Цилиндрические проекции. Составление и оформление карты

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

1. Цилиндрические проекции. Виды проекций. Общие свойства и искажения. Проекции Ламберта и Меркатора

2. Составление и оформление карты. Подготовка исходных материалов. Создание математической основы. Перенос изображения с исходных материалов. Авторский и составительский оригинал карты

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Цилиндрические проекции. Виды проекций. Общие свойства и искажения. Проекции Ламберта и Меркатора

проекция искажение карта изображение

Картографическая проекция - способ перехода от реальной, геометрически сложной земной поверхности к плоскости карты.

Сферическую поверхность невозможно развернуть на плоскости без деформаций -- сжатия или растяжения. Это значит, что всякая карта имеет те или иные искажения. Различают искажения длин площадей, углов и форм. На крупномасштабных картах искажения могут быть практически неощутимы, но на мелкомасштабных они бывают очень велики. Картографические проекции обладают разными свойствами в зависимости от характера и размера искажений. Среди них различают:

Равноугольные проекции - сохраняют без искажения углы и формы малых объектов, зато в них резко деформируются длины и площади объектов. По картам, составленным в такой проекции, удобно прокладывать маршруты судов, но невозможно измерять площади;

Равновеликие проекции - не искажают площадей, но углы и формы в них сильно искажены. Карты в равновеликих проекциях удобны для определения размеров государства, земельных угодий;

Равнопромежуточные - имеют постоянный масштаб длин по одному направлению. Искажения углов и площадей в них уравновешены;

Произвольные проекции - имеют искажения и углов и площадей в любых соотношениях.

Проекции различаются не только по характеру и размеру искажений, но и по виду поверхности, которую используют при переходе от геоида к плоскости карты. Среди них различают:

Цилиндрические, когда проектирование с геоида идет на поверхность цилиндра. Цилиндрические проекции чаще всего применяют в картографии. Они обладают наименьшими искажениями в области экватора и средних широт. Эту проекцию чаще всего применяют для создания карт мира;

Конические. Эти проекции чаще всего выбирали для создания карт бывшего СССР. Наименьшее количество искажений при конических проекциях приходилось на параллели 47° северной широты и 62° северной долготы. Это очень удобно, поскольку между указанными параллелями размещались основные хозяйственные зоны этого государства и здесь была сосредоточена максимальная нагрузка карт. Зато в конических проекциях сильно искажаются районы, лежащие в высоких широтах и акватории Северного Ледовитого океана;

Азимутальная проекция. Это такой вид картографической проекции, когда проектирование ведется на плоскость. Такой вид проекции применяют при создании карт Антарктиды или Арктики или какого-либо другого района Земли.

В результате картографических проекций каждой точке на земном шаре, обладающей определенными географическими координатами, соответствует одна и только одна точка на карте.

Кроме цилиндрической, конической и азимутальной картографических проекций, существует большой класс условных проекций, при построении которых пользуются не геометрическими аналогами, а лишь математическими уравнениями нужного вида.

Цилиндрические проекции

Цилиндрические проекции - картографические проекции, меридианы которых - равноотстоящие параллельные прямые, а параллели - перпендикулярные им прямые. Применяются для изображения областей, вытянутых вдоль экватора или какой-либо параллели. В навигации используется проекция Г. Меркатора, а при создании топографических карт - равноугольная поперечно-цилиндрическая проекция.

Картографическую нормальную сетку получают путем проектирования координатных линий Земли по какому-либо закону на боковую поверхность касательного или секущего цилиндра, ось которого совпадает с осью Земли (рис.1), и последующей развертки по образующей на плоскость.

В прямой нормальной проекции сетка получается из взаимно перпендикулярных прямых линий меридианов Л, В, С, D, F, G и параллелей аа',bb',СС. При этом без больших искажений будут изображены участки поверхности экваториальных районов (см, окружность К и ее проекцию К на рис. 1), но участки полярных районов в этом случае не могут быть спроектированы.

