ИОАС / Книги / Транспортная телематика в дорожной отрасли

30

Основной целью применения геоинформационных технологий в телематических системах является обеспечение возможности отображения пространственной информации на компьютере в форме электронной карты местности при решении задач управления.

Основными задачами геоинформационных технологий являются создание, хранение, поддержание в актуальном состоянии информации специализированных карт местности и предоставление данной информации пользователям по их запросу.

Геоинформационные технологии обеспечивают обработку всех пространственных данных в цифровой форме. В результате существенно облегчается внесение всевозможных исправлений и уточнений.

Компьютерные системы, обеспечивающие создание электронных карт любых типов и масштабов и их представление пользователям, обозначаются специальным термином «географические информационные системы» (ГИС).

3.2. Основные понятия картографии

Геоинформационные технологии возникли в результате объединения возможностей картографии и информатики, поэтому теоретические основы геоинформационных технологий опираются на базовые понятия, принципы и технологии традиционной картографии. Поэтому для понимания принципов разработки и использования геоинформационных технологий необходимо познакомиться с основными понятиями картографии.

Определения Карта земной поверхности - это математически определен-

ное, уменьшенное, генерализованное изображение поверхности Зем-

ли, показывающее расположенные или спроецированные на поверхности объекты в принятой системе условных знаков.

При этом под объектами понимаются любые предметы, явления или процессы, изображенные на картах.

Выбор объектов для отображения определяется тематикой карты. В зависимости от тематики карты основное изображение может быть совершенно различным.

Элементы карты. Под элементами карты понимаются: картографическое изображение,

математическая основа карты,

31

легенда,

вспомогательное оснащение,

дополнительные данные.

Картографическое изображение передает содержание карты,

т.е. совокупность сведений об объектах, нанесенных на карту, их размещении в пространстве, свойствах, взаимосвязях и динамике.

Математическая основа карты

Карта - это уменьшенное плоское изображение элементов пространства. Корректное уменьшение изображения возможно лишь при использовании математической основы. В случае топографических карт - это прямоугольная координатная сеть, масштаб и геодезическая основа (изображение участков поверхности земли на топографических картах и планах).

Таким образом, основное отличие карты от других изображений пространства состоит в использовании математической основы.

Легенда - система используемых на карте условных знаков и пояснений, раскрывающих ее содержание.

Масштаб карты - отношение длины линии на карте к длине соответствующей линии на земной поверхности.

Масштаб показывает, во сколько раз уменьшено картографическое изображение и сколько сантиметров местности содержится в одном сантиметре на карте.

Например, масштаб 1:1 000 000 означает, что 1 сантиметр на карте соответствует 1 000 000 сантиметров (т.е. 10 километрам) на местности.

По масштабу карты делятся на следующие категории: планы - 1:5 000 и крупнее, крупномасштабные карты - 1:10 000 - 1:200 000,

среднемасштабные карты - 1:200 000 - 1:1 000 000,

мелкомасштабные карты - мельче 1:1 000 000. Крупномасштабные карты являются основными, поскольку

предоставляют первичную информацию, используемую при составлении карт средних и мелких масштабов. Наиболее обычными из них являются топографические карты масштаба крупнее 1:250 000.

Как правило, исходная картографическая информация для электронных транспортных карт, применяемых в диспетчерских системах

32

управления транспортом, выполняющим перевозки пассажиров, грузов в городском и пригородном сообщении, берется с топографических карт масштаба 1:250 000 и крупнее.

Среднемасштабные карты. Как крупномасштабные топографические, так и среднемасштабные карты обычно выпускаются комплектами, каждый из которых соответствует определенным требованиям. Большинство среднемасштабных карт издается для нужд регионального планирования или навигации.

Мелкомасштабные или обзорные карты. На картах мелкого масштаба показывается вся поверхность земного шара или значительная ее часть. Трудно точно обозначить границу между мелко- и среднемасштабными картами, однако масштаб 1:10 000 000 определенно относится к обзорным картам. Большинство карт атласов имеют мелкий масштаб, причем тематически они могут быть очень разными. Почти все вышеобозначенные группы объектов могут быть отражены и на мелкомасштабных картах при условии достаточной генерализации информации. Кроме того, в мелком масштабе составляются карты распространения различных языков, религий, сельскохозяйственных культур, климатические и т.д. В качестве наглядного примера специальных мелкомасштабных карт, хорошо знакомых миллионам людей, можно указать карты погоды.

