Curs Turism

I. CARTOGRAFIE Scurt istoric Informaţiile documentare despre hărţi ne arată că ele au existat încă dinaintea erei noastră: au fost găsite schiţe primitive la egipteni, chinezi, canadieni, amerindieni realizate pe suporturi foarte variate începând de la os, coji de copac, nisip, lemn, pietre, etc. Conţinutul acestor schiţe se referă la suprafeţe restrânse şi reprezintă diferită elemente ale cadrului natural ca reţeaua hidrografică, lacurile, pădurile, peşterile. Cea mai veche hartă ajunsă în România, zgâriată pe o tablă de argint este a Mesopotamiei, datând din sec. XIV-XV î.e.n. Primele hărţi propru-zise apar la grecii antici. Cea dintâi hartă grecească a fost construită de ANAXIMADRU din MILET şi cuprinde lumea cunoscută a timpului său, înconjurată de OKEANOS, în ipoteza Pământului plan. Cele mai remarcabile rezultate cartografice în antichitate au fost construirea primului glob geografic de către CRATES şi imaginarea primelor sisteme de proiecţie de către HIPARH (sec. II î.e.n.) şi PTOLEMEU (sec. II e. n.). Romanii n-au îmbogăţit cu nimic baza teoretică a reprezentărilor cartografice, chiar dacă au întocmit şi ei hărţi numite itinerarii, necesare în războaiele lor de expansiune. O astfel de hartă este Tabula Peutingeriană. În feudalism, dezvoltarea comerţului atrage după sine întocmirea hărţilor legate de necesităţile practice. Astfel se construiesc hărţi marine de către italieni, cunoscute sub numele de portulane, care se refereaua de obicei la o bazinul unei singure mări. Secolul al XVI-lea se caracterizează printr-o fructuoasă şi valoroasă activitate cartografică, cei mai importanţi reprezentanţi ai acestei perioade fiind MERCATOR şi ORTELIUS (olandez). Mercator publică în anul 1578 un prim atlas de hărţi geografice după hărţile lui Ptolemeu, dar reconstituite şi corectate de el. La întocmirea hărţilor, utilizează proiecţia cartografică şi propune mai multe proiecţii, dintre care una pentru navigaţie, care îi poartă numele, fiind folosită şi în prezent. Sec. al XVII-lea este cunoscut prin apariţia unor atlase, care pe lângă hărţile respective conţineau şi texte. Din secolul al XVIII-lea merită amintită activitatea de întocmire a hărţilor la scări mijlocii şi mari. Prima hartă topografică este harta Franţei a lui Cassini la scara 1:86400. În anul 1871 are loc primul congres de geografie, unde se pune problema alegerii meridianului de origine sau a primului meridian, probleme rezolvată în 1884 la o conferinţă special convocată la Washington, când s-a ales ca meridian de origine meridianul observatorului de la Greenwich. La sf. sec. al XIX-lea (1891), la Congresul de la Berna, pentru unificarea hărţilor topografice naţionale într-o hartă internaţională s-a adoptat propunerea lui A. Penck de a construi o hartă a globului la scara 1:1.000.000. În 1899 s-a hotărât întocmirea unei hărţi batimetrice a Oc. Planetar la scara 1:10.000.000 care a apărut în 1904. Între cele două războaie mondiale s-au realizat diferite tipuri de hărţi şi atlase. Opera cartografică de importanţă mondială a acestei periade este Marele Atlas Sovietic al Lumii. După al doilea război mondial, dezvoltarea cartografiei este în plină ascensiune, se continuă cu întocmirea atlaselor naţionale, a hărţilor topografice pentru noile state

1

apărute, apariţia unor dicţionare poliglote, organizarea unor conferinţe internaţionale de cartografie, etc. După etapele „aproximărilor dimensionale, geometrizării geografiei” şi „aplicării metodelor statistice în geografie”, anii 1960 marchează debutul etapei informatizării cartografiei. Această etapă se identifică cu debutul GIS, ea fiind condiţionată de perfecţionarea rapidă a calculatoarelor. Volumul imens de informaţii cu care operează cartografia şi-a găsit pentru prima dată posibilităţile de a fi valorificat (prelucrat) şi validat (în practică) prin GIS. Primii paşi au fost marcaţi prin constituirea bazelor de date, care ulterior au putut fi utilizate şi de către alţi beneficiari. O astfel de bancă de date este compusă din datele brute (propriu-zise), neprelucrate care sunt memorate pe un suport fizic (benzi sau discuri magnetice-CD) şi dintr-un sistem de programe care asigură introducerea, organizarea, stocarea, activarea şi prezentarea lor. Sistemul poate opera în general atât cu date cantitative cât şi calitative, exprimând valoarea parametrilor geografici dintr-un anumit punct, regiune, zonă geografică. Fiecare punct, dar şi tip de informaţie primeşte un anumit cod. Codul serveşte în actualizarea informaţiei, la cerere. Băncile de date permit înoirea informaţiei înmagazinate, respectiv aducerea la „zi”, precum şi trierea şi regăsirea rapidă a informaţiilor cerute, fie prin afişarea pe ecranul calculatorului (prin intermediul operatorului uman), fie prin imprimarea informaţiei (pe imprimanta anexă computerului). Un pas înainte în informatizarea cartografiei l-a constituit realizarea atlaselor electronice, care pot conţine pe lângă informaţiile unei bănci de date tradiţionale, şi informaţie sub formă grafică (hărţi generale, hărţi tematice, cartograme, blocdiagrame, cartodiagrame, profile, etc.). Atlasele electronice prezintă avantajul modificării rapide a informaţiei conţinute sub formă grafică de la un eveniment sau fenomen geografic prezent la unul viitor, întrunind atributul de „operaţional” şi „funcţional”. Carl Steinitz e unul din precursorii GIS-ului, el realizând primele studii experimentale în cadrul unui laborator de grafică computerizată la Harward, laborator creat în 1965 cu o donaţie Ford. Programele create, testate şi răspândite de aici au fost: - SYMAP - program de cartografiere automată; - CALFORM - program de cartografiere cu pen-plotter; - SYMVU - program de cartografiere suprafaţă-perspectivă; - POLYURT - program de manipulare a bazei de date cartografice; În dezvoltarea GIS pot fi identificate cel puţin cinci etape. Etapa întâia debutează cu anul 1960, când computerele se foloseau la realizarea hărţilor şi a altor imagini care s-ar fi putut realiza şi fără computer. Analizele spaţiale şi statistice erau dificile, cu un profesionalism scăzut, iar pesimismul general era mare. Etapa a doua începe cu anul 1970. Analizele GIS sunt mai sofisticate, iar prin tehnicile statistice şi cartografice noi, dar şi prin metodele de analiză spaţială mai complexe, proiectele G.I.S. trezesc un mare interes, fiind finanţate de la buget. GIS-ul interacţionează alte discipline şi profesii, în mod deosebit ingineria. Soft-urile sunt din ce în ce mai complexe şi private. Atenţia se axează pe luarea deciziilor. Anul 1975 marcheză începutul celei de-a treia etape. Tehnica G.I.S. este concretizată în afişaje grafice diverse şi tridimensionale. Noutatea adusă de GIS este dată

2

de posibilitatea referenţierii acestor date faţă de coordonatele geografice (longitudine şi latitudine). Etapa a patra debutează odată cu anii deceniului nouă, respectiv 1980-1981. Apariţia primelor GIS operaţionale (Sistemul Informaţional Geografic Canadian şi Unitatea Experimentală de Cartografie a Marii Britanii), încă din anii '60, este urmată în anul 1982 de sistemul ARC/INFO al firmei Environmental Systems Research Institute din U.S.A. Deceniul al nouălea se remarcă de asemenea prin progrese spectaculoase ale tehnicii de calcul. Apariţia PC-urilor şi softurilor, dar şi posibilităţilor de software în engleză şi franceză deschide o nouă etapă în existenţa GIS. Etapa a cincea se identifică cu actualitatea sau mai precis cu ceea ce a urmat anului 1990, când pentru prima dată în istoria cartografiei româneşti putem vorbi despre facilităţile oferite G.I.S. HARTA ŞI PLANUL Cea mai simplă definiţia care s-ar putea da hărţii este aceea de reprezentare micşorată a unei porţiuni din suprafaţa terestră. Definiţia enunţată are calitatea de a fi foarte concisă, dar în acelaşi timp şi neajunsul de a nu reda în întregime conţinutul noţiunii de hartă. Acest lucru se constată la o analiză cât de sumară a hărţii. În primul rând, se constată că harta este o reprezentare în plan a suprafeţei terestre. Aceasta o deosebeşte de reprezentarea sub formă de globuri, care deşi sunt reduse ca răspândire sunt cele mai corecte. În schimb, pe hartă se înregistrează deformările cunoscute. Deoarece harta redă porţiuni mari din suprafaţa terestră, la realizarea ei se ţine seama de curbura suprafeţei terestre, în timp ce la planuri nu e necesar să se ţină seama de curbură. O altă caracteristică uşor de observat este aceea că elementele reprezentate sunt reduse pe baze matematice riguros exacte, adică la o anumită scară. Aceasta îi conferă precizia necesară în diferite activităţi practice sau de cercetare. De asemenea, se constată că harta nu este o fotografie a suprafeţei terestre. Elementele suprafeţei terestre sunt redate prin nişte desene care uneori nici nu seamănă cu elementele din natură. Desenele respective sunt semnele convenţionale, ceea ce înseamnă că harta este o reprezentare convenţională. Se mai constată că pe hartă nu sunt redate toate elementele terenului, ci că apar în funcţie de mărimea suprafeţei reprezentate, numai elementele cele mai evidente. Deci, se poate spune că este vorba de o generalizare cartografică. Legat de conţinutul hărţii se poate constata că unele hărţi conţin toate elementele posibil de reprezentat (ansamblul elementelor naturale şi antropice ale unui teritoriu), fiind numite hărţi generale, iar în unele apar numai un element, fiind numite hărţi speciale sau hărţi tematice. Ţinând cont de caracteristicile menţionate se poate formula o definiţie mai completă. Harta este o reprezentare în plan, micşorată, convenţională şi generalizată a suprafeţei terestre, cu fenomene naturale şi sociale de la un moment dat, realizată pe principii matematice şi la o anumită scară, ţinând cont de sfericitatea pământului. Planul este o reprezentare cu aceleaşi caracteristici ca şi harta, diferenţele constând în faptul că redă o suprafaţă mai mică de teren, însă cu mai multe detalii şi cu o mare precizie. Deoarece scara mare nu permite redarea unei suprafeţe întinse de teren, porţiunile terestre reprezentate se consideră plane, deci nu ţine cont de sfericitatea pământului.

