В дорожных и других картах общего назначения используются комбинации этих трех видов: точечные символы применяются для обозначения расположения ориентиров и населенных пунктов; линейные символы – для отображения расстояний и направления дорог и рек; пространственные символы – для показа форм и размеров парков и населенных пунктов. Следует отметить, что в статистических картах, которые отображают в основном количественную информацию, обычно используется какой-либо один вид символов. Для представления результатов выборов по стране это могут быть точки (каждая из них может обозначать 10 000 проголосовавших) или различные оттенки серого цвета.

Карты нуждаются в четких и однозначных символах, которые отображали бы географические различия зон, регионов и т. д. Как показывает рис. 2.11, картографические символы могут отличаться по размерам, форме, оттенкам серого цвета, рисункам, ориентации и цвету (обычно принятыми являются синий, зеленый и красный (см. главу 5). Каждая из визуальных переменных предназначена, как правило, для отображения одной географической характеристики. Форма, рисунок и цвет полезны для демонстрации качественных различий, например между типами земледелия или превалирующими религиозными убеждениями. Что касается количественных различий, то размер символа больше подходит для отображения количества и количественных данных, например числа телезрителей на целевой маркетинговой территории. А когда дело касается различий в уровне или глубине интереса аудитории, например при отображении той пропорции телезрителей, которые смотрят седьмой сезон Мировой серии (чемпионата по бейсболу), то здесь лучше применить различные оттенки серого. Символы, указывающие на различную ориентацию объектов и событий в пространстве, необходимы прежде всего для указания направления ветров, миграционных потоков, передвижений войск и других явлений и процессов, имеющих географическое направление.

Некоторые визуальные переменные не подходят для использования вместе с небольшими точечными и линейными символами, которые могут потеряться на фоне других обозначений. Например, цвета лучше использовать с пространственными символами, чем с точечными. Различные оттенки серого цвета, которые хорошо подходят для отображения процентов и уровней в пространственных символах, визуально менее заметны с точечными и линейными символами. Точечные символы обычно различаются по форме (в зависимости от характера отображаемого ими явления) и по величине (в зависимости от его количественной характеристики). Размер обычно полезен для демонстрации загруженности коммуникационных линий и интернет-сетей: толстая линия, как правило, обозначает либо бо́льшую мощность, либо более активный трафик на линии. Пространственные символы обычно достаточны по своим размерам, чтобы различия на них могли быть выделены цветом, оттенками серого или рисунком. Иногда на них могут наноситься какие-то детали, показывающие небольшие, но важные местные характеристики.

Некоторые символы соединяют в себе сразу две визуальные переменные. Например, контурные обозначения возвышенностей на топографических картах показывают и направление, и уклон возвышения. Как показано на рис. 2.12, контурные линии указывают на местное направление склона: они идут перпендикулярно нисходящей линии склона. А расстояние между контурными линиями указывает на относительную крутизну склона: близко расположенные линии обозначают его возрастающую крутизну, а редко расположенные линии свидетельствуют о том, что склон достаточно пологий. Точно так же плотность точек на карте, отражающей развитие свиноводства в данной местности, указывает на относительные размеры районов, в которых развита эта отрасль. Концентрация или сгустки таких точек свидетельствуют об интенсивном характере свиноводства и географической концентрации производства свинины.

Рис. 2.12. Контурные линии отображают две переменные: их частота указывает на крутизну склона (возвышения), а их расположение строго перпендикулярно линии склона

Некачественное отражение имеющихся данных в визуальных символах на картах может озадачить или запутать пользователя. Хуже всех действуют так называемые новые картографы, совращенные блестящими цветами электронных дисплеев и цветных принтеров на использование красного, синего, зеленого, желтого и оранжевого цветов для изображения количественных различий. Контрастирующие между собой цветовые оттенки, пусть даже и привлекательно выглядящие, не могут адекватно заменить логически упорядоченные оттенки серого цвета. Пользователи карт, за исключением, пожалуй, физиков и профессиональных колористов, понимающих взаимосвязь между цветом и длиной световой волны, не могут легко организовать правильный и логически оправданный порядок цветов. Люди с нарушениями цветоощущения не всегда в состоянии отличить красный цвет от зеленого. А вот что касается оттенков серого, то большинство потребителей легко могут различить 5–6 из них, распределенных от светло-серого до черного. Здесь понимание значения символов очень простое: темнее значит больше, светлее – меньше. Указание в легенде карты цветовых оттенков может сделать плохую карту полезной, но не может сделать ее рациональной.

