metodichka

2

С.И.Чекалин, А.Н. Дронов.

© Топографические и специальные карты: Учебное пособие по курсу «Картография и геонавигационные системы» (для студентов дневного отделения специальности «Региональная геокриология»). М.: Российский. госуд. геологоразв. ун-т., 2012, 116 с.

Рассмотрены основные характеристики картографического изображения предметов и явлений действительности и способы отображения картографической информации. Даны сведения о фигуре и размерах Земли и методах ее проекции на плоскость. Приведена классификация карт по их назначению. Рассмотрены методы построения картографической основы топографических карт, приведены основные задачи, решаемые на топографических картах и планах. Приведена информация о методах съемки объектов и явлений действительности, а также некоторые аспекты анализа картографической информации. Сравнительно подробно рассмотрены основы конструкции геодезических приборов и рассказано о принципах работы с геодезическими приборами: измерение горизонтальных углов и углов наклона, измерение превышений и расстояний. В пособии приведены контрольные задания на закрепление изложенного материала. Пособие предназначено для изучения курса «Картография и геонавигационные системы» для студентов дневного отделения РГГРУ специальности «Региональная геокриология».

Табл. - 23 , илл. - 79, список лит. - 8.

4

11.6.2.Вычисление горизонтальных проложений ……………………………………….. 72

11.6.3.Определение превышений …………………………………………………………. 73

11.6.4.Вычисление высот точек …………………………………………………………… 73

11.7.Построение плана …………………………………………………………………... 74

11.7.1.Перечень необходимых инструментов и материалов ……………………………. 74

11.7.2.Построение сетки квадратов и ее оцифровка …………………………………….. 74

11.7.3.Нанесение на план точек теодолитного хода …………………………….............. 76

11.7.4.Нанесение на план точек тахеометрической съемки …………………………….. 78

11.7.5.Построение рельефа ………………………………………………………………... 78

11.7.6.Нанесение на план ситуации ………………………………………………………. 80

11.7.7.Оформление плана …………………………………………………………………. 80

12.Геодезические приборы ………………………………………………….............. 80

12.1.Теодолит ……………………………………………………………………………. 80

12.1.1. Назначение отдельных узлов ……………………………………………………… 80

12.1.2.Установка теодолита в рабочее положение ………………………………………. 83

12.1.3. Измерение углов и дальномерных расстояний …………………………………… 86

12.1.4.Выполнение 1-й поверки …………………………………………………………... 88

12.2.Нивелир ……………………………………………………………………………... 89

12.2.1. Назначение основных деталей и узлов нивелира ………………………………… 89

12.2.2.Нивелирные рейки …………………………………………………………………. 90

12.2.3.Установка нивелира в рабочее положение ……………………………………….. 91

12.2.4. Принцип определения превышения между двумя точками ……………………… 92

12.3.Приборы для линейных измерений ……………………………………………….. 93

12.4.Электронный тахеометр ……………………………………………………………. 95

12.4.1. Назначение основных узлов и органов управления ……………………………… 95

12.4.2.Установка тахеометра в рабочее положение ……………………………………... 98

12.4.3.Выполнение измерений ……………………………………………………………. 100

13.Привязка точек местности ………………………………………………………. 101

13.1.Способ прямой угловой засечки ………………………………………………….. 101

13.2. Способ обратной угловой засечки ………………………………………………… 104

13.3.Способ линейной засечки ………………………………………………….............. 107

14.Задания ……………………………………………………………………………... 109

5

Введение

Картографические материалы широко используются в различных областях народного хозяйства. Все работы, связанные с изучением территории, находящихся на ней объектов, а также многих явлений, которые происходят на изучаемой территории, так или иначе предполагают наличие каких-либо картографических материалов. Карта (изображение местности, объекта, динамического или статического явления на носителе) создает зримый образ при помощи рисунка, состоящего из различных знаков, линий, надписей, красочных изображений и передающего сведения об объекте или явлении в форме максимальной схожести (узнаваемости), что обеспечивает легкое, доступное и качественное ее чтение. Передача информации способом зрительного восприятия является в максимальной степени эффективной по сравнению с литературным описанием.

Целью настоящего учебного пособия является формирование общего представления о картографическом изображении, приобретение простейших навыков в работе с топографическими картами, приобретении навыков в построении картографической основы, способах привязки точек местности и построении и анализе картографического изображения явления.

Учебное пособие предназначено для студентов дневного отделения специальности «Региональная геокриология» для изучения учебной дисциплины «Картография и геонавигационные системы».

В настоящем учебном пособии рассмотрены основы способов построения картографического изображения, некоторые особенности использования специальных картографических условных знаков. Особое внимание уделено работе с топографическими картами, являющимися основой для построения карт другого содержания (тематических, специальных и т.п.).

Курс «Картография и геонавигационные системы» рассчитан на семестр. В первой части семестра рассматриваются основные вопросы, связанные с работой с топографическими картами, принципом построения картографической основы, построением топографических планов местности и др. Во второй части семестра большое внимание уделяется работе с основными геодезическими приборами, а также основным способам привязки точек местности, т.е. определения их координат. Во второй части семестра предусматривается небольшая учебная практика по привязке на местности исследуемых точек к местной или государственной системе координат.

