Основные способы анализа географических карт

Основные способы анализа карт

Существует достаточно много различных приемов анализа картографических моделей. Их можно классифицировать по различным принципам.

1. По объекту исследования – геологические, геоморфологические, почвенные, геоэкологические, геоботанические, исторические и т. д.

2. По цели исследования – получение количественных характеристик, анализ взаимосвязей, изучение динамики явлений, прогноз и т. д.

3. По технике и сложности исследования: а) визуальный анализ; б) графо-аналитические приемы; в) графический анализ; г) математико-статистический анализ.

Отдельные приемы анализа карт объединяются и составляют общую систему. Главная черта системы приемов – их взаимосвязь и взаимная дополняемость, использование в совокупности. Вся система приемов анализа карт может быть использована либо для изучения отдельного картографического изображения, либо для серии карт и географического атласа.

В первом случае (когда изучается одна карта) возможны три способа работы с картой: 1) изучение картографического изображения без его преобразования, т. е. анализ карты, такой, какая она есть с помощью чтения, описания, графических построений и картометрирования; 2) изучение преобразованного картографического изображения. Преобразование картографического изображения позволяет трансформировать исходную карту для конкретного целенаправленного исследования; 3) разложение картографического изображения на составляющие и подробное их изучение; разложение картографического изображения выполняется с целью вычленения каких-либо закономерностей, особо интересующих исследователя, углубленного изучения общего плана и аномалий в размещении явлений.

Работа с серией карт и географическими атласами включает: 1) совместное изучение разновременных карт с целью повторного определения состояния и пространственного положения явлений, изучения их динамики и ритмики; 2) анализ карт разной тематики, когда ставится задача выявления и изучения взаимосвязей и взаимодействия явлений, представленных на разных картах, получение комплексных и синтетических характеристик, районирование территории; 3) сравнение карт-аналогов, т. е. карт на которых показаны одни и те же явления, но в пределах разных, нередко весьма удаленных друг от друга территорий. По картам-аналогам выявляют сходство в пространственной организации явлений, сходные закономерности, общие черты развития; 4) изучение разномасшабных карт, которое направлено на выявление географических закономерностей и структур разного порядка – от локальных до глобальных.

Источник

Основные методы географических исследований – примеры и характеристика

География, как и любая другая наука, имеет свои методы исследований и источники информации. Под эти термином стоит понимать те способы и приемы, с помощью которых географы получают новые знания. Ученые анализируют известную им информацию, чтобы понять закономерности, связанные с географическими процессами и явлениями. Какие же методы выделяют в географии?

Метод наблюдения

Известен также как метод полевых исследований. Даже в наше время географы не только обрабатывают информацию на компьютерах, но и иногда путешествуют. Часто только на месте можно определить, где проходят культурные и языковые границы между группами населения, ведь они нередко не совпадают с границами политическими. Ученые снимают на камеру окружающую местность, фотографируют ее, записывают разговоры с местными жителями. Работа «в поле» помогает по-новому взглянуть на природу многих явлений и увидеть то, что до этого не заметил ни один другой исследователь.

Картографический метод

Здесь можно выделить две важных составляющих. С одной стороны, ученые анализируют уже составленные карты, ведь такой вид представления информации наиболее удобен для человека. С другой стороны, они создают собственные карты, на которых в наглядной форме отражают собранные ими сведения. На картах могут отображать расположение физических объектов, торговые маршруты и водные течения, распределение средних температур, рельеф местности, плотность населения и уровень его доходов, разбиение территорий на регионы по физическим, политическим или экономическим признакам и многое другое.

Статистический метод

Статистика – важнейший инструмент практически любой науки, и география исключением не является. Ученые собирают самую разную информацию о географических объектах, на например, численность населения стран и их площадь, скорость морских течений или движения материков. Уже на основе статистики могут быть составлены разнообразные карты, отражающие ее. Также статистическая информация может быть представлена в виде графиков, диаграмм, гистограмм или в другой форме.

Наконец, статистика дает исследователям методы обработки информации. В частности, можно определить корреляцию между какой-либо парой параметров. Например, статистика говорит, что в странах с низкой долей курящего населения выше средняя продолжительность жизни.