Генерализация - система отбора и обобщения деталей в зависимости от масштаба изображения. Генерализация возрастает (уменьшается подробность изображения) по мере уменьшения масштаба карт; генерализации подвергаются практически все элементы основы и содержания карты. Например, из водотоков, изображенных на крупномасштабной топографической карте, лишь некоторые могут быть сохранены на карте среднего масштаба; при переходе к обзорным картам требуется дальнейший отбор и сокращение количества элементов.

Изображение рельефа и другой информации на топографических картах

На современных топографических картах рельеф показывается с помощью горизонталей, которыми соединяются точки, имеющие одинаковую высоту над нулевым уровнем (обычно это уровень моря). Совокупность таких линий дает картину рельефа земной поверхности и позволяет определить следующие характеристики:

33

угол наклона,

профиль склона,

относительные превышения.

Помимо изображения рельефа топографические карты содержат и другую полезную информацию. Обычно на них показывают транспортные магистрали, населенные пункты, политические и административные границы. Набор дополнительной информации (например, распространение лесов, болот, незакрепленные песчаные массивы и т.д.) зависит от назначения карт и характерных черт местности.

Карты для автомобильного транспорта - топографические карты, дополненные изображением элементов транспортной инфраструктуры.

3.3. Свойства карты

Выделяются следующие свойства карт:

1)пространственно-временное подобие картографического изображения и объекта: строгое соответствие реальных поверхностей и того, что отражается на карте. Содержательное соответствие карты и реальности;

2)научно обоснованное отражение определенных особенностей действительности.

Свойства обеспечиваются следующими приемами: Абстрагирование - вычленение самого главного в отражаемом

на карте явлении. Все малосущественные для решения задачи детали игнорируются.

Субъектная установка проявляется в отборе наиболее важных объектов, которые затем наносятся на карту.

Метричность - свойство карты, обеспечиваемое математическими правилами построения карты.

Наличие на карте масштаба, шкал, градаций позволяет производить многочисленные измерения количественных показателей и определять количественные характеристики описываемых явлений. При этом количественные величины могут выступать в виде абсолютных или относительных показателей, балльных оценок и т.д.

Однозначность - свойство карты как модели иметь лишь единственное значение в каждой точке и в пределах принятой системы условных обозначений.

34

Однозначность проявляется в виде пространственной и знаковой однозначности. Смысл пространственной однозначности заключается в том, что каждой точке карты с координатами X и Y поставлено в соответствие только одно значение Z картографируемого параметра.

Знаковая однозначность проявляется в том, что каждый условный знак на карте имеет единственное, однозначно зафиксированное в легенде значение.

Наглядность - возможность удобного зрительного восприятия пространственных форм, размеров, размещения, связей объектов. Это свойство обеспечивается строгим отбором элементов содержания карты. С наглядностью связана читаемость карты. Ее смысл - в визуальной различимости элементов и деталей картографического изображения.

Обзорность - способность представить единому взору читателя сколько угодно обширные пространства, главные закономерности размещения и взаимосвязи объектов, основные элементы их структуры.

3.4. Плоское отображение земной поверхности. Цилиндрическая проекция

Если бы Земля имела форму цилиндра или конуса, то сделать развертку ее поверхности не составило бы больших трудностей. Основная проблема картографии: изображение поверхности шара перенести на плоскость без разрывов или складок.

При изображении поверхности Земли на плоской карте используют картографические проекции.

Картографическая проекция - способ перехода от реальной,

геометрически сложной земной поверхности к плоскости карты.

На самом же деле любая проекция строится по строгому математическому закону.

Существует несколько основных видов картографических проекций - цилиндрическая, коническая, азимутальная, но в специаль-

ных целях используются и многие другие. Подробнее останавливаться на этом вопросе в нашем учебном курсе нет особой необходимости. Важно лишь понять, что карта может строиться на основании различных принципов и соответственно одна и та же территория на разных картах может внешне выглядеть весьма различно.

