УНИВЕРСИТЕТ ПО АРХИТЕКТУРА,  СТРОИТЕЛСТВО И ГЕОДЕЗИЯБул. “Христо Смирненски” N 1  Тел.:  + 359 2 63321 

1421 София  Факс:  + 359 2 656863

инж. Николай Симеонов Найденов

Картографски методи в навигацията

АВТОРЕФЕРАТ на дисертация за присъждане на образователна и научна степен „доктор“

София

2014

1 | С т р   

2 | С т р   

инж. Николай Симеонов Найденов

Картографски методи в навигацията

АВТОРЕФЕРАТ на дисертация за присъждане на образователна и научна степен „доктор“ по научна

специалност 02.16.03 – Картография (вкл. тематично географско

картографиране)”

НАУЧЕН КОНСУЛТАНТ:

проф. инж. Станислав Василев Василев д.т.н.

РЕЦЕНЗЕНТИ:

проф. Иван Янакиев Чолеев д.г.н.

доц. д-р инж. Петър Тодоров Пенев

3 | С т р   

Дисертационният труд е с обем 150 страници и се състои от увод, една

част за въведение и състояние на проблема, 5 части, заключение с резултати и

научни приноси, виждания за насоките на по-нататъшната работа, списък на

цитираната литература и заглавия и Интернет адреси, а също и 5 приложения.

Дисертацията съдържа 49 фигури и 9 таблици. Номерата на включените в

автореферата фигури и таблици съвпадат с тези в дисертационния труд.

Докторантът работи като асистент по дисциплината „Картография” към

катедра „Фотограметрия и картография” на Геодезически факултет при

Университет по архитектура, строителство и геодезия. В тази катедра са

извършени и изследванията по дисертацията. Дисертационният труд е обсъден и

насочен за защита от научно звено, включващо преподаватели от катедра

„Фотограметрия и картография”, хабилитирани преподаватели от Софийски

университет „Св. Кл. Охридски” и Югозападен университет "Неофит Рилски" и

хабилитиран учен от БАН, състояло се на 23.04.2014 г.

Защитата на дисертационния труд ще се състои на открито заседание пред

научно жури, назначено от ректора на УАСГ със Заповед 693/06.06.14, на

25.09.2014 г. от 17.15 часа, в зала 318 на Ректората на УАСГ. Материалите на

докторанта са на разположение на заинтересованите в катедра „Фотограметрия и

картография”. Авторефератът е публикуван в сайта УАСГ.

Автор: инж. Николай Симеонов Найденов

Заглавие: Картографски методи в навигацията

Тираж: 50 бр.

4 | С т р   

ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД

Актуалност на проблема. Навигационните карти, които описват даден

маршрут от едно място до друго, могат да бъдат мощен инструмент в

комуникационен аспект. Едно от най-популярните приложения в интернет за

последните 10 години са навигационните карти като инструмент за показване на

маршрут от място А до място Б. Първият допълнителен инструмент разработен

от Google, беше именно maps.google за картографиране на територия и

изобразяване на маршрути. Сега се наблюдава сериозно поевтиняване, а оттам -

и масово използване, на джобни GPS приемници (смарт телефони) в съчетание с

навигационни карти предимно за автомобилисти. В печатна форма, на хартиен

носител, се издават навигационни карти за планински туризъм и градски,

културно-исторически туризъм. Велосипедното движение става все по-

популярно в България. Вече има няколко картографски издания за велосипедни

маршрути, както и специализирани WEB страници. Някои от общите

характеристики между всички тези карти са:

• Целта е пространствената ориентация на потребителя, необходима за

следване на маршрута;

• Картографиране на предварително дефиниран маршрут с допълнително

тематично съдържание, свързано с навигирането;

• Използване на обща географска основа;

• Автоматизирано генериране (съставяне) и оформяне на картата в среда на

географска информационна система (ГИС) със стандартна географска база

данни.

От тук произлизат и главните проблеми в навигационната картография:

• В общия случай картите представляват копие от стандартни пътна карта,

туристическа или градски план - указател с повдигнат, подчертан маршрут;

• Голям дисбаланс между изобразеният цял маршрут в дребен мащаб и

необходимостта от изобразяване на важна тематична информация (места на

смяна на посоката, ориентиращи знакови географски обекти) в едър мащаб,

5 | С т р   

картографското изображение не отговаря на когнитивната карта в съзнанието на

съставителя или ползвателя,

• Въпреки, че изработването на пътна навигационна карта изглежда проста

задача, нейното създаване е сложен и комплексен процес на проектиране. В

процеса на проектиране на картата, картографите са тези, които преценяват коя

информация е най-съществена и използват множество методи на генерализация

включващи преувеличаване, абстрахиране, опростяване и други, така че да се

постигне емфатичен ефект. В контраст с класическите карти на хартиен носител,

компютърно генерираните карти на пътната мрежа са по-детайлни и съдържат

повече информация, но като цяло са по-трудни за използване. Основният

недостатък на съществуващите автоматизирани картографски системи е, че не

могат да отличат важната, съществена, информация от не толкова важната. В

резултат тези системи не могат да приложат техниките за генерализация и

специфични знакови системи според предназначението на картата, които се

използват при ръчната изработка на карти за подчертаване на полезната

информация, необходима за проследяване на пътя.

Цел на изследването. Да се даде решение на формулираните проблеми в

навигационното картографиране, изцяло съобразено със задачата на

навигационната карта – ориентиране и посочване на маршрута, необходим за

ползвателя.

Задачи:

• Формулиране на основните функции и когнитивни принципи при използване

навигационните карти (НК);

• Класификация на различните видове информация използвана в навигационните

карти;

• Дефиниране на съдържанието на НК. Класификация на съдържанието;

• Разработване и предложение за знакова система на НК;

• Предложение за техники и алгоритми за генерализация, подбор и изобразяване

на географската информация;

6 | С т р   

• Предложение за класифициране на НК с ясно посочване на различията в

предназначението и модификациите, оттам предложение на варианти на по-

горните задачи.

Обект на изследването: Навигационна карта показваща маршрут от

място А до място Б.

Предмет на изследването: Основните ценности, качества, недостатъци и

функции в навигационните карти. Видове и степен на важност на информацията.

Съдържание. Знакова система. Техники и алгоритми за генерализация и подбор.

Оформление. Класификация.

Научна новост. Авторът вижда новост на получените резултати в това,

че се предлага нов тип образ на маршрут в навигационна карта, който е силно

изопачен и генерализиран до там, че от класическото определение за карта с

математическа основа се преминава към нов вид картографско изображение на

маршрут, доближавайки се до понятие като „маршрутна карто-схема”. Новата

маршрутна карто-схема е получена в резултат на авторски изследвания в научни

области на когнитивната псохология, картосемиотиката и графичния дизайн и

отговаря на най-важното условие – лесно и бързо навигиране по маршрута,

удовлетвореност на ползвателя. Даже и най-новите сериозни картографски

печатни издания за маршрути силно се отличават от резултата на дисертацията,

като притежават всички недостатъци формулирани в „актуалност на проблема”.

Тези недостатъци са отсранени, като са изпълнени целите и задачите

формулирани в дисертацията.

Реализация на резултата. Като резултат от дисертацията е изработена

велосипеднa маршрутна карто-схема на маршрут в района на гр. Ивайловград,

Източни Родопи, която първо бе тествана от опитни водачи на организирани

велосипедни групи и после използвана от самите велосипедисти. Бяха подбрани

ползватели, които не познаваха маршрута, като им се предоставиха за един и

същ маршрут новоиздадено печатно издание от 2013 и маршрутната карто-

схема. Всички участници изразиха предпочитание да използват маршрутната

карто-схема. Има направена поръчка за изработка на такива маршрутни карто-

схеми за еднодневни маршрути в района на яз. Беглика, Западни Родопи, както и

за многодневна погранична обиколка на България.

7 | С т р   

Апробация. Резултатите от дисертационният труд е обсъден и насочен за

защита от научно звено, включващо преподаватели от катедра „Фотограметрия и

картография”, хабилитирани преподаватели от Софийски университет „Св. Кл.

Охридски” и Югозападен университет "Неофит Рилски" и хабилитиран учен от

БАН, състояло се на 23.04.2014 г.

Публикации свързани с дисертационния труд. Общия брой на

публикациите са пет, дадени по-реда на тяхното издаване. Всички са от доклади

в международни конференции, като четири са в съавторство и една

самостоятелна. Две са на български и три на английски. При всичките

съавторството е в частта на информатиката и пътната мобилност.

Картографските и ГИС части от публикациите за изцяло на автора. Автора има

участие в научно-изследователски проект свързан с дисертацията към Център за

научни изследвания и проектиране към УАСГ, на тема „ГИС за управление и

картографиране на линейни инфраструктурни мрежи”

[1] Найденов Н.С. Технология за автоматизирано картографиране на

пътнотранспортните произшествия”- Доклад на международен симпозиум.

ФНТС – СГЗБ. 2003;

[2] Найденов Н.С., Томов Хр., ГИС за управлениеи картографиране на линейни

инфраструктурни мрежи, First International Conference on Cartography and GIS,

2004;

[3] Naydenov N.S., Tomov. H., Mapping of AUTOMATED LINEAR DYNAMIC

DATA segmentation of the road network, Second International Conference on

Cartography and GIS, 2006;

[4] Naydenov N.S., Gillis D., Tools for efficient and sustainable road network

management through GIS technology, Third International Conference on Cartography

and GIS, 2008;

[5] Naydenov N.S., Navigation cartography for bicycling tourism, 5th International

Conference on Cartography and GIS. 2014.

8 | С т р   

СЪДЪРЖАНИЕ

ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД ............................................................................ 4 ЧАСТ 1. СЪСТОЯНИЕ НА ПРОБЛЕМА. .............................................................................................................. 10 1.1. Обоснователен пример ................................................................................................................................ 11 1.2. Подобряване на читаемостта на навигационната пътна карта. ................................................................ 13 1.3. Създаване на навигационни карти. ............................................................................................................. 14 1.3.1. Пространствено /географско/ дефиниране. ............................................................................................ 14 1.3.2. Избор на маршрут. .................................................................................................................................... 14 1.3.3. Описание на маршрута ............................................................................................................................. 16 1.4. Област на изследване. Визуализация ......................................................................................................... 16 � Изводи от 1 част. .................................................................................................................................... 17 ЧАСТ 2. ИСТОРИЯ И АНАЛИЗ НА НАВИГАЦИОННИТЕ КАРТИ ................................................................. 19 2.1. История на навигационните карти. ............................................................................................................ 19 2.2. АНАЛИЗ. Когнитивна представа за маршрут. .......................................................................................... 21 2.2.1. Когнитивна карта. ..................................................................................................................................... 21 2.3. Предаване на информацията посредством навигационни карти. ............................................................ 22 2.4. Класиране на информацията по значение. ................................................................................................. 23 2.5. Анализ на съществуващите навигационни пътни карти. ......................................................................... 24 2.5.1. Карти с подчертан, повдигнат маршрут. ................................................................................................. 24 2.5.2. Стрип карти. .............................................................................................................................................. 25 2.5.3. Набор от дребно/едро мащабни карти..................................................................................................... 25 2.5.4. Двудименсионално нелинейно деформирани карти. ............................................................................. 27 2.5.5. Ескизни навигационни карти. .................................................................................................................. 28 2.6. Анализ на генерализацията в навигационните карти ............................................................................... 29 2.7. Грешки, допускани от прекомерна генерализация ................................................................................... 31 Резултати и изводи от 2 част. ............................................................................................................................. 31 ЧАСТ 3. ПРЕДЛОЖЕНИЕ НА ТЕХНИКИ И АЛГОРИТМИ ЗА СЪСТАВЯНЕ И ОФОРМЯНЕ НА МАРШРУТНИ КАРТИ ............................................................................................................................................. 34 3.1. Tеоретичен преглед. ..................................................................................................................................... 34 3.1.1. Линейна генерализация. ........................................................................................................................... 34 3.1.2. Съставяне на компоновъчен макет .......................................................................................................... 37 3.1.2.1. Оптимизация на лейаута с дефиниране на ограничителни условия. ................................................. 38 3.1.2.2. Решения на ограничителните условия при проектиране на компоновъчния макет. ........................ 40 3.2. Общ преглед на основните стъпки за съставяне и оформяне на маршрут в навигационните карти. ... 41 3.3. Технологичен процес за изработка на навигационна карта. .................................................................... 43 3.4. Стъпки на проектиране ................................................................................................................................ 44 ЧАСТ 4. ГЕНЕРАЛИЗАЦИЯ И КОМПОНОВКА НА ОРИГИНАЛНИЯ ОБРАЗ НА МАРШРУТА ................ 47 4.1 Предотвратяване на грешки. ........................................................................................................................ 48 4.1.1 Тест за липсващи кръстовища .................................................................................................................. 48 4.1.2 Тест за фалшиви кръстовища .................................................................................................................... 49 4.1.3 Тест за грешни посоки на завиване .......................................................................................................... 49 4.2 Степен на генерализация .............................................................................................................................. 50 4.3. Изопачаване на маршрута. .......................................................................................................................... 51 4.4. Отклонение на изображението.................................................................................................................... 53 4.5. Оценка ........................................................................................................................................................... 53 4.6. Балансиране на оценяващата функция. ...................................................................................................... 55 ЧАСТ 5. ОФОРМЯНЕ НА МАРШРУТА ................................................................................................................ 57 5.1. Разполагане на надписи ............................................................................................................................... 57 5.1.1. Стилове за надписване .............................................................................................................................. 58 5.1.2 Първоначално разположение на надписи ................................................................................................ 59 5.1.3 Разместване ................................................................................................................................................. 60 5.1.4 Оценка ......................................................................................................................................................... 60 5.2. Разполагане на допълнително картно съдържание и оформление. ......................................................... 61 5.2.1. Разполагане на допълващо съдържание .................................................................................................. 62 5.3. ОФОРМЛЕНИЕ ............................................................................................................................................ 62

9 | С т р   

ЧАСТ 6. КЛАСИФИКАЦИЯ НА НАВИГАЦИОННИТЕ КАРТИ, СЪДЪРЖАНИЕ И ЗНАКОВА СИСТЕМА ................................................................................................................................................................. 64 6.1. Класификация ............................................................................................................................................... 64 6.2. Съдържание. ................................................................................................................................................. 65 6.3. Знакова система. ........................................................................................................................................... 68 6.3.1. Структура на картографския знак............................................................................................................ 68 6.3.2. Значение на графичните примитиви ....................................................................................................... 70 6.3.3. Значение на графичните знаци ................................................................................................................ 71 6.3.4. Значение на картографските знаци .......................................................................................................... 71 6.3.5. Табло на условните знаци. ....................................................................................................................... 72 РЕУЛТАТИ ОТ 6 ЧАСТ: .......................................................................................................................................... 75 ЧАСТ 7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................................................... 76 Приноси ............................................................................................................................................................... 79 Научни приноси .................................................................................................................................................. 79 Научно-приложни приноси: ............................................................................................................................... 79 Бъдещо развитие ................................................................................................................................................. 80 ЦИТИРАНА ЛИТЕРАТУРА .................................................................................................................................... 81 ПУБЛИКАЦИИ СВЪРЗАНИ С ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД ............................................................................. 84 УЧАСТИЕ В НАУЧНО - ИЗСЛЕДОВАТЕЛСКИ ПРОЕКТИ СВЪРЗАНИ С ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД ... 84

10 | С т р   

ЧАСТ 1. СЪСТОЯНИЕ НА ПРОБЛЕМА.

Навигационните карти, които показват пътя от едно място до друго са

едни от най-разпространените форми на графична комуникация. Пътните карти

съществуват от векове в много разновидности [1]. Днес навигационните карти,

често се създават като бърза инструкция, схема за упътване, как да се стигне до

определено място. Подобни ръчно нахвърляни скици обикновено са лесни за

разбиране и следване. Наличието на подробни инструкции за шофьори в

интернет пространството доведоха до широко използване на компютърно

генерираните навигационни карти. Картографските интернет услуги обикновено

включват набор от карти допълнени с текстово описание. Докато текстът се

възприема лесно, то съпровождащите карти често са доста трудни за използване

от читателя. Въпреки, че компютърно генерираните карти са по прецизни и

съдържат повече информация от ръчно съставените карти, те често са

недостатъчни за ориентиране по пътищата. Ако е лесно да следваш пътя

използвайки ръчно съставена карта на хартиен носител, то обикновено е доста

трудно, понякога е невъзможно, да следваш пътя, използвайки компютърно

генерирана карта. Това е така, защото съществуващите системи за

автоматизирано генериране на карти игнорират принципите и методите на

картографката наука, от които се водят картографите при ръчното съставяне и

оформяне картографското произведение.

Картографите взимат ясно формулирани, аргументирани решения за всеки

аспект на картографираните обекти или явления (пътната инфраструктура),

който е от практическо значение за ползвателя на пътната карта за да се

ориентира и следва посоката. Базирани на тези решения картографите използват

множество методи за генерализация включващи изместване, преувеличаване,

абстракция и опростяване за подобряване яснотата на картата и подчертаване

само на най-важната информация [1]. Картографската генерализация,

извършвана съзнателно или подсъзнателно е широко прилагана както в ръчно

скицираните упътващи бележки, така и в сериозните картографски

произведения.

Основният недостатък на системите за автоматизирано генерираните и

визуализация на маршрути е, че те не правят разлика между съществената и

11 | С т р   

несъществената информация. В резултат, тези системи не могат да приложат

методите на генерализация, използвани в ръчно съставените карти за следване на

пътя.

1.1. Обоснователен пример

Фигура 1.1 показва стандартна компютърно генерирана карта, а фиг. 1.2

показва ръчно изчертана скица за същото пътно трасе. Липсата на разлика

между необходимата и ненужната информация на компютърната карта прави

почти невъзможно проследяването на пътя от читателя. Много детайли не се

виждат, а самият път трудно се отличава от другите елементи на картата.