Исторический метод

Важно изучать не только статическую картину сегодняшнего мира, но и динамику её изменения. Для этого анализируются исторические данные. Например, можно сравнить изменение численности населения стран во времени или колебания среднегодовых температур. Подобный анализ помогает находить причины географических явлений.

Сравнительный метод

Ещё один общенаучный метод. Для нахождения закономерностей географам приходится сравнивать разные процессы между собой. Они ищут сходства и различия между географическими процессами и явлениями, классифицируют их. Например, сравнение вулканов помогло разбить их на щитовидные и купольные вулканы, стратовулканы, шлаковые конусы и сложные вулканы.

Метод районирования

Часто в географической литературе можно встретить такой прием, как разбиение единой территории на районы. Иногда это деление носит естественный характер (по границам материков или стран), но часто оно бывает условным (разбиение Евразии на Европу и Азию). Нередко территорию страны делят на экономические районы, а весь земной шар – на географические пояса (экваториальный, субэкваториальный, тропический, арктический и т.д.).

Метод дистанционных наблюдений

Иногда ученому необязательно надо наблюдать за природой своими глазами. Много информации добывается за счет съемок с беспилотников, спутников и пилотируемых самолетов. Так, именно с помощью наблюдения из космоса было определено, что в одной из точек Антарктиды 10 августа 2010 года температура опустилась до -93,2 °С – минимального значения за всю историю. Также к дистанционному наблюдению можно отнести сбор информации с автоматически работающих установок, расположенных на поверхности Мирового океана.

Метод моделирования

Построение моделей может считаться общенаучным методом исследований. В качества примера простейшей модели Земли можно привести глобус. Однако существуют и значительно более сложные имитационные модели. В 1972 году была создана имитационная модель «World 3», которая включала в себе около 150 уравнений и описывала взаимосвязь численности населения планеты, запасов природных невозобновимых и возобновимых ресурсов, уровня индустриализации человечества и другие величины. Данная модель показала, что экстенсивный рост экономики и населения может привести к исчерпанию ресурсов и голоду. Современные модели могут включать десятки тысяч переменных.

Метод географического прогноза

Тесно связан с методом моделирования. На основе разработанных теорий географических процессов и построенных моделей ученые могут предсказывать развитие событий. Простейший пример – это прогноз погоды на неделю. Но географы также предсказывают будущее на десятилетия и даже столетия вперед. Так, считается, что к 2050 году лед в Северном ледовитом океане в летние месяцы будет полностью таять.

Экономико-математический метод

Иногда из статистического метода выделяют экономико-математический, который связан с расчетом таких социоэкономических показателей, как валовый внутренний продукт, смертность и рождаемость, плотность населения, уровень миграции и эмиграции.

Геоинформационный метод

Этот метод также выделяют не всегда. К нему относят работы, связанные с сбором огромных массивов статистических сведений с помощью космических спутников и метеорологических станций.

Источник

Основные способы анализа географических карт

Картографический метод исследования основан на анализе карт как пространственно-временных моделей действительности. Для изучения явлений по их изображениям на картах используются различные приемы анализа, среди которых выделяют визуальные, картометриче-ские, графические и математические способы.

Визуальный анализ — наиболее употребительный прием исследования по картам, основан на существе карт как образно-знаковых моделей, воспроизводящих в наглядной форме пространственные формы, отношения и структуру. Уже беглый взгляд на карту порождает при наличии опыта зрительный образ пространства изображенных явлений, например общее представление о местности по топографической карте. Внимательный просмотр карты позволяет далее (в зависимости от ее содержания) увидеть особенности форм и своеобразие пространственного рисунка явлений (например, округлые или лопастные очертания озер, древовидную или решетчатую конфигурацию гидрографической сети, пятнистость почв и т. п.) и дать содержательную интерпретацию этих форм; сопоставить величины показанных объектов (например, соотношение промышленных пунктов по стоимости валовой продукции); установить закономерности размещения (например, зональность растительного покрова), сходный характер явлений (например, использования земель) и места их резкой смены (например, на природных рубежах); обнаружить пространственные взаимосвязи (например, между рельефом, почвами и растительностью или между природными условиями и сельским расселением); уяснить характер пространственных структур (например, больших городов); оценить особенности динамических ситуаций (например, синоптической обстановки) и т. д.

