Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка методики определения информационной емкости карты

ВАК РФ 25.00.33, Картография

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Татарников, Андрей Николаевич

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ИНФОРМАЦИЯ, ЕЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ

1.1 Основные понятия об информации 8

1.2 Характеристики информации 10

1.3 Информация и ее свойства

1.4 Виды существования информации

1.4.1 Количественная оценка информации 14

1.4.2 Работа с информацией 16

1.5 Количественная оценка информации. Энтропия 18

1.5.1 Свойства энтропии 25

1.5.2 Условная энтропия и взаимная информация 28

1.6 Картографическая информация

1.6.1 Картографическое отображение информации 33

1.6.2 Получение картографической информации 34

1.6.3 Подходы к определению количественных оценок картографической информации 36

2. КАРТОГРАФИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ ДЛЯ ЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

2.1 Картографическая информация и ее свойства 38

2.1.1 Сущность картографической информации и ее виды 39

2.1.2 Картографические условные знаки как носитель информации 43

2.1.3 Представления картографической информации и ее свойства 44

2.1.4 Цифровая картографическая информация 46

2.1.5 Географические информационные системы 47

2.2 Основные подходы к оценке картографической информации 49

2.2.1 Вероятностно-статистичекий метод 55

2.2.2 Комбинаторный метод 58

2.2.3 Оптимальные балльные оценки для составления синтетических карт и анализа картографической информации 60

3 МЕТОДИКА КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ИНФОРМАТИВНОСТИ МЕЛКОМАСШТАБНЫХ КАРТ

3.1. Концепция разработки методики 64

3.2 Исходные данные для разработки методики 66

3.3 Методика определения информативности (объема информации) картографических объектов 70

3.4 Методика определения коэффициента информативности картографических объектов (на примере населенных пунктов) 74

3.5 Использование методики количественной оценки информативности для расчета густоты (количества) населенных пунктов 81

3.6 Апробирование методики количественной оценки информативности для расчета густоты населенных пунктов 92

3.7Использование методики количественной оценки информативности для определения масштаба картографирования 98

3.8Пути практической реализации методики количественной оценки информативности 105

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка методики определения информационной емкости карты"

В связи с возрастающим использованием цифровых и традиционных карт в народном хозяйстве и бизнесе особое значение придается объективной оценке количества информации на картографических произведениях и в цифровых картографических базах данных. При этом особую актуальность приобретают вопросы, связанные с содержательной информацией, показываемой на картах и других картографических произведениях.

Проблема, связанная с передачей и использованием общегеографической и тематической информации, содержащейся в картографических произведениях и цифровых базах данных, вызывает необходимость ее предварительной количественной оценки и соответствующей подготовки пользователя этой картографической продукцией.

На современном уровне развития существуют необходимые программные и технические средства, позволяющие подойти к решению данной проблемы с новых позиций. Мы не ставим перед собой задачи «общего» решения проблемы количественной оценки картографической информации, связанной с использованием сложнейшего математического аппарата, трудоемких процессов реализации и не учитывающего реалии (особенности) цифровой информации. В связи с этим предполагается разработать методику количественной оценки информативности карт, сопряженную с технологическим процессом создания цифровых карт. Для оперативной реализации предлагается первоначально ограничиться созданием и оценкой базовой цифровой карты-основы масштаба 1:2 500 ООО, которая изготовляется в процессе формирования мелкомасштабных информационных данных и широко используется при создании цифровых (электронных) и традиционных карт и атласов.

Одновременно с количественной оценкой информативности содержания карт необходимо иметь инструментарий в виде программно-технического комплекса, позволяющего манипулировать густотой картографических объектов и тесно связанной с ней информативностью. Это необходимо, так как информационная перегруженность карт, возникающая на основании перегруженности картографических объектов, затрудняет пользование и снижает эффективность ее использования для решения научных и практических задач.

С другой стороны, и недогруженность карт также является отрицательным моментом, так как «воздух» не дает никакой информации и к тому же приводит к нерентабельному использованию картографической бумаги. В связи с этим, необходимо определить «золотую середину» между перегруженностью и недогруженностью карты, то есть оптимальную густоту картографических объектов и, следовательно, их оптимальную информативность.

Целью диссертационного исследования является разработка методики количественной оценки картографической информации и ее использования для автоматизированного создания цифровых (электронных) и традиционных карт и атласов.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи: изучить и провести анализ выполненных исследований по количественной оценке картографической информации; выявить основные свойства и характерные особенности картографической информации; определить и обосновать единицы измерения количества картографической информации; установить взаимосвязь между густотой и информативностью объектов картографирования; апробировать методику количественной оценки картографической информации для расчета густоты объектов картографирования; апробировать методику количественной оценки картографической информации для определения масштаба картографирования.

