Сущность проекции Гаусса-Крюгера и использование ее в геодезии

В проекции Гаусса-Крюгера вся поверхность Земли условно разделена на 6⁰ зон меридианами, проведенными через 6⁰; форма зоны - сферический двуугольник (рис.1.9); счет зон ведется от Гринвичского меридиана на восток. Средний меридиан зоны называется осевым; долгота осевого меридиана L₀ любой зоны в восточном полушарии подсчитывается по формуле:

L₀=6⁰∙n - 3⁰ (1.7)

а в западном - по формуле:

L₀=360⁰ - (6⁰∙n - 3⁰),

где n - номер зоны.

Рис.1.9 Рис.1.10

Представим себе, что земной эллипсоид вписан в эллиптический цилиндр. Ось цилиндра расположена в плоскости экватора и проходит через центр эллипсоида (рис.1.10). Цилиндр касается эллипсоида по осевому меридиану данной зоны. Вся поверхность зоны проектируется на поверхность цилиндра нормалями к эллипсоиду так, что изображение малого участка на цилиндре подобно соответствующему участку на эллипсоиде. Такая проекция называется конформной или равноугольной; в ней углы не искажаются, а длины линий искажаются по закону:

(1.8)

где: ΔS - величина искажения линии,

S - длина линии на эллипсоиде,

Y - удаление линии от осевого меридиана,

R - средний по линии радиус кривизны эллипсоида.

Для территории нашей страны искажения длин линий находятся в допустимых пределах для карт масштабов 1/10000 и мельче; для карт масштаба 1/5000 и крупнее приходится применять трехградусные зоны Гаусса.

Поверхность цилиндра разрезается и развертывается на плоскости; при этом осевой меридиан и экватор изображаются в виде двух взаимно перпендикулярных прямых линий. В точку их пересечения помещают начало прямоугольных координат зоны. За ось OX принимают изображение осевого меридиана зоны (положительное направление оси OX - на север), за ось OY принимают изображение экватора (положительное направление оси OY - на восток). При координате Y впереди пишут номер зоны; для исключения ее отрицательных значений условились, что в начале координат значение координаты Y равно 500 км.

Использование проекции Гаусса-Крюгера в геодезии и картографии

см. 8.

План и карта

Уменьшенное изображение на бумаге горизонтальной проекции небольшого участка местности называется планом. На плане местность изображается без заметных искажений, так как небольшой участок поверхности относимости можно принять за плоскость.

Если участок поверхности относимости, на который спроектирована местность, имеет большие размеры, то при изображении его на плоскости неизбежны заметные искажения длин линий, углов, площадей. Просто развернуть на плоскость участок сферы или эллипсоида без разрывов и складок нельзя, поэтому приходится прибегать к помощи математики.

Математически определенный способ изображения поверхности сферы или эллипсоида на плоскости называется картографической проекцией; каждой точке Mo (φ, λ или B, L) изображаемой поверхности соответствует одна точка M (x, y) плоскости. Аналитически картографическая проекция задается двумя уравнениями x = f₁(φ, λ), y = f₂(φ, λ), где f₁ и f₂ - функции независимые, непрерывные, однозначные и конечные.

Картографические проекции классифицируются по:

характеру искажений (равноугольные, равновеликие и произвольные),

виду сетки меридианов и параллелей (азимутальные, цилиндрические, псевдоцилиндрические, конические, псевдоконические, поликонические),

положению полюса сферических координат (нормальные, поперечные, косые).

Картой называется уменьшенное изображение на бумаге горизонтальной проекции участка земной поверхности в принятой картографической проекции, то-есть, с учетом кривизны поверхности относимости. В нашей стране топографические карты составляются в поперечно-цилиндрической равноугольной проекции Гаусса.

Масштабом карты (плана) называется отношение длины отрезка на карте (плане) к горизонтальной проекции соответствующего отрезка на местности.

По своему назначению все географические карты делятся на общегеографические и тематические. На общегеографических картах показывают рельеф, гидрографию, растительный покров, населенные пункты, пути сообщения, различные границы и другие объекты природного, хозяйственного и культурного назначения.

На тематических картах изображают размещение, сочетание и связи различных природных и общественных явлений; известны геологические, климатические, ландшафтные, экологические карты, карты полезных ископаемых, карты размещения производительных сил, карты населения, исторические, учебные, туристические и др.

Крупномасштабные (масштаба 1:1 000 000 и крупнее) общегеографические карты называются топографическими. Они издаются в виде отдельных листов размером примерно 40 см x 40 см.

Рис.1.8

Свойства карты

При всем поразительном разнообразии существующих карт большинству из них присущи некоторые общие черты. Даже контурные карты, максимально разгруженные для того, чтобы учащиеся могли наносить на них дополнительную информацию по своему выбору, обычно имеют градусную сетку координат, масштаб и элементы основы (например, береговые линии). Кроме того, на карты обычно нанесены надписи и условные знаки, и к ним прилагается легенда.

Требования предъявляемые к картам и планам.

1. Точность - это соответствие местоположения очертания и размеров объектов ситуаций рельефа их действительным размерам на местности.

2. Полнота – это возможная подробность и детальное изображение объектов и сведений не затрудняющее чтение карты.

3. Достоверность – соответствие и правдоподобие сведений действительности изображенной на карте.

