13021

Основные свойства картографических моделей местности. Общая характеристика географической карты

Реферат

Информатика, кибернетика и программирование

1. Основные свойства картографических моделей местности. Термин картографическая модель подразумевает искусственно созданный объект который отображает и воспроизводит важнейшие свойства исследуемого объекта. Картографические модели каким соответствуют географ...

Русский

2013-05-07

2.74 MB

30 чел.

1. Основные свойства картографических моделей местности.

Термин «картографическая модель» подразумевает искусственно созданный объект, который  отображает и воспроизводит важнейшие свойства исследуемого объекта. Картографические модели, каким соответствуют географические карты, представляют не только поверхность Земли или ее части, но и размещенные на ней или вблизи нее объекты и явления. Кроме того, на картографических моделях отображаются социальные явления, связанные с жизнью и деятельностью человека.

В основе автоматизированных геоинформационных систем содержатся такие картографические модели, которые включают достижения в области высшей геодезии и картографии, дающие достаточно полную информацию о соответствующих участках земной поверхности.

Важными свойствами картографических моделей являются их обзорность и наглядность. Свойство обзорности выражается тем, что наблюдатель может с помощью карты единым взглядом охватить всю отображенную на ней часть земной поверхности. А свойство наглядности объясняется той легкостью и скоростью, с которыми человек воспроизводит особенности показанных на карте явлений. Причем, отбор и обобщение их качественных и количественных характеристик у всех наблюдателей происходит достаточно быстро и в конечном итоге у них возникает «образ местности», адекватный действительности.

Важнейшей особенностью картографического представления является то, что все явления и объекты, расположенные вблизи земной поверхности, оказываются как бы спроектированными на эту поверхность. А это, в свою очередь, предоставляет возможность устанавливать по картам географическое положение изображенных на них объектов, их размеры и взаимное расположение. Отсюда вытекает важнейшее свойство картографических моделей – точность в показе местоположения изображенных на них объектов.

Значимость этого факта трудно переоценить. Практически все виды систем отображения картографической информации всех мыслимых приложений используют его в большей или меньшей мере. Перечисленными свойствами одновременно не обладает ни один из других видов изображений (моделей) земной поверхности (аэро- и космические снимки, рисунки, математические модели и т.п.).

Отмечая основные функции карт как моделей действительности, К.А. Салищев выделил следующие: коммуникативную, оперативную, познавательную и прогностическую, отметив особо оперативную.

Оперативная функция карт выражается в решении с их помощью различных практических задач, например, в навигации, военном деле, транспортных задачах, при планировании строительства, прокладки трасс, путей сообщения, разработке различных перспективных планов и др. Отметим основные понятия, определения и элементы географической карты, необходимые для построения баз данных АГК.

2. Общая характеристика географической карты.

Карта является основным языком географии. Следовательно, она является и основным языком компьютеризованной географии.

Точно определить, что такое современная географическая карта не так просто. Однако ни у кого нет сомнений в том, что она представляет собой уменьшенное изображение земной поверхности на плоской бумаге (или экране), ее содержание отражено условными знаками и что географические объекты представляют собой некие модели соответствующих участков земной поверхности. Эта графическая форма представления пространственных данных состоит из различных координатных систем, проекций, наборов символов, методов упрощения и генерализации. В геоинформатике встречается большое разнообразие карт из курсов геологии, топографии или почвоведения. Вдобавок к геологическим, топографическим, кадастровым и почвенным картам, используемым в этих дисциплинах, тематическое наполнение покрытий ГИС включает карты растительности, транспорта, распределения животных, коммунальных служб, планы городов, зональные карты, карты землепользования, ландшафтов и снимки дистанционного зондирования. Эти карты могут иметь как вполне привычный вид, так и такие нетрадиционные формы как блок-диаграммы, карты плотности точек, объемные карты и множество других типов.

Исследование земли посредством ГИС основывается на нашей способности мыслить пространственно. Пространственное мышление требует от нас умения выбирать, наблюдать, измерять, записывать и характеризовать то, что нам встречается. Реальная ценность объектов в картографической форме представления зависит от решаемых задач, от того, пытаемся ли мы лишь изобразить карту или анализировать ее в ГИС. Чем больше мы знаем о возможных сочетаниях графических элементов и о том, как с ними обходятся на картографических документах, тем яснее наш географический язык. Более развитый уровень понимания графических приемов пригодится во всех четырех подсистемах ГИС. При вводе существующих карт в геоинформационную систему необходимо знать о влиянии различных уровней генерализации, масштабов, проекций, символизации и т.п. на то, что вводится, и как это вводится. Для анализа данных необходимо знать о возможности ошибок в некоторых покрытиях, созданных из мелкомасштабных карт. При выводе возникает проблема отображения результатов анализа при решении которой необходимы знания о картографических методах и критериях дизайна.

Карта является моделью пространственных явлений, абстракцией. Однако, необходимо признать, что отображение всех деталей и объектов невозможно. Есть пределы тому, что мы можем изображать на картах. Главной причиной нашей переоценки возможностей карт в отображении реальности является то, что они среди наиболее удачных графических инструментов, созданных для передачи пространственной информации. Карты существуют тысячи лет, и все мы больше или меньше привыкли их видеть.

Карты бывают разных видов и на разные темы. Два основных типа это карты общегеографические и тематические. Наиболее часто в ГИС нам придется иметь дело с тематическими картами, хотя географические и топографические карты тоже используются для ввода в ГИС, главным образом для того, чтобы обеспечить общегеографическую основу для сложных тематических карт.

Карты, как изображения мира показывают как положения объектов в пространстве и их форму, так и качественные, и количественные их характеристики. Эти взаимосвязанные геометрические объекты и атрибуты необходимы для картографического документа. Но независимо от того, какие объекты реального мира представляются этими точками, линиями, площадями или поверхностями они не могут выступать в качестве миниатюризации действительности из-за ограничений масштаба. Вместо этого они должны храниться в памяти компьютера, а затем, при отображении, используется какой-либо набор символов для их представления. Символы, в свою очередь, должны иметь ключ к их пониманию, называемый легендой карты. Легенда тактически соединяет геометрические объекты с их атрибутами, после чего каждый из них может быть воспринят в качестве представления реального объекта с его количественными характеристиками. Таким образом, может представить себе, что же в действительности наблюдалось при сборе исходных данных.

