Минобрнауки россии федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
 Скачать 1.73 Mb.
|
|
1.3. Понятие – карта. Классификация карт. Карта – это математически определенное, уменьшенное, генерализованное изображение поверхности Земли, другого небесного тела или космического пространства, показывающее расположенные на них объекты в принятой системе условных знаков. 10 Понятие карта включает ряд стандартных терминов: 1. Географическая карта – карта поверхности Земли; 2. Общегеографическая карта – географическая карта, содержащая основные элементы местности; 3. Топографическая карта – подробная карта местности, дающая как плановое так и высотное положение точек; 5. Топографический план – карты в масштабах 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000. Составляется в ортогональной проекции. Кривизна Земли не учитывается; 6. Тематические карты – все виды природных и социально- экономических карт – геологические, климатические, почвенные, экономические, зоогеографические, геоботанические и др. 4. Картографическое произведение. Различают следующие картографические произведения: глобусы (шарообразные модели Земли, планет с нанесенным на них картографическим изображением); атласы (систематическое собрание карт); рельефные карты (карты, дающие объемное трехмерное изображение местности); блок-диаграммы (трехмерные плоские картографические рисунки, совмещающие изображение какой-либо поверхности с продольными и поперечными вертикальными разрезами); анаглифические карты (анаглифы) (карты, отпечатанные двумя взаимно- дополняющими цветами (например, зеленым и красным) с параллактическим смещением так, чтобы оба изображения образуют стереопару. При рассмотрении таких карт через специальные очки, изображение воспринимается как черно-белое объемное стереоскопическое изображение); фотокарты (карты совмещенные с фотоизображением); карты-транспаранты (карты, отпечатанные на прозрачной пленке и предназначенные для проектирования на экран); цифровые карты (это цифровые модели объектов, они широко используются в картографии в основном для формирования базы данных и автоматического составления карт); электронные карты (цифровые карты, визуализированные в компьютерной среде с использованием программных и технических средств в принятых проекциях, условных знаках); картографические анимации (передают на экран компьютера динамику, эволюцию изображаемых объектов и явлений, их перемещение во времени и пространстве, например движение атмосферных фронтов и т.п.). Классификация карт В качестве основания для классификации можно избрать любое свойство карты: масштаб, тематику, эпоху создания, язык, способ графического оформления и издания карты и т.п. 11 При классификации карт по масштабу их подразделяют на четыре основные группы: 1) планы – 1:5 000 и крупнее; 2) крупномасштабные – 1:10 000-1:2 00 000; 3) среднемасштабные – 1:300 000-1:1 000 000 включительно; 4) мелкомасштабные – мельче 1:1 000 000. При классификации карт по пространственному охвату их подразделяют на карты: Солнечной системы; Планеты (Земли); Полушарий; Материков и океанов; Стран; Республик, областей и др. административных единиц; Промышленных и сельскохозяйственных районов; Отдельных территорий (заповедников, туристских, курортных районов); Населенных пунктов (городов, поселков); Городских районов и т.д. Карты океанов подразделяются на карты морей заливов, проливов, гаваней. При классификации карт по содержанию их подразделяют на: 1. Общегеографические карты – изображаются все объекты, видимые на местности с равной степенью подробности. Их делят на: а) топографические – в масштабах 1:100 000 и крупнее; б) обзорно-топографические – в масштабах 1:200 000 - 1:1 000 000; в) обзорные - мельче 1:1 000 000. 2. Тематические карты – это наиболее обширная и разнообразная категория карт природных и общественных (социально-экономических) явлений. Содержание карт определяется той или иной конкретной темой. Например: карты геологические; геофизические; почвенные; медико-географические; общие физико-географические; карты населения; науки и культуры; исторические; и т.