Długa droga do nowoczesnej kartografii

Przez wieki kartografia pomagała tworzyć mapy naszego zmieniającego się świata.

Wraz z rozwojem technologii rozwijają się również nasze możliwości kartograficzne. Możemy mapować nasze miasto, kraj, planetę, a w pewnym stopniu nawet nasz wszechświat.

Systemy Informacji Geograficznej (GIS), ostateczne zwieńczenie kartografii i nowoczesnej technologii, pozwalają nam mapować nasz świat jak nigdy dotąd: od renderowania trójwymiarowych map bazowych oceanów po znalezienie najbliższej pralni chemicznej.

Technologia sama w sobie jest niezaprzeczalnie imponująca, a kartografia jest jej podstawą.

Ten post obejmuje:

I. Definicja kartografii

II. Krótka historia kartografii

III. Współczesne narzędzia kartograficzne

IV. Praktyczne zastosowania współczesnej kartografii

Czym jest kartografia?

Kartografia to metoda, dzięki której mapy są badane, tworzone i projektowane. Jako połączenie praktyki, nauki i sztuki, kartografia wyznacza zasady i praktyczne standardy stojące za mapami i ich tworzeniem.

Zakładając się na geografię, nauki o ziemi, topologię, a nawet politykę, kartografia jest dyscypliną wysoce intersekcjonalną. Pomimo tego, ma ona jedną ideę centralną: lokalizację.

Kartografia pomaga nam zrozumieć nasze miejsce w świecie, analizować relacje pozycyjne i zastanawiać się nad wpływem geografii na nasze codzienne życie.

Należy pamiętać, że kartografia zajmuje się reprezentacjami świata: reprezentacjami ukształtowanymi przez cel mapy i intencje jej twórcy.

Mapy odzwierciedlają perspektywę, która niekoniecznie jest wierna rzeczywistości. Idealna wierność nie zawsze jest celem kartografa.

W historii mapy były wykorzystywane do odzwierciedlania bieżących wydarzeń, manipulowania polityką i handlem, a nawet ilustrowania religijnych przekonań.

Z każdym mijającym rokiem kartografia rozwija się i rozszerza, wkraczając w czasy współczesne w formie zaawansowanych technologii geoprzestrzennych. Jednak początki kartografii były znacznie prostsze.

Poniżej zagłębimy się we wczesne lata kartografii, badając jej rozwój na przestrzeni wieków.

Krótka historia kartografii

Wykonywanie map datuje się na wieki, a nawet tysiąclecia. Najstarszymi mapami są malowidła ścienne w jaskiniach i kamienne tablice, a stworzenie nadającego się do nawigacji (choć wciąż zniekształconego) rzutu świata zajęło setki lat.

Niezależnie od formatu, historia map naszego świata jest fascynująca.

Starożytne mapy

Najstarsza znana mapa na świecie pochodzi z 7. tysiąclecia p.n.e.

Myślano, że przedstawia ona szczegóły i lokalizację anatolijskiego miasta Çatalhöyük, ta starożytna mapa została znaleziona namalowana na ścianie jaskini. Pokazuje ona wulkan i 80 budynków, ma 9 stóp szerokości i niektórzy uważają, że jest to plan miasta.

Należy zauważyć, że istnieją różne interpretacje tych rysunków. Niektórzy uważają, że „góra” to w rzeczywistości skóra lamparta, a kwadraty to artystyczny geometryczny projekt. Bez dodatkowych dowodów, jest prawie niemożliwe, aby postawić twarde twierdzenie w jedną lub drugą stronę.

Tak czy inaczej, ten rysunek jest przykładem braku jasności w wielu reprezentacjach kartograficznych. Nawet jeśli jest to mapa, jej ogólna wierność jest wyraźnie niska.

Powstanie map o wyższej wierności często przypisuje się greckim naukowcom i filozofom.

Grecy

Uważa się, że grecki filozof Anaksymander stworzył pierwszą opublikowaną mapę świata. Mapa ta dawno zaginęła, ale wykonano jej reprodukcje na podstawie opisów ze źródeł wtórnych.

Jasne jest, że dokładność tej mapy była ograniczona. Była to jednak jedna z pierwszych znanych prób dokładnego przedstawienia świata jako całości.

Ptolemeusz, kolejny Grek, stworzył dziedzinę geografii zupełnie przypadkowo.

Wielokrotnie utalentowany naukowiec, mający wkład w astrologię, astronomię i matematykę, Ptolemeusz miał obsesję na punkcie tworzenia dokładnych horoskopów. Dążąc do tego celu, opracował system linii – szerokości i długości geograficznych – na których wykreślił 10 000 miejsc urodzenia.

Ten wysiłek nieumyślnie położył podwaliny pod kartografię, jaką znamy dzisiaj.

Era eksploracji

Era eksploracji rozpoczęła się w XV wieku, częściowo dzięki niesamowitym wynalazkom, takim jak teleskop, kompas i sekstant.

Ten pęd do eksploracji zapoczątkował popyt na coraz bardziej szczegółowe i dokładne mapy świata.

Czas ten został doskonale podsumowany przez magazyn Time:

„W połowie XVI wieku wszyscy potrzebowali płaskiej mapy, która pozwoliłaby nawigatorom morskim wyznaczać duże odległości za pomocą linii prostej uwzględniającej krzywiznę powierzchni Ziemi.”

Popyt ten skłonił europejskich kartografów do przeprowadzenia szeroko zakrojonych badań lądowych, eksploracji niezbadanych obszarów i stworzenia najbardziej szczegółowych map, jakie kiedykolwiek powstały. To właśnie w tej epoce stworzono słynny obecnie rzut Merkatora.

Mapy w czasach współczesnych

Mapy ewoluowały znacząco wraz z rozwojem technologii geoprzestrzennej: przełamując nowe granice wraz z pojawieniem się Google Earth.

Zhou Qiming, profesor i dyrektor Centrum Studiów Geo-Komputerowych na Hong Kong Baptist University, doskonale mówi o tej nowej erze:

„My… (znajdujemy) sposoby prezentowania lokalizacji geoprzestrzennych, które nie są mapami w tradycyjnym sensie, ale raczej wizualizacjami przypominającymi mapy. Mapy stają się coraz mądrzejsze i pokazują nam świat pod innymi parametrami.”

Poprzednie narzędzia kartograficzne obejmują kompasy, arkusze mylarowe, planimetry i podziałki – wszystkie te narzędzia są używane do tworzenia map analogowych. Wraz ze wzrostem popularności kartografii cyfrowej, nowoczesne narzędzia kartograficzne uległy znacznym zmianom.

Nowoczesne narzędzia kartograficzne

Dzisiejsze narzędzia kartograficzne wzniosły tworzenie map na nowe wyżyny, głównie pod względem szczegółowości i dokładności, ale czasami całkiem dosłownie.

Wykonywanie map może wykorzystywać ogromną różnorodność metod i narzędzi. Tutaj omówimy kilka najbardziej powszechnych narzędzi: fotografię lotniczą, czujniki, GPS, satelity i GIS.

Fotografia lotnicza

Ludzie próbowali wznieść aparaty fotograficzne w niebo tak długo, jak długo istniały te aparaty. Wczesne próby fotografii lotniczej obejmowały balony, latawce, a nawet rakiety.

W 1860 r. najstarsze zachowane zdjęcie lotnicze zostało wykonane przez Jamesa Wallace’a Blacka, uwiązanego w balonie na ogrzane powietrze 2 000 stóp nad Bostonem.

Czytaj więcej o fascynującej historii fotografii lotniczej tutaj.

Nowoczesna fotografia lotnicza opiera się obecnie na zaawansowanej technologii, takiej jak helikoptery i bezzałogowe statki powietrzne (UAV) – bardziej znane jako drony.

Mogące osiągać imponujące wysokości i sterowane za pomocą ręcznego pilota, drony są fantastycznym narzędziem do fotografii lotniczej. Szczególnie dla map GIS, wielkoskalowe, spójne zapisy wizualne ułatwiają pomiary i wykrywanie zmian.

Choć drony są wciąż dość drogie, bariera wejścia jest na tyle niska, że organizacje, a nawet większość osób prywatnych może w nich uczestniczyć.

