Картография с основами топографии (стр. 5 )

Большинство топографических карт создаётся в равноугольной поперечно-цилиндрической проекции Гаусса, при которой изображение земной поверхности на плоскости наносится по зонам, вытянутым от Северного полюса до Южного. Границами зон служат меридианы с долготой, кратной 6° (всего 60 зон - прим. от geoglobus. ru). В пределах каждой зоны поверхность проектируется на плоскость. Топографические карты создаются на большие территории и издаются отдельными листами, ограниченными рамками. Сторонами внутренних рамок служат линии параллелей и меридианов.

При построении топографических карт используют масштабные и внемасштабные условные знаки, которые показывают местоположение объектов и передают их качественные и количественные характеристики. Основные элементы местности (реки, озёра, населённые пункты - прим. от geoglobus. ru) изображаются в действительных очертаниях и размерах в соответствии с масштабом карты. Внемасштабными знаками отмечают какие-либо заметные объекты на местности — башни, отдельно стоящие деревья, колодцы, родники и т. д. Рельеф на топографических картах изображают горизонталями, на реках указывают направление и скорость течения, леса окрашивают в зелёный цвет, а пашню оставляют незакрашенной.

Топографические карты служат основным источником информации о местности и используются для её изучения, определения расстояний и площадей, дирекционных углов, координат различных объектов и пр. Они широко применяются в военном деле при подготовке к учениям, маневрам и боевым действиям, планировании передвижения войск, определении координат огневых позиций и т. д. Необходимы топографические карты и путешественникам.

Азимут — это угол, образуемый в данной точке на местности или на карте между направлением на север и направлением на какой-либо предмет. Различают истинный и магнитный азимуты. Если в качестве начального направления берут магнитный меридиан, то получается магнитный азимут; а если истинный (проходящий через полюса Земли - прим. от geoglobus. ru), то азимут получается истинный.

Как составить план местности? В первую очередь необходимо выбрать точку, откуда весь участок, который вы хотите нанести на план, будет хорошо виден. Затем выберите масштаб и сориентируйте планшет с помощью компаса на север, в верхнем углу плана нарисуйте стрелку, направленную вверх, и подпишите рядом букву «С» — направление на север. На плане обозначьте точку, с которой производится съемка, и нанесите на него основные ориентиры местности, например мост через реку или большое дерево. Далее с помощью компаса измеряйте азимут каждой точки, которую вы хотите нанести на план, и, пользуясь транспортиром, отмечайте на плане соответствующий угол. При этом каждый раз проводите в данном направлении вспомогательную сплошную линию, на которой откладывайте длину отрезка от «полюса» съёмки до искомой точки (измеренное на местности расстояние переводите в сантиметры в соответствии с избранным масштабом - прим. от geoglobus. ru). Далее с помощью условных знаков укажите все объекты — реку, озеро, лес, луг, болото, сад, пашню, овраг и т. п. В заключение подпишите необходимые названия, заголовок плана и укажите выбранный масштаб.

Тема 3. Системы географических координат.

Координатами называются угловые и линейные величины (числа), определяющие положение точки на какой-либо поверхности или в пространстве.
В топографии применяют, такие системы координат, которые позволяют наиболее просто и однозначно определять положение точек земной поверхности как по результатам непосредственных измерений на местности, так и с помощью карт. К числу таких систем относятся географические, плоские прямоугольные, полярные и биполярные координаты. 

Географические координаты (рис.1) – угловые величины: широта (j) и долгота (L), определяющие положение объекта на земной поверхности относительно начала координат – точки пересечения начального (Гринвичского) меридиана с экватором. На карте географическая сетка обозначена шкалой на всех сторонах рамки карты. Западная и восточная стороны рамки являются меридианами, а северная и южная – параллелями. В углах листа карты подписаны географические координаты точек пересечения сторон рамки.

