Введение. Общие сведения о топографической карте
Земную поверхность изображают путем проектирования на плоскость, с последующим уменьшением в виде карт и планов.
Изображение на плоскости (на бумаге) земной поверхности с находящимися на ней объектами естественного и искусственного происхождения в уменьшенном виде называют картой. Число, показывающее во сколько раз уменьшены горизонтальные отрезки местности при изображении их на картах, называется масштабом и обозначается 1:М.
Карты Земли называют географическими. Из многообразия географических карт выделяют топографические, предназначенные для широкого круга пользователей. Отличительными особенностями топографических карт являются подробность, детальность и точность изображения элементов ситуации и рельефа местности, соответствующими масштабу, а также достоверность сведений, отображенных на определенную дату. (Ситуация – все, что расположено на земной поверхности, а рельеф – совокупность ее неровностей). Это позволяет определять по ним количественные и качественные характеристики объектов и другие сведения. Элементы ситуации изображаются условными знаками, подписями собственных названий и пояснительными подписями, а рельеф – горизонталями, условными знаками и подписями отметок горизонталей и характерных точек ситуации и рельефа (горизонталь – замкнутая кривая линия, проходящая через точки с равными высотами). Для наглядности и лучшего восприятия площади отдельных элементов выделяют цветом: водной поверхности – оттенками синего; растительности (лес, кустарники) – зеленым; шоссейных дорог – оранжевым; горизонтали и условные знаки рельефа показываются коричневым, а остальное содержание и рамочные, зарамочные надписи изображают черным цветом.
В нашей стране топографические карты создаются в установленных законом масштабах с коэффициентом перехода от одного масштаба к другому 2 или 2,5 и образуют масштабный ряд карт: 1:1000000, 1:500000, 1:200000, 1:100000, 1:50000, 1:25000, 1:10000 и планов 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500, а на отдельные участки – 1:200. Карты и планы создают отдельными листами, формат которых удобен для практического пользования (от 60х60см до 80х80см), но изображенная на них территория не одинакова, зависит от масштаба.
Планы создают ортогональным проектированием на горизонтальную плоскость небольших участков местности площадью до 400 кв.км, без учета кривизны поверхности Земли, в местной системе координат.
Карты создаются на значительные участки земной поверхности с учетом сферичности Земли, в картографических проекциях. В России топографические карты создают в равноугольной поперечной цилиндрической проекции и соответствующей ей зональной системе плоских прямоугольных координат Гаусса-Крюгера. Зоной называется часть земной поверхности, ограниченная меридианами с разностью долгот 6 градусов. В каждой зоне за оси зональной системы прямоугольных координат принимают прямолинейные изображения среднего меридиана зоны и экватора с началом в точке их пересечения. Средний меридиан зоны совмещают с осью Х, поэтому его называют осевым. Положительное направление оси Х на север, а оси Y – на восток. Территория России расположена в Северном полушарии, поэтому все абсциссы положительные. Ординаты всех точек к западу от осевого меридиана отрицательные. Поскольку отрицательными числами пользоваться неудобно, то в каждой зоне ординату начала координат принимают равной 500 км, а не 0. Таким образом, ординаты точек, расположенных к западу от осевого меридиана, имеют значения меньше 500 км, а к востоку – больше 500 км, их называют преобразованными. Для удобства пользования плоскими прямоугольными координатами на листах карт масштабов 1:200000 и крупнее наносят сетку квадратов через 2, 4 или 10 см, которая называется координатной или километровой сеткой, потому что на картах масштабов 1:10000, 1:25000 и 1:50000 стороны квадратов на местности соответствуют 1 км (в масштабах 1:100000 – 2 км, 1: 200000 – 4 км). Стороны квадратов параллельны осям Х и Y зональной системы координат, их называют координатными линиями. Значения прямоугольных координат координатных линий относительно начала координат в километрах подписываются между внутренней и внешней рамками листа: у горизонтальных линий – абсциссы Х (расстояния от начала координат до пересечения линии с осью Х), а у вертикальных линий – ординаты Y от сдвинутого начала. При этом в значении ординаты указывается также и номер зоны: собственно ординатой являются три последние цифры числа, а одна или две первые – номер шестиградусной зоны. По значению ординаты можно определить расстояние от точки до осевого меридиана зоны, т.е. непреобразованную ординату, вычтя 500 км, а по знаку – в какой половине зоны – западной ( - )или восточной (+) – расположен лист карты.
Координатная сетка служит для определения прямоугольных координат точек и нанесения точек по известным их координатам, а также для определения углов ориентирования.
Изображенную на картах территорию ограничивают отрезки дуг параллелей и меридианов, они проводятся тонкими прямыми линиями (на картах масштабов 1:200000 и мельче параллели изображают дугами окружностей) и называются внутренней рамкой листа. Она имеет вид трапеции, северная сторона которой короче южной. На расстоянии 1см от нее проводят внешнюю рамку утолщенной линией.
На топографических картах географическая система координат представлена подписанными значениями широт и долгот (в градусах, минутах и секундах) углов внутренней рамки листа, которые являются точками пересечения параллелей и меридианов.