35

Тем не менее все это - строгие модели реальности. Непривычность и сложность восприятия некоторых из них - чаще всего следствие неопытности.

Для построения топографических карт, используемых в качестве топографической основы в геоинформационных технологиях, используется цилиндрическая проекция, с помощью которой на плоской карте параллели и меридианы изображаются в виде прямоугольной сетки координат

Поскольку сетка меридианов сходится к полюсу, при построении цилиндрической проекции карты линии меридианов, для того, чтобы превратить их в прямые линии, «растягивают». При этом масштаб картографического изображения верхних широт увеличивается. Следовательно, картографическое изображение местности при его переносе на плоскую карту передается с искажениями. Однако на картах крупного масштаба, отображающих относительно небольшие участки земной поверхности, искажения незаметны, изменение масштаба также невелико. Поэтому при измерениях по карте можно пользоваться одним, средним масштабом.

Важным элементом карты является координатная сетка. На топографических картах используется прямоугольная картографическая сетка - изображение сети меридианов и параллелей. Меридианы соответствуют направлению «Север-Юг», параллели - направлению «Запад-Восток». Этими направлениями, которые могут быть определены на местности, пользуются для ориентирования при работе с картой. Такое свойство картографической сетки существенно для топографических карт.

Практические задачи - нанесение на карту точек по их географическим координатам или определение координат точек по картере- шаются с относительной простотой только на картах в цилиндрических проекциях, у которых меридианы и параллели образуют две системы взаимно перпендикулярных параллельных линий. Это свойство является весьма важным в геоинформационных технологиях, что и объясняет выбор цилиндрической картографической проекции для электронных карт в телематических системах.

3.5. Номенклатура и разграфка топографических карт

Топографические карты местности, на основе которых создаются электронные карты местности, издают в виде отдельных листов.

36

Система деления карты на отдельные листы называется разграфкой карты, а система обозначения (нумерации) листов карты — их но-

менклатурой.

Границы листа карты называются рамка карты. Сторонами рамок являются меридианы и параллели, они ограничивают изображенный на листе карты участок местности.

Каждый лист карты ориентирован относительно сторон горизонта так, что верхняя сторона рамки является северной, нижняя - южной, левая - западной, правая - восточной.

Местность на карте изображается в определенном масштабе.

В России приняты следующие масштабы топографических карт:

1:1 000 000, 1:500 000, 1:200 000, 1:100 000, 1:50 000, 1:25 000, 1:10 000.

Этот ряд масштабов называется стандартным. Топографические карты составляют в равноугольной цилиндри-

ческой проекции, вычисленной по элементам эллипсоида Красовского в принятой системе координат, и в Балтийской системе высот.

При составлении карт земная поверхность разбивается на шестиградусные зоны по долготе и четырехградусные зоны по широте. Эта площадь и описывается в одном листе карты с масштабом 1:1 000 000.

Такая карта является отправной точкой для всех последующих листов более крупных масштабов.

Для определения по топографической карте положения точки с помощью прямоугольных зональных координат на карту наносят координатную сетку. Она образована системой линий, параллельных изображению осевого меридиана зоны (вертикальные линии сетки) и перпендикулярных к нему (горизонтальные линии сетки). Расстояния между соседними линиями координатной сетки зависят от масштаба карты. Чтобы устранить затруднения с использованием координатных сеток, относящихся к соседним зонам, принято в пределах полос протяжением 2° долготы вдоль западной и восточной границ зоны показывать выходы линий координатной сетки не только своей зоны, но и ближайшей соседней.

Чтобы можно было легко и быстро находить нужные листы карты того или иного масштаба, каждый из них имеет свое условное обозначение - номенклатуру. Сейчас установлена номенклатура листов, единая для топографических карт всех масштабов. Номенклатура каждого листа указана над северной стороной его рамки.