д. 3. Специальные карты – это группа карт для решения определенного круга задач и рассчитаны они на определенный круг пользователей. Чаще всего это карты технического назначения: карты навигационные; кадастровые; технические; проектные; учебные, агитационно-просветительные экскурсионные, спортивные и др.; 1.4. Элементы карты. Элементы карты – это ее составные части, включающие само картографическое изображение, легенду и зарамочное оформление. Основной элемент – это картографическое изображение, то есть содержание карты, совокупность сведений об объектах и явлениях, их размещении, свойствах, взаимосвязях, динамике. Общегеографическая карта имеет следующее содержание: гидрографию, населенные пункты, пути сообщения, рельеф, растительность и грунты, социально-экономические и культурные объекты, политико- административные границы. На тематических картах различают две составные части картографического изображения: 12 1) географическая основа, т.е. общегеографическая часть содержания, которая служит для нанесения и привязки элементов тематического содержания, а также для ориентировки по карте; 2) тематическое содержание, например, геологическое строение территории или навигационная обстановка. Важнейший элемент всякой карты – это легенда. Легенда – система используемых на карте условных обозначений и текстовых пояснений к ним. Для топографических карт существуют специальные таблицы условных знаков. Они стандартны, разработаны по каждому масштабу и обязательны к применению. На тематических картах условные обозначения не унифицированы, поэтому легенда разрабатывается индивидуально для создаваемой карты и размещается на самом листе карты. Она содержит разъяснения истолкование условных знаков, отражает логическую основу картографируемых явлений. Картографическое изображение строится на математической основе. В математическую основу карты входят: 1) картографическая проекция; 2) координатная сетка; 3) масштаб; 4) геодезическая основа. С математической основой тесно связана компоновка карты, т.е. взаимное размещение в пределах рамки изображаемой территории, названия карты, легенды, дополнительных карт и других данных. Вспомогательное оснащение карты облегчает чтение и пользование ею. Оно включает картометрические графики (шкала кривизны для определения уклонов рельефа), схемы изученности картографируемой территории и использованных материалов, разнообразные справочные сведения. В дополнительные данные входят карты-врезки, фотографии, диаграммы, графики, профили, цифровые и текстовые данные. Они дополняют и поясняют карту. 13 2. Теоретические основы картографии. 2.1. Картографические проекции. 2.1.1. Искажения на карте. Эллипс искажений. Подобное уменьшенное изображение сферической земной поверхности можно получить только на глобусе. Переход от физической поверхности Земли к плоскому изображению на карте осуществляется в два этапа. Сначала ситуация и рельеф проектируется на эллипсоид или шар, затем эллипсоид или шар развертываются на плоскость с помощью картографической проекции. Картографические проекции – это математические способы изображения на плоскости поверхности эллипсоида или шара. Она устанавливает соответствие между географическими координатами точек Земного эллипсоида и прямоугольными координатами тех же точек на плоскости. Число возможных проекций не ограничено. Математическая картография занимается разработками теории картографических проекций, разрабатывает методы изысканий новых проекций для разных территорий, создает приемы и алгоритмы анализа проекций, оценки распределения искажений, методы учета искажений при измерениях по картам. Компьютерные технологии позволяют рассчитывать проекции с заданными свойствами. Исходная аксиома при изыскании любых картографических проекций состоит в том, что сферическую поверхность земного эллипсоида (шара) нельзя развернуть на плоскости карты без искажений. Неизбежно возникают деформации – сжатия и растяжения различные по величине и направлению. Именно поэтому на карте возникает непостоянство масштабов длин и площадей. Иногда искажения картографических проекций очень заметны, например очертания материков выглядят непривычно вытянутыми или сплющенными, а другие части изображения становятся раздутыми. Есть карты, на которых Гренландия больше Южной Америки, хотя в действительности, она меньше ее в восемь раз, а Антарктида иногда вообще занимает весь юг карты. Искажаются не только размеры, но и формы объектов. В картографических проекциях могут присутствовать следующие виды искажений: а) искажения длин – вследствие чего масштаб карты непостоянен в разных точках и по разным направлениям, а длины линий и расстояния искажены; б) искажения площадей – масштаб площадей в разных точках карты различен, что является прямым следствием искажений длин