Основы картографии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курс лекций

Основы картографии

Лекция №1. Предмет картография. Виды картографирования. Связь картографии с другими дисциплинами

Понятие картографии

Картография - наука о картах как особом способе изображения действительности, их создании и использовании. Это определение закреплено Международной картографической ассоциацией.

Государственные нормативные издания гласят, что картография - область науки, техники и производства, охватывающая изучение, создание и использование картографических произведений.

Таким образом, картография существует в трех формах:

· наука об отображении и познании явлений природы и общества

· посредством карт;

· область техники и технологии создания и использования картографических произведений;

· отрасль производства, выпускающая картографическую продукцию (карты, атласы, глобусы и др.).

В связи с развитием компьютеризации расширилось представление о картографии. В картографию стали входить вопросы создания электронных карт, формирование баз и банков цифровой картографической информации.

Структура картографии

Разделы картографии:

· Общая теория картографии

· История картографии

· Математическая картография

· Проектирование и составление карт

· Картографическая семиотика - разрабатывает язык карты, методы построения систем картографических знаков, правила их использования. Три раздела семиотики: синтактику, семантику и прагматику, которые изучают соотношения знаков между собой, их связь с отображаемыми объектами, особенности восприятия читателями, информационную ценность знаков и т.п.

· Оформление карт (картографический дизайн)

· Экономика и организация картографического производства

· Издание карт

· Использование карт

· Картографическая информатика

· Картографическая топонимика - изучает географические названия, их смысловое значение с точки зрения правильной передачи на картах.

По назначению выделяют такие отрасли, как учебное, научное, туристское, навигационное (морское, аэронавигационное) инженерное картографирование и др.

Виды картографирования:

· по объекту - астрономическое, планетное и земное, а внутри земного - картографирование суши и океанов;

· по методу - наземное, аэрокосмическое и подводное;

· по масштабу - крупно-, средне- и мелкомасштабное;

· по уровню обобщения - аналитическое, комплексное и синтетическое;

· по степени автоматизации - ручное, автоматизированное

· (интерактивное) и автоматическое;

· по оперативности - базовое и оперативное.

Исторический процесс в картографии

Истор. периоды	Основные вехи развития инструментария для измерений и съемок на местности	Основные вехи развития методов и технологий издания карт	Основные направления использования карт
С древнейш. времен	визуальные наблюдения и глазомерные оценки применение геодезических инструментов для измерения длин и углов (X в. до н.э.)	Рисование на камне, дереве, папирусе, ткани	Применение карт для ориентирования и передвижения на местности
С III в. до н.э.	появление астрономических приборов для определения широт и долгот	Составление рукописных карт на бумаге
С начала XII в. - XIII в.	внедрение оптических астрономо-геодезических приборов		Использование карт для путешествий и навигации
С середины XV в.		Гравирование карт на камне, металле, внедрение картопечатания	карты как средство укрепления государственности и военно-политич. безопасности
С XVIII в.			карты как средство накопления и обобщения знаний
Со второй половины XIX в. - первая половина XX в.	изобретение АФА и др. средств дистанционного зондирования, применение аэрокосмических съемок	Фотограмметрические технологии составления карт Применение фотохимических и фотокопировальных процессов	Карты как инструмент моделирования и познания окружающего мира
С середины XX в.	создание электронной геодезической аппаратуры	Цифровые и электронные методы и технологии составления карт, формирование баз и банков данных, геоинформационное картографирование	Карты как средство коммуникации
С конца XX в.	применение глобальных позиционирующих систем	v Составление карт в компьютерных сетях, виртуальное картографирование	картографирование как основа системной организации пространственной информации и принятия управленческих решений

Связь картографии с другими дисциплинами

Современная картография имеет прочные связи со многими философскими, естественными и техническими науками и научными дисциплинами:

· Науки о Земле и планетах

· Логико-философские науки

· Социально экономические науки

· Математика

· Дистанционное зондирование

· Изобразительное искусство

· Техника, автоматика, информатика, электроника

· Астрономия и геодезические науки

· Геоинформатика

Благодаря картографическому методу произошло формирование многих отраслей науки. Картографирование стало, например, базой для исследования дна океана и поверхности других планет, развития морфометрии рельефа, медицинской географии и др.

Лекция №2. Географическая карта и ее значение. Классификация карт

Географическая карта и ее значение

Термин «карта» появился в средние века. Этот термин происходит от латинского «charta» (лист бумага), производного от греческого хартес - бумага и папирус.

В России изначально карта называлась «чертежом», что означало изображение местности чертами, черчением, и лишь в эпоху Петра I появился сперва термин «ландкарты», а потом - «карты».

Карта - это математически определенное, уменьшенное, генерализованное изображение поверхности Земли, другого небесного тела или космического пространства, показывающее расположенные на них объекты в принятой системе условных знаков.

Элементы карты

1. картографическое изображение

2. легенда

3. зарамочное оформление

Картографическое изображение, т.е. содержание карты, совокупность сведений об объектах и явлениях, их размещении, свойствах, взаимосвязях, динамике.

Общегеографические карты имеют следующее содержание: населенные пункты, социально-экономические и культурные объекты, пути сообщения и линии связи, рельеф, гидрографию, растительность и грунты, политико-административные границы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

На тематических и специальных картах различают две составные части картографического изображения. Во-первых, это географическая основа, т.е. общегеографическая часть содержания, которая служит для нанесения и привязки элементов тематического или специального содержания, а также для ориентировки по карте. Во-вторых, тематическое или специальное содержание (например, геологическое строение территории или навигационная обстановка).

