Картоведение - Салищев. Картоведение вводный и вместе с тем профилирующий курс для студентов, специализирующихся по картографии. В нем излагаются теоретические основы картографической науки

• Название: Картоведение вводный и вместе с тем профилирующий курс для студентов, специализирующихся по картографии. В нем излагаются теоретические основы картографической науки
• Анкор: Картоведение - Салищев.docx
• Дата: 28.02.2017
• Размер: 41.52 Mb.
• Имя файла: Картоведение - Салищев.docx
• Тип: Документы; #3211
• Категория: Геология
• страница: 9 из 31

§ 4.4 Изображение рельефа горизонталями

Главное достоинство горизонталей - возможность непосредственного определения по карте абсолютных высот, относительных превышений, направления и крутизны скатов. Вместе с тем горизонтали создают зрительное представление о формах и расчленении рельефа, отражающих его происхождение и развитие. Горизонтали удобны для цифрования, автоматизированной обработки и построения.

История горизонталей ведет начало с конца XVI в. В 1584 г. голландский землемер Питер Брюэнс показал при помощи изобат глубины ложа р. Спарне. Заслуга введения горизонталей для рельефа суши принадлежит французам и относится ко 2-й половине XVIII в. Первым крупным опытом была карта Франции Жана Дюпен-Триеля (1791).

При топографических съемках приближенные (глазомерные) горизонтали привлекались с начала XIX в. как вспомогательный элемент для вычерчивания штрихов крутизны. В качестве самостоятельного способа они находили применение лишь на планах крупного масштаба (например, 1:500), выполнявшихся на небольших участках в военно-инженерных целях. Основой для построения горизонталей служили высотные отметки геометрического нивелирования.

Первоначально многосторонние возможности горизонталей, удовлетворяющих требованиям инженерного дела, армии и науки, не были достаточно оценены. Необходимость некоторой тренировки для чтения рельефа в горизонталях выставлялась как серьезное возражение их противниками. Наконец, внедрению горизонталей мешало отсутствие инструментов для быстрого и точного определения высот в процессе топографической съемки местности. Но во второй половине столетия вошел в употребление кипрегель с дальномером и вертикальным кругом позволявший без особого труда определять при съемке положение и высоту любого количества точек, и штрихи уступили место горизонталям. Отдельно взятая горизонталь недостаточна для суждения о формах рельефа. Для передачи поверхности необходима система линии. Полнота и подробность изображения зависят от разности высот смежных горизонталей, называемой высотой сечения рельефа. Выбор сечения обусловлен масштабом и назначением карты, а также характером рельефа.

Очевидна зависимость величины сечения от масштаба. На обзорных картах существенно видеть крупные и отчасти средние формы рельефа, для выявления которых достаточно относительно большое сечение Напротив, карты крупного масштаба должны показывать и малые формы, которые могут быть уловлены горизонталями лишь при небольшой высоте сечения.

Вообще говоря, чем меньше высота сечения, тем подробнее изображение рельефа. С математической точки зрения минимальная величина сечения обусловливается предельной крутизной склонов, подлежащих изображению в горизонталях, и издательскими возможностями. В 1 мм практически нельзя провести более четырех параллельных линий, сохраняя их различимость. Поэтому если предположить, что α является предельным углом склона (рис. 4.8), изображаемого в горизонталях, а АС - минимальным горизонтальным расстоянием между осями смежных горизонталей (0,25 мм на карте или 0,25 N мм в натуре, где N - знаменатель численного масштаба 1/N карты), то величина минимальной высоты сечения h определяется по формуле

(4.3)

Для советских топографических карт приняты высоты сечения, указанные в табл. 4.3.

Таблица 4.3. Высота сечения рельефа на топографических картах СССР

Они позволяют изображать горизонталями склоны, крутизна которых не превышает 40°; при большей крутизне горизонтали начинают сливаться (что допускается на небольшом протяжении).

Рис. 4.8

Указанные высоты сечения могут не обеспечить передачу относительно небольших по высоте, но характерных особенностей рельефа. Например, 20-метровое сечение на карте масштаба 1:100 000 недостаточно для отображения таких форм холмисто-моренного рельефа, как друмлины, относительные высоты которых обычно не превышают 20 м. Для преодоления трудностей есть два пути: использование дополнительных горизонталей и применение сечений разной величины для горных и равнинных районов.