3

DIFERENŢIERI HARTA Redă o suprafaţă mai mare de teren cu detalii mai puţine în funcţie de scară Scara de reprezentare este mai mică decât la plan (de la 1:25000 până la scări foarte mici) Ţine cont de curbura suprafeţei terestre

PLANUL Redă o suprafaţă mai mică de teren cu multe detalii Scara de reprezentare este mare 1:20000 până la 1:50

Nu ţine cont de curbura suprafeţei terestre Proiectarea punctelor de pe suprafaţa Transpunerea punctelor se face fără terestră se face cu ajutorul unei a folosi un sistem de proiecţie proiecţii cartografice. Clasificarea hărţilor Problema clasificării hărţilor este foarte importantă pentru orientarea în folosirea şi studierea materialului cartografic. Deşi nu există o clasificare cu valabilitate universală, de-a lungul timpului au fost luate în considerare diverse criterii în ordonarea materialelor cartografice. 1. În funcţie de dimensiunea teritoriului cartografiat: - hărţi modiale (planigloburi, mapamonduri, planisfere), care reprezintă întrega suprafaţă terestră; - hărţi ale emisferelor pe latitudine şi respectiv longitudine; - hărţi ale grupelor de continente; - hărţi ale oceanelor şi mărilor limitrofe; - hărţi ale unor continente; - hărţi ale unor state; - hărţi cu regiuni dintr-un stat. 2. În funcţie de scară: - hărţi la scară mare - hărţi la scară mijlocie - hărţi la scară mică. 3. În funcţie de conţinut: - hărţi generale - hărţi tematice sau speciale: i. hărţi tematice fizico-geografice (hărţi hipsometrice, morfologice, ale energiei reliefului, climatice, pedologice, biogeografice, hidrologice, etc.) ii. Hărţi tematice socio-economice (hărţi ale populaţiei, ale căilor de comunicaţie, economice calitative şi cantitative, politicoadministrative, ale modului de utilizare a terenului, etc.) 4. În funcţie de destinaţie: - hărţi informative; 4

5.

6. 7. 8.

- hărţi ştiinţifice; - hărţi didactice; - hărţi turistice; - hărţi pentru navigaţie. În funcţie de originalitate - minutele topografice, care constituie rezultatul direct al ridicărilor topografice; - copiile, adică reproduceri după minutele topografice la aceeaşi scară; - derivatele, adică reproduceri după copiile topografice însă la scară diferită (mai mică). În funcţie de numărul culorilor: - hărţi monocrome - hărţi policrome. În funcţie de modul de realizare: - hărţi analogice - hărţi digitale (în format raster şi respectiv în format vector). În funcţie de modul de prezentare: - hărţi propriu-zise - hărţi virtuale. ELEMENTELE PLANURILOR ŞI HĂRŢILOR

Ca documente cartografice cu largă utilitate, elementele hărţilor şi planurilor sunt grupate în mai multe categorii. În literatura de specialitate se disting, în general două tipuri de clasificare a cestor elemente. Unii autori grupează elementele hărţilor în două categorii: elemente din exteriorul cadrului şi respectiv elemente din interiorul cadrului (Năstase, A. 1983, Rus, I., Buz, V, 2003). Alţi autori (Buz, V., Săndulache, A. 1984) grupează aceste elemente în trei categorii: elemente matematice, de conţinut şi de întocmire. Considerăm că această grupare este mai utilă pentru înţelegerea exactă a acestor aspecte. Elementele matematice reprezintă baza geometrică a hărţii. Sunt cuprinse în această categorie următoarele elemente: - scara de proporţie - cadrul hărţii - nomenclatura - baza geodezo-topografică - elementele de orientare - graficul înclinării versanţilor - canevasul. Elementele de conţinut sunt considerate a fi cele reprezentate în interiorul cadrului hărţii, respectiv în cuprinsul spaţiului desenat. Aceste elemente se pot grupa în două categorii: fizico-geografice (relief, hidrografie, vegetaţie, soluri) şi socio-economice (localităţi, căi de comunicaţie, detalii economice şi cultuale, graniţe). Elementele de întocmire sau de montare a hărţii cuprind informaţii absolut necesare pentru înţelegerea şi utilizarea hărţii. Dintre ele unele se referă la întocmirea

5

hărţii. Aici sunt incluse: titlul, felul hărţii, destinaţia, legenda, autorul, materialele documentare folosite. ELEMENTELE MATEMATICE ALE HĂRŢII SCARA HĂRŢII Definiţie: Trecerea de la dimensiunile măsurate în teren la cele de pe plan sau hartă se face cu ajutorul unui raport constant de micşorare numit scară de proporţie. • • •

Ca element matematic, se poate exprima în 3 moduri: Numeric Grafic Direct

Scara numerică este o fracţie ordinară în care numărătorul indică lungimea grafică (de obicei în cm), iar numitorul lungimea corespunzătoare din teren (tot în cm). 1 d = , unde: N D

N – scara hărţii d – distanţa grafică pe hartă sau plan D – distanţa reală din teren. Cu cât numitorul este mai mic în valoare aritmetică, cu atât fracţia este mai mare şi deci scara este şi ea mai mare şi invers. În situaţia în care pe o hartă nu este trecută scara, însă este trasată reţeaua de paralele se poate calcula scara hărţii, măsurând distanţa grafică dintre două paralele consecutive (d) şi cunoscând faptul că lungimea arcului de meridian de 10 este egală cu 111,136 Km (D). Scara grafică reprezintă raportul d D exprimat grafic. După modul de construcţie şi precizia măsurării este de două tipuri: - scară grafică simplă - scară grafică compusă sau cu transversale. Pentru construcţia scării grafice simple se divizează un segment de dreaptă în mai multe părţi, de obicei în cm, notându-se originea O. În partea dreaptă a originii se notează diviziunile cu lungimile valorilor naturale corespunzătoare scării date. Partea din stânga originii zero se numeşte talon şi este împărţit în mai multe segmente, oferind astfel posibilitatea măsurării unor distanţe până la a zecea parte dintr-o diviziune din partea dreaptă a originii. Talonul poate fi simplu sau exagerat.

6

Scara grafică compusă sau cu transversale se construieşte din două scări grafice simple, paralele, având trasate între ele nouă segmente de dreaptă paralele şi echidistante. Cele două scări grafice simple şi taloanele lor se divizează şi se notează corespunzător distanţelor naturale la scara dată. Talonul scării grafice compuse se completează unind oblic diviziunea o de pe scara grafică simplă superioară cu 1 de pe cea inferioară, apoi 1 cu 2, 2 cu 3 etc. (vezi figura de mai jos).

Pentru a măsura o distanţă cu ajutorul scării transversale, spre exemplu 1795 m, se procedează astfel: se măsoară 1 km de la prima verticală din dreapta originii până la diviziunea 0; 700 m pe segmentul oblic ce uneşte diviziunea 7 de pe scara grafică simplă superioară cu diviziunea 8 de pe cea inferioară, la jumătatea distanţei dintre orizontala 90 şi 100 (vezi mai jos).

Măsurarea lungimilor pe hartă cu ajutorul scării grafice compuse este mai exactă, dar se foloseşte mai mult la planuri. Scara directă se exprimă prin indicarea directă a lungimii de pe hartă şi a corespondenţei ei din teren. De exemplu: 1 cm pe hartă = 250 m în teren (egalitate valabilă pentru o hartă la scara 1:25000). În funcţie de scara la care au fost realizate, hărţile se grupează în 3 categorii: • • •

de la 1:25000 până la 1:200000: hărţi la scară mare (hărţi topografice) între 1:200000 – 1:1000000: hărţi la scară mijlocie (hărţi topografice de ansamblu) de la scara 1:1000000 până la scări foarte mici: hărţi la scară mică (hărţi geografice). Acestea sunt în general, hărţile murale şi cele din atlase.