Czujniki

Czujniki wykrywają zdarzenia, zmiany i cechy fizyczne danego obszaru poprzez przekształcanie bodźców (dźwięku, światła, ciepła lub ruchu) w sygnały elektryczne.

Sygnały te są zbierane, a następnie przekazywane do innego urządzenia, zwykle komputera. Mówiąc prościej, czujniki zbierają dane o powierzchni Ziemi.

Przykłady czujników obejmują:

Sejzometry: Mierzą ruchy ziemi
LIDAR: Mapowanie lotnicze oparte na laserze 3D
Sonar: Wykrywanie obiektów pod wodą poprzez propagację dźwięku

W zakresie nowoczesnej kartografii czujniki przyczyniają się do projektowania i tworzenia szczegółowych map o wysokiej wierności.

Ponieważ czujniki mogą regularnie wykrywać i rejestrować ogromne ilości dokładnych danych, są one często wykorzystywane w projektach wykrywania zmian. Zasadniczo, tworząc jedną mapę danego obszaru, czekając przez określony czas, tworząc kolejną, a następnie porównując rozbieżności.

GPS

Globalny System Pozycjonowania (GPS) to seria ponad 24 satelitów, które regularnie krążą wokół Ziemi, a każdy z nich wysyła unikalny sygnał.

Odbiorniki GPS przechwytują te sygnały i wykonują trilaterację (pomiar odległości między różnymi punktami): umożliwiając bardzo dokładny system nawigacji.

Pierwotnie używany do nawigacji w samolotach, samochodach, łodziach i telefonach komórkowych, GPS jest również podstawowym narzędziem do pomiarów geodezyjnych.

Kartografia cyfrowa umożliwiła wszechobecność systemów GPS. Użytkownicy mogą wykorzystywać GPS do śledzenia codziennych trendów, takich jak ruch uliczny, do wyznaczania współrzędnych punktów orientacyjnych, do wytyczania drogi z jednego miejsca do drugiego oraz do odnajdywania własnej lokalizacji na mapie.

Satelity

Satelity służą do różnych celów – od szpiegowania zagranicznych przeciwników, do śledzenia pogody i poprawy usług komórkowych, lub jak wspomniano powyżej – do umożliwienia działania sieci GPS.

W zakresie tworzenia map, satelity umożliwiają spójne, wielkoskalowe aktualizacje powierzchni Ziemi.

Pomyśl o nowoczesnych aplikacjach, takich jak Google Earth lub narzędzia GIS w chmurze. Wszystkie one opierają się na satelitach w celu uzyskania dokładnych danych geoprzestrzennych.

Satelity zwiększyły szybkość i zasięg, w jakim można zbierać informacje nadające się do mapowania. Badania, które kiedyś trwały miesiącami, teraz można wykonać w ciągu kilku minut.

Poprzez ciągłe rejestrowanie obrazu powierzchni Ziemi satelity umożliwiły stworzenie tysięcy, jeśli nie milionów map – wykorzystywanych w rolnictwie, gospodarce komunalnej, leśnictwie, naukach o Ziemi, zmianach globalnych i planowaniu regionalnym.

Geogrficzne systemy informacyjne (GIS)

Czujniki, GPS i satelity to metody zbierania danych.

Urządzenia te są dość zaawansowane. Jednak z reguły brakuje im możliwości wyświetlania, organizowania i zarządzania zebranymi danymi.

GIS stanowi idealne rozwiązanie.

GIS to oprogramowanie oparte na lokalizacji, służące do przeglądania, organizowania, wizualizacji i analizy danych geoprzestrzennych. GIS pomaga użytkownikom w zarządzaniu danymi, umożliwiając lepsze zrozumienie wzorców i zależności opartych na położeniu.

Legendarne platformy GIS, pochodzące z lat 80-tych, zapewniają narzędzia do wysokopoziomowej analizy naukowej i wizualizacji danych. Programy te są najczęściej oparte na komputerach stacjonarnych i wymagają lokalnej instalacji – choć niektóre oferują aplikacje mobilne.

