Geovizualizare

1

Vizualizarea datelor geografice. Geovizualizare Concepte generale. Modalităţi de geovizualizare - cartogramele

Geovizualizarea reprezintă, pe scurt, vizualizarea datelor geografice şi descrie

multitudinea căilor şi metodelor prin care informaţia spaţială poate fi prezentată

utilizatorului. Originea termenului rezidă din combinarea cuvintelor englezeşti Geographic

Visualization. Formatul digital, de cele mai multe ori dinamic, integrat Sistemelor

Informatice Geografice (GIS), măreşte capabilităţile de reprezentare, precum şi varietatea

punctelor de vedere, în special în comparaţie cu hărţile tradiţionale de pe suport de hârtie.

Conceptul de geovizualizare este asociat adesea cu posibilitatea de a interveni dinamic în

procesul de vizualizare, ceea ce îi oferă un caracter interactiv. Utilizatorul poate

interacţiona cu harta şi cu datele care o susţin şi fundamentează.

O definiţie mai amplă a geovizualizării o creditează pe aceasta cu crearea şi

utilizarea reprezentărilor vizuale cu scopul de a facilita gândirea, înţelegerea şi construcţia

cunoştinţelor despre mediul fizic şi uman, la scara măsurătorilor şi dimensiunilor

geografice. Geovizualizarea utilizează afişarea vizuală a datelor spaţiale cu scopul de a le

explora în vederea emiterii de ipoteze, de a găsi soluţii la problemele ridicate şi de a

îmbogăţi cunoaşterea. Geovizualizarea reprezintă un domeniu de cercetare care integrează

elemente provenite din vizualizarea în ştiinţa computaţională, cartografie, analiza

imaginilor, vizualizarea informaţiei, analiza exploratorie a datelor şi GIS. Motivaţia acesteia

este de a dezvolta teorii, metode şi instrumente pentru explorarea vizuală, analiză, sinteză

şi prezentarea datelor spaţiale.

Hărţile tradiţionale pe hârtie au posibilităţi limitate de explorare a informaţiei.

Reprezentările grafice care pot lua naştere mental sunt strâns legate de cantitatea de

informaţie prezentă (tipărită) pe hartă. GIS şi geovizualizarea au permis apariţia şi folosirea

hărţilor interactive. Acestea includ abilitatea de a explora diferitele strate (layers) ale unei

hărţi, de a mărire sau micşorare interactivă a scării (zoom in, zoom out) cu efecte în privinţa

cantităţii de informaţie afişată şi a nivelului de detaliu, schimbarea înfăţişării hărţii, toate

acestea de regulă, cu ajutorul unui calculator. Geovizualizarea face uz de un set de tehnici

cartografice care beneficiază de abilitatea microprocesoarelor moderne de a efectua şi afişa

schimbările suferite de hartă în timp real. Harta trebuie privită, în acest context, ca o

interfaţă către datele geospaţiale, care oferă şi suportă accesul la informaţie, permite

activităţi exploratorii, păstrându-şi în acelaşi timp rolul tradiţional de mediu de prezentare.

Este, pe de altă parte, o necesitate evidentă ca harta să posede şi să răspundă unor astfel

de capabilităţi, dacă ţinem cont de magnitudinea şi complexitatea datelor geospaţiale

disponibile, care pun problema transformării datelor în informaţie, iar a acesteia din urmă

în cunoştinţe.

Termenul de vizualizare are o conotaţie mai largă, aplicabilă întregului spectru al

disciplinelor ştiinţifice, înţelesul lui fiind acela de a face vizibil, a face posibilă observarea

vizuală a fenomenului cercetat (cf. dexonline.ro). Aceasta include de cele mai multe ori un

2

set de tehnici capabile să reprezinte fenomenele din natură prin mijloace şi suporturi altele

decât ochiul uman. Pe lângă vizualizarea efectivă a obiectelor din natură, perceperea

corectă a desfăşurării fenomenelor implică o conştientizare şi cuantificare a legăturilor

dintre obiecte, care depăşeşte adesea posibilitatea reprezentării vizuale nemijlocite.