7

Reprezentările cartografice la scări mai mari de 1:25000 se numesc planuri. Acestea se clasifică după cum urmează: ⇒ ⇒ ⇒ ⇒

1:10000 până la 1:5000 planuri topografice propriu-zise; 1:2500 până la 1:2000 planuri de situaţie; 1:1000 până la 1:500 planuri urbane; 1:100 până la 1:50 planuri de detaliu, utilizate în construcţii.

În România, planul la scara 1:5000 se numeşte plan topografic fundamental. La scara 1:20000 au fost întocmite planurile directoare de tragere utilizate în armată. CADRUL HĂRŢII Sub numele de cadru se înteleg liniile care mărginesc suprafaţa desenată a hărţii. Linia care intră în contact direct cu spaţiul desenat se numeşte cadru intern. Paralel cu acesta, la mică distanţă se află cadrul extern sau ornamental. Între cele două se află cadrul gradat, care reprezintă de fapt elementul matematic al cadrului hărţii. Acesta din urmă este împărţit în segmente colorate alternativ alb-negru, care indică împărţirea unghiulară pe paralele şi meridiane.

Cadrul poate coincide cu paralele şi meridianele, situaţie în care se numeşte cadru geografic. În situaţia în care cadrul nu corespunde cu paralele şi meridianele acesta se numeşte cadru geometric.

8

Ca formă, cadrul poate fi elipsoid, trapezoidal, dreptunghiular, pătrat, circular, în funcţie de sistemul de proiecţie în care a fost realizată harta. În situaţia în care cadrul are formă de pătrat, dreptunghi sau trapez, în colturile sale sunt trecute cu mare precizie coordonatele geografice. ALTE ELEMENTE MATEMATICE După cum am văzut până în prezent, cele mai importante elemente matematice au fost scara, cadrul şi nomenclatura hărţii. Nu lipsite de importanţă sunt şi baza geodezotopografică, elementele de orientare, graficul înclinării versanţilor şi canevasul. Baza geodezo-topografică Este constituită din puncte de coordonate cunoscute cu maximum de precizie, puncte care stau la baza întocmirii hărţii, motiv pentru care se mai numesc şi punctele de sprijin ale hărţii. Ele sunt de trei categorii: astronomice, geodezice şi topografice. Punctele astronomice (sau fundamentale) sunt puncte ale căror coordonate geografice au fost determinate prin metode astronomice. Coordonatele lor sunt independente de forma şi dimensiunile Pământului. În general, observatoarele astonomice din fiecare ţară pot constitui puncte de bază în ridicările geodezice ulterioare. În România, primul punct fundamental este Observatorul astronomic de lângă Bucureşti, care stă la baza constituirii hărţilor. Punctele geodezice sunt puncte determinate prin metode geodezice, care ţin seama de forma şi dimensiunile Pământului. Cele mai importante dintre ele sunt verificate şi prin metode astronomice. În funcţie de importanţa lor, punctele geodezice se împart în trei categorii: - puncte geodezice de ordinul I , care sunt vârfuri ale unor triunghiuri terestre cu laturile cuprinse între 40-50 km sau 70 km. Acestea alcătuiesc aşa-numitele şiruri de triangulaţie primordială, care se întind în lungul meridianelor şi paralelelor principale ale unei ţări. Pe teritoriul ţării noastre trec 3 şiruri primordiale pe meridian (dintre care unul internaţional ce leagă Capul Nord şi Capul Bunei Speranţe) şi 3 şiruri pe paralelă (între care două internaţionale: paralela de 45°N şi

9

-

paralela de 47°30'N). Lanţurile triangulaţiilor primordiale sunt legate între ele prin lanţuri de triangulaţie de ordinul I complementare. puncte geodezice de ordinul II, care sunt vărfuri ale unor triunghiuri cu laturi cuprinse între 10-25 km. puncte geodezice de ordinul III, care sunt vârfuri ale unor triunghiuri cu laturile cuprinse între 5-10 km.

Aceste puncte formează aşa-numita osatură geodezică a hărţii unei ţări. Pe teren, aceste puncte sunt marcate prin semnale speciale, construite din lemn cu baza din beton, în punctele caracteristice ale terenului, în aşa fel încât să poată fi vizibile de la mari distanţe. Poziţia punctelor geodezice obţinute pe suprafaţa Pământului se trece pe suprafaţa unui corp geometric imaginar (elipsoidul de referinţă), iar de pe elipsoid se proiectează pe o suprafaţă plană grafic sau prin calcul. Punctele topografice se determină plecând de la punctele geodezice, prin metode topografice şi sunt cuprinse în ordinele IV şi V. Ele alcătuiesc canevasul topografic al hărţii. Faţă de aceste puncte se determină planimetric şi altimetric poziţia elementelor fizico-geografice şi economico-geografice ale hărţii, care reprezintă detaliile suprafeţei terestre. Elementele de orientare sunt desenate pe hărţile topografice în stânga scării grafice.

Acestea cuprind cele trei direcţii nord: geografic, magnetic şi al caroiajului hărţii, precum şi unghiurile dintre ele, respectiv declinaţia magnetică, declinaţia convenţională şi convergenţa meridianelor. Graficul înclinării versanţilor se prezintă sub forma unei curbe, care este folosită la determinarea valorilor pantelor fără calcule (în mod expeditiv). De obicei sunt două grafice de pantă, care sunt construite ţinând seama de echidistanţa dintre curbele de nivel: unul aferent curbelor de nivel normale, celălat pentru curbele de nivel principale. Unul din cele mai cunoscute procedee grafice de determinare a unghiului de pantă constă în suprapunerea distanţelor grafice dintre curbele de nivel pe un graficul înclinării versanţilor şi se citeşte de pe acesta panta terenului în zona respectivă.

10

Canevasul reprezintă sistemul sau ansamblul liniilor de coordonate geografice sau coordonate plane rectangulare. Coordonatele geografice sunt reprezentate prin reţeaua de paralele şi meridiane care constituie canevasul geografic, iar coordonatele rectangulare prin linii drepte orizontale şi verticale, reprezentând abscise şi ordonate. Canevasul geografic se obţine prin transpunerea reţelei de paralele şi meridiane de pe glob pe un plan printr-un sistem de proiecţie cartografică. Canevasul rectangular, întâlnit mai ales la hărţile topografice, pleacă de la canevasul geografic şi se întocmeşte plecând de la intersecţia dintre un meridian şi o paralelă. În acest punct de intersecţie se duc tangente la meridian şi paralelă, iar la aceste tangente se trasează din km în km linii paralele, rezultând în acest fel o reţea de pătrate cu latura de 1 km. Din acest motiv, acest canevas se mai numeşte canevas kilometric. Laturile pătratelor care alcătuiesc reţeaua au valori diferite în funcţie de scara hărţii: la scara 1:25000, lungimea grafică a laturii este de 4 cm şi reprezintă în teren 1 km, la scara 1:50000, latura de 2 cm corespunde în teren la 1 km, la scara 1:100000, latura de 2 cm reprezintă 2 km în teren, iar la scara 1:200000, latura de 2 cm reprezintă 4 km în teren. Valorile reţelei kilometrice sunt înscrise între cadrul interior şi cel geografic, lângă colţurile hărţii. SISTEME DE PROIECŢII ŞI CLASIFICAREA PROIECŢIILOR CARTOGRAFICE Sistemul de proiecţie sau proiecţia cartografică este procedeul matematic cu ajutorul căruia se reprezintă suprafaţa curbă a Pământului pe o suprafaţă plană. Proiecţia cartografică asigură corespondenţa între coordonatele geografice (φ, λ) ale punctelor de pe elipsoidul terestru şi coordonatele rectangulare (X, Y) ale aceloraşi puncte pe hartă. În ceea ce priveşte clasificarea proiecţiilor cartografice, nu s-a ajuns încă la un sistem de clasificare care să poată cuprinde toate sistemele de proiecţii. Există mai multe criterii: A. După caracterul deformărilor: 1. Proiecţii conforme – mai sunt numite şi echiunghiulare, ortogonale sau ortomorfe, sunt proiecţiile care păstrează nedeformate unghiurile. În acest gen de proiecţie, scările pe toate direcţiile ce pornesc dintr-un punct sunt egale între ele. Elementele deformate sunt în primul rând suprafeţele şi apoi distanţele.