Исследование опиралось на научно-методологические принципы и идеи в области цифровой и геоинформационной картографии, разработанные В.И.

Суховым, A.C. Васмутом, Е.И. Халугиным, A.M. Берлянтом, С.Н. Сербенкжом, A.A. Лютым, А.Г. Ивановым и др. В основу работы положены исследования, выполненные по решению проблемы автоматизации создания и использования мелкомасштабных карт на кафедре картографии Московского университета геодезии и картографии под научным руководством доцента, к.т.н А.Г.Иванова.

Научная новизна работы заключается в следующем: разработаны две системы количественной оценки картографической информации, одна - формальная в виде байтов для оценки метрической (пространственной) сущности картографической информации, вторая - в виде баллов для семантической оценки картографической информации; эти способы могут быть использованы как для количественной оценки объема цифровой исходной информации, так и производных от них картографических основ, необходимых для создания традиционных и цифровых карт и атласов; разработан математический подход к расчету информативности карт и вычислению коэффициентов информативности субъектов РФ; установлена взаимосвязь между густотой (количеством) картографических объектов и информативностью для автоматизированного отбора населенных пунктов при создании традиционных и цифровых карт и атласов.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции " 220 лет геодезическому образованию в России" (24 - 29 мая 1999 г.), научно - технических конференциях студентов, аспирантов, молодых ученых МИИГАиК (1996 -2001гг.).

Диссертационная работа выполнена в период 1997 -2002 годов на кафедре картографии Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК). 7

Автор благодарит своего научного руководителя доцента, кандидата технических наук Анатолия Георгиевича Иванова за постоянную помощь в работе над диссертацией.

Автор выражает признательность заведующей кафедры картографии, профессору, доктору технических наук Тамаре Васильевне Верещаке, кандидату технических наук С.А. Крылову, аспиранту кафедры картографии B.C. Агапову, кандидату технических наук В.В. Гончарову за благожелательную поддержку и многочисленные полезные консультации.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции "220 лет геодезическому образованию в России" (24 - 29 мая 1999 г.), научно - технических конференциях студентов, аспирантов, молодых ученых МИИГАиК (1996 -2001гг.). По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Заключение Диссертация по теме "Картография", Татарников, Андрей Николаевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе были решены следующие задачи: разработанная система количественной оценки позволила предварительно рассчитать объем информации, которую будет содержать мелкомасштабная база картографических данных (МКБД) для первоначального обеспечения создания основной базовой цифровой карты-основы масштаба 1:2.5 мм (метрической равной £1=23.1 Мбайт и семантической равной £1=0.5-106 баллов); разработана и апробирована на всех субъектах РФ (85 субъектов) методика расчета густоты населенных пунктов в зависимости от их коэффициентов информативности; разработана и апробирована на 84 зарубежных государствах Мира методика расчета густоты населенных пунктов в зависимости от плотности населения; разработана и апробирована на примере Малого атласа РФ методика определения масштаба картографирования на основании коэффициентов информативности; на основании выведенного математического аппарата разработана программа автоматизированного расчета количеств населенных пунктов по запросу потребителя с указанием кода субъекта или государства и масштаба картографирования; внедрение разработанных методик в практическую деятельность будет способствовать как согласованию содержания топографических и общегеографических карт, так и стандартизации и унификации содержания и оформления карт и атласов.

Разработанные методики позволяют подойти с новых позиций к составлению мелкомасштабных карт-основ с учетом информационной нагрузки. Простота и удобство предложенных методик позволяет наиболее эффективно их использовать в различных технологических процессах.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Татарников, Андрей Николаевич, Москва

1. Александров В.Н. Цифровая картография и географические системы. // Геодезия и картография, 1994, № 1. - с.49-52.

2. Асланикашвили А.Ф. Вопросы общей теории. Картография. Тбилиси: Мецниереба, 1968.-299 с.

3. Асланикашвили А.Ф. Метакартография. Основные проблемы Тбилиси: Мецниереба, 1974. - 126 с.

4. Банки географических данных для тематического картографирования. //Под ред. К.А. Салищева, С.Н. Сербенюка/ М.: 1987.