Termenii înrudiţi ai geovizualizării sunt vizualizarea ştiinţifică, ce se ocupă cu

modalitatea de vizualizare tri-dimensională a fenomenelor din natură şi societate

(arhitectură, meteorologie, medicină, biologie etc.), unde accentul se pune pe afişarea

realistică a volumelor, suprafeţelor, surselor de iluminare cu o componentă dinamică în

timp şi vizualizarea informaţiei care înseamnă reprezentarea vizuală a unor colecţii mari de

informaţie non-numerică precum fişiere şi linii de cod din cadrul programelor informatice,

bibliotecilor şi a bazelor de date bibliografice, relaţiile reţelelor din cadrul internetului şi

altele (Fig. 1).

Fig. 1 – Diagramă reprezentând asociaţiile politice şi economice din Europa (sursa:

http://bigthink.com/ideas/31556)

Precum termenii înrudiţi amintiţi mai sus, geovizualizarea pune accentul pe

construcţia şi îmbogăţirea cunoaşterii mai degrabă, decât pe stocarea cunoştinţelor sau

transmiterea informaţiei.

Geovizualizarea îşi trage rădăcinile din cartografie, unde au fost utilizate, cu mult

timp înainte de apariţia calculatorului, diferite metode de reprezentare a fenomenelor şi

proceselor care puneau în evidenţă mai clar legătura şi dinamica lor spaţială. Importanţa de

care se bucură astăzi acest domeniu este reliefat şi de Asociaţia internaţională de

cartografie, care a desemnat o comisie pentru vizualizare şi medii virtuale, cu rolul de a

orienta direcţiile de cercetare. Agenda ei de cercetare include:

1. Probleme de cognitive şi de folosinţă în geovizualizare

• Medii geografice virtuale şi geovizualizare 3D;

• Reprezentări dinamice (inclusiv cartografie animată şi interactivă);

3

• Îmbunătăţirea design-ului interfeţei;

• Înţelegerea interacţiunii individuale şi de grup în utilizarea geovizualizării;

• Vizualizare colaborativă;

• mai bună evaluare a metodelor existente.

2. Reprezentarea şi relaţia ei cu reprezentarea cartografică

• Rolurile existente şi potenţiale ale afişării şi prezentării hărţilor;

• Înţelegerea tehnicilor folosite de cartografi pentru vizualizarea datelor spaţiale;

• Înţelegerea modului cum tehnica poate îmbunătăţii practica şi metodele cartografice;

• Relaţia dintre cunoaşterea utilizatorului, aspectul şi mesajul hărţii şi natura datelor

spaţiale.

3. Utilizarea geovizualizării în descoperirea de cunoştinţe

• Abordarea vizuală în descoperirea de cunoştinţe;

• Suport vizual în descoperirea de cunoştinţe prin intermediul tehnicii computaţionale

(geo-computaţie);

• Utilizarea bazelor de date şi a modelelor de date pentru validarea descoperirii de

cunoştinţe.

4. Probleme de geovizualizare privind interfaţa cu utilizatorul

• Dezvoltarea şi folosinţa interfeţei;

• Îmbunătăţirea folosinţei şi modului de navigare al geovizualizării;

• Îmbunătăţirea facilităţilor pentru colaborarea între utilizatori.

Într-un mediu de geovizualizare, hărţile sunt utilizate pentru a stimula gândirea şi

aprecierea vizuală despre modele, legături şi tendinţe geospaţiale. O abordare importantă

este, în acest sens, aceea de a consulta datele geospaţiale şi prin alte modalităţi, de

exemplu, utilizând reprezentări multiple, fără constrângerile date de tehnicile sau regulile

tradiţionale. Se pot utiliza astfel, pe lângă hărţi (topografice, geologice etc.), reprezentări

video, grafice, diagrame etc.

Folosinţă, utilizatori, mesaje şi transmiterea lor

Pentru ca o decizie să fie luată eficient cu ajutorul GIS trebuie ca mesajul

reprezentării să fie uşor de interpretat în mintea celui care ia decizia. În trecut cele mai

multe operaţiuni care vizau construcţiile cartografice vizau scopuri militare. Hărţile erau, în

consecinţă, create astfel încât să răspundă acestui scop. Pe lângă hărţile create strict pentru

aplicaţii militare – hărţi topografice, planuri de tragere – şi care reprezentau terenul cu cele

mai importante caracteristici fizice ale lui (cadrul fizico-geografic, localităţile, căile de

comunicaţii etc.), o mare importanţă au avut-o şi hărţile care reprezentau viziunea

cartografului asupra unui spaţiu şi care de multe ori au fost folosite pentru a induce idei cu

privire la justificarea unor demersuri şi operaţii militare împotriva altor state. Aşa sunt, de

exemplu, hărţile apărute în Germania înaintea celui de Al Doilea Război Mondial, care

reprezentau ariile locuite de etnicii germani în statele aflate la est de teritoriul Germaniei

din acea vreme (Fig. 2) sau cu privire la ipotetica ameninţare a Germaniei de către

Cehoslovacia (Fig. 3), care a modelat conştiinţe şi a format viziuni, care, în cele din urmă a

dus la justificarea recurgerii la forţă pentru recuperarea respectivelor teritorii de către

4

Germania. După cum se vede, hărţile au jucat un rol major în crearea unei viziuni, pe baza

vizualizării unor date spaţiale, special alese şi combinate pentru a oferi suport unor teorii.