Рис. 1. Система географических координат на земной поверхности

В системе географических координат положение любой точки земной поверхности относительно начала координат определяется в угловой мере. За начало у нас и в большинстве других государств принята точка пересечения начального (Гринвичского) меридиана с экватором. Являясь, таким образом, единой для всей нашей планеты, система географических координат удобна для решения задач по определению взаимного положения объектов, расположенных на значительных расстояниях друг от друга. Поэтому в военном деле эту систему используют главным образом для ведения расчетов, связанных с применением боевых средств дальнего действия, например баллистических ракет, авиации и др.

Тема 4. Ориентировочные углы и изображение рельефа на топографических картах.

За первоначальные направления применяются следующие меридианы: истинные меридиан, магнитный меридиан, осевой меридиан.

Азимут географический или истинный - горизонтальный угол отсчитываемый от северного направления географического меридиана по ходу часовой стрелки до данного направления. Магнитный азимут - это горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления магнитного меридиана по ходу часовой стрелки до данного направления. Магнитное склонение - это угол образованный графическим и магнитным меридианом в данной точке. Дирекционный угол - горизонтальный угол отсчитываемый от северного направления осевого меридиана или линий ему параллельной по ходу часовой стрелки до данного направления. Сближение меридиана - угол образованный географическим и осевым меридианом в данной точке. Румб - острый угол отсчитываемый от ближайшего направления серидиана до данной линии.

Связь дирекционного угла и румба

- СВ 1 четверть

-ЮВ 2 четверть

-ЮЗ 3 четверть

-СЗ 4 четверть

 Основные формы рельефа. Несмотря на большое разнообразие неровностей земной поверхности, можно выделить основные формы рельефа: гора, котловина, хребет, лощина, седловина.

Гора (или холм) – это возвышенность конусообразной формы. Она имеет характерную точку – вершину, боковые скаты (или склоны) и характерную линию – линию подошвы. Линия подошвы – это линия слияния боковых скатов с окружающей местностью. На скатах горы иногда бывают горизонтальные площадки, называемые уступами.

Котловина – это углубление конусообразной формы. Котловина имеет характерную точку – дно, боковые скаты (или склоны) и характерную линию – линию бровки. Линия бровки – это линия слияния боковых скатов с окружающей местностью.

Хребет – это вытянутая и постепенно понижающаяся в одном направлении возвышенность. Он имеет характерные линии: одну линию водораздела, образуемую боковыми скатами при их слиянии вверху, и две линии подошвы.

Лощина – это вытянутое и открытое с одного конца постепенно понижающееся углубление. Лощина имеет характерные линии: одну линию водослива (или линию тальвега), образуемую боковыми скатами при их слиянии внизу, и две линии бровки.

Седловина – это небольшое понижение между двумя соседними горами; как правило, седловина является началом двух лощин, понижающихся в противоположных направлениях. Седловина имеет одну характерную точку – точку седловины, располагающуюся в самом низком месте седловины.

Существуют разновидности перечисленных основных форм, например, разновидности лощины: долина, овраг, каньон, промоина, балка и т. д. Иногда разновидности основных форм характеризуют особенности рельефа конкретного участка местности, например, в горах бывают пики – остроконечные вершины гор, ущелья, теснины, щеки, плато, перевалы и т. д.

Вершина горы, дно котловины, точка седловины являются характерными точками рельефа; линия водораздела хребта, линия водослива лощины, линия подошвы горы или хребта, линия бровки котловины или лощины являются характерными линиями рельефа.

Способы изображения рельефа. Способ изображения рельефа должен обеспечивать хорошее пространственное представление о рельефе местности, надежное определение направлений и крутизны скатов и отметок отдельных точек, решение различных инженерных задач.

За время существования геодезии было разработано несколько способов изображения рельефа на топографических картах. Перечислим некоторые из них.

Перспективный способ.
Способ отмывки. Этот способ применяется на мелкомасштабных картах. Поверхность Земли показывается коричневым цветом: чем больше отметки, тем гуще цвет. Глубины моря показывают голубым или зеленым цветом: чем больше глубина, тем гуще цвет.
Способ штриховки.
Способ отметок. При этом способе на карте подписывают отметки отдельных точек местности.
Способ горизонталей.

В настоящее время на топографических картах применяют способ горизонталей в сочетании со способом отметок, причем на одном квадратном дециметре карты подписывают, как правило, не менее пяти отметок точек.

