OpenStreetMap - cовременные топографические карты. Топографическая карта Какие карты называются топографическими

Картографическое изображение

Вспомогательное оснащение

Компоновка карты – размещение номера карты, рамок листа, подписи элементов рамки, условных знаков, картометрических графиков и масштаба.

Первый элемент – геодезическая основа – это положение конкретных точек земной поверхности на карте по их отношению к началу плановых и высотных координат.

Вторым элементом математической основы географических карт является масштаб. Масштаб – это степень уменьшения длины линии на карте по отношению к горизонтальной проекции этого расстояния на земной поверхности. В России топографические карты выпускаются в определенныхмасштабах в соответствии с назначением:

обзорно-топографические - 1: 1000 000, 1: 500 000, 1: 300 000 (военно-стратегические),

собственно топографические : 1: 200 000 (для землеустроителей), 1: 100 000, 1: 50 000, 1: 25 000, 1: 10 000.

На картах масштаб чаще всего указывается в трех видах.

Численный масштаб – это дробь, в числителе которой единица, а в знаменателе число, показывающее степень уменьшения: М=а:А. Так на карте масштаба 1:50 000 длины уменьшены по сравнению с из горизонтальными проекциями в 50 000 раз.

Именованный масштаб – пояснение к численному, которое показывает какая величина на местности соответствует 1 см на карте. При численном масштабе 1:50 000 1 см на карте соответствует 500 м на местности.

Линейный масштаб – это графическое построение в виде линейки, разделенной на равные отрезки (основания ) с подписями величины основания, обозначающими соответствующие расстояния на местности. Линейный масштаб предназначен для измерения длин линий на карте и одновременного перевода их в натуральную величину. Для повышения точности измерений крайнее левое основание делят на равные отрезки, называемыенаименьшими делениями , расстояние на местности, соответствующее 1 наименьшему делению называетсяточностью линейного масштаба .

Рисунок 5. Виды линейного масштаба

Для повышения точности измерения расстояний по топографической карте в полевых условиях можно использовать поперечный масштаб, который представляет собой как бы развернутый по вертикали линейный масштаб и позволяет измерять длины линий в сто раз точнее величины основания, поэтому его иногда называют «сотенным» масштабом (Рисунок 6).

Рисунок 6. Поперечный масштаб и работа с ним

Расстояние на местности, соответствующее 0,01 см в масштабе конкретной карты называется предельной точностью масштаба (ПТМ). Для масштаба 1:50 000 ПТМ равна 5 метрам. ПТМ – это физиологический предел возможности нормального человеческого зрения.

Важным элементом математической основы карты является картографическая проекция – это математический способ перенесения координатной сетки параллелей и меридианов с боковой поверхности глобуса или земного эллипсоида на плоскость. В результате создания картографической проекции устанавливается аналитическая зависимость (соответствие) между географическими координатами точек эллипсоида и прямоугольными координатами тех же точек на плоской карте.В нашей стране топографические карты составляются в поперечно-цилиндрической равноугольной проекции Гаусса-Крюгера вычисленной по элементам эллипсоида Красовского (исключение – карта масштаба 1:1000000, которая во всем мире строится в видоизмененной поликонической проекции, используемой как многогранная).

Положение спроектированных на земной эллипсоид точек физической поверхности Земли и различных географических объектов обозначаются их географическими координатами. Географические координаты – это пространственная система координат, показывающая положение точки на земной поверхности или карте относительно экватора и нулевого меридиана в градусах широты и долготы.

Географическая широта (φ) - это угол между плоскостью экватора и отвесной линией (нормалью), опущенной из данной точки к плоскости экватора. Широта измеряется в градусах от 0º до 90º и бывает северная и южная. Значения градусов широты параллелей подписываются вдоль нулевого (Гринвичского) и 180º меридианов к северу и к югу от экватора.

Географическая долгота (γ) – это двугранный угол между плоскостью нулевого меридиана и плоскостью меридиана данной точки. Измеряется от 0 до 180º и бывает восточная и западная. Значения градусов долготы меридианов подписываются вдоль линии экватора к востоку и к западу.

Рисунок 7. Определение географических координат на глобусе.

Меридиан – это условная линия сечения поверхности земного эллипсоида плоскостью, проходящей через данную точку и ось суточного вращения Земли. Меридианы представляют собой полуокружность, сходящиеся в полюсах Земли.

Полюса – это точки пересечения оси вращения Земли с поверхностью земного эллипсоида.

Параллель – линия пересечения поверхности земного эллипсоида плоскостью, перпендикулярной оси вращения.

Экватор – это самая большая параллель, плоскость которой проходит через центр Земли. Линии параллелей и меридианов образуют градусную сеть Земли, а их изображение на картах называют картографической сеткой.

Полярный круг – параллель с широтой 66°33‘. К северу от экватора расположен Северный полярный круг, к югу – Южный. В день зимнего солнцестояния (21 или 22 декабря ) к северу от Северного полярного круга Солнце не всходит (полярная ночь), а к югу от Южного полярного круга Солнце не заходит (полярный день). В день летнего солнцестояния (21 или 22 июня ) наоборот. Полярные круги считаются границами холодных поясов Земли.

Тропики – параллели с широтой 23°27‘ к северу и к югу от экватора. Различают Северный тропик (тропик Рака ) и Южный тропик (тропик Козерога ). Тропики – крайние от экватора параллели, на которых Солнце бывает в зените: в день летнего солнцестояния над Северным тропиком, в день зимнего солнцестояния – над Южным тропиком. Вся широтная зона, расположенная между Северным и Южным тропиками называется жаркий пояс Земли.

Таким образом, математическая основа карт позволяет на листе бумаги в заданном масштабе и картографической проекции нанести узловые точки и линии прохождения параллелей и меридианов. Затем в образовавшиеся трапеции вырисовывают элементы географической основы: береговую линию материков и гидрографию. Далее на контуры материков наносят само картографическое изображение.

Математическая основа топографических карт обеспечивает проведение по ним измерения расстояний и площадей.

Измерение расстояний по топографической карте.

При измерении расстояний по топографической карте получают длины горизонтальных проекций, а не длины линий на земной поверхности.

Для измерения прямых линий применяют линейку или циркуль-измеритель. С карты в раствор циркуля берут измеряемый отрезок и переносят его на линейный масштаб, на котором подбирают число целых оснований и количество наименьших делений, соответствующих измеряемому отрезку и сразу определяют расстояние в натуральных единицах измерения (Рисунок 8).

Рисунок 8. Измерение прямых линий на топографической карте

Методика измерения извилистых линий более сложна и результаты получаются менее точными. Существует несколько способов измерения длин извилистых линий:

Курвиметр . Наиболее быстрым и удобным в полевых условиях является измерение извилистых линий на карте или плане с использованием курвиметра, но этот способ позволяет измерять линии на карте с точностью до 1 см.

Способ шагания применяется для измерения плавных не очень ломаных линий. Выбирают размер раствора циркуля, называемый «шагом» и этим раствором циркуля «шагают» вдоль измеряемой линии переставляя ножки циркуля и подсчитывая количество «шагов». Зная величину шага и общее количество шагов, определяют длину измеренной линии. Точность измерений зависит от степени извилистости линии и от величины «шага» - чем меньше шаг и плавне линия – тем выше точность результата..

Способ накопления отрезков заключается в том, что циркуль-измеритель переставляют от изгиба до изгиба измеряемой линии, последовательно забирая в раствор циркуля каждый отдельный отрезок измеряемого расстояния. Этот способ позволяет добиться большей точности измерения по сравнению со способом шагания.

Измерение площадей.

При измерении площади объектов по топографической карте первоначально масштаб длин конкретной карты переводят в масштаб площадей, т.е. возводят в квадрат именованное выражение масштаба, например: 1:50 000, в 1 см 500 м., в 1 см 2 250 000 м 2 или 25 га. Затем, после выяснения масштаба площадей проводят измерение площади объекта сначала в квадратных сантиметрах, а затем переводят в гектары или иные величины измерения площадей на местности.

