Дата: 26.10.2015
Часто, особенно при решении различных задач, приходится иметь дело с изображениями земной поверхности. Эти изображения весьма разнообразны. Наиболее распространенными среди них - рисунки, планы, карты, глобусы, аэрофотоснимки и космические снимки.
На рисунке земная поверхность изображается в ее реальном, но уменьшенном виде под любым углом зрения.
Аэрофотоснимки и космические снимки, как правило, являются уменьшенными изображениями реального вида земной поверхности сверху.
Планы, карты и глобусы являются уменьшенными картографическими изображениями земной поверхности, поскольку для ее отображения на них используется система условных обозначений .
План местности - это уменьшенное, выполненное с помощью условных знаков изображение небольшого участка земной поверхности. В отличие от снимков, на планах и картах мелкие и несущественные детали не изображены.
Карта - это уменьшенное, обобщенное изображение земной поверхности, выполненное с помощью условных знаков и построенное в определенной картографической проекции.
Географическая карта дает возможность изобразить значительные участки территории и даже всю поверхность Земли. Однако при этом возникает необходимость учитывать, что Земля имеет шарообразную форму. Поэтому при изображении шаровидной земной поверхности на карте, которая является плоскостью, некоторые участки приходится изображать несколько искаженными (чуть сжатыми или растянутыми).
Глобус является моделью, т.е. уменьшенной в десятки миллионов раз копией Земли , поэтому он в общих чертах сохраняет ее форму.
На глобусе все материки, океаны, моря показаны в полном соответствии с их положением на земном шаре, а масштаб остается одинаковым на всей поверхности глобуса. Глобус лучше, чем другие картографические изображения, передает форму нашей планеты.
Основные отличия географической карты от плана местности
- На плане изображают небольшие участки земной поверхности: школьная участок, землепользования сельскохозяйственного предприятия, населенный пункт и т.д.
- На план наносят все объекты и детали местности в заданном масштабе. Карты через мельче масштаб менее подробными изображениями земной поверхности. На них отображаются наиболее важные объекты и свойства.
- При создании плана кривизну земной поверхности за малой величины не учитывают, и земная поверхность считается плоскостью. Все предметы показывают такими, какие они есть на самом деле, без искажений, сохраняется их форма и очертания, только размер уменьшают в соответствии с масштабом. При создании карт обязательно учитывают кривизну (шарообразности) Земли, поэтому на картах неизбежно присутствуют искажения.
- На планах отсутствует градусная сетка , а на картах она непременно есть (меридианы и параллели).
На планах направлением на север принято считать верхний край листа , на юг - нижней, на запад - левый, на восток - правый. Северное направление показывают дополнительно стрелкой с обозначением север - юг. На картах направление север - юг определяют меридианы, запад - восток - параллели. Они могут быть не только прямыми линиями, но и дугами различной кривизны, в зависимости от проекции карт.
Рис. 1.3. Абсолютные, условные и относительные высоты
тальная черта на медной пластине, прикрепленной к устою моста через обводной канал в г.Кронштадте). Условной высотой , например НВусл , называется отвесное расстояние от точки земной поверхности до условной уровенной поверхности - любой точки, принятой за исходную (нулевую).
Относительной высотой, или превышением, hточки называется высота ее над другой точкой земной поверхности (например, точки Внад точкой А).
1.2. Изображение земной поверхности на плоскости (план, карта, профиль)
Поверхность Земли изображают на плоскости в виде планов, карт, профилей.
При составлении планов сферическую поверхность Земли проецируют на горизонтальную плоскость и полученное изображение уменьшают до требуемого размера. Как правило, в геодезии применяют метод ортогонального проецирования (рис. 1.4). Сущность его состоит в том, что точки местности переносят на горизонтальную плоскость по отвесным линиям, параллельным друг другу и перпендикулярным горизонтальной плоскости. Например, точка А местности (перекресток дорог) проецируется на горизонтальную плоскостьН по отвесной линииАа, точкаВ -
по линии ВЬ и т.д., точкиа иb являются ортогональными проекци-
Рис. 1.5. Изображения местности:
а - разрез; б - профиль
Полученное на плоскости изображение участка земной поверхности уменьшают с сохранением подобия фигур. Такое уменьшенное изображение называется планом местности . Следовательно, план местности - это уменьшенное подобное изображение горизонтальной проекции участка поверхности Земли с находящимися на ней объектами.