3. Методы представления пространственных объектов.

Все реальные объекты отображаются на картах, какими либо условными знаками, точками, линиями, полигонами или поверхностями. Кроме того, немаловажным фактором является цветовая градация объектов, например изображение ландшафта или распределение плотности населения.

Точки, линии, области и поверхности вместе могут представлять большинство природных и социальных феноменов, которые мы встречаем каждый день. В рамках ГИС объекты реального мира явно представляются тремя типами объектов из указанных. Точки, линии и области могут представляться соответствующими символами, поверхности же представляются чаще всего либо высотами точек, либо другими компьютерными средствами. Феномены непространственные по своей природе не могут непосредственно исследоваться в ГИС, если только им не присвоить некоторые представляющие их пространственные характеристики. Рассмотрим пространственные объекты более подробно.

Точечные объекты это такие объекты, каждый из которых расположен только в одной точке пространства. Примером таких объектов могут быть деревья, дома, перекрестки дорог, и многие другие. О таких объектах говорят, что они дискретные, в том смысле, что каждый из них может занимать в любой момент времени только определенную точку пространства. В целях моделирования считают, что у таких объектов нет пространственной протяженности, длины или ширины, но каждый из них может быть обозначен координатами своего местоположения. В действительности, все точечные объекты имеют некоторую пространственную протяженность, пусть самую малую, иначе мы просто не смогли бы их увидеть. Принимаем отсутствие длины и ширины так, что, например, при измерениях атмосферного давления, характеризуемых потенциально бесконечным числом точек, сами точки всегда занимают определенные местоположения без каких-либо перекрытий. Масштаб, при котором мы наблюдаем эти объекты, задает рамки, определяющие представление этих объектов как точек. Например, если вы смотрите на дом с расстояния нескольких метров, то сооружение выглядит внушительным и имеет существенные длину и ширину. Но это представление меняется, когда вы начинаете отдаляться: чем дальше, тем меньше дом выглядит как площадной объект, тем больше как точечный.

Линейные объекты представляются как одномерные в нашем координатном пространстве. Такими "одномерными" объектами могут быть дороги, реки, границы, изгороди, любые другие объекты, у которых один из геометрических параметров существенно больше другого. Масштаб, при котором мы наблюдаем эти объекты, опять же, обусловливает порог, при пересечении которого мы можем считать эти объекты не имеющими ширины. Как вы знаете, реки, дороги, изгороди имеют два измерения при близком рассмотрении. Но чем дальше мы от них, тем более тонкими они становятся. Постепенно они становятся такими тонкими, что оказывается возможным представить их себе как линейные объекты. Другие линии, такие как политические границы, вообще не имеют ширины. В действительности, эти линии даже не являются материальными сущностями, а возникают как следствие политических соглашений.

Для линейных объектов, в отличие от точечных, мы можем указать пространственный размер простым определением их длины. Кроме того, поскольку они не занимают единственное местоположение в пространстве, мы должны знать, по меньшей мере, две точки - начальную и конечную - для описания местоположения линейного объекта в пространстве. Чем сложнее линия, тем больше точек нам потребуется для указания точного ее расположения. Опираясь не геометрию, мы можем также определять формы и ориентации линейных объектов.

Объекты, рассматриваемые с достаточно близкого расстояния, чтобы иметь и длину и ширину, называются областями или площадными объектами. Примеры областей, или "двухмерных" объектов, включают территории, занимаемые двором, городом или целым континентом. При определении местоположения области в пространстве мы обнаруживаем, что ее граница является линией, которая начинается и кончается в одной и той же точке. Помимо указания местоположения областей через использование линий, мы можем себе представить теперь три характеристики: как и для линий, мы можем указывать их форму и ориентацию, а теперь еще и величину площади, которую область занимает.

Добавление нового измерения, высоты, к площадным объектам позволяет нам наблюдать и фиксировать поверхности. Хотя мы можем рассматривать дом с близкого расстояния и описывать его в терминах его общей длины и ширины, нам часто нужно знать, сколько в нем этажей. В таком случае нам нужно рассматривать дом не как плоскую область, а как трехмерный объект, имеющий длину, ширину и высоту. Поверхности окружают нас повсюду. Холмы, долины, гряды гор, скалы и множество других образований могут описываться указанием их местоположения, занимаемой площади, ориентации, и теперь, с добавлением третьего измерения, их высот.

Поверхности состоят из бесконечного числа точек со значениями высот. Мы говорим, что они непрерывны, поскольку эти точки распределены без разрывов по всей поверхности, что показано на рисунке 1.4.1. В действительности, поскольку высота трехмерного объекта меняется от точки к точке, мы можем также измерять величину изменения высоты с перемещением от одного края до другого. Имея такую информацию, мы можем определить объем материала в выбранном образовании. Возможность таких вычислений весьма полезна, когда нам нужно узнать, сколько воды содержится в водоёме или сколько материала (пустой породы) лежит поверх угольного пласта.

4.  Графическое представление объектов и атрибутов данных.

Существуют два основных метода представления географического пространства. Первый метод использует квантование, или разбиение пространства на множество элементов, каждый из которых представляет малую, но вполне определенную часть земной поверхности. Этот растровый метод может использовать элементы любой подходящей геометрической формы при условии, что они могут быть соединены для образования сплошной поверхности, представляющей все пространство изучаемой области. Хотя возможны многие формы элементов растра, например, треугольная или шестиугольная, обычно проще использовать прямоугольники, а еще лучше квадраты, которые называются ячейками. В растровых моделях ячейки одинаковы по размеру, но это не является обязательным требованием для разбиения пространства на элементы, которое не выполняется в не очень широко используемом подходе, называемом квадродеревом. Рассмотрим модели, в которых все ячейки одинакового размера, и представляют такое же количество географического пространства, как любые другие.