Такой анализ одинаково возможен для изучения планетарных закономерностей в размещении суши и океана, рельефа, климата, почв, растительности, животного мира, населения, хозяйства и т. д. или их региональных и даже местных особенностей. Визуальный анализ имеет в виду преимущественно качественную характеристику явлений, но часто сопровождается глазомерной оценкой длин, площадей, высот и т. п., а также их соотношений (при которой нельзя забывать об искажениях, вносимых картографическими проекциями при передаче больших пространств). Он всегда используется на первоначальной стадии исследования для общего ознакомления с изучаемыми явлениями и для выбора последующей методики работы.

Внешне простой и доступный каждому, визуальный анализ требует вместе с тем умения читать карту, понимания сути анализируемых явлений и, конечно, привлечения подходящих к делу карт. Это умственный труд, успех которого зависит от интенсивности и подготовки исполнителя.

Результатом визуального анализа может быть описание изучаемых явлений, для которого необходимы логичность и последовательность изложения, отбор и систематизация фактов, их анализ, обобщение и заключительные выводы. Заранее продуманная схема описания как бы образует алгоритм визуального анализа.

При общем развитии картографического метода исследования визуальный анализ расширяет область своего применения. Он распространяется на новые виды карт (например, металлогенические, служащие для прогноза полезных ископаемых) и особенно продуктивен в комплексном картографировании при совместном анализе сопряженных карт (§ 11.3), а также при сравнительном анализе вариантов карты в процессе ее автоматизированного изготовления. Весьма эффективно его использование для анализа статистических карт, переводящих таблицы статистических данных в наглядный, запоминающийся образ, облегчающий анализ явлений и их районирование.

Картометрические исследования заключаются в измерении и исчислении по картам количественных характеристик явлений с оценкой точности получаемых результатов. Определения координат, расстояний, длин, высот, площадей, объемов, углов и азимутов, уклонов и других топографических характеристик, теория и практические приемы этих определений издавна рассматриваются в особом разделе картографии — картометрии (см. § 1.5). Диапазон картометрических работ необычайно широк. Они могут сводиться к измерениям отдельных объектов (например, длины какой-либо реки) или быть массовыми (включать все реки), иметь локальный характер (например, ограничиваться небольшим районом) или распространяться на значительные пространства (например, ставить целью определение площадей земельных ресурсов по их видам для всей страны) или даже иметь глобальное значение.

Картометрия в традиционной разработке ограничивала свои интересы топографическими характеристиками, получаемыми по общегеографическим (топографическим) и морским навигационным картам. Между тем многие отрасли знания — науки о Земле и ее биосфере, экономическая и социальная география и другие — теперь нуждаются в получении по картам разнообразных абсолютных и относительных пространственных показателей, характеризующих формы явлений, их мощность, плотность и интенсивность, количественную структуру и градиенты, отношения соседства и доступности. Выбор показателей относится к задачам названных наук, но в основе определения показателей лежат картометрические измерения по соответствующим тематическим картам. Естественно, что разработка принципиальных положений, рациональных приемов и техники таких измерений, оценка их точности, обоснование выбора карт и т. д. входят в задачи картометрии в ее широком современном применении.

Большое распространение получили морфометрические расчеты формы и структуры объектов — общего характера их очертаний, вытянутости, извилистости, кривизны, расчленения и т. д., а также статистический анализ плотности, распределения и взаимосвязей явлений. Как особое направление при использовании картографического метода другими науками формируется «тематическая морфометрия, в задачи которой входит количественное исследование по тематическим картам форм и структур изображенных на них объектов» ( См. Берлянт А. М. Образ пространства: карта и информация. М., 1986. С. 107.). В частности, такова геоморфологическая морфометрия, изучающая формы и структуры рельефа — размеры, особенности и группировку форм, горизонтальное и вертикальное расчленение и др.

Интенсивное внедрение автоматизированных приемов измерений по картам и привлечение ЭВМ для обработки их результатов необыкновенно повышают эффективность и точность картометрических исследований.

