Математическая основа карт

При переходе от физической поверхности Земли к ее отображению на плоскости (на карте) выполняют две операции: проектирование рельефа земной поверхности на поверхность земного эллипсоида и изображение поверхности эллипсоида на плоскости посредством одной из картографических проекций. Поверхность земного эллипсоида рассчитана посредством геодезических и астрономических измерений. Картографическая проекция способ отображения поверхности эллипсоида. В основе использования проекций находится географическая система координат. Исходными элементами этой системы являются северный и южный полюсы и экватор. Сетка меридианов и параллелей привязаны к этим элементам. Меридианы сходятся на полюсах и перпендикулярны параллелям.

Меридианы и параллели выполняют не только формальные функции пространственной привязки объектов, используются для различных расчетов, но и выступают факторами. Параллели соответствуют широте места, с которой функционально связано количество солнечной радиации, поступающей к верхней границе атмосферы.

Наряду с географической системой координат используются сетки прямоугольных координат, которые наносятся на топографические карты наряду с первыми. Прямоугольные координаты позволяют многие построения и вычисления.

Для изображения поверхности эллипсоида на плоскости используют картографические проекции, посредством которых устанавливается аналитические зависимости между координатами точек земного эллипсоида и прямоугольными координатами тех же точек на плоскости. Для сохранения непрерывности изображения картографы вынуждены деформировать поверхность эллипсоида (сферу невозможно разложить на плоскости без разрывов и деформаций, что хорошо видно при попытках сделать это с поверхностью резинового мяча). Поэтому масштаб плоского изображения не может быть постоянным. Искажаются углы, площади и/или расстояния. Проекции, которые передают величину углов без искажения, называются равноугольными. Равновеликие проекции сохраняют площади. Чаще всего используют произвольные проекции, где достигается определенный компромисс между искажением углов, площадей и расстояний.

Выбор проекций осуществляют в зависимости от назначения карты. Если карту планируют использовать для измерения азимутов и углов, то следует использовать равноугольную проекцию. Если важное значение имеют расчеты площадей, то следует использовать равновеликие проекции. В навигационных целях обычно используют цилиндрические проекции. В некоторых случаях удобнее использовать проекции, имеющие сетки с прямолинейными и параллельными друг другу параллелями: в этом случае легко сравнивать широты разных пунктов.

Используют также многогранные и многополосные проекции, на которых имеются разрывы изображения. В этом случае можно значительно уменьшить ошибки в изображении углов и площадей. Такие проекции допустимы в том случае, если нет явной необходимости целостного изображения территории.

Роль проекций особенно велика на мелкомасштабных картах.

Выбор проекций для экологических карт принципиально не отличается от их выбора при географическом или геологическом картографировании.

Краткий очерк истории экологического картографирования.

Еще в палеолите до зарождения письменности человек стал составлять первые планы местности, соединив таким образом окружающую реальность, геометрию и модели. Карта стала основной моделью территории. Рисунки, выполненные на дереве, коре, камне или коже, служили для указания путей перемещения племен, мест охоты и рыбной ловли.

Истоки современной картографии мы находим в античной Греции. Греки установили шарообразность Земли, вычислили ее размеры, разработали первые картографические проекции, стали использовать меридианы и параллели. Карты древности имели большей частью общегеографическое содержание – на них показывалось расположение объектов, дороги, очертания береговой линии, населенные пункты, заливы и проливы, реки, горы. Крупнейшим событием в культуре 15 века стало изобретение книгопечатания, что позволило значительно усовершенствовать составление карт. С 16 века стали публиковаться морские и дорожные карты и атласы. В 18 веке стали проводиться весьма совершенные топографические съемки и составляться топографические карты, которые особенно большое применение стали находить в военном деле.

Тематическая информация (экономические показатели, климат, растительность, природные ресурсы и др.) стала изображаться уже с конца 17 века: Э.Галлей (ветры и магничные склонения – конец 17 – начало 18 века), А.Гумбольдт (распределение температур - 1817 г.). В 1836 – 1941 г. Бергхауз опубликовал знаменитый Физический атлас, содержавший метеорологические, климатические, геологические, гидрологические, магнитометрические, ботанические, зоогеографические, этнографические, антропологические карты. Во второй половине XIX века появились почвенные, океанографические и социально-экономические карты.

Позже – 19 в. и, особенно, 20 в. – карты стали играть большую идеологическую роль. Стали составляться карты политические карты. Особенно большую идеологическую роль карты политического содержания стали выполнять после возникновения геополитики – науки, занимающейся изучением

В связи с космическими исследованиями, космической съемкой планет солнечной системы были созданы весьма совершенные карты поверхности Луны и Марса.

В ХХ веке появились карты природных ресурсов и охраны окружающей среды.