Однако план нельзя составить на очень большую территорию, так как сферическая поверхность Земли не может быть развернута в плоскость без складок или разрывов. Изображение Земли на плоскости, уменьшенное и искаженное вследствие кривизны поверхности, называют картой.
Таким образом, и план, и карта - это уменьшенные изображения земной поверхности на плоскости. Различие между ними состоит в том, что при составлении карты проецирование производят с искажениями поверхности за счет влияния кривизны Земли, а на плане изображение получают практически без искажения.
Профилем местности называется уменьшенное изображение вертикального разреза земной поверхности по заданному направлению. Как правило, разрез местности (рис. 1.5,а) представляет собой кривую линиюABC ...G. На профиле (рис. 1.5,б) она строится в виде ломаной линииabc...g , а уровенную поверхность изображают прямой линией. Для большей наглядности вертикальные отрезки (высоты, превышения) делают крупнее, чем горизонтальные (расстояния между точками).
1.3. Измерения и построения в геодезии
Под измерениями понимают процесс сравнения какой-либо величины с другой однородной величиной, принимаемой за единицу. При всем многообразии геодезических измерений все они сводятся в основном к трем видам:
линейные - определяются расстояния между заданными точками;
угловые - определяются значения горизонтальных и вертикальных углов между направлениями на заданные точки;
высотные (нивелирование) - определяются разности высот отдельных точек.
За единицу линейных и высотных измерений (расстояний, высот и превышений) в геодезии принят метр, представляющий собой длину жезла - эталона, изготовленного из платино-иридиевого сплава в 1889 г. и хранящегося в Международном бюро мер и весов в Париже. Копия №28 этого жезла находится в НИИ метрологии им. Д. И. Менделеева в Санкт-Петербурге. В качестве эталона более высокой точности в настоящее время служит метр, определенный как длина пути, пройденного светом за 1/299792548 доли секунды.
Единицей для измерений углов (горизонтальных и вертикальных) служит градус, представляющий 1/90 прямого угла или 1/360 окружности. Градус содержит 60 угл. мин, минута делится на 60 угл. с. В некоторых странах применяют градовую систему, в которой 1 град составляет 1/400 окружности, градовая минута - 1/100 град, а градовая секунда - 1/100 град мин.
В современных автоматизированных угломерных приборах единицей измерений служит гон, равный 1 град или 54 угл. мин; тысячная его доля, равная 3,24 угл. с, называется миллигон.
Измерения называют прямыми , если их выполняют с помощью приборов, позволяющих непосредственно сравнить измеряемую величину с величиной, принятой за единицу, икосвенными , когда искомую величину получают путем вычислений на основе результатов прямых измерений. Так, угол в треугольнике можно непосредственно измерить угломерным прибором (прямое измерение) или вычислить по результатам измерения трех сторон треугольника (косвенное измерение).
Необходимыми условиями любого измерения являются: объект измерения; субъект измерения - лицо, производящее измерение; мерный прибор, которым выполняют измерения; метод измерения - совокупность правил и действий, определяющих процесс измерения; внешняя среда, в которой выполняют измерения.
Обозначенные на местности точки, от которых выполняют геодезические измерения, называются исходными. Точки, положение которых на местности необходимо определить, называютопределяемыми.
Исходные и определяемые точки могут располагаться в горизонтальной плоскости в плане (плановые точки) и вертикальной - по высоте (высотные точки).
Рассмотрим шесть основных геодезических способов построения, применяемых для определения положения точки в плане.
Требуется определить положение точки С относительно обозначенных на местности исходных точек А иВ.
1. Положение точки С (рис. 1.6, а) можно определить, если опустить из этой точки перпендикуляр на прямую АВ, а затем измерить расстояние / от точкиА до основания перпендикуляра и Длину перпендикуляраd. Отрезки / иd будут координатами точки С. Такое построение называютспособом перпендикуляров.
Рис. 1.6. Схемы (а...е) к способам определения положения точки в плане
Если прямую АВ принять за ось абсцисс прямоугольной системы координат, то перпендикуляр d будет ординатой определяемой точки, а расстояние / - ее абсциссой. Поэтому способ называют такжеспособом ординат.
