Лабор карт

Курс лекций. Модуль 1 (Лекции 1-4)

Лекция 1. Определение картографии, ее содержание и разделы. Определение и основные свойства географических карт. Особенности других картографических изображений. Значение географических карт для науки и практики. Структура картографии ее связи со смежными науками. Элементы географических карт

Государственный стандарт картографических терминов называет картографией область науки, техники и производства, охватывающую изучение, создание и использование картографических произведений. Это определение согласуется с традиционным пониманием картографии как науки о географических картах, методах их создания и использования. При этом географические карты рассматриваются в качестве способа отображения действительности и средства изучения реальных явлений.

Познавательное свойство географических карт вполне объяснимо при взгляде на картографирование (комплекс процессов по созданию географических карт) как на один из видов моделирования, имеющего целью изучение реально существующих явлений — их размещения, свойств и взаимосвязей посредством моделей, т. е. построений, воспроизводящих некоторые стороны действительности в упрощенной, схематизированной, доступной обозрению форме. Карты дают пространственный образ явлений, используя графические символы как особый язык картографической науки. Карты строят по определенным математическим правилам, с отбором и обобщением картографируемых явлений (их элементов, свойств и отношений) в соответствии с назначением конкретных произведений. Они образуют пространственные образно-знаковые модели, которые фиксируют накопленные знания и служат для приобретения новых знаний. Другие картографические изображения — рельефные карты, блок-диаграммы и глобусы— также принадлежат к пространственным образно-знаковым моделям; естественно, их разработка относится к заботам картографии.

Еще одна черта современной картографии заключается в быстром расширении пространственных пределов ее действия. Появились карты для обслуживания космических полетов, стали создаваться подробные карты Луны, возникла задача картографирования других планет. Хотя внеземные карты составляют очень малую долю картографической продукции, все же картографические изображения Земли потеряли теперь монополию.

Исходя из вышесказанного картография - это наука об отображении и исследовании явлений природы и общества — их размещения, свойств, взаимосвязей и изменений во времени — посредством картографических изображений как пространственных образно-знаковых моделей.

Лекция 2. Классификация, виды и типы географических карт и атласов. Классификация географических карт. Частные, аналитические, синтетические карты. Комплексные многоотраслевые карты. Географические атласы – определение, классификация, особенности.

Множество и разнообразие географических карт вызывает необходимость их классификации, т. е. распределения карт на группы (виды) по тем или иным признакам. Научная классификация карт позволяет изучать и устанавливать свойства и закономерности, присущие отдельным видам карт; находит отражение в организации картографического производства и способствует его рациональной постановке; необходима для каталогизации карт и их систематического размещения в картохранилищах, а также для обработки и поиска картографической информации; значение классификации для решения последней задачи быстро возрастает с внедрением автоматизации в информационно-картографические службы.

Карты могут различаться по ряду признаков. Наиболее существенны масштаб, территориальный охват, тема (т. е. предмет содержания) и назначение карт, определяющие содержание и особенности карт.

Значение классификации карт по масштабу определяется влиянием масштаба на содержание и особенности карт. В советской картографии различают карты: крупномасштабные (1:200000 и крупнее), среднемасштабные (мельче 1:200000 до 1:1000000 включительно), мелкомасштабные (мельче 1:1000000). Общегеографические карты крупного масштаба (1 : 200 000 и крупнее) называют топографическими, среднего масштаба — обзорно-топогра- фическими, мелкого — обзорными. Среди топографических карт выделяют топографические планы масштабов 1 : 500, 1 : 1000 и 1 : 2000; топографические карты крупного масштаба — 1 : 5000 и 1 : 10000, среднего масштаба—1 :25 000

и 1 : 50 000, мелкого масштаба — 1 : 100 000 и 1 : 200 000.

Таким образом классификация карт по масштабу в определенной мере отражает территориальную иерархию геосистем. Важно учитывать также, что обзорно-топографические и топографические карты строят в проекциях с практически постоянным масштабом, что удобно при измерениях и расчетах. Для съемок и ориентирования на местности применяют только крупные масштабы (кроме съемок с околоземных орбит); топографические планы практически исключают внемасштабную передачу объектов.