11

2. Proiecţii echivalente – sunt cele care păstrează nedeformate suprafeţele. 3. Proiecţii echidistante – fac parte din categoria proiecţiilor afilactice sau arbitrare şi nu deformează distanţele. B. După suprafaţa pe care se face proiectarea şi aspectul reţelei cartografice: 1. Proiecţii azimutale – proiectarea se face pe un plan, iar reţeaua cartografică poate avea paralelele sub formă de cercuri, iar meridianele sub formă de linii drepte sau în unele cazuri, cu excepţia meridianului central şi a ecuatorului, toate celelalte meridiane şi paralele sunt curbe. Canevasele azimutale pot fi construite atât prin proiectare propriu-zisă numindu-se perspective, cât şi prin calcul numindu-se neperspective. Se folosesc mai ales pentru reprezentarea suprafeţei terestre pe emisfere (E, V, N, S) şi pentru reprezentarea unor teritorii cu aspect mai mult sau mai puţin circular. Proiecţiile azimutale perspective se împart în 4 categorii în funcţie de poziţia punctului de perspectivă: ortografice, stereografice, centrale şi exterioare. 2. Proiecţii cilindrice – proiectarea se face pe suprafaţa laterală a unui cilindru, care apoi se desfăşoară prin tăierea în lungul unei generatoare. După felul cum suprafaţa cilindrului atinge suprafaţa sferei care reprezintă globul pământesc proiecţiile cilindrice pot fi tangente sau secante.Meridianele şi paralelele în unele cazuri sunt linii drepte, paralele între ele şi perpendiculare unele pe celelalte. Sunt şi cazuri când meridianele şi paralelele, cu excepţia meridianului central şi a ecuatorului sunt curbe. 3. Proiecţii conice – proiectarea se face pe suprafaţa laterală a unui con. Paralelele sunt arce de cerc, iar meridianele linii drepte ce se întâlnesc într-un punct corespunzător cu vârful conului. Aceste proiecţii conice au o proprietate importantă, anume aceea că unghiurile din canevas sunt mai mici ca cele din natură. 4. Proiecţii policonice – proiectarea se face pe suprafaţa laterală a mai multor conuri. Paralelele sunt arce de cerc cu centre diferite situate pe meridianul central. 5. Proiecţii poliedrice – proiectarea se face pe suprafaţa unui poliedru, meridianele şi paralelele fiind linii drepte, iar reţeaua rezultată se prezintă sub formă de trapeze. 6. Proiecţii pseudocilindrice – parelelele sunt linii drepte, iar meridianele, cu excepţia celui central, sunt linii curbe. 7. Proiecţii pseudoconice – paralelele sunt arce de cerc ca la proiecţiile conice, iar meridianele, cu excepţia celui central, sunt linii curbe. 8. Proiecţii derivate – sunt acelea ce pornesc de la alte proiecţii şi prin diferite construcţii ajung la diverse forme şi pot avea meridianele şi paralelele sub formă de curbe, arce de cerc, alipse, parabole. 9. Proiecţii circulare – meridianul periferic se prezintă sub formă de cerc, iar celelalte meridiane şi paralelele pot fi curbe cu excepţia ecuatorului şi a meridianului central. C. După poziţia pe glob a centrului reţelei cartografice: 1. Proiecţii normale sau polare – sunt cele în care axa polilor, deci axa globului, coincide cu axa conului sau cilindului, în cazul proiecţiilor conice şi

12

cilindrice, iar în cazul proiecţiilor azimutale, planul de proiecţie este tangent în pol şi deci paralel cu planul ecuatorului. 2. Proiecţii transversale sau ecuatoriale – sunt proiecţii în care axa cilindrului sau conului este perpendiculară pe axa polilor, iar în cazul proiecţiilor azimutale, planul de proiecţie este tangent la ecuator şi prin urmare este paralel sau se confundă cu planul meridianului. 3. Proiecţii oblice – sunt acelea în care axa cilindrului sau conului face cu axa polilor un unghi mai mic decât un unghi drept, iar în cazul proiecţiilor azimutale, planul de proiecţie face un anumit unghi cu axa polilor.

13

II. SISTEME INFORMATIONALE GEOGRAFICE 1.1. Definiţii Înainte de a defini noţiunea de Sistem Informatic Geografic (Geographical Information System - GIS), este bine să clarificăm câteva noţiuni, pentru a fixa cadrul subiectului. De multe ori în discuţii curente, se face vorbire de noţiuni greşit definite sau interpretate, generând astfel confuzii care duc la ambiguităţi şi în final, la concluzii fără obiect. Nu ne propunem să dăm definiţii formale sau care să nu suporte anumite completări, ci definiţii de conţinut, pentru a evidenţia esenţa noţiunii respective. Una dintre confuziile cele mai frecvente este cea care apare între dată şi informaţie. Data reprezintă o descriere simbolică a unui obiect, fenomen sau a unei acţiuni. Simbolurile urmează o structură bazată pe o sintaxă prestabilită, înregistrată pe un suport material şi care poate fi prelucrată manual, electronic sau combinat. În cazul lucrării de faţă vom avea date spaţiale (reprezentări digitale ale hărţilor) şi date atribut (date alfanumerice organizate sub formă de tabele pe linii şi pe coloane asociate cu datele spaţiale) acestea fiind înregistrate sub formă de fişiere pe suport magnetic. Semnificaţia transmiterii acestora omului în urma prelucrării, constituie informaţia. Cu alte cuvinte informaţia este o dată care aduce un plus de cunoaştere şi serveşte la luarea deciziilor. Informaţia tebuie să fie: consistentă (suficient de cuprinzătoare), relevantă (să furnizeze cunoştinţele necesare), exactă, oportună (să fie furnizată la timp) şi accesibilă ca mod de prezentare. Rezultatul unei prelucrări a datelor este deci, o informaţie. Aceasta devine o dată în momentul în care nu mai aduce un plus de cunoştinţe. Ea poate fi supusă unor alte prelucrări, obţinându-se o nouă informaţie. Acest şir de prelucrări, cu rezultate intermediare, duce la considerarea datei ca informaţie de unde şi expresia “prelucrarea informaţiei”. Cu toate acestea, majoritatea tratatelor de specialitate, consideră că folosirea unui termen în locul celuilalt este admisă. Noţiunea de Sistem Informaţional, cel puţin în literatura ştiinţifică românească, este asociată cu sistemele economice, mai precis cu managementul întreprinderii. Datorită extinderii sistemelor informaţionale în variate domenii de activitate, ne conduce la o definiţie mai scurtă şi mai cuprinzătoare. Astfel putem defini un Sistem Informaţional ca fiind totalitatea datelor, a mijloacelor de tratare a lor, precum şi a informaţiilor obţinute (sau a informaţiilor care potenţial pot fi obţinute), împreună cu echipamentul destinat să facă aceasta, pentru un domeniu precizat care serveşte la luarea deciziilor. Dacă prelucrarea este preponderent automatizată, spunem că este vorba de un Sistem Informatic (INFORMaţional + automATIC). Cum la ora actuală toate sistemele de prelucrare a datelor au o mare pondere de prelucrare şi transmisie automată, putem spune că avem doar sisteme informatice. Deci şi în ceea ce priveşte GIS vom înţelege un sistem informatic şi nu informaţional, aşa cum se mai utilizează uneori în vorbirea curentă. În literatura anglo-saxonă apare doar termenul Informational System, care prin traducere directă înseamnă Sistem Informaţional. În aceeaşi viziune, Geographical Information System a fost tradus prin Sistem Informaţional Geografic. Lăsăm la o parte alte utilizări ale termenului, cum ar fi Sistem de Informare Geografică, care denotă o lipsă totală de cunoştinţe în domeniu.