Легенда - система использованных на ней условных обозначений и текстовых пояснений к ним.

Для топографических карт составлены специальные таблицы условных знаков. Они стандартизированы и обязательны к применению на всех картах соответствующего масштаба. На большинстве тематических карт обозначения не унифицированы, поэтому легенду размещают на самом листе карты. Она содержит разъяснения, истолкование знаков, отражает логическую основу и иерархическую соподчиненность картографируемых явлений.

Математическая основа - координатные сетки, масштаб и геодезическая основа (градусная рамка, опорные пункты).

На мелкомасштабных картах элементы геодезической основы не показываются.

Компоновка карты тесно связана с математической основой, взаимное размещение в пределах рамки изображаемой территории, названия карты, легенды, дополнительных карт и других данных.

Вспомогательное оснащение карты облегчает чтение и пользование ею (например, на топографической карте помещают шкалу крутизны для определения углов наклона склонов), разнообразные справочные сведения.

К дополнительным данным относятся карты-врезки, фотографии, диаграммы, графики, профили, текстовые и цифровые данные.

Свойства карты

· математический закон построения - применение специальных картографических проекций, позволяющих перейти от сферической поверхности Земли к плоскости карты;

· знаковость изображения - использование особого условного языка картографических символов;

· генерализованность карты - отбор и обобщение изображаемых объектов;

· системность отображения действительности - передача элементов и связей между ними, отображение иерархии геосистем.

Классификация карт

1) Классификация карт по масштабу

· планы - 1:5 000 и крупнее;

· крупномасштабные - 1:10 000 - 1:200 000;

· среднемасштабные - 1:200 000 до 1:1 000 000 включительно;

· мелкомасштабные - мельче 1:1 000 000.

2) По пространственному охвату:

· карты Солнечной системы и звездного неба

· карты планет, в том числе Земли

· карты материков и океанов, а после этого возможны разные разветвления классификации:

· по административно-территориальному делению;

· по природным районам;

· по экономическим регионам;

· по естественно-историческим областям.

Карты океанов подразделяют на карты морей, заливов, проливов, гаваней.

Классификация карт по пространственному охвату (по территории) чаще всего используется в картохранилищах и библиотеках.

3) Классификация карт по содержанию

· общегеографические карты;

· тематические карты;

· специальные карты.

Общегеографические карты. Эти карты отображают совокупность элементов местности, имеют многоцелевое применение при изучении территории, ориентировании на ней, решении научно-практических задач. На общегеографических картах показу всех элементов уделяют равное внимание, изображая все объекты, видимые на местности. Дальнейшая классификация общегеографических карт почти полностью совпадает с их делением по масштабу:

· топографические - в масштабах 1:100 000 и крупнее;

· обзорно-топографические - в масштабах 1:200 000 -1:1 000 000;

· обзорные - мельче 1:1 000 000.

Тематические карты. Категория карт природных и общественных (социальных и экономических) явлений, их сочетаний и комплексов. Содержание карт определяется той или иной конкретной темой.

Группа карт природы охватывает карты литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы. Они подразделяются на следующие крупные блоки:

· геологические

· геофизические

· рельефа земной поверхности и дна океанов

· метеорологические и климатические

· гидрологические (вод суши)

· океанологические

· почвенные

· ботанические

· зоогеографические

· медико-географические

· общие физико-географические

Карты общественных явлений охватывают социосферу и техносферу.

· Карты населения

· Карты хозяйства

· Карты обслуживания и здравоохранения

· Карты науки и культуры

· Карты политические и политико-административные

· Карты исторические

Специальные карты. Карты этой группы предназначены для решения определенного круга задач или рассчитаны на определенные круги пользователей. Чаще всего это карты технического назначения:

· Карты навигационные

· Карты технические

· Карты кадастровые

· Карты проектные

Но эта классификация не отличается строгостью. К числу специальных можно, отнести карты учебные, экскурсионные, спортивные и другие. Иногда в основание для подобной классификации кладут назначение карт.

Лекция №3, 4 Математическая основа карты. Элементы карты

Понятие о земном эллипсоиде и сфере

Известно, что Земля шарообразна, т.е. не обладает формой идеального шара. Фигура ее неправильна, и, как всякое вращающееся тело, она немного сплюснута у полюсов. Кроме того, из-за неравномерного распределения масс земного вещества и тектонических деформаций Земля имеет обширные выпуклости и вогнутости. В силу этого земную поверхность заменяют некоторой правильной поверхностью, которая носит название поверхности относимости.

В самом точном приближении такой поверхностью является поверхность геоида (фигура, ограниченная уровенной поверхностью океана). Точно определить его форму практически невозможно. Поэтому в теории и практике картографии за поверхность относимости принимают земной эллипсоид, либо сферу определенного радиуса (при создании мелкомасштабных карт (когда можно пренебречь полярным сжатием).

Земной эллипсоид - это эллипсоид вращения с малым сжатием, размеры которого выбраны таким образом, чтобы для заданной территории он наименее уклонялся от геоида. При этом полагают, что плоскость экватора и центр эллипсоида вращения совпадают с плоскостью экватора и центром масс Земли. Такой земной эллипсоид иначе называют референц-эллипсоидом.

