Μοντέλο χάρτη με πλέγμα

Οι θεματικοί χάρτες περιορίζονται συχνά στη χωρική κατανομή κάποιου συγκεκριμένου χαρακτηριστικού, όπως η θερμοκρασία ή η πυκνότητα του πληθυσμού. Οι χωροπληθογραφικοί χάρτες είναι ειδικοί θεματικοί χάρτες που έχουν πολλές ομοιότητες με τις ψηφιακές εικόνες.  
 
Οι χωρολογικές μέθοδοι χαρτογράφησης χρησιμοποιούνται στις μέρες μας στην ψηφιακή επεξεργασία των εικόνων. Ένα απλό παράδειγμα χαρτογράφησης σε έναν οικισμό θα μας βοηθήσει να καταλάβουμε τη μέθοδο. Η πυκνότητα της αποικίας μπορεί να χαρτογραφηθεί με το «άπλωμα» ενός πλέγματος πάνω από ένα τοπογραφικό χάρτη. Ο αριθμός των σπιτιών μετριέται σε κάθε τετράγωνο.
 
 

Χωρολογικοί Πίνακες

Χωρολογικοί Πίνακες
 
Τα αποτελέσματα της μέτρησης είναι ένας χωρολογικός πίνακας, δηλαδή ένας πίνακας από αριθμούς που τοποθετούνται σε ένα σύστημα συντεταγμένων. Κατά μία έννοια, η γεωγραφική κατανομή της αποικίας είναι πλέον ψηφιοποιημένη, δηλαδή έχει μετατραπεί σε ψηφία (=αριθμούς) και επομένως μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον ηλεκτρονικό υπολογιστή για τον περαιτέρω χειρισμό των δεδομένων. Συνδυάζοντας τα στατιστικά χαρακτηριστικά της κατανομής των σπιτιών, μπορούμε πια να έχουμε μια επαρκή εκτίμηση της πυκνότητας πληθυσμού στην συγκεκριμένη αποικία.
 
 

	Two classification examples based on a histogram

Ιστόγραμμα
 
Το ιστόγραμμα μας δείχνει την διασπορά των δεδομένων ενός χωρολογικού πίνακα. Χρησιμοποιώντας ως βάση την ανάλυση του ιστογράμματος, τα δεδομένα της εικόνας μπορούν να ταξινομηθούν σε κατηγορίες.

Από τα στοιχεία του ιστογράμματος προκύπτουν δυο παραδείγματα ταξινόμησης (βλέπε εικόνα): η μία ταξινόμηση έχει τέσσερις κατηγορίες (γεωργικές εκτάσεις, χωριά, πόλεις και άλλα) και η άλλη δύο κατηγορίες (ύπαιθρος και πόλη).

Για την ανάλυση του χωρολογικού πίνακα μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ένα κανονικό πλέγμα και να κατανείμουμε σε κάθε τετράγωνο του πλέγματος τον αριθμό των σπιτιών που βρίσκουμε (π.χ. 0,1,2,… κλπ). Το πλέγμα μπορεί να βασίζεται σε γεωγραφικές συντεταγμένες ή στο σύστημα συντεταγμένων UTM. Κάθε φορά που χρησιμοποιείται ένα πλέγμα πρέπει να ορίζεται το μέγεθος των τετραγώνων που συνιστούν το πλέγμα. Σε ένα πλέγμα UTM το μέγεθος μπορεί να είναι 100 m ή 10 km, αναλόγως της κλίμακας του χάρτη ή της κατανομής των χαρακτηριστικών που θέλουμε να χαρτογραφήσουμε. Έχοντας ως βάση το ιστόγραμμα που προέκυψε από το σύνολο των δεδομένων, μπορούμε στη συνέχεια να ορίσουμε τις κατάλληλες κατηγορίες (δηλαδή κατηγορίες που να έχουν νόημα). Για παράδειγμα, όσα τετράγωνα έχουν 0 σπίτια (δηλαδή δεν έχουν καθόλου σπίτια) μπορούμε να τα ορίσουμε ως δάση ή υπαίθριες περιοχές. Τετράγωνα με 1 έως 7 σπίτια μπορούν να οριστούν ως αγροτικές περιοχές, τετράγωνα με 8 έως 11 σπίτια ως χωριά και, τέλος, τετράγωνα με περισσότερα από 11 σπίτια ως πόλεις.
 
 

Suitable classification depends on the purpose of the map

Ταξινόμηση
 
Το τι είδους ταξινόμηση θα έχει ένας χάρτης εξαρτάται, φυσικά, από τον χαρτογράφο αλλά και από το σκοπό του χάρτη. Οι ταξινομήσεις είναι πάντα αντικείμενο συζητήσεων και διαφωνιών, για αυτό και από τον ίδιο χωρολογικό πίνακα μπορούν να δημιουργηθούν πολλοί διαφορετικοί χάρτες. Εφόσον, με βάση πάντα το ιστόγραμμα, επιλεγεί μια ταξινόμηση που μας εξυπηρετεί, στη συνέχεια κάθε κατηγορία (αριθμός σπιτιών) αποκτά μια συγκεκριμένη σήμανση, π.χ. κάποια διαβάθμιση του γκρι ή κάποια γράμμωση ή κάποιο άλλο χρώμα. Αν μετά σημάνουμε στο πλέγμα τα τετράγωνα κάθε κατηγορίας με το χαρακτηριστικό που αποφασίστηκε για αυτή την κατηγορία (το εκάστοτε χρώμα), τότε αυτό που προκύπτει είναι ένας θεματικός χάρτης.
 
