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, картометрические, 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, 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. 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". 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.

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.

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 пространственных 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.

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. Картографостатистическое изучение взаимосвязей теперь широко используется не только в географических исследованиях, то также в других отраслях знания, в частности в геологии, метеорологии и медицине.

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 по этим уравнениям карт аппроксимирующих поверхностей и, наконец, в анализе этих поверхностей для интерпретации и объяснения исследуемых явлений.

Аппроксимирующие поверхности удобно применять для определения площадей и объемов, сопоставления поверхностей, например при изучении корреляции явлений и т.п. по картам абсолютные величины пространственных изменений, н

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 картометрических 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.

2. Совместное использование и переработка карт при картографическом методе исследования

2.1 Применение картографического метода в научных исследованиях

упрощение карт посредством сохранения на них только тех элементов или показателей, которые полезны для конкретного анализа, например сохранение на карте крутизны склонов только тех градаций крутизны, которые интересны для сельского хозяйства (выделяют участки, где смыв практически отсутствует, где распашка опасна и т.д.) либо в дорожном строительстве и т.п.; переход к обобщенным изображениям, отражающим главные черты объектов (например, замена реальных горизонталей схематизированными, проведенными касательно к первым на линиях основных водоразделов, в результате чего на карте выступают крупные первичные формы рельефа и устраняются наложенные формы эрозионного и денудационного расчленения);

введение в карты новых показателей, лучше удовлетворяющих интересы проводимого исследования, например замена абсолютных величин относительными показателями, облегчающими сопоставление явлений разной размерности; скажем, переход от значковой карты размещения населения и карты с ареалами пашен к картограммам плотности населения и распаханности земель, рассчитанным по общей сетке территориального деления;

замена одних способов изображения другими, более удобными для сравнительного анализа (например, переход к изолиниям на картах стока, упрощающим сопоставление этих карт с картами осадков и испарения и последующее суждение о водном балансе).

Весьма распространен переход от способов непрерывного (континуального) отображения пространства к дискретным и наоборот. Перевод непрерывного изображения в дискретное состоит в определении и фиксации показателей непрерывного явления - количественных или (и) качественных (например, глубин и грунтов морского дна) в некоторой сети точек, которая может быть регулярной или избирательной,, намечаемой с учетом особенностей размещения явления, в частности его максимумов и минимумов. Такой переход необходим для получения выборочных данных при математико-статистическом анализе явлений и вообще при автоматизированных способах исследования.

Переход к непрерывному изображению дискретных явлений состоит в применении для них картограмм или псевдоизолиний, характеризующих плотность явлений или интенсивность их количественных характеристик (например, запасов природных ресурсов, объемов или: стоимости произведенной продукции и т.п.). Псевдоизолинии предпочтительны при плавном изменении показателей. Изолинейные карты плотности строят по точкам - центрам площадок постоянного размера (при данном преобразовании), в пределах которых посредством палеток исчисляют среднюю плотность или интенсивность исследуемого явления. Такими площадками могут быть ячейки сплошной регулярной сетки, ячейки перекрывающейся регулярной сетки и частично покрывающие карту ячейки дискретной сетки - регулярной, случайной (устанавливаемой по таблице случайных чисел) и избирательной, учитывающей своеобразие размещения явлений. Заметим, что изменение вида сетки и, главное, размера ее ячеек может сильно влиять на рисунок псевдоизолиний. Увеличение площади ячеек ведет к сглаживанию "рельефа", передаваемого изолиниями, т.е. к стиранию контрастов в размещении дискретных явлений. Вообще говоря, размер ячеек сообразуют с величинами изучаемых структур и детальностью преобразуемой карты. Увеличение ячеек как бы связано с переходом к отображению структурных единиц более высокого порядка.

Классические изолинейные карты и изолинейные карты плотностей, воспроизводящие непрерывное распределение количественных признаков разнообразных природных и социально-экономических явлений, известны как карты полей. Они удобны для автоматизированных способов составления и анализа и потому находят возрастающее применение в картографическом методе исследования.

Особый вид преобразования cocтоит в разложении картографического изображения на составляющие, показывающие раздельно компоненты (факторы) сложного явления - основные, имеющие повсеместное распространение (или воздействие), и локальные ограниченного действия. При этом суммарная характеристика явления или воздействующих на него факторов представляется в виде исходной анализируемой поверхности, разлагаемой в процессе исследования на две: основную, или фоновую, отображающую основной компонент, и остаточную, передающую второстепенные компоненты (локальные факторы).

Анаморфозы не позволяют восстанавливать по деформированным изображениям реальные значения длин, площадей или других пространственных характеристик и потому не принадлежат к картографическим моделям (от которых заимствуют язык и широкое использование абстракций). Реальные пространственные очертания на них нередко заменяют абстрактными геометрическими фигурами, лишь в самой общей форме отражающими взаимное размещение сопоставляемых явлений При размещении подобных фигур в ряд по ранжиру величин теряется топологическое соответствие, но облегчается зрительное сравнение величин.

Заметим также, что для простых топологических моделей не обязательно выполнение по картам. Таковы, например, помещенные в вагонах метро прямолинейные схемы отдельных линий, показывающих только последовательность станций и места пересадок.

Ранее преобразование карт в анаморфозы ограничивалось сложностью и субъективностью этого процесса. Теперь предложена методика математического расчета преобразования на ЭВМ и автоматизированного построения на графопостроителе. Высказываются мнения, что анаморфозы найдут большее применение для наглядной иллюстрации географических отношений и будут использоваться в целях прогноза, например развития диффузионных процессов.