W ostatniej dekadzie systemy GIS w chmurze zaczęły stawać się coraz bardziej powszechne. Systemy GIS w chmurze nie oferują tego samego poziomu dogłębnej analizy naukowej; są jednak znacznie bardziej przyjazne dla urządzeń mobilnych – umożliwiając użytkownikom zabranie GIS ze sobą, gdziekolwiek się udają.

Praktyczne zastosowania nowoczesnej kartografii

Większość ludzi wchodzi w interakcje z produktami nowoczesnej kartografii na co dzień.

Pomyśl o wielu aplikacjach w swoim telefonie. Jak wiele z nich korzysta z usług opartych na lokalizacji? Aplikacje nawigacyjne, takie jak Google Maps i Waze, usługi przewozowe, takie jak Uber czy Lyft, oraz aplikacje do dostarczania żywności, takie jak DoorDash, wszystkie mają jakiś element mapowania.

Nowoczesna kartografia wykracza daleko poza zwykłe znajdowanie lokalizacji na mapie. Wywiad lokalizacyjny, modelowanie 3D i tworzenie map w czasie rzeczywistym opierają się na zastosowaniu nowoczesnych narzędzi kartograficznych.

Wywiad lokalizacyjny

Wywiad lokalizacyjny, znany również jako wywiad przestrzenny, pomaga użytkownikom w uzyskiwaniu wglądu i odkrywaniu znaczących relacji w danych geoprzestrzennych.

Wywiad lokalizacyjny powstał na bazie GIS i jest wykorzystywany do pomocy organizacjom i korporacjom w zrozumieniu danych pozycyjnych.

Praktyczne zastosowania wywiadu lokalizacyjnego obejmują ocenę ryzyka, optymalizację dostaw, konfigurację cen oraz opracowywanie strategii pozyskiwania lub ekspansji.

Modelowanie 3D

LiDAR, jedno z nowoczesnych narzędzi kartograficznych wymienionych powyżej, jest integralną częścią tworzenia map i modeli 3D. LiDAR opiera się na świetle lasera do pomiaru odległości.

Puls lasera jest uwalniany, podróżuje na zewnątrz, uderza w obiekt, a następnie odbija się z powrotem. Podobnie jak w przypadku sonaru, odległość jest mierzona na podstawie czasu powrotu impulsu.

Ponieważ światło przemieszcza się niewiarygodnie szybko i we wszystkich kierunkach jednocześnie, skany LiDAR generują chmury punktów.

Składające się z milionów pojedynczych punktów, chmury punktów są w zasadzie bardzo szczegółowymi mapami 3D. Sama liczba punktów danych oznacza, że skany LiDAR mogą tworzyć mapy 3D wszystkiego, od tętniącej życiem metropolii po Wielki Kanion.

Więcej o LiDAR w naszym obszernym przewodniku po typach danych GIS.

Real-time Map Making

Technologia chmury umożliwiła tworzenie map w czasie rzeczywistym.

W przeciwieństwie do lokalnie zainstalowanego oprogramowania, dostęp do platform GIS opartych na chmurze można uzyskać za pomocą dowolnej przeglądarki internetowej. Oznacza to, że do przeglądania i interakcji z danym programem można użyć dowolnego urządzenia podłączonego do Internetu.

Mapowanie cyfrowe w czasie rzeczywistym umożliwia niesamowitą liczbę działań – od śledzenia kontroli mediów po obserwowanie, jak kierowca Ubera zbliża się do miejsca odbioru.

Oprócz niesamowitej liczby zastosowań, mapowanie w czasie rzeczywistym stanowi prawdopodobnie najbardziej wyrazisty wskaźnik tego, jak daleko zaszła kartografia. Od najwcześniejszych rysunków jaskiniowych do tworzenia map na żywo, które można wykorzystać w niemal każdym celu, postęp technologiczny jest naprawdę zdumiewający.

Podsumowanie

Kartografia to bogaty temat o głębokich korzeniach historycznych.

Współczesna kartografia stoi na fundamencie, który sięga tysiącleci wstecz, i nadal się rozwija i ewoluuje z każdym mijającym rokiem.

Dane z dronów, satelitów i czujników, plus solidne możliwości oprogramowania do mapowania GIS – przyszłość kartografii zapowiada się w jasnych barwach.