- •Введение
- •Раздел 1. Общая теория математической картографии
- •1.1.2. Системы координат, применяемые в математической картографии
- •1.1.3. Системы координат трехосного эллипсоида
- •1.1.4. Геодезические системы координат и высот, используемые при создании карт
- •1.1.6. Определение картографической проекции; уравнения меридианов и параллелей; картографическая сетка и условия ее изображения
- •1.1.7. Масштабы
- •2.1.2 Псевдоцилиндрические проекции
- •2.2.3. Перспективные азимутальные проекции
- •2.2.5. Псевдоазимутальные проекции
- •2.3.2. Поликонические проекции в “узком смысле”
- •Раздел 3. Картографические проекции карт конкретного назначения
- •3.1.1. Псевдоцилиндрическая трапециевидная проекция
- •3.1.2. Поперечно-цилиндрические проекции
- •3.1.3. Проекция Гаусса-Крюгера
- •3.2.1. Проекция Гаусса-Крюгера
- •3.2.3. Стереографическая проекция Руссиля
- •3.5.1. Назначение аэронавигационных карт, основные проекции, используемые при их создании
- •3.5.4. Проекция Литтрова
- •3.6.1. Определение геодезических координат промежуточных точек геодезических линий, локсодромии и малых кругов
- •3.6.2. Отображение на картах линий трасс ИСЗ
- •Раздел 4. Теоретические основы изыскания и выбора наилучших, идеальных и других проекций. Направления автоматизации математической основы карт
- •4.1.2. Прямая и обратная задачи математической картографии в теории прямых отображений поверхностей на плоскость
- •4.1.4. Проекция Чебышева - наилучшая равноугольная проекция
- •4.1.5. Равноугольные проекции с приспособляемой изоколой
- •4.1.6. Равноугольные проекции, определяемые при помощи эллиптических координат
- •4.2.1. Изыскание картографических проекций на основе решения прямой задачи математической картографии
- •4.2.2. Изыскание картографических проекций на основе решения обратной задачи математической картографии
- •4.3.1. Теоретические основы выбора картографической проекции
- •4.3.2. Об определении характера искажений проекций создаваемых мелкомасштабных карт
- •4.5.1. Общие сведения
- •4.5.2. Интерполирование (экстраполирование)
- •4.6.1. Вычисление картографических проекций при помощи ЭВМ
- •4.6.2.Преобразование картографических проекций (картографического изображения) исходных карт в заданные проекции
- •4.6.4. Автоматическое построение элементов математической основы
- •Список литературы
- •Оглавление
ческих сеток |
с изоколами (с |
учетом желаемой |
компоновки |
с о з д а в а е м ы х |
к арт) во всех |
их о тобран н ы х |
ва р и а н т а х . |
Предпочтение отдается тому из этих вариантов, в котором оптимально удовлетворяются отмеченные выше требования, а вид картографической сетки наиболее близок к желаемому.
4.3.2. ОБ ОПРЕДЕЛЕНИИ ХАРАКТЕРА ИСКАЖЕНИЙ ПРОЕКЦИЙ СОЗДАВАЕМЫХ МЕЛКОМАСШТАБНЫХ КАРТ
Очень важно, чтобы х а р а к т е р и с к а ж е н и й проекц и й наиболее полно соответствовал назначению, содержанию, масштабам создаваемых карт, особенностям решения задач по этим картам, выбранным способам изображения основного содержания на картах.
Карты масштабов 1:1 ООО ООО и крупнее целесообразно в большинстве случаев составлять в равноугольных проекциях, 1:2 ООО ООО - 1:10 ООО ООО - в равновеликих и в меньшей мере в равноугольных и произвольных проекциях, масштабов мельче 1:10 ООО ООО - в произвольных и в меньшей мере в равновеликих проекциях.
При отображении тематического содержания способами картограмм и картодиаграмм более целесообразны равновели кие и близкие к ним проекции.
Вслучаях, когда основная картографическая информация отображ ается способом изолиний, следует иметь в виду назначение, сп ец и али зац и ю карт, какие зад ач и по ним предполагается решать.
Вчастности, если предполагается выполнение измерений площадей, заклю ченных меж ду изобарами, изотермами,
изогонами и т.п., предпочтительны равновеликие и близкие к ним проекции. Если же необходимо определять градиенты
различных явлений |
(магнитного склонения, солености воды |
и т.п.), в ы п о л н я ть |
и н т е р п о л и р о в а н и е з н а ч е н и й м еж д у |
изолиниями необходимо применять равноугольные проекции, в которых частные масштабы длин не зависят от направле ний.