5. Берлянт A.M., Кошкарев A.B., Тикунов B.C. Картография и геоинформатика // Итоги науки и техники. Картография, т. 14. -М.: ВИНИТИ, 1991. 178 с.

6. Берлянт A.M., Верещака Т.В., Лютый A.A. и др. Концепция и принципы разработки классификатора объектов картографирования. М.: Росгеоинформ,1993. -23 с.

7. Берлянт A.M. Геоиконика. М.: Астрея, 1996. - 208 с.

8. Берлянт A.M. Мусин О.Р., Собчук Т.В. Картографическая генерализация и теория фракталов. М.: Изд-во МГУ, 1998, - 136 с.

9. Берлянт A.M. Картография. : Учебник для вузов. М.: Аспект Пресс, 2001.-336 с.

10. Билич Ю.С., Васмут A.C. Проектирование и составление карт. М.: НедраД984. -364 с.

11. Бородин A.B. К вопросу об отборе населенных пунктов на общегеографических картах // Сборник научно-технических и производственных статей. М.: Геодезиздат, 1948. Вып. 18

12. Боумен У. Графическое представление информации / Пер. с англ. М.: 1971,225 с.

13. Бочаров М.К., Николаев С. А. Математико-статистические методы в картографии. М.: Геодезиздат, 1957.

14. Ванюкова Л.В. Построение классификационной содержательной модели объектов. // Изв. ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка, 1982, № 3, с. 96-102.

15. Ванюкова JI.B. Методы кодирования картографической информации // Изв. ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка. 1982, № 4, с. 113-119.

16. Васин Ю.Г., Башкиров O.A. Чудинович Б.М. Комбинаторно-геометрический подход в задачах анализа сложной графической информации. Сб. Автоматизация обработки сложной графической информации / Межвуз. науч. тр. под ред. Ю.Г. Васина. Горький, 1987.

17. Васин Ю.Г., Башкиров O.A., Чудинович В.М. Математическая модель и алгоритмическое обеспечение обработки растрового графического изображения / Международный симпозиум по искусственному интеллекту (ISAI) Ленинград, 1983, с. 2-23.

18. Васмут A.C. Автоматизация в картографии // Итоги науки. Сер.: География. Картография 1967-1969. Вып. 4. М.: ВИНИТИ, 1970. - с. 43-64.

19. Васмут А. С. Цифрование карт и банки картографических данных // М.: МИИГАиК, 1989.

20. Васмут А. С. Перспективы и тенденции развития автоматизированных банков картографических данных // Научные труды ВАГО, М.: 1989.

21. Васмут А. С., Бугаевский Л. М., Портнов А. М. Автоматические и математические методы в картосоставлении. М.: Недра, 1991.-391 с.

22. Верещака Т. В., Подобедов Н. С. Полевая картография: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. И доп. - М.: Недра, 1986. - 351 с.

23. Волков Н. М. Принципы и методы картометрии. М.: Изд-во АН СССР, 1950.-328 с.

24. Временное руководство по созданию цифровых карт. М., 1992. - 46 с.

25. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов / Под ред. Берлянта А. М. И Кошкарева А. В. М.: ГИС-Ассоциация, 1999. - 204 с.

26. Геоинформационное картографирование. Пространственные данные, цифровые и электронные карты. Общие требования. ГОСТ Р 50828-95. М.: Госстандарт России, 1996.

27. Геоинформационные системы. Обзорная информация. М.: ЦНИИГАиК, 1992.-52 с.

28. Гетц А. Унификация густоты изображения населенных пунктов на Карте Мира масштаба 1:2 500 ООО // Сб. статей по карте мира масштаба 1:2 500 ООО/ ОНТИ ЦНИИГАиК. М., 1977, с. 149- 156.

29. Дрич К. И., Кириленко Д. В. Методика проектирования условных знаков для автоматизированных картографических систем // Изв. ВУЗов Геодезия и аэрофотосъемка, 1980, № 6, с. 86 92.

30. Жуков В. Т., Сербенюк С. Н., Тикунов В. С. Математико-картографическое моделирование в географии. М.: Мысль, 1980. - 223 с.

31. Журкин И. Г., Бакий Г. Г. Систематизация информации по проблеме загрязнения окружающей среды для базы данных ГИС. Тезисы докладов 5-й

32. Межд. научной конф. «Методы дистанционного зондирования и ГИС технологии для контроля и диагностики окружающей среды». - МИИГАиК, -2000, с. 24-25.

33. Иванов А. Г., Молодых А. Е. Кодирование информации о картографических названиях / Сб-к ОНТИ ЦНИИГАиК, №31,1974,4 с.