Постановлением Совета Министров от 7 апреля 1946 г. за такой референц-эллипсоид у нас в стране принят референц-эллипсоид Красовского. Он имеет следующие параметры:

a = 6 378 245 км - большая полуось;

b = 6 356 863 км - малая полуось;

с = 1: 298,3 - полярное сжатие.

Эллипсоид вращения и его элементы

Эллипсоид вращения образуется вращением эллипса P_NE₁P_SE₂ вокруг полярной оси P_NP_S (рис. 1). Точки P_N, P_S являются, соответственно, северным и южным полюсами эллипсоида. Они получаются сечением оси P_NP_S поверхности эллипсоида.

Сечения поверхности эллипсоида вращения плоскостями, параллельными плоскости экватора, образуют окружности - параллели. Сечения поверхности эллипсоида вращения плоскостями, проходящими через ось вращения, образуют эллипсы - меридианы.

Пусть О'К' - нормаль к поверхности эллипсоида в точке К (рис. 1). Плоскости, проходящие через нормаль, называются нормальными плоскостями. Сечения этих плоскостей с поверхностью эллипсоида дают нормальные сечения, или вертикалы. Тогда меридиан - это нормальное сечение, плоскость которого проходит через полярную ось. Нормальное сечение, перпендикулярное плоскости меридиана P_NЕ₁P_SЕ₂, дает сечение 1-го вертикала.

Радиусы кривизны этих сечений определяются следующими формулами:

 - радиус кривизны меридиана;

 - радиус кривизны 1-го вертикала;

где  - 1-й эксцентриситет;

a и b - большая и малая полуоси эллипсоида вращения.

Радиус параллели (r) вычисляется через радиус кривизны первого вертикала

Система координат на поверхности эллипсоида и сферы

Положение точки на поверхности эллипсоида может быть определено в той или иной системе координат. Основная система координат - географическая с ц, л (рис. 2).

Система географических координат на эллипсоиде вращения

Географическая широта (ц) есть угол между плоскостью экватора и нормалью ОМ (отвесная линия) текущей точки М (рис. 2). Широта меняется от 0 до 90°.

Географическая долгота (л) есть двугранный угол между плоскостями начального меридиана и меридиана текущей точки М. Долгота изменяется от 0 до 180° на запад и восток от начального меридиана. При картографических расчетах западные долготы берутся со знаком «минус», восточные - со знаком «плюс».

Кроме рассмотренной системы координат, существует целый ряд других, используемых в математической картографии:

- прямоугольная сфероидическая;

- сферическая полярная и др.

Под координатными линиями следует понимать геометрические места точек, для которых одна из координат постоянна. Например, параллель есть геометрическое место точек равных широт (ц = const), а меридиан есть геометрическое место точек равных долгот (л = const).

Система географических координат на сфере

В тех случаях, когда Земля принимается за сферу, географическими координатами называют сферические координаты ц, л с полюсом системы координат, совпадающим с географическим полюсом (рис. 3).

Понятия о картографической проекции и сетке

Под картографической проекцией понимается математически определенное отображение поверхности эллипсоида или шара (глобуса) на плоскость карты.

При этом выполняются следующие требования:

- точке, взятой на поверхности, соответствует одна и только одна точка на плоскости и наоборот;

- бесконечно малому перемещению точки на поверхности соответствует также бесконечно малое перемещение точки на плоскости и наоборот;

- сохраняется направление обхода контуров на поверхности и на плоскости.

Соответствие между точками поверхности эллипсоида (сферы) и плоскости может быть задано уравнениями вида:



где f₁ и f₂ - функции, выраженные математическими зависимостями и имеют Якобиан - определитель системы (1) -

- координаты точки на поверхности эллипсоида;

X, Y - координаты точки на плоскости.

Такой системой двух уравнений может быть представлена любая картографическая проекция. Но вид функции (1) может быть разнообразным в зависимости от принятых систем координат на поверхности эллипсоида вращения (сферы).

Чаще всего для описания проекций пользуются следующими характеристиками: m, n, p, щ, и, a, b, г:

m - масштаб длин по меридиану;

n - масштаб длин по параллели;

p - масштаб площади;

щ - наибольшее угловое искажение;

и - угол между меридианом и параллелью;

a, b - экстремальные масштабы;

г - сближение меридианов.

Поверхность земного шара нельзя развернуть на плоскость карты без искажений.

· искажения длин

· искажения площадей - уклонение масштаба площади от единицы, т.е. p-1

· искажения углов - удвоенное наибольшее искажение направлений, т.е. 2

· искажения форм

Любая бесконечно малая окружность на шаре (эллипсоиде) предстает на карте бесконечно малым эллипсом - его называют эллипсом искажений (индикатриса). Для наглядности вместо бесконечно малого эллипса обычно рассматривают эллипс конечных размеров (рис. 3.4). Его размеры и форма отражают искажения длин, площадей и углов, а ориентировка большой оси относительно меридиана и параллели - направление наибольшего растяжения. Большая ось эллипса искажений характеризует наибольшее растяжение в данной точке, а малая ось - наибольшее сжатие, отрезки вдоль меридиана и параллели соответственно характеризуют частные масштабы по меридиану m и параллели n.

Значения т, п, a, b и р измеряют в процентах или в долях от главного масштаба

В ряде проекций существуют линии и точки, где искажения отсутствуют и сохраняется главный масштаб карты - это линии и точки нулевых искажений. Для наиболее употребительных проекций существуют специальные вспомогательные карты, на которых показаны эти линии и точки, а кроме того проведены изоколы - линии равных искажений длин, площадей, углов или форм.