Пространственные символы не являются единственными полезными средствами для отображения различных количественных показателей по странам, государственным образованиям и другим пространственным единицам. Если карта должна показать количества, например число жителей данного ареала, а не плотность его населения, для этой цели лучше подойдут точки различных размеров, а не разные оттенки серого. Фрагменты двух карт на рис. 2.13 отображают два разных способа изображения количества жителей в данном ареале и плотность его населения. Левый фрагмент использует калиброванные точечные символы, которые обычно располагаются в центре данного участка. При этом размер точки (круга) соответствует числу жителей. На правой карте, называемой хороплетной[6], используются участки различной интенсивности серого цвета. Относительная насыщенность серого показывает плотность населения на данном участке.

Поскольку визуальные символы точно соответствуют произведенным измерениям, такие карты достаточно точные и информативные. На левом фрагменте большие кружки представляют большую численность населения, которое может располагаться и в крупных, и в небольших ареалах. Маленькие кружки отображают небольшую численность жителей. На хороплетной карте, расположенной справа, более темным цветом выделены небольшие участки, где проживает сравнительно больше жителей, а более светлыми оттенками серого обозначены те районы, где на малой площади проживает небольшое количество людей или где небольшое количество населения распределено на большой площади.

На рис. 2.14 показана опасность несоответствия измерений символам. На обоих фрагментах карт отображена численность населения, однако хороплетная карта справа вводит нас в заблуждение, потому что ее символы показывают плотность населения, а не его абсолютную численность. Обратите внимание на то, что темно-серый цвет на карте большого графства (административной единицы) может изображать большое население и его невысокую плотность, в то время как тот же оттенок может показывать небольшое графство с таким же по размерам населением, но со значительно более высокой плотностью его расселения. Напротив, фрагмент слева не только более наглядно отображает численность населения, но и четко указывает на границы данного ареала и его размеры. Пользователи карт должны помнить об этом опасном свойстве хороплетных карт: основываясь на численности населения, они скорее представляют его плотность и концентрацию.

Рис. 2.13. Карта с калиброванными точечными символами (слева) и пространственными символами оттенков серого (справа) дает ясное представление о численности населения ареала и его плотности

Рис. 2.14. Карта с калиброванными точечными символами (слева) использует размер точек (кружков) для обозначения общей численности населения. Здесь эти символы совершенно адекватны. Карта с участками, закрашенными различными оттенками серого цвета (справа), плохо подходит для демонстрации общей численности населения

Формы и цвет некоторых картографических символов позволяют легко узнавать их. Условные точечные символы успешно используют знакомые всем формы: так, маленькие палатки обозначают кемпинги, небольшие домики с крестами на крыше – церкви. Символы иногда дополняются краткими буквенными обозначениями или сокращениями, чтобы еще больше облегчить их понимание: «пос.» – поселок, Балтимор – название местности или Union Pacific Railroad – название объекта. Сложившееся употребление в картах привычных цветов позволяет обозначать реки и другие водные объекты ярко-синим цветом, а различные лесные массивы – ярко-зеленым. Климатические карты используют сложившееся восприятие красного цвета как изображение тепла, а синего – прохлады или холода. Прерывистая линия может обозначать неопределенность в расположении линий геологических разломов или разрывов; в то время как относительно прозрачные области на картах позволяют избежать графического конфликта с полезными линейными символами, которые в других случаях опускаются.