2. Положение точки С (рис. 1.6, б) определяется, если измерить на точке А угол а и длинуА С - г. Такой способ называютспособом полярных координат : полярные координаты точки С - а и г, угол а - полярный, точка А - полюс, прямая АВ - полярная ось, отрезок г - радиус-вектор.
3. в) относительно прямойАВ достаточно измерить углы а и р на точкахА иВ. Этот способ называютпрямой угловой засечкой (прямаяАВ - базис засечки).
4. Положение точки С (рис. 1.6, г) определяется, если измерить угол а на точкеА и угол у на определяемой точке С(способ боковой засечки).
5. Для определения положения точки С (рис. 1.6, д) можно измерить длину линийАВ =b иВС = а (способ линейной засечки).
6. Точка С (рис. 1.6, е) находится на линииАВ (в створеАВ) и на расстоянии / от точкиА (способ створной засечки).
Эти построения выполняют, если расстояния между точками сравнительно невелики и есть непосредственная видимость между
исходными и определяемыми точка- |
|
ми. Когда расстояния между исходны- |
|
ми точками значительны или требу- |
|
ется найти положение нескольких то- |
|
чек, пользуются более сложными по- |
|
строениями. |
|
Рис. 1.7. Схема к способу оп- | Положение определяемой точки С |
ределения положения точки | по высоте (рис. 1.7) находят, измерив |
по высоте | ее превышение h над исходной точ- |
Изображать поверхность планеты люди начали очень давно. Первые изображения представляли собой примитивные рисунки, которые совершенно невозможно по сегодняшним меркам именовать картами. Дело в том, что карту от вольного изображения поверхности планеты в первую очередь отличает наличие масштаба. Изучение географии немыслимо без карты. По словам Н.Н. Баранского: "карта - это альфа и омега географии". На картах изображено практически всё, что изучает наша наука, именно о картах и пойдёт здесь речь. И также для любой карты существует глобус, по которому эта карта построена. Так что знакомство со способами изображения поверхности Земли мы начнём именно с глобуса.
Глобус - модель Земли
Бесспорно то, что наша планета шарообразная. Первым доказательством в пользу этого послужило плавание Ф. Магеллана, а в наши дни мы уже смогли взглянуть на нашу Землю из космоса и убедиться в этом воочию. Единственный способ изобразить поверхность планеты без искажений - это глобус. Глобус всегда сориентирован таким образом, что в верхней его части находится Северное, а в нижней Южное полушарие. Такое расположение полушарий является общепринятым для изображения нашей планеты и обусловлено исторически, так как именно европейская цивилизация первой открывала планету, то Европа находится в верхней части карты, более того большая часть населения Земли проживает в Северном полушарии, так что оно располагается в верхней - наиболее информативной части изображения. Следует помнить, что в космосе нет "верха" и "низа", поэтому если бы передовая цивилизация, открывавшая Землю проживала в Южном полушарии, наш глобус был бы вероятно перевёрнутым. Все глобусы наклонены под углом, что соответствует углу наклона земной оси - 23,5°. Как правило, глобус ещё отличается тем, что его можно покрутить. Это свойство глобуса в первую очередь сделано для удобства работы с ним, однако в то же время оно символизирует вращение нашей планеты вокруг своей оси. Однако, на самом деле, глобус - очень неудобный инструмент, потому что из-за его размеров на нём невозможно детализировать поверхность планеты. Обычный глобус ограничивается изображением континентов Земли, обозначениями крупных географических объектов, стран и городов. Разумеется, можно сделать и большой глобус, но тогда возникают проблемы с его размещением. Самый большой глобус в мире находится в офисе компании DeLorme, которая занимается производством навигационных карт и разработкой систем GPS-навигации. Его размеры сопоставимы с четырёхэтажным домом и составляют 12,4 метра в диаметре, сам офис располагается в США.
Сегодня, правда, для глобусов возникла перспективная возможность для развития - это электронные глобусы. Компьютерные технологии очень удачно позволяют использовать глобус, так как дают возможность детализировать его изображение. Наверно, самым известным таким глобусом является программа Google Earth, где поверхность нашей Земли можно детально рассмотреть, благодаря миллионам космических снимков, выложенных в открытый доступ компанией Google.