Если объект, измеряемый на карте, имеет правильную геометрическую конфигурацию, его площадь находят по известным формулам.

Если форма объекта сложна и не может быть разделена на простые геометрические фигуры, применяют планиметр или палетку.

Наиболее распространен полярный планиметр, его действие основано на существующей зависимости площади фигуры и ее линейных элементов. Прибор имеет два рычага – полюсный и обводной и счетное устройство (Рисунок 9).

Рисунок 9. Планиметр.

Полюсный рычаг соединен с обводным рычагом шарниром, а другой конец опирается на неподвижный полюс – тяжелый цилиндр с иглой в нижней его части, обеспечивающий неподвижность полюса. Обводным рычагом со шпилем на конце обводят измеряемую площадь по контуру. По счетному механизму в начальной точке измерения берут отсчет m 1 , а обведя контур по часовой стрелке и возвратившись в начальную точку, берут второй отсчетm 2 . Площадь контура вычисляют по формуле:Р=С( m 1- m 2 ), гдеС – цена деления планиметра, определяемая путем промера какой-либо известной площади (Р изв .), например квадрата координатной сетки.С= Р изв. /п 2 -п 1, гдеп 1 и п 2 – отсчеты по счетному устройству соответственно в начале и в конце обводки известного контура.

Универсальным способом измерения по картам площадей контуров, имеющих сложную неправильную форму, можно считать палетки. Палетки представляют собой прозрачные пластинки и бывают разных видов: сеточные, точечные, параллельные палетки, состоящая из системы параллельных линий (Рисунок 10).

Рисунок 10. Измерение сетчатой палеткой площади озера

Измерение площадей с использованием квадратной сеточной палетки начинают с определения цены одного квадрата в масштабе конкретной карты. Величина квадрата может быть различной, в зависимости от требуемой точности измерений. Затем палетку накладывают на контур и подсчитывают все полные квадратики, попавшие внутрь контура. Затем подсчитывают количество неполных квадратиков, делят результат пополам и прибавляют к числу полных.Р=а 2 п, гдеа – сторона квадратика сетки выраженная в масштабе карты,п – число квадратиков, покрывающих контур.

Экспериментально установлено, что точность измерения площадей палетками не ниже, а для мелких контуров выше точности планиметра.

Содержание статьи

КАРТА, уменьшенное обобщенное изображение поверхности Земли (или ее части) на плоскости. Человек создавал карты с древнейших времен, пытаясь наглядно представить взаимное расположение различных участков суши и морей. Собрание карт, обычно переплетенных вместе, называют атласом (термин введен фламандским картографом эпохи Возрождения Герардом Меркатором).

Шар (сфера) с нанесенным на его поверхность картографическим изображением Земли называется глобусом. Это наиболее точное отображение земной поверхности. На всех картах, дающих изображение шара на плоскости, имеются те или иные искажения, устранить которые невозможно. Тем не менее у карт есть определенные преимущества перед глобусом. Например, карта мира позволяет окинуть взглядом всю земную поверхность (т.е. ее изображение), тогда как на глобусе с одной точки видно не более половины земного шара; поэтому карты более удобны при рассмотрении всей поверхности Земли. На карте, кроме того, существенно легче, чем на глобусе, измерять углы и направления. В настоящее время для навигационных целей глобусы используются редко. Изображение на сферической поверхности территорий, по размерам не превышающих субконтинент, не дает практически никаких преимуществ, поэтому и в таких случаях используют карты, а не сегменты глобуса. Более того, карты гораздо проще изготовить, транспортировать и хранить (хотя некоторые из подобных трудностей могут быть преодолены, если пользоваться надувными глобусами).

ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КАРТ

При всем поразительном разнообразии существующих карт большинству из них присущи некоторые общие черты. Даже контурные карты, максимально разгруженные для того, чтобы учащиеся могли наносить на них дополнительную информацию по своему выбору, обычно имеют градусную сетку координат, масштаб и элементы основы (например, береговые линии). Кроме того, на карты обычно нанесены надписи и условные знаки, и к ним прилагается легенда.

Сетка координат

представляет собой систему взаимно пересекающихся линий, обозначающую на карте или поверхности глобуса широту и долготу. Линии, обозначающие широту, проходят в направлении восток – запад параллельно экватору (широта которого равна 0°); широта полюсов считается равной 90° (северной широты для Северного полюса и южной – для Южного). Поскольку эти линии не пересекаются и взаимно параллельны, они также называются параллелями. Из них только экватор представляет собой самый большой круг (ограниченная этой линией плоскость, проходящая через центр Земли, рассекает земной шар пополам). Остальные параллели – это окружности, длина которых закономерно убывает с удалением от экватора. Все линии долготы – меридианы – представляют собой половинки большого круга, сходящиеся у полюсов. Меридианы проходят в направлении север – юг, от полюса до полюса; по ним отсчитывается угловое расстояние от начального меридиана, обозначаемого как 0° долготы, на восток и на запад до 180° (при этом долготы, которые отсчитываются в восточном направлении, обозначаются буквами «в.д.», а в западном – «з.д.»). В отличие от экватора, равноудаленного от полюсов на всем протяжении и являющегося в этом смысле «естественной» точкой отсчета при определении широты, начальный меридиан, от которого ведется отсчет долготы, выбирается произвольно. В соответствии с международным соглашением за начало координат (0° долготы) принят меридиан Гринвичской астрономической обсерватории (сейчас она находится на территории Лондона). Однако до того, как было достигнуто это соглашение, некоторые картографы использовали в качестве начальных меридианы Канарских или Азорских о-вов, Парижа, Филадельфии, Рима, Токио, Пулкова и пр.

На поверхности глобуса линии параллелей и меридианов пересекаются под углом 90°; что касается карт, то на них такое соотношение сохраняется лишь в некоторых случаях. Как на картах, так и на глобусах обычно наносится определенная система меридианов и параллелей (проведенных через 5°, 10°, 15° или 30°). В дополнение к этому на картах и на глобусах показывают Северный тропик, или тропик Рака (23 1 / 2 ° с.ш.), Южный тропик, или тропик Козерога (23 1 / 2 ° ю.ш.), Северный полярный круг (66 1 / 2 ° с.ш.) и Южный полярный круг (66 1 / 2 ° ю.ш.). Часто на карты наносится также международная Линия перемены даты, которая в основном совпадает со 180° долготы.

Масштаб

карты бывает численным (отношение чисел или дробь, например, 1:25 000 или 1 / 25000); словесным или линейным (графическим). В приведенном примере единица длины на карте соответствует 25 000 таких единиц на местности. Это же соотношение может быть выражено словами: «1 см равен 250 м» или, еще короче: «в 1 см 250 м». В некоторых странах, традиционно использующих неметрические меры длины (США и др.), масштаб выражается в дюймах, футах и милях, например, 1:63 360 или «в 1 дюйме 1 миля». Линейный масштаб изображается в виде линии с нанесенными через определенные интервалы делениями, против которых обозначены соответствующие им расстояния на земной поверхности. Графическое представление масштаба имеет определенные преимущества перед двумя другими способами его выражения. В частности, если размер карты изменяется при копировании или проекции ее на экран, то только графический масштаб, подвергающийся изменениям вместе со всей картой, остается правильным. Иногда в дополнение к масштабу длин используется также масштаб площадей. На глобусах может использоваться любое из приведенных выше обозначений масштаба.

Элементы основы и условные картографические знаки.

