Элементы географических карт

Элементами карты являются математическая основа, картографическое изображение, легенда, вспомогательное оснащение, дополнительные данные (рис.3, 4).

Рис. 3. Элементы общегеографических карт

Математическая основа – это математические элементы, определяющие математическую связь между картой и отображаемой поверхностью.

Все картографическое изображение строится на математической основе, которая определяет математические законы построения карт, геометрические свойства изображаемых объектов и явлений, устанавливает координатную связь между объектами на поверхности земного эллипсоида и карте. Ее элементами в свою очередь являются: 1) геодезическая основа, 2) масштаб, 3)картографическая проекция и связанная с ней координатная сетка (сетка меридианов и параллелей) и компоновка.

Поверхность Земли, представляющую сложное сочетание неровностей суши и океанов, называют физической или топографической поверхностью. На форме Земли существенно сказалось ее вращение вокруг своей оси. Разная удаленность приэкваториальных и приполярных ее частей от оси вращения образуют и разную по величине центробежную силу. В этом случае Земля должна была приобрести форму эллипсоида вращения с малой осью, совпадающую с земной осью. Однако на форме Земли сказалось также влияние силы тяжести, ввиду неравномерного распределения масс, слагающих земную кору, что вызвало отклонения направления силы тяжести в разных ее точках от направления к центру Земли.

Физическая поверхность очень сложна и трудно поддается математическому выражению. Поэтому для построения карт приходится проектировать ее на иную, более простую, теоретическую (т. е. мысленную) поверхность, которая называется уровенной.

Рис. 4. Элементы тематических карт

Уровенную поверхность представляют как поверхность Мирового океана в состоянии полного покоя и равновесия мысленно продолженная под материками. По сравнению с физической поверхностью ее отличает большая сглаженность.

Фигуру Земли, ограниченную уровенной поверхностью, называют геоидом(землеподобный ).

Поверхность геоида не является геометрически правильной фигурой, так как внутреннее строение Земли неоднородно и направление силы тяжести не совпадает с направлениями при однородном строении Земли. Поэтому уровенная поверхность, оставаясь в каждой точке перпендикулярной отвесным линиям, приобретает сложную, изменяющуюся, неправильную геометрическую форму.

Наиболее близкой геометрической фигурой к геоиду является земной эллипсоид. Эллипсоидомназывается фигура, образованная вращением эллипса вокруг его малой оси. Малая ось эллипсоида совпадает с полярной осью Земли. Нормали эллипсоида и отвесные линии геоида не совпадают и образуют угол в точках Земли (уклонение отвесной линии). Среднее значение уклонения 3—4".

Размеры земного эллипсоида выводились неоднократно различными учеными на основании результатов астрономо-геодезических и гравиметрических работ. В разных странах до недавнего времени использовались различные эллипсоиды. Например, в США и во Франции — эллипсоид Кларка 1880-1886 г., в Финляндии — эллипсоид Хейфорда, в странах Азии - эллипсоид Эвереста, в России до 1942 г.элепсоид Бесселя и т. д.

Эллипсоид Ф.Н. Красовского.В 30-х годах под руководством Ф.Н. Красовского в ЦНИИГАиК была начата обработка материалов советских и зарубежных триангуляций с целью получить новые более точные размеры эллипсоида. Новые размеры земного эллипсоида были получены в 1940 г. При этом были использованы результаты больших астрономо-геодезических измерений в СССР совместно с данными определений силы тяжести, а также результаты работ США и Западной Европы. Новому эллипсоиду дано наименование эллипсоида Ф.Н. Красовского(в апреле 1946 г.) он используется для проведения всех геодезических работ в стране.

Полученные данные показали, что размеры эллипсоида Бесселя, применявшиеся до 1942 г., были ошибочными в большой полуоси на 850 м. Размеры эллипсоида Ф.Н. Красовского:

Экваториальная полуось а = 6378245,0 м

Полярная полуось b = 6356863,0 м

Полярное сжатие а = 1 : 298,3

Различия в параметрах эллипсоидов привели к тому, что карты стали выполняться в различных координатных системах. Это привело к невозможности их состыковывания, поэтому в 1984 г. на основе результатов астрономо - геодезических работ был вычислен международный земной эллипсоид (WGS ).

Земной эллипсоид, принятый для производства всех геодезических работ и ориентированный определенным образом в геоиде так, чтобы поверхность эллипсоида максимально приближалась к поверхности геоида в данной стране, называется референц-эллипсоидом.

Ориентирование зависит от выбора точки земной поверхности, в которой нормаль совпадает с отвесной линией. Точкой ориентирования референц-эллипсоида Ф.Н. Красовского служит центр круглого зала Пулковской обсерватории.

Отклонение поверхности эллипсоида от геоида в пределах страны не превышает 100—150 м. Выбор центра зала Пулковской обсерватории как начала координат очень удачен, так как вблизи его от нуль-пункта Кронштадтского футштока измеряются все высоты в стране.

От размеров принятого эллипсоида зависит положение точек, спроецированных на карту, их взаимное расположение. При решении многих практических задач допускается принимать Землю за шар, равновеликий с земным эллипсоидом с радиусом

R = 6371117,0 м.

Геодезическая основа– совокупность геодезических данных, необходимых для создания карты. Она обеспечивает правильное положение объектов на карте. Геодезическую основу составляют пункты государственной (плановой и высотной) сети и отдельные точки съемочного обоснования. Точные координаты этих пунктов содержатся в специальных каталогах.