37

Номенклатура листа карты масштаба 1:1 000 000 состоит из обозначений ряда и колонны. Ряды располагаются параллельно экватору и обозначаются заглавными буквами латинского алфавита. Границами рядов служат параллели, проведенные от экватора через 4° по широте. Счет рядов идет от экватора к полюсам: А, В, С, D, Е и т.д. Колонны располагаются вертикально. Границами их служат меридианы, проведенные через 6° по долготе. Колонны обозначаются арабскими цифрами 1, 2, 3, 4 и т.д. от меридиана с долготой 180° с запада на восток. При обозначении номенклатуры листа карты первой пишется буква, обозначающая ряд, а затем через черточку - номер колонны, например М-38, К-36 и т.д.

Номенклатура листов карт масштабов 1:100 000 – 1:500 000 слагается из номенклатуры соответствующего листа миллионной карты с добавлением к ней цифры (цифр) или буквы, указывающей расположение на нѐм данного листа. Как видно из рисунков, счѐт листов всех масштабов ведѐтся слева направо и сверху вниз, при этом листы масштаба 1:500 000 (4 листа) обозначаются русскими прописными буквами А, Б, В, Г. Следовательно, если номенклатура листа миллионной карты будет, например, N-36, то листы масштаба 1:500 000 будут иметь номенклатуру N-36-А, N-36-Б, N-36-В, N-36-Г.

Схема разбиения листа масштаба 1:1 000 000 на листы масштаба 1:500 000 выглядит следующим образом:

АБ

ВГ

Листы масштаба 1:200 000 (36 листов) обозначаются римскими цифрами от I до ХХХVI. 36 листов получается потому, что приходится разбивать лист масштаба 1:500 000 не на 4 листа, как в предыдущем случае, а на 9 частей. Таким образом, если номенклатура листа миллионной карты будет N-36, то номенклатура одного листа может быть N-36-IХ. Пользоваться римскими цифрами иногда неудобно, поэтому листы масштаба 1:200 000 иногда обозначают двузначными арабскими цифрами от 01 до 36. Так выглядят обозначения в этом случае: О- 37-01, О-37-25 О-37-36.

Схема разбиения листа масштаба 1:1 000 000 на листы масштаба 1:200 000 выглядит следующим образом:

38

Листы масштаба 1:100 000 нумеруются цифрами от 1 до 144. Например, лист может иметь номенклатуру N-36-41.Чтобы в случае применения арабских цифр для масштаба 1:200 000 не путать обозначения листов масштабов 1:200 000 и 1:100 000, для масштаба 1:200 000 применяются двузначные номера от 01 до 36, а для масштаба 1:100 000 - трѐхзначные от 001 до 144.

Схема разбиения листа масштаба 1:1 000 000 на листы масштаба 1:100 000 выглядит следующим образом

Листу карты масштаба 1:100 000 соответствуют 4 листа масштаба 1:50 000, обозначаемые русскими прописными буквами «А, Б, В, Г». В соответствии с этим номенклатура листов карты 1:50 000 слагается из номенклатуры листа масштаба 1:100 000 с присоединением к ней буквы, указывающей данный лист. Например, N-36-41-В обозначает лист масштаба 1:50 000. Схема разбиения листа масштаба 1:100 000 на листы масштаба 1:50 000 выглядит следующим образом:

39

АБ

ВГ

Листу масштаба 1:50 000 соответствуют 4 листа карты 1:25 000, которые обозначаются строчными буквами русского алфавита «а, б, в, г». В соответствии с этим номенклатура листов карты 1:25 000 слагается из номенклатуры листа масштаба 1:50 000 с присоединением к ней строчной русской буквы, указывающей данный лист. Например, N- 36-41-В обозначает лист масштаба 1:50 000, а N-36-41-В-а — лист масштаба 1:25 000. Схема разбиения листа масштаба 1: 50 000 на листы масштаба 1:25 000 выглядит следующим образом:

а б

вг

Листу масштаба 1:25 000 соответствуют 4 листа масштаба 1:10 000, которые обозначаются цифрами от 1 до 4. В соответствии с этим номенклатура листов карты 1:10 000 слагается из номенклатуры листа масштаба 1:25 000 с присоединением к ней цифры, обозначающей данный лист. Например, N-36-41-В-а — лист масштаба 1:25 000, а N- 36-41-В-а-4 — лист масштаба 1:10 000.

Пример обозначения номенклатурных листов различного масштаба представлен в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Пример обозначения номенклатурных листов топографических карт