Дазиметрические карты: гибридный метод тематического картографирования.

Введение

Гибридный тип тематической карты

Дасиметрическая карта – это тип тематической карты, использующий ареальные символы для визуализации географического поля путем уточнения хорплетовой карты с помощью вспомогательной информации о распределении переменной. Название обусловлено тем, что наиболее часто отображаемой с помощью этой техники переменной обычно является плотность населения. Дасиметрическая карта представляет собой гибридный продукт, сочетающий в себе преимущества и недостатки хорплетовых и изоритмических карт. Дасиметрические карты используются вместо хорплетовых, поскольку они более точно отражают лежащие в основе распределения данных. Хорплетовые и дасиметрические карты различаются тремя основными характеристиками. Во-первых, дасиметрические зоны генерируются с использованием вспомогательных данных, в то время как границы на хорплетовых картах используют единицы для более общих целей (например, границы округов США). Во-вторых, хорплетовые зоны имеют различную степень внутренней однородности, в то время как дасиметрические карты разрабатываются с учетом внутренней однородности. В-третьих, методы хорплетового картографирования стандартизированы, а дасиметрические методы недостаточно изучены. Первые примеры включают карту плотности населения в Ирландии, созданную Генри Друри Харнессом в 1838 году, хотя методы, использованные для создания этих карт, так и не были задокументированы. Термин «дасиметрический» был введен в 1911 году Бенджамином Семеновым Тянь-Шанским, который впервые полностью разработал и задокументировал эту технику, определив ее как карты, «на которых плотность населения, независимо от каких-либо административных границ, показана так, как она распределена в реальности, то есть естественными точками концентрации и разреженности». Он предложил несколько методов улучшения хорплетовых карт, некоторые из которых более правильно можно назвать изоритмическими картами, но дасиметрическая техника, которую он наиболее полно разработал и применил, все еще используется сегодня, хотя и с использованием цифровых данных и инструментов, таких как ГИС. За пределами России эта техника была популяризирована в 1930-х годах Дж. К. Райтом, которому иногда ошибочно приписывают ее изобретение. Уолдо Р. Тоблер представил один из первых компьютерных алгоритмов для дасиметрического картографирования, который он назвал пикнофилактической интерполяцией; по-видимому, не зная о более ранних работах, он ссылается только на литературу по чисто изоритмическому картографированию. С тех пор большинство других методов использовали вычислительные алгоритмы или ГИС-программное обеспечение для построения дасиметрической карты. Как и другие формы тематического картографирования, дасиметрический метод был создан и исторически использовался из-за необходимости точных методов визуализации данных о населении. Дасиметрические карты не получили широкого распространения из-за отсутствия стандартизированных методов дасиметрического картографирования, доступных для широкой публики. Это приводит к методам, которые носят субъективный характер и имеют непоследовательные критерии. Другой вариант – использование кадастровых данных, включая небольшие административные районы (например, национальные парки, заповедники) или крупные земельные участки. Самый простой и распространенный метод – бинарный метод, использующий регионы, которые, как известно, необитаемы, такие как водоемы и государственные земли, и исключая эти регионы из хорплетовых районов, чтобы они выглядели пустыми на конечной карте. Если отображаемая переменная зависит от площади (например, плотность населения), значения необходимо пересчитать в соответствии с площадью уточненных районов. Было разработано несколько методов, которые пытаются выполнить более сложную интерполяцию, используя вспомогательные данные для перераспределения индивидуумов (и, следовательно, совокупных значений) между областями, которые считаются более и менее плотными, аналогично оригинальному методу Тянь-Шанского. Изначально количество для перераспределения населения в различные вспомогательные зоны (например, какова должна быть плотность «сельскохозяйственных земель»?) определялось эмпирически, но современные автоматизированные методы используют статистический анализ для оценки «наилучшего соответствия» данных хорплеты вспомогательным зонам. Алгоритм пикнофилактической интерполяции Тоблера основывался на предположении, что географическое поле, моделируемое исходной хорплетовой картой, имеет высокую степень пространственной автокорреляции; то есть, реальные пространственные переходы в плотности населения должны быть постепенными, а не резко меняться на границах районов. Используя концептуализацию полей как «статистической поверхности», распространенную в картографии того времени, его алгоритм использует дифференциальные уравнения для построения гладкой «поверхности» из «ступенчатой поверхности» хорплетовой карты, обеспечивая при этом постоянный объем поверхности (то есть общую численность населения).