Цвет на карте обычно используется по общей договоренности, а не по восприятию его пользователями. Например, на кадастровых картах красным обозначаются участки, подлежащие розничной продаже под застройку, а синим – участки для промышленного использования[7]. Физические и политические карты мира, помещаемые в атласах и вывешиваемые на стенах учебных классов, относятся к типу гипсометрических карт[8], которые дают точное изображение рельефа с помощью специальных символов (горизонталей и раскраски), варьирующихся по цвету от зеленого до коричневого. Хотя такие карты очень полезны для тех, кто хорошо знает закодированные значения символов, люди непосвященные могут ошибочно воспринимать шкалу повышения и понижения уровня земной поверхности. Например, зеленый цвет, используемый для обозначения низменностей, может восприниматься такими людьми как обозначение густой растительности, а разные оттенки коричневого, указывающие на возвышенности, могут ошибочно приниматься за пустыни, хотя на Земле имеется множество примеров низколежащих пустынь и богатых лесами гор. Как и картографические проекции, картографические символы могут приводить неопытных пользователей к ложным заключениям.

3. Генерализация карт: немного «белой» лжи и много лжи обычной

Хорошая карта содержит много маленьких «белых» обманов: она подавляет истину для того, чтобы помочь пользователю увидеть то, что он хочет видеть. Реальность трехмерна, богата подробностями и фактами, чтобы позволить изобразить себя в достаточной полноте на двухмерной графической масштабной модели. Так что любая карта, которая не допускает генерализации (обобщений), была бы бесполезной для пользователя. Однако ценность карты как раз и состоит в том, насколько хорошо ее обобщенная геометрия и обобщенное содержание отражают выбранный аспект реальности.

Геометрия

Понятность карты требует от нее геометрических обобщений, потому что картографические символы обычно занимают на ней пропорционально больше места, чем представляемые ими объекты занимают на местности. Например, линия шириной 0,5 мм, которая обозначает дорогу на карте масштаба 1:100 000, является графическим эквивалентом коридора шириной около 50 м. Если ширина проезжей части составляет около 12 метров, то линия в 0,5 мм потребует значительно больше пространства на картах масштаба 1:24 000. Даже при масштабе 1:100 000 эта линия «поглотит» тротуары, прилегающие дома, соединяющиеся с основной дорогой ответвления и другие объекты. А на картах с меньшим масштабом окружающие объекты, в свою очередь, могут совсем «поглотить» саму дорогу. Такие важные объекты, помимо прочего, включают в себя различные границы – государственные, административно-территориальные и т. д., – которые в реальности вообще не занимают никакого места на земле.

Рис. 3.1. Простейшие геометрические действия в процессе обобщения линейных объектов карты

Точечные, линейные и пространственные символы требуют различной степени генерализации. Например, картографы признают пять базовых процессов обобщения геометрических линий, что показано на рис. 3.1. Первым из них, разумеется, является отбор объектов, отображаемых на данной карте. Этот отбор (или исключение) имеет положительное значение, что подразумевает исключение большинства объектов.

В идеале составитель карты подходит к этапу отбора, имея перед собой цель добиться удовлетворительного набора всех возможных объектов, которые могут попасть на карту и благодаря символам быть отделенными от непохожих объектов с тем, чтобы создать на ней ощущение графической иерархии. Те объекты, которые поддерживают данную карту тематически, обычно требуют более четкого выделения символами, чем менее значимые объекты, которые призваны всего лишь обеспечить картографические рамки продукта. Отбор «фоновых» деталей карты, которые необходимы с точки зрения доведения до пользователя новой информации, дополняющей его знания и уже сложившийся в уме вариант карты, требует больше внимания и проницательности, чем отбор главных объектов. В целостном процессе планирования карты отбор объектов обеспечивает главную связку между обобщением (генерализацией) и общим замыслом карты.