Обикновено се налага промяна на мащаба, за да се прочетат допълнителните

елементи описващи пътя.

Основният проблем на стандартна компютърно генерирана карта е, че

линейните обекти се поддържат в константен мащабен фактор. За много пътни

отсечки, дължината им може да варира от няколко десетки метра до стотици

километри. Когато се използва един константен мащабен фактор за тези пътища,

то късият път се смалява до точка или въобще изчезва. Това явление е особено

проблематично, засягащо навигацията по пътната мрежа, когато се налага често

да се сменя посоката на къси разстояния – влизане или излизане от магистрала,

преминаване от една магистрала на друга, улици в урбанизирана територия.

Въпреки, че точността при изобразяването на пътищата е гаранция ползвателят

да се ориентира за дължината на маршрута, то на практика много по-важно за

потребителят е да се виждат добре всички пътни отсечки и кръстовища. Ръчно

начертаната навигационна скица преодолява разликите в дължината на

пътищата, като силно преувеличава късите отсечки така, че да гарантира тяхното

забелязване.

Фигура 1.1. Стандартна, компютърно генерирана навигационна пътна карта. Тази

карта е твърде трудна за използване защото е с константен, сравнително дребен мащаб,

който е причина някои пътни отсечки и кръстовища да не се забелязват и е натоварена с

ненужни графични елементи като населени места, пътища, паркове, които са твърде далече

от главното трасе. Източник: http://www.bing.com/maps/

Друг проблем на компютърно генерираните карти е, че често са

претрупани с информация, която няма връзка с навигационната задача на

пътната карта. Страничната информация, като надписи и условни знаци за

населено място, пътна инфраструктура, които са достатъчно отдалечени от

нашия маршрут, често скриват важна информация за следване на маршрута,

особено докато шофираме или караме колело. Ръчната скица обикновено

включва най-съществената информация, проста е и графично изчистена. В

ръчната пътна скица показана на фигура 1.2., дори формата на пътя е изопачена

и опростена за да осигури по-голяма читаемост. Нещо повече, изопачаването на

дължината на късите отсечки и премахването на несъществената информация

дава възможност да се включат помощни навигационни средства, като важни

кръстовища и ориентиращи топографски елементи върху местността.

12 | С т р   

Фигура 1.2. Ескизна навигационна скица. За разлика от компютърно генерираната

навигационна карта на фигура 1.1., тук късите пътни отсечки са преувеличени, така че да се

осигури тяхното забелязване, осигурява се простота, чистота и емфатичност на най-

важната информация, необходима за следване на маршрута.

1.2. Подобряване на читаемостта на навигационната пътна карта.

В настоящата дисертация се разглежда проблема как да се съставят и

представят навигационни карти, които да са по-удобни за използване от

стандартните компютърно и автоматизирано генерирани карти. От една страна

се предлагат алгоритми и техники за автоматизирана генерализация, а от друга -

картографското изображение се доближава до асоциативната ръчна

генерализация на изработения ескиз – повдигане на съществената информация за

следване на маршрута за сметка на по-малко важните детайли. Като резултат,

навигационните карти трябва да притежават най-съществените достойнства на

ръчно изработените карти, дори да са компютърно създадени.

На задната корица е показан краен продукт – маршрутна карто-схема,

показан на фигура 1.1. и фигура 1.2. Всички места за смяна на посоката по целия

маршрут са ясно видими, графиката е освободена от излишна претрупаност.

Има няколко важни разлики между този вариант на картата и ескиза на

маршрута. На тази карта са дадени разстоянията в километри на всяка пътна

13 | С т р   

14 | С т р   

отсечка, условен знак за смяна посоката на движение, пътната настилка,

спускане и изкачване, степен на трудност.

1.3. Създаване на навигационни карти.

Въпреки, че създаването на навигационни карти изглежда лесна задача,

както се вижда от предишния пример, има поредица от картографски задачи,

чието решение биха направили картата лесна и удобна за използване. Някои

изследователи [3] дават модел за създаване на навигационна карта в решаването

на три основни задачи – (1) пространствено /географско/ дефиниране, (2) избор

на маршрут и (3) картографиране.

1.3.1. Пространствено /географско/ дефиниране.

В първият етап от модела за създаване на навигационна карта се

дефинират географски обхват, съдържание на картата и степен на подробност на

информацията. За разлика от хората, при които съхранението географската

информацията е като когнитивна карта в тяхното съзнание, то в

автоматизираните картографски системи съхранението на информацията е в

географски база данни. Географският обхват и степента на детайлност са силно

зависими от типа на транспортните средства, за които се проектира картата. За

една автомобилна карта e необходима информация за пътната мрежа в района, а

за летателна карта е необходимо да се знаят позволените коридори в един район.

Географската база данни на пътната мрежа, която е предназначена за

шофьорите, трябва да съдържа информация през няколко стотин метра, така че

де се обхващат и кривите на пътя, а една географска база данни за пешеходен

туризъм, например в населени места, трябва да има детайли и на още по-къси

разстояния. Нивото на подробност в базата данни зависи и от изходната картна

продукция. Ако целта е да се създаде пътна карта за шофьори, трябва да се

предвиди подробна база данни, включваща освен пътната мрежа със

съпътстващата й инфраструктура (светофари, кръгови кръстовища, пресечки,

бензиностанции, сервизи и др.), така и знакови топографски елементи, като

ориентиращи обществени сгради и т.н.

1.3.2. Избор на маршрут.

Вторият етап в създаването на навигационната карта е изборът на

определен маршрут от всичките възможни. Обикновено се взимат предвид

15 | С т р   

множество от критерии като дължина на трасето, времето за преминаване, по кое

време на деня ще се преминава през дадена отсечка, очакван трафик и

сложността на пътя. Сложността на пътя може да се означава с мярка, съставена

от редица критерии включващи брой на завоите, брой на пътните платна, брой

улични отсечки в жилищни райони, очаквано ниво на познаваемост от страна на

навигатора и т.н. Картографите обикновено избират един път, чрез комбинация

от стратегията „разделяй и владей” и задълбочено първо търсене. Първоначално

„сканират” тяхната представа за околността за „необходимите” пътища и после

извършват търсене за началото и посоката към тях [4] Изборът на подходящ

маршрут е свързан с поредица от оптимизационни критерии за него. Когато се

търси най-бърз път, често магистралата се определя като такъв, макар и не

винаги да е така.

В ГИС определянето на пътния маршрут се нарича „най-къс път”.

Географската среда се представя посредством графика от отсечки,

представляващи пътищата; всяко кръстовище - от точки и всеки оптимизационен

критерий - от стойност, привързана като атрибут към отсечката или точката.

Въпреки, че алгоритмите за намиране на маршрути понякога избират

трасе, което е различно от това, което биха дали картографите, автоматизирано

генерираните маршрути, като цяло са коректни и отговарят на някои основни

критерии, като разстояние и време за достигане до крайната точка.

В интернет пространството има изобилие от автоматизирани

навигационни решения, включително и български – www.google.com/maps,

www.bing.com/maps, www.viamichelin.com, www.bgmaps.com.

Тук няма да се преследва целта да се намери по-добрия маршрут, а по-

скоро да се предложи по-добро, чисто картографско решение за визуализиране

на зададен маршрут. Ето защо се приема, че инструментите за намиране на

оптимален маршрут са факт, добре развити и с тях може да се генерират

поредица от пътни отсечки между всеки две зададени точки или два адреса.

Предложените методи и знакови системи за картографиране на маршрути са

независими от алгоритмите и техниките за намиране на маршрути в

навигационните ГИС и могат да бъдат приложени за всички такива.

16 | С т р   

1.3.3. Описание на маршрута

Веднъж избран, маршрутът трябва да бъде трансформиран в звукова,

тактилна или графична (визуална) форма за по-лесно възприемане от ползвателя.

Звуковите и тактилните навигационни карти могат да бъдат много полезни, но е

трудно и скъпо да се изработят за всеки отделен случай. Тук се фокусира в

подобряването на ефективността и използваемостта на визуалното,

картографското представяне на маршрутите.

1.4. Област на изследване. Визуализация

Един маршрут може да бъде описан от вариант само с текст като поредица

от указания за смяна на посоката, до създаване на физически модел /макет/ на

пътя, може да се премине от най-абстрактното изобразяване на пътно трасе до

най-подробното. Между тези две точки съществува широк обхват от методи за

картографиране. Започвайки от най-абстрактното описание, набор от текст,

можем да увеличим подробността като опишем пътя посредством графика.

Картата на метрото често представлява прави единични линии с окръжности

представляващи съответните метро станции. За пътниците, поредицата от

спирки, визуализирани върху линиите, е най-важната информация и дори

смяната на посоката не е показана на картата.

На най-простите маршрутни карти за навигационни нужди, обикновено е

показан само пътя по дадения маршрут. Самото изображение представлява

линейни сегменти свързани с немащабни условни знаци. Смяната на посоката е

недвусмислено показана. За да се увеличи подробността, може да се добавят

пътища и ориентиращи топографски елементи по протежението на маршрута и

да има възможност за смяна на мащаба на изображението. Увеличавайки

информацията и реализма на картата може да се стигне до стандартна пътна

карта на територията. Има три подхода да се увеличи подробността на пътната

карта: създавайки допълнителни реалистични образи /аерофото снимки/,

допълване с тридименсионална информация /макети, 3D виртуални

изображения/ и уедряване на мащаба. Областта от възможности за

картографиране на маршрути е много голяма – от най-простата карта,

изобразяваща само трасето до комплексна пътна карта на цялата територия. В

дисертационната работа се изследва тази област във всичките й аспекти, така че

17 | С т р   

да се намерят най-подходящите картографски решения за изобразяване на

маршрута и за използване на картата за навигация.

Освен от съвременната картографска наука, в дисертационната работа се

взаимстват много идеи и от други дисциплини като когнитивната /инженерна/

психология, графичния дизайн и информатика. От когнитивната психология има

два клона на изследване в дисертационната работа – когнитивна картография,

която изучава как хората изграждат мисловен образ на маршрута и околността и

това как хората следват този маршрут. Обръща се внимание на ефективността на

техниките за генерализация използвани при ръчно изчертаните скици.

Графичният дизайн притежава техники за подчертаване, наблягане на важната

графична информация от не толкова важната.

От информатиката се разглеждат техники за автоматично съставяне и

изобразяване на трасето. Използват се алгоритми, които са широко прилагани и

добре изучени за решаване на всички видове зададени проблеми. Използват се

ефективни техники за бързо търсене на необходимата географска информация за

най-подходящо изобразяване на пътищата със съответната знакова система и

допълнителна текстова информация. Алгоритми, базирани на аналитичната

геометрия, се използват за топологично описание на графичните елементи от

навигационната карта като пресичащи се пътища и площни елементи /overlay

topology/.

Изводи от 1 част.

• Съществуващите системи за автоматизирано генериране на карти игнорират

принципите и методите на картографката наука, от които се водят картографите

при ръчното съставяне и оформяне картографското произведение.

• Много по-важно за потребителят е да се виждат добре всички пътни отсечки и

кръстовища. Ръчно начертаната маршрутна схема преодолява разликите в

дължината на пътищата, като силно преувеличава късите отсечки така, че да

гарантира тяхното забелязване.

• Компютърно генерираните карти често са претрупани с информация, която няма

връзка с навигационната задача на пътната карта и скрива важната информация

за следване на маршрута, особено докато шофираме или караме колело.

18 | С т р   

• Изопачаването на дължината на късите отсечки и премахването на

несъществената информация дава възможност да се включат помощни

навигационни средства.

• Моделът за създаване на навигационна карта включва три основни стъпки –

пространствено /географско/ дефиниране, избор на маршрут и картографиране.

• Един маршрут може да бъде описан от най-абстрактното изобразяване на пътно

трасе до най-подробното. Между тези две точки съществува широк обхват от

методи за картографиране.

19 | С т р   

ЧАСТ 2. ИСТОРИЯ И АНАЛИЗ НА НАВИГАЦИОННИТЕ КАРТИ

2.1. История на навигационните карти.

Историята на навигационните карти започва с най-ранните форми на

графиката получена от човешка ръка. Археолозите и картографите, изучавайки

археологическите артефакти, приемат като факт, че една от целите на скалните

рисунки, каменните гравюри и глинените плочки е била да предадат

информацията за маршрутите.

Най-разпространената форма на навигационните карти, от древни времена

до днес, са така наречените „стрип”” (strip) карти. Това са линейни диаграми на

пътен маршрут изобразен като права линия и показващи тематичните

географски обекти свързани с пътя като мостове, кръстовища, данни за пътя,

ограничение на скоростта, брой ленти и т.н.

Причините за тяхната популярност варират през годините, но най-вече са

използвани с цел да представят даден маршрут между начална и крайна точка.

Римляните създават текстови описания на маршрути, които съдържат

списъци с местата за спиране, населените места, както и разстоянията между тях.

Сред картографските “стрип” произведения от миналото се откроява

Пoйтингеровата карта (Tabula Peutingeriana), преиздадена през 1265 г. от

неизвестен монах от Колмар (град в Елзас). Тя представлява копие на карта,

целяща не да направи физическа представа за света, а да даде коректно

практическо описание на пътната мрежа с разстояния и кръстовища.

Пoйтингеровата карта е най-ранно познатият пример за “стрип” карта, състой се

от 11 листа (един лист не е намерен) и е с размер 628 х 34 см. Като цяло картата

наподобява съвремения изглед на картите на масовия градски транспорт.

Други маршрутни карти от това време са портуланите (portolano). От

италиански, означаваща „свързан с пристанище или пристанищен град“.

Характерно за тях е, че дават реално описание на пристанищата и бреговата

ивица. За първи път на картите се обозначава и мащаба.

През 17 и 18 век “стрип” картите са използвани в цялата Британска

империя. Първият пътен атлас на Британската империя, публикуван през 1675 и

20 | С т р   

изработен от шотландският преводач, импресарио и картограф John Ogilby [6]

взима тази форма на изображение.

В края на 18 век Christopher Colles издава първият пътен атлас на Америка

[7], с 83 „стрип” карти на маршрути между отделни градове в Америка, при това

мащабирани изображения, на които ясно се вижда, че са много по-прости като

графика и съдържание от неговият модерен днешен еквивалент като триптиха на

американската автомобилна асоциация.

В началото на 20 век, с широкото разпространение на автомобилите,

триптихът на американската автомобилна асоциация става все по-популярен в

САЩ. Най-важната характеристика на тези карти е, че са изработени така, че да

повдигнат информацията с практична насоченост за навигация по пътищата.

Цялата комплексна пътна мрежа е скрита, като по този начин маршрутът,

изобразен на картата, става по-лесно читаем, а оттам и става по-лесен за следене.

През 1931 британският инженер Harry Beck съставя най-знаковата карта

сред маршрутните карти, тази на Лондонското метро. В картата са използвани

генерализационни техники, които много добре изобразяват, подчертават

маршрутите. Основните техники, които прилага Beck са локализирано

изопачаване на мащаба и формата на маршрутите, като в същото време се

запазва общата топология на метромрежата. Маршрутите са оцветени с добре

отличаващи се един от друг цветове, използвани са интуитивни условни знаци за

представяне на метро станциите и характерни точки като пресичане на две

метролинии. В резултат се е получила семпла, изчистена от излишна

информация и лесно читаема картa, която силно повлиява на картографското

проектиране като цяло и в картографирането на транспортни схеми в частност.

Маршрутните карти обикновено се използват за представяне на туристически

дестинации в едър мащаб като музеи, исторически и архитектурни резервати,

увеселителни паркове, монументи или атрактивни улици.

Tufte, определян като съвременния гуру на графичния дизайн и „Леонардо

Да Винчи” на данните, издава постер, карта на Японски светилищен комплекс

/Ise Grand Shrine/, предназначена за посетители. Тук, той разширява

генерализационните техники на Beck от лондонската карта на метрото,

включвайки мулти перспектива. В картата се използва изопачаване на мащаба и

включва две различни перспективни системи, една наклонена перспектива от

21 | С т р   

птичи поглед на пешеходния маршрут и един ортографски изглед на влаковия

маршрут с местата, където се пресича с пешеходния.

Днес, WEB базираните навигационни карти обикновено се използват за

показване на пътния маршрут при шофиране. Te осигуряват навигацията, най-

често, чрез изображение на цяла пътна карта с добавена текстова инструкция и в

някои случаи фокусират върху местата на смяна на посоката с допълнителни

условни знаци. Пример за такава карта е даден на фигура 1.1.

Опитът показва, че докато текстовите инструкции се възприемат лесно от

ползвателите, то придружаващата ги карта често е трудна за разчитане поради

или много дребния мащаб, където се губи детайлна, важна тематична

информация или поради едрия мащаб, където пък се губи представата за

маршрута като цяло. Тук, тези карти се дават по-скоро като отрицателен пример

и показват отправната точка, от която се тръгва в дисертационната работа.

2.2. АНАЛИЗ. Когнитивна представа за маршрут.

Преди да се направи анализ на съществуващите навигационни карти,

трябва да се направи анализ, как се „проектира” навигационна карта в

представата на човека. Когнитивната философия обикновено нарича мисловната

представа на пространствената информация като „когнитивна карта”, а

действието по следване на даден маршрут като „намиране на пътя” [4].

Когнитивната карта и намирането на пътя са два много тясно свързани процеса,

а често и съвпадат. Когато ползвателя на навигационна карта попадне в

непозната среда той или тръгва през нея и „търси пътя”, или изгражда образ в

обща перспектива на средата /отбелязва си специфични точки/ и после

интегрира тази информация в когнитивна карта. Тук се разглежда връзката

между когнитивната карта и действието „намиране на пътя”.

2.2.1. Когнитивна карта.