Топографический план
Топографическим планом называется изображение на плоскости небольшого участка земной поверхности в уменьшенном виде при помощи условных знаков. Топографический план также часто называют топографической картой. Как правило это карта достаточно крупного масштаба, детализация которой позволяет изображать сельские населённые пункты, мелкие водоёмы, ручьи, леса, в случае очень подробной детализации могут изображаться отдельные здания, деревья и кустарники. Масштаб топографических карт обычно колеблется в пределах 1:100 000 - 1:10 000, хотя могут быть и более подробные планы отдельных зданий, дворов и кварталов. В Советском Союзе доступ к топографическим картам как правило был закрыт, на картах регулярно специально наносились ошибки или не обозначались целые населённые пункты для сохранения их секретности. К сожалению, обстановка тотальной засекреченности от потенциальных врагов наносила больше вреда для жителей самой страны. Сегодня в эпоху космических технологий, когда военными спутниками отфотографирована каждая улица и каждый дом, тем более что с большей частью этой информации мы можем познакомиться в сети Интернет, сама идея засекречивания карт становится бессмысленной. Более того, топографические карты сами шагают в новую цифровую эпоху. В то время, когда несколько десятков лет назад топографам и геодезистам вручную приходилось измерять каждый участок земли и переносить его на бумагу, современные технологии позволяют строить карты по спутниковым фотографиям, что не просто удобнее, но и позволяет взглянуть на поверхность Земли с новой точки зрения. Более того, современные топографические карты интерактивны, на них можно отсортировывать только нужную информацию к изображению, а современные GPS и ГЛОНАСС - навигаторы ещё и отслеживают наше положение на этом плане. Сама интерактивная программа по карте измеряет нужные нам расстояния и даже может руководить нашим передвижением, подсказывая наиболее оптимальный маршрут.
Карта
Наконец, мы подошли к самому главному - географической карте. Географическая карта - это уменьшенное изображение земной поверхности при помощи условных знаков в выбранной картографической проекции. Автором первой карты был древнегреческий мыслитель Анаксимандр, живший в VI веке до н.э. Он начертил первую карту известного тогда мира, изобразив Землю в виде плоского круга, окруженного водой. Карта имеет принципиальное отличие от топографического плана - на карте присутствуют искажения земной поверхности. Дело в том, что без искажений поверхность планеты может быть изображена только в трёхмерном пространстве - то есть на глобусе, при переносе на плоскость изображение приходится искажать. Существует много способов построения карт, однако, карты без искажений не бывает - слишком уж большой участок Земли изображает карта, в отличие от плана местности. Карты бывают разными. Все их можно поделить на физические (изображающие природные объекты и явления) и политические (изображающие страны, территории, столицы), отдельно можно выделить экономические карты, показывающие процессы, связанные с населением и хозяйством стран мира. Разумеется, что при составлении любой карты приходится отбирать объекты и названия, которые будут изображены на карте, а которыми придётся пренебречь, чтобы карта не оставалась пустой, но и не была перегружена информацией. Этот процесс носит название генерализации. Современные карты также претерпели ряд изменений. Их уже тоже не строят карандашом на бумаге. Современные карты строятся при помощи компьютеров, так как вычисление всех расстояний и углов для человека - работа очень долгая и трудная, компьютер же способен совершать миллионы вычислений в секунду, значительно облегчая жизнь картографам XXI века, а простым пользователям позволяя находить практически любой интересующий их объект не выходя из дома и даже участвовать в создании карт в Интернете.
Причем географические карты имеют важные особенности: изображение поверхности уменьшается, с уменьшением упрощается, применяются условные знаки (рис. 3).
Рис. 3. Физическая карта Ленинградской области.
Задание 3. Внимательно рассмотрите физическую карту Ленинградской области. Изучите условные знаки. Что мы можем узнать, рассмотрев карту? Какую полезную информацию можем получить?
Кто, по-вашему, может использовать эту карту и для каких целей?
Домашнее задание. Прочтите параграф.
1. Составьте рассказ о местоположении и природных особенностях Ленинградской области, используя рисунки 2 и 3.
2. Представьте, что вы встречаете иностранных друзей, они хотят познакомиться с природой нашего края. Составьте небольшой рассказ о природе вашей местности «Красоты родного края».
