Раклов В.П. - Картография и ГИС - 2008. Учебное пособие для слушателей образовательной программы профессиональной переподготовки
 Скачать 2.99 Mb.
|
|
В. П. РАКЛОВ КАРТОГРАФИЯ И ГИС УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ для слушателей образовательной программы профессиональной переподготовки специалиста в области землеустройства и кадастров. 3 ОГЛАВЛЕНИЕ Глава 1. Общие вопросы картографии 1.1. Картография – предмет и определение 1.2. Структура картографии 1.3. Определение карты 1.4. Элементы географической и тематической карты Глава 2. Математическая картография 2.1. Искажения на картах. Искажения длин, площадей и углов 2.2. Классификация картографических проекций 2.3. Проекция Гаусса-Крюгера 2.4. Выбор картографических проекций Глава 3.Основные этапы создания карт 3.1 Редакционно-подготовительные работы 3.2 Составление и оформление карты 3.3 Подготовка карт к изданию 3.4 Издание карт 3. 5 Картографическая генерализация. Факторы генерализации. Виды и приемы генерализаци 3.6 Картографические знаки и способы изображения тематического содержания 3.7 Картографические шкалы Глава 4. Картографические методы использования карт. 4 4.1 Классификация методов анализа карт 4.2 Графические приемы 4. Описания по картам 4. Графоаналитические приемы 4. Математическое моделирование Глава 5. Географические информационные системы (ГИС) в картографии 5.1 Принципы представления графической информации в компьютере 5.2 Составные части ГИС 5.3 Подсистемы ввода информации 5.4 Подсистема вывода изображений 5.5 Подсистема хранения информации. Понятия о базах данных. Графическая и атрибутивная базы данных. 5.6 Подсистема обработки, поиска и анализа данных. Послойная организация данных Глава 6. Технологические вопросы создания тематических карт в среде ГИС МарInfo 6.1 Отличительные особенности ГИС МарInfo….. 6.2 Подготовка к созданию карты 6.3 Управление слоями 6.4 Создание базы данных Глава 7. Создание тематических карт 7.1 Создание тематических слоев в ГИС МарInfo 5 7.2 Разработка числовых шкал легенды карты 7.3 Компоновка карты и формирование макета печати Глава 8. Технологические схемы создания цифровых кадастровых карт. 8.1 Технологическая схема создания цифровой кадастровой карты в комплексе работ по инвентаризации земель. 8.2 ГИС-технология создания кадастровых карт в среде автоматизированной системы кадастрового картографирования. 6 ВВЕДЕНИЕ. Земля- часть природы, используемая в различных сферах человеческой деятельности. Она представляет собой трехмерный объект, состоящий из компонентов природного комплекса (почв, вод и растительности) и тесно связанный с другими его компонентами. Полезные свойства земли используются в экологической, политической, социальной, экономической и финансовой сферах деятельности. Все эти функции зависят от ее природной составляющей и одинаково необходимы обществу. Земля - постоянное уникальное богатство и ее нельзя использовать однобоко ради временного выигрыша. Поэтому использование земли должно быть комплексным, сбалансированным и природосберегающим. Для того чтобы организовать такое использование земельных ресурсов, необходима система управления, которая по своей структуре, научному, правовому, информационному и технологическому обеспечению соответствовала бы национальной значимости, сложности, функциональному разнообразию объекта, формам земельного устройства и земельных отношений. В связи с этим в системе управления земельными ресурсами обязательно должны быть предусмотрены институты: земельного права, землеустройства, охраны земель, земельного кадастра, оценки земель, мониторинга земель и земельного контроля. В составе научного, информационного и технологического обеспечения системы важные место и роль должны быть отведены картографированию земельного комплекса, других природных компонентов и ресурсов, различных видов недвижимого имущества, а также отношений субъектов с ними связанных. Это обусловлено тем, что карты (планы) наиболее адекватно отображают указанные объекты, а следовательно, наиболее приемлемы для получения объективной информации и знаний, для обоснования принимаемых решений в качестве удостоверяющих документов, а также удобны и эффективны для исследований и разнообразной аналитико-синтетической обработки данных. Использование карт (планов) в мероприятиях по обеспечению управления земельными ресурсами может быть различно. Они могут выполнять роли исходного материала, средства проведения работ, результата выполненных работ, экспертного документа , формы хранения информации и некоторые другие. 