Территориальная классификация сообразуется с пространственной иерархией геосистем. К самой общей рубрике относят карты, изображающие земной шар в целом. Далее раздельно классифицируются карты суши и Мирового океана. Карты суши первоначально подразделяются по наиболее крупным частям — материкам. Внутри материков возможно группировать карты двояко - либо по политическому и затем административнотерриториальному делению, либо руководствуясь физико-географическим районированием.

Лекция 3. Обзор основных карт и атласов. Информация о картах. Тематическое картографирование. Международные тематические карты. Комплексное тематическое картографирование. Комплексные атласы мира, стран и регионов. Информация о картах и литературе по картографии. Картобиблиография

Топографические карты уже известны по курсу «Топография». Все топографические карты готовятся по единым, согласованным для карт разных масштабов требованиям и условным знакам. Карты масштаба 1:25000— 1:1000000 являются общегосударственными картами, предназначенными для удовлетворения разнообразных нужд народного хозяйства и обороны. Все карты масштаба 1 : 100 000 и мельче полностью охватывают территорию страны и по мере надобности обновляются. Карта масштаба 1 : 25 000 обеспечивает экономически важные районы и также подвергается обновлению.

Все топографические карты в масштабах 1 : 500 000 и крупнее готовятся в равноугольной поперечно-цилиндрической проекции Гаусса, а карта масштаба 1 : 1 000000 — в поликонической видоизмененной проекции, применяемой как многогранная. Элементы содержания, их классификации и принципы генерализации согласуются и вместе с тем конкретизируются с учетом масштабных возможностей карт.

Топографическим картам присущи разносторонность и полнота характеристики местности, ее отображение с учетом специфики конкретных географических ландшафтов, а также большое внимание к передаче промышленных, сельскохозяйственных и социально-культурных объектов. Расширение сферы применения и прогресс в методах и процессах создания обусловливают систематическое совершенствование этих карт.

Обзорно-топографические карты масштабов 1:200000 — 1 : 1 000 000 применяют, когда необходим обзор значительной территории, но нет надобности в учете второстепенных подробностей местности. В географических работах эти карты могут служить: источником для изучения крупных районов (областей) страны, их природных условий, размещения производительных сил, политико-административного устройства и т. п.; основой для составления тематических и специальных карт того же или близких масштабов; источником для составления производных карт более мелких масштабов и др.

Особенности работы с обзорными картами, а именно совместное использование многих листов для изучения больших территорий и отсутствие необходимости в точных измерениях влекут за собой отказ от многогранных или многополосных построений, переход к проекции, единой для всех листов карты, и деление карты на листы прямоугольной разграфки, удобной для общей демонстрации карты.

Лекция 4. Математическая основа географических карт. Понятие о картографической проекции. Координатные сетки. Главный и частный

масштабы. Искажения в картографических проекциях. Классификация проекций по характеру искажений, по виду и ориентировке вспомогательной поверхности, по виду меридианов и параллелей

Картографическая проекция — математически определенный способ отображения поверхности эллипсоида на плоскости — устанавливает аналитическую зависимость (соответствие) между географическими (или иными) координатами точек земного эллипсоида и прямоугольными (или иными) координатами тех же точек на плоскости. Эта зависимость может быть выражена двумя уравнениями вида

Рис. 1. Эллипс искажений и его элементы

называемыми уравнениями картографических проекций. Они позволяют вычислять прямоугольные координаты х, у изображаемой точки по географическим координатам В и L. Число возможных функциональных зависимостей и, следовательно, проекций неограниченно. Необходимо лишь, чтобы каждая точка В, L эллипсоида изображалась на плоскости однозначно соответствующей точкой х, у и чтобы изображение было непрерывным.