Варианты контрольных заданий задаются преподавателем. Наименование и содержание семестровых заданий, а также указания по

их выполнению приведены в разделе 14.

6

1. Краткие сведения из истории картографии

Картографическими изображениями поверхности Земли, или какой-либо сравнительно локализованной местности, человек пользовался давно. Понятно, что ему важно было иметь доступный для восприятия рисунок местности для обозначения важных для него объектов (места охоты и рыболовства, места обитания других племен и пр.). Рисунки местности выполнялись и в то время на носителях, обеспечивающих длительное их использование: поверхность камня, костяные пластинки, дерево, береста. Именно поэтому представилась возможность увидеть и нам эти первые картографические творения, возраст которых составляет примерно 15 тысяч лет. Один из таких рисунков (рис. 1), вырезанный на бивне мамонта, найден в Черкасской области. Рисунок местности расшифрован (склон горы, река, деревья, строения), причем, местность, изображенная на нем, найдена, и найдены все четыре древних строения, сложенные из костей мамонта.

Рис. 1. Карта местности, выполненная на бивне мамонта

Картографические изображения в то время являлись не только рисунками. Например, туземцы Маршалловых островов и Полинезии пользовались картами островов архипелага, составленных из тонких палочек, показывающих направление морских течений и наиболее удобные для плавания пути. Рисунок дополнен раковинами и камешками, которые изображали острова.

Первые карты Земли появились 2500 лет назад. Они содержали примитивные сведения и базировались на тех представлениях о Земле, которые существовали в то время: вытянутый с востока на запад выпуклый диск, плавающий в океане. 2300 лет назад впервые была доказана древнегреческим ученым Эратосфеном шарообразность Земли. Он ввел понятия меридиана и параллели и использовал эти элементы при построении первой карты Земли как шара (рис. 2). Схожесть с современной картой существует, однако в основном она определяется теми местами, которые были сравнительно легко доступными для их изображения. Несмотря на это, картой Эратосфена пользовались четыре столетия, до конца 100 года.

Второй известной картой стала карта Земли Птолемея (рис. 3). Карта была составлена во II в. н. э., и ею пользовались уже 1300 лет, практически

7

до совершения великих географических открытий. На этой карте изображены Европа, Азия и Африка, Атлантический океан, Каспийское море, в которое впадает река Ра (Волга), река Нил, Индийский океан, представляющий собой огромное озеро, окруженное сушей. В своем плавании к далеким берегам Азии Христофор Колумб использовал карту Птолемея, на которой восточные берега Азии были изображены сравнительно близко от европейских. Как известно, в Азию Колумб не попал.

Рис. 2. Карта Земли Эратосфена

Рис. 3. Карта Земли Птолемея

Современные карты представляют собой весьма точные изображения поверхности Земли, обеспечивающие решение многих задач в различных областях народного хозяйства. Развитие вычислительной техники и появление автоматизированных систем построения изображений привело к созданию особого направления в картографическом производстве, использующего материалы съемки местности, заданные в цифровом виде. Создается множество точек с их координатами и обозначением, определяющие цифровую модель местности (ЦММ). По данным ЦММ,

8

задавая любой из методов проектирования, можно сравнительно быстро и точно автоматически построить соответствующую карту местности. Картография как отрасль науки и производства использует достижения других наук: геодезии, математики, физики, электроники, использует в производстве новейшие достижения в компьютерной технологии. При изучении Вами картографии Вы также будете сталкиваться с необходимостью использования других дисциплин, изученных в университете: математики, инженерной графики, информатики и мн.др.

2.Картографическое отображение и моделирование объектов и явлений

Под картографическим отображением понимают процесс представления исходной информации об объектах и явлениях действительности в форме картографического изображения (см. раздел 3). Другими словами, это процесс установления взаимно-однозначного или топологического пространственного соответствия объектов природы, общества, результатов деятельности природы и человека и т.п. их изображению на носителе, переданному на него в сравнительно обобщенном виде с помощью установленной системы условных знаков в графической, цифровой или другой формах.

Приведенное выше понятие картографического отображения объектов и явлений выражает сущность и весь процесс создания любой карты, а также отражает системный подход к картографированию природных и социальноэкономических объектов и явлений действительности. При этом все природные объекты, явления и т.п., изображаемые на картах, рассматриваются как системы (комплексы), находящиеся в различной взаимосвязи и соподчиненности (иерархии).

Очевидно, что на картах невозможно отобразить все детали объектов и явлений действительности. В связи с этим возникает необходимость при создании карты показывать на ней только типичные свойства и характерные особенности объектов, передавать те или иные свойства объектов в обобщенном виде, подчеркивать сопряженные связи и особенности систем и их элементов. В связи с этим изображение объектов реальной действительности получают при строгом соблюдении указанного выше взаимно-однозначного соответствия координат поверхности и плоскости только для отдельных точек или линий, которые выражают типичные пространственные свойства геокомплексов. Построение картографического изображения возможно только на основе использования соответствующих способов отображения и использования установленных систем картографических условных знаков.