Картографическая сетка - это изображение на карте линий меридианов и параллелей (географической сетки), отражающих значения долгот, счет которых ведется от начального Гринвичского меридиана, и широт, которые отсчитываются от экватора.

- Сетка прямоугольных координат (прямоугольная сетка) - стандартная система взаимно перпендикулярных линий, проведенных через равные расстояния, например через определенное число километров (отсюда название километровая сетка).

- Сетка-указательница - любая сетка на карте, предназначена [для указания местоположения и поиска объектов. Ячейки такой сетки обозначаются буквами и цифрами (допустим, В-3), это удобно для отыскания объектов по их названиям.

Масштабы карт

На любой карте, составленной в определенной проекции, следует различать три масштаба: частный линейный, масштаб площади, главный (общий).

В общем случае частным линейным масштабом (масштабом длин) называют предел отношения бесконечно малого отрезка dу, взятого на плоскости в заданной проекции в данной точке по данному направлению, к соответствующему бесконечно малому отрезку dS на поверхности при стремлении последнего к нулю. Обозначим его через м. Тогда

Однако, учитывая, что  всегда есть функция , частный масштаб можно определить выражением

Этот масштаб в общем случае меняется при переходе от одной точки к другой и меняется в самой точке в зависимости от направления. Поэтому m и n - это есть масштабы по направлениям меридианов и параллелей соответственно; a и b - масштабы по главным направлениям (взаимно-ортогональным), вдоль которых масштабы всегда экстремальны.

Масштабом площадей называется отношение бесконечно малой области, ограниченной замкнутым контуром, взятой на плоскости  к соответствующей бесконечно малой области на поверхности эллипсоида  Его обозначим через p, тогда



Масштаб площадей зависит от положения точки, но не меняется в самой точке по направлениям.

Главный (общий) масштаб характеризует степень уменьшения земной поверхности при изображении ее на плоскости. Этот масштаб представляет некоторое значение из частных масштабов длин или характеризует степень уменьшения характерных линий (средний меридиан, экватор). Он подписывается на карте и никакого влияния на величины искажений не имеет.

Под наибольшим угловым искажением щ понимается разность между азимутом линейного отрезка на эллипсоиде б и изображением этого азимута на плоскости А:

щ /2 = (б - А)_max.

Лекция 5. Картографические проекции (4 ч)

Все картографические проекции классифицируются по ряду признаков, в том числе, по характеру искажений, виду меридианов и параллелей нормальной картографической сетки, положению полюса нормальной системы координат.

1. Классификация картографических проекций

по характеру искажений:

а) равноугольные, или конформные оставляют без искажений углы и форму контуров, но имеют значительные искажения площадей. Элементарная окружность в таких проекциях всегда остается окружностью, но размеры ее сильно меняются. Такие проекции особенно удобны для определения направлений и прокладки маршрутов по заданному азимуту, поэтомy их всегда используют на навигационных картах.,

Эти проекции могут быть описаны уравнениями в характеристиках вида:

m=n=a=b=

=90⁰ =0 m=n

Искажения в равноугольной проекции. Карта мира в проекции Меркатора

б) равновеликие, или эквивалентные - сохраняют площади без искажений, однако на них значительно нарушены углы и формы, что особенно заметно на больших территориях. Например, на карте мира приполярные области выглядят сильно сплющенными. Эти проекции могут быть описаны уравнениями в характеристиках вида.

Они описываются характеристическими уравнениями вида Р = 1,



Искажения в равновеликой проекции. Карта мира в проекции Меркатора

в) равнопромежуточные(эквидистантные).

В этих проекциях линейный масштаб по одному из главных направлений постоянен и обычно равен гл. м. карты, т.е. имеет место

либо а = 1, либо b = 1;

г) произвольные.

Не сохраняют ни углов, ни площадей.

Классификация картографических проекций по способу построения

Вспомогательными поверхностями при переходе от эллипсоида или шара к карте могут быть плоскость, цилиндр, конус, серия конусов и некоторые другие геометрические фигуры.

1) Цилиндрические проекции - проектирование шара (эллипсоида) ведется на поверхность касательного или секущего цилиндра, а затем его боковая поверхность разворачивается в плоскость.

В этих проекциях параллели нормальных сеток есть прямые параллельные линии, меридианы - также прямые линии, ортогональные к параллелям. Расстояния между меридианами равны и всегда пропорциональны разности долгот

Вид картографической сетки цилиндрической проекции

Условные проекции - проекции, для которых нельзя подобрать простых геометрических аналогов. Их строят, исходя из каких-либо заданных условий, например желательного вида географической сетки, того или иного распределения искажений на карте, заданного вида сетки и др., полученные путем преобразования одной или нескольких сходных проекций.

Псевдоцилиндрические проекции: параллели изображаются прямыми параллельными линиями, меридианы - кривыми линиями, симметричными относительно среднего прямолинейного меридиана, который всегда ортогонален параллелям (применяют для карт мира и Тихого океана).



Вид картографической сетки псевдоцилиндрической проекции

Полагаем, что географический полюс совпадает с полюсом нормальной системы координат

а) Нормальная (прямая) цилиндрическая - если ось цилиндра совпадает с осью вращения Земли, а его поверхность касается шара по экватору (или сечет его по параллелям). Тогда меридианы нормальной сетки предстают в виде равноотстоящих параллельных прямых, а параллели - в виде прямых, перпендикулярных к ним. В таких проекциях меньше всего искажений в тропических и приэкваториальных областях.