Изображенные на рис. 3.1 четыре других составляющих процесса обобщения изменяют общий вид и пространственное расположение линейных объектов карты и представлены рядом точек, которые существуют в электронном виде и располагаются по двум осям (X, Y) двухмерного изображения. Хотя активизация использования различных компьютерных программ в генерализации карт привела к разделению этих четырех процессов между собой, консервативные картографы до сих пор предпочитают осуществлять соответствующие процедуры вручную на графических мониторах, а то и с помощью пишущих принадлежностей. При этом они действуют менее структурированно и менее последовательно, чем это делает компьютер. Упрощение, которое снижает количество деталей и углов в линии, «спрямляя» ее, особенно необходимо тогда, когда в подготовке файла с картографическими данными было «захвачено» слишком много деталей или если эти данные будут применяться на карте с меньшим масштабом. Смещение помогает избежать графического наложения линий, которые могут пересекаться или совпадать. Значительное уменьшение масштаба карты, скажем с 1:25 000 до 1:1 000 000, обычно приводит к возникновению совершенно неразличимых «пучков» линий, что требует ликвидации одних из них или разведения других. Сглаживание (обобщение очертаний), которое тоже уменьшает излишнее количество деталей и углов, может исключить с карты одни точки и, наоборот, ввести другие. Главная задача этой операции состоит в том, чтобы предотвратить возникновение на карте множественных рваных прямых отрезков. Детализация (расширение содержания) добавляет в карту некоторые детали, которые делают символы на карте более реалистичными. Например, линии, представляющие водные потоки, могут приобрести множественные повороты и излучины, тогда как береговым линиям может быть придано большее сходство с морским побережьем. Карты с увеличенными символами более понятны пользователям и в то же время более эстетичны.

Рис. 3.2. Простейшие геометрические операции в обобщении точечных символов и надписей

Точечные символы и надписи на картах требуют несколько иной процедуры генерализации. На рис. 3.2 показано, что в случае точечных и линейных символов процессы отбора и смещения преследуют цель избежать наложения слишком большого количества надписей и их объединения. Когда в процессе смещения надпись оказывается слишком далеко от объекта, который она обозначает, может возникнуть необходимость в графическом соединении надписи с ее объектом при помощи указательной линии или цифрового кода.

Сокращение – еще один способ обобщения надписей и обозначений на картах малого масштаба, с небольшим пространством для надписей. Объединение (агрегация, скопление) может оказаться полезным там, где множество одинаковых явлений может перегрузить карту, если каждому из них будет предоставлен собственный, пусть даже точечный, символ. Если же каким-то символом (кружком) заменить множество точек, например 20 торнадо, то он должен быть либо помещен в «центр массы» отдельных явлений, либо обозначать самое крупное их скопление.

В том случае, если происходит значительное уменьшение масштаба карты, например с 1:100 000 до 1:20 000 000, может применяться такой метод, как преобразование ареала на карте. При этом внимание пользователя переключается с единичных символов отдельных объектов на зоны их пропорциональной концентрации. Например, вместо обозначения отдельных торнадо на карте может быть показан пояс местности, где они случаются сравнительно часто. В этом случае преобразование по принципу площади заменяет все отдельные точечные символы одной или несколькими ограниченными площадями. Они могут быть снабжены дополнительными указаниями на относительную плотность явлений: «высокая», «умеренная» и «небольшая» – и таким образом создать более информативную и менее обобщенную географическую модель.

Рис. 3.3. Простейшие геометрические операции в генерализации признаков ареала

Как видно из рис. 3.3, пространственные символы требуют при генерализации наибольшего количества процедур, поскольку границы обозначенных ими площадей могут подвергаться объединению, преобразованию в точки и всем другим элементам линейного обобщения, так же как и некоторым, только для этой местности подходящим уникальным методам. Отбор особенно важен в тех случаях, когда пространственные обозначения должны присутствовать на карте наряду с многочисленными линейными и точечными объектами. Наличие минимального стандартного размера листа карты может служить ориентиром для выбора пространственных объектов и действовать постоянно на других листах, входящих в блок (книгу, альбом и т. д.). Например, на картах масштаба 1:24 000 не могут быть показаны лесные массивы меньше 0,4 га, если только они не представляют собой важные ориентиры или защитные полосы. Ученые-почвоведы ввели в практику менее точный, но столь же прагматичный порог для устранения мелких и не имеющих значения пространств на почвенных картах – размер заточенного грифеля.