Когнитивните карти се кодират в съзнанието като три основни елемента:

точки, линии и площи. За съставящия когнитивна навигационна карта, най-

важните точкови обекти са топографските ориентири от точков характер

/върхове, обществени сгради, отделно стърчащи дървета, мостове, кръстовища и

22 | С т р   

т.н./, най-важните линейни обекти са самите маршрути и най-важните площни

елементи са териториите обхващащи мрежата от линейните обекти. В свoята

книга “Образът на града” /”The Image of the City”/, която е призната за класика в

урбанизма, Kevin Lynch [8], прави извода, че хората възприемат градската среда

като изграден образ от пет различни елемента: пътища, други линейни

структури, площни елементи, точки, топографски ориентири. Интересно е, че

тези открития се отнасят за градове по целият свят от Европа, Америка или

Азия. Разбира се, тези елементи се припокриват и са взаимосвързани, в

комбинация обаче, изграждат цялостна когнитивна карта на дадено населено

място.

Една когнитивна карта се изгражда в три стадия [9]. Идентификацията на

топографските точкови ориентири е първият и най-основен етап. Изборът на

отличителни точкови обекти в околната среда, като забележителности, определя

възможността те да могат да бъдат използвани по-късно при планирането на

маршрута и да бъдат разпознати по време на преминаване през избрания

маршрут. После се изгражда маршрутът като последователно се свързват

точковите обекти и накрая се завършва с изграждането на мрежа от линейните

обекти, която дава цялостен образ и покрива съответната територия.

Много проучвания доказват, че когнитивните карти са доста неточни и

изопачени [10]. Дори най-големите познавачи на градската територия, каквито са

таксиметровите шофьори в повечето случаи правят грешка в преценката за

дистанцията между две точки. Въпреки, че в когнитивните карти липсва точност,

тези шофьори успяват да запазят топологичната последователност, което им

осигурява надеждна и качествена информация за топологичните връзки като

включено, изключено и свързаност. В [9] показват, че топологичната

информация е достатъчна за коректна навигация в географската среда и

изопачаването позволява компактност на когнитивната карта.

2.3. Предаване на информацията посредством навигационни карти.

Изследванията върху когнитивната картография и „намирането на пътя”

показват, че често представата за маршрутите представлява поредица от завои

[4], [9]. Нещо повече, устните инструкции обикновено са структурирани като

серия от указания за завои от един път към друг с подчертаване на връзката

23 | С т р   

между завиването с цел смяна на посоката и името на пътя. Tversky и Lee [11]

показват, че ескизните карти поддържат проста структура с наблягане върху

връзката между пътищата и завоите във всяка точка на смяна на посоката. От

това следва, че при компютърно изчертаните навигационни карти също трябва

да се наблегне, подчертае, информацията при точката на смяна на посоката.

Информацията, която трябва да бъде изобразена върху навигационната карта

може да се сведе до три основни групи: информация за точката на смяна на

посоката, информация от локален характер и информация от обзорен характер.

Може да се подредят по важност за ползвателя.

2.4. Класиране на информацията по значение.

Въпреки, че навигационните карти могат да бъдат използвани за

планиране на даден преход, най-често се използват по време на самото пътуване.

Този факт се отразява върху класирането на информацията по важност в

навигационните карти. За ползвателя често най-важната задача е да намери

следващата смяна на посоката, необходим за следването на даден маршрут. В

повечето случаи, ползвателите са и шофьори и тяхното внимание е заето в

решаването на няколко задачи едновременно. Като резултат, те могат да хвърлят

само един бърз, мигновен поглед върху картата. Нещо повече, картите трябва да

предадат информацията за смяна на посоката по възможно най-лесно читаем

начин така, че да осигурят лесно придвижване. Ескизните карти удовлетворяват

всички тези изисквания и подсилват информацията за смяна на посоката

посредством пропускане на част от информацията с локално значение и

повечето от информацията с по-широко географско значение. Поради тези

причини, информацията за смяната на посоката трябва да се третира като най-

съществената, докато локалната информация е с по-малко значение, а

информацията от широкия географски аспект за най-несъществена.

Основният фокус на дисертационната работа е да се предложи

методика, съдържание, знакова система и инструменти за съставяне и

изобразяване на навигационни карти, предназначени за движение по

зададен, главен маршрут (в частност - велосипеден маршрут).

Допълнителната информация в стандартните пътни карти е разсейваща,

отвличаща вниманието и прави много трудно следенето на даден маршрут.

24 | С т р   

Въпреки че може да бъде полезна като се включи в съдържанието на

навигационната карта, това трябва да става само когато не се намалява яснота на

образа в точката на смяна на посоката.

2.5. Анализ на съществуващите навигационни пътни карти.

Повечето съществуващи навигационни карти не успяват да представят

съществената информация за точките на смяна на посоката по изчистен и лесно

читаем начин, в подходяща форма и картографски образ. По-долу се анализират

шест от най-разпространените, принципно различни навигационни карти с

техните картографски стилове и оформителски решения.

2.5.1. Карти с подчертан, повдигнат маршрут.

Тези карти представляват обикновени пътни карти или план указатели на

населени места с допълнително изобразен линеен условен знак, който

подчертава, подсилва, цветово и геометрично даден маршрут. Тъй като целта на

пътните карти е да предоставят информация за пътна мрежа в нейната цялост за

даден териториален обхват, те обикновено се използват с константен мащаб и

непроменящо се съдържание.

Основният проблем на този вид карта е константният мащабен фактор,

който прави невъзможно разчитането на къси пътни отсечки и прилежащите им

кръстовища. Тъй като пътните карти не са оптимизирани да показват отделен

маршрут, тe често влизат в противоречието между дребномащабния фактор с

голям териториален обхват и прикрита важна информация и едромащабния

фактор с неудобно голям формат на листа, който е доста труден за манипулиране

по време на шофиране или колоездене.

Единствено чрез въвеждане на допълнителен линеен условен знак, с

характерни ярък цвят и удебеляване на линията, се отличава маршрутът от

другите улици. Така, читаемостта на маршрута зависи от предложения линеен

знак. Обикновено знакът е отчетливо оцветен, но понеже е нанесен върху пътна

карта, която по принцип е богато оцветена, поради голямото количество

информация, която трябва да се предаде, понякога е трудно да се отличи

маршрутът от другите елементи на картното съдържание.

2.5.2. Стрип карти.

Стрип картите или триптихите, са подобни на предишните, но са

специално проектирани за да предадат в подробности отделен маршрут. Както е

показано на фиг.2.12., стрип картите разделят маршрута чрез набор от

продълговати картни листа с различни мащаби, като маршрутът е ориентиран в

посока от долния край на листа към горния.

Фиг.2.12. Стрип (Ивична) карта. Тази ивична карта описва маршрута между

градовете Champaign и Effingham, щата Илинойс и пътя е изобразен с червено. Мащабният

фактор и ориентацията варират в отделните картни листа и правят трудно разбираема

представата за маршрута като цяло.

Различният мащабен фактор позволява кръстовищата да се изобразят по-

детайлно, когато това е необходимо. Многото картни листове, различната им

ориентация и мащаб за всеки картен лист, прави доста трудно възприемането на

маршрута като цялост.

2.5.3. Набор от дребно/едро мащабни карти.

Наборът от дребно/едро мащабните карти представлява серия от карти в

различни мащаби за изобразяване на даден маршрут. Това е най-

разпространеният вариант на навигационна карта, благодарение на масовото му

използване в интернет пространството. Такъв набор от карти е даден на фиг.

2.13.

25 | С т р   

Фиг. 2.13. Набор от дребно/едро мащабни карти. Маршрута от София, Студентски

град до гр. Козлодуй е описан с поредица от карти в дребен до едър мащаб. Дребно

мащабната карта показва целия маршрут, но необходимата информация в точките за смяна

на посоката не се вижда. Следват поредица от едромащабни карти показващи маршрута в

детайл за всеки пореден завой, но варирането на мащабния фактор и ориентацията, прави

трудно за разбиране как картите кореспондират по между си. Източник:

www.viamichelin.com.

За една от картите е подбран такъв мащаб, че маршрутът да се вижда в

неговата цялост. Тази дребномащабна карта по същество е от вида карти с

подчертан маршрут (виж 2.5.1.) и има много от проблемите, асоциирани с този

вид карти. Тъй като дребният мащаб намалява читаемостта в точките на смяна

на посоката, са осигурени поредица от карти в много по-едри мащаби за тази

места. Независимо, че тази комбинация може да изглежда ефективна, на

практика използването на набор от карти с различни мащаби може да се окаже

доста трудно. Дребномащабната карта рядко представя повече от ориентацията и

местоположението на маршрута в широк географски аспект. Въпреки, че

едромащабните карти осигуряват подробна информация за смяна на посоката,

използването на отделна карта за всеки завой, често с различни ориентация и

мащаб, прави трудно свързването им една спрямо друга. Наборът от карти

осигурява пълно описание на маршрута със съответното ниво на подробност,

дотолкова, колкото и стрип картите. Така ползвателят трудно би формирал обща

представа за маршрута в неговата цялост, което го довежда до объркване и

неориентираност.

26 | С т р   

2.5.4. Двудименсионално нелинейно деформирани карти.

За да се осигури по-добро възприемане на информацията в точките на

смяна на посоките, често се налага различни ареали от маршрута да се

изобразяват с различно ниво на детайлност. Някои картографи се опитват да

използват техники за изопачаване на образа в карти за маршрутите на метрото и

пътните карти с цел да подчертаят, засилят, информацията в точките на

завиване, същевременно показвайки цялата съпътстваща географска

информация. Тези методи позволяват на ползвателите да изберат мястото на

картата, върху което биха желали да се фокусира. Прилага се нелинейна

деформация като сферично увеличение на образа, фокусиране върху желаното

място, известно още като ефекта на лупата

Така 2D деформацията позволява да се покаже подробна информация само

където е практически необходима. Но, както е показано на фигура 2.15. [36],

основния проблем на изкривения образ е, че има области на екстремално

изкривяване на формите, което прави маршрута като цяло трудно разбираем и

трудно следим. Силното изопачаване на надписите практически прави картата

трудна за четене.

Фигура 2.15.: 2D нелинейно деформирана карта (Fisheye view) на George Furnas. Сферичното

увеличени на образа се прилага в картите на метрото с цел да се акцентира върху важните

метро станции от маршрута, но екстремалната деформация на графичните елементи в

зоната на сферата прави трудно за разбиране околното съдържание. Освен това силното

изопачаване на надписите прави картата като цяло трудно читаема. Източник: http://

www.cs.umd.edu/class/ fall2002/cmsc838s/ tichi/fisheye.html.

27 | С т р   

28 | С т р   

Един от начините да се реши това изопачаване на образа и да се приложи

усилване само за най-важните линейни обекти даващи представа за маршрутната

пътна мрежа и допълнително да се сложат недеформирани надписи на

подходящо място, така че, читаемостта на картата да се запази. Този подход

обаче не би удовлетворил целите на тази дисертационна работа за визуализация

на маршрути в навигационните карти и в частност велосипедните маршрути.

2.5.5. Ескизни навигационни карти.

Ескизната навигационна карта е вид, който успява да покаже ясно всеки

завой по целия маршрут и същевременно да запази лесната и удобна форма,

както е илюстрирано на фигури 1.2. Направено е анкетно проучване, където са

помолени група потребители да нарисуват избран от тях маршрут (пешеходен и

велосипеден), като резултатите от проучването може да се видият в Приложение

2 на дисертацията. Почти във всичките ескизи се забелязват сходни качества.

Вместо да се използва константен мащаб в цялата скица, в тази карта се запазва

само отношението между дължините на отделните пътни участъци.

Въпреки че, всеки пътен участък е мащабиран с различен фактор, по-

дългите пътища са показани като по-дълги, отколкото по-късите.

В ескизната карта също е изпусната повечето от географската

информация, която няма пряко отношение към маршрута по цялата му дължина.

Този подход редуцира общата претрупаност и осигурява много добра яснота на

изображението. Както е показано на фигура 1.2., единствената географска

информация от локален характер, която е изобразена, е дължината на пътния

участък и имената на населените места през които минава маршрута, защото

така най-добре се подпомога на навигацията с минимално въздействие върху

общата читаемост на картата. Ъглите образувани от пътните отсечки са отразени

коректно и формата на пътя е генерализирана. Пътищата, са изобразени като

прави линии или прости криви. Тези деформации правят картата по-проста и по

този начин помагат да се подчертае съществената информация като места, в

които се сменя посоката.

В [12] предлагат автоматизирана система за генериране на такива карти от

географски информационни системи с цялостни и пълни пътни/улични мрежи.

Като резултат се изчертават ескизини карти при въвеждане на пощенски адрес в

BING приложението на Майкрософт, показана на фигура 2.17.. До този момент,

това е един от най-добрите примери за автоматизирано, компютърно генериране

на карта, с много добре приложени генерализационни техники, които може да се

приемат като отправна точка на тази дисертационна работа. На примерите ясно

се вижда, че са оставени само основните улици и булеварди, със съвсем малко

надписи, като в същото време се запазва общата структура на изображението и

пространствените зависимости между линейните обекти.

Фигура 2.17.: Компютърно генерирана ескизна карта на въведена дестинация.

Показани са 3 стила ескизни силно генерализирани карти. Оригинално изображение от Bing

Maps, последвано от ескизни карти на същата територия в американски, ескизен и иманярски

стил. Източник: www.bing.maps

2.6. Анализ на генерализацията в навигационните карти

Въз основа на направения анализ на ескизните карти в предишната точка

може да обособят четири основни типа генерализация:

(1) деформация на дължините на пътните отсечки,

(2) промяна на ъглите в точките на смяна на посоката,

(3) опростяване на формите на пътните отсечки,

(4) редуциране на географската информация.

29 | С т р   

30 | С т р   

Генерализация на дължините: В ескизните карти дължината на по-

късите пътни отсечки често е преувеличена за сметка на по-дългите, така че, да

се осигури яснота при изобразяването на всички пътни отсечки и местата им на

пресичане. В [13] се показва, че когато хората изобразяват един маршрут, те не

знаят точната дължина на пътищата, а тяхната връзка един спрямо друг.

Гъвкавостта на относителното мащабиране позволява в ескизните карти да се

наместят всички необходими пътища в удобен формат (малко листче хартия),

без да се нарушава читаемостта. Деформацията обикновено се извършва по

начин, така че по-късите пътища да останат принципно по-къси от по-дългите, а

общата форма на маршрута да се запази доколкото е възможно.

Ъглова генерализация: В ескизните карти, ъглите на кръстовищата се

променят за да се осигури яснота в точките на завиване. Много острите ъгли се

отварят, за де се даде място за по-късите пътни отсечки и придружаващите

надиси. Самите пътни отсечки често се подравняват с хоризонталните и

вертикалните посоки на картната мрежа с цел да се получи по-ясна и подредена

карта [13]. Тази ъглова деформация е допустима, защото за правилното

ориентиране на ползвателя е необходимо да се знае посоката на завиване (ляво

или дясно), а не точния ъгъл на завиване.

Генерализация на формата: Когато се следва даден път, не е необходимо

да знае точната форма на пътя, която обикновено не е важна, просто се пътува по

пътя. Опростяването на формата премахва голямо количество странична

информация, като с това се дава възможност да се наблегне на по-важната

информация за взимане на решение от ползвателя - местата за смяна на посоката.

Пътищата с опростена форма са по-лесни за различаване като отделни

географски обекти и са по-лесни за надписване.

Генерализация на географското съдържание: Основният подход за

подчертаване, изпъкване на информацията, в точките на завиване в ескизните

карти е редуциране на географската информация, просто: чрез нейното

отстраняване от картата. Маршрутът, изобразен като еднодименсионална крива,

се явява като основен графичен елемент от картата. Останалото пространство

около маршрута е семпло, графично изчистено, така че е ясно и лесно за

възприемане.

31 | С т р   

В някои ескизни карти се използват стандартни графични средства за

усилване на информацията за смяна на посоката. Например, пътищата могат да

бъдат оцветени и удебелени в зависимост от тяхната важност - магистралите с

две успоредни линии, а останалите пътища само с една тънка линия. В

професионалните навигационни карти, понякога се слагат допълнителни знаци с

цел да се наблегне, че на тези места трябва да се вземе решение за смяна на

посоката.

2.7. Грешки, допускани от прекомерна генерализация

Тези генерализационни техники могат да увеличат комфорта, удобството

при използването на навигационна карта, но могат и да доведат до случаи на

грешки и да въведат ползвателя в заблуда. Посредством опростяване на формата

на пътните отсечки, деформация на дължините и ъглите е възможно да се стигне

до драстична промяна в топологията и цялата геометрия на маршрута.

Разглеждат четири типа грешки, причинени от прекомерна генерализаця,

показани на фигура 2.18 от дисертацията.:

• фалшиво пресичане,

• премахване на пресичане,

• грешна посока на завиване,

• некоректно представяне на цялата форма на маршрута.

Резултати и изводи от 2 част.

В тази част са разгледани ключовите в исторически план навигационни

карти и е направен анализ на 5 вида карти, от които може да се извадят следните

изводи:

• Основните техники, които прилага Beck в картата на лондонското метро са

локализирано изопачаване на мащаба и формата на маршрутите, като в същото

време се запазва общата топология на метромрежата;

• WEB базираните навигационни карти осигуряват навигацията, чрез

изображение на цяла пътна карта с добавена текстова инструкция и в някои

случаи фокусират върху местата на смяна на посоката с допълнителни условни

знаци;

32 | С т р   

• Текстовите инструкции в WEB картите се възприемат лесно от

ползвателите, но придружаващата ги карта често е трудна за разчитане поради

или много дребния мащаб, където се губи детайлна, важна тематична

информация или поради едрия мащаб, където пък се губи представата за

маршрута като цяло. Тези карти се дават като отрицателен пример и показват

отправната точка, от която се тръгва в дисертационната работа.

• Допълнителната информация в стандартните пътни карти е разсейваща,

отвличаща вниманието и прави много трудно следенето на даден маршрут.

