Mapy geograficzne używane przez ludzi od czasów starożytnych. Pierwsze próby zobrazowania powierzchni Ziemi podjęli w starożytnej Grecji tacy naukowcy jak Eratostenes i Hipparch. Oczywiście kartografia jako nauka znacznie się od tego czasu rozwinęła. Nowoczesne mapy tworzone są przy użyciu zdjęć satelitarnych i technologii komputerowej, co oczywiście pomaga zwiększyć ich dokładność. A jednak na każdej mapie geograficznej występują pewne zniekształcenia dotyczące naturalnych kształtów, kątów czy odległości na powierzchni Ziemi. Charakter tych zniekształceń, a co za tym idzie dokładność mapy, zależy od rodzaju odwzorowań kartograficznych użytych do stworzenia danej mapy.
Koncepcja odwzorowania mapy
Przyjrzyjmy się bliżej, czym jest odwzorowanie mapy i jakie ich typy są używane we współczesnej kartografii.
Projekcja mapy to obraz powierzchni Ziemi na płaszczyźnie. Więcejnaukowo głęboka definicja brzmi tak: rzut kartograficzny to sposób wyświetlania punktów na powierzchni Ziemi na pewnej płaszczyźnie, w której ustala się pewną zależność analityczną między współrzędnymi odpowiednich punktów powierzchni wyświetlanej i wyświetlanej.
Jak jest zbudowane odwzorowanie mapy?
Konstruowanie wszelkiego rodzaju odwzorowań map odbywa się w dwóch etapach.
- Po pierwsze, geometrycznie nieregularna powierzchnia Ziemi jest odwzorowana na matematycznie poprawną powierzchnię, która nazywa się powierzchnią odniesienia. Aby uzyskać jak najdokładniejsze przybliżenie, najczęściej używa się w tym charakterze geoidy - geometrycznego ciała ograniczonego powierzchnią wody wszystkich mórz i oceanów, połączonego (poziom morza) i posiadającego jedną masę wody. W każdym punkcie na powierzchni geoidy grawitacja działa normalnie. Geoidy, podobnie jak fizycznej powierzchni planety, również nie da się wyrazić jednym prawem matematycznym. Dlatego zamiast geoidy jako powierzchnię odniesienia przyjmuje się elipsoidę obrotową, nadając jej maksymalne podobieństwo do geoidy, wykorzystując stopień kompresji i orientację w ciele Ziemi. Nazywają to ciało elipsoidą ziemi lub elipsoidą odniesienia iw różnych krajach przyjmują różne parametry.
- Po drugie, przyjęta powierzchnia odniesienia (elipsoida odniesienia) jest przenoszona na płaszczyznę przy użyciu takiej lub innej zależności analitycznej. W efekcie otrzymujemy płaski rzut kartograficzny powierzchni Ziemi.
Zniekształcenie projekcji
Nie masz prawaZastanawialiście się, dlaczego zarysy kontynentów różnią się nieco na różnych mapach? Na niektórych odwzorowaniach map niektóre części świata wydają się większe lub mniejsze w stosunku do niektórych punktów orientacyjnych niż na innych. Chodzi o zniekształcenie, z jakim rzuty Ziemi są przenoszone na płaską powierzchnię.
Ale dlaczego odwzorowania mapy są zniekształcone? Odpowiedź jest dość prosta. Kulista powierzchnia nie jest możliwa do rozłożenia na samolocie, unikając fałd lub pęknięć. Dlatego obraz z niego nie może być wyświetlany bez zniekształceń.
Metody uzyskiwania projekcji
Studiując rzuty map, ich rodzaje i właściwości, należy wspomnieć o sposobach ich budowy. Tak więc odwzorowanie mapy uzyskuje się za pomocą dwóch głównych metod:
- geometryczny;
- analityczne.