7 Приведем перечень мероприятий , требующих безусловного применения карт (планов): - обследования земель (топографо-геодезические, почвенные, геоморфологические, мелиоративные и др.); - мониторинг земель; - инвентаризация земель; - учет земельного фонда; - межевание земель; - кадастровое деление территории; - территориальное зонирование земель; - природно-хозяйственное и экологическое районирование земель; - оценочное районирование земель; - стоимостная оценка земель; - ведение земельного кадастра; - разработка прогнозов, программ и схем использования и охраны земель; - формирование новых и упорядочение существующих землепользователей и землевладений. - отвод земельных участков - обоснование и установление границ (административных образований, территориальных зон, сельских населенных пунктов) - внутрихозяйственное землеустройство - разработка проектов использования и охраны земель - контроль за соблюдением земельного законодательства, охраной и использования земель В массиве карт, предназначенных для проведения указанных мероприятий, принимают участие различные по содержанию, назначению, масштабу, территориальному охвату , степени детальности и обобщению виды карт, которые при своем создании требуют применение различных методов и технологических схем. Первичные детальные карты создаются по результатам съемок геодезическими и фотограмметрическими технологиями, а также по результатам специальных обследований. Обзорные и сводные карты могут создаваться как с применением космических снимков, включая методы их обработки, так и собственно картографическими методами и технологиями. Обзорные карты в разрезе 8 территориальных подразделений земельного фонда создаются по результатам обобщения материалов нижнего территориального уровня. Производственные карты создаются способом «сшивки» отдельных листов карт территориальных подразделений или комплексированием карт различной тематики, генерализацией карт нижних территориальных подразделений и обработкой этих карт специальными методами. Создание и использование картографической информации в условиях автоматизированных систем предъявляют ряд требований. Внедрение новых цифровых технологий, географических информационных систем (ГИС) с мощной развитой периферией позволяют говорить о приоритетной роли такой отрасли картографии, как оперативная картография, позволяющая осуществлять мониторинг происходящих изменений на земле посредством картографических произведений. В данном учебном пособии в первой его части рассматриваются вопросы общей картографии, приводятся основные понятия , определения и технологии из классической картографии. Вторая часть посвящена вопросам применения географических информационных систем (ГИС) при создании цифровых кадастровых карт. 9 ГЛАВА 1. Общие вопросы картографии 1.1. Картография – предмет и определение. Очевидно, что те или иные типы и виды карт необходимы в различных областях человеческой деятельности. В промышленности и на транспорте, в сельском хозяйстве и культурном строительстве они является не только необходимым, а очень часто и незаменимым средством для выполнения комплекса работ. Карты необходимы для изыскания новых дорог и линий электропередач; освоенияе недр и месторождений полезных ископаемых начинаются с изучения местности по картам. Она необходима при строительстве городов и сел, мелиорации, при навигации и аэронавигации, изучении земельных ресурсов, проведении работ по землеустройству и земельному кадастру. Карты – это надежный путеводитель, в военном деле они являются одним из основных источников информации о местности и незаменимым средством при управлении войсками. Кроме непосредственного обслуживания народнохозяйственных нужд географические и другие карты дают возможность изучать страну в геологическом, почвенном, ботаническом, демографическом и других отношениях, прогнозировать различные природные явления, например, такие как климат или природные катаклизмы. Важной чертой современной картографии является интенсивное развитие ее познавательных функций как средства исследования объективного мира и приобретения новых знаний. Вопросами изучения карт, методами их создания и использования занимается наука картография. Государственный стандарт картографических терминов определяет: 10 «Картография – область науки, техники и производства, охватывающая изучение, создание и использование картографических произведений». 1.2 Структура картографии В своей совокупности картография объединяет ряд научных направлений и дисциплин: - теоретические основы картографии (учение о карте) – изучает и разрабатывает теорию картографических проекций, генерализацию картографического изображения, способы изображения тематического содержания, вопросы создания знаковых систем ( легенды карты). - математическая картография – изучает и разрабатывает математические способы изображения на плоскости поверхности Земли, других планет. Является первой ступенью в процессе создания карт. - картометрия – изучает и разрабатывает способы измерения по картам различных объектов для определения их количественных характеристик (координаты, расстояния, высоты, площади, объемы, углы наклона и т.д.). - проектирование и составление карт – изучает и разрабатывает проекты карт, методы их создания, основные принципы редакционного руководства на всех стадиях создания карт. - картоведение – изучение видов и свойств географических карт, истории картографии, методики использования карт. - оформление карт – изучение и разработка способов и средств красочного и графического оформления карт (дизайн) и подготовки их к изданию. - издание карт – разработка способов воспроизведения и размножения карт. - экономика и организация картографического производства – изучение методов его наиболее рациональной организации. Картография по своей структуре тесно связана с целым рядом научных дисциплин. Это: геодезия, астрономия, топография, география и полиграфия, математика, фотограмметрия, информатика и компьютерная графика. По своему содержанию картография немыслима