Сущность и факторы генерализации

Важнейшее свойство географических карт как образно-знаковых моделей действительности состоит в возможности непосредственно обозревать и изучать явления земной оболочки в любых ее пределах, охватывающих район, область, страну, материк или даже Землю в целом. Оно основано на использовании масштаба и передаче картографируемых явлений в генерализованном виде.

Картографическим изображениям присущи основные черты моделей вообще: отвлечение от целого для исследования части (конкретной территории, конкретных явлений и процессов); упрощение, состоящее в отказе от учета множества черт, характеристик и связей картографируемых явлений и в сохранении некоторых, наиболее существенных; обобщение, имеющее в виду выделение общих признаков и свойств, и др. Эти абстракции, целесообразно упрощающие объекты исследования и их картографическое отображение, способствуют более глубокому познанию исследуемых сторон действительности. Они составляют суть картографической генерализации и ее философское понимание (В современной картографии известны и другие виды генерализации, в частности оптическая (§ 7.8), но в дальнейшем изложении термин «генерализация» без дополнительного определения имеет в виду собственно картографическую генерализацию.). Термин «генерализация» происходит от французского слова generalisation - обобщение, которое в свою очередь является производным от латинского слова generalis, что значит общий, главный. Лингвистические корни хорошо выражают картографическую сущность генерализации.

Государственный стандарт терминов определяет картографическую генерализацию как отбор иобобщение изображаемых на карте объектов соответственно назначению и масштабу карты и особенностям картографируемой территории. Основной смысл генерализации - отображение картографируемой части действительности в ее основных типических чертах и характерных особенностях. Понимание карт как моделей геосистем или их частей (аспектов) позволяет увидеть в генерализации средство к выделению в геосистемах их ведущих (главных) элементов, связей и процессов, а также путь к отображению систем более высокого ранга и получению о них качественно новых знаний в результате абстрагирования и устранения информации, излишней для анализа этих систем.

В самом определении генерализации указаны основные факторы, ее определяющие: назначение карты, ее масштаб и особенности картографируемой действительности. К ним следует еще присоединить тематику карты и степень изученности объектов картографирования (качество источников).

Воздействие назначения карты на ее содержание (и форму) очевидно на рис. 6.1 и 6.2 - фрагментах двух общегеографических карт масштаба 1 : 2 500 000, одна из которых предназначена для справочных целей, а другая для преподавания в средней школе. На первой из них помещено множество географических объектов, изображенных точно, подробно и детально, в то время как на второй их значительно меньше, причем они показаны схематичнее, ярче и крупнее. Крупность условных обозначений и штрифтов, оказывающая большое влияние на генерализацию, продиктована назначением карты, используемой для демонстрации в классе на значительном расстоянии.

Тематика карты непосредственно указывает главные, существенные элементы содержания карты. Например, общегеографическая и гипсометрическая карты СССР масштаба 1:2500 000 включают в свое содержание населенные пункты и пути сообщения, но на первой они входят в основное содержание карты, а на второй имеют лишь значение ориентиров и поэтому подвергаются несравненно более сильному отбору и обобщению.

О влиянии масштаба на генерализацию было сказано в § 1.2. Оно не ограничивается технической стороной дела - уменьшением общего размера изображения и вытекающей отсюда невозможностью изобразить местность и вообще картографируемые явления с сохранением всех их деталей.

Масштаб карты (модели) определяет ее пространственные пределы. Карты крупного масштаба изображают в рамках отдельных листов (практически употребляемых порознь или путем соединения вместе их небольшого числа) сравнительно малые территории, тогда как листы мелкомасштабных карт охватывают значительные пространства. Но различный пространственный охват влечет различную оценку деталей. Что для территории малого размера (географического района) будет важной деталью, то для территории значительно большей (географической области или страны), включающей район как одну из составных единиц, может оказаться уже второстепенным или совсем потерять свое значение. Например, районная административная карта должна подробно показать сеть местных грунтовых дорог, на карте же государства эти дороги явились бы балластом, поскольку на ней важно отчетливо видеть государственные и межобластные транспортные связи. Это значит, что генерализация, связанная с масштабом, с уменьшением общего размера изображения, необходима не только по техническим соображениям (из-за недостатка места), но и по существу дела - для перехода от индивидуальных черт к родовым характеристикам и в конце концов к обобщающим понятиям глобального значения.