Може да се включи в съдържанието на навигационната карта, само когато не се

намалява яснота на образа в точката на смяна на посоката;

• Основният проблем на този вид карта е константният мащабен фактор,

който прави невъзможно разчитането на къси пътни отсечки и прилежащите им

кръстовища. Пътните карти не са оптимизирани да показват отделен маршрут, тe

често влизат в противоречието между дребномащабния фактор с голям

териториален обхват и прикрита важна информация и едромащабния фактор с

неудобно голям формат на листа;

• В ескизните се обособяват четири основни типа генерализация: деформация

на дължините на пътните отсечки, промяна на ъглите в точките на смяна на

посоката, опростяване на формите на пътните отсечки, редуциране на

географската информация.

Изводи от изучаване на когнитивната представа на човека при

изграждането на образа на маршрут:

• Когнитивните карти се кодират в съзнанието като три основни елемента:

точки, линии и площи;

• Когнитивна карта се изгражда в три стадия [9]. Идентификацията на

точкови ориентири е първият и най-основен етап. После се изгражда маршрутът

като последователно се свързват точковите обекти и накрая се завършва с

изграждането на мрежа от линейните обекти, която дава цялостен образ и

покрива съответната територия;

• Когнитивните карти са доста неточни и изопачени;

33 | С т р   

• Информацията, която трябва да бъде изобразена върху навигационната

карта се свежда до три основни групи: информация за точката на смяна на

посоката, информация от локален характер и информация от обзорен характер;

• Информацията за смяната на е най-съществената, докато локалната

информация е с по-малко значение, а информацията от широкия географски

аспект за най-несъществена;

34 | С т р   

ЧАСТ 3. ПРЕДЛОЖЕНИЕ НА ТЕХНИКИ И АЛГОРИТМИ ЗА

СЪСТАВЯНЕ И ОФОРМЯНЕ НА МАРШРУТНИ КАРТИ

3.1. Tеоретичен преглед.

Близо пет десетилетия картографите, графичните дизайнери и специалсти

по информационни технологии работят заедно за създаването на алгоритми за

автоматизирана генерализация и въпреки очевидно удобните генерализационни

техники, използвани в ескизните навигационни карти, е направено учудващо

малко за тяхното използване в автоматизираната картографска генерализация.

Повечето от съществуващите разработки и изследвания са фокусирани върху

техники за опростяване и абстракцията на стандартните пътни, географски и

политически карти [2], [14], [15]. За разлика от навигационните, тези карти са

предназначени основно да предадат географската информация в съответния

географски обхват, без да се фокусират върху конкретна област от картата.

Затова в тези карти не се включват специфичните техники на генерализация,

използвани при навигационните карти.

Тъй като в навигационните карти могат да се използват някои

генерализационни техники каквито има в стандартните пътни карти, в тази глава

се разглеждат методи за графична генерализация и автоматизирано

картографиране. Ще се разгледат техниките за генерализация и автоматизирана

визуализация, които могат да бъдат приложени при съставянето и оформлението

на маршрутни карти.

3.1.1. Линейна генерализация.

Техниките за заглаждане на криви, интерполация и опростяване на

линейни графични обекти са добре изучени от гледна точка на картографията

[2], [16], [17] и [18]. Днес, най-разпространената техника за генерализация на

линейни графични обекти използвана в географските информационни системи

(ГИС) и автоматизираните картографски системи (АКС), е алгоритъма на

Douglas-Peucker, независимо разработен първо от Ramer в началото на

седемдесетте години на XX век и после от [19]. Процедурата е показана на

фигура 3.1.

Фигура 3.1: Алгоритъм на Douglas-Peucker. Първоначално само крайните възли

формират единичен сегмент в итерация „0”. Алгоритъмът изчислява перпендикулрното

разстояние от всеки въртекс до първоначалния сегмент от итерация „0” и връща въртекса

обратно, който е най-отдалечен от сегмента, в случая итерация „1”. Така са създадени два

субсегмента, за който се повтаря процедурата на обратно връщане на въртекси до

изчерпване на зададения толеранс за максимално разстояние. Източник: [19].

Този подход може да се нарече адитивен алгоритъм, защото се добавят,

връщат въртекси към линията при всяка итерация, в контраст със субтрактивния

алгоритъм за генерализация, при който се започва с всички точки и при всяка

итерация се премахва съответната отговаряща на даденото условие (толеранс). И

двата подхода са сходни и в действителност алгоритъма на Douglas-Peucker

може да се преработи като субтрактивен алгоритъм - започва се с всички

въртекси и на всяка итерация се премахва въртекса, който е на най-малко

разстояние и така, докато това разстояние стане по-малко от заложения

толеранс.

Този основен подход за генерализация може да се приложи с подходящи

параметри (големина на толеранса или друго) за всички видове

еднодименсионални криви, който се срещат в картите, включително пътища,

реки, граници и други географски обекти с линеен характер.

Един от най-големите производители на CAD и ГИС приложения

AutoDesk [20], използва различни инструменти за генерализация на линейни

обекти чрез премахване на точки от полилинии, като прилага различни

параметри показани съответно във фигури 3.2. и 3.3.,

35 | С т р   

Фигура 3.2: Инструментариум използван за генерализация на линейни обекти от

производителя на CAD и ГИС приложения AutoDesk. AutoCAD Map 3D конвертира с еднакъв

параметър „толеранс” поредица от свързани линейни сегменти в единична генерализирана

полилиния. Тънката черна линия представлява оригиналната полилиния, червените прекъснати

линии представляват толеранса, а синята прекъсната линия, резултата ото приложение

параметър. Всички точки, които попадат в коридора зададен от толеранса се премахват.

Фигура 3.3: Инструментариум използван за генерализация на линейни обекти от

производителя на CAD и ГИС приложения AutoDesk. AutoCAD Map 3D използва параметъра

„weeding”, “премахващ” за да редуцира броя на точките в една полилиния. Премахващия

параметър е комплексен и и всъщност изпълнява едновременно условие на други 3 параметъра

за всяка точка от полилинията – разстояния L1 и L2 до съседните точки и ъгълът между

сегментите във всяка точка по условието: Ако (L1 + L2) е по-малко от „премахващо”

разстояние и ъгъл θ е по-малък от „премахващ” ъгъл, то съответният въртекс от

полилинията ще бъде изтрит.

Една от главните посоки в изследването на криволинейната генерализация

е подбора, задаването на подходящи параметри, така че да се поддържа

характера, географския смисъл на кривата. Дори може да се наложи на места

допълнително да се добавят точки с цел запазване на географският смисъл на

линейният обект, използваки “supplementing”, “добавящ” параметър (достатъчно

дълго разстояние между два въртекса) или „bulge” „издутина” параметър с цел

запазване или подсилване на по-съществените издутини [20].

36 | С т р   

37 | С т р   

Главният недостатък на този клас техники за генерализация е, че може да

се допусне фалшиво самопресичане на генерализираната линия. Има алгоритми

за генерализация, които са топологично съвместими, но за сметка на това са

доста сложни и трудоемки [17]. В [21] предлагат модификация на алгоритъма на

Douglas-Peucker за поддръжка на топологична съвместимост, използвайки

ефикасна локална проверка. След всеки въртекс, който се добавя,

генерализираната крива се проверява дали не се пресича.

Има една прилика между всички разгледани алгоритми и тя е, че само

премахват ненужните въртекси от оригиналната крива и никога не променят

местоположението на въртексите.

Въпреки разнообразието от разработени алгоритми, които премахват това

ограничение [17], те показват, че поддържането на топологична съвместимост в

общия случай е наистина трудно.

3.1.2. Съставяне на компоновъчен макет

За по удобно формулиране и работа с картографския термин

„компоновъчен макет”, по-удачно е да се приеме термина, широко използван в

графичната компютърна среда с всичките и компоненти, в която ще се състaвя и

визуализира по автоматизиран способ една карта - термина „лейаут” (layout).

„Лейаутът” масово се използва в проектирането на навигационните системи и

интернет страниците. От геометрична гледна точка за всеки графичен обект

трябва да се дефинира позицията му, ориентацията и мащаба му. Проблемът при

планирането на лейаут е в разнообразието на местата (секторите), които трябва

да визуализират информацията, включвайки дизайна на потребителския

интерфейс, архитектурата, уеб страниците, документацията, информационни

материали и картите.

Днес, болшинството от лейаутите се създават ръчно във WEB дизайна, в

повечето случаи от графични дизайнери и обикновено изискват много часове

експериментална работа до пълното им изграждане. По тази причина

изработването на инструменти за автоматизирано изработване на ефектни,

високо качествени лейаути за графична презентация, трябва да започне от по-

широка област на изследване.

38 | С т р   

В тази част ще се разгледат разработки за автоматизирани лейаути, които

имат участие в алгоритмите, използвани за картографиране на маршрути в

навигационните карти.

Прегледът ще се фокусира върху системи, които са проектирани в лейаут

среда за предаване на графична информация към човешкото възприятие.

3.1.2.1. Оптимизация на лейаута с дефиниране на ограничителни условия.

Почти винаги основният проблем при лейаута е, че има ограничения в

това колко информация може да бъде изложена и какви критерии трябва да се

използват за оценка на качеството. Едно от стандартните ограничения например

е, че лейаутът не може да надскочи размерите на даден дисплей или печатен

формат на листа. За критерий често се приемат поредица от условия, които

осигуряват удобно ползване и добра естетика на лейаута. От гледна точка на

картографията, например, тази условия могат да са - дали дадена пътна отсечка е

достатъчно голяма за да се види и дали местата на надписите са добре

поставени, така че да се свързват със съответните им географски обекти.

Ограничителните условия могат да се използват както за дефиниране на

рестрикция към лейаута, така и за оценъчен критерий към лейаута. Като цяло,

ограничителните условия осигуряват естествената абстракция за определяне на

пространствените връзки между графичните елементи. Обикновено, много по-

лесно е да се дефинира ограничително условие от локален характер, между

малка група графични елементи, като това, например, дали елемент „А” се

намира върху елемент „Б”, отколкото да се дефинира пълна процедура за

създаване на лейаут с всичките му графични елементи. Ограничителните

условия позволяват на картографа да опише лайаута локално, с висока степен на

абстракция, без да е необходимо да определя, как точно се достига до крайния

лейаут. Целта на опимизацията с ограничителни условия е да се дефинира група

от условия, които да намерят лейаута, който най-добре да отговаря на всички

тези условия.

Повечето системи за автоматизирано генериране на лейаути изискват от

потребителите да дефинират пространствени критерии върху графичните

елементи. В повечето случаи критериите се задават като текстови команди

(обект А върху обект Б).

39 | С т р   

В съвремените софтуерни продукти е осигурен интерфейс с определяне на

критериите. Голям брой от системите имат графичен потребителски интерфейс,

който позволява на потребителите по графичен път да зададат връзките между

обектите, който е организиран като отделно функционално меню. Най-широко

разпространеният пример за такъв интерфейс, чрез който могат да се определят

критерии за оформяне на страница и то в единна среда за проектиране, е

Microsoft Word, където ползвателя може да сложи растерно изображение „под”

текст – Order\Send to Back. Съвсем естествено, такива инструменти има във

всичките съвременни приложения за графичен дизайн: CorellDraw, PhotoShop,

както и в географските информационни системи като AutoCad Map, ArcGis,

MapInfo, InterGraph и други.

Макар, че тези разработки позволяват на потребителя да зададе лейаут с

високо ниво на абстракция, то създаването на ефективен лейаут изисква някои

проектантски умения. Картографът трябва да реши дали обект А би могъл да е

върху обект Б.

Когато един лейаут е ограничен от частен случай, картографите може да

използват това за да определят пространствените критерии като предефинират

условията, правилата за тях. Германският картограф Imhof [28], през 60те години

на миналия век разработва група от критерии за определяне на мястото на

надписите върху картата. Един общ критерий е, че надписите трябва да са върху

другите географски обекти, а не под тях. Почти всички географски

информационни системи (ГИС) могат да поставят картографски надписи, като

тези критерии са дефинирани априори, така че на картографите, като начало, да

не им се налага да ги определят. Така системите спестяват част от

проектантската работа на крайните потребители. Ако един компютърно

генериран лейаут не е оптимален, потребителите могат чрез съответен

функционален инструментариум да променят крайния резултат. За специфични

приложения, един напълно автоматизиран метод с процедури за предефиниране

на критериите ще даде добър резултат, така че да отговори на задачите в това

изследване.

40 | С т р   

3.1.2.2. Решения на ограничителните условия при проектиране на

компоновъчния макет.

Има голямо разнообразие на разработки при разрешаването на проблемите

свързани с ограниченията на лейаута и основният проблем се опира до доброто

владеене на компютърните науки. Въпреки многото техники за дефиниране и

предефиниране на поредица от критерии, автоматизираните визуализиращи

системи използват най-често един от следните четири: (1) управление на

геометрията базирано на грид, (2) линейно програмиране на ограничително

условие, (3) динамична симулация и (4) търсене. Тук ще се спрем на последната

техника „Търсене”. Много проблеми при съставянето на лейаута могат да бъдат

представени като търсене на оптимален лайаут в множеството от всички

възможни. За да се рамкира лейаут проблемът като „търсене”, трябва първо де се

дефинира един начален лайаут и две функции: една функция, която оценява

качеството на лейаута, базирана на оценъчен параметър и една функция, която

манипулира даден лейаут да произведе нов в търсената област. Двете фунцкии

се дефинирани посредством набор от ограничаващи условия върху лейаута.

В областа на компютърната графика са използвани много техники за

„търсене”. В [35] използват симулирано „закаляване” (техника, при която се

симулира итерационно търсене на граф, чийто въртекси са „кандидати” за

преместване при определени критерии, докато се изпълнят). В картографията

техниките за търсене са широко разпространени за автоматично надписване и за

линейните обекти в традиционните географски карти. Симулираното

„закаляване” е най–използвания алгоритъм за рандомизирано търсене защото

ефикасно покрива цялата област на търсене и е лесен за прилагане. По тези

причини, симулираното „закаляване” може да се използва, не само за поставяне

на надписи, но и за очертаване на пътища с допълнителна географска

информация при автоматизираното генериране на маршрути в навигационните

карти.

Прилагането на алгоритъма е ясно и изисква да се определят четири

функции. Инициализационната функция дефинира първоначалното място на

всеки от графичените елементи, като по този начин осигурява начална точка за

търсенето. Пертурбационната функция осигурява нов лейаут чрез редакцията на

41 | С т р   

лейаута, докато реверсионната функция, обръща действието на

пертурбационната функция от новия лейаут към предишния. Накрая,

резултатната функция изчислява, колко близо е текущия лейаут до оптималния.

Според установената практика, резултатите винаги се дефинират положителни и

колкото по-нисък е резултатът, толкова по-добър е лейаута. Поради това, целта

на симулираното „закаляване” е да се намали резултата.

Ограничителните условия може да се разделят на две групи: 1) твърди

ограничения, състоящи се от характеристики, които се изискват от всеки

приемлив лейаут и оттук следователно от всички възможни лейаути и 2) меки

ограничения с характеристики, които са желани в крайния лейаут, но не са

задължителни. При проектиране на ограниченията е важно да не се налагат

много твърди, защото това ще доведе до невъзможност да се намери приемлив

лейаут. Резултатната фунция проверява колко добре даден лейаут постига

меките ограничения.

3.2. Общ преглед на основните стъпки за съставяне и оформяне на маршрут

в навигационните карти.

Основната цел на навигационната карта е при зададен маршрут да се

състави и оформи изображение, което визуално да подсили, подчертае, изтъкне

най-важната информация, която е необходима за следване на маршрута. Това

може да се постигне чрез използване на генерализационни техники, залегнали в

една ръчно изчертана скица на даден маршрут. От потребителска гледна точка

дори и най-добрата навигационна картографска система, би могла да бъде

трудна за използване без алгоритъм за намиране на адрес от точка А до точка Б и

намиране на маршрута между тях. Такав един алгоритъм изисква директен

достъп до подробна и изчерпателна географска база-данни на всички пътища в

географския обхват. Изходната информация, резултатът от стандартна ГИС, най-

общия вариант, предствалява текстова инструкция от следния вид показан на

фигура 3.4.

Фигура 3.4: Текстова инструкция генерирана от Google Maps.

Всеки ред описва посоката на завиване, името на пътя (улицата), по която

трябва да се движите и разстоянието в километри (5.3 км), както и натрупаното

разстояние от началната точка.

На базата на тази текстова инструкция, всеки може ръчно да изчертае

маршрута, като създаде една ескизна навигационна карта, показана на фигура

2.16. Ако се разработи алгоритъм, който използва същата схема на действие,

както при ръчното изчертаване, би могло да се съставят много по-практични

карти от колкото карти, създадени с другите разнообразни и автоматизирани

навигационни системи. Това е така, защото тези опростени инструкции

(надписи) върху картата, които индикират посоката на движение

(направлението) и разстоянието по протежение на пътя, запазват и топологията

на маршрута. Доказано е, че в много ръчно изработени карти, пътищата са

опростени до прави линии, изчертани в една от осемте основни посоки и

полупосоки на света [22].

Липсата на информация за формата и размера на пътната мрежа в нейния

геометричен смисъл, може да причини два типа грешки. Първо, посоката на

завиване би могла понякога да е в конфликт с посоката на движение. Второ,

липсата на геометрична правдоподобност би могла да генерира псевдо или

липсващи кръстовища, пресичания, които реално ги няма в оригиналното трасе.

42 | С т р   

43 | С т р   

Ето защо, не е достатъчна само текстовата инструкция от ГИС, но и достъп до

оригиналната геометрия на пътната мрежа. Така няма да се допуснат тези

грешки, при това въвеждането на текста за посоките, направленията в

навигационната карта е доста еднообразен и дълъг процес. Когато потребителите

ползват една навигационна карта, която им генерира даден маршрут, обикновено

той не им е известен, или ако имат някаква представа, то почти сигурно е, че не

знаят за разстоянията по пътните сегменти.