Дополнительные горизонтали, вычерчиваемые прерывистыми (пунктирными) линиями, применяются по мере надобности для деталей и форм рельефа, существенных в данном масштабе, но не отображенных основными горизонталями. Например, для эрозионного рельефа такими деталями могут быть террасы, бровки, перегибы скатов и т. п. Обычно инструкции рекомендуют проведение дополнительных горизонталей на половине, а в случае необходимости - также на четверти основного сечения, т.е. так называемых полугоризонталей и четвертьгоризонталей. При малых колебаниях высот полугоризонтали проводят повсеместно, т. е. они приобретают значение основных горизонталей. Введение полугоризонталей и четвертьгоризонталей иногда оказывается полумерой. Например, в Прикаспийской низменности эти горизонтали могут не отразить таких важных в сельскохозяйственном отношении форм рельефа, как лиманы (обширные плоские понижения), когда их глубина ограничена 1-2 м. В таких случаях существенно введение вспомогательных горизонталей произвольного, но определенного сечения с обязательной подписью их высоты.

Применение в одном масштабе разных сечений в зависимости от характера рельефа можно наблюдать на иностранных топографических картах. Обратимся к масштабу 1 : 100 000. На карте Дании, страны небольших высот (высшая точка - 172 м), сечение равно 5 м, а на карте Италии - 50 м. На карте Египта употребляются два сечения: метровое в долине Нила, 30-метровое для остальной территории.

Таблица 4.4. Шкала горизонталей карты масштаба 1:1000 000

Однако на топографических картах в пределах каждого листа высота сечения обычно остается постоянной во всех высотных зонах, что необходимо для правильного восприятия крутизны склонов по заложению горизонталей. Изменение величины сечения создало бы на граничной горизонтали впечатление резкого перегиба склонов.

Укрупнение сечения, пропорциональное уменьшению масштаба, неприемлемо для карт мелкого масштаба. Иначе, например, в масштабе 1 : 1000 000 пришлось бы установить 200-метровое сечение, т. е. отказаться от изображения рельефа низменностей. Выход из затруднений находят в увеличении сечений с высотой - постепенном или по зонам. Ряд горизонталей с изменяющимся сечением называют шкалой горизонталей. В качестве примера приведем шкалу горизонталей для изображения рельефа суши, принятую в СССР для карты масштаба 1 : 1000 000 (табл. 4.4).

Шкалу горизонталей выбирают в результате изучения рельефа картографируемой территории. Большую помощь в этом оказывает построение профилей, дающих наглядное представление о вертикальном расчленении и основных перегибах местности по характерным направлениям. Важно, чтобы в шкале интервал сечения в каждом высотном поясе был меньше относительной высоты тех форм рельефа, изображение которых обязательно; увеличение интервалов происходило относительно медленнее увеличения преобладающих углов наклона, характерных для каждого высотного пояса, иначе возможен ложный эффект плосковершинности расчлененных горных систем.

При пользовании способом горизонталей важно видеть в горизонталях не только математические линии равных высот, но и линии, рисующие формы рельефа. По начертанию горизонталей судят о типе рельефа. Мягким формам рельефа свойственны округлые, плавные горизонтали, резким формам - извилистые и угловатые: каждому типу рельефа свойствен неповторяемо своеобразный рисунок горизонталей.

§ 4.5 Изображение элементов рельефа, не выражающихся горизонталями

Горизонтали незаменимы для изображения форм рельефа, которым присуще постепенное изменение высоты. Но они не приспособлены для передачи «перерывов постепенности» - резких нарушений рельефа, например скалистых гребней, тектонических трещин, обрывов, нависающих скал, крутостенных оврагов и т. д. Горизонтали не могут уловить микроформы рельефа и малопригодны для показа тех его элементов, у которых высота менее установленного для карты сечения. Предназначаемые для характеристики поверхности, они бессильны в отношении внемасштабных объектов: скал-останцов, курганов, ям и т. п., даже если их высота превышает сечение рельефа. Наконец, горизонтали лишь фиксируют формы рельефа. Конечно, по характеру изображенных форм можно судить об их происхождении и развитии, но горизонтали сами по себе не предназначены для передачи динамических элементов рельефа. Эти недостатки преодолеваются введением специальных знаков. Первоначально обратимся к резким нарушениям рельефа. Простейший и наименее удовлетворительный прием их изображения состоит в применении единого трафаретного штрихового знака, не отражающего ни характера нарушения, ни высотных соотношений. Таково, например, общее обозначение крутых обрывов и скал на топографических картах США.