Если повернуть цилиндр так, чтобы ось его расположилась в плоскости экватора, а поверхность его касалась полюсов, то получается поперечная цилиндрическая проекция (например, поперечная цилиндрическая проекция Гаусса). Если цилиндр поставить под другим углом к оси Земли, то получаются косые картографические сетки. На этих сетках меридианы и параллели изображаются кривыми линиями.

Рисунок 1 - Цилиндрическая проекция

Искажения

В любой проекции существуют искажения, они бывают четырёх видов:

· искажения длин

· искажения углов

· искажения площадей

· искажения форм

На различных картах искажения могут быть различных размеров: на крупномасштабных они практически неощутимы, но на мелкомасштабных они бывают очень велики.

Искажение длин -- базовое искажение. Остальные искажения из него логически вытекают. Искажение длин означает непостоянство масштаба плоского изображения, что проявляется в изменении масштаба от точки к точке, и даже в одной и той же точке в зависимости от направления.

Это означает, что на карте присутствует 2 вида масштаба:

· Главный, он на карте подписывается, но на самом деле это масштаб исходного эллипсоида, развертыванием которого в плоскость карта и получена.

· Частный масштаб -- их бесконечно много на карте, он меняется от точки к точке и даже в пределах одной точки.

Для наглядного изображения частных масштабов вводят Эллипс искажения.

Искажения площадей логически вытекают из искажения длин. За характеристику искажения площадей принимают отклонение площади эллипса искажений от исходной площади на эллипсоиде.

Искажения углов логически вытекают из искажения длин. За характеристику искажений углов на карте принимают разность углов между направлениями на карте и соответствующими направлениями на поверхности эллипсоида .

Искажения формы -- графическое изображение вытянутости эллипсоида.

Проекции Ламберта и Меркатора

Равноугольная цилиндрическая проекция Меркатора - одна из основных картографических проекций. Разработана Герардом Меркатором для применения в его «Атласе». «Равноугольная» в названии проекции подчёркивает то, что проекция сохраняет углы между направлениями. Все локсодромы в ней изображаются прямыми линиями. Меридианы в проекции Меркатора представляются параллельными равноотстоящими линиями. Параллели же представляют собой параллельные линии, расстояние между которыми равно расстоянию между меридианами вблизи экватора и быстро увеличивается при приближении к полюсам. Сами полюсы не могут быть изображены на проекции Меркатора (это обусловлено особенностями функции, отображающей координаты на сфере на координаты на плоскости), поэтому обычно карту в проекции Меркатора ограничивают областями до 80-85° градусов северной и южной широты.

Масштаб на карте в этой проекции не является постоянным, он увеличивается от экватора к полюсам (как обратный косинус широты), однако масштабы по вертикали и по горизонтали всегда равны, чем, собственно, и достигается равноугольность проекции. На картах в данной проекции всегда указывается, к какой параллели относится основной масштаб карты.

Поскольку проекция Меркатора имеет различный масштаб на разных участках, эта проекция не сохраняет площади. Если основной масштаб относится к экватору, то наибольшие искажения размеров объектов будут у полюсов. Это хорошо заметно на картах в этой проекции: на них Гренландия кажется в 2-3 раза больше Австралии и сравнима по размерам с Южной Америкой. В реальности Гренландия втрое меньше Австралии и в 8 раз меньше Латинской Америки.

Проекция Меркатора оказалась весьма удобной для нужд мореходства, особенно в старые времена. Объясняется это тем, что траектория движения корабля, идущего под одним и тем же румбом к меридиану (т.е. с неизменным положением стрелки компаса относительно шкалы) изображается прямой линией на карте в проекции Меркатора.

Равноугольная коническая проекция Ламберта -- картографическая проекция, разработанная Иоганном Генрихом Ламбертом, швейцарским математиком, физиком, философом и астрономом 18 века. Является одной из лучших проекций для средних широт. Сходна с равновеликой конической проекцией Альберса, однако обеспечивает более точную передачу формы объектов при менее точном сохранении площадей.