К элементам географической основы относят изображение береговой линии, водотоков, политических границ и т.д., которые создают основу, на фоне которой показывают пространственное распространение отображаемого явления. При составлении карт используется множество условных знаков, которые подразделяются на несколько категорий: внемасштабные, или точечные, применяемые для изображения «точечных» объектов или таких, масштаб которых не может быть выражен на карте (например, для показа населенных пунктов – точки или кружки, размер которых обозначает определенную численность населения); линейные для объектов линейного характера, сохраняющие подобие очертаний объекта (например, изображение постоянного водотока в виде линии, толщина которой увеличивается вниз по течению); площадные, используемые для заполнения площадей объектов, выражающихся в масштабе карты (например, штриховка или заливка цветом для показа распространения лесов). Далее эти три класса знаков могут быть подразделены в соответствии с тем, являются ли представленные ими объекты воображаемыми (например, политические границы) или реальными (дороги); являются ли сами знаки однородными (точки на карте, каждая из которых соответствует определенному числу жителей) или дифференцированно представляющими количественные характеристики объектов (изображение городов с помощью кружков разного размера, соответствующего численности населения); дают ли они качественную характеристику объекта (например, наличие болота) или содержат количественную информацию (например, плотность населения – количество человек на единицу площади).

Цель легенды – информировать читателя о значении использованных условных знаков. В старых картах легенда помещалась в вычурно орнаментированную рамочку в виде свитка, а теперь – в строгую прямоугольную рамку.

В качестве примера приведена легенда к географическим картам, содержащимся в Энциклопедии Кругосвет.

Надписи и географические названия на картах.

В прошлом все надписи наносились вручную, что придавало индивидуальный характер каждой карте, но сейчас картографы, как правило, выбирают один из стандартных шрифтов, наиболее подходящий к характеру изображаемых объектов. Некоторые типы шрифтов традиционно употребляются для определенных групп объектов, например, реки, озера, моря обычно надписываются курсивом, а элементы рельефа суши обозначаются прямым шрифтом. Размер букв зависит от значительности (или размеров) объекта. Расстояния между буквами и словами в названиях могут варьировать в широких пределах в зависимости от площади или протяженности данного объекта на карте.

Шрифтовое оформление карты включает заголовок, в котором находят отражение содержание карты и территория, к которой она относится; для этого используется самый крупный шрифт. Особое место занимают географические названия, отбор и количество которых зависят от назначения карты (например, план города содержит множество названий улиц, а карты растительности – лишь немного самых необходимых названий). Принято указывать издающую организацию, год издания, использованные источники. Карта сопровождается легендой, в которой расшифровываются условные обозначения, а иногда и примечаниями.

Ориентирование карты

по отношению к странам света определяется линиями картографической сетки в пределах рамки карты и представляет собой существенный элемент ее компоновки. В средние века, как в Европе, так и в арабских странах, карты вычерчивались таким образом, что восток располагался наверху (сам термин «ориентирование» происходит от латинского слова oriens – восток). В современных картах север обычно располагается наверху карты, хотя иногда допускаются и отклонения от этого правила. Чтение карты, особенно в полевых условиях, существенно облегчается ее правильным ориентированием относительно объектов и направлений на местности. Для обозначения стран света на карте иногда изображается картушка компаса, но чаще – просто стрелка, указывающая на север.

ТИПЫ КАРТ

Карты подразделяются на группы по ряду признаков – масштабу, тематике, территориальному охвату, проекции и т.д. Однако любая правильно проведенная классификация должна принимать во внимание по крайней мере два первых признака. В США по масштабу выделяют три группы: крупномасштабные карты (включая топографические), среднемасштабные и мелкомасштабные, или обзорные.

Крупномасштабные карты

являются основными, поскольку предоставляют первичную информацию, используемую при составлении карт средних и мелких масштабов. Наиболее обычными из них являются топографические карты масштаба крупнее 1:250 000.

На современных топографических картах рельеф обычно показывается при помощи изогипс, или горизонталей, которыми соединяются точки, имеющие одинаковую высоту над нулевым уровнем (обычно это уровень моря). Совокупность таких линий дает очень выразительную картину рельефа земной поверхности и позволяет определить следующие характеристики: угол наклона, профиль склона и относительные превышения. Помимо изображения рельефа топографические карты содержат и другую полезную информацию. Обычно на них показывают транспортные магистрали, населенные пункты, политические и административные границы. Набор дополнительной информации (например, распространение лесов, болот, незакрепленные песчаные массивы и пр.) зависит от назначения карт и характерных черт местности.

Ни одна страна, нуждающаяся в оценке своих природных ресурсов, не может обойтись без топографической съемки, проведение которой в значительной степени облегчается использованием аэрофотоснимков. Тем не менее до сих пор на многие районы земного шара отсутствуют топографические карты, столь необходимые для инженерных целей. Успехи в решении этой проблемы были достигнуты с помощью т.н. ортофотокарт. В качестве основы ортофотокарт используются обработанные на компьютере плановые аэрофотоснимки с повышенной яркостью цветов и нанесенными на них горизонталями, границами, географическими названиями и пр. Ортофотокарты и космические снимки с поднятыми на них элементами топографической нагрузки гораздо менее трудоемки в изготовлении, чем традиционные топографические карты. Многие тематические крупномасштабные карты – геологические, почвенные, растительности и землепользования – используют топографические карты в качестве основы, на которую наносится специальная нагрузка. Другие специальные крупномасштабные карты, например кадастровые или планы городов, могут и не иметь топографической основы. Обычно на таких картах рельеф либо вовсе не показывается, либо изображается очень схематично.

Среднемасштабные карты.

Как крупномасштабные топографические, так и среднемасштабные карты обычно выпускаются комплектами, каждый из которых отвечает определенным требованиям. Большинство среднемасштабных издается для нужд регионального планирования или навигации. Наибольшим территориальным охватом отличаются среднемасштабные Международная карта мира и аэронавигационные карты США. Оба комплекта карт выпускаются в масштабе 1:1 000 000 – наиболее распространенном для среднемасштабных карт. При подготовке Международной карты мира каждая страна на свою территорию выпускает карты, подготовленные в соответствии с заданными общими требованиями. Эта работа координируется ООН, однако многие карты уже устарели, а другие еще не завершены. Содержание Международной карты мира в основном соответствует содержанию топографических карт, но отличается большей генерализацией. То же самое относится и к аэронавигационным картам мира, но на большинство листов этих карт нанесена дополнительная специальная нагрузка. Аэронавигационные карты покрывают всю сушу. В среднем масштабе составляются также некоторые морские или гидрографические карты, на которых особое внимание уделяется изображению водоемов и береговой линии. Некоторые административные и дорожные карты также имеют средний масштаб.

Мелкомасштабные, или обзорные, карты.

На картах мелкого масштаба показывается вся поверхность земного шара или значительная ее часть. Трудно точно обозначить границу между мелко- и среднемасштабными картами, однако масштаб 1:10 000 000 определенно относится к обзорным картам. Большинство карт атласов имеет мелкий масштаб, причем тематически они могут быть очень разными. Почти все выше обозначенные группы объектов могут быть отражены и на мелкомасштабных картах при условии достаточной генерализации информации. Кроме того, в мелком масштабе составляются карты распространения различных языков, религий, сельскохозяйственных культур, климатические и т.д. В качестве наглядного примера специальных мелкомасштабных карт, хорошо знакомых миллионам людей, можно указать карты погоды.

Мультипликационные и компьютерные карты.

Длямультипликационных карт, которые можно проецировать на телеэкран, вводится четвертая координата – время, позволяющая проследить динамику картографируемого объекта. Компьютерная картография достигла сейчас такой ступени развития, что практически все операции могут выполняться в цифровой форме. В результате существенно облегчается внесение всевозможных исправлений и уточнений. Этот метод создания карт любых типов и масштабов, включая карты-мультипликации, обозначается специальным термином «географические информационные системы» (ГИС).

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ПРОЕКЦИЙ

Картографическая проекция – это способ отображения сферической поверхности земного шара на плоскости. Связанное с этим преобразование изображения неизбежно приводит к искажениям. Тем не менее некоторые характеристики картографической сетки, нанесенной на поверхность глобуса, могут быть сохранены и на карте за счет других характеристик, которые подвергнутся искажению.