Рис. 4.9. Изображение резких нарушений рельефа на топографической карте: 1 - фирновые поля (вечные снега); 2 - ледники; 3 - ледниковые трещины; 4 - каменные осыпи; 5 - скалы и скальные обрывы

Более совершенны карты, различающие скалы и утесы, скалистые обрывы, каменистые осыпи и кручи, земляные и песчаные осыпи и т. п. В таком случае знаки служат одновременно для характеристики рельефа и грунтов. Обладая наглядностью, эти знаки хорошо отображают важнейшие элементы нарушений (гребни, трещины, отвесные обрывы, каменные осыпи и т. п.) и могут сочетаться с горизонталями. Благодаря этому карты правильно показывают положение основных структурных линий и позволяют судить об изменении высот (рис. 4.9). Относительные высоты обрывов, скал и т. п. указываются подписями.

При картографировании микроформ применяют способ ареалов: указывают внешний контур микроформ (кочковатых поверхностей, болотных бугров и гряд, рельефа полигональных тундр и т. п.), внутри которого размещают штриховые знаки соответствующих форм, если надо сопровождая эти знаки количественными характеристиками микроформ. Некоторые из таких знаков, например для песков, отличаются большой выразительностью. При их употреблении необходимо не только выделять площади распространения определенных форм, но и отражать закономерности их размещения, например ориентирование грядовых песков, барханов, дюн и т. п. (рис. 4.10), руководствуясь аэро- и космофотгоснимками.

Единичные объекты рельефа, не выражающиеся в масштабе, но существенные с практической точки зрения как ориентиры (скалы-останцы, курганы, пещеры и т. п.), как препятствия для движения (уступы местности, промоины и т. п.), показывают внемасштабными знаками.

Специальные знаки допускают отображение подвижных форм рельефа, например, барханов (перемещающихся при сильных постоянных ветрах до нескольких сотен метров в год), неустойчивых форм (оползней), быстро развивающихся форм (растущих оврагов) и т. п. Специальные знаки элементов рельефа, давая качественную характеристику форм рельефа, во многих случаях позволяют судить об их генезисе.

Рис. 4.10. Изображение контурными знаками различных форм рельефа песков

Цвет знаков (коричневый или черный) позволяет различать естественные формы от форм, обязанных своим происхождением деятельности человека (терриконы, места бывших разработок полезных ископаемых открытым способом, дамбы, дорожные насыпи и выемки и т. д.). На шельфе специальные знаки применяют для показа его резких нарушений - уступов, обрывов, каньонов и т. д., а также для скал, рифов, мелей и т. п.

§ 4.6 Оформление горизонталей. Способы повышения наглядности горизонталей. Гипсометрическая окраска рельефа

Для определения отметок рельефа по горизонталям надо знать их высоты. Поэтому подписи высот горизонталей даются столь часто, чтобы легко найти значение любой горизонтали. Подписи размещаются в разрывах горизонталей так, чтобы их низ указывал падение ската. Прослеживание горизонталей облегчается, когда некоторые из них (например, пятые) утолщены. Изредка для горизонталей используют пунктиры различного рисунка, но этот прием дробит изображение. На многоцветных картах для выделения горизонталей им присваивают особый цвет. Иногда горизонтали печатают в две-три краски. Обычно горизонтали ледников и снеговых полей выделяют голубым цветом. На топографических картах Швейцарии красками различают также горизонтали культурных земель и горизонтали скалистых участков и круч.