Параметрами проекции являются две стандартные параллели. Поверхность геоида проецируется на конус, который пересекает геоид в двух стандартных параллелях. Все линии координатной сетки пересекаются под углом 90°. Форма объектов небольшого размера сохраняется. Масштаб и площадь протяжённых объектов сохраняется на стандартных параллелях, между стандартными параллелями площадь и масштаб меньше реальных, за пределами стандартных параллелей -- больше. Локальные углы сохраняются по всей площади карты.

Любые две параллели можно принять в качестве стандартных или опорных. В координатной системе США (SPCS) для тех штатов, где применяется проекция Ламберта, выбор стандартных параллелей - равнозначен эффекту уменьшения масштаба центральной параллели на величину, которую невозможно выразить в простой и точной форме, тогда как в картах, где применяется преобразование Меркатора, просто уменьшается масштаб на определенную величину.

В США коническая конформная проекция Ламберта принята в качестве официальной в тех штатах, которые находятся в самом широком поясе восток-запад. Систему Меркатора применяют для остальных штатов. Одна или несколько зон вовлечены в эту систему в каждом штате. В дополнение, проекция Ламберта применяется на Алеутских островах на Аляске, в Лонг Айленде, в Нью-Йорке и северной Каролине, хотя на остальной территории этих штатов применяется проекция Меркатора.

2. Составление и оформление карты. Подготовка исходных материалов. Создание математической основы. Перенос изображения с исходных материалов. Авторский и составительский оригинал карты

Составление и оформление карт - область картографии, область технического дизайна, изучающая наиболее адекватные способы отображения картографической информации. Эта область картографии тесно взаимосвязана с психологией восприятия, семиотикой, гуманитарными аспектами.

В картографическом производстве карты получают либо в результате полевых съёмок и обработки их материалов, либо в камеральных, т. е. в кабинетных или лабораторных, условиях путём использования и переработки разнообразных источников - картографических, географических, экономико-статистических и др.

Методы полевых съёмок и их обработки для создания топографических карт рассматриваются топографией и аэрофототопографией. Тематические съёмки - геологические, почвенные и др. - входят в задачи картографирования геологического, почвенного и т.д. Методы проектирования и камерального изготовления карт разрабатываются собственно картографией. При камеральной работе, исходя из назначения проектируемой карты, намечают её предварительную программу: масштаб, картографическую проекцию, содержание карты (перечень элементов содержания, их классификации, полноту и подробность передачи каждого элемента и т.д.) и способы изображения. Далее подбирают необходимые источники и изучают по ним картографируемые явления, чтобы установить их типические черты и характерные особенности, которые следует отобразить на карте. С учётом результатов этой работы готовят окончательную программу карты.

Далее следуют работы по графическому изготовлению оригинала карты (картосоставительские процессы), включающие построение картографической сетки, перенос на неё содержания источников (полностью или выборочно), генерализацию и вычерчивание оригинала в установленных программой картографических знаках. При составлении тематических карт содержание источников переносится на заранее подготовленную (или выбранную) географическую основу.

Перенос изображения с исходного материала на составительский оригинал осуществляется при помощи фоторепродукции, фототрансформирования, проектирования через эпидиаскоп или оптические рисовальные приборы, фотоэлектронного трансформирования, графомеханических методов с использованием пантографа и перспектографа или графического способа (составление по клеткам). Перечисленные методы могут сочетаться. Элементы местности, изображаемые на карте, наносятся на составительский оригинал в определённой последовательности: сначала наносятся опорные пункты и местные предметы, имеющие значение ориентиров, затем -- объекты гидрографии, населённые пункты, дорожная сеть, рельеф, растительный покров, грунты, границы. Специальная нагрузка тематических карт составляется на отдельном оригинале. Географические названия транскрибируются и подписываются сразу же после изображения элементов, к которым они относятся. При составлении нетиповых карт в дополнение к составительскому оригиналу изготовляется оригинал красочного оформления карты, на котором показывается, какими цветами должны быть отпечатаны все тоновые элементы карты (гипсометрическая раскраска, закраска акваторий и растит, покрова, специального содержание и т.п.). Законченный составительский оригинал листа карты редактируется и корректируется.