Способ горизонталей. Сущность способа горизонталей можно понять из рис.2.

Рис. 2. Сущность способа горизонталей

Тема 5. Дистанционные съемки.

Под съемкой понимают совокупность работ, выполняемых с целью создания планов и карт. Съемки подразделяют на наземные, включающие геометрические измерения непосредственно на местности, иаэрокосмические (дистанционные), проводимые путем регистрации электромагнитного излучения земной поверхности (или отраженного ею), обработку полученных материалов и графические построения.

При дистанционных съемках съемочные системы, принимающие информацию, удалены от земной поверхности на значительные расстояния — от сотен метров до тысяч километров. Приемниками информации служат фотографические и телевизионные камеры и другие приборы, установленные на летательных аппаратах. Съемка, производимая с самолета (вертолета), называется аэросъемкой. Съемка аппаратурой, находящейся за пределами земной атмосферы (на искусственном спутнике Земли, орбитальной станции, космическом корабле), называетсякосмической съемкой. Материалы космической съемки используют в целях изучения природных ресурсов Земли, а также для создания карт малоизученных и труднодоступных районов и при обновлении обзорно-топографических карт.

Для картографирования земной поверхности широко применяется фотосъемка, материалы которой содержат большой объем информации и по ряду свойств близки к картам (обзорность, наглядность, наличие масштаба и др.).

Главным методом создания топографических планов и карт в масштабах 1:500 — 1:25 000 служит аэрофототопографическая съемка, включающая получение фотографических изображений местности с самолета и их обработку. Топографические карты более мелких масштабов составляются по картам (более крупного масштаба).

Тема 6. Масштабы карт и искажения на картах, методы их определения.

Масштаб карты показывает, во сколько раз длина линии на карте меньше соответствующей ей длины на местности. Он выражается в виде отношения двух чисел. Например, масштаб 1:50 000 означает, что все линии местности изображены на карте с уменьшением в 50000 раз, т. е. 1 см на карте соответствует 50000 см (или 500 м) на местности.

Рис. 3. Оформление численного и линейного масштабов на топографических картах и планах городов

Масштаб указывается под нижней стороной рамки карты в цифровом выражении (численный масштаб) и в виде прямой линии (линейный масштаб), на отрезках которой подписаны соответствующие им расстояния на местности (рис. 3). Здесь же указывается и величина масштаба - расстояние в метрах (или километрах) на местности, соответствующее одному сантиметру на карте. Полезно запомнить правило: если в правой части отношения зачеркнуть два последних нуля, то оставшееся число покажет, сколько метров на местности соответствует 1 см на карте, т. е. величину масштаба. При сравнении нескольких масштабов более крупным будет тот, у которого число в правой части отношения меньше. Допустим, что на один и тот же участок местности имеются карты масштабов 1:25000, 1:50000 и 1:100000. Из них масштаб 1:25000 будет самым крупным, а масштаб 1:самым мелким.

Чем крупнее масштаб карты, тем подробнее на ней изображена местность. С уменьшением масштаба карты уменьшается и количество наносимых на нее деталей местности
Подробность изображения местности на топографических картах зависит от ее характера: чем меньше деталей содержит местность, тем полнее они отображаются на картах более мелких масштабов.
В нашей стране и многих других странах в качестве основных масштабов топографических карт приняты: 1:10000, 1:25000, 1: 50000, 1: 1: 1: 500000 и 1:1000000.
Используемые в войсках карты подразделяются на крупномасштабные, среднемасштабные и мелкомасштабные.

Карте присущи искажения длин, площадей, углов и форм.

1. Искажения длин выражаются в том, что масштаб длин на карте изменяется при переходе от одной точки к другой, а также при изменении направления в данной точке;

2. Искажения площадей возникают из-за того, что масштаб площадей в разных местах карты различен;

3. Искажения углов заключаются в том, что углы между направлениями на карте не равны соответствующим углам на земной поверхности. Углы между линиями географических объектов искажены, что приводит к нарушению форм самих объектов;

4. Искажения форм заключаются в том, что фигуры объектов на карте не подобны соответствующим географическим фигурам на местности.

