metodichka

11

синтактики основные правила проектирования системы знаков заключаются в выборе оптимального их количества, применении унифицированной (стандартизованной) системы знаков, выборе простых по начертанию знаков, возможности передачи посредством знаковой системы ассоциативных пространственных связей между объектами и явлениями действительности, построении знаков на основе оптимального количества типовых конструктивных элементов.

Семантическая сторона знаковой системы устанавливает отношение знаков к обозначаемым объектам. Семантика (семантика – раздел семиотики, изучающий отношение знаков к обозначенным объектам, т.е. смысловую сторону и значение знаков) обеспечивает полноту и строгость картографического отображения объектов, их содержательных признаков и количественных показателей. Здесь необходимо учитывать следующие правила (или принципы) построения картографических условных знаков: отображать знаками максимальное количество сведений об объектах, передавать свойства объектов, связи и отношения между ними, отвечающие назначению карты; отображать иерархическую структуру картографируемого объекта, используя графические средства; обеспечить однозначное соответствие графического изображения смысловому содержанию отображаемого объекта, соблюдая основные принципы семантического кодирования; предусмотреть в системе условных знаков возможности отображения ассоциативных содержательных связей между объектами путем использования логики построения.

Прагматическая (практическая) сторона знаковой системы

рассматривает отношения знаков к потребителю. Прагматика (прагматика – раздел семиотики, в котором изучается отношение потребителя, воспринимающего и использующего ту или иную знаковую систему, к самой знаковой системе) обеспечивает наглядность и простоту чтения распознанного (декодированного) объекта или явления, отображаемого на карте. При этом основными правилами построения системы картографических условных знаков с позиции прагматики являются следующие: использование основных законов и закономерностей зрительного восприятия карты для построения картографических знаков с целью их быстрого, легкого восприятия и декодирования; учет закономерностей теории распознавания образов для построения картографических условных знаков, легко считываемых автоматическими системами; применение основных принципов построения знаков и всей системы в целом, обеспечивающих их высокую информативность; использование основных принципов дидактики и промышленного дизайна с целью обеспечения высокой наглядности и эстетики знаков (дидактика – наглядность, находчивость; дизайн – вид практической деятельности, имеющий целью формирование эстетических и функциональных качеств предметной среды).

12

3. Картографическая информация

Картографическое изображение – это любая информация об объектах и явлениях действительности, которая передается с помощью системы специальных условных знаков в графической, цифровой или других читаемых формах на заданной поверхности (носителях). В большинстве случаев в качестве носителя используется плоская поверхность.

Объектом картографирования могут быть реальные объекты, например, дороги, растительность, гидрография, населенные пункты, отдельные местные предметы и др., а также явления, которые могут отражать характеристику тех или иных состояний реальных объектов, либо их изменчивость, чаще определяемую периодом времени, а также изменениями в пространстве.

Картографической информацией является та часть картографического изображения, которая снимается с карт, полевых оригиналов или других картографических источников и используется для решения задач, определяемых назначением и содержанием карт как пространственных моделей.

Сущность картографической информации заключается в следующих ее аспектах: познавательном и коммуникативном.

Познавательный аспект картографической информации заключается в том, что ее использование позволяет получить не только различные сведения об объектах и явлениях действительности, но и изучать и вскрывать их новые закономерности. Полнота отражения картографической информации в сознании потребителя зависит от уровня развития у него пространственных представлений и понятий.

Коммуникативный (кибернетический) аспект картографической информации представляет собой особую форму отображения пространственного распределения объектов, их связей и пространственной структуры. Он характеризуется наличием пространственных различий и соответствующей локализацией объектов и явлений, что может быть выражено с помощью той или иной системы координат. Этим свойством обладает только картографическая информация. (Информация, которая не может быть пространственно локализована, не является картографической).

Оценка количества картографической информации может быть выполнена так же, как и для любой другой информации некартографического вида.

Единица информации – количество информации, содержащееся в установленном стандартном сообщении.

Коммуникабельность карты – способность карты передавать максимальное количество информации при высокой степени адекватности отображенных на ней объектов и явлений, хорошей читаемости карты и легком и быстром извлечении из нее интересующих пользователя сведений.

13

Информационная емкость (или информативность) карты – тот объем содержательной картографической информации, который можно получить непосредственным или косвенным путем с помощью карты.

Количество информации – число конструктивных элементов, из которых строится система картографических знаков, отображающих ее содержание, в том числе и возможные комбинации этих знаков.

Графическая нагрузка карты – плотность заполнения поля карты картографическими условными знаками и подписями. Проще говоря – это площадь листа карты, занятая под штриховым изображением. Графическая нагрузка может быть определена в процентах или в квадратных сантиметрах.