Создание составительского оригинала карты и ее оформление - заключительный этап в подготовке карты к изданию. Эти работы выполняются в соответствии с техническими требованиями высококвалифицированными чертежниками-картографами по авторскому макету, при этом каких-либо отступлений от последнего в процессе переноса специальной нагрузки без участия авторов не допускается.

Изготовление издательского оригинала выполняют вычерчиванием на бумажной или пластической основе или гравированием на пластике по специальному слою. Работу выполняют, руководствуясь абрисным изображением, полученным с составительского оригинала.

Вычерчивание производят строго в соответствии с условными знаками; оно может исполняться совмещённо (все штриховые элементы карты изображаются на одном оригинале), частично - расчленённо (один элемент карты вычерчивается на одном оригинале, а остальные -- на другом и расчленённо (для всех штриховых элементов карты изготавливаются отдельные издательские оригиналы). При вычерчивании на пластиках издательские оригиналы подготавливаются только расчленёнными.

Подписи наименований готовятся фотонабором. Они расклеиваются непосредственно на вычерченные оригиналы (контура, гидрографии, рельефа), а иногда оформляются в виде отдельного издательского оригинала. В случае подготовки оригиналов карт к изданию гравированием на пластиках гравюры готовятся на каждый штриховой элемент карты. Работы выполняют специальными гравировальными инструментами. С негативных гравюр получают диапозитивы, на которых расклеивают фотонаборные подписи. При подготовке оригиналов карт к изданию на пластиках (вычерчиванием или гравированием), как правило, для красочного оформления карт готовятся специальные маски на прозрачных пластиках. Проверка исполнения работ осуществляется визуальной корректурой и изготовлением штриховой пробы на бумаге или пластике. Процесс подготовки оригиналов карт к изданию при совмещенном или частично расчленённом вычерчивании на бумаге заканчивается изготовлением макетов расчленения и красочных (литографских) макетов. Первые служат руководством при расчленительной ретуши, вторые -- при создании печатных форм красочного оформления карт.

Анализ современных тенденций совершенствования существующих технологических процессов изготовления оригиналов карт позволяет выделить ряд основных направлений: развитие техники составления и подготовки карт к изданию; механизация фотонабора; внедрение микрофильмирования, электрофотографии и фотолюминесценции; совершенствование светокопировальных операций; автоматизация процесса вычисления и построения математической основы карт с использованием электронно-вычислительных машин и автоматического координатографа; автоматизация изготовления издательских оригиналов и процесса генерализиции.

Оригинал карты - первичный экземпляр карты, полностью включающий ее содержание и составленный в установленных картографических знаках с заданной генерализацией и точностью.

На разных этапах составления карт и издания карт используют различные оригиналы карт: авторский оригинал карты - рукописная карта, выполненная автором в принятой легенде, в масштабе издания, с требуемой полнотой и детальностью; составительский оригинал карты - точная и полная по содержанию карта, вычерченная согласно положениям редакционных документов в принятой легенде карты с выдержанным рисунком и размерами, точным размещением надписей, но без тщательной графической отделки; издательский оригинал карты - чистовая копия составительского оригинала карты, отличающаяся высоким графическим качеством, удовлетворяющим требованиям полиграфического воспроизведения.

При подготовке карт к изданию или цифрованию изготовляют цветоделенные оригиналы карты, с изображением элементов, показываемых одной краской; штриховой оригинал карты, содержащий лишь штриховые элементы; полутоновой оригинал карты, содержащий только полутоновое (растровое изображение) с плавными переходами от ярких насыщенных тонов к слабым; оригинал надписей. Иногда для цифрования отдельно готовят оригинал географической основы. Обычно оригиналы карт изготавливают на недеформирующемся материале: картографическом пластике, бумаге, наклеенной на алюминиевый лист, т.е. оригиналы карт на жесткой основе.

Построение математической основы

Профессиональная ГИС Карта 2008 - универсальная геоинформационная система, имеющая средства создания и редактирования электронных карт, выполнения различных измерений и расчетов, оверлейных операций, построения 3D моделей, обработки растровых данных, средства подготовки графических документов в электронном и печатном виде, а также инструментальные средства для работы с базами данных. Создание математической основы карты происходит автоматически при помощи меню Запуск приложений/Автоматические построения/ Создание математической основы (рис.2).

