Тема 11. Аналіз топографічних карт
Вид заняття: лекція
Час: 2 години
Навчальні питання:
1. Аналіз і оцінка топографічної карти.
2. Читання карти.
3. Основні прийоми використання карт.
4. Географічний опис місцевості.
Література
1. Артамонов Б.Б., Штангрет В.П. Топографія з основами картографії: Навчальний посібник. – Львів: Новий Світ-2000, 2006. –248 с.
2. Грюнберг Г.Ю. Картография с основами топографии. М: – Просвещение, 1991, 367 с.
3. Картография с основами топографии, Часть II. Под. ред. А.В. Гедымина, М: - «Просвещение», 1973, 247 с.
4. Барановський В.А. Екологічна географія і екологічна картографія. – Національна академія наук України. Рада по вивченню продуктивних сил України. Київ: - Фітосоціоцентр. 2001, 250 с.
5. Шмаль С.Г. Військова топографія: Підруч. для слухачів і курсантів вищ. військ. навч. закл. – К.: Вид. ПАЛИВОДА А.В., 2003. – 280 с.
1. Аналіз і оцінка топографічної карти
Виявлення характерних рис карти дає можливість оцінити придатність її використання для рішення якої-небудь конкретної задачі. З цією метою карта попередньо піддається аналізу й оцінці.
Аналіз карти - це процес всебічного розгляду її елементів і властивостей з метою з’ясування ступеня придатності карти до використання з конкретною метою (науково-дослідною, освітньою, практичною та ін.).
Оцінка карти здійснюється на підставі її аналізу і є висновком про якість карти, тобто ступеня задоволення вимог споживачів карти (відповідності цільовому призначенню).
Основні напрямки аналізу якості карти і критерії її оцінки наступні: сучасність, наукова обґрунтованість, фахова спрямованість, повнота, детальність і ймовірність змісту (ступінь відповідності дійсності), доцільність вибору елементів математичної основи, способів картографічного зображення й оснащення, правильність генералізації, досконалість застосованих засобів оформлення (загальна наочність карти, розрізнення позначень, логічні зв’язки знаків, загальне географічне навантаження), геометрична точність положення точок, ліній, контурів.
Аналіз карти включає наступні відомості:
А. Вихідні відомості картографічного видання:
- заголовок (назва) карти;
- підзаголовні дані (відомості, що містять пояснення чи доповнення до заголовка, - зміст, призначення тощо);
- вихідні дані (місце і рік видання, назва видавництва, найменування організації, від імені якої випускається карта);
- особливості оформлення (зокрема, кількість фарб, використаних при печаті).
Б. Математична основа:
- масштаб карти, що аналізується;
- картографічна проекція - її властивості по способу побудови і характеру перекручувань; розміщення ліній чи точок нульових перекручувань; величина; напрямок і розподіл перекручувань; їхні екстремальні значення;
- географічна доцільність вибору проекції (цілісність зображення території, вид картографічної сітки й ін.).
В. Географічний зміст:
- гідрографічні об’єкти: види водяних об’єктів, класифікація по режиму, складу води, господарському значенню, характерні риси гідрографічної мережі, умовні позначки, що відбивають її особливості, характер і ступінь генералізації;
- рельєф: способи відображення, характерні риси кожного (якщо гіпсометричний, то встановити доцільність вибору ступіней шкали висот і глибин);
- рослинність і ґрунти: методи і засоби їхнього відображення, прийнятий класифікація і система умовних знаків, характер і рівень генералізації;
- соціально-економічні об’єкти:
населені пункти: їхня класифікація і генералізація по людності і адміністративній значимості; характерні риси розселення з урахуванням виробничо-функціональних особливостей кожного; положення щодо рельєфу і інших елементів місцевості;
адміністративний розподіл: границі, центри й інші адміністративні дані, характерні риси їхнього добору і відображення;
економіка і культура: типи об’єктів, способи їхнього картографічного зображення, особливостей розміщення, відображення стану і розвитку економічного потенціалу регіону (території);
географія транспорту: види шляхів сполучення, особливості картографічного відображення сухопутного, морського й іншого шляхів сполучення;
- написи: які категорії об’єктів позначені географічними назвами, пояснювальними написами якісної і кількісної характеристик, як використовуються розходження в розмірі, кольорі і характері шрифту в якості картографічних умовних знаків.
Г. Елементи оснащення: легенди, вказівки масштабу, картографічної сітки, рамки, зарамкове оформлення.