Все виды искажений на карте связаны друг с другом, и изменение одного из них влечет за собой изменения других. Особый характер имеет связь между искажениями площадей и углов. Уменьшение одного из них влечет увеличение другого. Нет карт без искажений, однако имеются карты, в которых либо отсутствуют искажения углов, либо отсутствуют искажения площадей, либо искажения углов и площадей как бы уравновешены.

Тема 7. Классификация картографических проекций.

Все географические карты составляют в определенных картографических проекциях. Картографическая проекция - Это математически определенный способ изображения земной поверхности на плоскости (карте). Реальная земная поверхность очень сложна и не соответствует ни одному геометрическом телу. Чтобы воспроизвести эту поверхность на карте, сначала ее отражают на математически правильной фигуре (шара), а затем переносят это изображения на плоскость, будто проецируя его.

Картографических проекций существует много, их объединяют в группы. Прежде проекции разделяют по видом вспомогательной поверхности, которая используется при переходе от шара к плоскости карты. Различают проекции цилиндрические, когда проектирование с шара осуществляется на поверхность цилиндра, конические, когда вспомогательной поверхностью служит конус, и азимутальные, когда проектирование ведется непосредственно на плоскость.

Рис.4. Картографические проекции по виду вспомогательной поверхности

Зависимости от характера и размеров искажений проекции делятся на равноугольные, равновеликие и произвольные. Равноугольные проекции хранят без искажений углы и формы малых объектов, однако в них сильно деформируются длины линий и площади объектов. За картами, созданными в равноугольные проекции, удобно прокладывать маршруты судов и самолетов, поскольку измеренные на таких картах углы точно соответствуют углам на местности, которые могут фиксироваться приборами.

Равновеликие проекции не искажают площадей, однако формы объектов и углы у них сильно искажены. Произвольные проекции имеют все виды искажений, но они распределяются на карте наиболее выгодным образом. Например, существуют проекции с минимальными искажениями в центральной части, зато они резко возрастают на краях карты.

Для географических карт территории Украины основном применяют коническую произвольную проекцию. На картах с такой проекцией сравнительно мало искажаются углы и площади, масштаб можно считать постоянным на небольших расстояниях вокруг любой точки. Поэтому на этих картах можно приблизительно измерять углы, небольшие расстояния и площади.

Тема 8. Общегеографические и тематические карты. Картографическая генерализация.

Даже на картах крупнейшего масштаба невозможно (да и нецелесообразно) показывать объекты со всеми подробностями и деталями. Для их отбора и обобщение осуществляют картографическую генерализацию.

Генерализация определяется масштабом карты, ее назначением, тематикой. Наиболее существенно влияет масштаб. Ведь участок местности, которая в реальности имеет площадь 1 км2, на карте масштаба 1:занимать 1 дм2, На карте масштаба 1: см2, А на карте масштаба 1: 1мм2. Следовательно, все объекты, показанные на карте крупного масштаба, графически невозможно отразить на картах мелких масштабов. А поэтому при переходе к более мелких масштабов выбирают только самые существенные объекты местности (например, населенные пункты с населением свыше 10 тыс. жителей) и такие, которые могут быть выражены в масштабе этой карты (например, реки длиной более 100 км), упрощающие формы объектов (исключают небольшие извилины рек и дорог, выпрямляют контуры береговых линий, границ и т. д.).

Общегеографические карты изображают земную поверхность и находящиеся на ней основные природные и социально-экономические объекты. Можно сказать проще: эти карты показывают в основном то, что видно на местности (рельеф, растительность, населенные пункты, пути сообщения, границы и др.).