б) поперечная цилиндрическая проекция - ось цилиндра расположена в плоскости экватора. Цилиндр касается шара по меридиану, искажения вдоль него отсутствуют, и следовательно, в такой проекции наиболее выгодно изображать территории, вытянутые с севера на юг.



в) косая цилиндрическая - ось вспомогательного цилиндра расположена под углом к плоскости экватора. Она удобна для вытянутых территорий, ориентированных на северо-запад или северо-восток.

2) Конические проекции - поверхность шара (эллипсоида) проектируется на поверхность касательного или секущего конуса, после чего она как бы разрезается по образующей и разворачивается в плоскость.

Различают:

· нормальную (прямую) коническую проекцию, когда ось конуса совпадает с осью вращения Земли. Меридианы представляют собой прямые, расходящиеся из точки полюса, а параллели - дуги концентрических окружностей. Воображаемый конус касается земного шара или сечет его в районе средних широт, поэтому в такой проекции удобнее всего картографировать территории России, Канады, США, вытянутые с запада на восток в средних широтах.

· поперечную коническую - ось конуса нежит в плоскости экватора

· косую коническую - ось конуса наклонена к плоскости экватора.

Псевдоконические проекции - такие, в которых все параллели изображаются дугами концентрических окружностей (как в нормальных конических), средний меридиан - прямая линия, а остальные меридианы - кривые, причем кривизна их возрастает с удалением от среднего меридиана. Применяются для карт России, Евразии, других материков.

Поликонические проекции - проекции, получаемые в результате проектирования шара (эллипсоида) на множество конусов. В нормальных поликонических проекциях параллели представлены дугами эксцентрических окружностей, а меридианы - кривые, симметричные относительно прямого среднего меридиана. Чаще всего эти проекции применяются для карт мира.

3) Азимутальные проекции - поверхность земного шара (эллипсоида) переносится на касательную или секущую плоскость. Если плоскость перпендикулярна к оси вращения Земли, то получается нормальная (полярная) азимутальная проекция. В этих проекциях параллели изображаются одноцентровыми окружностями, меридианы - пучком прямых линий с точкой схода, совпадающей с центром параллелей. В этой проекции всегда картографируют полярные области нашей и других планет.



а - нормальная или полярная проекция на плоскость; в-сетка в поперечной (экваториальной) проекции;

г - сетка в косой азимутальной проекции.

Вид картографической сетки азимутальной проекции

Если плоскость проекции перпендикулярна к плоскости экватора, то получается поперечная (экваториальная) азимутальная проекция. Она всегда используется для карт полушарий. А если проектирование выполнено на касательную или секущую вспомогательную плоскость, находящуюся под любым углом к плоскости экватора, то получается косая азимутальная проекция.

Среди азимутальных проекций выделяют несколько их разновидностей, различающихся по положению точки, из которой ведется проектирование шара на плоскость.

Псевдоазимутальные проекции - видоизмененные азимутальные проекции. В полярных псевдоазимутальных проекциях параллели представляют собой концентрические окружности, а меридианы - кривые линии, симметричные относительно одного или двух прямых меридианов. Поперечные и косые псевдоазимутальные проекции имеют общую овальную форму и обычно применяются для карт Атлантического океана или Атлантического океана вместе с Северным Ледовитым.

4) Многогранные проекции - проекции, получаемые путем проектирования шара (эллипсоида) на поверхность касательного или секущего многогранника. Чаще всего каждая грань представляет собой равнобочную трапецию.

3) Классификация картографических проекций по положению полюса нормальной системы координат

В зависимости от положения полюса нормальной системы Р_о, все проекции подразделяются на следующие:

а) прямые или нормальные - полюс нормальной системы Р_о совпадает с географическим полюсом (ц_о = 90°);

б) поперечные или экваториальные - полюс нормальной системы Р_о лежит на поверхности в плоскости экватора (ц_о = 0°);

в) косые или горизонтальные - полюс нормальной системы Р_о располагается между географическим полюсом и экватором (0° < ц_о <90°).

В прямых проекциях основная и нормальная сетки совпадают. В косых и поперечных проекциях такого совпадения нет.



Положение полюса нормальной системы (Р_о) в косой картографической проекции

Лекция №6. Картографическая семиотика

Картографическая семиотика - общая теория систем картографических знаков как языка карты. Изучает правила построения и употребления знаковых систем, их структурные свойства, грамматику языка карты. Исследует соотношения условных знаков с самими отображаемыми объектами и явлениями.

Изучает информационную ценность знаков как средства коммуникации и особенности их восприятия читателями карты.

В составе картографической семиотики выделяют картографическую стилистику, изучающую стили и факторы, определяющие выбор изобразительных средств в соответствии с назначением картографических произведений.

Язык карты

Способы картографического изображения - системы условных обозначений, применяемые для передачи объектов и явлений, различающихся характером пространственной локализации и размещения.

Использование условных знаков - основное свойство, отличающее карту от многих других графических моделей таких, (аэро- и космические снимки, панорамы, пейзажи).

Знаки на карте - это зрительно воспринимаемые элементы изображения, условно представляющие процессы и явления окружающего мира, их местоположение, качественные и количественные характеристики, структуру, динамику и т.п.

Разрабатывает язык карты раздел картографии семиотика.