Скопление горизонталей на крутых склонах вызывает некоторый пластический эффект (сообразно принципу отвесного освещения). Известен ряд попыток усилить этот эффект, используя рисунок горизонталей. Укажем в качестве примера утолщение горизонталей на крутых склонах, примененное известным русским военным инженером Э.И. Тотлебеном на картах, посвященных обороне Севастополя в 1854-1855 гг. Недостаток этого приема - чрезмерное затенение карты и слияние горизонталей на крутых склонах. Лучшие результаты дало применение принципа косого освещения.Рис. 4.11. Освещенные изобаты (по карте Мировой океан, масштаб 1 : 10 000 000, 1977)

Еще Паулини (1895) предложил использовать для карт однотонную серую бумагу и печатать горизонтали белой или черной краской согласно тому, на каком склоне (освещенном или затененном) отрезок горизонтали располагается, несколько изменяя ее толщину в зависимости от ориентирования ската по отношению к световому лучу. В настоящее время удачное видоизменение этого приема можно встретить на картах с изобатами,, которые воспроизводятся на голубом фоне вод белой или темно-синей краской (рис. 4.11).

В общем же приемы повышения пластического эффекта, основанные на использовании линейного рисунка горизонталей, не дали значительных результатов. Несравненно больший эффект был получен,с введением многоцветной печати, когда усилия оказались приложенными не к линейным элементам (горизонталям), а к поверхности - к ее высотным ступеням, ограниченным определенными горизонталями (см. рис. 6.1, 6.2). Этот способ, известный под названием гипсометрической или послойной окраски, состоит в окрашивании высотных ступеней установленными для них цветами (и их оттенками).

Начало было положено в 1854 г. венским картографом Ф. Гауслабом, применившим шкалу оттенков коричневого цвета, построенную по принципу «чем выше, тем темнее», что в некоторой степени согласовалось с принципом «чем круче, тем темнее», поскольку по мере возрастания высот, т. е. по мере перехода от низменностей к холмистым и, наконец, к горным районам, расчлененность рельефа и крутизна отдельных его элементов в большинстве случаев возрастают и понятия высоты и крутизны как бы сближаются.

Противоположному принципу «чем выше, тем светлее» следовал русский картограф Ю. Симашко (80-е годы XIX в.), на картах которого уже ощущалась пластичность изображения. Еще больший эффект объемности создавали многоцветные шкалы, разрабатываемые на принципах цветной пластики. Эта проблема, неизменно привлекающая внимание картографов, подробно рассматривается в курсе «оформление карт» (См.: Востокова А. В. Оформление карт. М., 1985. С. 107-120.).

Количество ступеней в одноцветной шкале обычно не превосходит 5-6, а в многоцветных шкалах возрастает до 10-15 и более. Ранее применение шкал с большим числом ступеней было ограниченным из-за дороговизны и сложности многоцветной печати. Новые методы полиграфического воспроизведения карт снижают это ограничение. Более того, обработка цифровых моделей рельефа на ЭВМ позволяет автоматизированное изготовление карт рельефа с его расчленением по высотным зонам в избранной одноцветной или многоцветной шкале.

Послойная окраска используется преимущественно на картах мелкого масштаба со шкалами, где величина сечений возрастает с высотой. Слабое место подобных шкал - неудовлетворительное изображение рельефа на возвышенных равнинах - можно устранить введением дополнительных горизонталей без изменения на них послойной окраски.

В заключение несколько замечаний о терминологии. Изображение рельефа горизонталями называют гипсометрическим. Оно может сопровождаться послойной окраской. Но гипсометрической называют тематическую карту рельефа в горизонталях, как правило, с послойной окраской. Карты рельефа морского дна в изобатах с послойной окраской называют батиметрическими. § 4.7 Совместное применение различных способов изображения рельефа

Каждому из рассмотренных способов изображения рельефа свойственны свои преимущества и недостатки. Одни способы, основанные на восприятии теней и цветных полей, создают иллюзию выпуклости и глубины рельефа, но лишены метрических свойств, другие, напротив, позволяют измерять по карте формы земной поверхности, но проигрывают в наглядности. Соединение на одной карте нескольких способов имеет целью получить изображение рельефа одновременно пластичное и измеримое.

