Картография

Презентация «Первая лекция. Картография» Слайды 1-10 ВВЕДЕНИЕ Земля - часть природы, используемая в различных сферах человеческой деятельности. Она представляет собой трехмерный объект, состоящий из компонентов природного комплекса (почв, вод и растительности) и тесно связанный с другими его компонентами. Полезные свойства земли используются в экологической, политической, социальной, экономической и финансовой сферах деятельности. Все эти функции зависят от ее природной составляющей и одинаково необходимы обществу. Земля - постоянное уникальное богатство и ее нельзя использовать однобоко ради временного выигрыша. Поэтому использование земли должно быть комплексным, сбалансированным и бережным. Для того чтобы организовать такое использование земельных ресурсов, необходима система управления, которая по своей структуре, научному, правовому, информационному и технологическому обеспечению соответствовала бы национальной значимости, сложности, функциональному разнообразию объекта, формам земельного устройства и земельных отношений. В связи с этим в системе управления земельными ресурсами обязательно должны быть предусмотрены институты: земельного права, землеустройства, охраны земель, земельного кадастра, оценки земель, мониторинга земель и земельного контроля. В составе научного, информационного и технологического обеспечения системы важные место и ведущую роль отводят картографированию земельного комплекса, других природных компонентов и ресурсов, различных видов недвижимого имущества, а также отношений субъектов с ними связанных. Слайд 11 Карты, планы, схемы как напечатанные, так и электронные их аналоги, наиболее адекватно отображают указанные объекты, наиболее приемлемы для получения объективной информации и знаний, для обоснования принимаемых решений в качестве удостоверяющих документов, эффективны для исследований и разнообразной обработки пространственных данных. Использование различных карт в мероприятиях по обеспечению управления земельными ресурсами может быть различно. Они могут выполнять роли исходного материала, средства проведения работ, результата выполненных работ, экспертного документа , формы хранения информации и некоторые другие. Многие мероприятия требуют безусловного применения картографических произведений. К таким работам можно отнести: - обследование земель (топографо-геодезические, почвенные, геоморфологические, мелиоративные и др.); - мониторинг земель; - инвентаризация земель; - учет земельного фонда; - межевание земель; - кадастровое деление территории; 1 территориальное зонирование земель; природно-хозяйственное и экологическое районирование земель; оценочное районирование земель; стоимостная оценка земель; ведение земельного кадастра; разработка прогнозов, программ и схем использования и охраны земель; формирование новых и упорядочение существующих землепользователей и землевладений; - отвод земельных участков; - обоснование и установление границ (административных образований, территориальных зон, сельских населенных пунктов); - внутрихозяйственное землеустройство; - разработка проектов использования и охраны земель; - контроль за соблюдением земельного законодательства, охраной и использования земель; - туризм и прочее. В массиве карт, предназначенных для проведения указанных мероприятий, принимают участие различные по содержанию, назначению, масштабу, территориальному охвату, степени детальности и обобщению виды карт, которые при своем создании требуют применение различных методов, технологий и оборудования. Первичные детальные карты создаются по результатам геодезической съемки и дистанционного зондирования, а также по результатам многочисленных специальных обследований. Обзорные и специальные карты могут создаваться как с применением космо- и аэроснимков, включая методы их обработки. Для создания различных тематических карт используется картографический метод исследований. Внедрение новых компьютерных технологий, географических информационных систем (ГИС) с мощной развитой периферией позволяют говорить о приоритетной роли картографии в мониторинге происходящих изменений на Земле посредством геоинформации. В данном учебном пособии в первой его части рассматриваются вопросы общей картографии, приводятся основные понятия , определения и технологии из классической картографии. Вторая часть посвящена вопросам применения географических информационных систем (ГИС) при создании цифровых кадастровых карт. - 2 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КАРТОГРАФИИ Слайд 12 Картография – это наука о картах как особом способе изображения действительности, их создании и использовании. Такое определение принято Международной картографической ассоциацией. Картография - наука об отображении и исследовании явлений природы и общества, их связей и динамики, посредством картографического изображения. Слайд 13 Картография существует в трех формах: - наука; - техника; - отрасль производства. Разные типы и виды карт необходимы во многих областях человеческой деятельности. В промышленности и на транспорте, в сельском хозяйстве и культурном строительстве они является не только необходимым, а очень часто и незаменимым средством для выполнения комплекса работ. Карты необходимы для изыскания новых дорог и линий электропередач; освоение недр и месторождений полезных ископаемых начинаются с изучения местности по картам, при строительстве городов и сел, мелиорации, при навигации и аэронавигации, изучении земельных ресурсов и их оценке, проведении работ по землеустройству и земельному