Рисунок 2 - Окно «Запуск приложений»

После того как пункт меню активен нажмите кнопку Выполнить и на экране появится диалоговое окно состоящее из 4-х разделов: 1-Данные о карте, 2- Прямоугольная сетка, 3-Картографическая сетка и 4-Состояние обработки (рис. 3).

Рисунок 3 - Окно создания математической основы

Первый раздел содержит информацию по карте: имя карты и перечень номенклатурных листов. В этом разделе определяется, на какие номенклатурные рамки необходимо построить сетку.

Раздел Прямоугольная сетка позволяет настроить отображение горизонтальных и вертикальных линий, а также, точек пересечения координатных линий. Нажав кнопку Параметры в этом разделе, открывается диалоговое окно в котором можно задать вид отображаемых объектов из классификатора (рис.4).

Рисунок 4 - Параметры прямоугольной сетки

Раздел Картографическая сетка, также позволяет настроить отображение объектов: выходы параллелей и меридианов, а также, центральный крест, и, задать код создаваемых объектов. Раздел, также, содержит подраздел Геодезические координаты, в котором можно изменить систему координат, переключив флажок.

Последний раздел отображает состояние выполненной работы.

Для данного примера построим математическую основу для всех листов карты. Для карт масштаба 1:5000 горизонтальные и вертикальные линии не ставятся (убираем флажок), выходы параллелей и меридианов и центральный крест, также не ставятся. На карту наносятся лишь точки пересечения координатных линий. Нажав кнопку Параметры в разделе Точки пересечения координатных линий настроим вид отображения точек выбрав из классификатора «Перейни на линий корд. сетки» в слое математическая основа (рис. 5), а также, установите расстояние между точками с шагом в 10см ( рис. 6).

Рисунок 5 - Выбор кода объекта из классификатора

Рисунок 6 - Характеристики точек пересечения координатных линий

Для запуска процесса создания математической основы необходимо нажать на кнопку Выполнить. Процесс нанесения математической основы можно прервать, нажав кнопку Отмена. В случае, когда создаваемые элементы уже есть на карте, задача делает запрос о замене. При положительном ответе существующие объекты будут удалены и созданы новые. Режим Журнал транзакций разрешает/запрещает ведение журнала транзакций. При выключенном режиме скорость создания увеличивается, но нет возможности отмены всех созданных объектов.

После завершения выполнения операции точки пересечения, в указанном виде, появляются на карте (рис.7).

Рисунок 7 - Созданная математическая основа

Элементы математической основы

Различные картографические изображения, как правило, имеют разную математическую основу.

Рассмотрим основные особенности математической основы карты. Для того, чтобы перейти от физической поверхности Земли к плоскому картографическому изображению, необходимо с математической точки зрения проделать три операции:

1. Физическую поверхность Земли спроектировать на условную поверхность земного эллипсоида. Это делается с помощью геодезической основы.

2. Уменьшить эту территорию до видимых размеров с помощью масштаба..

3. Развернуть ее с поверхности эллипсоида на плоскость. Этот переход осуществляется с помощью картографической проекции.

Отсюда следует, что геодезическая основа, масштаб и картографическая проекция являются главными математическими элементами карты.

К математическим элементам карты относят также координатную сетку, элементы компоновки и систему разграфки.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Берлянт А. М. Картография: Учебник для вузов. -- М.: Аспект Пресс, 2002. -- 336 с.

2. Картавцева, Е.Н. Картография [Текст] : учеб. Пособие, :Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2010. - 158 с.

3. Салищев К. А., Составление и редактирование карт, ч. 1, М., 1963.- 253с.

4. Соловьев М. Д., Математическая картография, М., 2000.- 270с.

5. Интернет источник: http://www.planeta-zemla.ru

6. Интернет источник: http://www.svoruem.com

Размещено на Allbest.ru