Поверхность эллипсоида (или шара) нельзя развернуть на плоскости подобно поверхности конуса или цилиндра. Поэтому непрерывность и однозначность изображения достигаются как бы за счет неравномерного растяжения (или сжатия), т. е. деформации поверхности эллипсоида при совмещении ее с плоскостью. Отсюда следует, что масштаб плоского изображения не может быть постоянным. Для наглядного представления о величине и характере деформаций, свойственных определенной проекции, рассматривают, как изображаются на плоскости бесконечно малые окружности, взятые в разных точках на поверхности эллипсоида. В теории картографических проекций доказывается, что бесконечно малая окружность на поверхности эллипсоида в общем случае изображается на плоскости эллипсом, называемым эллипсом искажений. Это означает, что масштаб изображения зависит не только от положения точки, но может изменяться в данной точке с переменой направления. Различают главный масштаб, равный масштабу модели земного эллипсоида, уменьшенного в заданном отношении для изображения на плоскости, и прочие масштабы, называемые частными. Частный масштаб определяется как отношение бесконечно малого отрезка dσ на карте (на плоскости) к соответствующему ему отрезку на поверхности эллипсоида

Проекций, совершенно лишенных искажений длин, не существует. Такие проекции сохраняли бы подобие и пропорциональность всех частей земной поверхности, что может иметь место только на модели эллипсоида. Вместе с тем есть проекции, свободные от искажения углов или от искажения площадей.

Проекции, которые передают величину углов без искажения, называют равноугольными. В каждой точке равноугольной проекции масштаб одинаков во всех направлениях (эллипс искажений превращается в окружность), но масштаб, в общем, меняется от точки к точке (что видно по изменению размеров окружностей — эллипсов искажений).

Равновеликие проекции сохраняют площади (эллипсы искажений везде имеют одинаковую площадь), но сильно нарушают подобие фигур (вытянутость эллипсов искажений различна)

Существует множество проекций, которые не являются ни равноугольными, ни равновеликими,— их называют произвольными. Но нет и не может быть проекции, которая была бы одновременно равноугольной и равновеликой. Вообще говоря, чем больше искажения углов, тем меньше искажения площадей, и наоборот. Среди произвольных проекций выделяют равнопромежуточные, в которых масштаб по одному из главных направлений— постоянная величина.

Курс лекций. Модуль 2 ( Лекции 5-10)

Лекция 5. Азимутальные и перспективно-азимутальные проекции. Основные положения и общие формулы азимутальных проекций. Равноугольные азимутальные проекции эллипсоида. Равновеликие азимутальные проекции. Равнопромежуточные по вертикалам (меридианам) азимутальные проекции. Гнономические, стереографические и ортографические проекции

Для построения азимутальной проекции воспользуемся плоскостью, касательной к шару в точке полюса П (рис. 1). Пересечения плоскостей меридианов с касательной плоскостью дают изображение меридианов Па, Пе, Пв,... в виде прямых, углы между которыми равны разности долгот. Параллели, являющиеся концентрическими окружностями, могут быть определены различным путем, например проведены радиусами, равными выпрямленным дугам меридианов от полюса до соответствующей параллели ПА=Па. Такая проекция равнопромежуточна по меридианам и сохраняет

Рис. 1. Построение картографической сетки .в азимутальной проекции И эмблема ООН — равнопромежуточная азимутальная проекция

В общем случае основой классификации азимутальных проекций являются различные расположения плоскости проектирования и точки проектирования. Плоскости проектирования редко бывают секущими. По расположению касательной плоскости проектирования азимутальные проекции подразделяют на нормальные, поперечные и косые. В зависимости от расположения точки проектирования азимутальные проекции подразделяют на центральные, стереографические, внешние и ортогональные. Нормальные азимутальные проекции образуются тогда, когда касательная плоскость касается точек полюсов; поперечные – касательная плоскость касается любой точки на экваторе; косые – касательная плоскость касается любой точки, расположенной между экватором и полюсами земного шара.

Центральные азимутальные проекции образуются тогда, когда узловые точки картографической сетки на земном шаре проектируются на касательную плоскость из точки, расположенной в точке шара, стереографические, когда точка проектирования расположена на сфере; внешние, когда точка проектирования расположена на каком-то конечном расстоянии между сферой и бесконечностью; ортогональные, когда точка проектирования расположена в бесконечности (лучи, исходящие из нее – пучок параллельных прямых).