Графический анализ заключается в исследовании явлений при помощи графических построений, выполняемых по географическим картам. Такими построениями могут быть профили, разрезы, блок-диаграммы и другие образно-знаковые модели, производные от карт, а также различные графики-диаграммы, розы направлений или звездные диаграммы и т. п. Их часто применяют для наглядного представления о размещении явлений в иных плоскостях, чем горизонтальная, например в вертикальной плоскости посредством профилей и разрезов, в плоском изображении трехмерного пространства посредством блок-диаграмм, нередко сочетающих горизонтальные и вертикальные сечения, и т. п. Профили широко используют для изучения рельефа земной поверхности, геологического строения земной коры и т. д. Разрезы, показывающие вертикальную структуру компонентов географической оболочки, удобны для исследования их соотношений с рельефом земной поверхности, в частности с высотной поясностью. Совмещение профилей позволяет переходить к пространственному анализу, например для выявления поверхностей выравнивания (рис. 11.3).

Рис. 11.3. Наложение профилей рельефа, позволяющее наметить поверхности выравнивания (на высотах 75-76 м); ландшафт денудационной равнины

Заметим, что профили можно строить по любым картам с изолиниями и псевдоизолиниями, например по картам плотностей различных ресурсов- природных, трудовых и т. п. Блок-диаграммы, дающие перспективное изображение пространства, удобны для передачи связей между рельефом земной поверхности, геологическими структурами, почвенным покровом и т. д.

Графический анализ нередко служит для выяснения закономерностей пространственного размещения, например распределения (ориентирования каких-либо явлений (ветров, водотоков, тектонических разломов и т. п.) по основным азимутам. Рис. 11.4, а показывает реки Кольского полуострова и соответствующую звездную диаграмму (на которой длина лучей пропорциональна суммарным длинам водотоков по 12 направлениям), характеризующую в обобщенной форме основную ориентировку гидросети; рисунок 11.4,б построен аналогичным образом для линий неотектонических разломов.

Автоматизация графических построений позволяет легко изменять их масштабы, ориентирование и другие параметры, сопоставлять и совмещать различные графики и в конечном счете неизмеримо ускоряет работу и повышает эффективность графического анализа.

Сама суть географических карт как математически определенных простр анственных моделей предопределяет эффективность математических приемов их -анализа для получения новых характеристик отображенных на картах явлений, для изучения их взаимосвязей и зависимостей, для построения математических моделей и других целей.

Рис. 11. 4. Графический анализ взаимосвязи гидрографической сети Кольского п-ова с линиями неотектонических разломов: а — карта речной сети и диаграмма ориентирования рек по основным направлениям горизонта; б — карта неотектонических нарушений и соответствующая диаграмма; в — совмещение диаграмм: 1 — речной сети; 2 — неотектонических нарушений

Очень популярен математико-статистический анализ, привлекаемый к исследованию явлений, которые можно рассматривать на картах как однородные множества изменяющихся в пространстве случайных величин: высот, температур, посевных площадей, урожайности и т. п., называемых в математической статистике статистическими совокупностями. Среди многих задач, решаемых по картам при помощи статистического анализа, можно выделить три основные: 1) определение статистических характеристик какого-либо однородного явления, зависящего от многих факторов с неизвестной функциональной связью; 2) изучение пространственных и временных связей между явлениями; 3) оценка степени влияния отдельных факторов на изучаемое явление и выделение ведущих факторов.

Для характеристики явления посредством какого-либо статистического показателя (средней арифметической, моды, медианы и т. п.) определяют количественные значения явления во многих точках карты и обрабатывают полученные данные, следуя правилам математической статистики по ячейкам избранной территориальной сетки (административного деления, природного районирования, регулярной сети и т. п.). Для производства выборки наиболее удобны карты с изолиниями (или псевдоизолиниями), позволяющими определять величину явлений в любой точке карты. Наиболее обоснована выборка по сетке равномерно расположенных точек. Количественные значения для статистической обработки можно получать и по картам с другими способами изображения: точками, ареалами, картограммами. Например, при точечном способе определяют интенсивность явлений выборочно по сетке контрольных площадок (часто в виде кружков), подсчитывая число точек внутри каждой контрольной площадки. Обычно анализ завершают построением картограммы или изолиний (псевдоизолиний), дающих наглядное представление о пространственных изменения показателя.