без связи с такими науками, как почвоведение, геология, демография, климатология, землеустройство и др. 11 Геодезия поставляет картографам точные данные о форме, размерах и гравитационном поле Земли, координаты геодезических опорных пунктов. Топография – дает первичные картографические источники – крупномасштабные топографические карты, которые служат исходным материалом для создания всех географических карт. География – объясняет сущность природных и социально – экономических явлений, их происхождение, взаимосвязь и распространение на земной поверхности. От полиграфии – картография заимствует способы изготовления печатных форм и размножение карт. Со времени зарождения картографии математика лежит в ее основе, математическую картографию можно рассматривать как сугубо математическую дисциплину. Внедрение в картографию компьютерной техники позволило вести разработку новых типов карт, рассчитывать сложнейшие проекции, обогатило картографию новыми способами исследования карт с привлечением аппарата математической статистики, позволило в значительной степени автоматизировать трудоемкий процесс создания карт. Фотограмметрия разрабатывает методы определения положения, размеров и формы объектов земной поверхности по материалам аэрокосмических съемок. Аэрофотосъемка в настоящее время позволяет получить карту, по точности превосходящую аналогичные произведения, полученные наземным путем, кроме того, свести до минимума наземные геодезические и топографические работы. В перечень наук, с которыми картография поддерживает теснейшую связь, можно включить, естественно, геоинформатику и географические науки (геоморфологию, гидрология и др.), науки о природе Земли (ботаника, зоология), о народном хозяйстве, экономике, истории и многие другие. Подведя итог вышесказанному, можно выделить главные направления использования карт для науки и практики. Это: − общее знакомство с местностью, районом, страной, материком, их изучение по картам без посещения в натуре; − применение в качестве путеводителя (туризм, авиация, мореплавание и т.д.); 12 − использование в качестве основы для инженерного использования – транспортного, энергетического, промышленного, сельскохозяйственного, для целей районной планировки, строительства; − изыскание и перенос проектов в натуру; − использование в военном деле; − изучение и рациональное использование природных (в том числе земельных) ресурсов и охрана окружающей среды; − комплексное и рациональное развитие экономических районов; − использование в качестве информационной основы при ведении работ по землеустройству и земельному кадастру. 1.3 Элементы карты, другие картографические произведения. Мы много раз повторяли слово карта, но до сих пор не рассмотрели карту как графический документ, не изучили элементов карты, ее свойств, не дали даже четко сформулированного определения. Как принято считать, термин «карта» произошел от греческого слова «хартес»- (бумага из папируса) и вошел в обиход около XY века. Стандарт картографических терминов определяет: «Карта – есть уменьшенное, построенное в картографической проекции, обобщенное изображение поверхности Земли, поверхности другого небесного тела или внеземного пространства, показывающее расположенные на них объекты в определенной системе условных знаков». В этом, может быть не совсем безупречном определении, подчеркиваются три особенности карт, очень важные для понимания черт, отличающих карту от других изображений земной поверхности, таких как аэрофотоснимок или пейзаж. Это: 1. математически определенное построение; 2. использование картографических условных знаков (кодов); 3. отбор и обобщение изображаемых явлений. Математически определенное построение карт предусматривает установление строгой функциональной зависимости между географическими и прямоугольными 13 координатами одноименных точек на местности и карте. Такое построение как бы включает два действия для перехода от физической поверхности Земли к ее изображению на плоскости. Одно из них состоит в проектировании земной поверхности на математическую поверхность Земли – геоид. Это проектирование осуществляется ортогонально, отвесными линиями, перпендикулярными математической поверхности. Но вследствие своей сложности геоид в картографии заменяется на весьма близкую по форме поверхность эллипсоида вращения, т.е. фигуры, полученной вращением эллипса вокруг его малой оси (рис.1.1). Рис 1.3.1 Именно относительно этого эллипсоида выполняются все геодезические вычисления и рассчитываются картографические проекции. Другое действие заключаются в изображении поверхности эллипсоида на плоскости. Развернуть поверхность эллипсоида на плоскости без складок и разрывов невозможно, т.