Fig. 2 – Hartă reprezentând teritoriile locuite de etnicii germani dinaintea celui de-Al Doilea Război Mondial (sursa: Longley et al., 2005)

Fig. 3 – Hartă reprezentând posibila ameninţare a Germaniei de către Cehoslovacia (sursa:

http://go.owu.edu/~jbkrygie/krygier_html/geog_222/geog_222_lo/geog_222_lo16.html)

Astăzi însă, mediul de aplicaţii al GIS este incomparabil mai bogat şi variat decât în

trecut, iar unul dintre scopurile principale ale GIS este acela de a conştientiza asupra

imenselor resurse de informaţie deja existente şi posibilităţile de folosire multiplă şi

combinată a lor, cu evitarea creării de informaţie nouă care să încarce inutil domeniul.

5

Cartografia este principalul mod prin care reprezentarea spaţială a lumii reale este

comunicată utilizatorilor. În trecut, hărţile pe suport de hârtie reprezentau cea mai comună

interfaţă de comunicare între cartograf şi concepţia lui despre lume şi utilizatori. Acestea

erau permanente, conţineau un set fix de atribute, erau executate la o anumită scară, care

era predeterminată şi fixă. Aceste caracteristici ar limita mult folosinţa unei hărţi de hârtie

în mediul de aplicaţii din ziua de astăzi, care necesită vizualizarea unui bogat material

informativ, continuu actualizat şi de cele mai multe ori risipit pe internet.

Geovizualizarea se bazează pe regulile deja stabilite ale cartografiei, însă este mai

mult decât realizarea unei hărţi convenţionale. Ea s-a dezvoltat într-o arie aplicativă care

manipulează resursele de date geografice pentru a veni în întâmpinarea unor nevoi sociale

şi ştiinţifice variate, cât şi într-un domeniu de cercetare care dezvoltă noi metode vizuale şi

instrumente pentru o mai bună interacţiune cu aceste date.

Geovizualizarea şi interogarea spaţială

Important şi fundamental pentru geovizualizare este înţelegerea despre cum

cunoaşterea umană dă formă folosinţei GIS, despre cum gândesc oamenii în termeni

spaţiali şi temporali şi despre cum diferitele medii spaţiale pot fi reprezentate utilizând

computerele şi datele digitale.

Convenţiile exprimate şi folosite în realizarea hărţilor reprezintă un punct central,

care fac din cartografie un instrument solid de decizie. Multe dintre aceste convenţii sunt

comune atât hărţilor pe hârtie, cât şi celor digitale, însă GIS permit o mai mare flexibilitate

şi personalizare a hărţii. Geovizualizarea dezvoltă şi extinde aceste concepte printr-o

modalitate de nou şi inovaţie. În acest context, se por defini patru scopuri principale ale

geovizualizării:

1. Explorarea: de exemplu, pentru a stabili dacă şi până unde mesajul general

dintr-un set de date este potrivit includerii sau excluderii a unor elemente

particulare;

2. Sinteza: prezentarea varietăţii, complexităţii şi detaliile unuia sau mai multor

seturi de date într-un mod care poate fi uşor asimilat de către utilizatori; o bună

geovizualizare ar trebui să permită utilizatorului „să vadă pădurea fără să fie

încurcat de copaci”;

3. Prezentarea: comunicarea mesajului general al reprezentării într-o formă gata

inteligibilă şi permiterea înţelegerii de către utilizator a calităţii generale a

reprezentării;

4. Analiza: punerea la dispoziţie a unui mediu care să permită folosirea unor

metode şi tehnici de analiză spaţială.

Aceste obiective acoperă întreaga gamă de aplicaţii şi sunt urmărite de utilizatori cu

pregătire din cea mai diversă, care doresc diferite grade de interacţiune cu datele.