При исследовании по картам пространственных (и временных) зависимостей явлений — их формы и тесноты — прибегают к вычислению корреляционных показателей (коэффициентов корреляции, корреляционных отношений, показателей множественной корреляции и др.) и к выяснению (оценке) их надежности. Для этого надо иметь две выборки значений сопоставляемых явлений (например, осадков и урожайности), измеренных в одних и тех же точках одной или двух сравнимых карт; для множественной корреляции привлекают три выборки и более по одной или нескольким картам. Такие исследования при детализации расчетов по сетке территориального деления дают материал для составления карт взаимосвязей (корреляций), показывающих пространственные изменения величины и знака показателей корреляции; по ним возможно районирование территории по характеру связей — тесных и слабых, положительных и отрицательных, что важно для установления причинно-следственных отношений между исследуемыми явлениями. Картографо-етатистическое изучение взаимосвязей теперь широко используется не только в географических исследованиях, то также в других отраслях знания, в частности в геологии, метеорологии и медицине. Конкретное его применение будет показано в § 11.5.

Задачи по оценке влияния отдельных факторов и выделению ведущих факторов возникают при исследовании по-картам сложных комплексов явлений со множеством взаимосвязей. Примерами могут быть совокупность климатических показателей, или, что значительно шире, комплекс природных условий. Математическая статистика предоставляет для этого средство в виде факторного анализа, который позволяет сводить в одном показателе (аппроксимировать одним фактором) влияние комплекса родственных явлений и в конечном счете обобщать и оценивать влияние многих факторов при помощи весьма ограниченного числа синтетических показателей. Такой путь исследования дает объективное средство к составлению синтетических карт, например комфортности природных условий для обитания и работы людей.

Другой распространенный прием математического анализа состоит в составлении по картам уравнений поверхностей, аппроксимирующих исследуемые явления — реальные (например, земной рельеф, поверхности погребенных пород определенного геологического возраста и т. п.) или абстрактные (годовой слой осадков, плотность населения, урожайность и др.), затем в построении поэтим уравнениям карт аппроксимирующих поверхностей и, наконец, в анализе этих поверхностей для интерпретации и объяснения исследуемых явлений.

функция искомой поверхности

(11.1)

где z — значение исследуемого явления в точке с координатами и и v, неизвестно, но ее можно выразить в той или иной приближенной форме, например в виде степенного ряда

(11.2)

с неизвестными коэффициентами А, В, С. Для определения этих коэффициентов решается система уравнений (11.2), число которых равно или превышает число искомых коэффициентов (в последнем случае с привлечением способа наименьших квадратов). Значения z, и и v для составления отдельных уравнений берутся при исследовании непрерывных (континуальных) явлений непосредственно с карты, например в вершинах регулярной сетки, а для дискретных явлений определяются по сети территориальных ячеек как «плотности» явлений в этих ячейках, т. е. отношение численности объектов или суммарного выражения картографируемых признаков в каждой ячейке к ее площади (например, плотность населения, «плотность» запасов древесины в м 3 на 1 га и т. п.). Очевидно многочлен первой степени, определяющий аппроксимирующую поверхность как плоскость, дает для сложной поверхности лишь самое грубое приближение. Аппроксимация уточняется с повышением степени многочлена. Несложные поверхности удовлетворительно описываются кубическими и даже квадратными уравнениями. Разложения можно выполнить также посредством тригонометрических рядов Фурье, или, что особенно удобно для практических целей, в виде суммы произведений ортогональных многочленов П. Л. Чебышева.

Аппроксимирующие поверхности удобно применять для определения площадей и объемов, сопоставления поверхностей, например при изучении корреляции явлений и т. п.

Для математического анализа заимствуются также положения из других математических дисциплин. В частности, приемы математической теории информации привлекаются для оценки по картам пространственной однородности (или неоднородности) явлений, пространственного соответствия различных явлений и т. д.

Проведенный выше раздельный обзор основных приемов анализа, используемых в картографическом методе исследования, позволяет яснее видеть пути его применения. Но в практике обычно совместное применение различных приемов. Например, предварительный визуальный анализ полезен для выбора рациональной методики картометри-ческих работ, результаты которых могут быть далее обобщены в графических построениях, в частности в виде гипсографических кривых, и т. п. Комплексирование различных приемов не только обогащает методику работы, но и расширяет возможности картографического метода.

Некоторые приемы анализа (визуальный, картометрический, графический) имеют длительную историю, но математические приемы, требующие сплошь и рядом обширных вычислений, оказались реальными лишь после внедрения электронно-вычислительных машин в практику картографического метода.

Источник