Важнейшее требование, обращенное к топографическим картам, - возможность измерения по ним высот и крутизны склонов - наилучшим образом удовлетворяется горизонталями, которые всегда дополняются высотными отметками и разнообразными знаками элементов рельефа, не выражающихся горизонталями. Но горизонтали не всегда дают наглядную картину рельефа, в особенности при общем обзоре карты читателем, недостаточно тренированным в чтении карт. Поэтому на некоторых зарубежных топографических картах горизонтали сопровождаются одним из пластических способов. Обычно они дополняются отмывкой - средством выразительным и не скрадывающим горизонтали. Для отмывки часто используют вертикальное освещение. Оно предпочтиТельно для равнинных стран, но менее эффективно при горном расчлененном рельефе, особенное обзорно-топографических карт.

Особенно нуждаются в наглядности обзорные карты, охватывающие значительные пространства с разнообразным рельефом, а среди них стенные. Одни горизонтали оказываются невыразительными. Дополнение горизонталей послойной окраской расчленяет рельеф на высотные зоны и при удачном подборе цветов приводит к иллюзии выпуклого изображения. Эти иллюзии усиливаются при введении отмывки, которая не только подчеркивает основные формы рельефа, но и показывает его расчлененность, различия и характерные детали внутри каждой высотной зоны (см. рис. 6.2). Это обстоятельство очень выигрышно для изображения рельефа плоскогорий и возвышенных равнин. Автоматизированное изготовление оригиналов отмывки допускает изменение ее интенсивности по высотным зонам по принципу «чем выше, тем светлее», что усиливает эффект послойной окраски.

Вообще сочетание отмывки с послойной окраской требует искусства и осмотрительности, поскольку интенсивная отмывка изменяет послойную окраску и затрудяет чтение других элементов общегеографической карты. Поэтому отмывку как дополнение послойной окраски избегают на детальных, богатых содержанием картах, например в справочных атласах, с успехом используя для обобщенных стенных карт (см. рис. 6.2). Послойную окраску, дополненную отмывкой, иногда воспроизводят без горизонталей.

Современная практика знает самые разнообразные сочетания различных способов изображения рельефа. Например, в Большом атласе мира Хаака (1968) карты рельефа соединяют гипсометрическую расцветку высотных зон с полуперспективным рисунком типа рельефа. Наш обзор ограничен наиболее распространенными сочетаниями.

§ 4.8 Стереоскопические способы изображении рельефа. Анаглифы

Описанные выше способы изображения рельефа воссоздают лишь мысленную картину трехмерного пространства. Между тем из геометрической оптики известно, что объемное ощущение возникает в результате стереоэффекта при рассматривании двух плоских перспективных изображений - стереопары. Если каждый глаз видит только один из компонентов стереопары, она воспринимается в едином, совмещенном образе как пространственное изображение.

Обычно стереопары готовят посредством фотографирования натуральных объектов с двух точек зрения, например путем аэросъемки земной поверхности или фотографирования рельефных моделей местности (см. § 4.9) - последнее для стереоэффекта отмывки. Глубинное ощущение горизонталей получается, когда одним рисунком служит сама карта, другим - ее копия, выполняемая с последовательным смещением горизонталей и контуров.

Расчет смещений прост. Когда точки т и тХ) обозначенные на листе бумаги Б, расположены в одной плоскости с главными точками левого л и правого п глаз и видимы (точка т правым глазом, а точка т1 левым), они сливаются в одно изображение, ощущаемое в точке Т вне плоскости Б на высоте в (рис. 4.12). Полагая, что длина лп, обозначаемая далее буквой б, является базисом зрения (расстояние между главными точками глаз, равное в среднем 65 мм), а удаление Р глаз от бумаги соответствует расстоянию наилучшего зрения

Рис. 4.13

(250 мм), легко найти зависимость между удалением в точки Т от плоскости Б и расстоянием mm1 точек между собой. Из подобия треугольников Тлп и Tmm1 следует, что

(4.4)

Откуда

(4.5)

Таким образом, ощущаемая зрительно высота в зависит от расстояния mm1 т. е. от взаимного удаления точек в плоскости базиса зрения, и может быть задана по желанию, а неодинаковые смещения параллельно базису зрения нескольких пар точек (рис. 4.13) создают впечатление различной высоты этих точек, т. е. эффект глубинного зрения.

Полагая, что в равно высоте сечения рельефа (переведенной в масштаб карты), легко подсчитать смещение mm1при переходе к следующей по высоте горизонтали. Для большего эффекта, особенно на картах мелких масштабов, вертикальный масштаб преувеличивается по сравнению с горизонтальным.