Рис. 2. Построение картографической сетки в поперечной ортографической проекции: в правой части рисунка—проектирование пучком

параллельных лучей на картинную плоскость КК, перпендикулярную плоскости рисунка, в левой — разворот картинной плоскости

Нормальная равнопромежуточная по меридианам азимутальная проекция Пастеля. Эта проекция разработана математиком Пастелем (1510-1581 гг) для составления географических карт северного и южного полушарий, приполярных стран в нормальном или косом построении картографических сеток. Проекцию применяют для тематических и специальных карт. Например, для сейсмических (вулканических) карт с кратером в центральной ее точке; некоторых климатических карт. Ценными свойствами проекции являются сохранение при центральной точке азимутов направлений, а также расстояний от центральной точки до любой другой.

Лекция 6. Цилиндрические проекции. Принципы геометрического построения цилиндрических проекций. Нормальные равноугольные цилиндрические проекции, их свойства и применение. Нормальные равновеликие и равнопромежуточные проекции. Косые и поперечные, перспективно-цилиндрические проекции

Геометрическое построение цилиндрических проекций отличается большой наглядностью. Для простоты рассуждения вместо эллипсоида воспользуемся шаром.

Заключим шар в цилиндр, касательный по экватору. Продолжим геометрическое построение названных проекций отличается большой наглядностью. Для простоты рассуждения вместо эллипсоида воспользуемся шаром. Заключим шар в цилиндр, касательный по экватору. Продолжим плоскости меридианов ПА, ПБ, ПВ, ... и примем пересечения этих плоскостей с боковой поверхностью цилиндра за изображение на ней меридианов. Если разрезать боковую поверхность цилиндра по образующей aAa1 и развернуть ее на плоскость, то меридианы изобразятся параллельными равноотстоящими прямыми линиями аАа1, 6Б61, вВв1 .... , перпендикулярными экватору АБВ ....

(рис.1) Изображение параллелей может быть получено различными способами. Один из них - продолжение плоскостей параллелей до пересечения поверхностью цилиндра, что даст в развертке второе семейство параллельных прямых линий, перпендикулярных меридианам. Полученная цилиндрическая проекция (рис. 1) оказывается равновеликой, так как боковая поверхность S шарового пояса АЕДГ, равная 2лRh (где h — расстояние между плоскостями АГ и ЕД), соответствует площади изображения этого пояса в развертке. Главный масштаб сохраняется вдоль экватора; частные масштабы по параллели увеличиваются, а по меридианам уменьшаются по мере удаления от экватора.

Другой способ определения положения параллелей основан на cохранении длин меридианов, т. е. на сохранении главного масштаба вдоль всех меридианов. В этом случае цилиндрическая проекция равнопромежуточна по меридианам.

Для равноугольной цилиндрической проекции необходимо в любой точке постоянство масштаба по всем направлениям, что требует увеличения масшта-

Проекции, при построении которых оси цилиндра и конуса совмещались с полярной осью земного шара, а плоскость размещалась касательно в точке полюса, называются нормальными.

По виду нормальной сетки различают также проекции: псевдоцилиндрические, у которых параллели — прямые, параллельные друг другу, а меридианы — кривые, симметричные относительно среднего прямолинейного меридиана; псевдоконические, где параллели — дуги концентрических окружностей, а меридианы — кривые, симметричные относительно среднего прямолинейного меридиана ; поликонические, параллели которых — дуги эксцентрических окружностей с центрами на среднем прямолинейном меридиане, а меридианы — кривые, симметричные относительно среднего меридиана .