3. Найдите на карте Европы государства, у которых площадь примерно равна или меньше площади Ленинградской области.
Немного о географической карте
История зарождения карты уходит в далекое прошлое, когда люди еще не знали письменности, но уже изображали земную поверхность. Ученые обнаружили древние схемы на камнях, коже, костяных и глиняных пластинках, дереве и даже шелковой ткани (рис. 4).
Задание 1. Внимательно рассмотрите рисунки древних карт. Подумайте и постарайтесь ответить: с какой целью люди составляли карты? Какие материалы использовали люди для создания карт?
Родина современных карт - Древняя Греция. Древнегреческий ученый Птолемей создал лучшую для своего времени карту мира (рис. 5). В своем сочинении «География» он указал, как нужно составлять карты, какие объекты нужно отмечать.
Многие средневековые карты поражают нас своим необычным видом, тем не менее моряки ориентировались по этим картам достаточно успешно (рис. 6).
Рис. 6. Арабская карта Каспийского моря (А), испанские морские карты (Б) портоланы и карта Меркатора (В).
В Средние века некоторые карты были выполнены настолько искусно, что висели на стенах жилищ как украшение. Особенно научными и подробными были карты Герарда Меркатора. В 1838 году им была создана карта мира, удобная для мореплавателей и путешественников.
Русские цари с большим вниманием относились к созданию карт нашей страны. Карты уточнялись, исправлялись благодаря труду многих ученых и путешественников, осваивающих наши земли (рис. 7).
Рис. 7. Карта Санкт-Петербурга, век.
Современные карты детально отображают лик нашей Земли. Особенно интересны в этом отношении компьютерные карты, где можно по желанию увеличивать и уменьшать изображение земной поверхности, как бы удаляясь и приближаясь к ней. Однако чтобы поместить материки, страны и города на листы бумаги или экран компьютера, изображение поверхности приходится уменьшать.
Масштаб - число, показывающее величину уменьшения изображения местности на карте.
Масштаб всегда надписывается на карте и может быть разного вида (рис. 8).
Виды масштаба:
Задание 2. Под руководством учителя изучите схему и масштабы карт (рис. 1, 2, 3, 8, 9). Научитесь различать виды масштабов.
Решим географические задачи.
Задача. Перед вами две карты: одна - масштаб: 1: 500 000, другая - масштаб:
1: 10 000 000. У какой карты больше уменьшение?
Совет! Посмотри на рисунке 8!
Ответ: уменьшение больше у первой, в 10 000 000: 500 000 = 20 раз.
Задача. Как по численному масштабу узнать именованный?
Ответ: зачеркнув пять последних нулей у численного масштаба, получим число километров в 1 см, два нуля - число метров в 1 см.
Задание 3. Выполните задания:
1. Выразите численный масштаб именованным и линейным: 1: 250 000; 1: 1000; 1: 50
2. Выразите именованный масштаб численным и линейным: в 1 см - 100 м; в 1 см - 900 км; в 1 см - 1 км.
3. Начертите прямоугольник 15 км на 30 км в масштабе в 1 см - 5 км.
Домашнее задание. Внимательно прочтите параграф.
Решите задачи:
1. Определите масштаб плана, если дорога длиной 5 км на карте имеет длину 10 см.
2. Чему на местности равно расстояние, выраженное на карте масштаба 1: 10 000 000 отрезком в 1 мм.
3. Подготовьте сообщение о видах географических карт.
План и карты. Условные знаки
У каждой карты есть свое предназначение, своя задача. Все карты делятся на мелкомасштабные, обзорные, такие карты дают общее представление о странах, материках и океанах. Их масштаб мельче чем 1: 1 000 000.
Карты среднемасштабные имеют масштаб от 1: 500 000, обладают большей точностью и меньшей степенью обобщений. И, наконец, крупномасштабные (1: 200 000) карты или планы подробно описывают земную поверхность.
Задание 1. Сравните изображения центральной части города Санкт-Петербурга на картах разного масштаба. Подумайте и постарайтесь ответить: какие задачи можно решить с помощью этих карт?
Рис. 8. Карты Санкт-Петербурга. А - крупномасштабная, Б - мелкомасштабная
Изучая природу родного края, мы будем использовать тематические карты, позволяющие изучать живую и неживую природу и климатические условия нашей области.