Объединение (агрегация) может оказаться важнее отбора в тех случаях, когда какой-то участок местности оказывается слишком мелким для отдельного нанесения на карту, или объединяется с такими же или даже меньшими участками поблизости, или сливается с более крупным соседом. На почвенных картах и планах застройки, которые распределяют всю землю данного региона по категориям, объединение двух близлежащих, но разделенных участков может потребовать поглощения или удаления разделяющей их территории. Карта застройки данного района может показать, например, в качестве пригодных для перевозок станции железных дорог, шоссейные развязки и зоны отдыха на автострадах на тех участках, на которых ширина дорог соответствует установленному минимуму. Упрощение, смещение, сглаживание и объединение необходимы не только для того, чтобы улучшить детализацию на картах и избежать графического наложения границ данного ареала на другие линейные символы, но и для того, чтобы восстанавливать границы, нарушенные процессами объединения и сегментации (разделения).

Генерализация при необходимости облегчает существенное уменьшение масштаба карты путем перевода пространственных объектов в линейные или точечные. Преобразование в линии естественно для мелкомасштабных карт общего назначения, на которых, например, все реки, за исключением самых широких, представлены ясно видимыми линиями единообразной ширины. Карты шоссейных дорог тоже помогают пользователю тем, что концентрируют его внимание не на ширине проезжей части, а на соединенности дорожной сети и направлениях. На мелкомасштабных картах преобразование в точки представляет такие большие и разросшиеся города, как Лондон или Лос-Анджелес в виде кружков, а вот на среднемасштабных дорожных картах внимание путешественника концентрируется на дорожных развязках. Преобразование в линии и точки часто необходимо, потому что на малом масштабе пространственный символ будет слишком мал и незаметен для надежного и действенного визуального распознавания.

Рис. 3.4. Район в Нортумберленде, Пенсильвания, на топографических картах масштабов 1:24 000 (слева) и 1:250 000, увеличенный до 1:24 000 (справа)

Сравнение двух и более карт, которые показывают одну и ту же местность в существенно различающихся масштабах, – хороший способ правильно оценить необходимость геометрической генерализации. Например, рассмотрите две карты на рис. 3.4. Два прямоугольника представляют собой фрагменты карт одной и той же части города, выполненных в масштабах 1:24 000 и 1:250 000. Увеличение части мелкомасштабной карты примерно до того же размера листа, что и карты крупномасштабной, показывает, что на карте масштаба 1:250 000 необходимо было осуществить существенную генерализацию. Значительно меньшее количество объектов, обозначенных на карте масштаба 1:250 000, демонстрирует, как правильный отбор объектов помогает составителю карты избежать их смешения. Обратите внимание, что на мелкомасштабной карте нет названий большинства улиц, отдельно стоящих зданий и даже названия острова посередине реки. Шоссе и линия железной дороги имеют гораздо более плавные очертания и расположены на большем расстоянии друг от друга, что позволяет поместить на карте 1:250 000 значок моста. Поскольку увеличенная карта слева в определенном смысле представляет изображение показанного справа участка в сто раз подробнее, она может более детально показать гораздо больше объектов.

Насколько точно располагаются символы на картах? Административно-бюджетное управление США направило этот вопрос Национальным картографическим стандартам, разработанным Геологической службой США и другими государственными картографическими ведомствами. Для того чтобы получить штамп «Данная карта соответствует Национальным картографическим стандартам», карта масштаба 1:20 000 или меньше должна быть проверена на то, чтобы ее символы не отклонялись от своих нормальных позиций более чем на 0,5 мм. Эта погрешность отражает пределы возможностей современного картографического оборудования и координации человеческого глаза и руки. Однако только 90 % проверенных в конкретной карте точек должны соответствовать этому стандарту. А остальные 10 % точек могут существенно превышать установленный порог. И не важно, на сколько их положение отклоняется от правильного – на 1,0 мм или на 10 мм, – это уже не играет никакой роли. Если 90 % проверенных точек соответствуют стандарту, карта пропускается.