Лекция 8. Картографические знаки. Внемасштабные, линейные, площадные знаки. Их функции. Знаки для характеристики явлений, выраженных в суммарных величинах. Построение знаков и знаковых систем. Классификация условных знаков по форме, величине, ориентировке, светлоте и внутренней структуре

Картографическими условными знаками называют применяемые на картах обозначения различных объектов и их характеристик. Краткая форма того же термина, установленная государственным стандартом,—условные знаки. Эти знаки и их системы образуют особый искусственный язык—язык картографии. Они передают содержание карт, т. е. знания о реальной действительности, заключенные в картах. Картографические знаки обозначают предметы, явления, процессы (нефтяная вышка, линия электропередачи, болото, населенный пункт, рельеф местности, температура воздуха, морские течения и т. д. и т. п.). Их используют для реальных и абстрактных объектов, например для отображения населенных пунктов и плотности населения, представляющей абстрактное понятие. Таким образом, картографические знаки могут иметь предметное и смысловое значение.

Каждый знак используется для группы различных, но однородных в каком-либо отношении объектов, например для районных центров, двухколейных железных дорог, проходимых болот и т. п. Таким образом, каждому знаку свойственно определенное обобщение, вследствие чего смысловое содержание знака принимает форму понятия. Для пользования картой необходимо усвоить значение картографических знаков, их смысловое содержание, т. е. отношение к изображаемым предметам, явлениям и процессам.

Картографические знаки отдельных объектов выполняют две основные функции: 1) указывают вид объектов (колодец, шоссе и др.) и некоторые их количественные и (или) качественные характеристики (например, дебит колодца, вид покрытия и ширину проезжей части шоссе, проходимость болота), 2) определяют пространственное положение, плановые размеры и формы или, короче, «пространство» этих объектов. Иногда знаки отображают изменения явления во времени (рост городов, разливы рек и т.п.), перемещения (маршруты

экспедиций, траектории циклонов) и другие процессы.

Совокупности знаков выполняют на картах более широкие функции. Они показывают сочетания и взаимосвязи объектов, формируют пространственный образ явлений, позволяют устанавливать закономерности их размещения и таким образом дают новые знания сверх суммы информации, заключенной в отдельных знаках карты. Кроме того, группировки знаков открывают простор для пространственных характеристик состояния, дифференциации и временного изменения явлений. Эти свойства знаковых совокупностей будут рассмотрены ниже. Они особенно продуктивны, когда картографирование проводится как геосистемное исследование определенного структурного и (или) территориального уровня.

Лекция 10. Способы изображения рельефа. Перспективные изображения. Способы штрихов. Горизонтали. Гипсометрические шкалы. Условные обозначения рельефа. Светотеневая пластика. Освещенные горизонтали. Блок-диаграммы. Высотные отметки рельефа. Цифровые модели рельефа.

Изображение рельефа принадлежит к старейшим и неизменно актуальным проблемам картографии. Если рассматривать эту задачу как моделирование неровностей земной поверхности в плоском двухмерном изображении, то для этого удобен один из видов изолиний – горизонтали, позволяющие определять третью координату – высоту в любой точке этой поверхности. На тематических картах возникает необходимость и в других количественных показателях расчлененности рельефа, для чего пригоден способ количественного фона. Для качественных характеристик рельефа, например его генезиса, используется способ качественного фона. Казалось бы, дело ограничивается конкретным применением рассмотренных способов изображения. Однако часто ставят задачу – достижение зрительного эффекта объемности, глубины плоского изображения, когда при взгляде на карту у читателя создается наглядное представление о формах и расчлененности рельефа.

Вообще два основных требования предъявляются к плоскому изображению рельефа:

•его измеримость, т.е. возможность определения по карте абсолютных высот и относительных превышений точек местности, направления и крутизны скатов, объемов и других количественных показателей рельефа;

•пластичность изображения, т.е. выразительность объемных форм рельефа, иллюзия его выпуклости и глубины.

На картах разного назначения и тематики реализация и соотношение этих требований не одинаковы.

Поиски пластики изображения влекли разработку специальных средств ее передачи. На ранних этапах развития картографии прибегали к перспективному рельефному рисунку, но даже в наиболее совершенном исполнении картинное изображение рельефа оказывалось произвольным и лишенное математической основы не позволяло каких либо определений крутизны скатов и высот.