A dasymetric map is a type of thematic map that uses areal symbols to visualize a geographic field by refining a choropleth map with ancillary information about the distribution of the variable. The name refers to the fact that the most common variable mapped using this technique has generally been population density. The dasymetric map is a hybrid product combining the strengths and weaknesses of choropleth and isarithmic maps. Dasymetric maps are used instead of choropleth maps because they represent underlying data distributions more accurately. Choropleth maps and dasymetric maps differ in three main ways. First, dasymetric zones are generated using ancillary data while boundaries on choropleth maps use units used for more general purposes (such as U. S. county boundaries). Second, choropleth zones have varying levels of internal homogeneity while dasymetric maps are designed to be internally homogeneous. Last, choropleth mapping methods are standardized while dasymetric methods are under researched. and an 1838 map of population density in Ireland by Henry Drury Harness, although the methods used to create these maps were never documented. The term "dasymetric" was coined in 1911 by Benjamin Semyonov Tian Shansky, who first fully developed and documented the technique, defining them as maps "on which population density, irrespective of any administrative boundaries, is shown as it is distributed in reality, i. e. by natural spots of concentration and rarefaction." He proposed several methods for improving on choropleth maps, some of which can more properly termed isarithmic maps, but the dasymetric technique he most fully developed and applied is still used today, albeit using digital data and tools such as GIS. Beyond Russia, the technique was popularized in the 1930s by J. K. Wright, who has sometimes been incorrectly credited with its invention. Waldo R. Tobler introduced one of the first computer algorithms for dasymetric mapping, which he called pycnophylactic interpolation ; apparently unaware of the earlier work; he only cites literature on pure isarithmic mapping. Since then, most other methods have used computation algorithms or GIS software to construct a dasymetric map. Like other forms of thematic mapping, the dasymetric method was created and historically used because of the need for accurate visualization methods of population data. Dasymetric maps are not widely used because of a lack of standardized dasymetric mapping techniques that are accessible to the public. This leads to methods which are highly subjective with inconsistent criteria. Another option is cadastral data, including small scale administrative areas (e. g., national parks, wilderness reserves) or large scale parcels. The simplest and most common technique is the binary method, using regions that are known to be uninhabited, such as water bodies and government owned land, and cropping these regions out of the choropleth districts, so that they appear empty on the final map. If the variable being mapped is area dependent (such as population density), the values need to be recalculated according to the areas of the refined districts. Several techniques have been developed that attempt a more sophisticated interpolation, using the ancillary data to reallocate individuals (and thus aggregate totals) between areas believed to be more and less dense, similar to Tian Shansky's original method. Originally, the amount to reallocate the population to different ancillary zones (e. g., how dense should "agricultural land" be?) was done in a common sense way, but modern automated methods use statistical analysis to estimate a "best fit" of the choropleth data to the ancillary zones. Tobler's pycnophylactic interpolation algorithm was based on an assumption that the geographic field being modeled by the original choropleth map has a high degree of spatial autocorrelation; that is, the real world spatial transitions in population density should be gradual, rather than abruptly changing at district boundaries. Using the "statistical surface" conceptualization of fields that was common in cartography at the time, his algorithm uses differential equations to construct a smooth "surface" from the "stepped surface" of the choropleth, while insuring that total volume of the surface (i. e., the total population) remains constant.

Сравнение с хороплетами и изарифмическими картами

Дасиметрическая карта обладает некоторыми свойствами как хороплетных, так и изоритмических карт. Все три метода могут отображать одни и те же полевые переменные, такие как плотность населения. Подобно хороплетной карте, от которой произошла дасиметрическая карта, переменная, отображаемая на карте, является агрегированным статистическим обобщением по району; информация о степени внутренней изменчивости переменной по-прежнему отсутствует, что сохраняет риск проблем интерпретации, таких как экологическая ошибка и проблема изменяемого ареала. Каждая скорректированная граница района, будучи хотя бы в некоторой степени соотнесена с предполагаемыми местами изменения переменной, приближается к изолинии. Это должно привести к уменьшению внутренней изменчивости переменной в скорректированных районах, однако нельзя предполагать, что они однородны. Дасиметрическая карта отличается от обеих альтернатив тем, что является производным продуктом, полученным путем интерполяции. Таким образом, значения в каждом районе являются оценками, которые потенциально более точны, но определенно менее достоверны, чем исходные данные. Большинство данных хороплетных карт представляют собой прямые сводные статистические данные по первичным данным об отдельных объектах, с лишь эпизодическими оценками, что делает их в значительной степени надежными. Большинство изоритмических карт являются интерполяциями, часто на основе набора точек отбора проб, что делает их производным продуктом, но в меньшей степени, чем дасиметрическая карта.