§ 7.9 Цифровые модели земной оболочки

Цифровые модели земной оболочки, ее объектов и явлений - это модели пространства, отображающие его в цифровой форме, зафиксированной на магнитной ленте, магнитном диске или другом носителе информации, что позволяет непосредственный ввод и обработку информации на ЭВМ с последующим ее выводом на видеоэкран или графопостроитель. Носитель информации фиксирует пространственные, координаты точек, их качественные характеристики (посредством кода) и, когда необходимо, количественные значения точек - их высоту, температуру, величину объектов, локализуемых по пунктам, и т. п. При этом линейные объекты обозначаются сериями точек, последовательно определяющих положение линий, а площадные объекты - своими граничными линиями либо сетями точек внутри объекта, располагаемых регулярно (например, по квадратной сетке) или в характерных точках объекта (например, по линиям тальвегов и водоразделов для рельефа).

Цифровые модели, изготавливаемые по географическим картам, передают полностью или выборочно их содержание и потому такие модели иногда называют цифровыми картами. Это неправомерно, так как цифровые модели лишены полностью одного из непременных свойств всякой карты -образности и наглядности изображения. Они используют другой язык - не карт, а математики, передают лишь ту информацию, которая заключена в отдельно взятых знаках, не отражают непосредственно пространственных взаимосвязей и отношений, зрительное восприятие и анализ которых посредством карт доставляют новые знания об объектах картографирования. Наконец, цифровые модели не предназначены для непосредственного чтения, они требуют для работы с ними специального оборудования, что ограничивает их распространение.

Вместе с тем ценность цифровых моделей велика. Они устойчиво вошли в современную картографию и приобрели в ней большое научное и практическое значение. Для автоматизированного изготовления карт необходимы перевод используемой информации в цифровую форму и ее логико-математическая обработка на ЭВМ, возлагающая на ЭВМ: перевычисление информации в другие масштабы, проекции и системы координат; получение новых, производных характеристик и показателей (например, морфометрических характеристик рельефа по оцифрованным горизонталям); выполнение генерализации в процессе автоматизированного построения карт. Также требуют перевода содержания карт в цифровую форму многие задачи по автоматизированному использованию карт. Более того, оказалось, что аналитическое решение по цифровым моделям некоторых пространственных задач (например, при автоматизированной навигации, самонаведении ракет и др.) не нуждается в восстановлении картографического изображения. Такие модели приобретают самостоятельное значение, но и в этом случае по методам формирования и применения остаются в области интересов картографии.

Построение цифровых моделей земной оболочки по картам состоит в переходе от непрерывного картографического изображения к его квантованию, к фиксации в виде множества дискретных точек с определением их координат, а также качественных и количественных характеристик явлений, определяемых этими точками. При этом для количественной характеристики явлений сплошного распространения (рельеф земной поверхности, геофизические поля Земли и т. п.) прибегают к цифрованию изолиний, а для массовых дискретных явлений (например, населения) - к цифрованию псевдоизолиний (§ 3.4) их пространственной плотности. Огромное количество точек, вовлекаемых в цифрование, требует частичной или полной автоматизации процесса. Распространены два способа цифрования: 1) точечно-линейное, совмещающее ручной обвод рисунка карты с автоматическим определением и фиксацией координат, когда линии (включая контуры площадных объектов) определяются сериями расположенных на них точек, причем на лист карты уходит до 100 и более часов работы; 2) цифрование сканированием, органически связанное с сеточно-площадным способом картографирования (§ 3.13); оно состоит в автоматическом обследовании поля карты по строкам мельчайших клеток растровой сетки с регистрацией черно-белого или цветного изображения; при линейном размере клеток в 0,1 мм, т. е. при 10 строках сканирования на 1 м, число клеток в квадрате 50 + 50 см равно 20 млн, но имеются сканеры, у которых число строк достигает 40 и даже 80 на 1 мм; при сканировании 30 тыс. клеток в 1 с считывание занимает ограниченное время - от десятков минут до нескольких часов, но работа осложняется из-за необходимости большого объема памяти ЭВМ и довольно трудоемкой (даже для ЭВМ) процедуры восстановления картографического изображения, рассекаемого при сканировании на строки, и устранения помех.