Получение второго стереоскопического рисунка горизонталей, мешкотное при ручной работе, легко выполняется на графопостроителе после цифрования горизонталей основной карты.

Однако для пользования такими стереопарами необходим стереоскоп. Чтение карты упрощается при совмещении стереоскопических изображений, напечатанных в дополнительных цветах. Их называют анаглифами (от греческого «анаглифос» - рельефный).

Пусть точки m и m1 (рис. 4.14) нанесены на белой бумаге: первая - красной, вторая - сине-зеленой тушью. Предположим, что эти точки рассматриваются через очки-светофильтры, причем перед левым глазом помещен красный, а перед правым - сине-зеленый светофильтр.

Так как красный светофильтр поглощает все лучи, за исключением красных, то фон бумаги представится левому глазу окрашенным в красный цвет. Красная точка т сольется с фоном бумаги и станет невидимой, а точка т1 зеленый луч от которой задерживается светофильтром, будет казаться серой. Равным образом правый глаз увидит через сине-зеленый светофильтр лишь точку т в виде серой точки на сине-зеленом фоне. В результате точки т и т1 сольются в одно серое изображение, воспринимаемое в точке Т, а красный и сине-зеленый фоны бумаги, видимые одним левым, а другой- правым глазом, дополняя один другой, будут восприняты как белые поверхности. При анаглифическом способе две системы горизонталей печатают совместно в дополнительных цветах. При их рассматривании через очки-светофильтры зритель видит на белом фоне серые, располагающиеся одна над другой горизонтали, которые могут сопровождаться обозначениями всех других элементов общегеографической карты. Большая пластичность изображения, отсутствие необходимости в каких-либо приборах, за исключением очков-светофильтров и возможность чтения рельефа без тренировки - достоинство анагли-фического способа. Однако анаглифические карты не заменяют обычных топографических карт. Они непригодны для измерения, расчетов и проектирования. Два разной силы штриховых рисунка, перекрывающих один другой, создают при рассмотрении их без светофильтра пестроту, в которой слабо ориентируется даже опытный глаз.

Стереоэффект возникает также при рассмотрении невооруженным глазом плоской стереопары, сдвоенной чередованием весьма узких полосок (0,2 - 0,4 мм) обоих изображений с наложенной на них линзовой растровой пленкой такой же линиатуры. Этот способ теперь хорошо известен по объемным видовым открыткам.

Объемное картографическое изображение может быть получено посредством голографии (Подробнее об объемном картографическом изображении рельефа см.: Смирнов Л. Е. Трехмерное картографирование. Л., 1982. 101 с.).

Наконец отметим, что рассмотренные выше стереоскопические способы в равной мере применимы для объемного картографирования любых поверхностей, в частности статистических.

Рис. 4.14

§ 4.9 Перспективные изображения рельефа. Блок-диаграммы

Картинный, перспективный рисунок рельефа на старинных картах был произволен. В значительной мере он основывался на воображении - ведь картограф не поднимался над Землей.

Рис. 4.15. Перспективные знаки для некоторых морфологических ландшафтов (по Э. Раису): 1 - ледники (глетчеры); 2 - высокогорье; 3 - высокогорья альпийские; 4 - среднегорья; 5 - холмистые области; 6 - омоложенные горы; 7 - остаточная равнина (пенеплен); 8 - остаточная равнина, подвергшаяся омоложению; 9 - лессовые области; 10 - моренный ландшафт; 11 - друмлины; 12 - фьорды; 13 - аллювиальная подгорно-веерная равнина; 14 - куэсты; 15 - плато, омоложенное в аридных условиях; 16 – вулканы

Рис. 4.16. Перспективное изображение рельефа на современных картах (по Э. Райсу)

Такое изображение не обеспечивало правильной передачи форм земной поверхности и вносило искажения в положение объектов, наносимых в плановых очертаниях. Как можно показать речную сеть, селения, дороги на противоположном склоне хребта, скрытом от воображаемого наблюдателя?