Язык карты - это используемая в картографии знаковая система, включающая условные обозначения, способы изображения, правила их построения, употребления и чтения при создании и использовании карт.

Можно выделить в языке карты два слоя (подъязыка):

- отражает размещение картографируемых объектов, их пространственную форму, ориентацию, взаимное положение

- содержательную сущность этих явлений, их внутреннюю структуру, качественные и количественные характеристики.

Главные функции языка карты - коммуникативная, т.е. передача некоторого объема информации от создателя карты к читателю, и познавательная - получение новых знаний о картографируемом объекте.

Условные знаки

Условные знаки - это графические символы, с помощью которых на карте показывают (обозначают) вид объектов, их местоположение, форму, размеры, качественные и количественные характеристики.

Использование условных знаков позволяет:

· показывать реальные и абстрактные объекты (например, высоту снежного покрова, индекс континентальности климата);

· изображать объекты, не видимые человеком (гравитационные и магнитные поля и др.);

· передавать внутренние характеристики и структуру объектов (объем и структуру промышленного производства, состав населения и др.);

· отражать взаимные отношения объектов: порядок и иерархию, пропорциональность, различие, соподчиненность (например, геологическая стратиграфия);

· показывать динамику явлений и процессов (изменение стока в речных бассейнах по месяцам);

· сильно уменьшать изображение (на мелкомасштабной карте вместо показа отдельных домов и кварталов можно кружком обозначить весь населенный пункт).

Условные обозначения, применяемые на картах, подразделяют на три основные группы:

* внемасштабные, или точечные, которые используют для показа объектов, локализованных в пунктах, например нефтяные месторождения или города на мелкомасштабных картах. Внемасштабность знаков проявляется в том, что их размеры (если их выразить в масштабе карты) всегда значительно превосходят истинные размеры объектов на местности;

* линейные, используемые для отображения линейных объектов: рек, дорог, границ, тектонических разломов и т.п. Они масштабны по длине, но внемасштабны по ширине;

* площадные, применяемые для объектов, сохраняющих на карте свои размеры и очертания, например для лесных массивов, озер, почвенных ареалов и др. Такие знаки обычно состоят из контура и его заполнения, ни всегда масштабны и позволяют точно определить площадь объектов.

Значки

Способ значков применяют для показа объектов, локализованных в пунктах и обычно не выражающихся в масштабе карты (рис.). Это могут быть населенные пункты, месторождения полезных ископаемых, промышленные предприятия, отдельные сооружения, ориентиры на местности и т.п. Значки позволяют характеризовать качественные и количественные особенности объектов, их внутреннюю структуру.

Различают три вида значков:

* абстрактные геометрические значки - кружки, квадраты, звездочки, ромбы и др.; размер знака отражает количественную характеристику, цвет или штриховка - качественные особенности, а структура знака передает структуру самого объекта;

* буквенные значки - обозначающие месторождения фосфоритов или алюминия;

* наглядные значки (пиктограммы) - напоминают изображаемый объект, например рисунок самолета обозначает аэродром, туристская палатка - кемпинги т. п.;

Линейные знаки

Этот способ используется для изображения реальных или абстрактных объектов, локализованных на линиях. К ним относятся, например, береговые линии, разломы, дороги, атмосферные фронты, административные границы. Разный рисунок и цвет линейных знаков передают качественные и количественные характеристики объектов: тип береговой линии, глубину заложения разломов, число колей железной дороги, теплые и холодные фронты и. т. п. (рис.).

Линейный знак внемасштабен по ширине, но ось его должна совпадать с положением реального объекта на местности. При постепенности перехода или нечеткости границы линейный знак может передаваться полосой.

Изолинии

Изолинии - линии одинаковых значений картографируемого показателя. Способ изолиний применяется для изображения непрерывных, плавно изменяющихся явлений, образующих физические поля (рельеф, давление, температура). Они изображаются горизонталями (изогипсами, изобарами, изотермами).

Расстояние между изолиниями на карте называется заложением изолиний.



6. Псевдоизолинии

Изолинии нередко применяют для явлений, не обладающих непрерывностью, сплошностью и плавностью, т.е. не являющихся на самом деле полями. В этом случае речь идет о псевдоизолиниях, т.е. изолиниях, отображающих распределение дискретных объектов. Таковы, например, псевдоизолинии плотности населения, размещение которого, конечно же, не образует сплошного поля, псевдоизолинии распаханности или залесенности и т.п. Их всегда проводят на основе интерполяции каких-либо расчетных статистических показателей плотности, интенсивности распределения объектов, полученных в ячейках регулярной или нерегулярной сетки.

На вид псевдоизолинии ничем не отличаются от изолиний, они часто дополняются послойной окраской. Несомненная привлекательность псевдоизолииий состоит в том, что с их помощью создается очень удобная графо-математическая абстракция географических распределений, позволяющая отвлечься от малосущественных свойств и деталей картографируемого объекта и выявить главные закономерности его изменения в пространстве. К тому же этот способ обладает высокой метричностью.

Однако необходимо помнить о принципиальном различии между изолиниями и псевдоизолиниями. Последние отражают не реальные, а искусственные, абстрактные поля, например так называемый «промышленный рельеф» - плотность объектов индустрии на единицу площади или «поле расселения» - число жителей на 1 км². При изменении плотности данных или способа расчета такие искусственные поля претерпевают сильные изменения. Поэтому на картах желательно указывать способ расчета исходных данных, по которым построены псевдоизолинии.