34. Иванов А. Г., Панарин В. И., Молодых А. Е. Автоматизированная информационно-поисковая система географических названий // Геодезия и картография, 1975. № 6. - 6 с.

35. Иванов А. Г., Капчиц Б. 3. Обзор состояния картографических фактографических информационно-поисковых систем // Геодезия и картография, 1977. № 8. - с. 61 - 65.

36. Иванов А. Г., Лозинова В. М. Итоги и перспектива развития картографических автоматизированных ИПС // Сб-к ОНТИ ЦНИИГАиК, вып. 55, 1978, Зс.

37. Иванов А. Г., Панарнн В. И. Автоматизированные информационные системы в картографии // Геодезия и картография, 1981. № 6. 6 с.

38. Иванов А. Г. О возможности машинной обработки букв необычного написания и диакритических знаков // «Исследования по топонимике», Сб. трудов ЦНИИГАиК, вып. 229,1981, 14 с.

39. Иванов А. Г. Об информационно-поисковых системах // Экспресс-информация, июнь, вып. 4 (483), 1983, 12 с.

40. Иванов А. Г., Капчиц Б. 3. Использование банков картографических данных в качестве банка тематического картографирования, М., Изд-во МГУ, 1985,3 с.

41. Иванов А. Г., Гончаров В. В., Крылов С. А. Мелкомасштабное цифровое карографирование (концептуальные основы) \\ Изв. ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка, 1999, № 1, с. 96 104.

42. Иванов А. Г., Крылов С. А., Татарников А. Н. Автоматизированная карторафическая генерализация // Геодезия и картография, 2000, № 1. с. 33 - 36.

43. Иванов А. Г., Крылов С. А., Татарников А. Н. И др Формирование мелкомасштабной базы картографических данных и ее использование для разработки ГИС. // // Геодезия и картография, 2002, №1

44. Иванов А. Г., Крылов С.А., Татарников А. Н. и др. Формирование мелкоасштабной базы картографических данных и ее использование для разработки ГИС // Изв. ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка. 2001. - № 5. - с. 150- 154.

45. Картография цифровая. Термины и определения. ГОСТ 28441-90. Изд-во стандартов, 1990.

46. Комков А. М., Костриц Н. Б. Населенные пункты, их отбор, обобщение на топографических картах. Вып. 2. М., 1945.

47. Концепция Национального Атласа России / М.: ЦНИИГАиК, 1996.

48. Кравченко Ю. А. Цифровое картографирование: что унифицировать? // Геодезия и картография, 1999, № 2, с. 3 - 7.

49. Леонов А. Л. Сочинение электронных геоизображений // Картография XXI века: теория, методы, практика. Доклады II Всероссийской научной конференции по картографии, посвященной памяти А. А. Лютого (Москва, 2-5 окт.2001). М., 2001. -с. 65 - 74.

50. Липкин И. А. Статистическая радиотехника. Теория информации и кодирования,- М.: Вузовская школа, 2002. 214 с.

51. Лурье И. К. Геоинформатика. Учебные геоинформационные системы: Учеб.-метод. Пособие. М.: Изд-во МГУ, 1997. - 115 с.

52. Лютый А. А. Язык карты: сущность, система, функции. АН СССР, Ин-т географии. Б. М. - 1988.-292 с.

53. Лютый А. А. Картография за рубежом тысячелетий. М., 1997.

54. Мартыненко А. И. Автоматизация в картографии. М.: ВИНИТИ АН СССР. Картография. 1974. Т. 6. - с. 45 - 81.

55. Мартыненко А. И. Автоматизация в создании и применении карт. М.: ВИНИТИ АН СССР. Картография, 1988. Т. 13. - 172 с.

56. Мартыненко А. И. Картографическое моделирование и геоинформационные системы // Геодезия и картография, 1994, № 9. - с. 43 - 45.

57. Мартыненко А. И., Сердюков А. Н. Методы формирования и обработки запросов в базе метаданных // «220 лет геодезическому образованию в России»: Тез. докл. Международной научно-технической конференции. Москва,24-29 мая 1999. М.: МИИГАиК, 1999.-302 с.

58. Мир картографии и ГИС. MGE. INTERGRAPH Corporation Huntsvile, AL35894 -0001, USA. 1994.

59. Многоязычный словарь технических терминов картографии. Wiesbaden /Germany, 1973. - 574 с.