С точки зрения назначения и содержания конкретных
кар т, |
р е ш а е м ы х по ним з а д ач , с л е д у е т |
иметь в виду |
следующее. |
|
|
На |
обще г е о гр а ф и ч е ск и х к а р т а х могут |
и з м е р я т ь с я и |
сопоставляться площади различных физико-географических объектов, изучаться протяженность береговой линии, рек,
дорог и т.п. - в этих |
с л у ч а я х целесообразно |
вы б и рать |
р а вн о п р о м е ж у то ч н ы е |
или близкие к ним по |
х а р а к т е р у |
искажений проекции. |
|
|
При создании ф изических карт, на которых основное значение имеет изображение гидрографии и рельефа, по которым изучаются и сопоставляются очертания и направле
ния рек, |
долин, хребтов, а также измеряются и |
изучаются |
п л о щ а д и |
б а с с е й н о в , о р о г р а ф и ч е с к и х о б ъ е к |
т о в и т.п. |
используемые проекции могут иметь различный характер искажений. В первом случае более подходят равнопромежу точные и близкие к ним проекции, а для некоторых карт - равноугольны е и близкие к ним проекции; во втором - проекции с небольшими искажениями площадей.
На к л и м а т и ч е с к и х и м ете о р о л о ги ч е ск и х к а р т а х , на которых ряд закономерностей изучают с помощью изолиний, стрелками показывают направления, скорость и силуветров, обращается внимание на формы изолиний - предпочтительны равноугольны е проекции. Для некоторых из этих карт, например, синоптических, по совокупности требований более других подходят равнопромежуточные или близкие к ним проекции.
Для геологических карт, на которых показывают участки с различными геологическим строением - целесообразнее использовать равновеликие и близкие к ним проекции.
На тектонических, геоморфологических и картах рельефа, когда важ но пер едать площади областей складчатости , различных видов отложений, бассейнов, а также площади, заключенные между высотными ступенями и т.д. следует выбирать проекции, обладающие небольшими искажениями площадей. В случаях, когда основное внимание уделяется правильной передаче направлений разломов, горных цепей и хребтов, очертаний и направлений рек, выявлению форм долин, плоскогорий и т.п. - больше подходят равнопромежу точные проекции, а так ж е проекции приближ ающ иеся к равноугольным.
На с е й с м и ч е с к и х к а р т а х в ы п о л н я ю т с я и з м е р е н и я расстояний от эпицентров землетрясений - более других подходят равноугольные и близкие к ним проекции. Для измерения расстояний по ортодромиям от одной сейсмической станции - подходят карты, составленные в равнопромежуточ
ной а зи м у т а л ь н о й проекции с |
полюсом в точке |
данной |
станции. |
|
|
К арты сельского х о зяй ства |
р азн о о б р азн ы по |
своему |
н а з н а ч е н и ю и с о д е р ж а н и ю . Д ля б о л ь ш и н с т в а из них, например, общесельскохозяйственных карт, отражающих как основные факторы природы, так и социально-экономические, связанные с состоянием и развитием сельского хозяйства, карт земельных фондов и землепользования, его интенсив ности и эффективности, карт животного и растительного м и р а, п о ч в е н н ы х к а р т гр у н то в , с т р у к т у р ы п о с е в н ы х площ адей и др. - более целесообразны р авн о в ел и к и е и близкие к ним проекции.
Для административных, политико-административных и политических карт, по которым картографическая информа ция оценивается преимущественно зрительно - наиболее
подходят |
проекции, близкие к равнопромежуточным, а в |
с л у ч а я х , |
когда п р е д п о л а г а е т с я вы п олн ен и е и з м ер е н и й |
площадей |
- равновеликие и близкие к ним проекции. |
При создании многих экологических карт: различны х видов загрязнений территорий, комплексного наруш ения земель добывающей промышленности и ее продуктивности при разных видах хозяйственной деятельности, интеграль ного в о зд е й с тв и я тр ан сп о р та, п ы льны х бурь, водной и в е т р о в о й э р о з и и , д е м о г р а ф и ч е с к о г о д а в л е н и я , к а р т растительности (фитоэкологических), позволяющих через реакцию растительности выявлять и фиксировать пространст
венные |
и |
временные изменения состояния окр у ж аю щ ей |
|
среды, |
а |
также |
других аналогичных карт - целесообразны |
р а в н о в е л и к и е |
проекции . Для к а р т сейсм и чн ости , к а р т |
демографического и экологического потенциалов, взаим о действия различных экологических факторов, корреляцион ные оценки которых отображаются способами изолиний, по которым в ы п о л н я е т с я и н т е р п о л и р о в а н и е , о п р е д е л е н и е гр ад и ен то в - более п р е д п о ч т и т е л ь н ы ра вн о у го л ь н ы е и близкие к ним проекции, а при одновременном отображении различных экологических характеристик: одних способами картограм, а других изолиниями - равнопромежуточные по характеру искажений проекции.