Псевдоизолинии

Лекция 7, 8. Виды картографических способов изображения

Способ качественного фона применяют для показа качественных различий явлений сплошного распространения по выделенным районам, областям или другим единицам территориального деления. Этот способ самым тесным образом связан с классификационным подразделением территории, ее дифференциацией по какому-либо признаку, с типологическим районированием, например с выделением районов сельскохозяйственной специализации, ландшафтов, типов почвенного покрова, растительных ассоциаций.

В качестве графических средств используют цвет (цветовой фон) или штриховку (штриховой фон). Иногда на картах совместно применяют оба эти средства, так, на почвенной карте генетические типы почв дают цветовым фоном, а механический состав их - наложенным поверх цвета штриховым фоном. В некоторых случаях, когда границы между выделенными районами нечеткие, а смена качеств происходит постепенно, допускается перекрытие двух качественных фонов, и на карте появляется как бы «чересполосица» или «шашечная» окраска.

Для удобства идентификации подразделений качественного фона его сопровождают индексами, которые проставляют на карте и в легенде (например, индекс дерново-сильноподзолистых почв - Пз, среднего отдела девонской системы - D2).

Качественный фон

Количественный фон

Способ количественного фона применяют для передачи количественных различий явлений сплошного распространения в пределах выделенных районов. Подобно качественному фону он всегда сопряжен с районированием, но по количественному признаку. Окраска или штриховка выполняются по шкале, т.е. интенсивность возрастает или убывает в соответствии с изменением признака. Примерами использования количественного фона могут служить карты запасов гидроресурсов в речных бассейнах, карты районирования территории по степени расчленения рельефа и т.п.

Возможно сочетание качественного и количественного фонов, например при выделении районов преобладающих конфессий (качественный фон) с дополнительной характеристикой процентного соотношения населения разного вероисповедания (количественный фон).



Количественный фон

Локализованные диаграммы

Локализованные диаграммы характеризуют явления, имеющие сплошное или полосное распространение, с помощью графиков и диаграмм, помещаемых в пунктах наблюдения (измерения) этих явлений. Таковы графики изменения среднемесячных температур и осадков, локализованные по метеостанциям, диаграммы загрязнения речных вод, приуроченные к гидропостам, и т.п. На карте всегда отмечают пункты, к которым отнесены графики, хотя ясно, что локализованные диаграммы характеризуют не только эти пункты, но и прилегающую территорию.

Графические средства весьма разнообразны - это розы-диаграммы (например, розы направлений преобладающих ветров), кривые и гистограммы распределения (ход температур по месяцам), циклограммы (средняя продолжительность солнечного сияния в течение года), структурные диаграммы и др.

Локализованные диаграммы

Точечный способ

Этот способ применяют для показа явлений массового, но несплошного распространения с помощью множества точек, каждая из которых имеет определенный «вес», т.е. обозначает некоторое число единиц данного явления. Чаще всего точечным способом показывают размещение сельского населения (вес одной точки составляет, например, 1000 жителей), либо посевные площади (одна точка - 500 га посевов), либо размещение животноводства (одна точка - 200 голов крупного рогатого скота) и т.п.

В качестве графических средств можно выбрать не только точки (точнее, маленькие кружки), но и квадратики, треугольники и т.п. - важно лишь, чтобы каждая фигурка имела вес, обозначенный в легенде. Иногда при большом разбросе показателей берут точки двух и даже трех весов: маленькая точка - 200 га, средняя - 500, большая - 1000 га. Кроме того, точки могут иметь разный цвет или форму, например точки зеленого цвета обозначают посевы пшеницы, желтого - кукурузы, красного - подсолнечника и т.д. На картах размещения населения цветом можно обозначить его национальный состав.

Точечный способ нагляден и удобен для количественных определений. Точечные карты хорошо передают реальные особенности размещения явления: его количество, локализацию, группировку или концентрацию, структуру (например, структуру посевных площадей под разными культурами). Существуют специальные приемы для расчета оптимального веса точки в зависимости от разброса количественных показателей и плотности размещения явления, ведь точки (фигурки) на карте не должны соприкасаться или сливаться.



Точечный способ

Ареалы

Способ ареалов состоит в выделении на карте области распространения какого-либо сплошного или рассредоточенного явления. Чаще всего этим способом показывают распространение животных и растений, месторождения полезных ископаемых и т.п. Различают абсолютные и относительные ареалы. Абсолютными называют ареалы, за пределами которых данное явление совсем не встречается (например, нефтегазоносный бассейн, контур которого точно установлен), тогда как относительные ареалы показывают лишь районы наибольшего сосредоточения явления (допустим, промысловый ареал каких-либо лекарственных растений).

Графические средства изображения ареалов весьма разнообразны: это могут быть границы, фоновая окраска, штриховка, значки, надписи, индексы (рис. 4.12). Напомним, однако, принципиальную разницу между значковым способом, когда каждый знак точно относится к объекту, локализованному в том или ином пункте, и значком ареала, характеризующим площадь. Точно так же знак границы отражает не линейный объект, а лишь оконтуривает ареал. Границы как графическое средство предпочтительны для абсолютных ареалов, а для относительных - есть смысл нанести лишь несколько значков или дать надпись без проведения границы, точное положение которой на местности неизвестно.