е. будут иметь место различного рода деформации, которые в картографии называются искажениями. Переход от эллипсоида к плоскости осуществляется при помощи картографических проекций, выражающих связь между координатами точек на земной поверхности и координатами этих же точек на плоскости (листе карты). Когда такая зависимость известна, можно учитывать искажения плоского изображения и, следовательно, определять по карте с необходимой точностью действительные расстояния, площади, углы, то есть получать по картам правильные данные о местоположении, размерах и очертаниях изображенных объектов. Использование картографических условных знаков становится очевидно выгодным при сравнении карты с аэрофотоснимком той же местности. Первоначальное впечатление может оказаться неблагоприятным для карты. Действительно, аэрофотоснимок позволяет увидеть истинную картину земной поверхности, на карте же 14 она заменяется системой знаков, которые как бы стирают многие индивидуальные черты объектов местности и тем самым обедняют изображение. Однако, можно отметить, что использование картографических знаков позволяет: 1. Сильно уменьшать изображение, чтобы одним взглядом охватить значительную часть земной поверхности или же всю планету в целом, воспроизводя при этом те объекты, которые в силу уменьшения не выражаются в масштабе карты. На аэрофотоснимках же, по мере уменьшения масштаба, детали оказываются трудно различимы, а затем теряются вовсе. 2. показывать на карте рельеф местности, например при помощи горизонталей. 3. показывать не только внешний вид объекта, но и указывать на его внутренние свойства, например, давать качественные характеристики сельскохозяйственным угодьям, показывать температуру и соленость воды, высоту и породу деревьев в лесных массивах и многое другое. 4. показывать распространение явлений, не воспринимаемых нашими органами чувств, например магнитное склонение, величины искажений и т.п. 5. исключать малозначимые стороны объектов и выделять их общие и существенные признаки. При этом весьма важен процесс отбора и обобщения изображаемых явлений, процесс, который называют картографической генерализацией. Генерализация сохраняет на карте лишь те явления, которые важны в практическом или теоретическом смысле, она сосредотачивает внимание на передаче наиболее существенных черт отображаемого явления, прежде всего исходя их назначения карты. Она позволяет отличать на картах главное от второстепенного, находить в единичных свойствах общие закономерности. 1.4 Элементы географической карты Изучение и разработка карт требует аналитического к ним подхода, расчленения их на составляющие элементы, умения понять их смысл, определить их место, увидеть их связь между собой. В карте различают картографическое изображение, математическую основу, вспомогательное оснащение и дополнительные данные (рис.1.4.1 ). Картографическое изображение и связанная с ним легенда – главная часть любой географической карты, содержит сведения о показанных на карте объектах и явлениях, их размещении, свойствах, связях. 15 Эти сведения составляют содержание карты. В свою очередь содержание карты подразделяется на элементы, как географические, так и тематические. Комплекс этих элементов неодинаков на различных картах. Но один из элементов, а именно – гидрография обязателен на всех картах. Например, на картах тематических главными элементами содержания могут быть полезные ископаемые, животный или растительный мир, почвы и т.д. С одинаковой подробностью элементы содержания изображаются на топографических картах. Геометрические законы построения карт определяются ее математической основой, к элементам которой принадлежат: картографическая проекция, а также связанная с ней картографическая сетка (сеть меридианов и параллелей) , масштаб, опорная геодезическая сеть, номенклатура, разграфка карты и компоновка. Масштаб карты указывает на общую степень уменьшения земной поверхности при изображении ее на плоскости. Он характеризуется отношением длины линии на карте к соответствующей линии на земной поверхности. На картах различают 3 вида (способа) изображения масштаба: − численный (например, 1:25000) − натуральный (например, в 1 сантиметре 250метров) − линейный (поперечный, графический), изображается в виде графика.. В зависимости от масштаба карты и размеров картографируемой территории карта может изображаться на одном или нескольких листах. К основным элементам математической основы относится картографическая проекция и связанная с ней картографическая сетка. В зависимости от вида геометрической поверхности, на которую проектируют поверхность эллипсоида различают проекции цилиндрические, конические, азимутальные и некоторые другие. Компоновка – рациональное размещение на листе карты картографируемой территории, вспомогательного и дополнительного оснащения. Вспомогательное оснащение – облегчает чтение карты и работу с ней. К нему принадлежат необходимые пояснения и графики для измерения по картам, а также название карты, сведения об исполнителях, справочные и выходные данные и т.д. К дополнительному оснащению относятся помещенные в «воздухе» карты или на ее полях дополнительные карты, профили, диаграммы, текстовые и цифровые данные, которые поясняют, дополняют и обогащают картографическое изображение. 16 Общегеографические карты Математическая основа Картографическое изображение Элементы содержания Р ел ье ф Н ас пу нк ты Р ас ти те ль но ст ь по кр ов П ут и со об щ ен ия Г ра ни цы Г ид ро гр аф ия М ас ш та б Г ео де зи че ск ая ос но ва Н ом ен кл ат ур а и ра зг ра ф ка П ро ек ци я К ом по но вк а Д иа гр ам м ы Д оп ол ни те ль ны е ка рт ы Т ек ст Дополнительные данные Вспомогательное оснащение Т аб ли цы К ар то м ет ри че ск ие гр аф ик и С пр ав оч ны е да нн ы е Легенда карты П оя сн ен ия Географическая основа Тематическое содержание П оч вы Ж ив от ны й м ир Рис. 1.4.1 17 |