и нарушает размеры объектов; в) искажения углов – углы между направлениями на карте искажены относительно тех же углов на местности; 14 г) искажения форм – фигуры на карте деформированы и не подобны фигурам на местности, что прямо связано с искажениями углов. В теории картографических проекций доказано, что любая бесконечно малая окружность на поверхности эллипсоида (шара) изображается на плоскости бесконечно малым эллипсом. Эллипс графически выражает искажения на проекции и называется эллипсом искажений. Его размеры и форма отражают искажения длин, площадей и углов (рис.2). Большая ось эллипса искажений характеризует наибольшее растяжение в данной точке, а малая ось – наибольшее сжатие, отрезки вдоль меридиана и параллели соответственно характеризуют частные масштабы по меридиану m и параллели n. Эллипс искажений показывает, что из точки его центра масштаб изображения меняется с изменением направления, причем наибольший масштаб (а) будет по направлению его большой оси, а наименьший (b) – малой оси. Эти масштабы называются главными, они принимаются равными единице, а частные масштабы длин выражают в долях главного. Масштаб, величина которого отлична от главного масштаба карты, называют частным масштабом. Рис.1. Эллипс искажений, характеризующий искажения масштабов в данной точке (в центре эллипса). а – направление наибольшего растяжения масштаба; b –направление наибольшего сжатия масштаба; m – масштаб по меридиану; n – масштаб по параллели. Если главный масштаб принять за единицу, то отклонения частных масштабов от единицы будут характеризовать величину искажений изображения на карте. Отклонения частных масштабов от главного называют относительными искажениями. В ряде проекций существуют линии и точки, где искажения отсутствуют и сохраняется главный масштаб карты - это линии и точки нулевых искажений. Существуют руководства по выбору проекций, в них приведены таблицы, или графики распределения искажений по большому перечню проекций (например, атлас для выбора картпроекций, издан в 1997г.; дополнение к атласу, 1999г.). Таблицы и графики характеризуют величины искажений в зависимости от географического положения точек через определенные 15 интервалы по широте и долготе (или в зависимости от z-зенитного расстояния). В последнее время созданы электронные атласы проекций, с помощью которых легко отыскать подходящую сетку, сразу оценить ее свойства, а при необходимости провести в интерактивном режиме те или иные модификации или преобразования. Наглядное представление о величине и характере распределения искажений на проекции дают изоколы - линии соединяющие точки с одинаковыми значениями искажений. Изоколы наносятся на специальные карты изокол по данным вычислений искажений. Учитывая расположение на проекциях изокол, можно наиболее удачно подобрать проекцию в соответствии с размерами изображения территории. В математической картографии доказывается, что при изображении конкретных территорий наименьшие искажения обеспечиваются проекциями, у которых изоколы по своей форме близки к общему контуру картографируемой территории. В нормальной цилиндрической проекции изоколы располагаются параллельно экватору. Такие проекции целесообразно применять для изображения экваториальной зоны и территорий вытянутых вдоль экватора. Рис. 2. Пример изокол в прямой конической равнопромежуточной проекции Ф. И. Красовского. При отсутствии таблиц и графиков и карт изокол, а также в случае, когда проекция исследуемой карты неизвестна, искажения можно определить путем некоторых измерений на карте с последующим вычислением по измеренным величинам или с помощью номограмм. 2.1.2. Классификация проекций по характеру искажений. 16 По характеру искажение проекции делят на равновеликие (эквивалентные), равноугольные (конформные), произвольные и равнопромежуточные. Рассмотрим их по порядку. Равновеликие проекции – сохраняют площади без искажений. Элементарные кружки эллипсоида изображаются на карте эллипсами везде одинаковой площади, но различными по форме. Масштаб длин меняется в зависимости от направлений и при переходе из одной точки в другую, но среднее значение масштабов в любой точке на проекции одинаково. Такие проекции удобны для измерения площадей объектов, однако, в них значительно нарушены углы и формы, что особенно заметно для больших территорий. Равноугольные проекции – на карте углы и формы контуров изображаются без искажений. Масштаб длин в точке по всем