Растровые структуры данных не обеспечивают точной информации о местоположении, поскольку географическое пространство поделено на дискретные ячейки конечного размера. Вместо точных координат точек мы имеем отдельные ячейки растра, в которых эти точки находятся. Это еще одна форма изменения пространственной мерности, которая состоит в том, что мы изображаем объект, не имеющий измерений (точку), с помощью объекта (ячейки), имеющего длину и ширину. Линии, то есть одномерные объекты, изображаются как цепочки соединенных ячеек. Каждая точка линии представляется ячейкой растра, и каждая точка линии должна находиться где-то внутри одной из ячеек растра.

В растровых системах есть два способа включения атрибутивной информации об объектах. Простейшим является присваивание значение атрибута каждой ячейке растра. Распределяя эти значения, мы в конечном итоге позволяем позициям значений атрибутов играть роль местоположений объектов. Например, если числом 10 мы представляем водную поверхность, и записываем его в левую верхнюю ячейку растра, то по умолчанию эта ячейка является участком земной поверхности, представляющим воду. Таким образом, мы можем каждой ячейке на данной карте присвоить только одно значение атрибута. Альтернативный подход, а на самом деле, - расширение только что описанного, состоит в связывании каждой ячейки растра с базой данных. Этот подход становится все более преобладающим, так как он уменьшает объем хранимых данных и может обеспечивать связь с другими структурами данных, которые также используют СУБД для хранения и поиска данных.
Растровые структуры данных могут показаться плохими из-за отсутствия точной информации о местоположении. На самом деле верно обратное. Растровые структуры имеют много преимуществ перед другими. В частности, они относительно легко понимаются как метод представления пространства. Например, телевидение использует то же растровое представление изображений в виде набора точек (пикселов). Еще одной замечательной характеристикой растровых систем является то, что, многие функции, особенно связанные с операциями с поверхностями и наложением, легко пополняются на этом типе структур данных. Среди главных недостатков растровой структуры данных
уже упоминавшаяся проблема низкой пространственной точности, которая уменьшает достоверность измерения площадей и расстояний, и необходимость большого объема памяти, обусловленная тем, что каждая ячейка растра хранится как отдельная числовая величина.

Второй метод представления географического пространства, называемый векторным, позволяет задавать точные пространственные координаты явным образом. Здесь подразумевается, что географическое пространство является непрерывным, а не разделенным на дискретные ячейки. Это достигается приписыванием точкам пары координат (X и Y) координатного пространства, линиям - связной последовательности пар координат их вершин, областям - замкнутой последовательности соединенных линий, начальная и конечная точки которой совпадают. Векторная структура данных показывает только геометрию картографических объектов. Чтобы придать ей полезность карты, мы связываем геометрические данные с соответствующими атрибутивными данными, хранящимися в отдельном файле или в базе данных. В растровой структуре мы записывали значение атрибута в каждую ячейку, в векторном же представлении мы используем совсем другой подход, храня в явном виде собственно графические примитивы без атрибутов и полагаясь на связь с отдельной атрибутивной базой данных. В векторных структурах данных линия состоит двух или более пар координат, для одного отрезка достаточно двух пар координат, дающих положение и ориентацию в пространстве. Более сложные линии состоят из некоторого числа отрезков, каждый из которых начинается и заканчивается парой координат. Таким образом, видно, что хотя векторные структуры данных лучше представляют положения объектов в пространстве, они не абсолютно точны. Они все же являются приближенным изображением географического пространства.

Хотя некоторые линии существуют самостоятельно и имеют определенную атрибутивную информацию, другие, более сложные наборы линий, называемые сетями, содержат также дополнительную информацию о пространственных отношениях этих линий. Например, дорожная сеть содержит не только информацию о типе дороги и ей подобную, она показывает также возможное направление движения. Другие коды, связывающие эти отрезки, могут включать информацию об узлах, которые их соединяют. Все эти дополнительные атрибуты должны быть определены по всей сети, чтобы компьютер знал присущие реальности отношения, которые этой сетью моделируются. Такая явная информация о связности и пространственных отношениях называется топологией.

Площадные объекты могут быть представлены в векторной структуре данных аналогично линейным. Соединяя отрезки линии в замкнутую петлю, в которой первая пара координат первого отрезка является одновременно и последней парой координат последнего отрезка, мы создаем область, или полигон. Как с точками и линиями, так и с полигонами связывается файл, содержащий атрибуты этих объектов.

В то время как растровые и векторные структуры данных дают средства отображения отдельных пространственных феноменов на отдельных картах, все же существует необходимость разработки более сложных подходов, называемых моделями данных, для включения в базу данных взаимоотношений объектов, связывания объектов и их атрибутов, обеспечения совместного анализа нескольких слоев карты. Вначале рассмотрим растровые модели, затем - векторные.

5. Растровые и векторные модели представления данных.

 Как говорилось выше, в растровых структурах данных каждая ячейка связана с одним значением атрибута. Для создания растровой тематической карты собираются данные об определенной теме в форме двухмерного массива ячеек, где каждая ячейка представляет атрибут отдельной темы. Такой двухмерный массив называется покрытием (coverage). Покрытия используют для представления различных типов тематических данных (землепользование, растительность. Тип почвы, поверхностная геология, гидрология и т.д.). Кроме того, этот подход позволяет фокусировать внимание на объектах, распределениях и взаимосвязях тем без ненужной путаницы. Чаще всего создается отдельное покрытие для каждой дополнительной темы. Можно сложить эти покрытия наподобие слоеного пирога, в котором сочетание всех тем может адекватно моделировать все необходимые характеристики области изучения.

Существует несколько способов хранения и адресации значений отдельных ячеек растра, их атрибутов, названий покрытий и легенд. Среди первых попыток можно упомянуть подход под названием GRID/LUNR/ MAGI, все ранние растровые ГИС использовали именно его. В этой модели каждая ячейка содержит все атрибуты вроде вертикального столбика значений, где каждое значение относится к отдельной теме. Преимуществом, конечно, является то, что относительно легко выполняется вычислительное сравнение многих тем или покрытий для каждой ячейки растра. Но в то же время, неудобно сравнивать группы ячеек одного покрытия с группами ячеек другого покрытия, поскольку каждая ячейка должна адресоваться индивидуально.