На глобусе все параллели и меридианы пересекаются под прямыми углами. Проекция, в которой сохраняется это свойство, называется конформной, или равноугольной. В этом случае сохраняется форма площадных объектов, но относительные размеры меняются от места к месту. При другом способе преобразования можно сохранить правильное соотношение площадей (соответствующее исходной поверхности земного шара), но в этих случаях наблюдается искажение углов пересечения меридианов и параллелей; прямые углы сохраняются лишь в ограниченной зоне. Проекции, в которых сохраняется правильное соотношение площадей отдельных ячеек градусной сетки, называются равновеликими; для них характерно большее или меньшее нарушение подобия фигур. Правильная передача конфигурации объектов, как и правильная передача площадей, имеют большое значение, особенно если речь идет о мелкомасштабных обзорных картах. Однако обе эти характеристики не могут быть совмещены на одной и той же карте: не существует проекции, которая была бы одновременно равноугольной и равновеликой. Кроме того, очень важен правильный показ расстояний и направлений. До некоторой степени этого удается достичь при использовании определенных проекций.

Картографические проекции можно классифицировать по виду вспомогательной геометрической поверхности, которая может быть использована при ее построении. Возьмем прозрачный глобус с нанесенными на его поверхность линиями меридианов и параллелей и точечный источник света. Мы можем заключить глобус (с источником света, расположенным в центре шара) в цилиндр. При этом градусная сетка спроектируется на поверхность цилиндра, который затем может быть развернут на плоскости. Цилиндр может быть касательным и соприкасаться с глобусом только по одной линии (например, экватора), а может быть секущим. В последнем случае поверхности шара и цилиндра будут совпадать по двум линиям (например, по 45° с.ш. и по 45° ю.ш.), и только по этим линиям в данной проекции сохраняется правильный масштаб. При изменении положения источника света по отношению к поверхности шара могут быть получены различные проекции картографической сетки на поверхность цилиндра или другой геометрической фигуры.

Одной из таких фигур, традиционно используемых в картографических проекциях, является конус. Как и в предыдущем случае, конус может касаться шара, а может рассекать его. Линии, по которым эти фигуры соприкасаются или секут одна другую (обычно это определенные параллели), сохраняют правильный масштаб и являются стандартными параллелями. Для уменьшения искажений можно использовать вместо одного конуса серию усеченных конусов; в этом случае будет достигнута правильная передача масштабов по ряду стандартных параллелей.

В рассмотренных случаях необходима развертка на плоскости цилиндра или конуса, но, конечно, возможно и непосредственное осуществление проекции поверхности шара на плоскость. При этом плоскость может касаться шара в одной точке или рассекать его; в последнем случае поверхности шара и плоскости будут совпадать по линии окружности. Такое преобразование градусной сетки носит название азимутальной проекции; в ней истинный масштаб сохраняется только в точке касания или на линии пересечения плоскости и сферы. Конфигурация получающейся на проекции сетки зависит от положения источника света.

В соответствии с геометрическими фигурами, используемыми при построении рассмотренных проекций, последние получили название цилиндрических (или прямоугольных), конических и азимутальных. Помимо указанных, возможны и другие преобразования градусной сетки, не сводимые к этим простым геометрическим формам, но имеющие математическое обоснование; они обычно называются произвольными. В разное время было разработано множество проекций, но лишь немногие из них вошли в широкое употребление. Задачей картографа является выбор проекции, максимально соответствующей задачам данной карты.

Отличительной чертой стереографической проекции является то, что все объекты, представляющие собой круги на земной поверхности, изображаются на карте также в виде кругов или, в некоторых особых случаях, в виде прямых линий. Именно благодаря этому свойству стереографическая проекция, изобретенная в глубокой древности, столь широко используется сейчас, например для показа распространения радиоволн и т.д.

Проекция Меркатора является равноугольной. Любая прямая линия, пересекающая все меридианы под одинаковым углом на земной поверхности, передается в этой проекции прямой линией, которая называется локсодромией. Это замечательное свойство делает проекцию Меркатора весьма удобной для навигационных карт. К сожалению, эта проекция часто используется ошибочно для показа ареалов, например глобального размещения населения, сельскохозяйственных культур и т.п.

В подобных случаях наиболее целесообразен выбор равновеликих проекций, например синусоидальной. Эта проекция, одна из множества разработанных для карт мира, имеет определенный дефект – оба полюса на ней располагаются на выступах, а прилежащие к ним области оказываются существенно деформированными. На других картах мира, использующих равновеликие проекции, полюсы изображаются в виде прямой линии различной длины (в цилиндрических проекциях она равна экватору, в проекции Эккерта IV – половине длины экватора, в плоской полярной – трети экватора), или даже в виде дуги (проекция Мольвейде). Характеристика некоторых проекций приведена в таблице (см. ниже ). Список помещенных в таблице проекций далеко не полон и не включает, например, полярную равнопромежуточную и полярную равновеликую (и та и другая – азимутальные), а также некоторые проекции, которые позволяют наиболее точно воспроизвести поверхность земного шара, например ортографическую.

Одна из наиболее удобных проекций – гномоническая – уникальна в том отношении, что любой большой круг сферы (и дуга большого круга) изображается в ней прямой линией. Так как дуги больших кругов являются линиями кратчайших расстояний на карте, то по карте мелкого масштаба, составленной в такой проекции, можно легко находить (по линейке) кратчайшие пути между двумя пунктами; однако необходимо иметь в виду, что дуга большого круга не соответствует постоянному направлению, измеренному по компасу. Как и в других азимутальных проекциях, в гномонической проекции изображение может быть спроектировано на плоскость, касательную к поверхности шара в любой точке, например на полюсе или на экваторе, однако территориальный охват таких карт весьма ограничен.

Равновеликая проекция Бонна более подходит для изображения площадей, вытянутых в меридиональном направлении. Если же картографируемая территория вытянута по широте, то для нее предпочтительна равноугольная коническая проекция Ламберта. Поликоническая проекция не является ни равноугольной, ни равновеликой, однако для небольших площадей она дает незначительные искажения; именно в такой проекции составляются серии карт, подготовляемых Службой геологии, геодезии и картографии США, а также (с небольшими изменениями) Международная карта мира. Еще одна равновеликая проекция, разработанная для обзорных карт, объединяет в себе черты синусоидальной (при передаче экваториальных областей) и псевдоцилиндрической проекции Мольвейде (в приполярных областях). Как и в ряде других равновеликих проекций, изображение в ней может даваться с разрывами или в сжатой форме.

Разрывы возникают в том случае, если выбирается не один средний (прямолинейный) меридиан, а несколько, и при каждом из них строится часть градусной сетки. Крайним случаем является изображение всей поверхности земного шара в виде сегментов глобуса. На картах в этой проекции используется также «сжатое» изображение; сжатие достигается за счет того, что части изображения, не нужные для данной карты (например, водные пространства для карты почвенного покрова), «вырезаются», а остающиеся сводятся вместе; это дает возможность использовать более крупный масштаб при сохранении той же площади листа.

МЕТОДЫ КАРТОГРАФИРОВАНИЯ

Как только выбрана проекция и вычерчена соответствующая ей градусная сетка, можно приступать к составлению основы и подготовке информации, определяющей содержание карты. При этом для крупномасштабных карт часто используются аэрофотоматериалы. Теоретически на плановом аэрофотоснимке присутствуют все элементы ландшафта, которые могут быть показаны на крупномасштабной карте. Более того, имея фотоснимки, частично перекрывающие друг друга, можно построить карты рельефа в горизонталях; для этого необходим стереоскоп и различные приборы для измерения высот по снимкам. Развитие фотограмметрии – науки, занимающейся измерениями и картографированием земной поверхности по аэрофотоматериалам, – позволило значительно ускорить составление карт и повысить их точность. Использование аэро- и космических снимков облегчило обновление устаревших карт. Хотя аэрофотоснимки дают хорошее изображение поверхности, они все же не могут заменить собой карты; на них присутствует масса «неотсортированной» информации, поэтому они требуют интерпретации. На карте же относительно менее важные данные могут быть опущены, а другие, более существенные для целей данной карты, напротив, выделяются для более легкого их чтения. Более того, как в пределах одного снимка, так и на различных снимках одной серии имеются различные искажения изображения и нарушения его масштаба. Поэтому, чтобы использовать снимки для составления детальных карт, их необходимо привести к единому масштабу и откорректировать.

Некоторые проблемы картографирования могут быть показаны на примере береговых линий, разграничивающих сушу и акватории. Поскольку существуют приливы, границы континентов и океанов изменяются в соответствии с изменением уровня Мирового океана; обычно на картах показано их положение при среднем уровне моря (т.е. среднем между уровнями прилива и отлива). Кроме того, даже на картах самого крупного масштаба не могут быть показаны все детали береговой линии; следовательно, необходима генерализация.

Значение генерализации, т.е. отбора и обобщения деталей, возрастает по мере уменьшения масштаба карт; генерализации подвергаются практически все элементы основы и содержания карты. Например, из водотоков, изображенных на крупномасштабной топографической карте, лишь некоторые могут быть сохранены на карте среднего масштаба; при переходе к обзорным картам требуется дальнейший отбор и сокращение количества элементов. При отборе и генерализации приходится устанавливать и принципы отбора – например, при выборе критериев для показа населенных пунктов необходимо решить, руководствоваться ли только численностью населения или учитывать также политическое значение городов; в последнем случае необходимо показывать на карте все столицы, хотя численность их населения может быть невысокой.

Одной из самых трудных задач картографирования является правильная передача рельефа. При этом используются такие способы, как отмывка, отрисовка форм рельефа, изогипсы, штриховка и послойная гипсометрическая окраска. Горизонтали можно представить себе как линии пересечения топографической поверхности серией равноотстоящих одна от другой горизонтальных плоскостей; расстояния между этими плоскостями по вертикали называют сечением горизонталей. Будучи количественным показателем, горизонтали очень информативны, однако этому методу присущи некоторые недостатки – например, мелкие формы рельефа могут не найти отражение на карте даже при малом сечении, и, кроме того, рельеф в таком изображении не очень нагляден. В некоторых случаях трудности преодолеваются с помощью пластической отмывки – в дополнение к горизонталям на изображение рельефа в соответствии с основными скелетными линиями наносятся тени, дающие качественную характеристику, т.е. распределение света и тени при заданном (косом или вертикальном) освещении. Сходный эффект может быть получен при фотографировании освещенной модели рельефа. Теоретически с помощью теневой отмывки могут быть показаны даже очень мелкие формы рельефа, если они вообще выражаются в данном масштабе. Сочетанием горизонталей и отмывки достигается наиболее точная в качественном и количественном отношении передача форм поверхности.

Показ рельефа посредством штрихов отличается тем, что штрихи проводятся по падению склона (а не по простиранию, как горизонтали). Толщина штрихов зависит от угла наклона склона; чем больше уклон, тем толще линия, в результате чего более крутые склоны выглядят на карте более темными. С помощью штриховки можно показать острые гребни и крутые уступы; при рисовке горизонталей, даже самой тщательной, эти формы обычно выглядят сглаженными. Использование эхолотирования позволяет выполнять детальное картографирование рельефа дна океанов.

Наиболее старым методом показа очертаний земной поверхности является использование перспективных условных знаков, представляющих собой стилизованное изображение определенных форм рельефа в профиль или в ракурсе 3/4. При этом вид их, естественно, отличается от планового изображения, свойственного карте, и соответственно часть из них оказывается смещенной по отношению к истинным координатам. Такое смещение терпимо на обзорных картах, но неприемлемо для карт крупных масштабов. Поэтому схематические знаки, изображающие формы рельефа, используются обычно только на мелкомасштабных картах. Раньше таким способом передавались лишь наиболее крупные объекты, на современных физиографических картах показываются и мелкие формы. При этом необходимо преувеличить вертикальный масштаб по сравнению с горизонтальным, так как иначе формы рельефа выглядят излишне плоскими и невыразительными.

Изображение рельефа на гипсометрических картах представляет собой высшую степень генерализации метода горизонталей. Как и изображение форм рельефа стилизованными перспективными знаками, этот метод используется в основном на обзорных картах. На гипсометрических картах каждая высотная зона закрашивается определенным цветом (или оттенком). По контакту двух высотных ступеней, выделенных разными цветами, может быть проведена линия. При этом в каждом отдельном высотном поясе, который иногда охватывает сотни метров по вертикали, многие детали строения рельефа не получают отражения на карте.

Традиционно для составления гипсометрических карт использовалась определенная цветовая шкала, в которой оттенки зеленого, желтого и коричневого сменяли друг друга в порядке возрастания высоты; сейчас некоторые картографы от этого отказываются. Однако существует традиция изображения ряда картографируемых объектов определенным цветом. Например, коричневый цвет используется для горизонталей, синий – для показа водных объектов, красный – для населенных пунктов и зеленый – для растительности. Использование цвета не только делает карту более привлекательной, но и позволяет представить дополнительную информацию.

Статистические карты.

Мелкомасштабные статистические карты заслуживают особого упоминания ввиду их растущего значения. Эти карты обычно базируются на источниках, содержащих количественную информацию, например на данных переписей. Среди способов передачи информации следует указать точечный, методы изоплет, хороплет (картограмм) и картодиаграмм. Все эти способы могут использоваться для одних и тех же данных. Точечные значки одинакового размера, каждый из которых обозначает одинаковое количество единиц изображаемого явления, наносятся на карту соответственно фактическому размещению явления; скопление или разреженность точек показывает распределение (плотность) картографируемого явления. Изоплеты представляют собой изолинии, соединяющие точки с одинаковыми значениями какого-либо относительного показателя, вычисленного на основе других показателей (а не измеренного непосредственно). Примером могут служить изолинии средних месячных температур (расчетный показатель). В системе хороплет конкретная территориальная статистическая единица (например, административный округ) рассматривается как однородная по данному статистическому показателю; пространственная дифференциация достигается тем, что выделенные единицы разделяются на классы по величине картографируемого признака и каждому классу присваивается определенный цвет. На картодиаграммах площади, статистически однородные по отношению к выбранному признаку, показываются безотносительно к границам территориальных единиц, данные по которым положены в основу карты.

Еще два способа, часто применяемые для статистических карт, – это знаки, размер которых зависит от количественной характеристики изображаемого явления, и знаки, показывающие направление перемещения. В первом способе, применяемом в случае точно локализованных явлений, например городского населения, точечные знаки имеют разные весовые значения; размер знаков выбирается пропорциональным их весу и имеет несколько градаций (например, по числу жителей городов). Знаки перемещения могут включать и количественную характеристику (например, объемы морских перевозок). Такой эффект достигается изменением толщины линий.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КАРТОГРАФИИ

Об универсальности карт свидетельствует тот факт, что даже т.н. примитивные народы составляют карты, прекрасно отвечающие их потребностям. Например, эскимосы, не располагая никакими измерительными инструментами, составили карты обширных областей северной Канады, которые не слишком проигрывают при сравнении с картами тех же территорий, составленными с применением современных методов. Подобно этому, морские карты, составленные жителями Маршалловых о-вов, дают исключительно интересные примеры «первобытной» картографии. На этих картах «сетка» образована средними жилками пальмовых листьев, представляющих открытое море, а дуговидные боковые жилки соответствуют фронту волн, приближающихся к островам; сами острова обозначены раковинами моллюсков. Отмечается растущий интерес к картам аборигенов, в том числе американских индейцев.

Помимо наскальных рисунков, до нас дошли древнейшие карты, составленные в Вавилоне и древнем Египте. Вавилонские карты на глиняных табличках, датируемые примерно 2500 до н.э., показывают различные по величине объекты, от отдельного землевладения до крупной речной долины. На крышке одного египетского саркофага изображена стилизованная карта дорог древнего Египта. Китайская картография также восходит к глубокой древности. В Китае очень давно и независимо от Запада были разработаны некоторые очень важные технические приемы, в том числе прямоугольная картографическая сетка, использовавшаяся для определения местонахождения объекта.