При проектировании карты возникает необходимость оценивать количество информации, отображаемой на ней, и количество изобразительных средств, использованных для передачи содержания карты. Для оценки количества картографической информации в настоящее время используются два основных подхода: вероятностно-статистический и комбинаторный.

При вероятно-статистическом подходе количество информации оценивается путем описания ситуаций с неопределенностью на основе понятия вероятности.

Комбинаторный подход заключается в подсчете структурной информации о картографических знаках, их комбинациях и параметрах.

Помимо первичной картографической информации карта несет в себе и вторичную модельную информацию, которая определяется с помощью приемов анализа и синтеза, обработки информации различными математическими и нематематическими методами. Она используется для исследования явлений по картам и для создания новых производных карт различного назначения.

4. Способы картографического отображения объектов и явлений

Большое значение имеет форма представления той или иной картографической информации (количественной или качественной).

Количественная форма характеризует моделирование явления, выражающееся в абсолютных или относительных показателях. Значение абсолютных показателей в установленной или выбранной размерности устанавливается для объектов, локализованных на линиях, пунктах и площадях. Относительный показатель определяется чаще всего в процентах, как доля одного явления по отношению к другому, либо как часть явления по отношению к явлению в целом.

Для отображения на картах объектов или явлений применяются различные способы картографического изображения: локализованные знаки, качественный фон, изолинии, ареалы, точечный, линии движения, картограмма, картодиаграмма и др. (рис. 4, рис. 5).

На рис. 4 а показаны дискретные точечно-сетевые, линейно-сетевые структуры и ареалы. Сети территориального деления и изолинейная

14

дифференциация изображены на рис. 4 б, а регулярные сетки различного вида – на рис. 4 в.

Способ значков (рис. 5 а) применяется для отображения явлений, локализованных по пунктам в определенных точках. При этом условный знак обычно не изображается в масштабе карты.

Способ линейных знаков (рис. 5 б) применяется для отображения объектов линейного протяжения: линии связи, дороги различного назначения, речные системы и др. Условные знаки этого вида, в зависимости от размеров объекта, могут быть изображены в масштабе карты, либо внемасштабным условным знаком, осевая линия которого совпадает с плановым положением осевой линии объекта.

Способ ареалов (рис. 5 в) позволяет выделить области какого-либо явления по его качественному признаку. Границы ареалов выражают в масштабе карты.

Рис. 4. Конструктивная основа знаковых систем

Способ качественного фона (рис. 5 г) используется для отображения объектов или явлений, имеющих сплошное распространение. Типичным примером такого изображения является геологическая карта, либо геологический разрез, построенный в вертикальной плоскости.

Способ изолиний (рис. 5 д) позволяет выделять участки местности (контуры) с определенным значением качественного показателя: распределение температуры по определенной территории (изотермы), рельеф местности (горизонтали), рельеф морского дна (горизонтали), глубина водного объекта (изоглубины), распределение показателей заражения местности вредными веществами и т.п.

Точечный способ (рис. 5 е) применяется для отображения явлений, распределенных неравномерно по площади (на территории). Каждая точка определяет установленную величину изображаемого параметра, а распределение параметра по площади передается густотой точек.

15

Рис. 5. Графические модели картографических изображений

Картодиаграммы (рис. 5 ж) обычно отображают значение определенного показателя для выделенной территориальной единицы. Значение показателя определяется размером знака, что обязательно приводится в легенде карты.

Картограмма (рис. 5 з) служит для отображения интенсивного явления в его относительном развитии. Относительные показатели изображают штриховкой, раскраской и т.п.

5. Основные группы карт

Все карты делятся на две основных группы: научно-технические карты

и карты общего назначения.

Картами общего назначения являются учебные, туристские (карты и схемы), оперативные (прогноза погоды, карты-схемы, карты динамических

16

явлений и др.), карты популярных изданий с элементами художественной графики и др.

Научно-технические карты предназначены для решения тех или иных технических и научных задач. Ими являются государственные карты, а также различные карты, обслуживающие определенную область науки и отрасль народного хозяйства (тематические карты, топографические карты, некоторые мелкомасштабные общегеографические карты).

Топографические карты суши:

-мелкомасштабные (1:1000 000, 1:500 000);

-среднемасштабные (1:200 000, 1:100 000, 1:50 000);

-крупномасштабные (1:25 000, 1:10 000 и крупнее)

Топографические карты шельфа и внутренних водоемов (шельф – это поверхность морского дна, которая примыкает непосредственно к побережью, имеет общее с побережьем геологическое строение и имеет небольшой уклон).