Однако в 20-м столетии перспективные изображения вновь вошли в употребление, но уже на вполне объективной основе. Во-первых, стали применять наглядные перспективные знаки, разрабатываемые для основных типов рельефа (рис. 4.15), размещаемые в границах распространения этих типов, подобно тому как на топографических картах вычерчивают знаки болот, солончаков и т. п., но с учетом действительной ориентировки форм (рис. 4.16).

Рис. 4.17. Перспективное изображение рельефа дна Атлантического океана, (фрагмент карты Национального географического общества США, 1968)

Теперь этот прием применяется на геоморфологических картах, а также на картах ложа океанов (рис. 4.17). В упрощенном виде он популярен на картах-иллюстрациях в газетах, журналах и вообще массовых изданиях.

Во-вторых, получили большое распространение перспективные изображения земного рельефа и статистических поверхностей, построенные по определенным геометрическим принципам как производные от традиционных карт. Они лишены точности и значения этих карт, но дают в плоском изображении наглядное представление о трехмерных поверхностях (а в геологии также о рудных телах). Графическим средством служит перспективный рисунок горизонталей или профилей рельефа; при разреженных сечениях этот рисунок дополняют штриховкой или отмывкой. Сочетания перспективных изображений земной поверхности с разрезами земной оболочки (атмосферы, земной коры, водных толщ океана) называют блок-диаграммами.

Для получения перспективного изображения, следуя правилам начертательной геометрии, из центра проекции (глаза наблюдателя) проводят лучи к характерным точкам поверхности. При этом должно быть определено положение центра проекции - его азимут, высота над горизонтом и удаленность (или конус зрения). Пересечение лучей с плоскостью проекции (картинной плоскостью) образует каркас искомого изображения.

Однако при ручной работе ради упрощения построения центр проекции предпочитают относить в бесконечность, т. е. переходят к проектированию параллельными лучами.

Рис. 4.18. Построение блок-диаграммы методом профилей по топографической карте: а - часть топографической карты (с километровой сеткой); б - трансформирование сетки в ромбическую и разметка пересечений сетки горизонталями; в - построение профилей на горизонтальных линиях сетки; г - оформление блок-диаграммы в виде «перспективного» рисунка местности

Простейший прием, не связанный с действительным учетом перспективы, состоит в преобразовании прямоугольного участка топографической карты (рис. 4.18, а) в ромб (рис. 4.18,6), на котором, руководствуясь горизонталями (их пересечениями с линиями ромбической сетки), строят систему профилей (рис. 4.18,в), образующих каркас для «перспективного» рисунка местности (рис. 4.18, г). Подобно рельефным моделям (см. § 4.10) вертикальный масштаб в подобных блок-диаграммах обычно преувеличен относительно горизонтального масштаба, но постоянен на всех профилях. Угол зрения (ориентировка ромбического основания) выбирается так, чтобы обеспечить наилучший обзор местности, в частности минимум закрытых пространств. Для этого азимут луча зрения должен быть перпендикулярен преобладающему скату местности (определяемому при построении с помощью ЭВМ наклонной плоскостью, аппроксимирующей реальную поверхность).

Известен ряд приборов и приемов для механизации построения блок-диаграмм при их проектировании параллельными лучами (См.: Гольдин И. Д. Механизация построения наглядных изображений при разведке и разработке недр. М, 1967. 184 с.). Они нашли признание и успешно применялись в горно-геологической практике, нуждающейся в наглядных изображениях строения месторождении и шахтных полей, но не привились в картографии где в наши дни блок-диаграммы выполняются посредством ЭВМ и автоматических графопостроителей по цифровым моделям местности и программам, специально разработанным для построения перспективных изображений.

Рис. 4.19. Автоматически построенные блок-диаграммы рельефа: 1 - юго-западная, 2 - юго-восточная, 3 - северо-восточная ориентировки

Стали возможны любое целесообразное сближение профилей, введение двух систем перпендикулярных профилей, взаимно компенсирующих маловыразительные участки каждой системы, а также изменения в положении центра проекции (его азимута, высоты и удаленности), что устранило надобность в дополнении рисунка штриховкой или отмывкой и, главное, позволило получать блок-диаграммы во многих вариантах, в любом ракурсе для поиска наиболее выразительных вариантов (рис. 4.19). Разумеется, программы должны предусматривать исключение участков профилей, невидимых из центра проекции, и выделять тем самым выступающие в перспективе возвышенности.