Что касается древней Греции, то, хотя мы располагаем лишь немногими примерами карт этой эпохи, из литературных источников известно, что в этой области греки значительно превзошли другие народы. Уже в 4 в. до н.э. греки пришли к выводу о шарообразности Земли и разделяли ее на климатические пояса, из чего позднее возникла концепция широты. Эратосфен в 3 в. до н.э. с помощью простых геометрических построений поразительно точно определил размеры Земли. Ему принадлежит также карта мира, на которой были показаны линии широты и долготы (хотя и не в современном упорядоченном виде). Изображение географических координат в виде правильной сетки с равными интервалами, приписываемое греческому астроному Гиппарху, использовалось прославленным греческим картографом Птолемеем, жившим во 2 в. н.э. в Александрии. Птолемей составил географический справочник, включавший ок. 8000 пунктов с указанием их координат, и разработал руководство по составлению карт, по которому много веков спустя ученым удалось реконструировать некоторые из составленных им карт. После Птолемея картография на Западе пришла в упадок, хотя римляне вели большие работы по съемке земель и составлению дорожных карт.

Значительный прогресс в картографии был достигнут в Китае: составлявшиеся там в 12 в. карты превосходят любые другие, относящиеся к этому времени. Именно Китаю принадлежит заслуга выпуска первой печатной карты ок. 1150 (см. рис. ). Тем временем арабы, используя данные астрономических наблюдений, научились определять широту и долготу любого места значительно точнее, чем это удавалось Птолемею. Большинство карт, составлявшихся в Европе в средние века, или грешило крайней схематичностью, как, например, дорожные карты для паломников, или было перегружено религиозной символикой. Наиболее распространены были карты типа «Т в О»; Земля на них изображалась в виде диска, причем буква «О» изображала океан, окружающий сушу; вертикальная черта буквы «Т» представляла Средиземное море, а реки Нил и Дон составляли соответственно правую и левую части верхней перекладины. Эти водные объекты разделяли на карте Азию (располагавшуюся в верхней части карты), Африку и Европу.

В начале 14 в. в картографии появился новый тип карт. Это были морские карты – портоланы, служившие навигационным целям; их создание стало возможным благодаря появлению в Европе магнитного компаса. Первоначально эти карты, украшенные схематическим изображением компаса и отличавшиеся исключительно подробной проработкой береговых линий, составлялись только для Средиземноморья. В некоторых отношениях вершиной средневековой картографии можно считать небольшой глобус, изготовленный Мартином Бехаймом в 1492 и показывающий мир таким, каким он представлялся перед открытием Америки. Это самый старый глобус.

Великие географические открытия европейцев во второй половине 15 в. предоставили картографам эпохи Возрождения новый материал. В то же время ученые повторно открыли и перевели с древнегреческого работы Птолемея, распространение которых стало возможным благодаря книгопечатанию. Развитие печатного дела революционизировало картографию, сделав карты гораздо более доступными. В частности, в Нидерландах резко возросло производство карт. Центральную роль в этом процессе сыграл Герард Меркатор (1512–1594), который уточнил положение многих пунктов на карте мира, разработал картографические проекции и создал капитальный атлас, опубликованный уже после его смерти. Первым атласом в современном смысле было собрание карт, опубликованное фламандцем Абрахамом Ортелием под названием Зрелище земного шара (Theatrum orbis terrarum ). Успех этих предприятий привел к расцвету торговли картами; в последующие века эта отрасль пришла в упадок из-за недостатка новых идей.

Новый толчок развитию картографии был дан в 17 в. в результате деятельности вновь образованных научных обществ, таких, как Лондонское королевское общество или Королевская академия наук в Париже. Эти организации финансировали научные экспедиции, а также прилагали немало усилий для более точного определения формы Земли и местоположения отдельных пунктов, что способствовало значительному прогрессу картографии. Существенную роль в развитии топографической картографии сыграли изобретение теодолита, мензулы, барометра и маятниковых часов, а также разработка новых способов изображения (изолинии, штриховка и пр.). Современная топографическая съемка в масштабах целой страны была начата во Франции в 18 в.

В 19 в. отмечаются заметные успехи в мелкомасштабном картографировании и особенно в развитии количественной картографии. В конце 19 в. немецкий географ Альбрехт Пенк выступил на Международном географическом конгрессе с предложением создания Международной карты мира. Этот проект удалось осуществить в 20 в. В нашем столетии широко распространилось использование аэрофотоснимков. Представления о строении земной поверхности и форме Земли существенно обогатились благодаря наблюдениям с искусственных спутников, с которых были получены материалы для картографирования и других небесных тел.

ОРГАНИЗАЦИИ И ПРЕДПРИЯТИЯ, ЗАНИМАЮЩИЕСЯ СОСТАВЛЕНИЕМ И ИЗДАНИЕМ КАРТ

Картографирование земной поверхности было и остается уделом различных международных организаций. Например, ООН помимо финансирования Международной карты мира, выделяет средства картосоставительским организациям. Международному обмену картографической информацией способствует Международная картографическая ассоциация, которая регулярно проводит совещания и издает справочный ежегодник (The International Yearbook of Cartography ). Еще одно международное издание, журнал «Имаго Мунди» (в переводе «Образ мира»), посвящено истории картографии.

Топографическая съемка территорий отдельных стран обычно осуществляется силами этих стран. Во многих странах национальные геодезические и топографические работы первоначально служили военным целям; в качестве примера можно назвать Службу съемок Великобритании, отвечающую за подготовку топографических карт территории этой страны. В США существует более десятка федеральных организаций, занимающихся топосъемкой на территории страны; наиболее крупная из них – Служба геологии, геодезии и картографии США, главная резиденция которой находится в Вашингтоне. Съемка береговой зоны США и обеспечение необходимой для этого геодезической основы возложены на Береговую и геодезическую службу США. Среди прочих картосоставительских организаций США следует упомянуть Управление геодезии и картографии Министерства обороны, занимающееся топографической, гидрографической и аэрокосмической съемкой. Во многих странах выпускаются национальные атласы, созданием которых заняты различные организации, частично или полностью финансируемые правительством.

В некоторых странах географические общества время от времени выпускают тематические карты в виде приложений к своим периодическим изданиям. Географическое общество США, например, помещает разнообразные политические и тематические карты в большинстве выпусков своего популярного журнала «Нэшнл джиографик» («National Geographic»).

Коммерческие картосоставительские предприятия часто специализируются на выпуске какого-то определенного вида картографической продукции. Одни выпускают дорожные карты, другие – настенные карты и атласы для школ, колледжей и университетов, третьи специализируются на издании кадастровых карт для нужд юристов, налоговых инспекторов и пр. Центр коммерческого издания карт в США располагается в Чикаго. Во многих странах подобные предприятия находятся в столицах. В США широко распространено коллекционирование карт, особенно старых. Для коллекционеров издается специальный журнал «Собиратель карт» («The Map Collector»). В продаже имеются факсимильные копии многих старинных карт и атласов.

В США наиболее полное собрание карт и атласов, включающее как современные, так и старинные издания, выпущенные в различных странах, находится в картографическом отделе Библиотеки Конгресса в Вашингтоне. Копии карт, выпущенных федеральными службами США, а также рукописные карты, составленные теми же службами, хранятся в Национальном управлении архивов и документации в Вашингтоне. Те же функции в Великобритании и Франции выполняют, соответственно, картографический отдел Британской библиотеки в Лондоне и Национальная библиотека в Париже. Библиотека Ватикана в Риме располагает большим собранием старинных и очень ценных карт.

Литература:

Салищев К.А. Картоведение . М., 1976
Берлянт А.М. Картографический метод исследования . М., 1978
Краткий топографо-геодезический словарь . М., 1979
Салищев К.А. Картография . М., 1982
Берлянт А.М. Образ пространства: карта и информатика . М., 1986

2.1. Элементы топографической карты

Топографическая карта - подробная крупномасштабная общегеографическая карта, отражающая размещение и свойства основных природных и социально-экономических объектов, дающая возможность определить их плановое и высотное положение.