С тези съображения, алгоритъмът за съставяне на изображение на

даден маршрут трябва да се разглежда като част от целия съставителски и

оформителски процес при изработването на навигационна карта. В тази

част се дава предложение за архитектура на такава системата.

3.3. Технологичен процес за изработка на навигационна карта.

Блок диаграмата на картографския процес за изработка на маршрутна

карта е показана на фигура 3.5. Започва се с дефинирането на предназначението

на картата, което предопределя източниците на информация, съдържанието и

знаковата система. С развитието на ГИС географските данни стават все по

достъпни и всеобхватни, което означава, особено за урбанизирани територии, че

може да се изполва стандартна геобаза данни. Естествено остават актуални и

класичиеските методи за набиране на географска информация – GPS тракове

(следи) съчетани с едромащабни топографски карти и теренни проверки. Следва

дефинирането на поредица от пътни отсечки между двете крайни точки. Всеки

път е представен като линейна крива посредством поредица от точки (възли).

Въднъж определен, маршрутът се вмества в размера на компоновъчния макет.

Размерът се базира на преценка между отношението на големината на маршрута,

размера на листа и предназначението на картата, където ще се изобрази.

Модулът за картографиране отговаря за съставянето и оформлението на

навигационната карта. Модулът за проектиране на компоновъчен макет взима

маршрута, както и някои други елементи описващи маршрута, и конструира

финалният вариант на компановката. Модулът на компоновката трябва да

постави три компонента - навигационната карта, описателният текст с посоките

на завиване и допълнителната обобщаваща информация относно целия маршрут

.

44 | С т р   

3.4. Стъпки на проектиране

Броят на вариантите за съставяне и оформление на маршрут в

навигационните карти е огромен. С предложената блок диаграма тези решения

на задачата се редуцират посредством осем стъпки, показани на фигура 3.5. В

тези стъпки се прилагат много от генерализационните техники използвани в

ескизините карти.

Първата предложена стъпка да се определи предназначението на картата и

ползвателите, което директно ще повлияе на съдържанието и знаковата система,

което е подробно описано в част 6. Втората стъпка събира различните изходни

данни от многообразни източници, които не са предмет на тази работа. Третата

стъпка е дефинирането на дестинацията с начало и край, чак след което се

преминава към четвъртата стъпка – генериране на маршрут с подбор на пътни

отсечки, местата за завиване и текстовото описание. След като имаме общата

форма на маршрута, може да се премине към петата стъпка - съставяне на

компоновъчния макет на картата (общия лейаут). Шестата стъпка е за

генерализацията на графиката с цел премахване на всички странични детайли от

пътната мрежа и осигуряване на максимална читаемост. Тук се прилагат всички

техники и алгоритми (рандомизирано търсене, закаляване, оценъчни функци) за

опростяване на линейната форма, допълнително изопачаване на дължините и

ъглите на всякак пътна отсечка и формата на целия маршрут. В тази стъпка се

осигурява качествено изображение на всички пътища, както и ясно и

достатъчноно чисто изображение на всяка точка на смяна на посоката. Седмата

съпка за допълнително оформяне на маршрута осигурява според опеделянето на

първата стъпка допълнителното съдържание - надписи с името на всеки път,

така че читателят да може лесно да го идендтифицира всеки път, когато се

обърне към картата. Сътпката за допълнителното съдържание прибавия към

картата информация като пресичащи улици и лесно разпознаваеми топографски

ориентировъчни елементи. Ако пътищата и техните надписи представляват

съществената част от картното съдържание, то допълнителната информация

трябва да е достатъчно пестелива с цел да се избегне претрупване на

изображението в местата за смяна на посоката.

 

 

Фигура 3.5.: Блок диаграма на картографския процес за изработка на маршрутна карта 45 | С т р   

46 | С т р   

Изводи от 3 част:

• Алгоритъмът на Douglas-Peucker за генерализация може да се приложи за

всички видове еднодименсионални криви, който се срещат в картите.

• Много решния при съставянето на компоновъчен макет могат да се

представят като търсене на оптимален такъв в множеството от всички

възможни. Трябва първо де се дефинира един начален макет и две функции:

за оценка на качеството на макета и за манипулация. Двете фунцкии се

дефинират с набор от ограничаващи условия върху компоновъчния макет.

• Симулираното „закаляване” е най–използвания алгоритъм за

рандомизирано търсене защото ефикасно покрива цялата област на търсене

и е лесен за прилагане.

• Симулираното „закаляване” може да се използва, за поставяне на надписи,

за очертаване на пътища с допълнителна географска информация при

автоматизираното генериране на маршрути в навигационните карти.

• Прилагането на алгоритъма изисква да се определят четири функции.

Инициализационната функция дефинира първоначалното място на всеки от

графичените елементи, като по този начин осигурява начална точка за

търсенето. Пертурбационната функция осигурява нов компоновъчен макет

чрез редакцията му, докато реверсионната функция, обръща действието на

пертурбационната функция от новия макет към предишния. Резултатната

функция изчислява, колко близо е текущия лейаут до оптималния.

• Алгоритъмът за съставяне на изображение на даден маршрут трябва да се

разглежда като част от целия съставителски и оформителски процес при

изработването на навигационна карта.

47 | С т р   

ЧАСТ 4. ГЕНЕРАЛИЗАЦИЯ И КОМПОНОВКА НА ОРИГИНАЛНИЯ

ОБРАЗ НА МАРШРУТА

Във масовите WEB навигационни системи (maps.google.bg,

bing.com/maps), както и в печатните издания на маршрутни карти, всяка пътна

отсечка от маршрута се представя с геометрична правдоподобност, като

детайлна линейна крива, в същото време, ползвателите рядко трябва да знаят

точната форма на пътя, за да го следват. Много по-добре е да се направи

опростяване на формата на пътя, чрез намаляване броя на сегментите, за да се

изгладят ненужните чупки, като се запазва цялостната форма на маршрута.

Генерализиацията на линейната графика допринася за по-чисто изглеждаща

карта, в която образа на маршрута е изчистен от всички излишни криви и чупки.

Да приемем, че имаме генериран маршрут от общо достъпна ГИС,

специализирана ГИС с база данни за класа на пътя, тракове от туристически

GPS, векторизирани маршрути от едромащабни тографски карти или други

данни.

Предметът на дисертационната работа не включва способите за

генериране на маршрут от т. А до т. Б, а негова последваща картографска

интерпретация.

За генерализация на линейната графика най-добре е да се приложи

стандартен подход, като трябва да се премине през процедура по оценка с

еднакви критерии за връзките между всички точки от линията и след това се

премахват всички необходими точки, които попадат под определен праг. Фигура

4.1. показва един и същ маршрут преди и след генерализация. Малките, често

повтарящи се криви, са ненужни за следването на пътя. Дори относително

гладки, рядко повтарящи се кривини, не добавят съществена информация към

картата. В действителност за този маршрут всички пътища са генерализирани до

прави линии.

Фигура 4.1.: Преди и след генерализация на формата на маршрута. Генерализацията премахва

ненужните детайли (въртекси) на маршрута и всички пътни отсечки се трансформират в

прави линии. Генерализацията дава възможност за по-лесно надписване на пътищата, така

че визуалната асоциация между името на пътя и самия път да е по-силна, по-чиста. Също

така, двете карти са генерирани в един и същ мащаб, като се има предвид, че след

генерализацията дължините на пътните отсечки по маршрута са доста скъсени.

4.1 Предотвратяване на грешки.

Докато се генерализира една форма, има допълнително изискване

алгоритъмът да не внася някой от трите типа нежелани ефекти: фалшиви

кръстовища, липсващи кръстовища и неверни посоки на завиване. Трябва да се

изпълнят три теста по време на генерализацията, за да се избегнат тези грешки.

4.1.1 Тест за липсващи кръстовища

За да е сигурно, че генерализацията не внася в пътя липсващи или

лъжливи пресечни точки, първоначално се изчисляват всички пресечни точки

между всяка двойка пътища (кръстовищата). Да предположим, че r1 и r2

48 | С т р   

49 | С т р   

триваеми

точки – то той не може да внесе “липсващи пресечни точки” в пътя.

2 Тест

на

която и да е двойка от пътища, като по този начин се гарантира, че

пресечни точки.

се р завиване

координатната

i-1 се

от точки на пътя r от начало – до край и се определя дали да се

в зависимост от посоката на два

сочещ а тек

от

r

първоначално се пресичат в p1. Добавя се пресечната точка p1 към списъка от

точки и на двете отсечки r1 и r2, и се маркира с p1 като „неизтриваема”. След

като алгоритъмът за опростяване не може да премахне тези неиз

пресечни

4.1. за фалшиви кръстовища

Създава се и отделен списък истинските кръстовища между всяка

двойка пътища. В последващите фази на генерализация се премахва точка от

дадена линия само, ако нейното премахване не създава нова пресечна точка

между

опростяването няма да внесе лъжливи

4.1.3 Тест за грешни посоки на завиване

Накрая прове ява за неверни посоки на в точките на свързване

между всеки път ri и неговите съседни пътища ri-1 и ri+1. Първо се тества

посоката на завой между текущия път ri и предишния път ri-1. Тестът засича

неверни посоки на завиване относно система, ориентирана по

посока на последния сегмент от r . Както е показано на фигура 4.2, обхожда

списъка 1

маркират всяка една от тях като неизтриваема

вектора: вектор v1 от крайната точк на ri-1 към ущата точка от формата

и вектор v2 сочещ текущата точка от формата към крайната точка на ri. Ако

векторът, ориентиран по последния сегмент от i-1 се означи с Cri-1, то

50 | С т р   

п

Cri-1 със

следното уравнение 4.1.:

sign(Cri-1 x v1) = sign(Cri-1 x v2) (4.1.)

или

(Cri-1 x v1) . (Cri-1 x v2) > 0 скаларно произведение

Тъй като всички вектори лежат в равнината xy – произведението им ще

сочи в положителната или в отрицателната посока на оста z. Ако произведенията

на една двойка вектори v1 и v2 с Cri-1, лежат в различни полуравнини относно Cri-

,

ато описаният процес по тестването на посоката на завиване между ri и ri-1,.

ация.

ки от

линия оито не са били маркирани като „неизтриваеми” от предишните

провер ирани до една проста

линия

а чката

Фигура 4.2. Тест за грешни посоки на завиване. Ако v1 и v2 не са в една и съща полуравнина по

отношение на координатната система, ориентирана о протежение на последния сегмент

от ri-1, то се маркира текущия въртекс (точка от маршрутната линия), като неизтриваема

може да се провери дали v1 и v2 са в една и съща полуравнина относно

1 то текущата точка от формата трябва да бъде маркирана като „неизтриваема”.

Проверката продължава, докато не останат точки за маркиране като

„неизтриваеми”. Проверката за посоката на завиване между ri и ri+1 е същата

к

4.2. Степен на генерализ

Степента на генерализация позволява премахването на всички точ

та, к

ки. Като резултат повечето пътища биват генерализ

. Генерализацията на пътищата до набор от прости прави линии позволява

да се получат чисти и лесни за разчитане изображения.

Степента на генерализация се базира на описанието на Barkowsky, Latecki

и Richter [23]. Както е показано на фигура 4.3. относителността на въртекса

спрямо формата е зависим от ъгъла на завиване при то и дължината на

съседните сегменти. Най-общо казано, острите завои и дългите сегменти

увеличават важността на точката.

Фигура 4.3. Подсилване значението на формата на завоя посредством удължаване на

съседните сегменти и увеличаване на остротата на ъгъла.

Математически може да се дефинира степента на генерализация както

следва: Да допуснем, че v1 и v2 са съответно векторите от точка pi към нейните

съседни точки от формата pi-1 и pi+1. Нека β(pi) е ъгълът на завой при pi между v1

и v2. Относителната матрица K се изчислява така:

2121)(

)(vv

vvpipiK

+β

= (4.2.)

е по-важна. За да се

една линейна форма като се използва тази норма, първоначално се

изчислява относителността на всички вътрешни за маршрута точки (въртекси).

лед което се премахва най-ма съседните

и точки и се итерира отново.

4.3. Изопачаване на маршрута.

След генерализацията на маршрута следващата основната стъпка е да се

дефин

pi1pivpi1pιv

−+=−−=

21

(4.3.)

По-високи стойности на K показват, че точката

опрости

С ловажната, коригират се стойностите за

ират дължината и ориентацията на всяка пътна отсечка, така че

едновременно всички пътища да са видими и цялото изображение на картата да

се вписва в предварително определен размер, дефиниран с компоновъчният

51 | С т р   

52 | С т р   

използваният термин в компютърната графика –

лайаут” (layout). Картографския образ на маршрута трябва да изключи

и същевременно да запази топологията на

е р

ция за оценка.

макет. Всички тези дейности ще наречем за по-кратко като „компоновъчен

процес”, „компоновка” или

„

проблемите, описани в част 2

цялостната форма на маршрута. Това означава по-дългите пътища да се

изобразят като по-дълги от по-късите пътища и н трябва да се генери ат

липсващи или погрешни пресечни точки.

Подходът, който се използва в [24], е дефинирането на поредица от

ограничителни условия, които да осигурят необходимите характеристики на

картографското изображение. Използва се алгоритъм за търсене “симулирано

закаляване” [36], за да се намери компоновката, която най-добре отговаря на

критериите. Фигура 4.5. показва маршрут преди и след етапа на компановката.

Както е описано в [24],, за да се приложи алгоритъм за търсене чрез

„симулирано закаляване”, трябва да се дефинира начална компоновка, обратима

функция за рандомизация на лейаута и функ

Фигура 4.5.: Преди и след пътния лейаут. Етапът на пътния лейаут отговаря за

определянето на дължината и ориентацията на всяка пътна отсечка, така че пътищата да

53 | С т р   

са добре изобразени, лесно читаеми и без топологични и графични грешки. Преди пътния

лейаут много от пътните отсечки, които са особено близко до оригиналната посока на

маршрута са трудни за виждане. След пътния лейаут има достатъчно място за надписване

на всеки път, както и за допълнителна информация като имената на пресечките

4.4. Отклонение на изображението

За да се промени изображението на маршрута по време на търсенето,

случайно се избира път ri и се мащабира неговата текуща дължина lтек(ri), със

случаен коефициент в интервала 0.8x и 1.2x, или се сменя неговата ориентация

със случайно избран ъгъл между ±5 градуса. Този ориентиращ ъгъл трябва да се

променя динамично всеки път, за да е сигурно, че не се внасят неверни посоки

на завиване. По-точно, ако ъгъл α, формиран от първия (последния) сегмент на

пътя ri, е в интервала ±5 градуса от последния (първия) сегмент на предишния

(следващия) път, то се ограничават границите на преориентиращия ъгъл, така че

той да стане по-малък от α. След като пътната отсечка е променена, отново се

ршрута, така че да се побере в нужните граници. Като се забранят

отклон

4.5. Оценка

бражението се прилагат посредством

функц

мащабира ма

ения, причиняващи неверни посоки на завиване и се наложи маршрутът

винаги да се побира в зададените граници, така ще се ограничи множеството от

изображения за търсенето до такива, които отговарят на критериите за вярност

на посоките на завиване и размера на изображението.

Всички останали ограничения на изо

ията за оценка. Оценяващата функция разглежда четири основни аспекта

на графиката; дължината на пътната отсечка, нейната ориентация, пресичанията

и формата на общия маршрут. Целта на всяка една от тези категории може да

бъде описана както следва:

• Дължина: осигурява всички пътни отсечки да се виждат и да се запази

подредбата им по дължина;

• Ориентация: запазва оригиналните ориентации на пътните отсечки;

• Пресичания: осигурява липсата на топологични неточности;

• Обща форма: запазва оригиналната форма и ориентация на целия

маршрут.

54 | С т р   

ображението се изчислява

ато сума от всички тези компонентни оценки. Обобщение на формулите за

оценка може да се види в таблица 4.9. След като веднъж е

изград

Алгоритъмът за търсене използва оценящата функция, за да намери

изображение, което удовлетворява колкото се може повече от тези цели.

Всяка от тези оценящи категории са развити в набор от компонентни

оценки, показано в таблица 4.8. Общата оценка на из

к

всяка компонентна

ена оценяваща функция, трябва да се `балансира нейният ефект над

крайното изображение. Оценка Описание Категория

1. Малко Осигурява Lmin на най-късата пътна отсечка Дължина

2. Сортирано Запазва сортирането, подредбата на пътните Дължина

отсечките по дължина

3. Ориентирано Запазва оригиналната ориентация на пътната Ориентация

отсечка

4. Липсващ Коригира липсващо пресичане между пътните Пресичане

отсечки

5. Скрито Коригира скрито пресичане на пътните отсечки Пресичане

6. Фалшиво Коригира фалшиво пресичане на пътните отсечки Пресичане

7. Изопачено Коригира изопачено пресичане на пътните

отсечки

Пресичане

8. Финална ориентация Запазва цялостната ориентация на маршрута Цялостна

ориентация

9. Финална форма Запазва цялостната форма на маршрута Цялостна форма

Таблица 4.8: Компоненти на оценката на пътната компоновка. За да се оцени пътната

компоновка се използват деветте компонента, описани в тази таблица. Всеки компонент

конкретен аспек ата пътна компоновка. Общата оцен ва,

на тези компон

Форм п

оценява т на текущ ка се изчисля

като сума ентни оценки.