Заметим, что блок-диаграммы получают признание и в океанографии для передачи ложа океанов, течений и структуры водных масс, в частности как сопровождение морских тематических карт.

\

§ 4.10 Рельефные модели местности

Для чтения рельефа на картах необходимы знакомство со способами изображения и тренировка. Естественно возникает вопрос о целесообразности заменить плоскую карту рельефной - трехмерным объемным изображением земной поверхности (или поверхности другого небесного тела). Ранее рельефные модели местности выполнялись вручную; по горизонталям вырезались высотные слои из картона, начиная с низших, и последовательно наклеивались друг на друга. Модель либо оставляли ступенчатой, сохраняя и подчеркивая тем самым горизонтали, либо сглаживали ступени (стесывая ребра или заполняя уступы пластичной, твердеющей массой). Изготовление подобных моделей было медленным и обходилось дорого. В 40-50-х годах ступенчатые модели стали готовить механически на фрезеровальных пантографах - приборах для копирования при любом необходимом соотношении масштабов. При обводе каждой горизонтали карты шпилем пантографа его фреза (режущий инструмент) копирует путь шпиля, вырезая при этом высотные слои из листов пластика или картона, монтируемых в объемную модель, либо последовательно снимает высотные слои на заготовке для модели в виде блока из гипса, пластика или другого подходящего материала. В настоящее время вошли в употребление способы автоматического изготовления моделей по картам, переведенным в цифровую форму (см. § 4.3), фрезерованием по параллельным профилям или горизонталям либо непосредственно в результате обработки аэрофотоснимков.

По первичной модели нетрудно получить как копии прямую и обратную матрицы для размножения рельефных моделей штамповкой (давлением) листов пластичного, с необратимой деформацией материала, на которых предварительно отпечатано картографическое изображение. Но предпочитают размножать рельефные модели вакуумным способом, когда подогретый пластик прижимается к рельефной матрице, точнее, обтягивает ее в результате создания вакуума между матрицей и пластиком. Эта операция занимает доли минуты. Такие модели, часто называемые рельефными картами, легко наглядны и могут быть полезны не только для общего обзора местности, но и для решения практических задач по проектированию дорог, водохранилищ, ирригационных сетей и др. Однако они не устраняют и не заменяют обычных географических карт. Прежде всего рельефные модели менее удобны для пользования - их нельзя воспроизвести в книге, свернуть или сложить, как обычные карты. Производить измерения по ним труднее, чем на листе бумаги. К тому же как производный продукт они имеют меньшую точность, чем обычные карты.

Наконец, при всей своей эффективности рельефные модели не так натуральны, как это представляется на первый взгляд. Для того чтобы рельеф на модели был зрительно ощутим, необходимо, начиная с 1:25000 масштаба, преувеличение вертикального масштаба по сравнению с горизонтальным. Например, при одинаковых горизонтальном и вертикальном масштабах колебания высот на рельефной карте масштаба 1: 100 000 центральных районов европейской части СССР были бы менее 4 мм, а на многих листах не превышали бы 1 мм, т. е. оказались бы почти неощутимыми. Одинаковые масштабы на рельефных картах еще более мелких масштабов практически приводят к плоскому изображению. Поэтому неизбежно укрупнение вертикального масштаба в 2-5 раз для масштаба 1 : 100 000, в 3-10 раз - для масштаба 1 : 1 000 000 и еще больше для последующих, что вызывает соответствующее преувеличение крутизны скатов. Пользуясь такой моделью, можно прийти к неверным представлениям о формах земной поверхности. Например, изолированные горные вершины могут приобрести вид игл, сталагмитов. В подобных местах возможны разрывы картографического изображения. Частичным выходом из этих затруднений служит использование на различных высотных зонах переменного вертикального масштаба, соответственно увеличиваемого для низменных равнин и предгорий, а на многолистных картах - изменение вертикального масштаба по орографическим районам (Например, на листах рельефной карты Франции в масштабе 1:50 000 вертикальный масштаб в высокогорных районах соответствует горизонтальному, а в низкогорных и на равнинах увеличивается соответственно в 2 и 3 раза.).