Значение третьего фактора генерализации - своеобразия картографируемых явлений - легко уяснить, вспомнив основную цель генерализации - стремление воспроизвести на карте с возможной силой и объективностью типические черты и характерные особенности действительности. Одни и те же объекты или их свойства по-разному оцениваются для различных ландшафтов или в зависимости от своеобразия связей этих объектов с другими явлениями.

Колодцы, исключаемые из содержания топографических карт центральных частей СССР, - важный элемент на тех же картах для пустынных и полупустынных областей. Различия высот в горных странах, измеряемые десятками метров, менее существенны, чем различия высот на 1-2 м в таких районах, как Прикаспийская низменность, где в лиманах малые изменения высоты вызывают резкие изменения в условиях земледелия. Подобных примеров можно привести множество.

Среди других факторов, влияющих на генерализацию, назовем степень изученности явлений или качество источников, привлекаемых для составления карты. Например, при отсутствии в источниках данных о людности населенных пунктов этот признак не может найти отражения на составляемой карте. Наконец, на генерализацию влияет избранная система картографических знаков (см. § 6.3).

В литературе можно встретить мнение, по которому переход к картам более мелких масштабов, сопровождаемый отсеиванием частностей и деталей, якобы снижает этим ценность карт и что хорошая генерализация призвана лишь уменьшать потери информации. На самом деле генерализация, устраняя избыточную, несущественную информацию, облегчает восприятие основных черт и характеристик явлений, дает качественно иное отображение действительности, открывает закономерности размещения, проявляющиеся на больших пространствах в системах высшего ранга, и в конечном итоге ведет к получению новых знаний.

§ 6.2 Виды (стороны) генерализации

Генерализация проявляется в отборе картографируемых явлений, графическом обобщении геометрической формы (пространства) объектов, в обобщении их количественных и качественных характеристик, наконец, в переходе от простых объектов или понятий к более сложным посредством введения собирательных обозначений.

Отбор картографируемых явлений - это ограничение содержания карты необходимыми явлениями и объектами и исключение прочих. Карта всегда моделирует лишь некоторые явления (стороны) действительности, а среди них сохраняет только то, что существенно с точки зрения назначения карты, ее тематики, масштаба и особенностей картографируемых явлений. Цензы, т. е. границы отбора объектов разных категорий, нередко определяются количественными или качественными показателями. Они устанавливаются двояко: как исключающие цензы, определяющие объекты, устраняемые с карты (например, все реки длиной менее 1 см в масштабе карты), либо как избирательные цензы, указывающие объекты, обязательно сохраняемые на карте (например, все районные административные центры).

Другой путь объективизации отбора состоит в разработке норм отбора, указывающих в соответствии с густотой объектов на местности (или на карте-источнике) их «норму представительства», т. е. количество (или долю) сохраняемых объектов, например количество населенных пунктов, наносимых в среднем на 1 дм² карты.

Отметим их принципиальное различие: при цензовом отборе подход к объектам индивидуален (удовлетворяет или нет объект требованиям ценза), норма же отбора имеет статистический смысл - определение степени представительства совокупности объектов.

Цензы и нормы отбора устанавливают, исходя из назначения и масштаба карт, а в пределах одной и той же карты изменяют для различных географических районов, чтобы учесть и отобразить на ней особенности размещения картографируемых объектов. Например, количество населенных пунктов, показываемых на 1 дм²карты масштаба 1 : 1000 000, изменяется от 140 до 20 и менее в зависимости от плотности и величины населенных пунктов на местности.

Рис. 6.3. Геометрическая пространственная генерализация: а - залив Сан-Франциско на карте масштаба 1 : 1000 000; б - генерализованное изображение в масштабе 1 : 5 000 000; в - увеличение генерализованного изображения до масштаба 1 : 1 000 000, наглядно показывающее геометрическое обобщение линейных и площадных объектов

Наиболее очевидна геометрическая пространственная сторона генерализации. Она состоит в продуманном упрощении очертаний изображаемых объектов - линейных и площадных, при котором сохраняются особенности формы объектов, существенные и (или) необходимые с точки зрения назначения карты, и вместе с тем выявляется порядок взаимного размещения этих объектов. Решение этой задачи нередко приводит к преувеличению отдельных деталей, некоторой утрировке изображения (рис. 6.3), а иногда к его предельному упрощению, например, при замене контура населенного пункта пунсоном.