Термины «экологическая карта», «экологическое картографирование» введены французскими геоботаниками в 70-е годы ХХ столетия применительно к картам состояния растительности и антропогенного воздействия на нее. Под руководством В.Б.Сочавы в эти же годы составлялись карты аналогичного содержания.

Но фактически карты экологического содержания составлялись и раньше. Например, Г.Н.Высоцкий в начале ХХ века составлял карты типов местопроизрастаний и фитотопологические карты.

Карты местообитаний составлял Л.Г.Раменский в 30-40-50-годы ХХ века.

В 60-е годы ХХ века стали составляться карты условий жизни населения, которые с современных позиций также можно назвать экологическими – социоэкологическими. Назаревский, Лопатина.

Широкое распространение получили карты экологического содержания с 70-х годов ХХ века. Тогда они в большинстве случаев не назывались экологическими, а относились к картам оценки природных условий и ресурсов, неблагоприятных и опасных природных процессов и явлений, антропогенных воздействий на природную среду, изменений природной среды, устойчивости ландшафтов, охраны природы и природоохранных мероприятий, распространения болезней. Тогда же появились комплексные карты, на которых в разных вариантах сочетались разнообразные показатели. Доля карт комплексного содержания значительно возросла в 90-е годы.

В 90-е годы появились карты экологической сети и первые экологические атласы: Днепропетровской области, Харьковской области, Российской Федерации и некоторых ее регионов.

Следует отметить эколого- картографические исследования, проводимые в Институте географии НАН Украины (Л.Г.Руденко, Бочковская, В.А.Барановский и др.). Был составлен Медико-экологический атлас Украины (Барановский и др., 1996), Экологический атлас Украины (Барановский, 2000).

В настоящее время это экологическое направление в картографии быстро развивается, что связано с бурным развитием современной экологии. Экологические проблемы привязаны к территории, связаны с территориальными факторами.

Характерной тенденцией является экологизация тематической картографии, что выражается в преобразовании тематических географических, инженерно-геологических, почвенных и других типов карт в экологические. Это проявляется, во-первых, в введении критериев оценки объектов изображения с позиции тех или иных субъектов (чаще всего человека).

Особенно большое значение имеют ГИС-технологии. Они позволяют выставить слои (причем очень много), представлять их в разных вариантах, в разной последовательности, что облегчает сравнение. Компьютерные карты на гетопологической основе должны стать основой для лесной таксации, почвенных съемок. Возникла гео- информатика, которая способствовала интеграции исследований представителей разных научных направлений, особенно картографии, географии, экологии, дистанционного зондирования. Формируются геокосмические информационные системы, возникло новое направление - геоиконика (А.М.Берлянт). Сформировался языковой подход в отношениях «карта – снимок», когда осуществляется трансляция языка снимка в язык карты (А.А.Лютый): в этом случае два встречных процесса – проектирование съемок для получения изображения с наперед заданными свойствами и автоматическое дешифрирование постепенно размывает границу между картой и снимком, благодаря чему образуется непрерывный ряд типов гибридных композитных изображений (Ю.Ф.Книжников). Тем самым происходит интеграция трех форм данных: цифровых (машинно-графических), картографических и «фотоподобных».

Сформировалась триада «картография – дистанционное зондирование – ГИС», которая становится основой решения мониторинга и прогноза природных процессов.

В данном учебном пособии вопросы интеграции картографии, ГИС-технологий и дистанционного зондирования не рассматриваются, учитывая, что в учебном плане специальности «экология и охрана окружающей среды» имеются учебные курсы «космическая экология», «ГИС в экологии», а на 5 курсе – «новые компьютерные технологии». Именно там гибридные системы и интеграция картографии, дистанционного зондирования и ГИС-технологий становятся предметом изучения.

Вопросы и задания к Введению:

1.Каковы цели и задачи курса «экологическое картографирование»?.

2.Какова роль экологического и ресурсного картографирования в подготовке специалиста-эколога.

3.Перечислите задачи курса «экологическое картографирование».

4.Перечислите знания, умения и навыки, получаемые при изучении учебного курса.

5.В чем главные отличительные особенности экологического картографирования?

6.Какие основные действия включает экологическое картографирование?

7.Дайте определение понятиям «карта», «экологическая карта». Чем экологические карты отличаются от других типов карт? В чем сходство экологических карт с картами других типов?

8.В чем заключается роль экологического картографирования в подготовке специалиста эколога?

9.Перечислите свойства карт.

10.Какую роль играет географическая система координат?

11.Для чего используется прямоугольная система координат?

12.Перечислите способы картографических изображений.

13.Перечислите главные субъекты и объекты экологических отношений.

Дата добавления: 2015-09-06