кадастру, в военном деле. Кроме непосредственного обслуживания народнохозяйственных нужд географические и другие карты дают возможность изучать Землю в геологическом, почвенном, ботаническом, демографическом и других отношениях, прогнозировать различные природные явления и ситуации. Важной чертой современной картографии является интенсивное развитие ее познавательных функций как средства исследования объективного мира и приобретения новых знаний. Вопросами изучения карт, методами их создания и использования занимается наука картография. Государственный стандарт картографических терминов определяет: «Картография - область науки, техники и производства, охватывающая изучение, создание и использование картографических произведений». Слайд 14 Окончательное определение… Слайд 15 Теоретическая концепция КАРТОГРАФИИ — это определенная система взглядов на предмет и метод картографии. В ней отражается уровень понимания и истолкования процессов, определяющих развитие картографической науки и производства на данном этапе. Слайд 16 Содержание каждой науки включает две взаимосвязанные стороны познания: предмет и метод. Предмет познания в картографии излагается своим графическим языком в виде карты – образно-знаковой модели реальной действительности. Слайд 17 В настоящее время в картографии оформилось несколько теоретических концепций: • познавательная или модельно-познавательная; 3 коммуникативная; Познавательная, или модельно-познавательная, концепция рассматривает картографию как науку о познании действительности посредством картографического моделирования, а саму карту — как модель действительности. Коммуникативная концепция — в ней картография предстает как наука о передаче пространственной информации, а карта — как канал информации, средство коммуникации. Слайд 18 - языковая (картоязыковая); - геоинформационная. Слайд 19 Карта предстает как образно-знаковая геоинформационная модель действительности, иначе говоря, она одновременно и инструмент познания, и способ аналогового моделирования действительности, и средство передачи информации в цифровой форме. С развитием компьютерной техники и технологий расшириряется представление о картографии и в ее интересы входит не только создание электронных карт, но и формирование баз и банков цифровой картографической информации. • Слайд 20 Современная картография представляет собой разветвленную систему научных дисциплин и технических отраслей. Одни из них имеют многовековую историю, другие сформировались сравнительно недавно, третьи находятся еще в стадии становления. Слайд 21 1.1.Структура картографии Картография объединяет ряд научных дисциплин (рис.1): картоведение (учение о карте) - изучает и разрабатывает виды и свойства географических карт, историю их создания и использования. математическая картография - изучает и разрабатывает математические способы изображения на плоскости поверхности Земли, других планет, теорию картографических проекций. картометрия - изучает и разрабатывает способы измерения по картам различных объектов для определения их количественных характеристик (координаты, расстояния, высоты, площади, объемы, углы наклона, превышения и т.д.) и проводит оценку этих измерений. проектирование и составление карт - изучает и разрабатывает проекты карт, методы их создания, основные принципы редакционного руководства на всех стадиях создания карт. оформление (дизайн) карт - изучение и разработка способов и средств красочного и графического оформления карт и подготовки их к изданию. издание карт - разработка способов воспроизведения и тиражирования картографических произведений. 4 экономика и организация картографического производства – занимается экономическими вопросами картографического производства и оптимальной (рациональной) его организации. история картографии изучает историю идей, представлений, методов картографии, развитие картографического производства, старинные картографические произведения. Картографическое источниковедение разрабатывает методы систематизации картографических источников, необходимых для создания карт. - Картоведение Математическая картография Проектирование и составление карт Оформление карт или (картдизайн) Издание карт Картографическая семиотика Картографическая топонимика Картографическая информатика и др. Рис.1 Структура картографии Слайд 22 Связь картографии с другими науками (дисциплинами) Современная картография имеет прочные двухсторонние контакты со многими философскими, естественными и техническими науками и научными дисциплинами. Современная картография имеет прочные двухсторонние контакты со многими философскими, естественными и техническими науками и научными дисциплинами. Слайд 23 Картография по своей структуре тесно связана с целым рядом гуманитарных, математических и технических наук: геодезия, астрономия, топография, география , история, полиграфия, математика, фотограмметрия и дистанционное зондирование, информатика и компьютерная графика, приборостроение и материаловедение, и другие. Слайд 24 Геодезия поставляет картографам точные данные о форме, размерах и гравитационном поле Земли, координаты геодезических опорных пунктов. 5 Топография - дает первичные картографические источники - крупномасштабные топографические карты, которые служат исходным материалом для создания всех географических карт. География - объясняет сущность природных и социально - экономических явлений, их происхождение, взаимосвязь и распространение на земной поверхности. От полиграфии - картография заимствует способы изготовления печатных форм и тиражирования карт. Со времени зарождения картографии математика лежит в ее основе, математическую картографию можно рассматривать как сугубо математическую дисциплину. Внедрение в картографию компьютерной техники позволило вести разработку новых типов карт, рассчитывать сложнейшие проекции, обогатило картографию новыми способами исследования карт с привлечением аппарата математической статистики, позволило в значительной степени автоматизировать трудоемкий процесс создания карт. Слайд 25 Фотограмметрия разрабатывает методы определения положения, размеров и формы объектов земной поверхности по материалам аэрокосмических съемок. Аэрофотосъемка в настоящее время позволяет получить карту, по точности превосходящую аналогичные произведения, полученные наземным путем, кроме того, свести до минимума наземные геодезические и топографические работы. Слайд 26 В развитии современной картографии является геоинформационное картографирование – автоматизированное создание и использование карт на основе ГИС (геоинформационных систем), баз картографических данных и знаний. ИТАК, Кары всегда были и остаются востребованными для выполнения по ним следующих операций: - общее знакомство с местностью, районом, страной, материком, их изучение по картам без посещения в натуре; - применение в качестве путеводителя (туризм, авиация, мореплавание и т.д.); - использование в качестве основы для инженерного использования транспортного, энергетического, промышленного, сельскохозяйственного, для целей районной планировки, строительства; - изыскание и перенос проектов в натуру; - использование в военном деле; - изучение и рациональное использование природных (в том числе земельных) ресурсов и охрана окружающей среды; - комплексное и рациональное развитие экономических районов; использование в качестве информационной основы при ведении работ по землеустройству и земельному кадастру. 6 Презентация «Вторая лекция. Картография» Слайд 1 1.2. Географическая карта, свойства и основные элементы Слайд 2 Географическая карта (БЕРЛЯНТ) .... Стандарт картографических терминов определяет: «Карта - есть уменьшенное, построенное в картографической проекции, обобщенное изображение поверхности Земли, поверхности другого небесного тела или внеземного пространства, показывающее расположенные на них объекты в определенной системе условных знаков». Слайд 3 Картосемиотика - новое направление в картографии, интегральная отрасль знаний, изучающая разнообразные картосемиотические модели с целью приобретения новых пространственно-временных знаний или ревитализации (омоложения) забытой пространственной информации – картдисциплина, разрабатывающая язык карты, теорию, методы построения и использования СКУЗ, правила их употребления на картах разного назначения и тематики. Именно с точки зрения картосемиотики мы рассмотрим дошедшие до наших дней различные изображения Земли (и не только), определяя их как «карта» с точки зрения картосемиотики. Далее ИСТОРИЯ КАРТОГРАФИИ 7 Слайд 21 В России изначально карта называлась «чертежом», что означало изображение местности чертами, черчением, и лишь в эпоху Петра I появился термин «ландкарты», а потом «карты». В словаре В.Даля (1881) карта определяется как «чертеж какой-либо части земли, моря, тверди небесной». Слайд 22 Международный Многоязычный словарь технических терминов картографии (1973) даёт следующее определение карты: уменьшенное, обобщённое изображение поверхности Земли, других небесных тел или небесной сферы, построенное по математическому закону на плоскости и показывающее посредством условных знаков размещение и свойства объектов, связанных с этими поверхностями. Наиболее общее и традиционное определение: Слайд 23 Карта - это математически определённое, уменьшенное, генерализованное изображение поверхности Земли, другого небесного тела или космического пространства, показывающее расположение или спроецированные на них объекты в принятой системе условных знаков. Слайд 24 В этом, может быть не совсем безупречном определении, подчеркиваются её основные свойства: 1. Математический закон построения. Это свойство проявляется в геометрическом подобии размеров и форм поверхности Земли и картографируемых объектов, т.е. изображение на карте построено в определенной масштабности и по определенному математическому закону. 2. Знаковость картографического изображения проявляется в том, что графический образ объектов и явлений строится с помощью условных обозначений и специальных способов изображения. 3. Генерализованность содержания карты, т.е. отбор и обобщение объектов картографирования их качественных и количественных характеристик, переход от индивидуальных понятий к собирательным, обобщающим, устранение мелких и второстепенных объектов и явлений. Слайд 25 4. Наглядность – это возможность удобного и быстрого обзора обширных пространств, зрительного восприятия пространственных форм, размеров, размещения и связей объектов. 8 5.Измеримость – возможность проведения различных измерений по карте, определения всевозможных количественных характеристик объектов (расстояний, превышений, углов, площадей и т.д.). 6.