Оценка ула О исание

55 | С т р   

Ако l c(ri) < L min,

1. Малко

Wsri *min

) ⎟⎠

⎜⎝

= L

LrilcOцц min)((2⎞⎛ −

Ос in на най-

игурява Lm

късата пътна отсечка

2. Сортирано Ако ≠

order(lcurr(ri),lcerr(rj)), OцSort(ri,rj)=Wsort

За сортирането,

по пътните

отс а

order(lorig(ri), lorig(rj)) пазва

дредбата на

ечките по дължин

3. Ориентирано OцOrient(ri) = | αc(ri) - αorig(rj) | * Worient Запазва оригиналната

тната ориентация на пъ

отсечка

4. Липсващо

пресичане

Ако липсва пресичане между ri и rj

ОцMiss(ri, rj) = d(pi, pj

Наказва липс

) * Wmiss

ващо

пресичане между пътните

отсечки

5. Пресичане на

сто

пресичат на грешно място

цMispl(ri, rj) = d(pi, pj) * Wmispl

грешно

грешно мя

Aкo ri и rj се

O

Наказва

пресичане на пътните

отсечки

6. Фалшиво Aкo ri и rj се пресичат, а не трябва,

ОцFalse(ri, rj) = min(dRte(pint, porigin), dRte(pint,

pdest))*Wfalse

Наказва фалшиво

пресичане на пътните

отсечки

7. Изопачено Оц

Ext(ri, rj) = min(d(Pint, Pri,extOrigin); d(Pint;

Pri,extDest)) * Wext

ОцExt(rj; ri) = E * Wext

Наказва изопачено

пресичане на пътните

отсечки

8. Финална

ориентация

|*

WendDir на

Оц = |αcurr(pdest – porigin) - αcurr(pdest – porigin) Запазва цялостната

ориентация маршрута

9. Финална форма Ако dcurr(porigin,pdest) < К * dorig(porigin,pdest)

endptDist

цялостната форма

та Оц = |dcurr(porigin,pdest) – dorig(porigin,pdest)| * W

Запазва

на маршру

Таблица 4.9. Обобщение компонентна оценка.

ичен ащите функции, н д в

важност. Например, осигуряването на видимостта на всички тсечки и

виван нето на посоката

вектор между кр между

то на н о крайн

точки, много по- тъмът да увеличи късия път. За а с

балансират ефектите от оценяващите функции една спрямо друга, така че по-

на формулите за всяка

4.6. Балансиран

Огран

е на оценяващата функция.

ията, вградени в оценяв е са с е нак а

пътни о

точки на за е е много по-важно от запазва на оригиналния

на избор айните точки на маршрута. Ако е въпрос

уголемяване къс път и запазването а посоката на вект ра

добре е алгори

между ите

това трябв да е

56 | С т р   

важните огранич ям приоритет. Тук се из тежестен

експеримент е установен следният ред на приорите

групи от ограничения

, погрешно

жени: изопачено.

тища: малко.

3. о

ане на грешки - фалшиви кръстовища, липсващи

ута са предложени

кта на графиката -

иентация: запазва оригиналните ориентации

н а

е на изображението от

геометрична му правдоподобност, от термина «карта» се преминава към термина

«маршрутна карто-схема»

ения да имат по-гол ползва

коефициент W, з

На базата на

а да се даде тежест на оценяващите функции.

тите на главните

:

1. Предпазване от топологически грешки: грешни, липсващи

разполо

2. Осигуряване на видимостта на всички пъ

Запазване на оригиналната риентация: ориентирано.

4. Запазване на реда по дължина: сортирано по дължина.

5. Запазване на цялостната форма на маршрута: посока на крайната точка,

разстояние до крайната точка.

Установено е, че всичките три вида топологични грешки - грешни,

липсващи и изопачени места кръстовища - са най-объркващи. Топологичните

грешки са по-подвеждащи от разбъркването на дължините на пътищата и дори

от прекалено късите пътища. На базата на тези експерименти, най-голям

приоритет получи предпазването от топологични грешки.

Резултати от 4 част:

• В процеса на генерализация на маршрута са дефинирани алоритмични

проверки за предотвратяв

кръстовища и неверни посоки на завиване.

• В алгоритъма за оформяне изображението на маршр

оценяващи функции разглеждащи четири основни аспе

Дължина: осигурява всички пътни отсечки да се виждат и да се запази

подредбата им по дължина; Ор

а пътните отсечки; Пресичаният : осигурява липсата на топологични

неточности; Обща форма: запазва оригиналната форма и ориентация на

целия маршрут.

Извод от 4 част:

В процеса на изопачаване на маршрута и отклонени

57 | С т р   

а маршрута

всеки маршрут трябва да бъдат

на поредица от линии и е невъзможно да се използва за

се графичните елементи формиращи надписа,

подредбата на тези елементи един спрямо друг и ограниченията в поставянето на

тези елементи по картата като стил на поставяне на надписи. Окончателното

поставяне на надписа, както и неговият стил, помагат за връзката му с обекта от

картата, към който принадлежи. Този обект може да се нарече „цел на надписа”.

Разполагането на надписи върху карти е добре изучено и са разработени

няколко системи за поставянето им в реално време върху стандартни карти [25],

[26]. Намирането на “добро” място за поставяне на надписи като цяло се оказва

проблем [27], и поради тази причина се използва общ подход за рандомизирано

търсене на близки до оптималните места за поставяне на написа. Тук подходът е

сходен: първо се дефинира пространство за търсене на възможни разположения

на надписите, след което се претърсва това пространство, като се използва

алгоритъм за симулирано каляване, за да се намери оптималното решение.

ЧАСТ 5. Оформяне н

5.1. Разполагане на надписи

За да бъде използваема маршрутната карта, всяка пътна отсечка се нуждае

от надпис с нейното име. Началото и краят на

надписани с техните адреси или друга уточняваща информация. Докато

алгоритмите за изобразяване на линейните обекти отговаря за това всички да

бъдат с достатъчно големи размери – за да бъдат видими, то алгоритмите за

разполагане на надписи осигуряват разположение на надписите по картата, така

че всеки един да е лесен за четене и ясно свързан с конкретен обект от картата.

Както е показано на фигура 5.1, без такива надписи една навигационна карта е

просто една абстракт

навигация.

Всеки надпис се добавя към картата, за да представи дадена информация

(например, разстоянието), чрез комбинация от съдържание на текста и стил на

изобразяване. Разглеждат

Преди разполагане на надписи След разполагане на надписи Фигура 5.1. Преди и след разполагане на надписи

Повечето съществуващи системи разглеждат дискретен набор от места за

азпол

и

.1.1. Стилове за надписване

Има много различни начини да се сложи надпис на даден обект.

Типичният начин за именуване на пътища е просто да се напише името директно

под или над пътя. Този подход използва относителността, за да асоциира

надписа с неговия път. Друг подход е да се сложи текст близо до пътя и да

добавим стрелка сочеща към пътя с което да се асоциира надписът с пътя. Най-

р агане и един стил за всички надписи. Тук, подходът се разширява, като се

разглежда непрекъснат интервал от местоположения, дефиниран от ограничени

площи в равнината и множество от потенциални стилове на визуал зация за

всеки надпис. В предложените алгоритми лесно може се добавят нови стилове на

представяне, като се дефинира конструираща функция, която да направи

относителното поставяне на отделните части на текста и оценяваща функция, за

да се изчислят възможните места за поставяне на надпис с този стил.

Трябва да се обърне внимание, че предложеният механизмът за поставяне

на надписи се прилага два пъти по време на процеса на формиране на

навигационната карта. Първо се прилага веднага след разположението на

пътните отсечки, за да постави надпис на всяка една от маршрута. После се

прилага по време на разполагането на останалото допълнително географско

съдържание, за надписването му – забележителности, кръстовища, ориентири и

други елементи от съдържанието на картата.

5

58 | С т р   

59 | С т р   

добрият стил за надписване на конкретен обект обикновено зависи от

геометрията на самия обект и заобикалящата го информация на картата. Може

да се каже, че стилът на надписването се състои от три компонента:

• Графични елементи: Набор от текст и графика. Основният графичен

елемент обикновено е име, а вторият графичен елемент може да бъде

разстояние, стрелки, допълващ условен и т.н.

• Подредба: Подредбата на втория графичен елемент спрямо първия.

• Ограничения за разположението: Всяко ограничение представлява ареал

р п тации за

алът се дефинира или от ограждащ

ълник или от линейна крива и набор от ориентиращи вектори.

се създаде

Първоначално, всеки надпис се разполага на най-подходящата позиция за

. След което се поправят колкото се може повече

п

на картата, дефиниращо набо от равилни позиции и ориен

центъра на първичният обект. Аре

правоъг

За да се разположи даден надпис на картата, трябва да се избере стил за

надписване и позиция на надписа вписан в ограниченията за разположение на

избраният стил. Поради тази причина, пространството за търсене на

разположение на надписи се определя от набор от възможни стилове и

ограниченията за разположение на всеки стил за всеки обект по картата.

5.1.2 Първоначално разположение на надписи

Първата стъпка при разположението на надписите е да

библиотека от възможни стилове за надписване на всеки обект, като се вземат

под внимание фактори като размер, форма и тип на обекта (класификация на

пътя или забележителност) и дължината на името на надписа (например ако

името е дълго, може да се създаде стил за пренасяне на нов ред). На всеки стил

се дава ранг на базата на неговата предпочитаемост. Например, по-добре е

надписът да се разположи по продължение на пътя, отколкото да се слага с

поясняваща стрелка.

неговия стил, с най-висок ранг

надписи. Проверява се дали всеки надпис на неговата ървоначална позиция има

начин да се застъпи с друг надпис. Това става като се пресече всеки надпис на

неговата първоначална позиция с всички възможни позиции за всички останали

надписи. Потенциалните позиции се определят от ограничителите за

разположение, дефинирани за всеки стил на надписване. Ако не са възможни

60 | С т р   

н с а

али броя на

Фигура 5.4 илюстрира този

о, тя

лучай

а

ишното

ъстояние, ако се наложи. Надписването по продължение на пътя е оптимално,

между надписа и пътя, без

итерии:

с а

конфликти, то адписът се фик ира на неговат първоначална позиция и само

тези надписи, които не са били фиксирани през тази първа стъпка се разполагат

от етапа за търсене на разположение за надписите. Като се нам

надписите, които трябва да бъдат разположени чрез търсене, то ефективно се

намалява пространството за търсене на алгоритъма и така изключително много

се ускорява процеса по разполагане на надписи.

метод за разполагане на конкретен надпис.

5.1.3 Разместване

По зададено текущо разположение, разместващата функция трябва

случайно да избере три аспекта от разположението, които да промени. Първ

с но ще избере надпис, който да промени. После, случайно ще избере стил

за надписа измежду дефинираните за него стилове. Накрая, случайно ще избере

ново местоположение за надписа измежду възможните такива з избрания стил.

Преди всяка отклоняваща операция се запазва стилът и местоположението

на всеки надпис, така че след всяка намеса да може да се върне в пред

с

защото води до по-ясна визуална асоциация

внасянето на ненужни графични елементи като стрелката. Затова за всички

пътни надписи трябва да се дефинира стил за надписване по продължение на

пътя. Само за надписи, които са по-дълги от техния прилежащ път, може да се

използват различни стилове, включително и такива съдържащи стрелки.

5.1.4 Оценка

Оценяващата функция за разположението на надписи, преценява всеки

надпис по следните кр

(1) отношението на надписа към центъра на неговия целеви обект,

(2) рангът на избраният стил,

(3) дали надписът се пресича или застъпва с някой друг обект на картата.

Оценката за цялостното надписване на картата се изчислява като сума от

оценките за всеки надпис. Двата главни приоритета на разполагането на надписи

по картата е те да са ясно асоциирани техните цели и да с лесни за разчитане.

Относителната оценка насочва алгоритъма за търсене към първата цел, като

61 | С т р   

.2. Разполагане на допълнително картно съдържание и оформление.

ирането на основния образ - маршрута и свързаните с него

т

лтантна

ункция оценява годността на дадената позиция. Главната цел на алгоритъма е

ен знак да се намери място, така че да не пречи на основното

сле се прилага симулирано каляване, което

твените класификации, която участва е

мата

увеличава корекцията за разположението, пропорционално на отдалечаването на

надписа от неговата цел. Рангът на стила и оценката за пресичане насочват

търсенето към втората му цел. Оценката за ранга на стила наказва

разположенията, които съдържат сложни графични елементи, докато оценката за

пресичане наказва разположения, в които надписи се пресичат с други обекти по

картата.

5

След констру

надписи, рябва да се разположи допълнителното съдържание чрез условни

знаци и надписи, което ще осигури по-голяма яснота и читаемост на картата.

Елементите от общогеографското съдържание са второстепенна информация от

гледна точка на маршрута, не е задължително да комуникират непременно с

маршрута и трябва да се добавят много внимателно, така че да не предизвикат

объркване с голямата си степен на подробност. В тази точка са описани

последните две стъпки на процеса по изработка на картата, които са за

разполагане на допълнителни условни знаци и надписи допълващи образа

на маршрута и тяхното оформление.

Алгоритъмът за оставяне на допълнителните условни знаци като

улични/пътни пресечки и ориентиращи топографски елементи (ориентири като

мост, чешма и т.н.) е подобен като този за поставяне на надписи. За всеки знак се

дефинират варианти от възможности за локализация, след което резу

ф

за всеки услов

съдържание – маршрутното трасе с надписите му. Взима се предвид

резултантната функция и по

минимизира резултата от разполагането на условните знаци.

Знаковата система с качес

изобразяването на навигационната карта, може много ефектно да влияе върху

са маршрутна информация. Например, поставянето на знак за смяна на

посоката на всяко място, където трябва потребителя да вземе решение кой път да

следва или класификация на видовете пътища (наклон и настилка за

велосипедни маршрути).

62 | С т р   

д

рут – пресечки на улици, пътища, реки, канали, надземни проводи.

етод на немащабните знаци – сгради и други топографски елементи с

До

т ормлениет

, които дават

д с

5.2.1. Разполагане на допълващо съдържание

Допълващото съдържание може а се въведе с два основни картографски

метода на изображение в контекста на навигационната карта:

• Метод на линейните знаци – линейни обекти, които пресичат основния

марш

• М

локален характер с цел ориентиране на следващият маршрута.

като пътните отсечки и прилежащите им надписи конструират

съществената информация относно маршрута, допълващото съдържание трябва

да се добави на необходимите места, така че да не позволява претрупване и

объркване. Тук се използват същите основни техники за поставянето на

линейните и на немащабните знаци. Първо, се представя алгоритъм за

разполагане на линейните знаци, след което се описва как трябва да бъде

променен алгоритъма, така че да се използва за поставяне на немащабните

знаци.

5.3. Оформление

Както е показано в следваща а 6 част на работа оф о на картата

се свързва с разработка на знакова система. Разработени се няколко вида

допълнителни графични и картографски знаци с цел повишаване на читаемостта

и информационната значимост:

• Класификация на настилката, вид и трудност на наклона;

• Допълнително въвеждане на условен знак за смяна на посоката по

маршрута;

• Площни ориентири;

• Ориентири с локален харакетр или важни географски обекти

опълнителна географ ка или историческа информация на ползвателя;

• Частично продължение и избледняване на края на пътя, след като вече не е

част от маршрута или пресечки;

• Добавяне на знак за север на всяка карта;

• Обобщени характеристики за целия маршрут;

63 | С т р   

• Надписи.

жното картно съдържание, за

сме

съставяне и

.

Това оформление значително усилва ва

тка на не толкова важната информация и намалява претрупаността на

картата.

Резултати от 5 част:

• Описани са етапите, алгоритмите и оценяващите функции за разполагане на

надписите и допълнителното съдържание, както е в 4 част за

генерализация на маршрута

64 | С т р   

. КЛАСИФИКАЦИЯ НА НАВИГАЦИОННИТЕ КАРТИ,

-общо според вида на средството за предвижване – мореплаване и

ъздухоплаване, по-късно, в началото на XX век и за автoмобилизма. Тук не се

те навигационни карти използвани при професионалната

т съвременните географски бази данни за

съставяне и оформяне на маршрути, както и огромното разнообразие от

навигационни карти, които биха могли да се изработят за различен вид

потребители.

6.1. Класификация

За разработването на съдържание и знакови системи на навигационните

карти е необходимо преди всичко да се даде класификация според техния вид,

начин на ползване, потребители. Предлага се класификацията, видът на

навигационните карти да зависи преди всичко от три основни компонента: (1)

средството за придвижване, (2) географската среда и (3) предназначението,

мотивацията, причината поради, която навигаторът използва картата.

(1) Средството за придвижване е в пряка връзка със скоростта на

движение, а от там - и възможността на потребителя да възприеме знаковата

сиситема и информацията, необходима за следване на маршрута..

(2) Географската среда, като сбор от топографски елементи и големина,

дължина на маршрута, също би имало голямо отражение върху съдържанието и

знаковата система на една маршрутна карта. Топографските елементи в едно

населено място силно се различават от тези в планината или междуградския

ландшафт. Ако за едно населено място когнитивната представа се състои

предимно като линейни обекти - улици, по които хората се движат; площни

обекти - квартали, които се отличават едни спрямо друг и точки – места за

среща. То в планината елементите на релефа, хидрографията и растителната

покривка са определящи при оринтирането в даден маршрут. Съвсем различно

ЧАСТ 6

СЪДЪРЖАНИЕ И ЗНАКОВА СИСТЕМА

Класификацията на навигационните карти досега в исторически план е

била най

в

разглеждат класически

навигация (лоцманство, щурманство) с ясни и добре изучени съдържание и

знакови системи. Една от целите на тази работа е да се изследват

възможностите, които предлага

65 | С т р   

и мо

и т.н.

т

таблица 6.1. дава предложение за класификация на

карти спрямо по-горе изложените компоненти.

б гло да е при маршрутните карти в обществените сгради – стълбищни

клетки, асансьорни клетки, фойаета, кафенета

(3) Предназначението на картата също би могло да окаже влияние, както

на съдържанието, така и на знаковата система. Например, при едни и същи

компоненти – пешеходство и градска среда, мотивацията на ползвателя

(опознавателен туризъм или просто движение от един адрес до друг) силно може

да промени елементите на допълнителното съдържание, знаковите ориентири,

дори и самият маршрут. При разработката на турис ически маршрут от

първостепенно значение стават местата, през които трябва да се премине,

маршрутът става опознавателен, а не оптимален. Знаковите ориентири и тяхното

изобразяване, стават други.

Следната

навигационни

Предназначение Средство за придвижване

Географска среда пешеходство велосипед автомобил

Градска Туристическа

Маршрутна

Ма шрутна

Спортна

Маршрутнар

Планина Туристическа

Спортна (ориентиране)

Туристическа

Спортна

Маршрутна

Междуселищна няма Туристическа Маршрутна

Спортна

Сграда/парк Туристическа

Аварийна

няма няма

Таблица 6.1. Класификация на навигационните карти.

6.2. Съдържание.

Поради голямото разнообразие на предложениете видове навигационни

карти, таблица 6.1. (14 броя), в тази точка ще се спре на един вид, ще е даде

предложение за съдържание само на един вид, с по-голямо приложение,

популярност и възможност за разпространение, а именно – карта на велосипеден

маршрут, още повече, че в България придобива особена популярност

велосипедното движение и са разработени десетки, стотици такива маршрути.

с

66 | С т р   

туризъм.

спецификата на картата.

Тази дисертационна работа има за задача да внесе една нова представа,

визия за маршрутна карта за велосипеден планински

Както бе изложено в предишните глави, тук не може да става дума за

класическа карта с ясно определена математическа основа, общо географско и

тематично съдържание. Тезата, която се защитава, е че за нуждите на

маршрутните изображения, има единствено значение, точно определен набор от

елементи на картографското съдържание, които в най-общи случай, могата да се

определят в следните групи: маршрут, места за смяна на посоката, допълнително

разположени ориентири и надписи. Ето защо, придържайки се към тази схема,

ще се предложи таблица с елементи на картното съдържание, различна от

изучваното в България [39], поради

Елемен от

съдържанието

Класификация Характеристика Метод на

изображение и

графично средство

ти

Ма Асф Лршрут Вид настилка алт инеен знак

Черен път Линеен знак

Горска пътека Линеен знак

Вид наклон - +,- Изкачване Линеен знак

Спускане Линеен знак

Големина на наклона Лесно (до 8 %) Линеен знак

Средно (до 15 %) Линеен знак

Трудно (до 20 %) Линеен знак

Мяс

посоката

бен знак то за смяна на няма Немаща

Ориентири Начало и край Немащабен знак

Пресечени линейни

елемент

и

Вид настилка асфалт Линеен знак

черен път Линеен знак

горска пътека Линеен знак

рек Линеен знак а

Околни знакови

ориентири с локален х-р

хиж Немащабен знак а

заслон Немащабен знак

чешма Немащабен знак

67 | С т р   

параклис Немащабен знак

църква Немащабен знак

манастир Нема знак щабен

крепост Немащабен знак

античен некропол Немащабен знак

хотел Немащабен знак

долмен Немащабен знак

информационен

център

Немащабен знак

магазин Немащабен знак

гостилница Немащабен знак

панорамно място Немащабен знак

крепост Немащабен знак

ареал

Площни ориентири Квартали в населени

образувания

места или селищни

ареал

водни площи

гора Растителна покривка иглолистна ареал

тна гора широколис ареал

лозя ареал

ниви ареал

ливади ареал

овощна градина ареал

други ареал

Допълнително

Знак за север Немащабен знак

съдържание

Обобщаваща

за

ост

информация целият

шрут мар

Продължителн Немащабен знак

Наличие и вид на Немащабен знак

маркировка

Обща дължина ак Немащабен зн

% на вид настилка ак Немащабен зн

Общо изкачване и

ак

спускане

Немащабен зн

Общо ниво на Немащабен знак

68 | С т р   

трудност

Надписи раж Километ

отсечка Дължина на

аселено място Име на н

ени

и посоки към

места

Надписи на пресеч

пътища

населени

Име на река

Таблица 6.3. Пр ние за елементи на съдържа шрутна

карта за планински ве

6.3. Знакова система.

За да се проектира подходяша знакова система, която да удовлетворява

всички изисквания и принципи, заложени в предишните глави трябва, да се

направи анализ на тяхната структура, свойства, значение и ранг, който заемат.

изп постиженията в областа на семитоиката

[41] и картосемиотика

.3.1. Структура на к ак

В картографската литература много лежда структурата на

нака. И когато това става, знакът се ра да като ед цяло, без да се

осочват неговите съставни части [42 43 44 45 46]. Tова с и на огромното

азнообразие на картографските знаци. В едл одел за строежа

картографските знаци, който ще бъде и ментацията при

е на знаците за маршрутна велосипедна карта.

ела основ згран чението на „гра , описан

рафския знак”, функциониращ в полето на картата.

Под картографски ще зрително възприеман знак

(или група от графичн , благодарение на придаденото му значение

конкретното си местоположение в полето на карта бността

разява определен .

Под графичен е разбираме завършено графично изображение,

ъставено от графични линии точки, фонове, л .), което

едложе нието на мар

лотуризъм

Затова тук, ще се олзва предимно

та [38].

6 артографския зн .

рядко се разг

з зглеж инно

п е дълж

р асилев [38] пр ага м

на основата аргу

проектиран

В мод

в легендата от „картог

ополагащо е ра и фичния знак”

знак разбираме

и знаци), който

графичен

и та има спосо

изоб обект от реалността

знак щ

с примитиви ( , итерали и т.н

69 | С т р   

обозначава обобщени, тни понятия (гора, шосе, извор). Графичният знак

ено се описва та и е съставна част от наковата система на

, но той не изоб обекти. Това е първото основно

азличие на предлаган и с установил а се практика всеки

знак, пояснен в легенд артографски знак. Картографският знак

изобразява конкретен а, благодарение на местоположението

си в полето на картата. Той се състои от графични знаци, които дефинират както

външн

нак придобива при функционирането си на

картат . Това е важно при решаването на конкртната картогафска задача за

ута където е доказано по-горе степента на важност на

изсветляване на пресечка по маршрута вняся

опълнителен пети смисъл на ориентир, т.е. пети графичен знак. Така, отделните

в един картографски знак с

абстрак

обикнов в легенда з

картата разява конкретни

р ата теория на Вас

ата да се счита за к

обект от реалностт

лев ат

ия му вид, така и част от неговото значение. Останалата част от

значението си картографският з

а

изобразяване на маршр

информацията необходима за следване на маршрута. Тук линейният знак за

маршрута трябва да носи информация, освен за самият маршрут, то и за

неговите качествени характериситики, твърде важни за един велосепедист като

вид на настилката, вид на наклона (изкачване-спускане), степен на трудност.

Нещо повече, предлаганото

д

графични знаци показани на фигура 6.1. се съчетават

голяма стойност.

Фигура 6.1. Съчетание на 5 отделни графични знаци в 1 общ картографски знак

ка на

трукт

• картограф

мета-знак,

Василев [40] освен, че описва структура на знака, търси и връз

с урата с неговото значение. Разглежда се картографският знак като

съставен от четири нива:

• графичен примитив

• графичен знак

ски знак

•

70 | С т р   

където всяко едно от четирите нива може да бъде носител на част от

значението на знака.

6.3.2. Значение на графичните примитиви

Най-малкият конструктивен елемент на знака е носител на два вида

променливи, които определят неговата способност да придава значение на

картографския знак. Първо, графичните примитиви са носители на шестте

визуални променливи на Bertin: форма, цвят, светлота, ориентация, големина,

текстура. Те могат да имат символичен смисъл, придобит от традиционната им

употреба. Освен смисъл, визуалните променливи могат да имат определена

стойност, например, чрез различната си големина. Тази стойност е относителна и

се проявява само когато те станат част от картографски знак. Всичко това може

да се види на фигура 6.2.

зка между структурата на знака и неговото значение Фиг. 6.2. Връ

71 | С т р   

ните примитиви са носители на пространствените

роменливи, чрез които се дава подобието във формата на знака с обекта. При

които се дефинира формата на

бекта

вид на обекта: река, път, дърво и т.н. В определени

случаи знакът е общ и може да изобразява множество еднотипни обекти на

картата. Примери за това са немащабните знаци. В други случай той описва

геометрията на обекта като маршрута или да придаде допълнителни означения

като вид на настилката или степен на трудност. Тогава графичният знак е

индивидуален и може да изобрази на картата само един обект. Но тази му

способност не е реализирана, преди да стане част от картографския знак като

обедини група от графични знаци, фигура 6.2.

6.3.4. Значение на картографските знаци

Картографските знаци наследяват значенията на графичните знаци и

примитиви, които ги съставят. Но в допълнение те имат свое собствено

значение, което произтича от обозначаването на конкретен обект върху картата.

Това значение може да се разгледа като колективно и индивидуално.

Колективното значение е показано на фигура 6.2. Смисълът на картографският

знак се състои в това, че обозначава конкретен обект, велосипеден маршрут и

стойността му произтича от съвкупността на графичните знаци, които в примера

показват, че дадена пътна отсечка от черен път е много стъмна и намаляват

неговата стойност. Индивидуалните характеристики на пътната отсечка от

аршр а с дължината,

графичен знак настилка, графичен знак за степен на наклон, графичен знак за

Второ, графич

п

работа в цифров вид това са координатите, чрез

о , а при хартиените карти - геометричните извивки на контурите. Чрез

пространствените променливи графичните примитиви носят индивидуални

характеристики на обектите от реалността.

6.3.3. Значение на графичните знаци

Графичният знак е завършен визуален обект, на който се придава едно

значение в легендата на картата. Именно затова той има свойството да

представлява свойство или характеристика на географски обект. Графичният

знак обозначава понятие или

м ута се определят от надписа с името на пътя, надпис

72 | С т р   

ид наклон и като допълнение друг картогафски знак, пресечка на мрарута,

ойто

допълнителен параметър – ранг на

нака, който дава оценка на неговата значимост, място в общото изображение на

на анкетно проучване сред потребители

рило

м

в

к също е сбор на графични знаци .

6.3.5. Табло на условните знаци.

Въз основа и изложениете принципи за структурата на знака от

картосемиотиката е разработена знакова система за велосипеден маршрут

показана на фигура 6.3. Тук се предлага

з

маршрута. Рангът е определен на базата

(п жение 3) и изложените хипотези в предните части, относно когнитивното

изграждане на маршрута и значимостта на отделните му еле енти.

73 | С т р   

Фигура. 6.3. Табло с условните знаци за велосипедна маршрутна карто-схема.

74 | С т р   

75 | С т р   

Реултати от 6 част:

• Предложена е класификация на навигационните карти според географската

среда, мотивацията и средството за предвижване;

• Разработена е знакова система с оценка на знаците по тяхната стойност, за

един вид - маршрутна карто-схема за велосипеден туризъм в извън

населено място.

76 | С т р   

АСТ 7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

шрутна карто-схема, да е

дход с няколко основни стъпки. Първо се идентифицират

когнитивните принципи на проектиране, които се използват при съставянето на

ръчно изработениете схеми за указване на даден маршрут, после се дават

алгоритмични и картографски решения за прилагането на тези принципи.

Предлага се класификация на навигационните карти според три критерия -

средството за придвижване, географската среда и предназначението

(мотивацията, причината), поради която навигаторът използва картата.

Разработена е знакова система за елементите от съдържанието на карта,

предназначена за велосипеден туризъм.

За дефинирането на принципите и инструметите, чрез които се изчертват

ръчните карти, приемани като най-близки до съзнанието на човека, са

разгледани голям брой ръчно изработени примери за различни типове маршрути,

както и предишни изследвания на когнитивната психология. Направен е анализ

на шест различни типа навигационни карти за маршрути, като е определена

отправната точка (карта), от която се тръгва в тази работа – компютърно

автоматизирано генерирана карта в градска среда, с характеристики и образ

силно доближаващи се до ескизна карта. Въз основа на направения анализ на

ескизните карти са обособени четири основни типа генерализация - (1)

деформация на дължините на пътните отсечки, (2) промяна на ъглите в точките

на смяна на посоката, (3) опростяване на формите на пътните отсечки, (4)

редуциране на географската информация. Тези генерализационни техники могат

да увеличат комфорта, удобството при използването на навигационна карта, но

могат и да доведат до случаи на грешки и да въведат ползвателя в заблуда; дори

е възможно да се стигне до драстична промяна в топологията и цялата геометрия

на маршрута. Затова са дефинирани четири типа грешки, причинени от

прекомерна генерализация – (1) фалшиво пресичане, (2) премахване на

Ч

С дисертационната работа е показано как може да се проектират

навигационни карти, така че крайниният резултат – мар

толкова ефективен, колкото и ескизните схеми, получени от когнитивна

представа.

Използван е по

77 | С т р   

а на завиване и (4) некоректно представяне на цялата

форма маршрута.

описание на даден маршрут, така и ръчно изчертаната скица за

същия

к о

с в т

елефни възвишения, улични пресечки,

реки,

м а

а о

пресичане, (3) грешна посок

на

От анализа са идентифицирани три основни принципа на когнитивното

проектиране, прилагани при ръчно изработениете карти – (1) хората

интерпретират даден маршрут, като поредица от пътища и завивания. Както

словесното

, представляват серия завивания от един път към друг. Акцентът е

поставен върху комуникацията на информация относно влизане и излизане по

пътни отсечки и представата за ляво и дясно между тях. Имената на пътищата

свързват картата с физическия свят и посо ата на завиване пределя по кой път

да поемем. Информацията за мястото на смяна на посоката е от съществено

значение за лед ане на даден маршрут; (2) отделните опографски елементи са

част от съдържанието на навигационна карта и се използват за коригиране на

грешки. Допълнителната географска информация помага на навигацията.

Отделни топографски елементи като р

чешми, емблематични здания, обществени и търговски сгради по

продължение на аршрута осигуряват непрекъснат проверка и подтвърждение

на навигатора, дали се движи по правилния маршрут. По същия начин,

надписаните дължини на пътните сегменти помагат на ползвателя да оцени

напредъка си по маршрута. Географски обекти с голями площи, като населени

места, водни басейни, отделни масиви за растителност и т.н., също помагат на

навигатора да се ориентира дали е на „прав път” според заобикалящата го

географска среда. Въпреки това, тези географски елементи не са от съществено

значение за следване на маршрут . На ръчно израб тениете карти те се слагат

само когато не пречат на информацията за местата на смяна на посоката; (3)

хората ментално изкривяват геометрията. Докато на картата са отбелязани

местата на завиване, имената на пътищата и посоката на завиване, то

навигаторите нямат нужда да знаят точно дължина на пътните отсечки, ъгъла

между тях или формата на пътя за да следят картата. В ръчно изработениете

карти се подчертават местата на завиване посредством силно изкривяване на

геометричните характеристики на маршрута. Когнитивната философия показва,

че менталната представя на хората за маршрута също съдържа генерализиращи

78 | С т р   

точния ъгъл на пресичане.

стъпките е

з а

изкривявания. Физическото пресичане на пътищата дефинира завоя и не е нужно

да се отбелязва на картата

Предложена е блок-диаграма на картографския процес при изработка на

маршрутна карта, която описва на проектиран и последователността

на технологичния процес.

В процеса на генерализация на маршрута са дефинирани алоритмични

проверки за предотвратяване на грешки - фалшиви кръстовища, липсващи

кръстовища и неверни посоки на завиване.

В алгоритъма за оформяне изображението на маршрута са предложени

оценяващи функции разглеждащи четири основни аспекта на графиката - (1)

Дължина: осигурява всички пътни отсечки да се виждат и да се запази

подредбата им по дължина; (2) Ориентация: запазва оригиналните ориентации

на пътните отсечки; (3) пресичанията: осигурява липсата на топологични

неточности; (4) Обща форма: запазва оригиналната форма и ориентация на целия

маршрут.

В процеса на изопачаване на маршрута и отклонение на изображението от

геометрична му правдоподобност, от термина «карта» се преминава към термина

«маршрутна карто-схема», като картографски образ без дефинирана

математическа основа.

Описани са етапите, алгоритмите и оценяващите функции и за

разполагане на надписите и допълнителното съдържание.

Предложена е класификация на навигационните карти според

географската среда, мотивацията и средството за предвижване. Поради голямото

разнообразие е разработена знакова система с оценка на знаците по тяхната

стойност, само за един вид маршрутна карта – велосипеден туризъм в извън

населено място.

Предложените алгоритми а изобразяване н основното съдържание на

навигационната карта са изцяло подчинени на трите приципа на когнитивното

проектиране, формулирани по-горе, и осигуряват много добра генерализиация на

геометрията и съдържанието, което от своя страна прави навигационната карта

много по-лесно читаема и ефективна в сравнение с обикновените навигационни

карти.

79 | С т р   

Научн

тяхната полезност за ползвателите при следване на

даден

навигационните карти според три

критерия

азработени са нови генерализационни техники за изопачаване на

образа

г и а

стъпки на проектиране и алгоритми за прилагане на

картог а с

е а з

ден маршут с голяма информационна стойност, конструиран от

пет гр

Приноси

и приноси

1. Направена е класификация на различните видове информация в

навигационните карти по

маршрут. Тази класификация е базирана на изследвания в областта на

когнитивната философия.

2. Направена е класификация на

- средството за придвижване, географската среда и предназначението.

Доказва се, че значително се променя както съдържанието, така и знаковата

система.

3. Дефиниране на термин „маршрутна карто-схема”

Научно-приложни приноси:

1. Р

и ценз за редукция на картното съдържание, проектирани за подобряване

ефективността на навигационните карти.

2. Приложени са карто рафск методи в съставянето на н вигационни

карти, като са описани

рафските генерализации. Това създав широко поле от възможно ти за

проектиране на различни по вид навигационни карти.

3. Дефинирано съдържание н навигационна карта а велосипеден

туризъм с групиране и класификация на елементите от съдържанието.

4. Разработена е знакова система на навигационна карта за велосипеден

туризъм с оценка за стойността на всеки знак. Предлага се нов картографски

знак за велосипе

афични знака, използвайки постиженията в картосемиотиката.

Направени са анкетни тестове сред потребители за значимост (ранг) на

всеки елемент от съдържанието на картата, включително и допитване за избор

на карта на един и същи велосипеден маршрут.