Общегеографические карты (чаще они имеют масштаб мельче

1:1000000).

Тематические и специальные карты (карты природных и социально-

экономических явлений):

-карты природы (отображают объекты, явления и процессы природы, их пространственные закономерности):

-- геологические (отображают коренные горные породы, распределение полезных ископаемых, строение земной коры);

-- гипсометрические (карты рельефа);

-- геоморфологические (отражают происхождение форм рельефа и его возраст);

-- климатические (распределение температуры, величины солнечной радиации, давления, влажности, распределение атмосферных осадков, облачность, направления ветров и др.);

-- гидрологические (распределение динамики, состава и свойств поверхностных вод суши);

-- почвенные;

-- геоботанические (растительный покров);

-- зоогеографические (распределение животного мира суши и морей);

-- ландшафтные (природные территориальные комплексы, рассматриваемые в качестве геосистем: поверхностные горные породы и рельеф; поверхностные и подземные воды; особенности климата, характеристика растительности; характеристика почвы; животный мир);

-- океанографические;

-- карты охраны природы (отображается взаимосвязь явлений природы

идеятельности человека);

-социально-экономические карты:

-- карты населения;

-- экономические карты;

17

-- политические, политико-административные и административные карты;

-- карты науки и культуры;

-- исторические;

Специальные карты:

-инвентаризационные (показывают наличие, состояние и пространственную локализацию различных географических, природных и социально-экономических объектов, процессов и явлений действительности);

-карты взаимосвязи процессов и явлений (устанавливают с определенной вероятностью зависимость некоторых процессов и явлений, их корреляцию);

-карты динамики и прогноза (прогнозируют развитие динамики явления во времени и пространстве);

-оценочные карты процессов и явлений (карты районирования по количественным и качественным признакам).

Навигационные карты:

-аэронавигационные карты;

-морские навигационные карты.

6. Основные сведения о фигуре и размерах Земли

6.1. Понятие меридиана и параллели

Меридиан – линия пересечения с поверхностью Земли плоскости W, проходящей через ось вращения (рис. 6). Меридиан, проходящий через определенную точку Гринвичской обсерватории (Англия), называют

Гринвичским (нулевым, начальным) меридианом.

Рис. 6. Понятие меридиана и параллели

18

Параллель – линия пересечения с поверхностью Земли плоскости V, перпендикулярной к оси вращения. Самая большая параллель называется

экватором.

Параллель – замкнутая линия. Меридиан – тоже замкнутая линия, но в различных задачах и определениях меридианом является линия в плоскости W от точки северного полюса до точки южного полюса.

6.2. Система географических координат

Долгота и широта являются географическими координатами точки, находящейся на поверхности Земли и в ее недрах (рис. 7).

Долгота – двугранный угол λ, образованный плоскостью Гринвичского меридиана и плоскостью меридиана, проходящего через данную точку.

Долгота изменяется от 0˚ до 180˚ на восток от Гринвичского меридиана и от него же – от 0˚ до 180˚ на запад. Восточным долготам приписывается знак «плюс», западным – знак «минус» .

Широта – угол φ в

плоскости меридиана, проходящего через данную точку, между плоскостью экватора и линией направления силы тяжести в этой точке.

	Рис. 7. Система географических	Широта изменяется от 0˚ до
	координат

90˚на север от плоскости экватора и от 0˚ до 90˚ на юг от плоскости экватора. Северным широтам приписывается знак «плюс», южным широтам – знак «минус».

6.3. Фигура Земли

Понятие фигуры Земли может трактоваться по-разному в зависимости от того, какие требования предъявляются к точности решения тех или иных задач. В одних случаях Землю можно принять даже за плоскость, в других - за шар (с радиусом R = 6371,11 км), в третьих - за двухосный эллипсоид вращения с малым полярным сжатием. При решении задач высшей геодезии, например, под фигурой Земли понимают физическую поверхность, ограниченную твердой поверхностью суши и невозмущенной поверхностью морей и океанов. (Геодезия занимается изучением фигуры и размеров Земли и ее внешнего гравитационного поля, а также вопросами производства топографических съемок объектов и явлений действительности с целью получения затем их картографических изображений).

19

Суша составляет приблизительно одну треть от всей поверхности Земли. Она возвышается над уровнем моря в среднем на 900 - 950 м. По сравнению с радиусом Земли (R = 6371 км) это весьма малая величина. Поскольку большую часть поверхности Земли занимают моря и океаны, то за форму Земли можно принять фигуру, ограниченную невозмущенной поверхностью морей и океанов. По предложению немецкого ученого Листинга данную фигуру назвали геоидом .