Тематическими называют карты природных и общественных (социальных и экономических) явлений, посвященные какой-либо определенной теме. Картографировать можно все, что существует в окружающем мире: воздушные течения в атмосфере и донную фауну в океане, перевозки грузов и прирост населения, заболеваемость гриппом и участие в выборах, и многое другое. И не только реальные, но абстрактные объекты, например, продуктивность растительного покрова или устойчивость экономического развития территории. Тематические карты охватываютлитосферу, атмосферу, гидросферу, биосферу, техносферу и социальную сферу, а также области их контакта и взаимодействия. Часто говорят: «Картографируется все — от геологии до идеологии». К тому же, например, среди геологических карт можно выделить десятки карт различных эпох, периодов, ярусов; среди климатических — карты отдельных элементов погоды; среди карт населения — карты национального состава, религиозных конфессий, миграций, трудовых ресурсов и многое другое.

Приложение 2

Практические занятия

2.1.  Планы практических занятий

Практические занятия представлены в учебно-методическом пособии «Практикум по картографии с основами топографии», Тобольск - 2013

2.2. Методические указания к практическим занятиям

Методические указания к практическим занятиям представлены в учебно-методическом пособии «Практикум по картографии с основами топографии», Тобольск - 2013

Приложение 4

Самостоятельная работа студентов

4.1.  Задания для самостоятельной работы

4.2.  Методические указания к выполнению самостоятельной работы.

Приступив к самостоятельной работе:

-  уясните сущность вопроса;

-  определите главные положения;

-  проработайте лекционный конспект и внести в него дополнения из учебников;

-  просмотрите иллюстрирующий учебный материал рисунки, схемы, графики;

-  сделать краткую запись в виде плана, таблицы, схемы;

-  выпишите в словарь новые термины.

Работа над рефератом и конспектом.

Реферат – краткое изложение в письменной форме или в форме публичного доклада содержания научных трудов, периодической литературы по определенной теме.

Конспект - краткое изложение в письменной форме содержания научных трyдов, книг.

Цель написания – научиться самостоятельно, отбирать, анализировать и обобщить материал, выявить общие закономерности биологических процессов.

Для написания реферата или конспекта необходимо:

-  выбрать тему;

-  используя список рекомендуемой литературы;

-  подобрать необходимые источники (монографии, сборники, периодику);

-  составить план реферата;

-  сделать литературный обзор материала и написать конспект;

-  проиллюстрировать работу схемами, таблицами, графиками;

-  сделать выводы, выразив свое отношение к изученной проблеме;

-  оформить реферат согласно требованиям ГОСТа;

-  учитывая замечания преподавателя, внести исправления;

-  представить прорецензированную работу к защите и сдать преподавателю.

Работа с литературными источниками.

1.  Ознакомиться с имеющимися в библиотеке систематическими, алфавитными, предметными каталогами.

2.  В первую очередь изучить педагогическую, методическую, научную, периодическую литературу, содержащую теоретические основы проблемы. Затем познакомиться с литературными источниками, раскрывающими более узкие и частные вопросы.

3.  Детально проработать публикации (если таковые есть) преподавателей кафедры посвященной данной теме.

4.  Составить собственную библиографическую картотеку.

Приложение 6

Глоссарий

Абрис - схематический чертеж участка местности, с обозначением данных полевых измерений, необходимых для построения точного плана или профиля.

Азимут - угол между плоскостью меридиана точки наблюдения и вертикальной плоскостью, проходящей через эту точку и наблюдаемый объект. Отсчитывается от севера (в геодезии) или от юга (в астрономии) по часовой стрелке от 0 до 3600. При определении т. н. магнитного азимута вместо плоскости географического меридиана берут плоскость магнитного меридиана.

Алидада - приспособление для измерения углов (вращающееся вокруг оси, проходящей через центр лимба) в астрономических, геодезических и физических угломерных инструментах.

Базис - линия на местности, измеряемая с высокой точностью и служащая для определения длин сторон геодезической сети.

Бергштрих - короткая черта в виде штриха на горизонталях топографических карт, указывающая направление вниз по склону.

Буссоль - инструмент для измерения магнитного азимута направлений на местности. Применяют при геодезических работах, в маркшейдерии.

Векторное изображение - цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар.

Визир - приспособление, устройство для визуального наведения угломерного, дальномерного или наблюдательного прибора на определенную точку в пространстве.

Генерализация - обобщение географических изображений мелких масштабов относительно более крупных, осуществляемое в связи с назначением, тематикой, изученностью объекта или техническими условиями получения самого изображения.