Картографическое моделирование – это создание карт методом построения пространственных моделей. Предметом картографического моделирования являются те или иные стороны действительности.

9

Развитию картографического моделирования во многом способствовало развитие методов моделирования в смежных областях знаний (геодезии, географии), расширение научных и практических знаний в таких областях деятельности человека, как информатика, кибернетика, коммуникация, семиотика и др. В результате этого появилась возможность внедрения в весьма сложное картографическое производство новых методов, позволяющих и автоматизировать процесс производства карт.

Картографические модели характеризуются и рассматриваются с трех сторон: математической, структурно-содержательной и знаковой.

Математическая сторона проявляется в том, что в процессе моделирования рассматриваются и разрабатываются вопросы математической сущности модели (выбор картографической проекции, масштаба и др. элементов), а также в том, что для построения картографической модели используются различные математические методы получения количественных характеристик, построения шкал, выполнения анализа, синтеза и т.п.

Структурно-содержательная сторона картографической модели отражает типичные и характерные особенности различных реальных объектов. При этом обеспечивается соответствие между отображаемым объектом и его моделью. С точки зрения пространственной структуры установленное соответствие является взаимно-однозначным по наиболее существенным элементам содержания и топологическим – для прочего содержания. Структурно-содержательное соответствие обеспечивается следующим: правильным и географически достоверным отображением содержательной сущности объекта или явления действительности; отображением главных существенных признаков объекта и исключением (по возможности) второстепенных; выделением общих признаков, свойств и отношений.

Знаковая (изобразительная) сторона проявляется в том, что изображение объектов и явлений выполняется с помощью систем картографических условных знаков.

При картографическом моделировании выделяют несколько видов моделей, которые подразделяются на первичные и производные модели.

Первичные модели создаются на основе выполнения различных видов геодезических съемок местности. Построение первичных моделей может быть выполнено непосредственно на местности (в камеральных условиях), по аэрофотоснимкам (при аэрофотосъемке), по результатам специальных исследований (геологических, гидрогеологических, географических и т.п.).

Производные модели создаются по первичным моделям. В соответствии с тематикой и назначением карты устанавливаются геодезическая и математическая основы этих моделей, способы картографического изображения пространственного размещения картографических явлений с помощью принятой знаковой системы. Производные модели служат основой для исследования динамических явлений, происходящих во времени и пространстве, установления новых взаимосвязей и зависимостей между теми

10

или иными объектами и явлениями действительности. Обычно производные модели используются определенным кругом потребителей для решения конкретных задач в той или иной отрасли науки и народного хозяйства.

Наглядность любой карты обеспечивается использованием наиболее оптимального способа отображения объектов и явлений действительности и выразительной системы картографических условных знаков.

Под системой картографических условных знаков следует понимать совокупность знаков, имеющих общий принцип и правила построения и использования для отображения на картах объектов и явлений. Картографические условные знаки формируют на карте т.н. картографическое изображение.

Условные знаки подразделяются на масштабные, внемасштабные, контурные, линейные, пояснительные.

Масштабные условные знаки позволяют передать форму и размеры объекта или явления в масштабе карты. Если объект не может изобразиться в масштабе карты, то его изображают внемасштабным условным знаком, при этом положение осевой линии объекта, либо положение какой-либо особой его точки (центра) наносится на карту в соответствии с полученными в результате съемки координатами. Контурным условным знаком определяют границы объекта, либо границы распространения явления. Линейными условными знаками обозначают положение линейных объектов (линии связи, электропередач, дорожную сеть, границы и т.п.). К пояснительным условным знакам относятся подписи, часто указывающие характеристику объекта или явления, либо их частей. В качестве пояснительного знака широко используется цвет, заполняющий контур объекта или явления, штриховка и т.п., что в принятой системе обозначений также указывает определенную характеристику объекта.

При проектировании системы условных знаков учитываются, кроме требования полноты отображения характеристик того или иного объекта или явления, психофизические особенности зрительного восприятия карты, условия пользования картой, уровень подготовки ее будущего пользователя. При разработке системы условных знаков учитываются все аспекты семиотики (синтаксический, семантический, прагматический), добиваются наглядного, выразительного и экономного изображения, воспринимаемого и хорошо читаемого устройствами входа в ЭВМ.

(Семиотика – дисциплина, которая занимается сравнительным изучением знаковых систем).

Синтаксическая сторона знаковой системы характеризует отношение между знаками при их функционировании на карте. Синтактика (синтактика

– раздел семиотики, занимающийся изучением внутренних структур знаковых систем безотносительно к выполняемым ими функциям) обеспечивает адекватность в отображении явления с заданной степенью геометрического и топологического подобия. Показателем синтактики системы условных знаков является общее количество знаков и возможных их комбинаций для передачи картографической тематики. С позиций