Основні елементи географічної карти

Вивчення географічної карти неможливе без розгляду її складових – елементів карти, а саме: математичної основи, картографічного зображення, допоміжного оснащення, елементів додаткової характеристики.

Математична основа – математично зумовлені способи побудови карти. Для того, щоб перейти від фізичної (чи топографічної) поверхні Землі до площини (карти) з математичної точки зору необхідно здійснити три операції;

а) фізичну поверхню Землі спроектувати на умовну поверхню земного еліпсоїда;

б) зменшити це спроектоване зображення до необхідних розмірів;

в) розгорнути його в площину.

Ті особливості картографічного зображення, які виникають в результаті першої операції, зумовлені геодезичною основою; його особливості, які виникають в результаті другої операції, – масштабом; третьої операції – картографічною проекцією.

Геодезична основа, масштаб і картографічна проекція складають математичну основу географічної карти.

Геодезична основа пов’язана із формою та розмірами Землі, початком координат і початком висот.

На формі (фігурі) Землі відобразилося її обертання навколо осі (внаслідок віддаленості приекваторіальних та приполярних частин Землі та різних величин центробіжної сили Земля повинна набути форми сфероїда із малою віссю у вигляді земної осі, що доказав І. Ньютон в кінці XVII ст.). Однак, внаслідок нерівномірного розподілу мас, різних за густиною в товщі земної кори, в різних точках поверхні Землі створюється відхилення напряму сили тяжіння від напряму до центра Землі, тобто на форму Землі впливає сила тяжіння. Внаслідок цього дві теоретичні фігури не співпадають. Сучасними дослідженнями встановлено, що Земля має форму геоїда. Геоїд – фігура Землі, яку утворила б поверхня Світового океану при деякому середньому рівні води, відсутності течій, припливів і відпливів, хвиль і т.д. і мислимо продовжена під материками так, щоб всюди була перпендикулярна до напряму сили тяжіння. Точно встановити форму та розміри цієї фігури дуже важко. Відхилення поверхні геоїда від поверхні земного сфероїда складає майже 200 м (від +78 м в районі Нової Гвінеї до -112 м південніше Індостану). Основними способами визначення форми та розмірів Землі є астрономо-геодезичний, метод тріангуляції, геофізичний (гравіметричний) та космічний.

Та обставина, що геоїд не є математично правильною і простою фігурою, перешкоджає застосуванню його поверхні для проектування на неї точок фізичної поверхні Землі. Тому за основу в топографо-геодезичних та картографічних роботах беруть як допоміжну геометричну поверхню земного еліпсоїда.

Еліпсоїд (чи референц-еліпсоїд) – еліпс обертання, який найкраще представляє фігуру Землі, тобто, допоміжну поверхню з певними розмірами та положенням в тілі Землі.

Всі точки із фізичної поверхні Землі проектуються на поверхню земного еліпсоїда за нормалями. Нормаль – лінія, яка перетинає поверхню земного еліпсоїда під прямим кутом. Положення спроектованих на земний еліпсоїд точок (географічних об’єктів) визначається їхніми географічними координатами: географічною широтою та географічною довготою. Географічна широта – кут між проведеною в даній точці нормаллю і площиною екватора. Географічна довгота – двогранний кут між площинами нульового (початкового) меридіана та місцевого меридіана.

В Україна за основу прийнято референц-еліпсоїд Красовського Ф.М. Його розміри: велика піввісь a=6 378 245 м; мала піввісь b=6 356 863 м; різниця півосей a-b=21 382 м; стиснення Землі m=a/b=1/298,3.

В інших країнах за основу прийнято еліпсоїди Бесселя (країни Європи), Ейрі (Великобританія), Кларка (США), Евереста (Індія, Пакистан), Струве (Іспанія), Хайфорда (країни Азії, Південної Америки, Європи). Стиснення Землі коливається в них від 1/293,5 до 1/311,5.

За початок координат прийнято центр круглої зали головної будівлі Пулковської обсерваторії (під Санкт-Петербургом, Росія). Його координати: j=59°46¢18,7² пн.ш., l=30°19¢38,6² сх.д.

За початок висот прийнято нульову позначку Кронштадтського футштока.