Национальные картографические стандарты допускают геометрическую генерализацию. Эксперты проверяют только «хорошо обозначенные точки», которые легко идентифицировать на Земле или при помощи аэрофотографии; которые легко вписываются в карту и легко проверяются на предмет точности положения по горизонту. Они включают специальные топографические маркеры, пересечения автомобильных и железных дорог, углы больших зданий и центры небольших строений. Инструкции позволяют проверяющим игнорировать объекты, которые могли быть перемещены, чтобы избежать «перекрытия» одного другим, или обеспечить минимальное расстояние между теми символами, которые были специально увеличены, чтобы стать видимыми. На тех участках карты, где наблюдается большая скученность объектов, карты обычно бывают менее точными, чем на более свободных участках. Таким образом, городки в Пенсильвании, где обычны узкие улицы и отсутствуют лужайки перед домами, не дадут на картах той точности, которую могут дать, например, городки штата Колорадо с широкими улицами, просторными передними лужайками и большими земельными участками. Но если 90 % хорошо обозначенных на проекте карты точек, которые не нуждаются в перемещении, соответствуют стандартам, то карта пройдет экспертизу.

Рис. 3.5. Планиметрическая карта обобщает расстояние путем проведения перпендикулярных проекций от всех точек на горизонтальную поверхность

Эти карты показывают только планиметрические расстояния, то есть расстояния, измеренные с самолета. Как показывает рис. 3.5, планиметрическая карта «сжимает» трехмерную поверхность земли в двухмерный лист карты, проецируя каждую точку перпендикулярно на горизонтальную поверхность. Для двух точек, расположенных на разной высоте, расстояние на карте между их планиметрически точными позициями приуменьшает фактическое расстояние между ними на земной поверхности и прямое расстояние в трехмерной реальности. Такое отображение планиметрического расстояния становится геометрическим обобщением, важным для крупномасштабных плоских карт.

Однако пользователи карт должны быть осторожны в случаях, когда заключение о карте содержит пометку «приблизительно установленные точки» или предупреждает о том, что «данная карта может не соответствовать Национальным картографическим стандартам». В большинстве случаев это относится к картам, которые были составлены на основе невыверенных аэрофотоснимков, на которых ошибки по горизонтали особенно велики на пересеченных и холмистых участках. Рис. 3.6 показывает разницу между аэрофотоснимками поверхности Земли и представлением расстояния на горизонтальной плоскости на планиметрической карте. Поскольку визирные линии при аэрофотосъемке проходят через объектив фотокамеры, создавая эффект конуса, то большинство точек на поверхности земли смещаются со своих планиметрических позиций. Обратите внимание на то, что такое смещение обычно направлено радиально вовне от центра фотографии; что оно больше для точек, расположенных высоко над горизонтальной поверхностью, чем низко расположенных точек; и что оно больше на границах фотоснимка, чем в центре. Картографы называют это явление радиальным смещением. Исключить это явление можно с помощью процесса ортотрансформации, в котором изображение искусственным образом растягивается, чтобы компенсировать радиальное смещение. Ортофотографическая карта, выполненная на основе ортофотографий, – это планиметрически точная карта, созданная на основе спутниковых снимков. В главе 12 мы подробно рассмотрим широкий спектр применения спутниковых карт.

Рис. 3.6. Вертикальная аэрофотография (и любая карта с символами, взятыми с такой фотографии) является изображением, на котором точки смещены радиально относительно своих планиметрических позиций

Однако для некоторых видов карт точность менее важна, чем правильное отображение связей, соседства и положения объектов относительно друг друга. Среди очень полезных и необходимых сильно генерализированных карт можно назвать линейное изображение линий метро и другого общественного транспорта. Как видно из илл. 1 на вклейке, на котором изображена схема линий метро города Вашингтона, для центральной части города, в которой сходятся и соединяются много линий, использован относительно большой масштаб; остановки в деловом центре американской столицы расположены на расстоянии 4–5 кварталов друг от друга; все это сделано для того, чтобы уместить на карте многочисленные названия линий и станций. Напротив, ближе к окраинам города, где станции метро могут отстоять друг от друга на 1,5 и больше километров, масштаб может быть мельче, поскольку показываемые объекты размещаются не так плотно. Обычно разные линии метро обозначаются разными цветами. В Вашингтонском метрополитене разные линии так и называются по их цвету: Синяя линия, Красная линия и т. д. Это повышает понятность карты. Принося в жертву геометрическую точность, схемы линий метро тем не менее успешно отвечают на вопросы пользователей: в какой точке метро я нахожусь? Где расположена нужная мне станция? Следует ли мне делать пересадку? Если да, то где именно и на какую ветку? В каком направлении мне нужно ехать? Как называется конечная станция на моей линии? Сколько станций я должен проехать, прежде чем выйти? Функциональность диктует форму, поэтому более точная в обычном смысле слова карта не сможет работать так же эффективно.

Содержание

Если для геометрического обобщения карты необходимо обеспечить ее графическую понятность, избегая наложения картографических символов один на другой, то генерализация содержания подразумевает ясность цели или значений карты за счет отсеивания деталей, ненужных с точки зрения функций карты или ее темы. Обобщение содержания включает в себя только два основных элемента – отбор и классификацию. Отбор, который работает в геометрической генерализации путем подавления некоторой информации, обеспечивает обобщение содержания путем выбора только необходимых для данной карты объектов. Напротив, классификация делает карту более информативной и удобной в применении, признавая схожесть выбранных объектов таким образом, чтобы один символ мог представлять целую группу похожих объектов. Хотя все объекты, отображаемые картой, в каком-то смысле уникальны, обычно каждый такой объект не может обозначаться своим собственным уникальным символом. Хотя некоторые карты подчеркивают уникальность каждого объекта, приводя названия отдельных улиц и номера землевладений, даже они используют очень немного линейных символов, чтобы подчеркнуть схожесть между дорогами и границами владений как групп. В действительности графический «словарь» большинства карт ограничен только небольшим набором стандартных символов.

Иногда «шаблонный эффект» стандартных символов может ввести пользователя карты в заблуждение, объединяя в группу функционально различные объекты. Стандартные символы, созданные специально для моментального и точного распознавания и пропорционально подогнанные под конкретный масштаб, – это обычная в картографии вещь, которая повышает эффективность и составления, и применения карт. Традиционно картографы использовали пластиковые рисовальные трафареты для того, чтобы чернилами вписывать в «щиты» обозначения названий хайвеев и другие символы, требующие пояснений. Авторы карт вырезали кусочки изображения пространственных точечных символов из уже напечатанных карт и наклеивали их на проект новой карты, чтобы добавить на них пунктирные, точечные или параллельные линии из специально изготавливаемой гибкой прозрачной пластиковой ленты. Сегодня графические компьютерные программы позволяют производителям карт не только выбирать из меню точечные, линейные или пространственные символы, но создавать и сохранять новые формы, которые легко копируются и используются в нужных местах. Единые символы помогают пользователям тысяч крупномасштабных топографических карт, одобренных Геологической службой США, в которых тоже применяются стандартные символы. На дорожных картах «легенда» в собранном виде представляет собой набор используемых символов, чтобы пользователь не испытывал сложностей, во всяком случае хотя бы на этапе знакомства с картой. Тем не менее и здесь возникают сложности тогда, когда стандартный символ должен обозначать функционально несхожие элементы. Поэтому, хотя иногда и необходимо помещать рядом со стандартным символом набранное мелким шрифтом дополнительное пояснение, указывающее на важное исключение в функциональности обозначаемого объекта (например, фразу о том, что данный участок хайвея «находится в состоянии реконструкции»), многие составители карт зачастую такие детали опускают.