Изучением геоида занимаются вот уже более 100 лет. В настоящее время геоид на акватории определяют с помощью спутниковой альтиметрии (измерение расстояний от спутника до поверхности). Точность таких измерений составляет 0,1 - 0,3 м по высоте. Измерения показывают, что невозмущенная водная поверхность не везде совпадает с уровенной поверхностью потенциала силы тяжести. В некоторых местах отклонения достигают (1,5 - 2,0) м. Поэтому при теоретически строгом подходе под геоидом следует понимать фигуру Земли, ограниченную уровенной поверхностью потенциала силы тяжести, проходящей через начало отсчета высот, совпадающее с некоторым средним уровнем Мирового океана.

На суше метод спутниковой альтиметрии не работает, а другие методы геодезии не позволяют определить поверхность геоида с такой точностью, как на Мировом океане, поскольку практически неосуществимо измерить силу тяжести непосредственно на поверхности геоида. Комплекс наземных геодезических, астрономо-геодезических и гравиметрических наблюдений позволяют весьма точно определить другую поверхность, которую называют поверхностью квазигеоида. Эта поверхность незначительно отличается от поверхности геоида (в равнинной местности на 2 - 4 см, в горах - не более 2-х м). Квазигеоид и геоид на морях и океанах совпадают.

Таким образом, для изучения фигуры Земли необходимо точно определить параметры квазигеоида на суше и параметры геоида в Мировом океане.

Для изучения фигуры Земли сначала определяют форму и размеры некоторой модели Земли, поверхность которой является сравнительно хорошо изученной в геометрическом отношении и наиболее полно в первом приближении характеризует форму и размеры Земли. Затем, принимая эту условную фигуру за исходную, определяют относительно нее высоты точек.

За модель Земли принимают эллипсоид вращения с малым полярным сжатием (общий земной эллипсоид). Размеры земного эллипсоида характеризуются большой a и малой b полуосями (рис. 6), либо полуосью a и полярным сжатием

			a b			(1)
			a
	либо большой полуосью a и первым эксцентриситетом					e меридианного
	эллипса
	e2	a 2 b2				(2)
			a 2

Параметры a и е определяют с учетом следующих условий:

20

- центр общего земного эллипсоида должен совпадать с центром масс Земли, а его малая ось - с осью вращения Земли;

-объем эллипсоида должен быть равен объему геоида (квазигеоида);

-сумма квадратов отклонений по высоте поверхности эллипсоида от поверхности геоида (квазигеоида) должна быть наименьшей.

Для определения размеров земного эллипсоида на суше проводились

специальные градусные измерения (определялось расстояние по дуге меридиана в 1о). На протяжении полутора веков (с 1800 по 1940 гг.) были получены различные размеры земного эллипсоида (эллипсоиды Деламбера (д'Аламбера), Бесселя, Хейфорда, Кларка, Красовского и др.).

Эллипсоид Деламбера имеет только историческое значение как основа для установления метрической системы мер (на поверхности эллипсоида Деламбера расстояние от полюса до экватора принято равным 10 000 000 м).

До 1942 г. эллипсоид Бесселя применялся и в нашей стране. Эллипсоид Кларка используется в США, странах Латинской Америки, Центральной Америки и других странах. В Европе используется эллипсоид Хейфорда. Он же был рекомендован в качестве международного, однако параметры указанного эллипсоида получены по измерениям, выполненным только на территории США, и, кроме того, содержат большие ошибки.

В1946 г. размеры земного эллипсоида Красовского (1940 г.) были утверждены для геодезических работ на территории нашего государства (в то время – СССР) и действуют до настоящего времени. Эллипсоид, который используется данным государством, либо обособленной группой государств, для производства геодезических работ и проектирования на его поверхность точек физической поверхности Земли, называется референц-эллипсоидом (в

России – референц-эллипсоид Красовского).

Референц-ээлипсоид Красовского имеет следующие параметры: большая

полуось а = 6378245 м, полярное сжатие = 1/298,3.

7. Основные виды проекций

7.1. Классификация картографических проекций

Проекция – это изображение какого-либо объекта на плоскости. Для получения изображения поверхности Земли на плоскости необходимо выполнить т.н. картографическое проектирование, которое должно обеспечивать получение изображения по возможности с наименьшими искажениями. В связи с этим картографическую проекцию можно определить как способ изображения земной поверхности на плоскости.

При проектировании поверхности Земли на плоскость необходимо выполнить требование непрерывности изображения, без каких-либо разрывов. При этом каждой точке земной поверхности на изображении (карте) должна соответствовать только одна точка.

Существует четыре вида искажений: