В.П.РАКЛОВ
К А Р Т О Г Р А Ф И Я И Г И С
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
ДЛЯ СТУДЕНТОВ СПЕЦИАЛЬНОСТИ
"ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВО", "ЗЕМЕЛЬНЫЙ КАДАСТР"
И НАПРАВЛЕНИЮ:
"ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВО И КАДАСТРЫ".
МОСКВА,2010
Аннотация.
Учебное пособие состоит из двух частей. В первой части рассмотрены основные вопросы картографии, даны сведения о структуре картографии, основных этапах ее развития, а также определения, классификация и элементы карты.
Далее рассмотрены вопросы математической картографии, приведены основные этапы создания карт кратко рассмотрены факторы, виды и приемы картографической генерализации. Отдельные разделы учебного пособия посвящены картографическим знакам и способам изображения на картах тематического содержания, разработке картографических шкал и методам использования карт в землеустройстве и кадастре.
Вторая часть пособия рассматривает вопросы функционирования географических информационных систем (ГИС): их состав, структуру, технологию создания тематических карт в среде ГИС.
Завершает учебное пособие раздел, посвященный особенностям ГИС-картографирования для целей кадастра недвижимости, охраны окружающей среды и мониторинга земель, а также даны рекомендации по выбору ГИС и изложены требования к картографической документации кадастра недвижимости.
Рекомендовано для студентов вузов, обучающихся по специальностям : «Землеустройство» , «Земельный кадастр», «Городской кадастр».
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 1. Общие вопросы картографии…………………
Картография – предмет и определение……………..
Структура картографии………………………………
Основные этапы развития картографии……………
Определение карты…………………………………….
Классификация карт…………………………………..
Элементы географической и тематической карты….
Глава 2. Математическая картография……………....……
Искажения на картах. Искажения длин, площадей и
углов………………………………………………………
Классификация картографических проекций……..
Проекция Гаусса-Крюгера…………………………….
Выбор картографических проекций………………….
Рамки карты, разграфка и номенклатура……………
Компоновка карт…………………………………………
Легенда карты …………………………..……………
Глава 3.Картографические источники………………………
Глава 4.Основные этапы создания карт…………………….
Редакционно-подготовительные работы…………..
Составление и оформление карты……………………
Подготовка карт к изданию……………………………
Издание карт……………………………………………..
Глава 5.Картографическая генерализация…………………
Факторы генерализации. Виды и приемы
генерализации…………………… …………………..
Глава 6.Картографические знаки и способы изображения
тематического содержания………………………….
Глава 7.Картографические шкалы………………………….
Глава 8. Картографические методы использования карт.
Классификация методов анализа карт………………
Графические приемы…………………………………..
Описания по картам……………………………………
Графоаналитические приемы…………………………
Математическое моделирование……………………..
Глава 9.Географические информационные системы
(ГИС) в картографии……………………………….
Принципы представления графической информации в компьютере……………………………………
Составные части ГИС……………………………
Подсистемы ввода информации…………………….
Подсистема вывода изображений……………………
Подсистема хранения информации. Понятия о базах данных. Графическая и атрибутивная базы данных.
Подсистема обработки, поиска и анализа данных. Послойная организация данных……………………
Глава 10. Технологические вопросы создания тематических карт в среде ГИС МарInfo…………………
Отличительные особенности ГИС МарInfo…..
Подготовка к созданию карты……………………
Управление слоями…………………………………
Создание базы данных………………..……………
Глава 11. Разработка содержания и создание тематических слоев
в ГИС МарInfo ………………………………………………………
11.1 Создание тематических слоев в ГИС МарInfo………
11.2 Разработка числовых шкал легенды карты…………
11.3 Компоновка карты и формирование макета печати
11.4 Требования к цифровой карте. Проверка топологической
корректности векторных данных………………………………………
Глава 12. Особенности ГИС- картографирования для
целей комплексного кадастра………………………………
12.1 Вопросы информационного обеспечения кадастра
12.2 Требования к картографической документации кадастра
недвижимости………………………………………………….
12.3 Применение ГИС-технологий при создании электронных
карт для целей кадастра недвижимости……
12.4 Использование различных ГИС при производстве кадастровых работ…………………………………………
12.5 Использование ГИС для охраны окружающей среды и
мониторинга земель……………………………..
ВВЕДЕНИЕ.
Земля- часть природы, используемая в различных сферах человеческой деятельности. Она представляет собой трехмерный объект, состоящий из компонентов природного комплекса (почв, вод и растительности) и тесно связанный с другими его компонентами. Полезные свойства земли используются в экологической, политической, социальной, экономической и финансовой сферах деятельности. Все эти функции зависят от ее природной составляющей и одинаково необходимы обществу.
Земля - постоянное уникальное богатство и ее нельзя использовать однобоко ради временного выигрыша. Поэтому использование земли должно быть комплексным, сбалансированным и природосберегающим. Для того чтобы организовать такое использование земельных ресурсов, необходима система управления, которая по своей структуре, научному, правовому, информационному и технологическому обеспечению соответствовала бы национальной значимости, сложности, функциональному разнообразию объекта, формам земельного устройства и земельных отношений.
Поэтому в системе управления земельными ресурсами обязательно должны быть предусмотрены институты: земельного права, землеустройства, охраны земель, земельного кадастра, оценки земель, мониторинга земель и земельного контроля. В составе научного, информационного и технологического обеспечения системы важные место и роль должны быть отведены картографированию земельного комплекса, других природных компонентов и ресурсов, различных видов недвижимого имущества, а также отношений субъектов с ними связанных. Это обусловлено тем, что карты (планы) наиболее адекватно отображают указанные объекты, а следовательно, наиболее приемлемы для получения объективной информации и знаний, для обоснования принимаемых решений в качестве удостоверяющих документов, а также удобны и эффективны для исследований и разнообразной аналитико-синтетической обработки данных.
Использование карт (планов) в мероприятиях по обеспечению управления земельными ресурсами может быть различно. Они могут выполнять роли исходного материала, средства проведения работ, результата выполненных работ, экспертного документа, формы хранения информации и некоторые другие.
Приведем перечень мероприятий, требующих безусловного применения карт (планов):
- обследования земель (топографо-геодезические, почвенные, геоморфологические, мелиоративные и др.);
- мониторинг земель;
- инвентаризация земель;
- учет земельного фонда;
- межевание земель;
- кадастровое деление территории;
- территориальное зонирование земель;
- природно-хозяйственное и экологическое районирование земель;
- оценочное районирование земель;
- стоимостная оценка земель;
- ведение земельного кадастра;
- разработка прогнозов, программ и схем использования и охраны земель;
- формирование новых и упорядочение существующих землепользователей и землевладений.
- отвод земельных участков
- обоснование и установление границ (административных образований, территориальных зон, сельских населенных пунктов)
- внутрихозяйственное землеустройство
- разработка проектов использования и охраны земель
- контроль за соблюдением земельного законодательства, охраной и
использования земель
В массиве карт, предназначенных для проведения указанных мероприятий, принимают участие различные по содержанию, назначению, масштабу, территориальному охвату , степени детальности и обобщению виды карт, которые при своем создании требуют применение различных методов и технологических схем.
Первичные детальные карты создаются по результатам съемок геодезическими и фотограмметрическими технологиями, а также по результатам специальных обследований. Обзорные и сводные карты могут создаваться как с применением космических снимков, включая методы их обработки, так и собственно картографическими методами и технологиями. Обзорные карты в разрезе территориальных подразделений земельного фонда создаются по результатам обобщения материалов нижнего территориального уровня.
Производственные карты создаются способом «сшивки» отдельных листов карт территориальных подразделений или комплексированием карт различной тематики, генерализацией карт нижних территориальных подразделений и обработкой этих карт специальными методами. Создание и использование картографической информации в условиях автоматизированных систем предъявляют ряд требований.
Внедрение новых цифровых технологий, географических информационных систем (ГИС) с мощной развитой периферией позволяют говорить о приоритетной роли такой отрасли картографии, как оперативная картография, позволяющая осуществлять мониторинг происходящих изменений на земле посредством картографических произведений.
Глава 1. Общие вопросы картографии
1.1. Картография – предмет и определение.
По всей вероятности, среди читателей этих строк не найдется ни одного человека, который хоть раз не держал бы в руках карту; ни разу в жизни не обращался к этому сложному, очень интересному и до предела насыщенному богатым содержанием чертежу. Это могли быть различные туристические карты и атласы, учебные и другие специальные карты, географические и тематические карты.
Географические карты могут одномоментно открыть взору всю нашу планету и вместе с тем воспроизвести детальную картину ее отдельных частей, характеризуя природу, население, хозяйство, культуру и проч.
Очевидно, что географические карты принадлежат к замечательным творениям человеческого разума и являются выдающимся средством познания объективного мира.
Географическая карта необходима в различных областях человеческой деятельности. В промышленности и на транспорте, в сельском хозяйстве и культурном строительстве она является не только необходимым, а очень часто и незаменимым средством для выполнения комплекса работ.
Карта необходима для изыскания новых дорог и линий электропередач; освоение недр и месторождений полезных ископаемых начинаются с изучения местности по картам. Она необходима при строительстве городов и сел, мелиорации, при навигации и аэронавигации, изучении земельных ресурсов, проведении работ по землеустройству и земельному кадастру.
Карта – это надежный путеводитель, в военном деле они являются одним из основных источников информации о местности и незаменимым средством при управлении войсками.
Кроме непосредственного обслуживания народнохозяйственных нужд географические и другие карты дают возможность изучать страну в геологическом, почвенном, ботаническом, демографическом и других отношениях, прогнозировать различные природные явления, например, такие как климат или природные катаклизмы. Важной чертой современной картографии является интенсивное развитие ее познавательных функций как средства исследования объективного мира и приобретения новых знаний.
Вопросами изучения карт, методами их создания и использования занимается наука картография.
Государственный стандарт картографических терминов определяет:
«Картография – область науки, техники и производства, охватывающая изучение, создание и использование картографических произведений».
1.2 Структура картографии
В своей совокупности картография объединяет ряд научных направлений и дисциплин:
теоретические основы картографии (учение о карте) – изучает
и разрабатывает теорию картографических проекций, генерализацию
картографического изображения, способы изображения тематического
содержания, вопросы создания знаковых систем ( легенды карты).
математическая картография – изучает и разрабатывает математические способы изображения на плоскости поверхности Земли, других планет. Является первой ступенью в процессе создания карт.
картометрия – изучает и разрабатывает способы измерения по картам различных объектов для определения их количественных характеристик (координаты, расстояния, высоты, площади, объемы, углы наклона и т.д.).
проектирование и составление карт – изучает и разрабатывает проекты карт, методы их создания, основные принципы редакционного руководства на всех стадиях создания карт.
картоведение – изучение видов и свойств географических карт, истории картографии, методики использования карт.
оформление карт – изучение и разработка способов и средств красочного и графического оформления карт (дизайн) и подготовки их к изданию.
издание карт – разработка способов воспроизведения и размножения карт.
экономика и организация картографического производства – изучение методов его наиболее рациональной организации.
Картография по своей структуре тесно связана с целым рядом научных дисциплин. Это: геодезия, астрономия, топография, география и полиграфия, математика, фотограмметрия, информатика и компьютерная графика. По своему содержанию картография немыслима без связи с такими науками, как почвоведение, геология, демография, климатология, землеустройство и др.
Геодезия поставляет картографам точные данные о форме, размерах и гравитационном поле Земли, координаты геодезических опорных пунктов.
Топография – дает первичные картографические источники – крупномасштабные топографические карты, которые служат исходным материалом для создания всех географических карт.
География – объясняет сущность природных и социально – экономических явлений, их происхождение, взаимосвязь и распространение на земной поверхности.
От полиграфии – картография заимствует способы изготовления печатных форм и размножение карт.
Со времени зарождения картографии математика лежит в ее основе, математическую картографию можно рассматривать как сугубо математическую дисциплину. Внедрение в картографию компьютерной техники позволило вести разработку новых типов карт, рассчитывать сложнейшие проекции, обогатило картографию новыми способами исследования карт с привлечением аппарата математической статистики, позволило в значительной степени автоматизировать трудоемкий процесс создания карт.
Фотограмметрия разрабатывает методы определения положения, размеров и формы объектов земной поверхности по материалам аэрокосмических съемок. Аэрофотосъемка в настоящее время позволяет получить карту, по точности превосходящую аналогичные произведения, полученные наземным путем, кроме того, свести до минимума наземные геодезические и топографические работы.
В перечень наук, с которыми картография поддерживает теснейшую связь, можно включить, естественно, геоинформатику и географические науки (геоморфологию, гидрология и др.), науки о природе Земли (ботаника, зоология), о народном хозяйстве, экономике, истории и многие другие.
Подведя итог вышесказанному, можно выделить главные направления использования карт для науки и практики.
Это:
общее знакомство с местностью, районом, страной, материком, их изучение по картам без посещения в натуре;
применение в качестве путеводителя (туризм, авиация, мореплавание и т.д.);
использование в качестве основы для инженерного использования – транспортного, энергетического, промышленного, сельскохозяйственного, для целей районной планировки, строительства;
изыскание и перенос проектов в натуру;
использование в военном деле;
изучение и рациональное использование природных (в том числе земельных) ресурсов и охрана окружающей среды;
комплексное и рациональное развитие экономических районов;
использование в качестве информационной основы при ведении работ по землеустройству и земельному кадастру.
1. 3. Основные этапы развития картографии.
Карта не сразу стала такой, какой мы привыкли видеть ее в настоящее время, она в своем развитии прошла долгий путь от примитивных изображений объектов местности до современного точного чертежа [8].
Простейшие рисунки местности были известны еще в первобытном обществе и были выполнены на коре деревьев, глиняных табличках, стенах пещер. Сохранились найденные в Италии наскальные рисунки, относящиеся ко II тысячелетию до н.э., на которых изображены поля, ручьи и оросительные каналы. Специалисты относят этот план к числу древнейших кадастровых планов.
Заслуга создания карт в современном понимании этого слова, принадлежит ученым Древней Греции. Они установили шарообразную форму Земли, вычислили ее размеры (Эратосфен- 1 в. до н.э.), ввели в научный и практический обиход параллели и меридианы, впервые разработали и применили картографические проекции.
Наивысшего развития картография древних времен достигла в период расцвета Римской империи в трудах греческого математика, астронома и картографа Клавдия Птолемея (I-II в. н.э.). Он подвел итог всему достигнутому до него в картографии и географии, описал обширные пространства известной тогда части Земли, разработал новые картографические проекции.
Карты этого периода представляли собой схематический чертеж. За исключением территории, непосредственно примыкающей к Средиземному морю, вся остальная часть Земли имела на этих картах довольно фантастический вид. Птолемей, например, изображал Каспийское море вытянутым с запада на восток, Индийский Океан считал замкнутым водоемом. Тем не менее его «Руководство по географии» поражало богатством материала и на многие века приобрело славу авторитетнейшего издания.
В средние века (V-XI в.в.) на смену погибшей Римской империи приходит империя Византийская, и вся наука была целиком поставлена на службу христианской церкви. Географическая наука пришла в упадок. Главное назначение карт состояло в иллюстрации богословских сочинений. Карты меняют свою ориентировку, и вместо направления на север ориентируются на восток, т.е. на место нахождения Рая (лат. Oriens-восток).
Подъем картографии связан с тем прогрессивным периодом, который получил название Эпохи Возрождения (XI-XVI вв.). Развитие торговли способствовало подъему мореплавания. Начали строиться корабли, способные ходить под парусами далеко в открытом море. Появляются морские карты – портоланы, характеризующиеся высокой для того времени степенью точности.
В XV веке большое влияние на развитие картографии оказало книгопечатание, что снизило их стоимость, повысило точность и сделало возможным широкое распространение.
Первая из карт, охватившая большую часть Русского государства была составлена во 2-ой половине XVI века и носила название «Большой Чертеж». XVI и XVII века для стран Западной Европы и России в особенности, были ознаменованы целым рядом замечательных географических открытий русских ученых и землепроходцев. Поход Ермака (1581 г.) положил начало изучению Сибири. Иван Москвитин (1639 г.) добирается до берегов Тихого океана, Семен Дежнев в 1648 году морем обходит северо-восточную часть Азии; Владимир Атласов проходит Камчатку, Ерофей Хабаров в 1653 г. – Приамурье. Обширные материалы этих и других экспедиций позволили русскому географу Семену Ремизову составить свою знаменитую «Чертежную карту Сибири», т.е. первый русский географический атлас.
Особенно широкие картографические работы развернулись в период царствования Петра I. Освоение огромных территорий Руси, удовлетворение нужд молодого флота, строительство городов и крепостей на отвоеванных у врага землях потребовали создания новых подробных карт на всю территорию России.
Огромную роль в развитии русской картографии сыграл великий русский ученый М.В. Ломоносов. С 1758 года, возглавляя Географический департамент Академии наук, он поставил задачу создания новых карт, разработал специальную инструкцию для производства этих работ, организовал ряд крупных экспедиций.
В XIX веке путешествие Крузенштерна и Лисовского (Сев. Ледовитый океан 1803 г.), Невельского (Сахалин 1849), Белинсгаузина и Лазарева (Антарктида 1819 г.) вписали новую страницу в книгу великих географических открытий. С самого начала XIX века в России создается ряд высококлассных географических карт. В 1865 создана специальная десятиверстная карта Европейской России. Она была настолько хорошо сделана, что не потеряла свою практическую ценность до 20-х годов XX века.
Дальнейшее развитие картографическое производство в России получило после 1917 года. Начало создания Государственной картографо-геодезической службы было положено подписанием 15 марта 1919 г. декрета о создании Высшего геодезического управления.
В 1937 году был создан первый том Большого Советского атласа мира (БСАМ), который явился первым атласом в истории советской картографии. На Всемирной промышленной выставке в Париже БСАМ был удостоен Большого приза.
Великая отечественная война наложила, конечно, свой отпечаток на развитие картографической науки. Главная задача современной картографии заключалась в обеспечении картами войск, которые вели бои на обширных территориях нашей страны, а затем и Западной Европы. После победы в Великой Отечественной войне картографы приступили к завершению работы по созданию топографических карт масштаба 1:1000000 на всю территорию страны.
В 1954 году вышел Справочный атлас Мира, который завоевал всеобщее признание и был переиздан в 1967 году. Среди выдающихся картографических произведений 60-х годов можно также выделить физико-географический атлас мира и атлас народов мира.
В настоящее время почти ежегодно выпускаются новые крупные картографические произведения. Все больше места среди них занимают тематические или комплексные карты и атласы, созданные по новейшим технологиям с привлечением последних достижений науки и техники.
Все большее значение приобретают технологии создания карт с помощью географических информационных систем (ГИС) и средств компьютерной графики. Появляется и развивается новая отрасль - оперативная картография, позволяющая в кратчайшие сроки создавать великолепные по дизайну и самые современные по состоянию картографические произведения .
1.4. Элементы карты, другие картографические произведения.
Мы много раз повторяли слово карта, но до сих пор не рассмотрели карту как графический документ, не изучили элементов карты, ее свойств, не дали даже четко сформулированного определения.
Как принято считать, термин «карта» произошел от греческого слова «хартес»- (бумага из папируса) и вошел в обиход около XY века.
Стандарт картографических терминов определяет:
«Карта – есть уменьшенное, построенное в картографической проекции, обобщенное изображение поверхности Земли, поверхности другого небесного тела или внеземного пространства, показывающее расположенные на них объекты в определенной системе условных знаков».
В этом, может быть не совсем безупречном определении, подчеркиваются три особенности карт, очень важные для понимания черт, отличающих карту от других изображений земной поверхности, таких как аэрофотоснимок или пейзаж. Это:
математически определенное построение;
использование картографических условных знаков (кодов);
отбор и обобщение изображаемых явлений.
Математически определенное построение карт предусматривает установление строгой функциональной зависимости между географическими и прямоугольными координатами одноименных точек на местности и карте. Такое построение как бы включает два действия для перехода от физической поверхности Земли к ее изображению на плоскости. Одно из них состоит в проектировании земной поверхности на математическую поверхность Земли – геоид. Это проектирование осуществляется ортогонально, отвесными линиями, перпендикулярными математической поверхности. Но вследствие своей сложности геоид в картографии заменяется на весьма близкую по форме поверхность эллипсоида вращения, т.е. фигуры, полученной вращением эллипса вокруг его малой оси (рис.1.1).
Рис 1.1
Именно относительно этого эллипсоида выполняются все геодезические вычисления и рассчитываются картографические проекции.
Другое действие заключаются в изображении поверхности эллипсоида на плоскости. Развернуть поверхность эллипсоида на плоскости без складок и разрывов невозможно, т.е. будут иметь место различного рода деформации, которые в картографии называются искажениями. Переход от эллипсоида к плоскости осуществляется при помощи картографических проекций, выражающих связь между координатами точек на земной поверхности и координатами этих же точек на плоскости (листе карты).
Когда такая зависимость известна, можно учитывать искажения плоского изображения и, следовательно, определять по карте с необходимой точностью действительные расстояния, площади, углы, то есть получать по картам правильные данные о местоположении, размерах и очертаниях изображенных объектов.
Использование картографических условных знаков становится очевидно выгодным при сравнении карты с аэрофотоснимком той же местности. Первоначальное впечатление может оказаться неблагоприятным для карты. Действительно, аэрофотоснимок позволяет увидеть истинную картину земной поверхности, на карте же она заменяется системой знаков, которые как бы стирают многие индивидуальные черты объектов местности и тем самым обедняют изображение. Однако, можно отметить, что использование картографических знаков позволяет:
Сильно уменьшать изображение, чтобы одним взглядом охватить значительную часть земной поверхности или же всю планету в целом, воспроизводя при этом те объекты, которые в силу уменьшения не выражаются в масштабе карты. На аэрофотоснимках же, по мере уменьшения масштаба, детали оказываются трудно различимы, а затем теряются вовсе.
показывать на карте рельеф местности, например при помощи горизонталей.
показывать не только внешний вид объекта, но и указывать на его внутренние свойства, например, давать качественные характеристики сельскохозяйственным угодьям, показывать температуру и соленость воды, высоту и породу деревьев в лесных массивах и многое другое.
показывать распространение явлений, не воспринимаемых нашими органами чувств, например магнитное склонение, величины искажений и т.п.
исключать малозначимые стороны объектов и выделять их общие и существенные признаки. При этом весьма важен процесс отбора и обобщения изображаемых явлений, процесс, который называют картографической генерализацией. Генерализация сохраняет на карте лишь те явления, которые важны в практическом или теоретическом смысле, она сосредотачивает внимание на передаче наиболее существенных черт отображаемого явления, прежде всего исходя их назначения карты. Она позволяет отличать на картах главное от второстепенного, находить в единичных свойствах общие закономерности.