Обобщенные карты шоссейных развязок являются одним из ярчайших примеров того, как информация, скрытая «эффектом шаблона», может запутать или создать неудобства доверчивому пользователю карт. Левая часть рис. 3.7 представляет собой детализированную схему пересечения хайвеев № 104 и 590 возле города Рочестера, штат Нью-Йорк. Карта составлена Департаментом транспорта штата и имеет масштаб 1:9600. Обратите внимание на то, что водитель, следующий с востока (то есть справа) по шоссе NY-104, не может легко повернуть на север (то есть в направлении верхней части карты) на шоссе NY-590. В верхней правой части левой карты показано, что строительство необходимых соединительных полос от NY-104 началось, но не завершилось. Напротив, правая карта демонстрирует, как разные коммерческие производители карт изображают этот участок на своих мелкомасштабных дорожных картах штата. Два символа в виде ромба, которыми обозначены места развязок, позволяют сделать вывод о наличии независимых и равноценных соединений между хайвеями. Однако карта с более крупным масштабом ясно указывает на то, что водитель, желающий перескочить с идущего на запад шоссе NY-104 на следующую на север дорогу NY-590, должен проехать до следующего западного съезда по первой трассе или следующего южного съезда – по второй и только оттуда вернуться на шоссе № 590 (то есть проехать двойное расстояние). До тех пор пока строители не завершат соединительные полосы между двумя дорогами, такое несоответствие между реальностью и ее отображением на мелкомасштабной коммерческой карте будет злить водителей, которые полагают, что «ромбики» обозначают действующее соединение дорог.

Рис. 3.7. Развязка хайвеев у Рочестера, Нью-Йорк, на детальном плане транспортных путей (слева) и на некоторых коммерческих дорожных картах (справа). Надписи на карте: Хобби-крик (приток р. Дэнсмор-крик) и Дэнсмор-крик (река, впадающая в оз. Онтарио)

Качественная классификация и отбор часто зависят от интуиции хорошо информированного составителя и грамотных рабочих определений. Это в особенности относится к геологическим и почвенным картам, которые обычно готовятся несколькими специалистами во многих местностях. Детальное описание целей работы и ее процедур необходимо в тех случаях, когда два картографа-составителя работают над картой в паре сотен километров друг от друга и при этом они должны идентифицировать и провести границы для разных частей одного и того же участка. Такие описания должны обеспечить и внутреннюю однородность и точность, соответствующие категории карты и ее сопряженности с соседними объектами. На почвенной карте, например, небольшие вкрапления почвы категории Б могут находиться внутри участка, на котором почва относится к категории А. Такая практика принята, потому что эти вкрапления слишком малы для того, чтобы быть показанными отдельно, а также поскольку эксперт-почвенник может и не установить все такие участки. Ведь создание почвенных карт – медленный и утомительный процесс, требующий взятия проб подпочвенного грунта при помощи бурения, а иногда и закладки шурфов для изучения вертикального профиля почв. Здесь точность зависит от понимания экспертами процессов, происходящих в данной почве, и истории ее формирования (если такая информация доступна). Многое зависит от опыта специалиста во взятии проб грунта, а также его интуиции в определении границ данного участка.

Неприятно, когда четкие и внешне убедительные линии на почвенных картах на самом деле показывают созданные природой нечеткие границы. Однако гораздо хуже бывает, когда составители карт бездумно используют компьютеризированные информационно-графические системы, описывающие границы почв, и перекладывают их на нескорректированные аэрофотоснимки, которые подвержены эффекту «радиального смещения», показанному на рис. 3.6. Точно так же как выдергивание отдельного высказывания публичного лица из контекста, «выжимание» информации о почве данного участка из аэрофотоснимка порождает неправильное восприятие всей информации. Когда такая информация сохраняется в информационном архиве наряду с более точными данными, она легко приобретает ложную «ауру» точности.

Несмотря на существующий закон «мусор на входе, мусор на выходе», графические компьютерные программы, как правило, играют положительную роль в анализе и демонстрации карт. Особенно полезной является способность таких программ обобщать геометрию и содержание карт таким образом, что одна или две базы географических данных могут обеспечить широкую шкалу индикатора. Крупномасштабные карты, в деталях представляющие небольшие участки поверхности, могут результативно использовать богатство данных, тогда как обобщенные компьютером карты меньших масштабов могут показать меньший набор доступных объектов, обеспечивая в то же время их удобное размещение во избежание графических «наслоений». Таким образом, и содержание, и масштаб каждой карты можно сделать такими, чтобы удовлетворить потребности каждого конкретного пользователя.

Рис. 3.8. Карты землепользования, генерализированные компьютером на основе детальных данных в соответствии с тремя разными задачами