Обобщение количественной характеристики состоит в переходе от непрерывной шкалы к ступенчатой и далее в укрупнении интервалов (ступеней), внутри которых изменения количественного показателя, характеризующего данную категорию объектов, не находят на карте отражения. Иллюстрацией может служить сокращение числа ступеней в группировке населенных пунктов по их людности, при котором интервалы ступеней расширяются. Пример - замена четырехступенной группировки сельских поселений (более 1000 жителей, от 500 до 1000, от 100 до 500 и менее 100 жителей) двухсту-пенной (более 1000 жителей и менее 1000 жителей) при переходе от топографических карт масштабов 1 : 10 000 - 1 : 100 000 к карте масштаба 1: 1000 000.

Обобщение качественной характеристики имеет целью сокращение качественных различий в данной категории объектов: во-первых, посредством замены дробных классификаций обобщенными (например, при замене особых знаков для лесов хвойных, лиственных и смешанных единым знаком леса); во-вторых, в результате исключения низших ступеней классификации (например, при характеристике населенных пунктов по административному признаку путем исключения особых знаков для центров районов и сельсоветов).

Последняя из названных сторон генерализации - переход от простых объектов или понятий к более сложным посредством введения собирательных обозначений реализуется через совместное использование знаков простых объектов (например, замена перемежающихся контуров кустарника и луга знаками кустарника по лугу без указания отдельных контуров) или, что более существенно, через их замену знаками обобщающих понятий (примеры: изображение населенного пункта вначале в виде отдельных строений, далее кварталами, общим контуром и затем пунсоном (рис. 6.4); переход от изображения золотоносного бассейна путем обозначения отдельных месторождений к указанию ареала бассейна).

Выделение отдельных сторон генерализации имеет методический смысл; оно позволяет представить возможные пути генерализации; в действительности же все ее стороны тесно связаны и не отделимы одна от другой. Приведем несколько примеров. Сокращение типов болот, т. е. обобщение качественной характеристики, приводит вместе с тем к ликвидации границы между соединяемыми типами (устранению некоторых контуров). Увеличение сечения рельефа горизонталями, т. е. обобщение количественной характеристики, влечет выпадение (отбор) мелких форм рельефа, оказывающихся внутри увеличенных высотных ступеней, ограниченных смежными горизонталями. В этом смысле особенно показателен переход при генерализации от простых понятий к сложным, представляющий собой более высокую ступень генерализации. Здесь проявляются одновременно все или несколько ранее указанных сторон генерализации.

Существуют и другие подходы к выделению различных сторон генерализации. Например, Вернер Витт в немецком «Лексиконе картографии» (1979) различает: чисто геометрические проявления генерализации, включающие упрощение планового рисунка объектов, их преувеличение и взаимные смещения; количественную генерализацию - отбор и (или) объединение объектов; качественную генерализацию - типизацию (включая преобразование условных знаков) и усиление.

Еще более схематично представление о генерализации как состоящей из двух процессов: во-первых, абстрагирования пространства явлений отвлеченно от их содержания, во-вторых, обобщение содержания путем перехода от менее к более общим качественным и количественным характеристикам и понятийным определениям. Но эти процессы в действительности не отделимы один от другого и не учитывают важнейший компонент генерализации - отбор.

Рис 6.4. Замена отдельных объектов их собирательными знаками на примере генерализации населенного пункта: а - отдельные строения (масштаб 1:10 000); б - кварталы (масштаб 1 : 50 000); в - контур (масштаб 1 : 300 000); г - пунсон (масштаб 1 : 1 000 000)

Среди ряда условий, необходимых для правильной генерализации, особенно важны понимание сущности изображаемых явлений (например, для рельефа - его морфологии) и выполнение генерализации с учетом основных требований материалистической диалектики. Прежде всего обязателен учет связей:

• между объектами, входящими в один из элементов содержания карты, например принадлежащих к гидрографии (исключение небольшого по величине озера, но являющегося звеном водной системы, приводит к ее разрыву);
• между различными элементами содержания карты, например между населенными пунктами и путями сообщения (устранение второстепенных населенных пунктов влечет исключение местных путей, связывающих эти пункты с магистральными линиями);
• между элементами данной карты и других родственных карт, например между рельефом, почвами и растительностью, изображенными на разных тематических картах.