Для создания исторических карт, на которых важно правдоподобно показать размеры территорий, на которых происходили исторические события, а также создания карт здравоохранения, отображающих распространение болезней или условий и источников их возникновения - более других подходят равновеликие и близкие к ним проекции. Такой ж е п о д х о д ц е л е с о о б р а з е н к с о з д а н и ю б о л ь ш и н с т в а экономических карт, карт населения народов.
При создании инвентаризационных карт, карт динамики - преимущества также имеют равновеликие проекции. Для оценочных и прогнозных карт, в зависимости от отображае мых и оцениваемых (прогнозируемых) объектов и явлений - могут быть использованы разные по характеру искажений проекции.
Так оценочные карты, как известно, дают целенаправлен ные классификации и оценки отображаемых явлений природы
и общества, |
их отдельных компонентов |
с |
точки |
зр ен и я |
к о н к р е т н ы х |
о тр а с л е й д е я т е л ь н о с т и или |
ж и з н и |
людей, |
|
например, оценку природных комплексов |
с |
точки |
зрения |
о р г а н и з а ц и и б аз о т д ы х а , к у р о р т о в , о с у щ е с т в л е н и я сельскохозяйственного производства; взаимосвязи отдельных компонентов природы с другими элементами и т.п.
В одном случае содержание таких карт будет изображать ся способом картограмм и в этом случае предпочтительнее использование равновеликих и близких к ним проекций; в другом более целесообразно использовать (для отображения содержания карты) способ изолинии и составление карты вести в равноугольных и близких к ним проекциях.
4.4 . О П О ЗН А В А Н И Е (О П Р Е Д Е Л Е Н И Е )
ПР О Е К Ц И Й ПО ВИДУ И З О Б Р А Ж Е Н И Я ИХ
МЕРИДИАНОВ И ПАРАЛЛЕЛЕЙ
Как отмечалось выше (раздел 1, п.4), картографические проекции по виду ориентировки картографической сетки могут быть получены в нормальной (прямой), косой или п о п е р е ч н о й с и с т е м а х к о о р д и н а т , и м ет ь и з о б р а ж е н и е
п а р а л л е л е й |
с постоянной или |
п ер ем ен н о й |
к р и в и з н о й , |
||
р а зл и ч а ть ся |
своим характером |
искажений, |
относиться |
к |
|
одному из |
многочисленных классов проекций. |
|
|
||
В этой |
связи определение проекций изданных карт |
во |
многих случаях пр ед ставл яет сложную задачу . Поэтому желательно, чтобы на картах при их создании были даны сведения о проекциях, в которых они составлены.
Определение проекций по виду картографической сетки особенно осложняется при изучении крупномасштабных карт, поскольку, чем крупнее масштаб, тем меньше р а з м е р ы изображенных на листах территорий, меньше по абсолютной величине и скаж ения всех видов и труднее установить различия проекций.
Опознание проекции по виду изображения меридианов и
параллелей на картах включает решение пяти задач:
-установление вида ориентировки картографической сетки по положению полюса системы координат, принятой для вычисления данной проекции;
-определение характера изображения параллелей - имеют ли они постоянную или переменную кривизну;
-установление класса данной картографической проекции;
- |
определение |
характера |
ее искажений; |
- |
определение |
постоянных |
параметров проекции. |
Первая задача более просто решается в случае, если на карте дано изображение географического полюса.