Д. Елементи додаткової характеристики території: текстові дані, додаткові (урізні) карти, профілі.
Ж. Компонування карти: аналіз прийнятого на карті розташування території, яка картографується, її границь, середнього меридіану щодо рамки карти, їхня відповідність оптимальному варіанту.
Аналіз тематичної карти можна проводити по вищевикладеній програмі. Варто тільки врахувати, що розгляд пункту В – «Географічний зміст» повинний складатися з двох підрозділів: аналізу географічної основи і аналізу спеціального змісту, що складає тему аналізованої карти.
Завершується аналіз карти оцінкою з висновком про можливість її застосування окремо чи в складі серії карт як засобу для вирішення конкретних задач.
Для оцінки карти бажано залучати додаткові матеріали:
- картографічні - у вигляді карт тієї ж тематики більш великих масштабів для з’ясування рівня генералізації;
- новітні за часом видання карти для визначення фактичної відповідності дійсності;
- текстові дані - описи, статистичні дані, матеріали переписів і ін. (особливо важливо для тематичних карт).
При оцінці карти рекомендується проводити її пробне читання, починаючи з «ключових ділянок» - найбільш характерних і репрезентативних, а також тих територій, що краще знайомі здійснюючому аналіз.
При аналізі серії карт (який здійснюється вивченням кожної карти серії по приведеній вище чи близької до неї по змісту програмі), оцінюється відповідність їхньому призначенню, погодженість по математичній основі, принципам і ступеню генералізації картографічного зображення, змісту й оформленню.
Більш складну задачу представляє аналіз і оцінка географічного атласу, де, крім вивчення серій і груп карт, що формують його зміст, досліджується систематизованість зібраних карт, їхня відповідність призначенню атласу, тематична повнота, внутрішнє єдність і взаємна погодженість карт.
2. Читання карти
Читання карти - це процес відтворення дійсності з комплексу властивостей образно-знакової моделі, якою є карта.
З читання починається будь-яка дія по витягу з карт необхідної інформації незалежно від кінцевої мети її вивчення - від навчання до наукових досліджень і прийняття найважливіших рішень екологічного, економічного чи оборонного характеру.
Безумовно, якість читання карти багато в чому залежить від глибини географічних знань читача. Дані однієї і тієї ж карти будуть інтерпретовані в різному ступені детальності й інформативності школярем, що тільки освоїв ази географічної науки, і досвідченим дослідником, що постійно працює з картами.
Читання карти і читання тексту сильно розрізняються один від одного. Це пояснюється тим, що написи й умовні позначки на карті просторово локалізовані, тим самим їхнє місцезнаходження на карті чітко фіксовано. Це дає можливість не тільки усвідомити зміст відображуваних ними понять, але й одержати уявлення про їхнє розміщення в просторі, у тій час як текстовий опис тих же об’єктів вимагає додаткової словесної прив’язки для їхньої просторової фіксації. Часто конфігурація написів лінійних і площадних географічних об’єктів на карті відповідає їхньої довжини, формі і розміру на земній поверхні, а іноді підкреслює також їхню відмітну характеристику (наприклад, теплі чи холодні морські течії визначаються по кольору напису).
Для виявлення більш «тонких» характеристик досліджуваного явища, читання карти супроводжується застосуванням ряду прийомів роботи з нею різного ступеня складності - від порівняно простого якісного аналізу добільш складного і глибокого кількісного вивчення.
До цих прийомів відносяться:
- опис - метод якісної характеристики відображеного на карті явища, що забезпечує одержання про нього по елементного чи загального уявлення;
- графічні прийоми аналізу карт - дозволяють побудову за їхніми даним двовимірних графіків, діаграм і тривимірних блок-діаграм;
- графоаналітичні прийоми картометрії і морфометрії - забезпечують проведення різного роду вимірів і розрахунків по картах кількісних величин;
- математико-картографічне моделювання - призначене для побудови і вивчення математичних моделей, за даними, що беруться з карт способами математичного аналізу, математичної статистики, теорії інформації тощо.
3. Основні прийоми використання карт
Візуальний аналіз і опис по картах - прийоми, що здавна використовуються при роботі з картою і не втратили своє значення і сьогодні.
Очевидна перевага візуального аналізу й опису по картах перед іншими прийомами полягає в тому, що обоє вони передають загальний, картографічний образ, досліджуваної дійсності, що дозволяє робити узагальнюючі, комплексні висновки. Більшість математизованих прийомів аналізу хоча і дають більш детальну та глибоку характеристику, але, як правило, лише однієї якої-небудь риси досліджуваного явища.