Географической широтой точки называется угол φ между отвесной линией, проходящей через эту точку, и плоскостью экватора. Этот угол измеряется от плоскости экватора к северу и югу в зависимости от того, в каком полушарии находится заданная точка. В Северном полушарии широта называется северной, в Южном – южной. Величина угла φ может изменяться от 0º на экваторе до 90º на полюсах. Широта измеряется дугой меридиана от экватора до точки.
Географической долготой точки называется двугранный угол λ между плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана данной точки. За начальный принят меридиан, проходящий через астрономическую обсерваторию в Гринвиче вблизи Лондона (Гринвичский меридиан). Счет долгот ведется от Гринвичского меридиана к востоку (восточная) и западу (западная) от 0º до 180º. Долгота измеряется дугой экватора или дугой параллели, на которой находится точка.
Широты всех точек на каждой параллели и долготы всех точек на каждом меридиане имеют одинаковые значения.
Южная и северная стороны рамки листа карты параллельны экватору (параллели), а западная и восточная – совпадают с истинными (географическими) меридианами. Географические координаты подписывают в углах листа карты между внутренней и внешней рамкой. Значения широт подписывают у продолжений горизонтальных сторон внутренней рамки – градусы над линиями, а минуты и их доли – под ними. Значения долгот подписывают у продолжений вертикальных сторон внутренней рамки - слева от линии градусы, а справа – минуты и их доли.
Для приближенногоя определения по карте географических координат вдоль внешней рамки нанесена минутная шкала в виде двойной линии и чередующихся на ней светлых и темных полос, изображающих целые минуты или их доли, ограниченных поперечными черточками (перегородками). Минутные отрезки разделены точками на десятисекундные интервалы между шкалой и внешней рамкой. Соединив точки с одноименными значениями минут или секунд на северной и южной сторонах рамки, получают направление истинного (географического) меридиана данной долготы, а точек на западной и восточной сторонах – параллели.
Разности широт северной и южной сторон рамки Δφ и долгот восточной и западной ее сторон Δλ называются размерами листа карты.
Для определения высот точек относительно принятого начала счета высот на картах подписывают отметки высот некоторых горизонталей и отдельных точек. Для лучшего восприятия и чтения рельефа выделяют утолщением горизонтали, кратные четырем, пяти или десяти высотам их сечения, начиная с нулевой и на некоторых горизонталях показывают направление понижения ската короткими штрихами (бергштрихи) коричневого цвета. Кроме того, отметки горизонталей подписывают так, чтобы верх цифр был направлен вверх по склону, а основания цифр – вниз по склону. Это облегчает определение отметок каждой горизонтали и отметки любой точки, расположенной между горизонталями.
Сведения, размещенные за внешней рамкой, называются зарамочными подписями или зарамочным оформлением.
Над северной стороной рамки помещается номенклатура листа карты, обозначающая местоположение его на поверхности Земли, в принятой системе обозначений. Под южной стороной внешней рамки подписаны: посередине – числовой масштаб, под ним – линейный, ниже – именованный, ниже его - высота сечения рельефа горизонталями и система высот.
Под юго-западным углом внешней рамки в легенде (пояснении) приводятся сведения: сближение меридианов, склонение магнитной стрелки на год его определения и его годовое изменение; схема взаимного расположения истинного, магнитного меридианов и осевого меридиана зоны; в правой половине листа карты – график заложений для уклонов, год создания и др. сведения. Оформление рамки показано на рис.2.
Чтобы в полной мере использовать обширную информацию об изображенной на картах местности, необходимо знать методы их создания, требования к ним, условные знаки, уметь читать их и определять различные данные, необходимые при разработке проектов строительства разнообразных сооружений и для других целей. Наиболее распространенными задачами, решаемыми по картам, являются следующие:
1. Определение расстояний между точками.
2. Определение географических и прямоугольных координат точек.
3. Определение высот точек по горизонталям.
4. Определение углов ориентирования.
5. Решение прямой и обратной геодезических задач.
6 Определение крутизны ската.
7. Построение профиля местности по заданному направлению.
8. Построение линии с заданным уклоном
9. Определение площадей участков
10.Определение водосборной площади (границ бассейна).
11 Определение объемов земляных масс.
12. Ориентирование карт на местности.
13. Изучение разграфки и номенклатуры топографических карт и планов.
В методических указаниях даны задания и рекомендации по их выполнению. Для выполнения заданий потребуются: металлическая линейка с миллиметровыми делениями, прямоугольный треугольник, циркуль-измеритель, транспортир круглый, бумага писчая и миллиметровая, микрокалькулятор с тригонометрическими функциями, карандаши простые большой твердости 4Т–6Т, тушь черная и коричневая, тетрадь в клетку объемом 18 листов.
Задания выполняются с использованием карты масштаба 1:10000 или копии с нее и оформляются в «Тетради для лабораторных работ». Выполненные и надлежаще оформленные работы подлежат защите. В конце методических указаний приведены вопросы для самопроверки. При защите работ должны даваться ответы на вопросы по теории соответствующего раздела дисциплины Инженерная геодезия.