Задание 2. Просмотрите карты, изображенные на рисунке 3 и в атласе.
Выпишите масштабы карт в тетради. Разделите их по величине масштаба.
Сравните содержание карт: 1) цели; 2) обобщенность; 3) условные знаки.
Для путешествий по своей родной местности нам понадобятся топографические планы.
Топографический план - изображение на местности небольшого участка земной поверхности в уменьшенном виде при помощи условных специальных знаков (рис. 9).
Рис. 9. Топографический план и условные обозначения.
Задание 3. Выпишите условные обозначения, встречающиеся в топографических планах. С их помощью изучите план вашей местности. Узнайте эту местность и впишите недостающие объекты.
Домашнее задание. Прочтите параграф. Вспомните определение географической карты. Расскажите об особых свойствах карт.
1. Составьте топографический диктант и в тетради изобразите его в виде плана.
2. Попытайтесь объяснить стихотворные строчки М. Ю. Лермонтова:
«Тамбов на карте генеральной кружком отмечен не всегда...»
Почему не отмечен Тамбов, как вы думаете?
3. Подготовьте сообщение «об истории компаса» или о правилах работы с этим прибором.
Изображение земной поверхности на плоскости
В строительной практике геодезические работы производятся на небольших по размеру участках, которые принимают за плоскость. В результате появляются погрешности в определении расстояний и высот точек. Если изображаемый участок земной поверхности не выходит за пределы круга диаметром 20 км, то его можно принять за плоскость.
На план наносят не сами линии местности, которые часто наклонены к горизонту под некоторым углом, а их горизонтальные проекции.
Проекция измеренной наклонной линии на горизонтальную плоскость, называется горизонтальным проложением .
5. Понятие о геодезических планах, картах и чертежах
Небольшой участок местности, изображённый на бумаге в масштабе 1:1 или меньшем, называется планом. При этом не учитывается кривизна земной поверхности: уровенную поверхность принимают за плоскость.
Для изображения на бумаге больших по размеру участков земной поверхности (круг диаметром более 20 км) или всей Земли составляют сначала планы на отдельные небольшие участки. Затем по математическим законам наносят линии в виде сетки и заполняют её контурами местности и рельефом. Такое изображение больших участков земной поверхности называется картой.
При составлении карт контуры местности проектируют не на горизонтальную плоскость, а на сферическую поверхность. Вследствие чего на карте не сохраняется полное геометрическое подобие контуров местности, нет и постоянного масштаба площадей, так как сферическую поверхность нельзя развернуть на плоскость без складок и разрывов. Это составляет главное отличие плана от карты. На плане масштаб в любой части остаётся постоянным.
План – уменьшенное подобное изображение проекции контуров небольшого участка местности на горизонтальную плоскость.
Карта – уменьшенное подобное изображение проекции контуров местности на горизонтальную плоскость с учётом кривизны Земли.
Планы, на которых изображена только ситуация местности, называются ситуационными или контурными.
Планы, на которых кроме предметов местности изображён ещё и рельеф, называются топографическими.
Все существующие карты по назначению делятся на общегеографические и специальные.
Общегеографические карты в зависимости от масштаба иполноты изображения делятся на обзорные (масштаб мельче 1:1 000 000) и топографические.
Топографические карты являются наиболее подробными. По ним можно выполнять точные измерения при проектировании инженерных сооружений, а также при решении различных инженерных задач. В практике проектирования и строительства зданий и сооружений наиболее широкое применение получили карты масштаба 1:10 000 и крупнее. Их можно использовать как планы.
Профиль – уменьшенное изображение вертикального сечения земной поверхности по какому-либо направлению местности.
Разрез – уменьшенное изображение вертикального сечения верхнего слоя земной коры.
В строительном производстве планы, карты и профили используют при разработке проектов строительства.
План, на котором изображён проект размещения всего комплекса сооружений и коммуникаций объекта, называется генеральным планом объекта.
По мере завершения отдельных этапов строительства или отдельных сооружений объекта, результаты строительства наносятся условными обозначениями на генеральный план. Этот документ называется исполнительным генеральным планом. Он служит для оперативного управления строительством объекта.