Д л я с л у ч а я н о р м а л ь н о й к а р т о г р а ф и ч е с к о й с е т к и географический полюс будет показан: в центре изображаемой области - в азимутальных проекциях; у северной (южчой) рамки - при использовании псевдоконических проекций, в к о т о р ы х п а р а л л е л и и з о б р а ж а ю т с я к о н ц е н т р и ч е с к и м и окружностями; не будет показан в пределах карты - в случае
использования |
прочих проекций. |
При решении второй задачи - определении характера |
|
и зо б р а ж е н и я |
п а р а л л е л е й с постоянной или переменной |
кривизной, необходимо иметь в виду, что в настоящее время абсолютное большинство карт составляется в проекциях с постоянной кр и ви зн о й п а р а л л е л е й . Только в проекции Чебышева и в некоторых проекциях, получаемых численными методами, применяемых весьма редко, параллели имеют переменную кривизну.
Х арактер кривизны параллелей можно установить на основе вы п о л н ен и я и з м ер ен и й на р а з л и ч н ы х у ч а с т к а х изображения параллелей проекции и при необходимости путем вычисления этих показателей, например, по формулам (см. п.1.2.7.).
Если кривизна параллелей |
окажется переменной, |
то в |
б о л ь ш и н с т в е с л у ч а е в это |
б у д е т о з н а ч а т ь , что |
при |
со ставлении данной к ар ты была и сп о л ьзо ван а система сферических координат, в которой полюс не совпадает с географическим полюсом.
Если в р е з у л ь т а т е п р е д в а р и т е л ь н о г о п р о с м о т р а установлено, что карта составлена в нормальной системе координат, то определение ее класса сводится к отождеств лению вида картографических сеток данной проекции с теми, которые даны в рассмотренных выше их классификациях (см. п.1.4).
С этой целью при а н а л и з е к а р т о г р а ф и ч е с к о й сетки
рассматриваемой проекции устанавливается какими линиями (прямыми или кривыми) изображаются меридианы; являются ли и з о б р а ж е н и я п а р а л л е л е й к о н ц е н т р и ч е с к и м и или эксцентрическими окружностями; определяется ортогональна ли ее картографическая сетка, характер ее симметричности
относительно |
среднего м ери д и ан а и экватора, х а р а к т е р |
||
и з о б р а ж е н и я |
г е о г р а ф и ч е с к о г о полюса |
- в |
виде точки, |
отрезков прямых или кривых линий. Все |
эти |
определения |
вы полняются визуально, либо с использованием простых графических приемов.
При решении четвертой задачи - определении характера
искажений проекции |
следует иметь в виду следующее. |
В р авноугольны х |
п р о ек ц и ях к а р т о г р а ф и ч е с к а я сетка |
о б я з а т е л ь н о д о л ж н а б ы т ь о р т о г о н а л ь н о й , а ч а с т н ы е масштабы длин не зависеть от направлений.
В проекциях с ортогональной картографической сеткой ( ц и л и н д р и ч е с к и х , к о н и ч е с к и х и а з и м у т а л ь н ы х ) д л и н ы о т р е з к о в м е р и д и а н о в м е ж д у с м е ж н ы м и п а р а л л е л я м и изменяются при удалении от центральных линий или точек (линий или точек экстремальных масштабов): возрастают - в
равноугольных |
и близких |
к |
ним проекциях, убывают - в |
р а в н о в е л и к и х |
и б л и з к и х |
к |
ним п р о е к ц и я х , о с т а ю т с я |
неизменными - в равнопромежуточных вдоль меридианов проекциях.
Для более точного определения х а р а к те р а искаж ений проекций, как с ортогональной, так и с неортогональной к а р т о г р а ф и ч е с к и м и с е т к а м и , н е о б х о д и м о в ы п о л н и т ь измерения прямоугольных координат узлов картографической с е т к и в п р о и з в о л ь н о й с и с т е м е к о о р д и н а т , а з а т е м с использованием способов численного дифференцирования (см. п.4.5.3.), вычислить по известным формулам общей теории частные масштабы длин и другие характеристики проекции, что обеспечивает однозначный ответ на поставленный вопрос.
В ы ч и с л е н и е п о с т о я н н ы х п а р а м е т р о в п р о е к ц и й с использованием формул этих проекций после установления их класса и характера искажений трудностей не вызывает.
Реш ение задачи опознавания (определения) проекций карт, составленных в “косой” или “поперечной” системах координат даже при картографировании крупных регионов, но без изображения географического полюса, представляет значительные трудности.
В о з н и к а е т н е о б х о д и м о с т ь в ы п о л н е н и я к о м п л е к с а измерений и исследований свойств проекции, указан н ы х