Изучение структуры. 
Картографические способы изображения

Изучение по картам структуры явлений и процессов — это выявление и анализ их элементов, размещения в пространстве, конфигурации, порядка (уровня) и иерархии. Конечная цель исследования всегда состоит в познании пространственной организации геосистем, их генезиса, в раскрытии механизма функционирования.

Один из наиболее информативных способов изучения структуры — анализ конфигурации картографических образов, т. е. изучение геометрического рисунка изображения. По внешнему облику объекта часто можно судить о его морфологии, генезисе, о факторах, сформировавших тот или иной объект.

Картографический метод позволяет эффективно выявлять пространственные закономерности и аномалии, т. е. типичные, устойчивые, широко распространенные структуры и отклонения от них. Карты, обладающие большой обзорностью, как бы специально предназначены для выявления общих закономерностей глобального и регионального уровней. В значительной степени этому способствует и генерализация, освобождающая изображение от мелочей, деталей и выпукло проявляющая главные, наиболее существенные его черты.

Благодаря обзорности карт были установлены такие важнейшие закономерности географической структуры, как зональность, сеть планетарных линеаментов, единая система срединно-океанических хребтов и рифтовых зон, структура центральных мест и т. п. Глобальные системы линеаментов можно обнаружить при внимательном анализе карт любого масштаба. На карте Севера Русской равнины отчетливо проявлена система северо-западных и северо-восточных линеаментов. Им подчиняются береговые линии морей и озер, направления водоразделов и речных долин. Таковы очертания Кольского полуострова, берега Белого и Печорского морей, вытянутые озера Карелии, долины рек Северной Двины, Онеги, Мезени, Вашки, Сухоны, Вычегды, Печоры, Усы, Таманский кряж, Северный Урал, хребет Пай-Хой и другие крупные оро — и гидрографические элементы. Все это — отражение системы трещиноватости, охватывающей всю планету и обязанной своим происхождением ротационным напряжениям, возникающим на земном шаре. Интересно, что аналогичные системы северо-западных и северо-восточных линеаментов можно видеть и на картах других планет земной группы. Это общая закономерность планетарного рельефа.

На фоне закономерностей нередко удается подметить аномалии, и глаз опытного исследователя сравнительно легко их распознает.

Изучая структуру явлений, часто стараются выявить основные и второстепенные компоненты. Отделить аномалии от фона помогает операция разложения картографического изображения на составляющие, которую можно выполнить с помощью усреднения, аппроксимации или фильтрации. В задаче о разложении принимается, что показанное на карте явление z представляет собой результат совокупного влияния основного, наиболее значительного, фонового фактора, зависящего от причин регионального, а иногда даже глобального масштаба, и дополнительных факторов, накладывающихся на общий фон и усложняющих картину, — их называют остаточными zo или аномальными * = z + zo > причем 1ф «z0.

Примерами могут служить ареалы повышенного радиационного загрязнения на фоне допустимых значений, локальные поднятия и опускания на фоне региональных тектонических движений, местные климатические особенности, накладывающиеся на зональные закономерности, и т. п.

Самый простой способ разложения — графическое осреднение. Для этого на исходной карте размещают сетку регулярных точек так, как показано на рис. 13.4, в центре каждой шестиугольной ячейки вычисляют значение скользящего среднего гф как среднего из значений вершин и центра ячейки: гф = {/7 Z zr. На изолинейной карте, построенной по значениям z (/), отражена осредненная фоновая поверхность передающая главные, наиболее крупные черты структуры. Если далее в каждой точке взять разности между фактическим и осредненным значениями zo = zs ~ Z (j) и провести по ним изолинии, то получится остаточная поверхность, показывающая размещение аномалий, отклонений, второстепенных деталей.

Вычленение, т. е. выделение на карте интересующих исследователя компонентов сложной геосистемы и снятие прочих деталей. Выделенные элементы предстают в наглядной и удобной для данного исследования форме, например в виде системы спрямленных элементов рельефа и гидрографии.

Схематизация — устранение второстепенных деталей и представление картографического изображения в упрощенном виде. Так, при схематизации гипсометрического изображения и снятии деталей эрозионного расчленения проявляется основная первично-тектоническая структура рельефа.

Детализация — преобразование, противоположное схематизации, оно имеет целью сделать изображение более подробным. Например, на топографической карте можно детализировать изображение эрозионной сети, проведя по изгибам горизонталей тальвеги временных водотоков.

Континуализация - замена дискретного картографического изображения непрерывным, что обычно связано с введением понятия «географическое поле». Например, карту тектонических трещин преобразуют в псевдоизолинейную карту поля трещиноватости, карту расселения — в карту плотности населения, карту размещения лесов — в карту лесистости и т. п. Такие преобразования дают представление об абстрактном рельефе явления, на производных картах хорошо читаются максимумы и минимумы распределения, их удобно коррелировать с другими изолинейными картами.

Дискретизация - обратное преобразование, имеющее целью перевод непрерывного изображения в дискретную форму. Хорошим примером может служить интерполирование по сетке точек при создании цифровых моделей по картам с изолиниями или картограммам.

Средствами подобных преобразований часто служат графические операторы — сетки равномерно или неравномерно расположенных точек, геометрических ячеек, в каждой из которых выполняют пересчет исходных данных и получают производные показатели. Если ячейки (квадраты, кружки и др.) перекрываются по площади, то их называют скользящими операторами.

Преобразования подразделяют на однократные и многократные. В свою очередь, многократные преобразования бывают параллельными и последовательными. При параллельных преобразованиях по исходной карте А получают сразу несколько производных карт Л -> (В, С, …, N). Например, по топографической карте строят карты расчленения рельефа, уклонов, экспозиции склонов и др. В других случаях карту А последовательно преобразуют в карту В, ее, в свою очередь, — в карту С и т. д.: А -" В -> С —> … -> N. Допустим, по карте рельефа сперва строят карту глубины расчленения, затем последовательно — производные карты интенсивности смыва, эрозионной опасности, почвозащитных мероприятий и т. п. При изучении структуры сложных явлений часто применяют древовидные преобразования, сочетая параллельные и последовательные варианты.