Географическая информационная система - информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных (пространственных данных).

Геодезический пункт - точка на земной поверхности, положение которой в известной системе плановых координат определено геодезическими методами (триангуляции, полигонометрии и др.) и закреплено на местности геодезическим знаком.

Геодезия - система наук об определении формы и размеров Земли и об измерениях на земной поверхности для отображения ее на планах и картах. 

Градусная сеть Земли - система меридианов и параллелей на географических картах и глобусах, служащая для отсчета географических координат точек земной поверхности - долгот и широт или нанесения на карту объектов по их координатам.

Дешифрирование - изучение по аэроснимкам и космическим изображениям территорий, основанное на зависимости между свойствами дешифрируемых объектов и характером их воспроизведения на снимках.

Дирекционный угол - угол, отсчитываемый от северного направления осевого меридиана по ходу часовой стрелки до данного направления.

Засечка - способ определения координат точки измерением параметров на ней или на исходных пунктах с известными координатами.

Изолиния - линия равного значения какой-либо величины на географической карте, вертикальном разрезе или графике. Изолинии - вид условных знаков.

Интерполяция - восстановление функции на заданном интервале по известным ее значениям в конечном множестве точек, принадлежащих этому интервалу.

Картограмма - карта, показывающая штриховкой (различной густоты) или окраской (различной степени насыщенности) среднюю интенсивность какого-либо показателя в пределах каждой единицы нанесенного на карту территориального деления.

Картографическая проекция - математически определенный способ отображения поверхности земного эллипсоида на плоскости. 

Картографическое произведение - произведение, главной частью которого является картографическое изображение.

Картография - наука, включающая теорию, методику и технические приемы создания и использования географических карт, глобусов, карт Луны, планет, звездного неба и т. д.

Картосхема - упрощенная карта (обычно лишенная картографической сетки), содержание которой строго ограничено элементами, важными для понимания ее сюжета.

Котидальная карта - карта, на которой представлены линии равных амплитуд и фаз отдельных волн прилива.

Лимб - плоское кольцо, разделённое штрихами на равные доли окружности (например, градусы, минуты или др.). 

Лощина - вытянутое углубление с пологими склонами, имеет уклон в одном направлении. Глубина лощин - до 10 м.

Магнитное склонение - угловая разница между магнитным и истинным нордом (севером), обусловленная тем, что магнитный северный полюс Земли смещен относительно истинного, географического.

Математическая основа карт - математические правила, по которым строятся карты; масштаб и картографические проекции.

Мензула - полевой чертежный столик, состоящий из планшета, штатива и скрепляющей их подставки.

Невязка - разность получившейся величины и той, что должна быть.

Ординар - нуль футштока на водомерных постах, фиксирующий средний многолетний уровень воды в водоемах. Колебания уровня отсчитываются выше и ниже ординара с точностью до 1 см.

Палетка - прозрачная пластинка с нанесенной на нее сеткой линий (реже - точек), предназначенная для вычисления площадей на планах и картах, отсчета координат и т. д.

Радиан - единица измерения плоских углов, представляющая собой центральный угол, опирающийся на дугу, длина которой равна радиусу этой окружности. Используется обычно в теоретических расчетах.

Седловина - понижение на водоразделе между двумя возвышенностями.

Тахеометр - геодезический прибор для измерения расстояний, горизонтальных и вертикальных углов. Автоматические тахеометры позволяют определить углы и расстояния без вычислений.

Уклон - показатель крутизны склона; отношение превышения местности к горизонтальному протяжению, на котором оно наблюдается (например, уклон, равный 0,0I5, соответствует подъему I5 м на I 000 м расстояния).

Фототриангуляция - метод определения координат точек местности по фотоснимкам.

Эклиптика - большой круг небесной сферы, наклоненный к небесному экватору под углом примерно 23°27', по которому перемещается центр Солнца в его видимом годичном движении, отражающим движение Земли по ее орбите.

Приложение 7

Дополнительные учебно-методические материалы

Рис. 1. Система плоских прямоугольных координат на картах