 

	Classification often requires compromise

Η ταξινόμηση πολλές φορές απαιτεί κάποιους συμβιβασμούς, π.χ. αν χρησιμοποιήσουμε τέσσερις ταξινομικές κατηγορίες, τότε οι προαστιακές περιοχές θα ταξινομηθούν στην κατηγορία «χωριό». Σημαντικός είναι ο αριθμός των κατηγοριών. Ένα σύστημα ταξινόμησης με πολλές κατηγορίες μας επιτρέπει να έχουμε μεγάλη διαβάθμιση των πληροφοριών και επομένως λεπτομερέστερη διάκριση των τετραγώνων. Αντίθετα, αν τα τετράγωνα ομαδοποιηθούν σε λίγες (μεγάλες) κατηγορίες, τότε χάνονται πολλές λεπτομέρειες.
 
 
Ψηφιακές εικόνες
 
Μια ψηφιακή εικόνα είναι στην ουσία ένας χωρολογικός πίνακας. Το μέγεθος των τετραγώνων του πλέγματος είναι ίσο με τη χωρική ανάλυση της (δορυφορικής) φωτογραφίας και εξαρτάται από το όργανο που συλλέγει τα δεδομένα. Ομοίως, οι αριθμοί στα τετράγωνα του πλέγματος καθορίζονται από την ικανότητα του εξοπλισμού να διακρίνει διαφορές. Συνήθως, οι ψηφιακές εικόνες έχουν τιμές (για κάθε τετράγωνο του πλέγματος) μεταξύ 0 και 255, κάτι που ταιριάζει ακριβώς με τη χωρητικότητα 1 byte του υπολογιστή.

Ο χωρολογικός πίνακας φορτώνεται στον υπολογιστή και κάθε ξεχωριστό τετράγωνο του πλέγματος αναπαρίστανται στην οθόνη του υπολογιστή ως μια τελεία, δηλαδή ένα εικονοστοιχείο (ή pixel, picture element). Στη συνέχεια, η αριθμητική τιμή κάθε τετραγώνου του πίνακα αντιστοιχείται στις συντεταγμένες (x,y) του κάθε εικονοστοιχείου. Έτσι, κάθε εικονοστοιχείο αποκτά μια διαβάθμιση του γκρι ανάλογα με την τιμή που του έχει αντιστοιχηθεί. Τώρα ο πίνακας θα εμφανιστεί στην οθόνη ως εικόνα ή ως θεματικός χάρτης.
 
 

A digital image is a chorological matrix

Για πολλά χρόνια, οι χάρτες βασίζονταν στην αεροφωτογράφηση, καθώς μια απλή αεροφωτογραφία μπορούσε να λειτουργήσει άμεσα ως χάρτης. Σήμερα, ωστόσο, τα αεροπλάνα και οι δορυφόροι χρησιμοποιούν όλο και περισσότερο σαρωτές. Οι σαρωτές αυτοί καταγράφουν την ποσότητα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από την επιφάνεια της περιοχής που θέλουμε να χαρτογραφήσουμε, χωρίζοντάς την σε πολλές μικρές μονάδες επιφάνειες (τα εικονοστοιχεία της εικόνας που θα προκύψει).

Κάθε σαρωμένη μονάδα επιφάνειας συνοδεύεται από μια αριθμητική τιμή που αντιστοιχεί στο ποσό της ακτινοβολίας αυτής της επιφάνειας. Αν, εκτός από την αριθμητική τιμή, είναι γνωστές και οι γεωγραφικές συνταγμένες κάθε μοναδιαίας επιφάνειας, τότε μπορεί να παραχθεί ένας χωρολογικός πίνακας. Ένας τέτοιος πίνακας μπορεί να υποστεί επεξεργασία και τελικά να παρουσιαστεί σαν να είναι χάρτης. Για να γίνει αυτό, θα πρέπει οι συντεταγμένες κάθε μοναδιαίας επιφάνειας να αντιστοιχηθούν σε νέες γραμμές και στήλες (δηλαδή σε «συντεταγμένες» του ηλεκτρονικού υπολογιστή) και σε κάθε εικονοστοιχείο που θα προκύψει να αποδοθεί η σωστή αριθμητική τιμή. Σε αυτή τη φάση χρειάζεται να παρεμβληθούν κάποιες τιμές, με άλλα λόγια χρειάζεται να γίνουν μικρές μετατροπές.

Έναν τέτοιο πίνακα μπορούμε, λόγω της ψηφιακής του φύσης, να τον επεξεργαστούμε άπειρες φορές, για παράδειγμα συνδυάζοντας (προσθέτοντας, αφαιρώντας, πολλαπλασιάζοντας ή διαιρώντας) δεδομένα από άλλες πηγές ή χάρτες. Αυτές οι διαδικασίες ονομάζονται «ψηφιακή επεξεργασία σήματος» και χρησιμοποιούνται στον χειρισμό των μεγάλων χωρικών πινάκων που παράγει η δορυφορική τηλεπισκόπηση.

Σήμερα, αυτός ο τύπος δεδομένων είναι απαραίτητος στις χαρτογραφήσεις. Η τηλεπισκόπηση και η ψηφιακή επεξεργασία σήματος, ως τεχνικές, είναι γρήγορες και φτηνές και μας επιτρέπουν όχι μόνο να επικαιροποιούμε με ασφάλεια τους χάρτες αλλά και να παίρνουμε δεδομένα σε πραγματικό χρόνο για τη χαρτογράφηση περιβαλλοντικών αλλαγών τόσο σε τοπικό, όσο και σε παγκόσμιο επίπεδο.