Metoda geometryczna opiera się na prawach perspektywy liniowej. Nasza planeta jest warunkowo traktowana jako kula o pewnym promieniu i rzutowana na cylindryczną lub stożkową powierzchnię, która może się z nią dotykać lub przecinać.
Uzyskiwane w ten sposób projekcje nazywane są perspektywą. W zależności od położenia punktu obserwacyjnego względem powierzchni Ziemi rzuty perspektywiczne dzielą się na typy:
- gnomoniczny lub centralny (gdy punkt widzenia jest wyrównany ze środkiem kuli ziemskiej);
- stereograficzne (w tym przypadku punkt obserwacyjny znajduje się napowierzchnie odniesienia);
- ortograficzny (gdy powierzchnia jest obserwowana z dowolnego punktu poza kulą Ziemi; projekcja jest budowana przez przeniesienie punktów kuli za pomocą równoległych linii prostopadłych do powierzchni wyświetlacza).
Analityczna metoda konstruowania odwzorowań map opiera się na wyrażeniach matematycznych łączących punkty na sferze odniesienia i płaszczyźnie wyświetlania. Ta metoda jest bardziej wszechstronna i elastyczna, umożliwiając tworzenie dowolnych projekcji zgodnie z wcześniej ustalonym charakterem zniekształcenia.
Rodzaje odwzorowań map w geografii
Do tworzenia map geograficznych używa się wielu typów odwzorowań Ziemi. Są klasyfikowane według różnych kryteriów. W Rosji stosowana jest klasyfikacja Kavraysky, która wykorzystuje cztery kryteria określające główne typy projekcji kartograficznych. Jako charakterystyczne parametry klasyfikujące stosowane są:
- zniekształcenie znaków;
- forma wyświetlania linii współrzędnych normalnej siatki;
- lokalizacja punktu biegunowego w normalnym układzie współrzędnych;
- jak używać.
Jakie są więc typy odwzorowań map zgodnie z tą klasyfikacją?
Klasyfikacja projekcji
Poniżej znajduje się klasyfikacja typów odwzorowań map z przykładami, w oparciu o powyższe główne kryteria.
Ze względu na charakter zniekształceń
Jak wspomniano powyżej, zniekształcenie jest w rzeczywistości nieodłączną właściwością każdej projekcji Ziemi. Każda charakterystyka może być zniekształconapowierzchnie: długość, powierzchnia lub kąt. W zależności od rodzaju zniekształcenia rozróżniają:
- Projekcje konformalne lub konforemne, w których azymuty i kąty są przenoszone bez zniekształceń. Siatka współrzędnych w rzutach konforemnych jest ortogonalna. Mapy uzyskane w ten sposób zaleca się wykorzystywać do wyznaczania odległości w dowolnym kierunku.
- Rzuty równoważne lub równoważne, w których zachowywana jest skala obszarów, przyjęta jako równa jeden, tj. obszary są wyświetlane bez zniekształceń. Takie mapy służą do porównywania obszarów.
- Rzuty równoodległe lub równoodległe, w konstrukcji których skala jest zachowana w jednym z głównych kierunków, który jest traktowany jako jeden.
- Dowolne projekcje, na których mogą występować wszelkiego rodzaju zniekształcenia.
Zgodnie z formą wyświetlania linii współrzędnych normalnej siatki
Ta klasyfikacja jest najbardziej wizualna, a zatem najłatwiejsza do zrozumienia. Należy jednak pamiętać, że to kryterium dotyczy tylko projekcji zorientowanych normalnie na punkt obserwacyjny. Tak więc na podstawie tej charakterystycznej cechy wyróżnia się następujące typy rzutów kartograficznych:
Koło, gdzie równoleżniki i południki są okręgami, a równik i średni południk siatki są liniami prostymi. Takie rzuty służą do zobrazowania powierzchni Ziemi jako całości. Przykładami rzutów kołowych są rzuty konforemne Lagrange'a, a także dowolne rzutowanie Grinten.
Azymut. W tym przypadku paralele reprezentują:w postaci koncentrycznych okręgów, a południki w postaci wiązki prostych linii odbiegających promieniście od środka. Podobny rodzaj projekcji jest używany w pozycji bezpośredniej do wyświetlania biegunów Ziemi z przyległymi terytoriami oraz w pozycji poprzecznej jako mapa półkuli zachodniej i wschodniej, znana wszystkim z lekcji geografii.
Cylindryczny, gdzie południki i równoleżniki są reprezentowane przez linie proste przecinające się normalnie. Terytoria przylegające do równika lub rozciągnięte wzdłuż pewnej standardowej szerokości geograficznej są tutaj wyświetlane z minimalnymi zniekształceniami.
Stożek, reprezentujący rozwinięcie powierzchni bocznej stożka, gdzie linie równoleżników są łukami okręgów o środku w górnej części stożka, a południki są prowadnicami rozchodzącymi się od wierzchołka stożka. Takie projekcje najdokładniej przedstawiają terytoria leżące na średnich szerokościach geograficznych.
Rzuty pseudokoniczne są podobne do projekcji stożkowych, tylko południki w tym przypadku są przedstawione jako zakrzywione linie symetryczne względem prostoliniowego osiowego południka siatki.
Rzuty pseudocylindryczne przypominają tylko te cylindryczne, tylko w przypadku pseudostożkowych południki są przedstawione za pomocą zakrzywionych linii symetrycznych do osiowego południka prostoliniowego. Używany do zobrazowania całej Ziemi (np. eliptyczny, równopowierzchniowy sinusoidalny Mollweide'a)Sanson itp.).
Polikoniczny, gdzie równoleżniki są przedstawione jako okręgi, których środki znajdują się na środkowym południku siatki lub jej kontynuacji, południki mają postać krzywych rozmieszczonych symetrycznie do prostoliniowego południka osiowego.
Według pozycji bieguna w normalnym układzie współrzędnych
- Biegunowy lub normalny - biegun układu współrzędnych jest taki sam jak biegun geograficzny.
- Poprzeczny lub poprzeczny - biegun normalnego układu jest wyrównany z równikiem.
- Pochylony lub ukośny - biegun normalnej siatki współrzędnych może znajdować się w dowolnym punkcie między równikiem a biegunem geograficznym.
Zgodnie z metodą aplikacji
Sposób użycia wyróżnia następujące typy odwzorowań map:
- Solidne - rzutowanie całego terytorium na płaszczyznę odbywa się zgodnie z jednym prawem.
- Wielopasmowy - obszar mapowany jest warunkowo podzielony na kilka stref równoleżnikowych, które są rzutowane na płaszczyznę wyświetlania zgodnie z jednym prawem, ale ze zmianą parametrów dla każdej strefy. Przykładem takiego odwzorowania jest odwzorowanie trapezowe Muflinga, które było używane w ZSRR na mapach wielkoformatowych do 1928 r
- Wieloaspektowy - terytorium jest warunkowo podzielone na kilka stref długości geograficznej, rzutowanie na płaszczyznę odbywa się zgodnie z jednym prawem, ale z różnymi parametrami dla każdej ze stref (na przykład Gauss-Kruger projekcja).
- Kompozyt, gdy jakaś część terytoriumodwzorowane na płaszczyźnie przy użyciu jednej prawidłowości, a pozostałej części terytorium z drugiej.
Zaletą projekcji wielopasmowych i wieloaspektowych jest wysoka dokładność wyświetlania w każdej strefie. Jednak istotną wadą jest brak możliwości uzyskania ciągłego obrazu.
Oczywiście, każda projekcja mapy może być sklasyfikowana przy użyciu każdego z powyższych kryteriów. Tak więc słynna projekcja Merkatora Ziemi jest konforemna (równokątna) i poprzeczna (poprzeczna); Rzut Gaussa-Krugera - konformalny poprzeczny cylindryczny itp.