14

Aşa cum am menţionat, informatica a pătruns în cele mai variate domenii. Astfel se poate vorbi de Sisteme Informatice Medicale, Sisteme Informatice Energetice, Sisteme Informatice Biologice etc. Toate acestea însă nu au consistenţa şi unitatea Sistemelor Informatice Geografice aşa cum vom vedea mai departe. Privită la modul şi împrejurările în care se utilizează noţiunea de GIS, trebuie să mai facem câteva precizări. În primul rând nu se foloseşte la singular şi anume Sistemul Informatic Geografic, ca şi cum ar fi unul singur. Se creează astfel o confuzie între un software GIS şi o aplicaţie realizată cu acesta, aplicaţia referindu-se la o bază de date geografică şi la prelucrări specifice asupra acestora într-un context precizat. Se poate spune, de exemplu, că am realizat un Sistem Informatic Energetic utilizând tehnologia GIS. Sau dacă vreţi, am realizat un proiect GIS energetic. Se poate proiecta un astfel de sistem fără a utiliza un soft GIS, sau să se utilizeze doar parţial. În continuare, vom face referire la produs GIS, când vorbim de un pachet de programe (software), cum ar fi de exemplu Arc/Info, Intergaph, GRASS etc, şi proiect GIS atunci când vorbim de o aplicaţie, care se realizează cu acestea. Ca să încheiem şirul de definiţii, ne vom opri la noţiunile geomatică şi geoinformatică. După International GIS Dictionary (Mc Donnell, Kemp, 1995), geomatica este un termen inventat în Canada pentru a descrie activităţi legate de toate mijloacele privitoare la introducerea şi gestionarea datelor spaţiale din domeniul ştiinţific, administrativ şi tehnic, implicate în procesul producţiei şi managemantul informaţiei spaţiale. Acesta a fost preluat atât de comunitatea ştiinţifică din celelalte ţări anglosaxone (geomatics) cât şi francofone (géomatique). În noile accepţiuni, geomatica mai include şi activităţi privitoate la măsurători topografice şi geodezice, prin utilizarea de echipament specializat precum şi softuri specializate. Acronimul poate proveni de la GEOmetrie autoMATICĂ, GEOgrafie inforMATICĂ, după preferinţe. Geoinformatica nu apare în dicţionarul mai sus amintit, dar este din ce în ce mai folosit mai ales în ţări anglo-saxone (geoinformatics), subînţelegându-se în esenţă, acelaşi lucru. Deci, între acestea nu există o relaţie de dependenţă, cum uneori se mai foloseşte. Primul Sistem Informatic Geografic recunoscut ca atare, a fost elaborat în Canada (1962) şi s-a numit Canadian Geographical Information System. Iniţial a fost creat pentru inventarierea suprafeţelor de pădure, după care domeniul s-a extins înspre celelalte resurse naturale. Doi ani mai tărziu, în SUA, s-a elaborat un sistem similar numit MIDAS care, s-a axat tot pe inventarierea resurselor naturale. Datorită tehnicilor rudimentare şi a slabei informatizări a societăţii, aceste sisteme nu s-au răspândit. În plus, echipamentele, culegerea, întreţinerea, şi prelucrarea datelor erau costisitoare. Evoluţia lor a fost de asemenea lentă şi în deceniul următor, iar aplicaţiile au glisat înspre domeniul militar. Pătrundere mai semnificativă în domeniul civil, s-a făcut spre sfârşitul deceniului 9, odată cu ieftinirea calculatoarelor PC şi răspândirea lor masivă în toate domeniile. După 1990, încetarea războiului rece a produs realmente o explozie de aplicaţii în domeniul civil. Produsele soft se dezvoltă şi se răspândesc într-o manieră fără precedent. La intervale de câteva luni apar versiuni îmbunătăţite, uneori mult diferite de precedentele, prin multitudinea de funcţii (cum ar fi de exemplu ArcView 3.0 faţă de versiunea 2.0). Toate acestea sunt însoţite de dezvoltarea tehnicii de calcul în general atât hardware (procesoare mai puternice, memorie mai mare, capacităţi de stocare mai mari, echipament de introducere – digitizoare, scanere, dar şi de ieşire - plottere, imprimante mai bune,

15

ieftinirea CD-ROM, acces Internet) cât şi software (dezvoltarea limbajelor de programare, în special a celor orientate obiect). Trebuie să precizăm faptul că la noi în ţară produsele GIS nu au o răspândire prea mare, deoarece acestea pretind echipament scump, iar softul este de asemenea scump şi în plus este protejat. La toate acestea se adaugă necunoaşterea de către factorii de decizie a avantajelor pe care le oferă proiectele GIS. Aceasta poate fi pusă pe seama lipsei de educaţie în domeniu (cursurile sunt foarte rare şi costisitoare, ele axându-se pe o anumită gamă de produse soft). Un curs general de GIS, de altfel foarte important, nu rezolvă problema, ci doar oferă o imagine de ansamblu asupra modului în care ar trebui abordate problemele spaţiale. Menţionăm faptul că produsele GIS sunt foarte deosebite de alte softuri aflate pe piaţă, cum ar fi limbajele de programare, SGBD tradiţionale sau produse CAD. Există mai multe definiţii pentru GIS dintre care am ales pe cea considerată mai generală şi cuprinzătoare. Un GIS este un sistem informatic ce permite captarea (introducerea), stocarea, integrarea, manipularea, analiza şi vizualizarea datelor care au referinţă spaţială. O schematizare a acestei definiţii, poate fi pusă în forma: - date geografice (cu distribuţie spaţială); - sisteme de programe (software, ce înglobează proceduri de analiză şi management specific); - sisteme de calcul (hardaware). Pentru a ne face o imagine de ansamblu a ceea ce este un GIS, să evidenţiem câteva din întrebările la care poate să răspundă un astfel de sistem. Ce este la...? adică localizarea unei anumite caracteristici. O locaţie poate fi descrisă în mai multe feluri. De exemplu, ce reprezintă un anumit areal, care sunt coordonatele geografice ale unui anumit punct etc. Unde se găseşte...? adică exprimarea unei condiţii. Mai precis, în loc să identificăm ce este la o anumită locaţie, dorim să ştim în ce locaţii sunt satisfăcute anumite condiţii. De exemplu unde se află o zonă defrişată mai mare de 1 km2. Ce s-a schimbat la...? adică evoluţia. Se determină variaţiile în timp ale unui areal. De exemplu ce cantităţi de precipitaţii zilnice cad pe o anumită suprafaţă în decursul unui an. Ce se întâmplă dacă...? adică modelarea. De exemplu ce impact asupra mediului este determinat de adăugarea unei şosele la reţeaua de drumuri. Sau ce se întâmplă cu clienţii unui furnizor de servicii dacă în zonă apare un nou competitor. Sau ce modificări se produc în structura pieţei în cazul în care se înfiinţează un nou magazin. Produsele GIS au un larg evantai de aplicaţii, în cele mai diferite domenii. Practic tot ce este legat de teritoriu intră, mai mult sau mai puţin, sub incidenţa programelor înglobate într-un GIS. Vom enumera pe scurt câteva domenii şi aplicaţii posibile. 1.2. Domeniile de aplicabilitate ale GIS Utilităţi. Aplicaţiile din această categorie fac parte din domeniul cunoscut sub numele Automated Mapping and Facilities Management (AM/FM). Este vorba de gestiunea reţelelor de apă, gaz, electricitate, telecomunicaţii etc. Aceste aplicaţii necesită hărţi foarte precise, iar modelele vectoriale domină acest domeniu. Tot aici putem include amplasarea staţiilor de emisie/recepţie din sistemul de telefonie celulară. La acest gen de

16

aplicaţii, configuraţia terenului este extrem de importantă. Modelele raster tind să fie predominante în acest sector. Mediu. Într-o primă variantă, produsele GIS sunt folosite pentru inventarierea teritoriilor afectate de poluare (apă, sol, aşezări). La un nivel mai ridicat se pot face studii privitoare la procesele de eroziune, alunecări de teren, studii de impact, studiul caltităţii apei (care pot fi corelate cu diferite softuri specifice) etc. Amenajarea teritoriului. Consiliile locale sau judeţene pot beneficia de aportul adus de GIS în monitorizarea terenului, plane de amenajare urbanistice, comunale, judeţene, regionale, interregionale. Ca exemplu amintim: studiul amplasării unor blocuri de locuinţe (coroborat cu date provenite de la utilităţi; hărţi ale conductelor de gaz, apă, informaţii privitoare la dimensionările acestora şi deci, posibilitatea controlului transportului de apă şi gaz pe acestea). Agricultură şi silvicultură. Inventarierea solurilor însoţite de date atribut privitoare la tipul de sol, calitate, utilizare. Monitorizarea terenurilor agricole în vederea obţinerii de producţii maxime. Inventarierea pădurilor, a zonelor geografice protejate (rezervaţii, parcuri naţionale). Studiul privitor la oportunitatea amplasării exploatărilor de cherestea şi a fabricilor de prelucare a lemnului. Studii privitoare la conservarea patrimoniului forestier naţional. Proiectele GIS din acest domeniu sunt dublate de prelucrarea imaginilor luate prin teledetecţie. Resurse naturale. În ultimii ani, se investeşte din ce în ce mai mult în proiecte care conduc la depistarea resurselor naturale (minereuri, petrol, gaz, apă) utilizând produse GIS. Şi acestă activitate este dublată de prelucrarea imaginilor digitale sau aeriene. De fapt, acest domeniu a beneficiat din plin de programele de teledetecţie Skylab din anii ’70, când s-au descoperit multe resurse naturale exploatate în momentul de faţă (petrol şi gaz în Marea Nordului, petrol în Marea Neagră, etc). Transport. GIS are un potenţial considerabil în gestiunea şi optimizarea transportului urban sau regional (trasee optime pentru autobuze, tramvaie, trenuri, la care se adaugă determinarea numărului optim de mijloace de transport pe perioade de timp). Tot aici putem include alegerea traseelor optime pentru maşinile de intervenţie (pompieri, salvare, poliţie). În transportul maritim hărţile electronice (electronic chart ) le înlocuiesc tot mai frecvent pe cele tradiţionale, iar orientarea navelor se face automat cu ajutorul unor echipamente specializate de poziţionare cunoscute sub numele de GPS (Global Positionning System – sistem de poziţionare globală), acestea fiind direct legate de hărţile digitale. Demografie. Baze de date privitoare la populaţie (pe vârste, religii, profesii, învăţământ, sănătate etc) asociate cu o hartă administrativă la nivel de comună, produc diferite hărţi privitoare la distribuţia teritorială a unor variate tipuri de informaţii, rezultatul fiind o hartă orthoplet sau chromoplet. Marketing. Având o hartă a unui oraş asociată cu o bază de date ce conţin recensăminte, plus localizările firmelor, se pot face studii referitoare la corelaţii dintre clienţi şi ofertanţii de servicii. Se poate merge până la simularea amplasării unui magazin într-o anumită zonă. Rezultatul este o hartă care prezintă modificarea clientelei magazinelor învecinate, sugerând deci oportunitatea amplasării sau nu a acelui magazin. Cadastru. Inventarierea şi întreţinerea datelor spaţiale şi atribut a tuturor terenurilor. Odată realizat un sistem cadastral informatizat, întreţinerea datelor se face mult mai uşor iar obţinerea de date asupra terenurilor se face imediat.

17

Proiectele GIS de anvergură au scopul de a obţine informaţii în vederea luării deciziilor. Modelarea şi simularea reprezintă concepte de bază în cadrul analizei spaţiale şi de fapt şi raţiunea de a fi a unui GIS. 2. GIS un domeniu interdisciplinar Pentru proiectarea şi exploatarea unui GIS sunt necesare aporturile, în proporţii variate, ale multor discipline, fiecare având o pondere mai mare sau mai mică în diferite faze de proiectare sau utilizare. În cele ce urmează vom enumera cele mai importante discipline care au condus la promovarea şi dezvoltarea GIS. Geografia are o lungă tradiţie în analiza spaţială şi oferă un spectru larg de aplicaţii. Cartografia - furnizează principala sursă de intrare pentru datele geografice sub formă de hărţi; - cartografia digitală deţine metode de reprezentare digitală şi de manipulare a caracteristicilor geografice precum şi metodele de vizualizare. Teledetecţia - deţine tehnici de achiziţie, procesare şi corecţie a imaginilor aeriene şi satelitare; analiza de imagini conţine funcţii sofisticate; - imaginile sub formă digitală sunt o sursă importantă pentru constituirea bazei de date spaţiale; - interpretarea imaginilor luate prin teledetecţie pot fi asociate cu alte date (hărţi tematice) din GIS. Geodezia oferă metode pentru controlul poziţional având un rol important pentru obţinerea unei acurateţe bune a datelor spaţiale. Statistica - furnizează soluţii importante pentru determinarea erorilor în datele geografice; - majoritatea modelelor construite cu GIS sunt de natură statistică; - multe tehnici statistice sunt folosite pentru analiză. Informatica - furnizează hard-ul şi soft-ul necesar proiectării şi exploatării GIS; - oferă proceduri avansate de grafică, utilizându-se limbaje de programare, pentru reprezentare internă, manipulare, prelucrare şi afişare a datelor geografice; - SGBD conţine proceduri şi funcţii pentru proiectarea, manipularea şi reprezentarea unui volum mare de date; - CAD (Computing Aid Design - Proiectarea asistată de calculator) furnizează proceduri de intrare/afişare atât în 2D cât şi în 3D; - tehnicile de inteligenţă artificială pot emula inteligenţa umană constituind un factor decizional în diferite situaţii. Matematica. Multe ramuri ale matematicii se folosec pentru proiectarea GIS precum şi pentru analiza datelor geografice. - geometria computaţională se utilizează în grafică; - logica bivalentă este folosită în realizarea operaţiilor pe hărţi (de exemplu algebra hărţilor); - topologia şi teoria grafelor se utilizaeză în modelele topologice vectoriale; - teoria probabilităţilor şi mulţimile fuzzy oferă instrumentele de evaluare a mărimilor cu un anumit grad de incertitudine;

18

- cercetările operaţionale pun la dispoziţie tehnici de optimizare în luarea deciziilor; - modelarea şi simularea unor fenomene geografice sunt realizate prin intermediul ecuaţiilor diferenţiale şi a proceselor stochastice. Menţionăm că aceste discipline, cu ramurile amintite sunt implicate atât în proiectarea cât şi în exploatarea GIS. Unele ramuri au o pondere mai mare în proiectare, altele în exploatare. Este greu să se facă o selectare precisă a ramurilor ştiinţelor respective pentru a şti ce fel de cunoştinţe sunt necesare unui anumit utilizator. Considerăm că noţiunile de bază din disciplinele mai sus amintite sunt indispensabile în utilizarea corespunzătoare a unui proiect GIS. În plus, mai sunt necesare un bagaj de cunoştinţe specifice domeniului cercetat (mediu, agricultură, cadastru etc). Cunoştinţele din domeniul de cercetare sunt decisive în interpretarea corectă a rezultatelor. 3. Date spaţiale Datele spaţiale constituie partea centrală a unui GIS şi conţine hărţi sub formă digitală. Acestea sunt materializate prin fişiere conţinute într-o bază de date spaţială (BDS).

3.1. Sisteme de reprezentare a datelor spaţiale Problema care a apărut era: cum să introducem o hartă în calculator, adică cum să fie ea reprezentată intern? Fiind vorba de un calculator numeric, este evident că stocarea trebuie făcută sub formă de coduri numerice. După experienţe îndelungate, s-a convenit ca reprezentarea internă a unei hărţi să se facă în două sisteme: sistemul vector şi sistemul raster. În sistemul vector harta este construită, în mare, din puncte şi linii, fiecare punct şi extremităţile liniilor fiind definite prin perechi de coordonate (x,y). Acestea pot forma arce, suprafeţe sau volume (în cazul în care se mai ataşează încă o coordonată). Caracteristicile geografice sunt exprimate prin aceste entităţi: o fântână va fi un punct, un punct geodezic va fi de asemenea un punct; un râu va fi un arc, un drum va fi de asemenea un arc; un lac va fi un poligon dar şi o suprafaţă împădurită va fi un poligon. În sistemul raster, imaginile sunt construite din celule numite pixeli. Pixelul, sau unitatea de imagine, este cel mai mic element de pe o suprafaţă de afişare, căruia i se poate atribui în mod independent o intensitate sau o culoare. Fiecărui pixel i se va atribui un număr care va fi asociat cu o culoare. Entităţile grafice sunt construite din mulţimi de pixeli. Un drum va fi reprezentat de o succeiune de pixeli de o aceeaşi valoare; o suprafaţă împădurită va fi identificată tot prin valoarea pixelilor care o conţin. Între cele două sisteme există diferenţe privind modul de stocare, manipulare şi afişare a datelor. În figura 1 am înfăţişat, într-un mod simplificat, cele două sisteme de reprezentare ale aceleiaşi realităţi. Am păstrat aceeaşi unitate de lungime pentru sistemul vector cu dimensiunea celulei din sistemul raster. Ambele sisteme au avantaje şi dezavantaje. Principalul avantaj al sistemului vector faţă de cel raster este faptul că memorarea datelor este mai eficientă. În acest sistem doar coordonatele care descriu trăsăturile caracteristice ale imaginii trebuiesc codificate. Se foloseşte de regulă în realizarea hărţilor la scară mare. În sistemul raster fiecare pixel din imagine trebuie codificat. Diferenţa între capacitatea de memorare nu este semnificativă pentru desene mici, dar pentru cele mari ea devine foarte importantă. Grafica raster se utili-

19

zează în mod normal atunci când este necesar să integrăm hărţi tematice cu date luate prin teledetecţie.

Figura 1 Reprezentarea vector şi raster a aceluiaşi areal 3.2. Sistemul vector Sistemul vector se bazează pe primitive grafice. Primitiva grafică este cel mai mic element reprezentabil grafic utilizat la crearea şi stocarea unei imagini vectoriale şi recunoscut ca atare de sistem. Sistemul vectorial se bazează pe cinci primitive grafice: 1) PUNCTUL; 2) ARCUL (sau linia ce uneşte punctele); 3) NODUL (punct care marchează capetele unui arc sau care se află la contactul dintre arce); 4) POLIGONUL (arie delimitată de arce); 5) CORPUL (volum determinat de suprafeţe). Obiectele cartografice simple sunt alcătuite din primitive. Obiecte cartografice mai complexe precum şi obiectele geografice sunt obţinute din combinarea obiectelor simple. În continuare vom detalia aceste noţiuni într-o manieră simplificată având drept scop înţelegerea lor şi nu tratarea sub toate aspectele care pot apare într-un soft GIS.

Figura 2 Reprezentarea grafică şi tabelară a punctelor 1) PUNCTUL este unitatea elementară în geometrie sau în captarea fotogrametrică. Nu trebuie confundat cu celula din reprezentarea raster, deoarece el nu are nici suprafaţă nici

20

dimensiune. El reprezintă o poziţionare în spaţiu cu 2 sau 3 dimensiuni. În figura 2 am redat modul de afişare al punctelor, precum şi modul de înregistrare pe suport magnetic (în 2D). Fiind vorba de un calculator numeric, înregistrarea pe suport magnetic se va face sub formă de numere. Mai precis, fiecare punct va fi înregistrat într-un fişier sub formă de tabel care conţine două coloane. În prima coloană va apare un număr de identificare (care este unic), iar în a doua coloană coordonatele punctului în sistemul de referinţă ales. Pentru ca aceste puncte să fie afişate pe monitor sau imprimantă, se scrie un program (într-un limbaj de programare) care va conţine instrucţiuni privitoare la configurarea ecranului, instrucţiuni de citire din fişier a numerelor care reprezintă coordonatele şi în final, instrucţiunile de afişare pentru echipamentul de ieşire (monitor sau imprimantă). În cadrul produselor GIS aceste programe sunt înglobate într-o structură mare (care reprezintă de fapt software GIS) şi care este apelat prin comenzi ce apar fie sub formă de meniuri, fie sub formă de icoane. De exemplu o comandă pe care putem să o numim View poate realiza afişarea pe ecran, iar o comandă Print va produce listarea la imprimantă sau plotter, funcţie de driverul instalat pe calculatorul respectiv. Aceasta este, în mare, modul cum este organizat un produs GIS ce priveşte afişarea unui grafic. În mod similar se efectuează şi afişarea arcelor sau a poligoanelor. Nu discutăm acum felul în care se introduc datele în calculator. 2) ARCUL este o succesiune de joncţiuni (legături) între o succesiune de puncte. Este vorba de o entitate dublă, el fiind format din una sau mai multe joncţiuni, ele însele reunind două puncte sau mai multe puncte. De cele mai multe ori joncţiunea este o dreaptă. Astfel, un arc este, în general, o linie frântă ce uneşte direct două puncte ale parcursului. O linie frântă poate aproxima suficient de bine orice curbă prin micşorarea segmentelor. Un arc este orientat direct în sensul parcursului, de la punctul iniţial la cel final. În figura 3 am înfăţişat două arce cu tabelul corespunzător. Ca şi în cazul punctelor, înregistrarea pe disc se va face sub formă tabelară. În prima coloană vom avea numărul de identificare, iar în coloana a doua vor fi trecute toate coordonatele segmentelor care formează arcul. Aici nu s-au pus în evidenţă nodurile (vezi modelul spagheti). Arcul este o entitate de bază în modelele vectoriale şi este asociat cu entitatea nod (vezi modele topologice de reţea).

Figura 3 Reprezentarea grafică şi tabelară a arcelor fără specificarea nodurilor 3) NODUL este definit ca o extremitate de arc şi nu trebuie confundat cu conceptul de punct abordat mai sus. Un arc este obligatoriu mărginit de un nod de origine şi un nod destinaţie (vezi modelul topologic de reţea). Nodurile indică sensul de parcurgere al arcului. Astfel

21

definit, fiecare nod este un vârf al unui graf. Un graf este planar nu dacă este în plan, ci dacă toate intersecţiile dintre arce formează noduri. În figura 4 am schiţat o reprezentare posibilă a unor arce în care s-au identificat nodurile. În această situaţie fişierul conţine în plus două coloane, care vor conţine nodul de început şi respectiv nodul final. Deşi arcele 2 şi 3 formează un poligon, aici acesta nu este recunoscut ca atare.

Figura 4 Reprezentarea grafică şi tabelară a arcelor cu specificarea nodurilor

4) POLIGONUL este delimitat de un parcurs de arce, ele însele fiind conectate de noduri definite într-un graf planar. Unui poligon îi este ataşat în mod obligatoriu un nod izolat, numit centroid. Acest nod privilegiat permite construirea suprafeţelor în jurul lui, până la limitele formate de arcele întâlnite. În figura 5 am redat două poligoane cu tabelul corespunzător fără a se specifica proprietăţile lor topologice. Combinaţii de poligoane formează suprafeţe bidimensionale sau tridimensionale (vezi DEM). 5) VOLUMELE, ca şi primitive grafice, sunt tratate mai puţin de produsele soft, de aceea nu le vom detalia. Amintim doar faptul că, anumite pachete de programe oferă posibilitatea de a lua în considerare, de a calcula şi de a reprezenta prisme sau volume simple. Ele aproximează cu o precizie suficientă volumele de pe hărţile reprezentate în trei dimensiuni (3D). Reprezentarea uzuală a unei suprafeţe în 3D se face prin diferite tehnici cum ar fi izoliniile, TIN etc (vezi Analiză Spaţială).

Figura 5 Reprezentarea grafică şi tabelară a poligoanelor 22

3.3. Modele vectoriale Modelul este o reprezentare convenţională a structurilor de date într-un context precizat, în care se identifică natura datelor (aici primitivele grafice), operatorii care acţionează asupra structurilor de date, precum şi restricţiile impuse pentru menţinerea corectitudinii datelor (reguli de integritate). Sistemul de reprezentare vector a generat mai multe modele, dintre care vom prezenta trei, ele fiind şi cele mai importante şi cele mai reprezentative: 1) modelul spagheti, care utilizează numai primitivele punct şi arc; 2) modelul topologic de reţea (topologic liniar), care adaugă la spagheti primitiva nod; 3) modelul topologic de suprafaţă (topologic în două dimensiuni), care la precedentul adaugă primitiva poligon. Modelul topologic de volum (topologic în 3D), actualmente în curs de dezvoltare, nu va fi abordat. Modelul spagheti este un model relativ simplu privitor la gestiunea geometriei obiectelor, având ca scop principal de a le desena. Aşa cum am precizat acest model utilizează primele două primitive menţionate: PUNCTUL şi ARCUL. Aşa cum am mai amintit, noţiunea de arc este specifică modelelor vectoriale topologice, care în mod implicit (dacă luăm definiţia din teoria grafurilor) trebuie să aibă o orientare, adică un punct de start şi un punct de sfârşit. Aici arcul este de fapt o simplă linie frântă. Uneori se foloseşte şi termenul de polilinie. Poate că apare o anumită ambiguitate în definirea arcului. Acest lucru este similar cu confuzia dintre dată şi informaţie. Stricto senso noţiunea de arc nu poate fi utilizată în modelul spagheti, situaţie care nu se respectă întotdeauna. Este important de menţionat faptul că, în acest model, poligonul este un rezultat al închiderii unui arc şi nu este privit ca o primitivă grafică, deci nerecunoscut ca atare. Neajunsuri ale modelului spagheti: - graful nu este întotdeauna planar (poligoanele se pot suprapune); - fiecare arc este independent (pot apare linii dublate); - fiecare poligon poate fi descris în mod independent de celelalte poligoane prin arcul care îl delimitează, mai precis el este recunoscut prin arcul închis care formează conturul său.

Figura 6 Model vectorial de tip spagheti

23

În figura 6 am înfăţişat câteva situaţii posibile în cazul modelului spagheti care pot crea probleme în gestiunea datelor spaţiale. În general fişierele DXF sunt de tip spagheti. Ele pot fi citite şi afişate de produsele GIS, dar nu şi prelucrate. Pentru a putea fi prelucrate acestea trebuiesc supuse unor operaţii (conversii), rezultatul fiind un fişier propriu al produsului GIS respectiv. Următoarele două modele se numesc modele topologice. Termenul a fost împrumutat din matematică. În ceea ce ne priveşte, putem accepta faptul că topologia studiază poziţia relativă a obiectelor independente de forma lor exactă, de localizarea lor topografică şi de mărimea lor. Astfel liniile pot fi conectate, suprafeţele pot fi adiacente etc. Cu alte cuvinte topologia exprimă relaţia spaţială dintre primitivele grafice. De exemplu topologia unui arc include definirea nodului de origine şi a nodului de destinaţie (în cazul modelului topologic de reţea) şi respectiv a poligonului din stânga şi dreapta (în cazul modelului topologic de suprafaţă). Datele redundante (coordonatele) sunt eliminate deoarece un arc poate reprezenta o linie sau numai o parte din ea. Altfel spus este vorba de o localizare fără coordonate. Existenţa relaţiilor topologice permite o analiză geografică mai eficientă, cum ar fi modelarea scurgerii lichidelor pe reţelele de apă/canal, combinarea poligoanelor (suprafeţelor) cu caracteristici similare. 2) Modelul topologic de reţea adaugă modelului spagheti entitatea numită nod. Există noduri izolate, independente de reţeaua de conexiuni, precum şi noduri legate. Un arc are obligatoriu un nod origine şi un nod destinaţie. Pe traseul unui arc pot exista mai multe noduri, acestea însă aparţin numai la un singur arc (atunci când avem intersecţii de arce şi graful este planar). Se utilizează cu precădere în hărţile ce reprezintă distribuţii într-o reţea (cabluri telefonice, electricitate, gaz etc.) În figura 7 avem un exemplu de codificare topologică de reţea. Reprezintă o hartă posibilă a unei reţele de drumuri. Se observă că înregistrarea constă din două tabele: unul pentru codificarea topologică şi altul pentru lista coordonatelor punctelor ce formează arcele, respectiv reţeaua. 3) Modelul topologic de suprafaţă este cel mai complet. El adaugă modelului topologic de reţea poligoanele delimitate la stânga şi la dreapta fiecărui arc. În plus suprafaţa este construită obligatoriu în jurul unui nod izolat, care nu aparţine parcursului arcelor.