80 | С т р   

ъдещо развитие

и приносите на дисертационната работа, дават достатъчно

перспе

шрут. Интересни разработки биха се получили при

напъл

ата на карти за аварийни маршрути, включително в сграда, където

изискв ата яснота са особено

ажни. Гледайки аварийните схеми за „изход” в публичните сгради ще видим, че

изирани, без единна знакова система, липсва

систем

нията на големи музеи или природни

парков

реме – 30 минути, 1 час, 3

часа и

Б

Резултатите

ктиви и основа за създаване на навигационни карти с определен маршрут,

за различни приложения. Таблица 6.1. ясно показва полето за бъдещото развите.

Тук беше разработено картно съдържание и знакова система само за един вид -

карта на велосипеден мар

но различните задачи в различна среда – маршрутни карти в сграда и

градска среда.

Темата за управление на риска при бедствия и аварии включва

разработк

анията за бързина на възприемане на образа и негов

в

са търде различни и импров

атичност при изработката им, понякога са изпълнени с излишни

подробности.

Все по-популярни стават предложе

е за бързи туристически маршрути по определна тема, за кратко време.

Френския Лувър предлага директен маршрут за „Мона Лиза” за 40 минути или

Египетска циливизация за 1 час. В природния парк Плитвичките езера в

Хърватска, също се предлагат различни маршрути за в

6 часа. Тук предложените картографски методи, могат да помогнат за

проектиране на маршрутните карти.

81 | С т р   

ЕРАТУРА

ayfinding Behavior Cognitive Mapping and Other Spatial

es. 1789. C. Tiebout, Sculpt. Rumsey Collection

, Germany. Freska and D. M. Mark, editors, стр.

1-64,1999.

[12] Johannes Kopf, Maneesh Agrawala, David Bargeron, David Salesin, Michael Cohen.

Automatic Generation of Destination Maps, SIGGRAPH Asia 2010

[13] Barbara Tversky. Cognitive maps, cognitive collages and spatial mental models. COSIT

93

[14] Barbara P. Buttenfield and Robert B. McMaster, editors. Map Generalization: Making

rules for knowledge representation. Longman Scientific&Technical. 1991.

[15] Mark Monmonier. How to Lie With Maps. The University of Chicago. Press Chicago

and London, 1991.

ЦИТИРАНА ЛИТ

[1] Peter Barber and Tom Harper. Magnificent Maps Power, Propaganda and Art. The British

Library, 2010.

[2] A. Kimerling, A. Buckley, P. Muehrcke, J. Muehrcke. Maps Work. ESRI Press. Sixth

Edition;

[3] Michel Denis, Francesca Pazzaglia, Cesare Cornoldi, and Laura Bertolo. Spatial discourse

and navigation: An analysis of route directions in the city of Venice. Applied Cognitive

Psychology, 13:145-174, 1999;

[4] Reginald G. Golledge. W

Processes. Johns Hopkins University Press, 1999.

[5] Michael P. Peterson, editor. Maps and the Internet. Peter Mooney & Adam C. Winstanley.

Chapter 17, pages 293. 2003 Elsevier Science.

[6] http://en.wikipedia.org/wiki/John_Ogilby#

List_of_100_plates_in_Ogilby.27s_1675_Britannia_Atlas, достъп 2011, Август

[7] Colles, Christopher. A Survey of the Roads of the United States of America by

Christopher Coll

[8] Kevin Lynch. The Image of the City. Cambridge, Massachusetts: The MIT Press, 1960.

[9] Eric Chown, Stephen Kaplan, David Kortenkamp. Prototypes, Location, and Associative

Networks (PLAN) toward a unified theory of cognitive mapping. Cognitive science 19, 1-51

p., 1995

[10] Martin Dodge, Rob Kitchin and Chris Perkins. The map reader: theories of mapping

practice and cartographic representation. John Wiley & Sons Ltd. 2011

[11] Barbara Tversky and Paul Lee. Pictorial and verbal tools for conveying routes.

International Conference COSIT’99, Stade

5

82 | С т р   

and CHRISTOPHER B. JONES. Characterisation and

eneralisation of cartographic lines using Delaunay triangulation. Int. j. geographical

Shi and ChuiKwan Cheung. Performance Evaluation of Line Simplification

06. The British Cartographic Society, 2006

toDesk Inc.

ge Computing Group (GCI), Department of

graphic Knowledge Among

c.

ation of geographic shape by discrete curve evolution. In C. Freksa, W. Brauer, C.

ringer.

r R. Raidl. A Genetic Algorithm for Labeling Point Features. Institute of

For Point Feature Label

Joe Marks and Stuart Shieber. The computational complexity of cartographic label

5.

[16] P. M. VAN DER POORTEN

g

information science, 2002, vol. 16, no. 8, 773–794, Teylor & Francis.

[17] Wenzhong

Algorithms for Vector Generalization. The Cartographic Journal Vol. 43 No. 1 pp. 27–44

March 20

[18] Penev Petar. Cartographic representation using a rational cubic spline with tension,

Годишник на УАСГ, св.III, допълнително издание 1998.

[19]

http://en.wikipedia.org/wiki/Ramer%E2%80%93Douglas%E2%80%93Peucker_algorithm

[20] User’s Guide of Auto Cad MAP 3D 2010, Au

[21] WU, SHIN - TING AND MERCEDES ROC´IO GONZALES M´ARQUEZ . A non-self-

intersection Douglas-Peucker Algorithm. Ima

Industrial Automation and Computer Engineering (DCA), School of Electrical and Computer

Engineering (FEEC), State University of Campinas (Unicamp)

[22] James M. Dabbs, Jr., E-Lee Chang, Rebecca A. Strong,

and Rhonda Milun. Spatial Ability, Navigation Strategy,and Geo

Men and Women, Evolution and Human Behavior 19: 89–98 (1998), Elsevier Science In

1998

[23] Barkowsky, T., Latecki, L. J., & Richter, K.-F. (2000). Schematizing maps:

Simplific

Habel, & K. F. Wender (Eds.), Spatial Cognition II - Integrating abstract theories, empirical

studies, formal models, and practical applications (pp. 41-53). Berlin: Sp

[24] Maneesh Agrawala. Visualizing route maps. Dissertation. Department of computer

science, Stanford University CA, 2002

[25] Gunthe

Computer Graphics. Vienna University of Technology.

[26] Steven Zoraster. Practical Results Using Simulated Annealing

Placement, Cartography and GIS, 1997

[27]

placement. Technical Report ITR-05-91, Center for Research in Computing Techniology,

Harvard University, March 1991.

[28] Eduard Imhof. Positioning names on maps. The American Cartographer, Vol.2, No.2

pages, 128-144, 197

83 | С т р   

s and Visualization Schemes. (System

homas M. J. Fruchterman and Edward M. Reingold. Graph drawing by force-directed

ing Algorithms. Stephen G.

Using Simulated

www.datavis.ca/milestones/.

ртоведение. Издателство МГУ, 1990 г

raft/notes/cartocom/cartocom_f.html

g Maps. Longman, 1982.

ео”. Туристическа карта „ТрансРодопи – маршрути за

[29] Greg J. Badros and Alan Borning. The cassowary linear arithmetic cosntraint solving

algorithm: Interface and implementation. Technical

Report UW-98-06-04, University of Washington, 1998.

[30] Louise Weitzman and Kent Wittenburg. Automatic presentation of multimedia

documents using relational grammars. Paper

[31] Simultaneous Graph Drawing: Layout Algorithm

Demo). C. Erten, S. G. Kobourov, V. Le, and A. Navabi. Department of Computer Science.

University of Arizona

[32] T

placement. Department of Computer Science. University of Illinois at Urbana-Champaign

[33] Spring Embedders and Force Directed Graph Draw

Kobourov. University of Arizona. January 17, 2012

[34] Michael Gleicher and Andrew Witkin. Drawing with constraints. School of Computer

Science. Carnegie Mellon University. Pittsburgh. 1993 November

[35] Ron Davidson and David Harel. Drawing Graphics Nicely

Annealing. The Weizmann Institute of Scince. 1996

[37] Michael Friendly and Daniel Denis. Lilestones in the History of Thematic Cartography,

Statistical Graphics, and Data Visualization. 2001. Web document,

http://

[38] Василев, Ст., Картосемиотика, автореферат на дисертационен труд, София, 2007

[39] Пенев, Петър Т., Картография, София, 2013

[40] ] Василев, Ст, Значение на картографските знаци. ГОДИШНИК НА УАСГ –

СОФИЯ. XL том, 2002-2003

[41] Уилбър, Кен 1996. Кратка история на всичко. Изд. ‘Лик’, София, 2000.

[42] Салищев, Константин А. 1990. Ка

[43] Foote, Kenneth E. и Crum, Shannon 1995. Cartographic Communication. University of

Texas at Austin. http://www.colorado.edu/geography/gc

[44] Hojovec, Vladislav и колектив 1987. Kartografie. Изд. ‘Mapová přiloha’, Praha 1987 г.

[45] Keates, John. S. 1982. Understandin

[46] Васмут, А. С. 1983. Моделирование в картографии с применением ЭВМ. Изд.

‘Недра’, Москва, 1983 г.

[47] Картографско студио „ДавГ

вело и пешеходен туризъм”. Фондация „Ново тракийско злато”. 2013

84 | С т р   

атизирано картографиране на

mov. H., Mapping of AUTOMATED LINEAR DYNAMIC DATA

nce on Cartography and GIS, 2008;

ЛСКИ ПРОЕКТИ СВЪРЗАНИ С

ЪМ ЦНИП – УАСГ, 2004-2005 година;

ПУБЛИКАЦИИ СВЪРЗАНИ С ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД

[1] Найденов Н.С. «Технология за автом

пътнотранспортните произшествия» - Доклад на международен симпозиум. ФНТС –

СГЗБ. 2003;

[2] Найденов Н.С., Томов Хр., ГИС за управлениеи картографиране на линейни

инфраструктурни мрежи, First International Conference on Cartography and GIS, 2004;

[3] Naydenov N.S., To

segmentation of the road network, Second International Conference on Cartography and GIS,

2006;

[4] Naydenov N.S., Gillis D., Tools for efficient and sustainable road network management

through GIS technology, Third International Confere

[5] Naydenov N.S., Navigation cartography for bicycling tourism, 5th International

Conference on Cartography and GIS. 2014.

 

УЧАСТИЕ В НАУЧНО - ИЗСЛЕДОВАТЕ

ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД ТЕМА: “ГИС за УПРАВЛЕНИЕ И КАРТОГРАФИРАНЕ НА ЛИНЕЙНИ

ИНФРАСТРУКТУРНИ МРЕЖИ” К

Детайлно описание на маршрута 

85 | С т р   

0  км  ‐  начало  на  маршрута  ‐  Туристически  информационен нтър  в  Ивайловград,  разположен  в  Мутафчиевата  къща. 

ет ви ни

до  автогарата.  Продължете  надясно. . 

на кв. Лъджа. Може да намерите магазини и 

0  км  ‐  маршрутът  продължава  наляво  по  главния  асфалтов ът. Ако продължите надясно и надолу, стигате до центъра на 

село Свирачи (0.5 км), където има чешма, магазини и кръчма. 

е направо. 

" ". ре

14.8 км ‐ в село Одринци завийте надясно, следвайки асфалта. Веднага след това ‐ наляво за излизане от селото.  

14.9 км ‐ след 100м завийте на ляво. 

18.6  км  ‐  асфалтовият  път  свършва  при  църквата  на  село  Сив Кладенец.  Маршрутът  продължава  надясно  по  открояващ  се почвен път между къщите. 

18.9 км ‐ след трафопост в края на селото започва изкачване по черен път към билото между Бяла река и Луда река. 

20.8 км ‐ маршрутът продължава нагоре и наляво. 

21.3  км  ‐  пренебрегвате  разклона  надясно  и  надолу  и продължавате направо. 

22.1  км  –  местност  "Св.  Илия".  Достигате  до  открит  и  голям четириклонен разклон. Завивате надясно и започвате спускане. 

23.0 км ‐ достигате лозята на село Мандрица и се отклонявате вляво по пътя между вилите. 

23.3 км ‐ вече сте в село Мандрица. На четириклонен разклон завивате наляво и надолу. 

23.4 км ‐ достигате разклон. Завийте надясно. 

23.5  км  ‐  завийте  наляво  след  оградата  към  кметството  на  с. Мандрица. 

23.6  км  ‐  след  кметството  маршрутът  продължава  надясно. Вляво се намира центърът на селото, където може да намерите чешма, магазин и кръчма. 

24.0 км ‐ напускате село Мандрица. След моста над Бяла рекащ достигате  до  разклон.  Продължете  наляво  към  село  Долно Луково и следвайте асфалтовия път. 

30.0 км ‐ достигате до разклон, където продължавате надясно. Вляво,  след  моста,  е  с.  Долно  Луково  (0.4  км).  Там  може  да 

 и  Л е 

 

32.6  км  ‐  вляво  от  пътя  има  поляна.  От  нея  слиза  пътека  за приятен плаж на Бяла река. 

и 

та  след 

, 

. Наляво пътят води до ЗМ "Меандрите на Бяла река" (0.4 км). 

н 

ане. 

ото  село 

 продължавате направо. 

42.7 км ‐ достигате асфалтовия път в село Кондово. Надясно по пътя  се  достига  до  центъра  на  селото,  където  има  чешма  и кръчма с магазин. Продължете наляво!. 

е , 

встрани от пътя, има чешма. 

45.5  км  ‐  достигате  центъра  на  село Пелевун  където може  да агаз а площада завийте  о 

48.6  км  ‐  отклонете  се  вдясно,  напуснете  асфалтовия  и продължете по черния път. Тракийския долмен отстои на 400 м след отклонението, ако продължите направо по асфалта. 

51.7  км  ‐  достигате  до  разклон.  Продължете  наляво.  Десният път е за село Пелевун. 

53.0  км  ‐  пренебрегвате  пътя  отиващ  наляво  и  нагоре  и продължавате направо (има табела за крепост"Лютица"). 

53.7 км ‐ достигате разклон, където продължавате наляво. 

54.8 км ‐ достигате до заслон, наречен ловна хижа "Калето", в подножието на Крепоспа. Оттук има пътечка до нея. Край пътя се виждат руини от къщите на вече изчезналото село Рогозино. 

56.3  км  ‐  пренебрегвате  пътя,  който  се  спуска  надясно  и продължавате направо. Започва кратко, но стръмно спускане. 

57.1  км  ‐  след  спускането  достигате  Т‐образен  разклон. Поемете наляво. 

57.8  км  ‐  след  пресичане  на  реката  продължете  надясно, следвайки основния път. 

58.7  км  ‐ достигате до разклона за средновековния Атеренски мост.  Той  отстои  на  0.3  км  надясно/  надолу).  Маршрутът продължава направо.  

58.9  км  ‐  път  се  отклонява  надясно  и  надолу.  Продължете наляво / нагоре. 

60.0 км ‐ достигате до манастира "Св. Св. Константин и Елена" където  има  чешма.  След  манастира  продължете  надясно  до достигане на кв.Лъджа. 

  

0.цеНасоч е се надолу по па раната улица към Детско заведе е Ивайловград. 

0.2  км  ‐  при  него  завийте  наляво/  надолу.  0.3  км  ‐  при  тото пункта завийте наляво и се спуснете до автогарата. 

0.4  км  ‐  достигате Следвайте улицата

намерите чешма, магазин  кръчма. 2 км след Долно уково и Горно Луково. 

30.6  км  ‐  вдясно  от  пътя  има  чешма  и  параклис  "Св.  Георги".Следвайте асфалтовия път. 

0.8  км  ‐  след  моста  продължете  наляво  в  посока  село Мандрица. 

1.0  км  ‐  следвайте  главния  път,  който  продължава  надясно  и 

34.4  км  ‐  центърът  на  село  Меден  бук.  Там  има  магазин кръчма. 

34.5  км  ‐  маршрутът  продължава  направо  по  асфалнагоре. 

2.0 км ‐ на разклона продължете направо. 

2.5  км  ‐ достигате първите къщи на кв. Лъджа. Вдясно от пътя има чешма. 

2.7  км  ‐ центъра 

автобусната спирка. 

34.8  км  ‐  асфалтът  свършва.  Поемете  надясно  и  надолуследвайки оградата. 

35.2 км ‐ достигате до разклон, където продължавате надясно

кафене. 

3.0  км  ‐  разклона  за  крепост"Лютица"и  манастира"Св.  Св. Константин и Елена" Продължете направо по главния път. 

3.7 км ‐ вдясно от пътя има чешма. 

35.5  км  ‐  достигате  до  тютюневи  ниви,  където  има  Т‐образеразклон. Поемете наляво. 

35.6 км ‐ продължете надясно/ нагоре. Започва изкачв

37.5  км  ‐  изкачването  свършва  при  обезлюден

4.8 км ‐ достигате разклона за античната вила "Армира" (0.5 км от  разклона  надясно).  Продължете  направо.  6.4  км  ‐  вдясно, близо до пътя, сред поляната, има чешма. 

Малиново. Следвайте главния почвен път. 

38.7  KM  ‐  м.  Старите  лозя  ‐  пренебрегвате  отбивката  вляво  и

7.п

7.4  км  ‐  встрани  от  пътя  се  вижда  античният  некропол "Голямата могила" (0.2 км). Продължете по асфалта направо. 

9.2 км ‐ на разклона за село Белополяне продължет

42.8  км  ‐  достигате  разклона  за  село  Железари,  където  сотправяте  надясно  в  посока  с.  Пелевун.  Малко  след  това

12.5 км ‐ достигате до ЗМ  Ликана  От тук започва пътека п з местността. Има чешма. 

13.9  км  ‐  достигате  до  разклона  за  селата  Сив  Кладенец  и Одринци. Завийте наляво към тях. 

намерите  чешма,  кръчма  и  м ин.  Маршрутът  продължавналяво / нагоре. Веднага след  отново наляви нагоре за излизане от селото. 

86 | С т р