Geovizualizarea este folosită de la împărţirea, punerea în comun a datelor, până la

construcţia cunoştinţelor; grupurile de utilizatori merg de la publicul larg până la specialişti

GIS; gradul de interacţiune al utilizatorilor poate fi scăzut, pasiv sau ridicat.

Această complexitate de scopuri, precum şi modalitatea diversă de analiză a datelor,

din mai multe puncte de vedere, interactiv, face ca analiza geografică să nu mai fie

6

percepută ca fără continuare, ca un punct mort, o dată realizată harta şi trase concluziile pe

baza ei, ci ca un nou punct de plecare, într-un proces-buclă, cu posibilitatea testării

posibilităţilor multiple de evoluţie utilizând un scenariu de genul „cum ar fi dacă”. Cel mai

bun sau optim model ar putea fi astfel reţinut ca premisă a deciziei în vederea intervenţiei

în lumea reală. Geovizualizarea poate fi astfel percepută ca acţionând ca un filtru asupra

rezultatelor analizei şi asupra datelor de intrare.

Cea mai directă cale prin care evaluarea şi reprezentarea lumii reale are loc este

prin formularea de interogări spaţiale, de genul: „unde este...?”, „ce este în locaţia...?”,

„care este relaţia spaţială dintre...?”, „ce este similar cu...?”, „ce s-a modificat de când...?”,

„există un model spaţial general şi care sunt anomaliile?”.

Aceste interogări sunt articulate prin intermediul interfeţei grafice cu utilizatorul –

GUI (Graphical User Interface, în lb. engleză), formă a interfeţei WIMP (Windows, Icons,

Menus, Pointers, în lb. engleză) (Fig. 4). Indicarea şi deplasarea cu ajutorului mausului şi a

cursorului pe ecran, clicul şi mutarea/închiderea/deschiderea ferestrelor aplicaţiilor

reprezintă acţiunile cele mai familiare şi cele mai comune modalităţi de interogare a

bazelor de date geografice, precum şi de obţinere a rezultatelor sub formă de hartă sau

tabular.

Fig. 4 – Exemplu de interfaţă WIMP (sursa: Longley et al., 2005)

7

Prin extindere, modalităţile de cercetare includ într-o măsură tot mai mare afişarea

multiplă a hărţilor, utilizarea graficelor, care permit construirea reprezentării spaţiale,

făcând uz de multiplele atribute ale obiectelor şi fenomenelor prezente în spaţiul analizat.

Geovizualizarea şi transformarea

După cum se ştie şi s-a discutat mai sus, hărţile pe hârtie au o serie de limitări, ce ţin

de permanenţa şi predefinirea modului de reprezentare. Atributele spaţiale figurate astfel

cartografic nu pot fi văzute decât prin prisma respectivei reprezentări şi optici. Am văzut

însă, că printr-o schimbare aparent minoră – de ex. limitele intervalelor claselor – mesajul

transmis poate fi, dacă nu diferit, cel puţin poate dobândi noi conotaţii. Apariţia GIS a făcut

posibilă o mai mare libertate de intervenţie asupra hărţilor şi în special a atributelor lor. GIS

este un mediu flexibil pentru transformarea cartografică a hărţilor.

Cartogramele sunt hărţi în care corectitudinea planimetrică este neglijată, ariile sau

distanţele fiind distorsionate cu scopul de a scoate în evidenţă anumite atribute ale

obiectelor şi fenomenelor reprezentate. Scopul principal este de a evidenţia modelele

spaţiale, care altfel, printr-o reprezentare „clasică” nu ar fi vizibile. În acest fel, integritatea

spaţială a unui obiect, în termeni de locaţie, extindere, geometrie, contiguitate, topologie

este subordonată valorilor atributelor obiectelor respective (Fig. 5).

Fig. 5 – Harta metroului din Londra în 1932 (stânga) şi din 2010 (dreapta) (sursa:

http://homepage.ntlworld.com/clive.billson/tubemaps/1932.jpg, respectiv http://artpoints2010.wordpress.com/getting-around-london/)

După cum toate reprezentările, de orice natură, sunt modele abstracte ale realităţii,

la fel şi cartogramele sunt, prin consecinţă, transformări artificiale ale realităţii, care

folosesc exagerări particulare alese în mod deliberat. Un exemplu concludent este cel al

reprezentării populaţiei mondiale. O primă cartogramă (Fig. 6) ne arată harta lumii, într-o

proiecţie pătratică, în care pot fi comparate ţările după mărimea suprafeţei lor; într-o a

doua cartogramă (Fig. 7), ţările sunt deformate conform populaţiei lor. După cum se poate

uşor observa, percepţia asupra populării planetei este mult influenţată de această nouă

modalitate de reprezentare.

8

Fig. 6 – Harta lumii după suprafaţa ţărilor (sursa: http://www-personal.umich.edu/~mejn/cartograms/)

Fig. 7 – Harta lumii după populaţia ţărilor (sursa: http://www-personal.umich.edu/~mejn/cartograms/)

La o scară mai redusă, realizarea de astfel de cartograme poate pune în evidenţă

modele spaţiale, care la o primă vedere nu sunt foarte evidente. Luând de exemplu, Franţa

(Fig. 8), utilizând o hartă generală fizico-geografică şi administrativă a acesteia, ne putem

face o idee aproximativă cu privire la intensitatea populării, prin prisma simbolisticii folosite

pentru oraşe. Folosind însă populaţia ca prim atribut al reprezentării şi distorsionând

unităţile administrative în raport cu numărul populaţiei, cartograma rezultată (Fig. 9) pune

mai bine în evidenţă ponderea relativă a populaţiei pe teritoriul francez. Se observă

evidenţierea clară a concentrărilor de populaţie în centrele urbane, mărimea lor relativă,

care se constituie ca un bun element de comparaţie între ele, precum şi slaba populare a

spaţiului rural situat între centrele urbane, care este redus astfel la o fâşie îngustă.

9

Fig. 8 – Harta fizico-geografic şi administrativă a Franţei (sursa:

http://www.ezilon.com/maps/europe/france-physical-maps.html)

Fig. 9 – Cartogramă reprezentând populaţia Franţei (sursa:

http://i.telegraph.co.uk/telegraph/multimedia/archive/01494/france_1494154i.jpg)

10

Exemplele de mai sus ne permit perceperea atributelor spaţiului dintr-un alt punct

de vedere decât cel posibil prin reprezentările „clasice”. Acest lucru este posibil datorită

vizualizării datelor spaţiale sub o formă nou, deosebită. Cartogramele oferă o modalitate

radicală de transformare a spaţiului sacrificând aspectele familiare ale cadrului spaţial cu

care suntem atât de obişnuiţi. Devine în acest fel dificilă asocierea fiecărui obiect astfel

modificat cu locaţia lui reală, ţinând cont, în acelaşi timp, de ponderea lui în analiza

fenomenului reprezentat.

Cu toate că multe astfel de reprezentări sunt posibile şi în lipsa unui calculator, în

urma unor prelucrări elaborioase, producerea eficientă şi posibilitatea testării mai multor

puncte de vedere într-un timp scurt a fost posibilă în momentul în care a fost introdusă

tehnica de calcul.

Bibliografie:

Kraak, M.J., 2003, Geovisualization illustrated, J. of Photogrammetry & Remote Sensing, 57,

390-399

Longley, P.A., Goodchild, M.F., Maguire, D.J., Rhind, D.W., 2005, Geographical Information

Systems and Science, John Wiley & Sons, Chichester, England

Resurse web:

http://bodybrowser.googlelabs.com/ - Model 3D a corpului uman

http://www.economist.com/content/chinese_equivalents - Cartogramă animată privind economia comparată a Chinei

http://www.esri.com/services/disaster-response/index.html - Modele de hărţi privind gestionarea dezastrelor naturale

http://bigthink.com/blogs/strange-maps?page=93 - Site de prezentare şi discuţie hărţi şi cartograme

http://www.itc.nl/personal/kraak/1812/ - Site cu analiza multiplă a diagramei lui Minard

http://www.viewsoftheworld.net/wp-content/uploads/2011/03/EarthquakeDensityMap.png - Cartogramă privind riscul la

cutremure

http://www.maproomblog.com/ - Forum de discuţii despre hărţi

http://news.bbc.co.uk/2/hi/8280657.stm - Modele de modificare a hărţilor în cartograme

http://students.stlawu.edu/theweave/index.php?option=com_myblog&show=Cartograms-Raising-the-bar-on-

representation.html&Itemid=32 - Modele de modificare a hărţilor în cartograme

http://www.worldmapper.org/animations/income_animation.html - Resursă internet cu cartograme

http://www.geekosystem.com/every-nuclear-explosion-time-lapse/ - Animaţie privind detonările de bombe

nucleare