60. Никишин А. Н. Картографический подход при разработке структуры баз данных картографической информации для геоинформационных систем регионального уровня // Картография XXI века: теория, методы, практика.

61. Доклады II Всероссийской научной конференции по картографии, посвященной памяти А. А. Лютого (Москва, 2-5 окт. 2001). М., 2001. - с. 189 -197.

62. Преображенский А. И., Сухов В. И., Билич Ю. С. и др. Составление и редактирование специальных карт. Изд-во геодезической литературы. 1961. 320 с.

63. Ратайский Л. К вопросу о видах картографической генерализации // Пути развития картографии. Сборник, посвященный 70-летию профессора К. А. Салищева / Пер. с польск. М.: Изд-во Московского ун-та, 1975, с. 57 66.

64. Ратоти Б. Изображение элементов гидрографии и непосредственно связанных с ними морфологических формаций // Сб. статей по карте мира масштаба 1:2 500 000. -М.: ОНТИ ЦНИИГАиК, 1977, с. 93 123.

65. Российская Федерация. Федеральный закон о геодезии и картографии. М.,1996. - 16 с.

66. Салищев К. А., Сухов В. И, Филиппов Ю. В. Составление и редактирование карт. Часть 1.-м.: Геодезиздат, 1947, 191 с.

67. Салищев К. А. Картоведение. М.: Изд-во МГУ, 1982. - 400 с.

68. Салищев К. А. Картография. 3-е изд. - М.: Высш. школа, 1982. - 272 с.

69. Салищев К. А. Проектирование и составление карт. 2-е изд. М.: Изд-во МГУ, 1987.-240 с.

70. Салищев К. А. Картоведение. 3-е изд. - М.: Изд-во МГУ, 1990. - 400 с.

71. Семенов В. И. Структурные элементы геоинформационных и автоматизированных картографических систем // Геодезия и картография, 1991, № 7.

72. Сербенюк С. Н., Тикунов В. С. Автоматизация в тематической картографии. М.: МГУ, 1983, 109 с.

73. Сербенюк С. И. Картография и геоинформатика их взаимодействие. - М.: Изд-во МГУ, 1990.-159 с.

74. Сладкопевцев С. А. Методические вопросы геоэкологического картографирования // Изв. ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка, 1994, № 2.-е. 129 -137.

75. Солдатов С. Н. Отображение плотности населения на листах государственной карты СССР масштаба 1:1 000 000. М.: Геодезист. 1940, №11.

76. Сорокина И. Г. О некоторых вопросах изображения населенных пунктов на общегеографических картах // Труды ЦНИИГАиК. Вып. 92. М., 1952.

77. Справочник по картографии / А. М. Берлянт, А. В. Гедымин, Ю. Г. Кельнер и др. -М.: Недра, 1988.-428 с.

78. Сухов В. И. Изображение населенных пунктов СССР на топографических картах // Труды ЦНИИГАиК. Вып. 48. М., Геодезиздат, 1947.

79. Сухов В. И. Отбор населенных пунктов на миллионной карте СССР // Сб. научно-технических статей. Вып. 23. М., Геодезиздат. 1948.

80. Сухов В. И. Нормы отбора населенных пунктов для мелкомасштабных карт М., Геодезиздат, 1951.

81. Сухов В. И. Составление и редактирование общегеографических карт. М., Геодезиздат, 1957.

82. Сухов В.И. Информационная емкость карты. Энтропия //Всесоюзная конференция по вопросам автоматизации и механизации в картографии (Москва 1967).-М., 1967.-с. 3-13

83. Технический проект по производству работ по составлению и подготовке к изданию базовой общегеографической карты России и сопредельных государств масштаба 1:2 500 000. -М.: ПКО «Картография», 1994.

84. Тикунов В. С. Картография и геоинформатика: общность корней и путей развития. «Геоинформационное картографирование». Москва, 1993.

85. Тикунов B.C. Классификация в географии. Москва - Смоленск: Изд-во СГУ, 1997.-363 с.

86. Тикунов В. С. Моделирование в картографии: Учебник. М.: Изд-во МГУ, 1997. -405 с.

87. Тикунов B.C., Цапук Д.А. Устойчевое развитие территорий картографо-геоинформационное обеспечивание. Москва - Смоленск: Изд-во СГУ, 1999. - 175 с.

88. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Краткий курс. М.: ИНФРА-М, 2001. -480с.

89. Хаке Г. Картографическая информация: особенности и показатели // Картография. Вып. 1. М.: Прогресс, 1983. - с 140 -151.