направлениям остается одинаков. При переходе от точки к точке значение масштаба длин меняется. Элементарная окружность эллипсоида в таких проекциях остается окружностью на плоскости, но размер ее сильно меняется в разных точках плоскости. Такие проекции особенно удобны для определения направлений и прокладки маршрутов по заданному азимуту, поэтому их всегда используют на навигационных картах. Однако карты, составленные в равноугольных проекциях, имеют значительные искажения площадей. Произвольные проекции – это проекции, в которых в тех или иных произвольных соотношениях искажаются и площади и углы (формы). При их построении стремятся найти наиболее выгодное для каждого конкретного случая распределение искажений, достигая как бы некоторого компромисса. Например, выбирают проекции с минимальными искажениями в центральной части карты "сбрасывая" все сжатия и растяжения к краям. Равнопромежуточные проекции – это произвольные проекции, в которых масштаб длин по одному из главных направлений постоянен и обычно равен главному масштабу карты. Различают проекции равнопромежуточные по меридианам – в них без искажений остается масштаб вдоль меридианов, и равнопромежуточные по параллелям – в них сохраняется постоянным масштаб вдоль параллелей. В таких проекциях присутствуют искажения площадей и углов, но они как бы уравновешиваются. 2.1.3. Классификация проекций по виду вспомогательной поверхности и ее ориентировке (по виду нормальной картографической сетки). Картографические сетки карт получают в современном производстве аналитическим путем. При переходе от эллипсоида или шара к карте используются вспомогательные поверхности – цилиндр, конус, плоскость и некоторые другие фигуры. Картографическая сетка, имеющая для данной проекции наиболее простой вид (сеть вертикалов и альмукантаратов) называется нормальной. 17 По виду нормальной картографической сетки проекции подразделяются на цилиндрические, конические, азимутальные, условные, псевдоцилиндрические, псевдоконические, поликонические, псевдоазимутальные, многогранные и др. Рассмотрим эти проекции по порядку. Цилиндрические проекции – проектирование эллипсоида или шара ведется на поверхность касательного или секущего цилиндра, а затем боковая поверхность цилиндра разворачивается в плоскость. Различают нормальные (прямые), поперечные и косые цилиндрические проекции. Нормальная (прямая) цилиндрическая проекция – ось цилиндра совпадает с осью вращения Земли, а его поверхность касается шара по экватору и сечет его по параллелям. В такой проекции меридианы нормальной сетки представляют собой равноотстоящие параллельные прямые, а параллели - прямые, перпендикулярные к ним. В прямых цилиндрических проекциях меньше всего искажений в тропических и приэкваториальных областях. Рис 3. Развертка нормальной цилиндрической проекции (проектирование на касательный цилиндр) Поперечная цилиндрическая проекция – ось цилиндра расположена в плоскости экватора. Цилиндр касается шара по меридиану. Искажения вдоль меридиана касания отсутствуют. В таких проекциях наиболее выгодно изображать территории, вытянутые с севера на юг. Рис. 4. Поперечная цилиндрическая проекция на касательном цилиндре (особенно удобна для проектирования геодезических зон). Косая цилиндрическая проекция – ось цилиндра расположена под углом к плоскости экватора. Она удобна для вытянутых территорий, ориентированных на северо-запад или северо-восток. 18 Рис. 5. Косая цилиндрическая проекция на секущем цилиндре. Конические проекции – поверхность шара (эллипсоида) проектируется на поверхность касательного или секущего конуса. Затем конус как бы разрезается по образующей и разворачивается в плоскость. Как и в цилиндрической проекции, различают нормальную, поперечную и косую проекции. Нормальная (прямая) коническая проекция – ось конуса совпадает с осью вращения Земли, меридианы представляют собой прямые, расходящиеся из точки полюса, а параллели – дуги концентрических окружностей. Поперечная коническая проекция – ось конуса лежит в плоскости экватора. Косая коническая проекция – ось конуса наклонена к плоскости экватора. Воображаемый конус касается земного шара или сечет его в районе средних широт, поэтому в такой проекции удобнее всего картографировать территории вытянутые с запада на восток в средних широтах (России, Канады, США). Рис. 6. Нормальная коническая проекция. а – проекция на касательный конус и развертка; б –проекция на секущий конус и развертка. |