Мета візуального аналізу й опису - виявлення наявності на карті досліджуваних об’єктів і явищ, їхніх властивостей, особливостей їхнього розміщення і взаємозв’язків. Результатом застосування цих прийомів є якісне уявлення про досліджувану дійсність (хоча при візуальному аналізі може бути виявлено також й багато кількісних характеристик).
Візуальний аналіз і опис включає елементи порівняння, а також кількісні показники і завершується оцінкою досліджуваних процесів і явищ з формулюванням висновків. Так, наприклад, опис природних умов по серії карт проводиться за наступною схемою: географічне положення території, її адміністративна приналежність, рельєф, геологічна будова, корисні копалини, гідрографія, клімат, ґрунти, рослинність, тваринний світ, ландшафтні райони (фізико-географічне районування). Опис може супроводжуватися таблицями, графіками і схемами.
Графічні прийоми аналізу карт використовуються для відображення в наочній формі відповідних особливостей явищ, показаних на карті чи на серії карт. До графічних прийомів відноситься побудова двох чи трьохвимірних графіків, профілів і блок-діаграм.
Побудова профілів і розрізів по картах сприяє більш наочному відображенню тільки одного компонента геокомплексу - рельєфу. У навчальній роботі й у наукових дослідженнях часто виникає необхідність зображення взаємозв’язку між декількома явищами, наприклад геологічною будовою, рельєфом, ґрунтами, рослинністю і кліматичними особливостями території.
Природно, що весь цей геокомплекс не можна відобразити на одній картографічній основі. Побудова комплексного профілю по серії топографічних і тематичних карт дозволяє успішно вирішити цю задачу. Правда, при цьому суміщеність явищ здійснюється у вертикальному розрізі, а не в горизонтальній площині, але від цього наочність тільки виграє. Комплексні профілі сприяють з’ясуванню ландшафтної диференціації території, обґрунтованому природному районуванню, виявленню взаємозв’язків і взаємозалежності між компонентами зображених територій.
Блок-діаграма дозволяє одержати тривимірне зображення шляхом сполучення перспективного рисунка якої-небудь поверхні, її подовжнього і поперечного профілів. Блок-діаграми нерідко являють собою прийом графічного відображення результату спільного вивчення карт різного змісту (наприклад, взаємозв’язку між рельєфом, геоморфологічною і геологічною будовою; рельєфом і ґрунтами, водяними масами, глибинними течіями і солоністю води тощо).
З розвитком автоматизації трудомісткі графічні операції по кресленню блок-діаграми всі частіше доручаються автоматичним графобудівникам. У пам’ять ЕОМ фіксують висотні оцінки ряду точок, зняті з карти - джерела, або уздовж ізоліній, або по профілях. Виходячи з цих даних, ЕОМ керує цими креслярськими автоматами. Якщо дані перетворити, то можна блок-діаграму розвертати під різними кутами для вибору оптимального варіанта.
Властивість метричності карт дозволяє вирішувати по ним ряд картометричних і морфометричних задач. До них відносяться: вимір відстаней і довжин ліній будь-якої конфігурації, визначення планових координат точок, визначення аплікат - вертикальних складових явищ (абсолютних і відносних висот, глибин, потужностей і т.п.), обчислення площ, об’ємів, вертикальних і горизонтальних кутів і напрямків.
Багато морфометричних показників є відносними. Вони можуть виражати співвідношення між довжинами і площами, довжинами і висотами, площами і кутами нахилу і т.д. (наприклад, середня висота, середня товщина, середня потужність явища), його щільність (інтенсивність), ступінь розчленованості поверхні (горизонтальної, вертикальної) і її схилів, звивистість ліній, контурів об’єктів, зображених на карті.
Вимір площ. Як відомо, на великомасштабних (топографічних) картах площі вимірюють за допомогою планіметра і палетки. (Планіметр - прилад за допомогою якого здійснюють виміри значних площ по картах. Найбільш розповсюдженим є полярний планіметр).
Вимір об’ємів. Вивчення балансу речовин у природі пов’язано з обчисленням їхніх об’ємів. Наприклад, у геоморфології - визначення об’ємів знесених і відкладених гірських порід, у кліматології - підрахунок обсягу опадів, що випали, у гідрології - обчислення величин стоку на досліджуваній території, об’ємів океанічних впадин і озерних улоговин, запасів води в сніговому покриві, об’ємів льодовиків і т.п. Виміри цих об’ємів виконують за гіпсометричним, батиметричним, гідрологічним, кліматичним і іншим тематичним картам.
Для визначення об’єму будь - якого явища по карті з ізолініями досить розмістити на ній палетку і визначити в центральних точках кожної поділки палетки третьої координати - її висоти, шляхом інтерполяції між ізолініями. Потім отриманий результат помножити на площу, зайняту явищем.
Вимір кутів і напрямків. Розглянемо стисло основні морфометричні показники, деякі з яких мають загальний характер і можуть бути використані при роботі з різними картами.
Середнє значення третьої (вертикальної) координати в системі прямокутних координат (висоти, глибини, товщини, потужності будь-яких явищ) підраховується як середнє арифметичне з ряду висот, глибин і т.д., знятих з карти за ізолініями по сітці рівномірно розташованих точок:
Zср = (Z1 + Z2 + … + Zn) / n (11.1)
Щільність об’єктів чи явищ підраховується за двома показниками.
Перший відображає кількість об’єктів (п), що приходиться на одиницю площі (Р) території, що картографується:
W = n / P (11.2)
Цей показник відображає зустрічаємість явища на карті чи його частоту.
Другий показник дає відношення площі (Р1), займаної якими-небудь об’єктами чи явищами, до загальної площі району (Р2):
Т = (Р1 / Р2) · 100% (11.3)
Доцільно визначати ці показники по природних виділам (ландшафтам, басейнам рік і т.д.), але іноді воліють обчислювати їх по трапеціях, квадратам, шестикутникам та іншим геометричним фігурам. При досить густій мережі осередків можна будувати карти в ізолініях щільності (наприклад, карти щільності населення, густоти річкової мережі).
Розчленовування поверхні. Горизонтальне розчленовування поверхні, зображеної на карті (D), оцінюється сумарною довжиною ліній, що розчленовують, наприклад гідрографічної чи ерозійної мережі (å L), що відносяться на одиницю площі (Р):
D = (å L) / P (11.4)
Горизонтальне розчленовування служить найбільш наочною характеристикою при вивченні схильності території до ерозії.
Схили і кути нахилу поверхонь. Фактичний ухил (i) виражається тангенсом кута нахилу поверхні у визначеній точці карти:
і = tga = (Zi - Zi+1) / l (11.5)
де Zi і Zi+1 значення сусідніх ізоліній, між якими знаходиться точка;
l - закладення в напрямку нормалі до цих ізоліній.
Одержавши тангенс, неважко знайти і кут a. При роботі з тематичними картами (екологічними, кліматичними, гідрологічними й ін.) прийнято говорити не про схил, а про градієнт поверхні, хоча в морфометричномувідношенні ці показники однакові.
Звивистість ліній і контурів. Показник, який найбільш використовується для характеристики відносної звивистості (d), характеризується відношенням довжини лінії з усіма звивинами (l) до довжини плавної що обгинає (S) (рис. 11.1).
Рис. 11.1 - Визначення звивистості незамкнутого контуру:
l - звивиста лінія; S - плавна лінія, що обгинає; d - замикаюча лінія
Якщо всі звивини мають приблизно той самий розмір, тобто немає звивин, що виділяються, з великим чи дрібним радіусом кривизни, то можна використовувати простий показник звивистості (d), що представляє відношення числа звивин (п) до загальної довжини лінії (l):
d = n / l (11.6)
Як відомо, картометрія і морфометрія протягом більш ніж двох сторіч розвивалася стосовно до топографічних карт. Останнім часом картометричні та морфометричні визначення стали здійснюватися також і по тематичних картах, що привело до нового напрямку - тематичної картометрії і морфометрії.
До основних морфометричних характеристик відносяться показники форми, щільності, концентрації об’єктів, глибини і густоти розчленовування. Вони використовуються в практиці сільськогосподарського, цивільного і дорожнього будівництва, а також при плануванні меліоративних і природоохоронних заходів (морфометричні карти рельєфу - схилів місцевості, глибини і густоти розчленовування).
Ландшафтометрія сприяє кількісному вивченню ландшафтної структури місцевості. При цьому оцінюються такі характеристики, як однорідність, диференціація, роздробленість ландшафтів, їхнє взаємне сусідство і близькість.
Порівняно молодий напрямок - медико-географічна морфометрія – яка вивчає по картах явища, що стосуються як природного, так і соціального середовища, визначає форму і структуру нозоареалів (ареалів хвороб, екологічного лиха), природних осередків захворювань і епідемій, характер їхнього територіального поширення й інтенсивність прояву.
Аналіз щільності і сусідства, концентрації і диференціації промислових, сільськогосподарських і транспортних об’єктів (наприклад, інтенсивності виробництва, розораності території, врожайності полів), оцінка рівномірності мереж розселення й обслуговування, рекреаційних і туристських об’єктів складає мету соціально-економічної морфометрії. Тематична «прогнозна» морфометрія є також необхідною складовою частиною обґрунтування будь-яких географічних прогнозів (наприклад, встановлення кількісних змін у ландшафті при будівництві гідроспоруд: розміри площ затоплення, осушення, засолення ґрунтів, зміни структури гідро мережі, розвитку овражності тощо).
Поняття про математико-картографічне моделювання
Картографічне зображення по своїх властивостях відкриває великі можливості для математичного аналізу. Зображення якого-небудь явища на карті можна розглядати як функцію Z = F(х, у), тобто кожній точці карти з координатами х и у відповідає тільки одне значення явища Z, що картографується. Ряд явищ, відображених на картах, можуть бути зв'язані між собою функціональними чи статистичними залежностями, інші можуть розглядатися як функції простору і часу. Для дослідження цих складних і різноманітних залежностей застосовують формальний математичний апарат з метою звільнитися від малоістотних подробиць, замінити складні і невідомі функції більш відомими і простими, тобто вирішити задачі з певними обмеженнями.
Суть математико-картографічного моделювання полягає в заглибленому дослідженні різнорідної і різноманітної просторово-тимчасової інформації шляхом створення математичних моделей чи явищ процесів за даними, знятими з карт.
Наступне перетворення математичної моделі в картографічну дозволяє наочно і поетапно бачити проміжні і кінцеві результати дослідження, судити про точність математичного моделювання і його правдивої географічної інтерпретації. Таким чином, складається ланцюжок: карта - математична модель - карта. Третя ланка ланцюжка - карта - є підсумком відображення створеної математичної моделі, досліджуваного процесу чи явища, що полегшує розуміння досліджуваної просторово-тимчасової інформації.
4. Географічний опис місцевості
Географічний опис місцевості складається на основі її попереднього вивчення по карті, що супроводжується (при необхідності) різними вимірами й обчисленнями.
Звичайний опис будується за схемою: перша частина - загальна характеристика місцевості, друга частина - конкретний опис кожного елемента місцевості, важливого для даного напрямку дослідження. Основний принцип опису - від загального до часткового. Характеристика місцевості повинна бути конкретною й по можливості стислою. Для вказівки, положення об’єктів на карті даються їхні скорочені координати. Подібні об’єкти поєднуються в групи й описуються в цілому, але із вказівкою відмінних рис.
Опис включає наступні розділи:
1) дані про карту (номенклатура, масштаб, рік видання й ін.);
2) опис меж досліджуваної ділянки (географічні або прямокутні координати точок, через які вони проведені), геодезичної основи (види опорних пунктів, їхня кількість);
3) загальна характеристика району (тип рельєфу, основні населені пункти, головні шляхи сполучення, залесенность і ін.);
4) рельєф ділянки (форми рельєфу, займана ними площа, довжина, оцінки абсолютних і відносних висот, головні вододіли, форма й крутість схилів, наявність ярів, обривів, вимоїн із вказівкою їхньої довжини й глибини, штучні форми рельєфу й ін.);
5) гідрографія (назви окремих об’єктів; довжина, ширина, глибина, напрямок і швидкість плину рік, ухил, характер берегів, заплави, транспортне значення, наявність гідротехнічних споруд і ін.; площа, характер берегової лінії, якість води й інші характеристики озер; канали, канави, джерела, колодязі і їхня характеристика);
6) рослинність (тип, склад порід, займана площа, характер розміщення);
7) населені пункти (назва, тип, населеність, адміністративне значення, структура й планування, об’єкти промисловості, комунального господарства, зв’язку й ін.);
8) дорожня мережа (тип; для автомобільних доріг - характер покриття, ширина й ін.; для залізниць - кількість шляхів, вид тяги, назва станцій, вокзалів і ін.; споруди на дорогах і т.д.);
9) інші елементи місцевості: межі, ґрунти й т.д.
Опис, складений по топографічній карті, може бути доповнено даними про природу (кліматі, його особливостях) і господарському розвитку району (економіці, трудових ресурсах і ін.), отриманими з інших джерел.
Курс «Топографія з основами картографії»