Топографические карты создаются, главным образом, на основе:

• обработки аэрофотоснимков территории;
• путем непосредственных измерений и съемок объектов местности;
• картографическими методами с уже имеющимися планами и картами крупных масштабов.

Как и любая другая географическая карта, топографическая карта является уменьшенным, обобщенным и образно-знаковым изображением местности. Ее создают по определенным математическим законам. Эти законы сводят к минимуму искажения, неизбежно возникающие при переносе поверхности земного эллипсоида на плоскость, и, вместе с тем, обеспечивают максимальную ее точность. Изучение и составление карт требуют аналитического подхода, разделения карт на составляющие ее элементы, умения понимать смысл, значение и функции каждого элемента, и видеть связь между ними.

Элементы карты (составные части) включают:

• картографическое изображение;
• математическую основу;
• легенду;
• вспомогательное оснащение;
• дополнительные данные.

Главным элементом любой географической карты является картографическое изображение - совокупность сведений о природных или социально-экономических объектах и явлениях, их размещение, свойства, связи, развитие и т.д.. На топографических картах изображают водные объекты, рельеф, растительный покров, почвы, населенные пункты, пути сообщения и средства связи, некоторые объекты промышленности, сельского хозяйства, культуры и т.д..
Математическая основа топографической карты - совокупность элементов, определяющих математическую связь между реальной поверхностью Земли и плоским картографическим изображением. Она отражает геометрические законы построения карты и геометрические свойства изображения, обеспечивает возможность измерения координат, нанесения объектов по координатам, достаточно точные картометрические определения длин, площадей, объёмов, углов и др. Благодаря этому карту иногда называют графоматематической моделью окружающего мира.

К математической основе относят:

• проекцию карты;
• координатные сетки (географические, прямоугольные и иные);
• масштаб;
• геодезическое обоснование (опорные пункты);
• компоновку, т. e. размещение всех элементов карты в пределах её рамки.

Масштаб каты может иметь три вида: числовой, графический (линейный) и пояснительную подпись (именованный масштаб). От масштаба карты зависит степень подробностей, с которой можно нанести картографическое изображение. Более детально масштабы карт будут рассмотрены в Теме 5.
Картографическая сетка представляет собой изображение градусной сетки Земли на карте. Вид сетки зависит от того, в какой проекции составлена карта. На топографических картах масштабов 1:1 000 000 и 1:500 000 меридианы имеют вид прямых линий, сходящихся в определенной точке, а параллели - дуги эксцентрических окружностей. На топографические карты более крупного масштаба наносят только две параллели и два меридиана (рамка), ограничивающие картографическое изображение. Вместо картографической сетки на крупномасштабные топографические карты наносят координатную (километровую) сетку, которая имеет математическую связь с градусной сеткой Земли.
Рамкой карты называют одну или несколько линий, ограничивающих карту.
К опорным пунктам относятся: астрономические пункты, пункты триангуляции, пункты полигонометрии и марки нивелирования. Опорные пункты служат геодезической основой для съемки и составления топографических карт.

2.2. Свойства топографической карты

Топографическим картам присущи следующие свойства: наглядность, измеримость, достоверность, современность, географическое соответствие, геометрическая точность, полнота содержания.
Среди свойств топографической карты следует выделить наглядность и измеримость . Наглядность карты обеспечивает зрительное восприятие образа земной поверхности или отдельных ее участков, их характерные черты и особенности. Измеримость позволяет получать с помощью карты количественные характеристики изображенных на ней объектов путем измерений.

Наглядность и измеримость обеспечиваются:

математически определенной связью между многомерными объектами окружающей среды и их плоским картографическим изображением. Эта связь передается с помощью картографической проекции;

степенью уменьшения размеров изображенных объектов, которое зависит от масштаба;

выделением типичных черт местности путем картографической генерализации;

применением для изображения земной поверхности картографических (топографических) условных знаков.

Чтобы обеспечить высокую степень измеримости, карта должна обладать достаточной для конкретных целей геометрической точностью, под которой понимается соответствие местоположения, очертаний и размеров объектов на карте и в действительности. Чем меньше изображаемый участок земной поверхности при сохранении размеров карты, тем выше ее геометрическая точность.
Карта должна быть достоверной , т. е. сведения, составляющие ее содержание на определенную дату, должны быть правильными, должна быть также современной , соответствовать современному состоянию изображенных на ней объектов.
Важное свойство топографической карты - полнота содержания , которая включает объем содержащихся в ней сведений, их разносторонность.

2.3. Классификация топографических карт по масштабу

Все отечественные топографические карты, в зависимости от их масштаба, условно разделены на три группы:

• Мелкомасштабные карты (масштабов от 1:200 000 до 1:1 000 000), как правило, используются для общего изучения местности при разработке проектов и планов развития народного хозяйства; для предварительного проектирования крупных инженерных сооружений; а также для учета естественных ресурсов поверхности земли и водных пространств.
• Среднемасштабные карты (1:25 000, 1:50 000 и 1:100 000) являются промежуточным звеном между мелкомасштабными и крупномасштабными. Высокая точность, с которой изображаются все предметы местности на картах данного масштаба, позволяет широко применять их в различных целях: в народном хозяйстве при строительстве различных сооружений; для проведения расчетов; для геологических поисковых работ, землеустройства и т. д.
• Крупномасштабные карты (1:5 000 и 1:10 000) находят широкое применение в промышленности и коммунальном хозяйстве; при проведении детальных геологических разведок месторождений полезных ископаемых; при проектировании транспортных узлов и сооружений. Важную роль играют крупномасштабные карты в военном деле.

2.4. Топографический план

Топографический план - крупномасштабный чертеж, изображающий в условных знаках на плоскости (в масштабе 1:10 000 и крупнее) небольшой участок земной поверхности, построенный без учета кривизны уровенной поверхности и сохраняющий постоянный масштаб в любой точке и по всем направлениям. Топографический план обладает всеми свойствами топографической карты и является ее частным случаем.

2.5. Проекции топографических карт

При изображении больших территорий земной поверхности проектирование производится на уровенную поверхность Земли, по отношению к которой отвесные линии являются нормалями.

Картографическая проекция - способ изображения на плоскости поверхности земного шара при составлении карт .

Невозможно развернуть на плоскости сферическую поверхнность без складок и разрывов. По этой причине на картах неизбежны искажения длин, углов и площадей. Лишь в некоторых проекциях сохраняется равенство углов, но из-за этого значительно искажаются длины и площади, или сохраняется равенство площадей, но значительно искажаются углы и длины.

Проекции топографических карт масштаба 1:500 000 и крупнее

Большинство стран мира, в том числе и Украина, для составления топографических карт используют равноугольные (конформные) проекции, сохраняющие равенство углов между направлениями на карте и на местности. Швейцарский, немецкий и российский математикЛеонард Эйлер в 1777 г. разработал теорию конформного изображения шара на плоскости, а знаменитый немецкий математик Иоганн Карл Фридрих Гаусс в 1822 г. обосновал общую теорию конформного изображения и использовал конформные плоские прямоугольные координаты при обработке триангуляции (метод создания сети опорных геодезических пунктов). Гаусс применил двойной переход: с эллипсоида на шар, а затем с шара на плоскость. Немецкий геодезист Иоганнес Генрих Луис Крюгер разработал метод решения возникающих в триангуляции условных уравнений и математический аппарат конформной проекции эллипсоида на плоскость, получившей название проекции Гаусса-Крюгера.
В 1927 г. известный российский геодезист, профессор Николай Георгиевич Келль впервые в СССР применил систему координат Гаусса в Кузбассе и по его инициативе с 1928 г. эта система была принята в качестве единой системы для СССР. Для вычисления координат Гаусса в СССР применяли формулы профессора Феодосия Николаевича Красовского, которые точнее и удобнее формул Крюгера. Поэтому в СССР не было оснований давать проекции Гаусса название «Гаусса-Крюгера».
Геометрическую сущность этой проекции можно представить следующим образом. Весь земной эллипсоид делят на зоны и для каждой зоны в отдельности составляют карты. При этом устанавливают такие размеры зон, чтобы можно было каждую из них развернуть в плоскость, то есть изобразить на карте, практически без заметных искажений.
Для получения картографической сетки и составления карты в проекции Гаусса поверхность земного эллипсоида разбивают по меридианам на 60 зон по 6° каждая (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Деление поверхности Земли на шестиградусные зоны

Чтобы представить, как получается на плоскости изображение зон, вообразим цилиндр, который касается осевого меридиана одной из зон глобуса (рис.2.2).