Учет развития явлений предохраняет при генерализации от недооценки объектов относительно малых, но имеющих перспективы роста (например, возникающих населенных пунктов в местах крупного промышленного строительства).

Очень ценно сохранение количественных граней (ступеней), связанных с качественными особенностями объектов. Например, 200-метровая изобата дает не только количественную характеристику (глубину), но и указывает часто границу материковой отмели. В случае исключения этой изобаты обедняется не только количественная, но и качественная характеристика рельефа морского дна.

Генерализация на карте приводит к противоречиям между требованиями геометрической точности и требованиями содержательной верности (географического соответствия), что можно рассматривать как противоречие между формой и содержанием.

Геометрическая точность карты, определяемая по государственному стандарту терминов, как «степень соответствия местоположения точек на карте их местоположению в действительности, предполагаетизоморфность изображения, т. е. возможно точный показ; каждого объекта (явления) на своем месте, в своих действительных плановых очертаниях и размерах, что обеспечивает, правильное взаиморасположение объектов и сохраняет расстояние между ними, разумеется, в масштабе карты. Это качество часто характеризуется средними (или предельными) ошибками в положении на карте предметов и контуров местности.

Содержательная верность (соответствие) обусловливает передачу действительности в ее главных, типических чертах, отображение пространственных взаимосвязей явлений и сохранение их географической специфики. Чтобы реализовать это требование, в процессе генерализации на карте показывают объекты и детали, исчезающе малые и трудно воспроизводимые в масштабе карты, но важные по своему значению. Для этого используют внемасштабные знаки или преувеличивают (утрируют) характерные детали. Например, на карте масштаба 1 : 1000 000 знак усовершенствованного шоссе имеет ширину 0,6 мм (что соответствует 600 м в натуре) и при действительной ширине проезжей части в 7,5 м оказывается преувеличенным в 80 раз. Пример утрировки деталей - сохранение выпадающих из масштаба, но характерных меандров рек. И тот и другой приемы влекут смещение прилегающих объектов и контуров, т. е. еще более нарушают геометрическую точность. Таким образом, изоморфное изображение заменяется гомоморфным, правильно отображающим лишь пространственные отношения явлений - их взаимное расположение и связи. Эти смещения особенно ощутимы там, где внемасштабные изображения сопрягаются между собой, где карта заполнена их скоплениями и сгустками (рис. 6.5).

Рис. 6.5. Нарушение геометрической точности карты при использовании внемасштабных знаков: а - изображение в масштабе 1 : 25 000; б - та же местность в масштабе 1 : 200 000; в - увеличение центральной части рисунка б до масштаба 1 : 25 000

Противоречие между пространственной и содержательной сторонами генерализации усиливается в силу того, что рабочее поле карты выполняет двойную роль: во-первых, воспроизводит в плане геометрическую форму картографируемых явлений, во-вторых, используется для их непространственных содержательных характеристик. Простейший пример - передача величины «точечных» объектов, например стоимости основных фондов предприятий на карте промышленности, размером значков этих предприятий. Обычно противоречие разрешают за счет формы, нарушая геометрическую точность карты либо изменяя способы изображения. Другой путь - укрупнение масштаба карты.

Заметим также, что сохранение геометрической точности важно еа картах, используемых для измерений и технического проектирования. Для этих целей служат главным образом карты крупных масштабов, на которых генерализация не вызывает существенного преувеличения контуров, а смещения, свойственные внемасштабным знакам, могут быть приняты в расчет. Мелкомасштабные карты по преимуществу имеют обзорный характер, мало используются для измерений, поэтому в отношении к ним требование содержательной верности имеет приоритет. Исключение составляют мелкомасштабные навигационные карты, используемые для расчета при плавании или перелетах на большие расстояния.