Переход от физической поверхности Земли к поверхности земного эллипсоида осуществляется следующим образом. Вначале на карту наносятся узловые точки (точки пересечения меридианов и параллелей), затем проектируются географические меридианы и параллели, которые преобразуются в координатную сетку. По координатной сетке с точностью 0,2 мм наносятся опорные пункты геодезической основы. Остальной рисунок укладывается между ними. Ошибки в плановом положении объектов допустимы в пределах 0,5 мм на равнинах и 0,75 мм в горах. Геодезическая основа наносится на топографические карты, но на мелкомасштабных картах она не показывается.

Чтобы выявить значение каждой составляющей математической основы, необходимо представить всю сложность процесса трансформации сферического участка земной поверхности со всеми ее неровностями в плоское изображение на бумаге.

Расчеты эллипсоида вращения или референц-эллипсоида очень сложны и отличаются высокой точностью, т.к. относительно него выполняются все геодезические вычисления и рассчитываются картографические проекции.

Вычисление и уточнение земного эллипсоида началось еще в 18 веке.

Масштаб – отношение длины линии на карте к длине горизонтальной проекции соответствующей линии на местности.

Масштаб указывается под южной рамкой листа карты. Различают:

1. Численный масштаб (М) в виде дроби М = 1/m, где m степень уменьшения, например, 1:10000.

2. Именованный масштаб – пояснительная надпись, показывающая, какое расстояние на местности в метрах соответствует одному сантиметру на карте, например, 100 м в 1 см.

3. Графический (линейный) масштаб – прямая, разделённая на равные отрезки (основания) с подписанными значениями соответствующих им длин линий на местности.

Точность масштаба зависит от технических возможностей измерений и от разрешающей способности зрения. Предельная графическая точность – 0,2 мм, разрешающая способность зрения – 0,1 мм.

Предельная точность масштаба – отрезок, соответствующий 0,1 мм в масштабе данной карты. Для карты масштабом 1:100 000 предельная точность

составит 10 м, а – 1:10 000 – 1 м.

Постоянным масштаб может быть только при крупномасштабном изображении ограниченного участка земной поверхности, когда кривизна ее может не учитываться. При мелкомасштабном изображении постоянный масштаб сохраняется только вдоль некоторых направлений. В связи с этим различают главный масштаб и частные масштабы.

Главный масштаб – (m) – это степень уменьшения земной поверхности.

при изображении ее на плоскости. Этот масштаб сохраняется там, где искажения отсутствуют. Он всегда подписывается под южной рамкой карты.

Масштаб, величина которого отлична от главного масштаба карты, называют частным масштабом.Кроме того, на каждой карте различают: µ – масштаб длин или линейный масштаб; p – масштаб площадей; m – главный или общий масштаб.

Масштаб длин (µ) – это отношение бесконечно малого линейного отрезка, взятого на плоскости в данной точке по данному направлению к соответствующему бесконечно малому линейному отрезку на поверхности Земного эллипсоида:

M= dl

dL

Этот масштаб является функцией положения точки и в общем случае изменяется в окрестности этой точки в зависимости от направления.

Естественно считать, что чем меньше изменения масштаба в окрестности данной точки, тем проекция совершенней.

Масштаб площадей (p) – отношение элементарной площади на плоскости к соответствующей ей элементарной площади на поверхности Земного эллипсоида:

p = ds

dS

Этот масштаб является функцией положения точки и не зависит от направления.

Картографическая проекция. Математические способы отображения поверхности эллипсоида или шара на плоскости называются картографическими проекциями.

Картографическая проекция позволяет установить зависимость между

точками на земной поверхности и на плоскости (карте) при следующих условиях: точки, взятые на одной поверхности, соответствуют точкам на другой поверхности и наоборот; непрерывному перемещению точки на одной поверхности соответствует перемещение на второй поверхности.

Картографическое изображение - главная часть любой географической карты, включает совокупность всех сведений о показанных на карте объектах и явления и их размещении, свойствах, взаимосвязях, динамике. Состоит из отображения физико-географических (природных) и социально-экономических явлений. К физико-географическим (природным) элементам относят рельеф, гидрографию, растительность и грунты,, а к социально-экономическим - населенные пункты, пути сообщения, политико-административные границы. Все эти элементы имеются на общегеографических картах и тесно между собой связаны. На тематических картах эти элементы составляют географическую основу, которая служит для нанесения и привязки объектов тематического содержания, и само тематическое содержание (например, геологическое строение, климат, экономика, животный мир и др.)

Легенда – система условных обозначений и объясняющих их подписей, облегчающих чтение карты и раскрывающих содержание карты. Создание карты должно начинаться с легенды и чтение карты должно начинаться с изучения легенды.

Легенду часто печатают на самом листе карты. Для повышения информативности легенда строится в табличной (матричной) форме. Легенда служит для разъяснения и истолкования условных знаков. Для топографических карт составлены специальные таблицы условных знаков.

Вспомогательное оснащение карты - необходимо для удобного пользования картой и включает в себя схемы изученности, перечень использованных материалов, различные справочные сведения.

Дополнительные данные поясняют и дополняют содержание карты. К ним относятся карты-врезки, диаграммы, графики, профили.

Вспомогательное оснащение и дополнительные данные необходимы в первую очередь пользователям карт, т. к. облегчают чтение и их применение.

Компоновка карты - это взаимное размещение в пределах рамки самой изображаемой территории, названия карты, легенды, карт-врезок и других данных.