Відмінність кулі від земного еліпсоїда невелика, через це, коли це доцільно, земний еліпсоїд замінюють кулею із середнім радіусом R_e=6 371,1 км. Проектування точок фізичної поверхні на поверхню земного еліпсоїда – умовне.

Масштаб – число, яке показує, у скільки разів відбулося зменшення розмірів земного еліпсоїда до розмірів його моделі. Як правило, при проведенні третьої операції масштаб довжин не може бути збережений у всіх точках карти. Зменшення теж відбувається умовно.

Картографічна проекція – математичний спосіб зображення поверхні земного еліпсоїда на площині. Сфероїдальну поверхню земного еліпсоїда неможливо перенести на площину без розривів, накладок, перекриття картографічного зображення, тобто без спотворень. Це значить, що неможливо зберегти головний масштаб у всіх точках карти, а тому вводиться поняття поодинокого (окремого, часткового) масштабу, який враховує спотворення довжин, площ, кутів і форм.

Практично при складанні карти вибраній картографічній проекції із врахуванням розмірів земного еліпсоїда вираховують координати точок перетину меридіанів і паралелей (так званих вузлових точок), наносять їх на аркуш паперу, а потім викреслюють лінії картографічної сітки. Паралель – лінія перетину земного еліпсоїда площиною, паралельною площині екватора, всі точки якої мають однакову географічну широту. Меридіан – лінія на земного еліпсоїда, всі точки якої мають однакову географічну довготу і яка проходить через полюси. Картографічна сітка – система меридіанів та паралелей на картографічних творах, яка служить для відліку географічних координат. На деяких картах координатна сітка відсутня, що є допустимим тоді, коли карта охоплює порівняно невеликі простори і не призначена для проведення вимірювань, чи є схемою.

Картографічне зображення є основною, головною частиною будь-якої карти. Це – відомості про об’єкти і явища, що показані на карті, їх розміщення, властивості, іноді також динаміка. До елементів топографічної (загальногеографічної) карти відноситься зображення: 1) водних об’єктів; 2) рельєфу; 3) елементів рослинного та ґрунтового покриву; 4) населених пунктів; 5) шляхів сполучення та засобів зв’язку; 6) кордони й межі; 7) об’єктів економіки і культури. На тематичних картах можуть зображатися корисні копалини, ґрунти, тваринний світ, об’єкти промисловості, транспорту чи сільського господарства. Однак один елемент – води (береги морів, озер, річкова мережа) – бажано показувати на кожній карті; він необхідний для прив’язки інших елементів тематичної карти.

Для передачі елементів змісту застосовуються умовні позначення (знаки), які поділяються на площинні, лінійні та позамасштабні. Картографічне зображення повинно відповідати вимогам:

а) геометричної точності – кожен об’єкт на карті повинен зображатися там, де він у дійсності розміщений, а розмір – відповідати масштабу карти;

б) географічній відповідності – на карті повинні зображатися ті об’єкти, які передають головні географічні риси території.

Елементи оснащення (допоміжні службові елементи) – назва карти, її легенда умовні позначення, рамки, картографічна (градусна) сітка, а також записи масштабів. Легенда карти – зведення використаних картографічних позначень із необхідними до них поясненнями, а також графіки для вимірювання за картами – відстаней, кутів чи напрямів, координат, крутизни схилів. У легенді карти важливими є: а) повнота – зведення всіх застосованих на карті знаків; б) безумовна чіткість і по можливості лаконічність текстів, які пояснюють змістове значення знаків; в) логічність у групуванні і розміщенні знаків, наприклад, за окремими елементами змісту в порядку їхнього значення. Правильно побудована легенда розкриває зміст карти – перелік елементів, класифікації та показники, використані для кожного елемента, а також ступінь їх узагальнення. Легенда розміщується на полях чи на вільному місці всередині рамки карти. Для багатоаркушевих карт легенду інколи друкують на окремому аркуші чи у вигляді брошури.

Елементи додаткової характеристики – текстові дані, карти-врізки, профілі, графіки, діаграми, таблиці, фото.

Елементи оснащення та додаткової характеристики полегшують і покращують використання карти.

До допоміжних елементів карти належать також відомості про виконавців карти, її рецензентів, довідкові дані про використані джерела, час та місце видання, а інколи – назва видавництва, місце та рік видання тощо.