Векторные структуры данных дают представление географического пространства более интуитивно понятным способом и очевидно больше напоминают хорошо известные бумажные карты. Существуют несколько способов объединения векторных структур данных в векторную модель данных, позволяющую исследовать взаимосвязи между показателями внутри одного покрытия или между разными покрытиями. На пример спагетти-модель, топологическая модель и кодирование цепочек векторов.

Простейшей векторной структурой данных является спагетти-модель, приведенная на рисунке 1.4.2, которая по сути переводит "один в один" графическое изображение карты. Возможно, она представляется как наиболее естественная или наиболее логичная, в основном потому, что карта реализуется как умозрительная модель. Хотя название звучит несколько странно, оно на самом деле весьма точно по сути. Если представить себе покрытие каждого графического объекта нашей бумажной карты кусочком (одним или несколькими) макарон, то вы получите достаточно точное изображение того, как эта модель работает. Каждый кусочек действует как один примитив: очень короткие - для точек, более длинные - для отрезков прямых, наборы отрезков, соединенных концами, – для границ областей. Каждый примитив - одна логическая запись в компьютере, записанная как строки переменной длины пар координат (X,Y).

В этой модели соседние области должны иметь разные цепочки спагетти для общих сторон. То есть, не существует областей, для которых какая-либо Цепочка спагетти была бы общей. Каждая сторона каждой области имеет свой уникальный набор линий и пар координат. Хотя, конечно, общие стороны областей, даже будучи записанными отдельно в компьютер должны иметь одинаковые наборы координат. В отличие от спагетти-модели, топологические модели, как это следует из названия, содержат топологическую информацию в явном виде. Для поддержки продвинутых аналитических методов нужно внести в компьютер как можно больше явной топологической информации. Подобно тому, как математический сопроцессор объединяет многие специализированные математические операции, так и топологическая модель данных объединяет решения некоторых из наиболее часто используемых в географическом анализе функций. Это обеспечивается включением в структуру данных информации о смежности для устранения необходимости определения ее при выполнении многих операции. Топологическая информация описывается набором узлов и дуг. Узел больше, чем просто точка, обычно это пересечение двух или более дут, и его номер используется для ссылки на любую дугу, которой он принадлежит. Каждая дуга (arc) начинается и заканчивается либо в точке пересечения с другой дутой, либо в узле, не принадлежащем другим дугам. Дуги образуются последовательностями отрезков, соединенных промежуточными (формообразующими) точками. В этом случае каждая линия имеет два набора чисел: пары координат промежуточных точек и номера узлов. Кроме того, каждая дуга имеет свой идентификационный номер, который используется для указания того, какие узлы представляет ее начало и конец. Области, ограниченные дугами, также имеют идентифицирующие коды, которые используются для определения их отношений с дугами. Далее, каждая дуга содержит явную информацию о номерах областей слева и справа, что позволяет находить смежные области. Эта особенность данной модели позволяет компьютеру знать действительные отношения между барическими объектами. Другими словами, мы имеем векторную модель данных, которая лучше отражает то, как мы, пользователи карт, определяем пространственные взаимоотношения, записанные в традиционном документе.

6. Основные понятия, определения и элементы географической карты.

В литературе чаще всего карты определяют как образно-знаковые модели действительности. Основными элементами географической карты являются картографическое изображение и его математическая основа.

Картографическое изображение – это все условные обозначения, которые отражают на карте все явления и объекты действительности.

Геометрические свойства картографического изображения – размеры и форма участков, занятых географическими объектами, расстояния между отдельными точками и др. которое определяются его математической основой.

Математическая основа карт включает геодезическую часть, масштаб и картографическую проекцию. Поверхность материков Земли со всеми их неровностями называют физической или топографической поверхностью, рис.1.4.3.

Поскольку такая поверхность очень сложна и трудно поддается математическому описанию, то ее проектируют на более простую, теоретическую поверхность, называемую уровневой. Уровневую поверхность представляют как поверхность Мирового океана, мысленно продолженную под материки с условием, что она в любой точке перпендикулярна отвесной линии.

Такую форму Земли, ограниченную уровневой поверхностью, называют геоидом. Однако форма геоида достаточно сложна и поэтому ее заменяют формой, имеющей математическое выражение, а именно - эллипсоидом. Эллипсоид - поверхность, образованная вращением эллипса вокруг меньшей оси. Большое распространение получил эллипсоид Красовского, приведенный  на  рис.1.4.4.  Как  следует  из   величины   сжатия,   эллипсоид

Красовского мало отличается от шара, поэтому при построении кapт для упрощения расчетов Землю часто принимают за правильный шар с радиусом 6371,1 км.

При построении карт точки и линии, составляющие физическую поверхность Земли, проектируют нормалями (ортогонально) на поверхность эллипсоида, а затем это изображение поверхности со спроектированными на нее точками физической поверхности Земли уменьшают в нужное число раз.

Степень уменьшения называют масштабом, который выражается дробью, числитель которой равен единице, а знаменатель - величиной, показывающей во сколько раз производится уменьшение. Затем уменьшенную до нужного размера поверхность эллипсоида отображают на плоскости.

Картографическими проекциями называют математические способы изображения на участке поверхности эллипсоида (или шара), развернутом в плоскость.

Таким образом, изображение физической поверхности Земли (или ее части) получают применением трех действий из математической основы:   переносом на уровневую плоскость, уменьшением до нужных размеров,   применением картографической проекции.

Конечно, при выполнении этих операций происходят искажения, однако они могут быть в достаточной мере учтены для внесения необходимых поправок при измерении расстояний по определенным направлениям, а также при расчете площадок каких - либо участков по карте.

Все точки земной поверхности имеют географические координаты - широту и долготу: характеристики этих точек на эллипсоиде Красовского определяются пересечением соответствующих меридианов и параллелей. Меридианом называют линию пересечения земного эллипсоида плоскостью, пересекающей данную точку и ось суточного вращения Земли. Параллель – это линия пересечения эллипсоида плоскостью,  перпендикулярной оси вращения (экватор – тоже параллель, плоскость которой проходит через центр Земли), а полюсами называют точки пересечения оси вращения Земли с поверхностью эллипсоида.

Широту точки определяют как угол, образованный отвесной линией из этой точки на поверхности эллипсоида и плоскостью экватора. Долгота – это двухгранный угол между плоскостью Гринвичского (‘нулевого’) меридиана и плоскостью меридиана данной точки.

Для уменьшения искажений используют картографирование территорий по частям, для этого в большинстве стран применяется равноугольная поперечная цилиндрическая проекция Гаусса - Крюгера. В ней поверхность эллипсоида разделяется на сферические двуугольники (зоны), при этом средний (осевой) меридиан и экватор изображаются взаимно перпендикулярными линиями без искажений.

С удалением от осевого меридиана искажения возрастают. Чтобы свести их к минимуму, размер зон по долготе ограничивают шестью (6) градусами, рис.1.9.3., для карт масштаба 1:1000000 и мельче.

Весь земной эллипсоид охватывает 60 шестиградусных зон. Для карт масштаба 1:500000 и крупнее используют трехградусные зоны по долготе и двухградусные по широте.

Начиная от Гринвичского, 'нулевого', меридиана все зоны нумеруют арабскими цифрами, так первая зона заключена между 00 и 60 в.д., вторая между 60 и 120 и т.д. Для северного полушария, рис.1.4.5 (7-я зона), положительное направление оси Х – на север, оси Y – на восток.

На территории Украины все абсциссы (расстояние от экватора) положительны. Что касается ординат, то они могут быть как положительные, так и отрицательные, поэтому для удобства значение ординаты вынесены к западу за пределы зоны на 500 км от осевого меридиана.

     Прямоугольные координаты объектов на карте выражаются в километрах и их частях.  Для нанесения точек по прямоугольным координатам на карту и определения координат точек на топографических картах (кроме карт масштаба 1:1 000 000) имеется прямоугольная координатная сетка в виде системы квадратов, рис.1.4.8. образованных линиями, параллельными осям Х и У. Линии сетки проводятся (в зависимости от масштаба карты) на расстоянии 1 или 2 км, поэтому их еще называют километровыми линиями, а сетку прямоугольных координат –километровой сеткой.

Углы и поправки направлений. Важной задачей при работе с топографической картой является определение углов направлений (или углов положения), которые определяются в зависимости от начального направления, за которое, в свою очередь, может быть принят географический (истинный) меридиан, магнитный меридиан или осевой меридиан одной из зон проекции Гаусса-Крюгера.



В зависимости от этого различают азимут географический (истинный), азимут магнитный и дирекционный угол. Географическим (истинным) азимутом  А направления называют угол, отсчитываемый от направления географического меридиана на Север по часовой стрелке до заданного направления в пределах 00-3600.

Магнитным азимутом Ам называют угол, измеряемый между направлением магнитной стрелки (на Север) и определяемым направлением по ходу часовой стрелки, от 00 до 3600.

Магнитное склонение δ – угол между истинным и магнитным меридианами. Склонение от истинного меридиана на восток, называют восточным (положительным), на запад - западным (отрицательным).

Дирекционным углом - называется угол, измеряемый на карте от северного направления осевого меридиана зоны или линий ему параллельных до заданного направления по часовой стрелке от 00 до 3600.

Сближение меридианов  - это угол между северным направлением географического меридиана данной точки и северным направлением вертикальной линии координатной сетки. Для точек, лежащих в восточной части от осевого меридиана, – положительна, для точек, расположенных в западной части, – отрицательна. Максимальное значение угла сближения не превышает 30. Все перечисленные пять углов связаны такими зависимостями:

Am = +  (магнитный азимут);

= Am +  (дирекционный угол);

A = + .

Алгебраическую разность = П называют поправкой направления.

 Географическое содержание топографических карт. Топографические карты отображают кроме строения земной поверхности еще и расположенные на ней основные природные, социально-экономические и специальные объекты. Объем информации на единицу площади весьма велик, но он сокращается с уменьшением масштаба карты. Географическое содержание карт передается с помощью условных знаков, которые обозначают вид объекта, часто представляют его качественные и количественные данные, плановые формы и размеры.

Все объекты местности отображаются на картах с помощью масштабных (контурных), внемасштабных и линейных  условных знаков.

Масштабные (контурные) условные знаки обозначают объекты, размеры которых могут быть выражены в масштабе карты. Сам объект может быть представлен в виде оконтуренной площадки, закрашенной определенным цветом, причем некоторые несущественные детали могут никак не представляться.

Внемасштабные (точечные) условные знаки представляют на картах объекты, занимающие на местности очень небольшую площадь, не представимую в масштабе карты,  положение которой показывается на карте точкой – радиолокационная станция,  генератор помех, буй, указатель и др. Причем положение такого объекта определяется точкой, которая находится либо в центре,  если знак симметричен (кружок, звезда и д.т.), либо в середине основания у фигур неправильной формы, либо в вершине прямого угла у основания знаков с ‘подсечкой’.

Линейные знаки применяют для изображения таких предметов местности, которые имеют значительную протяженность при сравнительно малой ширине.

При этом для наглядности ширина значительно преувеличена. Например, ширина дороги на карте 1:50000 составляет 0,9 мм, что соответствует в масштабе 45 м, тогда как реальная ширина такого шоссе не превышает 10 м.

Используются подписи и цифро-буквенные обозначения (населенных пунктов, рек и т.д.).

Существует единая система условных знаков, однако для некоторых приложений процесс их окончательного согласования еще не закончен. Тем не менее ниже будут представлены некоторые условные знаки, которые использованы в данном курсе лекций при организации вычислительных процессов, обеспечивающих отображение быстродвижущихся в постранстве объектов на фоне карты  в виде динамической сцены в реальном времени.

 Особое значение имеет цвет, придаваемый различным объектам. Так, водным объектам присвоен голубой цвет, лесам – зеленый, рельефу земли – коричневый.

Гидрографическая сеть (различные водные объекты) отображается разносторонне и весьма подробно. На картах показаны береговые линии морей, озер и других водоемов, а также реки, ручьи, естественные и искусственные источники, ключи, родники и т.д.

Важным элементом географической среды является рельеф. Рельефом называют совокупность пространственных форм земной поверхности. Его особенности всегда выставляют требования при проектировании, например, путей сообщения, промышленных сооружений, определении способов сельскохозяйственного производства. В боевых условиях учет рельефа определяет способы передвижения, развертывания, маскировки и т.д.

Особое место в картографии занимают изображения социально-экономических объектов. К ним относят: населенные пункты, из них отличают поселки сельского типа; средства связи (радио- и телемачты, линии  связи, TV-центры и др.); промышленные объекты (фабрики, заводы, шахты, карьеры и т.д.);  наземные пути сообщения.

К социально-культурным объектам относят школы, больницы, сооружения культа, памятники и др. Их выделяют часто пояснительными надписями.

На картах масштабов 1:25 000 и 1:50 000 изображают все постоянные дороги. На картах масштаба 1:100 000 проселочные, полевые и лесные дороги наносят с большим отбором. Пропускная способность и качество дорог указывается в разрыве условного знака дороги, показывая вид искусственного ее покрытия (А-асфальтобетон, Ц-цементобетон, Б- булыжник и т.д.), ширину проезжей части и количество полос движения, например, 7,5х2 Ц. Весьма важными и обязательными объектами топографических карт являются границы.

Особенности организации динамических сцен при представлении окружающей обстановки. Использование карт как особых моделей географической действительности в процессе организации представления окружающей обстановки в системах оперативного взаимодействия составляет картографический метод исследования окружающей обстановки. Он включает визуальный анализ, картометрию и морфометрию, графический анализ и математический анализ.

Визуальный анализ и описание по картам начинается с чтения карты в соответствии с целью, т.е. с задачей, которую необходимо решить. Для этого представляют картографический образ местности, уясняют расположение объектов по их условным знакам, затем постепенно сопоставляют единичные образы, обобщают их в общую картину.

Направление, глубина и порядок чтения карты зависят от цели исследования, подготовленности персонала, географических особенностей территории  и ее свойств.

Так, например, в задачах взаимодействия сил сухопутных войск обязательно должны быть учтены данные о рельефе местности, растительности, гидрографической сети, населенных пунктах, танкоопасных направлениях и др.

В задачах ПВО кроме перечисленных, должны быть учтены данные о складках местности, в которых можно скрытно разместить соответствующую технику и др.

Весьма важным методом исследования является картографический анализ, включающий измерение и исчисление по картам различных количественных характеристик: координат целей и их количество, расстояний, размеров, высот, площадей, углов.

Картометрические данные, полученные с борта самолетов или орбитальных станций, служат неоценимым материалом для осуществления любой разведки, например, определения месторождений полезных ископаемых, а в оборонной области – для быстрого определения дислокации любой техники в толще вод, на земной поверхности и в атмосфере.

Здесь для объемного представления, кроме картометрического, применяют морфометрический анализ. По ним получают многостороннюю характеристику изучаемого района местности, дающую достаточно полную и хорошо представимую картину территории.

Графический анализ это исследование местности с помощью профилей, блок-диаграмм и других геометрических построений.

Математические методы в картографии применяются для получения по картам разнообразных количественных и качественных характеристик для создания и ведения баз данных геоинформационных систем. И если методы измерений по картам в достаточной мере разработаны и принципиально не сложны, то математическое моделирование обстановки отличается большой сложностью, а его реализация без специальных методов и средств вычислительной техники просто невозможна.

7. Разграфка и номенклатура топографических карт.

Топографические карты обширных территорий включают большое количество отдельных листов. Система деления карты на листы называется разграфкой. Каждый лист ограничен отрезками параллелей й меридианов, благодаря чему рамки листов точно указывают положение изображений территорий на земном эллипсоиде.

Для установления адреса листа карты служит система обозначений – номенклатура топографических карт, которая зависит от масштаба карты и географического положения изображенной территорий.

Разграфка и номенклатура топографических карт основаны на разграфке и номенклатуре карты в масштабе 1:1 000 000. Разграфка на листы этой карты производится по параллелям, отстоящим друг от друга на 4°, и по меридианам, отстоящим на 6° (рис.1.9.6.). Четырехградусные полосы между двумя параллелями называются рядами и обозначаются заглавными буквами латинского алфавита, начиная от экватора (к северу и югу). Ряд А ограничен экватором и параллелью 4°, ряд В – параллелями 4° и 8° и т. д. Полных рядов в каждом полушарии 22. Шестиградусные полосы (двуугольники) между двумя меридианами называются колоннами и нумеруются арабскими цифрами с запада на восток. Первая колонна ограничена меридианами с долготой 180° и 174° западной долготы, вторая колонна – 174° и 168° и т. д. Таким образом, Гринвичский меридиан (0°) разграничивает 30 и 31 колонны. Всю земную поверхность охватывают 60 колонн.

Обозначение листа миллионной карты складывается из буквы ряда и номера колонны. Например, трапеция, заключенная между параллелями с широтой 52° и 56° с.ш. и между меридианами с долготой той 30° и 36° в.д., будет иметь номенклатуру N – 36, так как она находится в 14 поясе (четырнадцатая буква – буква N) и в 36 колонне, ограниченной меридианами 30° и 36° в.д. По мере приближения к полюсам колонны и, следовательно, трапеции заметно сужаются, что приводит к необходимости на широтах 60–76° издавать листы сдвоенными (12° по долготе), а севернее параллели 76° – счетверенными (24° по долготе) трапециями.

Разграфка листов карт последующих, более крупных масштабов, строится так, что каждому листу карты масштаба 1:1 000 000 соответствует целое число листов этих карт. Их обозначения образованы номенклатурой соответствующего листа миллионной карты с прибавлением русских букв и римских или арабских цифр. С укрупнением численного масштаба карты в 2 раза площадь изображения увеличивается в 4 раза. Вследствие этого невозможно показать на одном стандартном листе в масштабе 1:500 000 ту же территорию, что и на листе карты миллионного масштаба. Поэтому территорию, охватываемую листом карты масштаба 1:1 000 000, делят средней параллелью и средним меридианом на 4 части, получая листы с размерами 2° по широте и 3° по долготе. Листы обозначают русскими заглавными буквами А, Б, В, Г (как показано на рис.1.4.9), а номенклатура каждого из них складывается из номенклатуры исходного листа карты масштаба 1 : 1 000 000  и одной из этих букв.

С увеличением масштаба до 1 : 200 000 исходную трапецию, покрываемую листом миллионной карты, разбивают параллелями и меридианами на 36 меньших трапеций (рис.1.4.9). Обозначение листов этого масштаба складывается из номенклатуры исходного листа карты масштаба 1:1 000 000 и одной из римских цифр (І, II ... XXXVI), а размеры листа составляют  40' по широте и 1° по долготе.

144 части, проведя меридианы через 30', а параллели через 20'. Заключенные в этих пределах трапеций стотысячного масштаба нумеруются арабскими цифрами слева направо и сверху вниз, как показано на рисунке 1.4.10 Обозначение листа состоит из обозначения листа миллионной карты с добавлением арабской цифры (от 1 до 144), например N – 36–54.

Листы карт масштабов крупнее 1:100000 получают путем деления территории, охватываемой листом предыдущего (более мелкого) масштаба, на 4 части. Таким образом, лист карты масштаба 1:50 000 образуется делением листа стотысячной карты на 4 листа, его номенклатура состоит из обозначения листа карты 1 : 100000 и одной из букв А, Б, В, Г русского алфавита. Размеры трапеций 10' по широте и 15' по долготе (рис. 1.4.10).

Лист карты масштаба 1 : 100000 получают делением листа миллионной карты на

Аналогично получают листы карты масштаба 1 : 25 000, поделив лист масштаба 1 : 50 000 на 4 части и обозначив каждую четверть одной из букв а, б, в, г русского алфавита. Размеры трапеций 5' по широте и 7,5' по долготе. Полная номенклатура листа карты масштаба 1:25 000 образуется из номенклатуры пятидесятитысячного листа с добавлением строчной буквы (рис. 1.4.10).

Лист карты масштаба 1 : 10 000 образуется делением листа двадцатипятитысячной карты на 4 части. Размеры листа: по широте 2,5', по долготе 3,75'. Обозначение листа получают добавлением к номенклатуре листа масштаба 1 : 25 000 одной из цифр 1, 2, 3, 4 (рис. 1.4.10).

Лист карты масштаба 1:5 000 получают делением листа карты масштаба 1:100000 на 256 частей и обозначением его номера арабскими цифрами после номенклатуры соответствующего листа, например М–45–103 (216). Размер листа Г15" по широте и Г52,5" по долготе. Лист карты в масштабе 1:5 000 делится на 9 листов, образуя листы карт масштаба 1: 2 000, обозначаемые строчными буквами русского алфавита а, б, в, … и.

Пример: М–45–103 (216–д). Размеры листа: 25" по широте, 37,5" по долготе.

Для топографических планов на участки площадью менее 20 км2 используется прямоугольная разграфка с размерами рамок: для масштаба 1:5 000 40х40 см, для масштабов 1: 2 000 – 1 : 500 50х50 см.

Номенклатура листа топографической карты подписывается над его северной рамкой, причем рядом в скобках указывается название самого крупного населенного пункта данной местности (см. рис. 7.9). Номенклатуры листов, смежных с данным листом, указывают на рамках карты с соответствующей стороны.

Рис.1.4.11 Схематическое изображение листа топографической карты

Для механизированного учета карт применяется цифровая номенклатура, в которой буквы заменены цифрами согласно порядковому номеру букв в алфавите, например, вместо обозначения листа N–36–Б дается 14–36–2.

8. Рамки листа карты. Определение географических координат. Геодезическая основа топографических карт

Рамки листа. Внутреннюю рамку листа топографической карты, ограничивающую картографическое изображение, образуют выпрямление дуги параллелей и меридианов, и, следовательно, листы карт представляют собой трапеции. В вершинах трапеции (углах рамок) подписаны их географические координаты. Размеры листов по широте и долготе строго согласуются со стандартной разграфкой. В примере на рисунке 1.4.11 лист карты имеет размеры 2'30" по широте и 3'45" по долготе, что соответствует масштабу карты 1 : 10000.

Параллельно внутренней рамке проведена минутная рамка – двойная линия, разделенная на отрезки, соответствующие одной минуте широты – на западной и восточной рамках и минуте долготы – на северной и южной рамках. На картах масштабов 1 : 100000 и крупнее минутные деления разделяются точками на отрезки по 10" , рис. 1.4.12.

Рис. 1.4.12. Определение географических координат пункта А по топографической карте. Пунктирными линиями даны параллель и меридиан, проведенные через данную точку

Утолщенная внешняя рамка разграничивает саму карту от элементов оснащения и дополнительных характеристик, помещенных на полях.

Определение географических координат объектов, изображенных на карте, и нанесение точек по заданным координатам производятся с использованием шкал минутной рамки. При определении широты точки А, рис.1.4.12, к ней прикладывают линейку так, чтобы она соединила одноименные деления на шкалах западной и восточной рамок, и берут отсчет по этим шкалам.

Аналогично определяют долготу точки А, пользуясь шкалами южной и северной рамок. Чтобы нанести точку или обнаружить объект по его координатам, проводят на карте по линейке параллель и меридиан с заданными координатами, используя шкалы минутной рамки. В точке их пересечения размещается данный объект.

Геодезическая основа топографических карт обеспечивает правильное положение объектов на карте. Геодезическую основу карт составляют пункты государственной геодезической (плановой и высотной) сети и отдельные точки съёмочного обоснования. Точные координаты этих пунктов, содержащиеся в специальных каталогах, служат для нанесения пунктов на составляемую карту. При изготовлении карты на бумаге строят определенным образом координатную сетку и по ней с большой точностью (0,2 мм) наносят углы рамок трапеции и опорные пункты геодезической основы. Рисунок картографического изображения затем, как бы, укладывается между ними. От степени соответствия положения контуров относительно опорных точек зависит точность карты. Инструкциями предусматривается, что средние ошибки в плановом положении предметов и контуров местности относительно ближайших геодезических пунктов не должны превышать 0,5 мм для равнинных районов, а для горных – 0,75 мм.

Так, практически осуществляется переход от физической поверхности к поверхности эллипсоида и к карте.

На карте масштабов 1 : 10 000 – 1 : 100 000 наносят все геодезические пункты 1, 2, 3 классов, а пункты 4 класса и точки съёмочной сети с отбором. Наземные обозначения пунктов в ряде случаев могут служить надежными ориентирами. Помимо того, геодезические пункты используются при строительных, дорожных, оборонных работах для привязки сооружений на местности.


Рис. 1.4.1 Непрерывные и дискретные изображения поверхности.

Рис. 1.4.2 Спагетти-модель векторных данных.

Рис.1.4.3. Графическое представление физической и теоретической поверхности Земли.

Рис.1.4.4. Эллипсоид вращения Красовского (ось b-совпадает с осью вращения).

b

a

Рис.1.4.6.Оси прямоугольных координат 7-й зоны и координаты точек А и В.

Рис.1.4.5. Изображение зоны в проекции Гаусса-Крюгера на плоскости.

EMBED MSPhotoEd.3  

Рис.1.4.7. Схема расположения листа карты северной части сферического двуугольника.

Рис. 1.4.8. Схема разграфки и номенклатуры листов карты масштаба 1:1000 000 (для Северного полушария). Заштрихован лист N —36

Рис. 1.4.9. Схема деления территории, охватываемой листом карты масштаба 1:1 000000, на трапеции листов карт масштабов 1:500000, 1:200000 и 1:100000. Пунсоном обозначен пункт с координатами φ=54°28'; λ=32°51'.

Рис .1.4.10. Схема деления территории, охватываемой листом карты масштаба 1:100 000.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34707. Олигополия. Ценовые войны. Картель 16.85 KB
  ; олигополистические фирмы взаимозависимы поэтому при формировании ценовой политики должны принимать во внимание реакцию конкурентов то есть контроль над ценами у олигополистических фирм ограничен. Только фирмы обладающие большими долями в общем объеме продаж могут влиять на цену товара. Фирмы соперники а трофеем является прибыль. Олигополистические фирмы по истечению некоторого времени вступают между собой в сотрудничество чтобы в будущем избежать понижения прибыли.
34708. Совершенная конкуренция. Равновесие конкурентной фирмы в коротком и долгом периодах. Условия максимизации прибыли при совершенной конкуренции 15.54 KB
  Равновесие конкурентной фирмы в коротком и долгом периодах. Фирмы которые функционируют в условиях совершенной конкуренции называют конкурентными. Такие фирмы принимают цену на свою продукцию как данную не могут влиять на цены и называются прайстэйкерами. Фирмы которые влияют на уровень цен называются прайс – мэйкерами.
34709. Совершенная конкуренция на рынках ресурсов. Спрос на ресурсы 18.01 KB
  Совершенная конкуренция на рынках ресурсов. Рынки ресурсов производства факторов производства – это рынки на которых в результате взаимодействия спроса и предложения формируются цены на труд капитал и природные ресурсы в форме заработной платы процента дохода и ренты. На рынках факторов производства ресурсов продавцами являются собственники факторов а покупателями – фирмы осуществляющие процесс превращения факторов производства в товары и услуги. Рынок ресурсов может быть двух видов: рынок ресурсов в условиях совершенной конкуренции...
34710. Отраслевой и рыночный спрос на ресурсы 19.4 KB
  Отраслевой спрос на ресурс – это сумма объемов спроса на производственные ресурсы со стороны отдельных фирм отрасли при каждой возможной цене на них. Спрос на труд как и на любой ресурс зависит от спроса на товар или услугу в производстве которых используется труд. Сокращение спроса на пишущие машинки уменьшает спрос на труд рабочих занятых в производстве и ремонте пишущих машинок. Таким образом величина спроса на труд зависит: от уровня цен на продукцию производимую с его помощью чем выше цена на продукт тем больше величина спроса...
34711. Отраслевое и рыночное предложение ресурсов 24.43 KB
  Объем предложения труда зависит от: цены на труд т. Кривая индивидуального предложения труда имеет вид загибающейся кривой то есть при определенном уровне ставки зарплаты она меняет свой положительный наклон на отрицательный. Тогда кривая предложения труда имеет положительный наклон. Тогда кривая индивидуального предложения труда имеет отрицательный наклон.
34712. Капитал: понятие, формы, виды. Инвестирование капитала 17.11 KB
  Инвестирование капитала. Различают две основные формы капитала: физический реальный капитал – запас производственных ресурсов участвующих в производстве благ. Виды физического капитала: 1 здания и сооружения 2 станки машины оборудование 3 сырье материалы топливо энергия Для приобретения элементов физического капитала необходим денежный капитал – денежные средства для приобретения элементов физического капитала человеческий капитал – капитал в виде умственных способностей приобретенных в процессе образования или посредством...
34713. Роль денег в рыночной экономике. Виды денег и их свойства 17.6 KB
  В рыночной экономике деньги выполняют ряд функций. Вовторых деньги являются средством измерения стоимости товаров и услуг. В третьих деньги служат в качестве средства образования и накопления сбережений. Вчетвертых деньги являются средством платежа то есть при помощи денег можно уплатить налоги выплатить пенсии и пособия заплатить за товар или услугу сделать вклад в банк.
34714. Валовой внутренний продукт. Методы исчисления ВВП 17.16 KB
  Методы исчисления ВВП. Чтобы ответить на вопрос как идут дела в экономике страны ежегодно вычисляется показатель валового внутреннего продукта ВВП. Прежде чем сформулировать понятие ВВП определим что такое конечный продукт. Валовой внутренний продукт ВВП – это общая стоимость или сумма рыночных цен всех конечных товаров и услуг произведенных в данной стране в течение года.
34715. Валовой национальный продукт. Чистый национальный продукт и национальный доход 14.63 KB
  Однако существует еще один показатель – валовой национальный продукт ВНП. Выясним что представляет собой ВНП и чем он отличается от ВВП. Когда мы будем исчислять ВНП России то наоборот включим в общую сумму доходы созданные за пределами России. долларов созданы иностранным капиталом на территории нашей страны а значит включаются в ВВП России а в ВНП – нет.