Ареалы

Знаки движения

Знаки движения используют для показа пространственных перемещений каких-либо природных, социальных, экономических явлений (например, путей движения циклонов, перелета птиц, миграции населения, распространения болезней). С помощью знаков движения можно отразить пути, направление и скорость перемещения, структуру перемещающегося объекта. Можно применить знаки движения для показа связей между объектами (например, электронных коммуникаций, финансовых потоков), их качества, мощности, пропускной способности и т.д.

Различают два вида знаков движения:

¦ векторы движения - стрелки разного цвета, формы или толщины;

¦ полосы (ленты) движения - полосы разной ширины, внутренней структуры и цвета.

Векторы применяют, например, для показа теплых и холодных течений, ветров и т.п., а полосы движения - для изображения мощности и структуры потоков (например, железнодорожных перевозок, миграций населения). Ленты движения способны передать структуру потока, его напряженность, например объем перевозимых грузов, в соответствии с принятой шкалой: чем шире полоса, тем мощнее поток.



Знаки движения (векторы)

Полосы (лепты) движения

Картодиаграммы

Способ картодиаграммы - это изображение абсолютных статистических показателей по единицам административно-территориального деления с помощью диаграммных знаков. Картодиаграммы применяют для показа таких явлений, как валовой сбор сельскохозяйственной продукции, общее число учащихся, объем промышленного производства, потребление электроэнергии в целом по районам, областям, провинциям и т.п. Поскольку речь идет о статистических показателях, то на карте всегда присутствует сетка административного деления, по которой и производится сбор данных.

Графическими средствами служат любые столбчатые, площадные, объемные диаграммные знаки, отнесенные к районам или областям. Они могут быть структурными и показывать, например, долю разных отраслей в общем объеме производства в данном промышленном пункте. В одной административной единице можно дать несколько диаграмм для разных видов промышленности. Однако по картодиаграмме нельзя определить, где именно размещено то или иное производство или в каком конкретно городе потребляют больше всего электроэнергии, - все отнесено к району в целом. Этим способ картодиаграммы принципиально отличается от способа значков. Зато легко и предельно наглядно можно сравнить между собой целые районы или области.

Картодиаграммы

Картограммы

Способ картограммы используют для показа относительных статистических показателей по единицам административно-территориального деления. Это всегда расчетные показатели: скажем, число детских учреждений на тысячу жителей, энерговооруженность сельского хозяйства в расчете на 100 га обрабатываемых земель, процент лесопокрытой площади по областям и т.п.

Иногда картограммы строят по сетке квадратов, вычисляя такие показатели, как плотность населения, овражность, распаханность и т.п., для каждой ячейки. Это весьма формальный подход. Есть и противоположная тенденция, заключающаяся в том, чтобы максимально снизить формализм картограммы. В этом случае статистические показатели, полученные по административным районам, относят только к ареалам их действительного распространения, например плотность населения показывают только в обжитых районах, исключив болота или высокогорья, а показатели средней урожайности культур дают лишь в пределах контуров обрабатываемых сельскохозяйственных земель. В результате картограмма трансформируется в карту своеобразных количественных ареалов. Такой способ называют уточненной картограммой, или дозиметрическим способом.

Картограмма как правило имеет интервальную шкалу, в которой интенсивность цвета или плотность штриховки закономерно меняются соответственно нарастанию или убыванию значения картографируемого показателя. Иногда картограммы становятся похожи на карты количественного фона с той, однако, Разницей, что количественный фон всегда отнесен к областям естественного районирования, тогда как картограммы - к административным районам или ячейкам геометрической сетки.

Картограмма

Шкалы условных знаков

Шкалы на картах - это графическое изображение последовательности изменения (нарастания или убывания) количественных характеристик объектов, их значимости, интенсивности или плотности.

На картах со значками, локализованными диаграммами и на картодиаграммах используют абсолютные и относительные шкалы значков, устанавливающие их размеры в соответствии с величинами изображаемых объектов (показателей). В абсолютных шкалах размер значка прямо пропорционален величине изображаемого объекта. Например, если один кружок изображает на карте города с населением 25 тыс. человек, а другой - 200 тыс., то этот значок должен быть в восемь раз больше первого. Это очень наглядно, но неудобно при больших разбросах значений, например значок 4-миллионного города должен быть в 160 раз больше значка 25-тысячного населенного пункта. Такой огромный кружок закроет на карте соседние значки и надписи. Условные шкалы отражают количественные различия в условной соизмеримости: знак крупного города будет намного больше маленького, но все же не в сотни раз.

И абсолютные и условные шкалы значков могут быть непрерывными и ступенчатыми (интервальными). В непрерывной шкале Размер знака меняется плавно в соответствии с изменением количественного показателя объекта. Ступенчатая шкала дает интервалы, например 10-30, затем 30-100, 100-300 и т.д. При этом ступени могут быть одинаковыми (равномерная, равноинтервалъная шкала) либо разными (неравномерная шкала). В приведенном примере интервалы различны: 20, 70, 200 - это ступенчатая неравномерная шкала.

Выбор ступеней и самих размеров знаков - сложная задача. Возможны формальные подходы, скажем, применение интервалов в арифметической или геометрической прогрессии либо использование реальных перепадов количественных величин картографируемого явления. В картографии нет жестких правил выбора числа градаций в шкалах. Считается, что читатель карты легко различает шесть-восемь градаций, однако многое зависит от графических особенностей значков, их формы, цвета, соотношения с фоном и т.п., а также от установившихся традиций. Все, что сказано о значках, во многом справедливо для локализованных диаграмм, полос движения, картодиаграмм.

...