Рис. 2.2. Проекция зоны на цилиндр, касательный к земному эллипсоиду по осевому меридиану

Зону спроектируем по законам математики на боковую поверхность цилиндра так, чтобы при этом сохранилось свойство равноугольности изображения (равенство всех углов на поверхности цилиндра их величине на глобусе). Затем спроектируем на боковую поверхность цилиндра все остальные зоны, одну рядом с другой.

Рис. 2.3. Изображение зон земного эллипсоида

Разрезав далее цилиндр по образующей АА1 или ВВ1 и развернув его боковую поверхность в плоскость, получим изображение земной поверхности на плоскости в виде отдельных зон (рис. 2.3).
Осевой меридиан и экватор каждой зоны изображаются прямыми линиями, перпендикулярными друг к другу. Все осевые меридианы зон изображаются без искажения длин и сохраняют масштаб на всем своем протяжении. Остальные меридианы в каждой зоне изображаются в проекции кривыми линиями, поэтому они длиннее осевого меридиана, т.е. искажены. Все параллели также изображаются кривыми линиями с некоторым искажением. Искажения длин линий увеличиваются по мере удаления от осевого меридиана на восток или запад и на краях зоны становятся наибольшими, достигая величины порядка 1/1000 длины линии, измеряемой по карте. Например, если вдоль осевого меридиана, где нет искажений, масштаб равен 500 м в 1 см, то на краю зоны он будет равен 499,5 м в 1 см.
Отсюда следует, что топографические карты имеют искажения и переменный масштаб. Однако эти искажения при измерениях на карте очень незначительны, и потому считают, что масштаб любой топографической карты для всех ее участков является постоянным .
Для съемок масштаба 1:25 000 и крупнее разрешено применение 3 градусных и даже более узких зон. Перекрытие зон принято 30" к востоку и 7",5 к западу от осевого меридиана.

Основные свойства проекции Гаусса:

осевой меридиан изображается без искажений;

проекция осевого меридиана и проекция экватора являются прямыми линиями, перпендикулярными друг к другу;

остальные меридианы и параллели изображаются сложными кривыми линиями;

в проекции обеспечивается сохранение подобия малых фигур;

в проекции обеспечивается сохранение горизонтальных углов и направлений на изображении и местности.

Проекция топографической карты масштаба 1:1 000 000

Проекция топографической карты масштаба 1:1 000 000 - видоизмененная поликоническая проекция , принятая в качестве международной. Ее основные характеристики: проектирование земной поверхности, охватываемой листом карты, производится на отдельную плоскость; параллели изображаются дугами окружностей, а меридианы - прямыми линиями.
Для создания топографических карт США и стран Северного Атлантического Альянса используется Универсальная поперечная проекция Меркатора , или UTM. В своей конечной форме система UTM использует 60 зон, каждая - 6 градусов по долготе. Каждая зона расположена от 80º ю.ш. до 84º с.ш. Причина асимметрии в том, что 80º ю.ш. очень удачно проходит в южном океане, юге Южной Америки, Африки и Австралии, но необходимо подняться на 84º с.ш., чтобы достичь севера Гренландии. Зоны считают, начиная от 180º, с увеличением чисел на запад. Совместно эти зоны покрывают почти целую планету, исключая только Северный Ледовитый океан и Северную и Центральную Антарктику на юге.
Система UTM не использует «стандарт», базирующийся на поперечной проекции Меркатора - касательную. Вместо нее используется секущая , которая имеет две линии сечения, расположенные приблизительно в 180 километрах по обе стороны центрального меридиана. Зоны карты в проекции UTM отличаются друг от друга не только в позициях их центральных меридианов и линий искажений, но также и в модели Земли, которую они используют. Официальное определение системы UTM определяет пять других сфероидов для использования в различных зонах. Все зоны UTM в Соединенных Штатах основаны на сфероиде Clarke 1866.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Дайте определения: «Топография», «Геодезия», «Топографическая карта».
2. С какими науками связана топография? Объясните на примерах эту связь.
3. Какими способами создают топографические карты?
4. Для каких целей предназначены топографические карты?
5. Чем отличается топографический план от топографической карты?
6. Из каких элементов состоит карта?
7. Дайте характеристику каждому элементу топографической карты.
8. Какой вид имеют параллели и меридианы на топографических картах?
9. Какие элементы определяют математическую основу топографической карты? Дайте краткую характеристику каждому элементу.
10. Какие свойства присущи топографическим картам? Дайте краткую характеристику каждому свойству.
11. На какую поверхность производится проектирование изображений больших территорий Земли?
12. Дайте определение картографической проекции.
13. Какие искажения могут образоваться при развертывании сферической поверхности на плоскости?
14. Какие проекции использует большинство стран мира для составления топографических карт?
15. В чем заключается геометрическая сущность построения проекции Гаусса?
16. Покажите на чертеже, как производят проектирование шестиградусной зоны с земного эллипсоида на цилиндр.
17. Как изображены меридианы, параллели и экватор в шестиградусной зоне Гаусса?
18. Как изменяется характер искажений в шестиградусной зоне Гаусса?
19. Можно ли считать масштаб топографической карты постоянным?
20. В какой проекции выполнена топографическая карта масштаба 1:1 000 000?
21. Какая картографическая проекция используется для создания топографических карт в США, и в чем ее отличие от проекции Гаусса?
    

На контрольной по географии мне попался вопрос о существующих картах и их ключевых особенностях. Помню, как описал характерные черты топографической карты - более подробные сведения об участке местности, за что и получил «пятерку».

Что из себя представляет топографическая карта

Это точное изображение местности , с указанием размещения и характеристик как природных, так и социально-экономических объектов. Такая карта позволяет определить расположение точек местности в пространстве, получить информацию о количестве и качестве интересующих объектов. В зависимости от поставленных задач, определяется необходимый масштаб, а создание возможно на основе:

• проведения фотосъемки объекта, или его измерение;
• анализ снимков из космоса или аэрофотосъемки ;

• с использованием уже имеющихся планов крупных масштабов .

Как и любая другая, топографическая карта - уменьшенное отображение участка местности . При создании применяются математические правила, что минимизирует возможные искажения из-за переноса на плоскость эллипсоида земного шара. Это результат работы коллективов, состоящих из специалистов в различных дисциплинах, и вместе с этим - это достаточно творческий труд .

Свойства топографической карты

Среди множества свойств, особенно важны измеримость и наглядность . Действительно, то, насколько реалистично перенесено изображение объекта, является ключом к пониманию его характеристик и особенностей. Что касается оценки количества объектов и размеров , то тут главную роль играет измеримость.

Изображение - главная часть, передающая информацию о социальных и экономических явлениях, их дислокации, свойствах и многом другом . Также изображается рельеф, коммуникации, объекты промышленности, населенные пункты . Для достижения максимальной измеримости необходимо соблюдение геометрической точности . Это подразумевает соответствие формы, размера и местоположение изображенного объекта с действительностью. Немалую роль играет достоверность карты - те сведения, что представлены на ней, должны быть достоверны и современны.

Топографические карты прошли большой путь развития: от примитивного чертежа, составленного «на глаз», до подробнейших изображений участков местности, позволяющих изучать ее особенности. По сути, всякая карта, изображающая земную поверхность, будет географической, а топографическая - это лучший образец географической .