4. Наглядность – свойства передачи для зрительного восприятия, её характерные черты и особенности.

Классификация карт

Карты подразделяются на группы по ряду признаков – масштабу, тематике, территориальному охвату, проекции и т.д.

Простые охватывают карты поверхности земли, полушарий, материков, по масштабу – крупномасштабные (1/100000 и кр.) среднемасштабные (1/200000,1/500 тыс 1/1 млн) мелкомасштабные (1/1 млн и бл).

По содержанию – общегеографические - отображаются совокупность всех элементов местности. Тематические - основы создания которой является отображаемая конкретная тема.

Топографические карты и планы – назначение – научно-справочные учебные, морская навигация, дорожные, кадастровые, туристские. Топографические карты и планы имеют многоцелевое назначение, поэтому элементы местности на них показываются с одинаковой подробностью.

Крупномасштабные карты являются основными, поскольку предоставляют первичную информацию, используемую при составлении карт средних и мелких масштабов. Наиболее обычными из них являются топографические карты масштаба крупнее 1:250 000.

На современных топографических картах рельеф обычно показывается при помощи изогипс, или горизонталей, которыми соединяются точки, имеющие одинаковую высоту над нулевым уровнем (обычно это уровень моря). Совокупность таких линий дает очень выразительную картину рельефа земной поверхности и позволяет определить следующие характеристики: угол наклона, профиль склона и относительные превышения. Помимо изображения рельефа топографические карты содержат и другую полезную информацию. Обычно на них показывают транспортные магистрали, населенные пункты, политические и административные границы. Набор дополнительной информации (например, распространение лесов, болот, незакрепленные песчаные массивы и пр.) зависит от назначения карт и характерных черт местности.

Как крупномасштабные топографические, так и среднемасштабные карты обычно выпускаются комплектами, каждый из которых отвечает определенным требованиям. Большинство среднемасштабных издается для нужд регионального планирования или навигации. Наибольшим территориальным охватом отличаются среднемасштабные Международная карта мира и аэронавигационные карты США. Оба комплекта карт выпускаются в масштабе 1:1 000 000 – наиболее распространенном для среднемасштабных карт. При подготовке Международной карты мира каждая страна на свою территорию выпускает карты, подготовленные в соответствии с заданными общими требованиями. Эта работа координируется ООН, однако многие карты уже устарели, а другие еще не завершены. Содержание Международной карты мира в основном соответствует содержанию топографических карт, но отличается большей генерализацией. То же самое относится и к аэронавигационным картам мира, но на большинство листов этих карт нанесена дополнительная специальная нагрузка. Аэронавигационные карты покрывают всю сушу. В среднем масштабе составляются также некоторые морские или гидрографические карты, на которых особое внимание уделяется изображению водоемов и береговой линии. Некоторые административные и дорожные карты также имеют средний масштаб. Мелкомасштабные, или обзорные, карты. На картах мелкого масштаба показывается вся поверхность земного шара или значительная ее часть. Трудно точно обозначить границу между мелко- и среднемасштабными картами, однако масштаб 1:10 000 000 определенно относится к обзорным картам. Большинство карт атласов имеет мелкий масштаб, причем тематически они могут быть очень разными. Почти все выше обозначенные группы объектов могут быть отражены и на мелкомасштабных картах при условии достаточной генерализации информации. Кроме того, в мелком масштабе составляются карты распространения различных языков, религий, сельскохозяйственных культур, климатические и т.д. В качестве наглядного примера специальных мелкомасштабных карт, хорошо знакомых миллионам людей, можно указать карты погоды.

Мультипликационные и компьютерные карты. Для мультипликационных карт, которые можно проецировать на телеэкран, вводится четвертая координата – время, позволяющая проследить динамику картографируемого объекта. Компьютерная картография достигла сейчас такой ступени развития, что практически все операции могут выполняться в цифровой форме. В результате существенно облегчается внесение всевозможных исправлений и уточнений. Этот метод создания карт любых типов и масштабов, включая карты-мультипликации, обозначается специальным термином «географические информационные системы» (ГИС).

13. Элементы общегеографической карты

На топографических картах и планах изображают разные объекты местности: контуры населенных пунктов, сады, огороды, реки, озера. Совокупность этих объектов называется ситуацией. Ситуацию изображают условными знаками. Условные знаки делятся на 5 групп: площадные, линейные, внемасштабные, пояснительные, специальные. Площадные условные знаки применяют для заполнения площадей объектов направления: пашни, леса, озера, луга - они состоят из знака границы объекта точечный пунктир и заполняют его изображений или условной окраски. Показывают объекты линейного характера дороги реки длина которых выражается в данном масштабе. На условные изображения приводятся различные характеристики объектов. Внемасштабные условные знаки служат для изображения объектов, размеры которых не выражаются в данном масштабе карты или плана. Они определяют положение, но не размеры. Пояснительные условные знаки представляют собой цифровые и буквенные надписи характеризующие объекты: направление, глубину и скорость течения рек. Их проставляют на основных площадных линейных вне масштабных знаках. Специальные условные знаки устанавливают соответствующие ведомства отраслей народного хозяйства их применяют для составления спец карт и планов этой отрасли. Чтобы придать карте или плану наглядность для изображения различных элементов используют цвета, для рек озер – синий шоссейных дорог – красный.

см. 18