24

Figura 7 Modelul topologic de reţea

Figura 8 Modelul topologic de suprafaţă Apariţia suprafeţei induce două asociaţii suplimentare: un arc are obligatoriu un singur poligon la stânga şi un singur poligon la dreapta. Invers, un poligon este situat, fie la stânga, fie la dreapta unui arc sau a mai multor arce. În fine, graful acestui model este obligatoriu planar. În figura 8 avem un caz posibil de hartă vectorială în codificarea topologică de suprafaţă. Nodurile nu au fost numerotate deoarece, în acest caz nu mai este necesar. Modelul topologic de suprafaţă formează o acoperire, adică reuniunea tuturor suprafeţelor este egală cu suprafaţa totală a hărţii, de unde şi noţiunea de coverage care, în traducere înseamnă acoperire. În Arc/Info o hartă vectorială topologică se numeşte coverage. În figura 9 avem reprezentată o hartă reală în care s-au evidenţiat noduri, arce şi poligoane.

25

Figura 9 O hartă reală în care s-au pus în evidenţă arcele, nodurile şi poligoanele 3.4. Sistemul raster Sistemul raster generează un singur model numit model raster, sau model matricial. Aşa cum am văzut, acesta este compus din celule mici de formă pătrată sau dreptungiuriulară, având o suprafaţă de regulă egală cu rezoluţia sistemului. Am spus de regulă, deoarece nu întotdeauna pixelul este considerat ca unitatea de referinţă, ci celula convenţională, care este formată din mai mulţi pixeli. Acest lucru este relevant atunci când pe o hartă în sistem raster se face o scalare (adică se aplică un factor de multiplicare a imaginii) pe o porţiune din ea. Imaginea va fi constituită din pătrate, iar continuitatea se pierde. În prima sa formă, sau dacă vreţi în forma originală, pentru a satisface cerinţele de acurateţe, harta digitală raster va avea celula egală cu un pixel. Încă o dată precizăm că este vorba de reprezentarea internă a hărţii, care poate să coincidă sau nu cu rezoluţia monitorului sau a altor echipamente (plotter, imprimantă). În cazul în care monitorul are o rezoluţie mai slabă decât cea reprezentată intern, harta vizualizată va avea acurateţea monitorului, adică mai slabă. Invers dacă monitorul are o rezoluţie mai bună, afişarea va fi la nivelul rezoluţiei interne. Totuşi există o anumită corelare între posibilităţile programelor de manipulare a datelor şi de performanţele echipamentelor periferice. De altfel, fiecare produs soft oferă o listă cu echipamentele I/E cu care este compatibil. Orice abateri de la aceste reguli conduce la imposibilitatea funcţionării corecte a programelor. În general sistemul raster este un mare consumator de resurse. Pentru a ilustra necesarul de suport în stocarea unei hărţi în format raster, vom da câteva exemple. O imagine format A4 (210x297 mm), reprezintă, cu o rezoluţie a unei imprimante laser, aproximativ 9 milioane de celule (300 d.p.i = 12 puncte/mm şi 12x12 = 144 puncte/mm 2 şi 144x210x297=8981280). Modelul raster este simplu, el conţinând două entităţi: celula şi imaginea. Este important de notat că o celulă nu are decât o singură valoare şi că această valoare este valabilă pe toată suprafaţa celulei, chiar dacă în procesul de actualizare sunt disponibile

26

informaţii mai fine. Poziţia ei este definită prin număr de linie şi număr de coloană într-o imagine şi numai una. Este clar că în această entitate nu intră obiectele geografice. Acestea din urmă nu pot fi recunoscute decât după tema imaginii şi valoarea de atribut a fiecărei celule. O imagine presupune una sau mai multe celule. Fiecare imagine este definită de tema sa şi de un număr de imagine. Teritoriul care conţine această imagine este definit de coordonate şi de extremităţi. Aceste caracteristici conţin şi unitatea de măsură şi atributul fiecărei celule. În consecinţă putem rezuma: CELULA valoare - nr linie - nr coloană

IMAGINEA temă nr imagine X,Y minim X,Y maxim

După cum aţi observat, se uzitează denumirea de imagine raster şi nu de hartă raster. Aceasta deoarece imaginile digitale sunt în format raster. Atragem atenţia de pe acum că, o imagine satelitară digitală nu este propriu-zis o hartă. Ci din această imagine, în urma procesării ei şi a codificării proprii unui soft cartografic (sau GIS) va rezulta o hartă digitală. Deci trebuie să fim atenţi atunci când vorbim despre imagine raster să se înţeleagă exact ce reprezintă aceasta. În figura 9 avem o hartă raster în care pixelii sunt reprezentaţi prin numere. Aceste numere care, în fond le corespund anumite caracteristici cantitative de pe suprafaţa Pământului, se convertesc la o afişare pe un monitor, în culori. Aceasta este aşa-numita reprezentare logică a hărţii. Aşa cum am amintit mai sus, un pixel este definit de un număr de linie şi un număr de coloană. Spre deosebire de modelele vector în care originea este în stânga jos, aici originea este în stânga sus (0,0). În figura 10 avem o matrice de celule de 8 linii x 13 coloane. Aceasta se materializează printr-un fişier care va conţine numerele respective. Numărătoarea celulelor merge de la stânga la dreapta şi de sus în jos. Înregistrarea fizică a imaginii este o singură coloană lungă de numere formată, în cazul nostru: 0,0,0,1,1,1,2,1,1,0,0,1,1,3,3,3,1,3,3,2,2... Aceste numere pot fi reprezentate intern prin bytes, numere întregi sau numere reale. 3.5. Caracteristici ale hărţilor digitale Rezoluţia în sistem vector, reprezintă cel mai mic increment pe care îl poate detecta un digitizor. Sau altfel spus, distanţa cea mai mică dintre două puncte care este sesizată prin sistemul de coordonate, ca fiind diferite. Această caracteristică depinde de echipamentul şi softul utilizat în crearea hărţii precum şi de prelucrarea şi afişarea ei pe monitor sau plotter. Acest increment, referit în teren, este dependent de scara hărţii. La o scară mică distanţei dintre două puncte îi corespunde o distanţă reală mai mare. De exemplu la o scară 1:500000 un digitizor cu un increment de 0.1 mm va produce o distanţă reală de 50 m. Deci nu se pot sesiza caracteristici geografice sub această dimensiune. Apariţia unor caracteristici care au dimensiuni sub 50 m, cum ar fi de exemplu reţeaua de drumuri, este dictată de scopul pentru care a fost făcută harta. Drumurile sunt reprezentate prin semne convenţionale şi deci nu reprezintă o dimensiune reală în teren la această scară. La scara 1:25000 un acelaşi increment de 0.1 mm va produce în teren o distanţă reală de 2.5 m. În

27

această situaţie drumurile vor reprezenta caracteristici geografice reale (şi nu convenţionale) având definită şi lăţimea, într-o marjă de eroare de 2.5 m. De cele mai multe ori şi la această scară se folosesc tot semne convenţionale. Precizăm faptul că, rezoluţia digitizoarelor este mult mai bună decât valoarea dată ca exemplu, problema preciziei find transferată abilităţii operatorului. În sistemul raster rezoluţia reprezintă dimensiunea maximă din teren care îi corespunde unui pixel (definiţia este aceeaşi cu cea a rezoluţiei unei imagini digitale). De exemplu o rezoluţie de 10 m înseamnă că, un pixel este asociat cu o suprafaţă de 10x10 mp. Şi în sistem raster situaţia este similară, adică nu se sesizează caracteristici geografice sub rezoluţia hărţii. Deoarece sistemul raster se utilizează în special pentru reprezentarea suprafeţelor continue nu se folosesc semne convenţionale pentru caracteristici geografice liniare. În cadrul unor proiecte se utilizează combinaţii între vector ţi raster, cum ar fi suprapunerea unei hărţi vectoriale peste o imagine raster, în vederea unei analize. Evident, se presupune că acestea reprezintă un acelaşi areal la aceeaşi scară. Există o legătură strânsă între georeferenţiere (vezi mai jos) şi rezoluţie. Când se face asocierea unor puncte de coordonate geografice cunoscute din teren cu componentele de pe o hartă, precizia asocierii este la limita rezoluţiei. Cu alte cuvinte, determinarea cu o precizie mai bună a unui punct din teren decât rezoluţia hărţii devine un lucru util. De exemplu la o hartă de 1:25000 un punct este suficient dacă este determinat un punct cu o precizie de 2.5 m. Acurateţea este distanţa la care o valoare estimată diferă de valoarea reală. Acurateţea este strâns legată de precizie, cu care deseori se confundă. În măsurătorile fizice precizia reprezintă numărul de cifre semnificative exprimate într-un anumit sistem. Acurateţea este exprimată în mod obişnuit în termeni ai unui interval. De exemplu, 24.51±0.03 cm indică faptul că valoarea adevărată se găseşte între 24.48 cm şi 24.54 cm. Acurateţea poziţională este una din problemele esenţiale ale georeferenţierii. În cartografia tradiţională acurateţea este invers proporţională cu scara. De exemplu, o hartă la scara 1:10000 are o acurateţe mai bună decât una la 1:100000. În cazul hărţilor digitale situaţia este mai complexă deoarece în cadrul GIS putem avea hărţi în diferite sisteme de coordonate (în cazul vector) sau diferite rezoluţii (în cazul raster), iar problema considerării lor iese din cadrul lucrării de faţă.

28