Многообразие картографических произведений (общегеографические, тематические, специальные). На карте можно показать любое явление и объект, имеющие пространственное распространение. С помощью карт можно судить о реальности, заглянуть в прошлое, представит будущее. Математически определенное построение карт предусматривает установление строгой функциональной зависимости между географическими и прямоугольными координатами одноименных точек на местности и карте. Такое построение как бы включает два действия для перехода от физической поверхности Земли к ее изображению на плоскости. Одно из них состоит в проектировании земной поверхности на математическую поверхность Земли - геоид. Это проектирование осуществляется ортогонально, отвесными линиями, перпендикулярными математической поверхности. Но вследствие своей сложности геоид в картографии заменяется на весьма близкую по форме поверхность эллипсоида вращения, т.е. фигуры, полученной вращением эллипса вокруг его малой оси. Именно относительно этого эллипсоида выполняются все геодезические вычисления и рассчитываются картографические проекции. Другое действие заключаются в изображении поверхности эллипсоида на плоскости. Развернуть поверхность эллипсоида на плоскости без складок и разрывов невозможно, т.е. будут иметь место различного рода деформации, которые в картографии называются искажениями. Переход от эллипсоида к плоскости осуществляется при помощи картографических проекций, выражающих связь между координатами точек на земной поверхности и координатами этих же точек на плоскости (листе карты). Когда такая зависимость известна, можно учитывать искажения плоского изображения и, следовательно, определять по карте с необходимой точностью действительные расстояния, площади, углы, то есть получать по картам правильные данные о местоположении, размерах и очертаниях изображенных объектов. Использование картографических условных знаков становится очевидно выгодным при сравнении карты с аэрофотоснимком той же местности. Первоначальное впечатление может оказаться неблагоприятным для карты. Действительно, аэрофотоснимок позволяет увидеть истинную картину земной поверхности, на карте же она заменяется системой знаков, которые как бы стирают многие индивидуальные черты объектов местности и тем самым обедняют изображение. Однако, можно отметить, что использование картографических знаков позволяет: 1. Сильно уменьшать изображение, чтобы одним взглядом охватить значительную часть земной поверхности или же всю планету в целом, воспроизводя при этом те объекты, которые в силу уменьшения не выражаются в мас9 штабе карты. На аэрофотоснимках же, по мере уменьшения масштаба, детали оказываются трудно различимы, а затем теряются вовсе. 2. показывать на карте рельеф местности, например при помощи горизонталей. 3. показывать не только внешний вид объекта, но и указывать на его внутренние свойства, например, давать качественные характеристики сельскохозяйственным угодьям, показывать температуру и соленость воды, высоту и породу деревьев в лесных массивах и многое другое. 4. показывать распространение явлений, не воспринимаемых нашими органами чувств, например магнитное склонение, величины искажений и т.п. 5. исключать малозначимые стороны объектов и выделять их общие и существенные признаки. При этом весьма важен процесс отбора и обобщения изображаемых явлений, процесс, который называют картографической генерализацией. Генерализация сохраняет на карте лишь те явления, которые важны в практическом или теоретическом смысле, она сосредотачивает внимание на передаче наиболее существенных черт отображаемого явления, прежде всего исходя их назначения карты. Она позволяет отличать на картах главное от второстепенного, находить в единичных свойствах общие закономерности. Изучение и разработка карт требует аналитического к ним подхода, расчленения их на составляющие элементы, умения понять их смысл, определить их место, увидеть их связь между собой. Слайд 26 Элементы карты. В карте различают картографическое изображение, математическую основу, вспомогательное оснащение и дополнительные данные. Математическая основа включает геодезическую основу, масштаб, проекцию, а для топографических карт еще и разграфку и номенклатуру. Геодезическая основа представляет собой систему точек на поверхности Земли, положение которых точно определено в системе координат как в плоскости, так и по высоте. С помощью таких точек можно перейти от топографической поверхности к теоретической поверхности земного эллипсоида. Масштаб позволяет уменьшить этот эллипсоид до определенных обозримых размеров, удобных и необходимых для его видения (например, до определенных размеров глобуса). Проекция дает возможность развернуть этот глобус в плоскость (карту) и строить на ней изображение в различных понятных знаках, т.е. некую образнознаковую модель. На мелкомасштабных картах элементы геодезической основы не показываются. С математической основой тесно связана и компоновка карты, т.е. взаимное размещение в пределах рамки самой изображаемой территории, названия карты, легенды, дополнительных карт-врезок. Картографическое изображение представляет собой объекты и явления действительности, выполненное по определенным правилам и законам. К нему относятся: объекты гидрогафической сети и сооружения на них (береговая линия морей и озер, реки, родники, шлюзы, плотины и др.); населенные пункты, подразделенные по административному значению (столицы, цкнтры), коли7 честву жителей и типу поселения (города, поселки городского типа, сельские населенные пункты); дорожная сеть (со своей классификацией); рельеф; растительность и грунты (леса, кустарники, луговая растительность и проч.), границы; ландшафты; геологическое строение и т.д. Вспомогательное оснащение позволяет читать карту. Представляет собой пояснение к ее изображению, таблицу условных знаков (легенда карты). Для топографических карт составлены единые специальные таблицы условных обозначений. На тематических картах легенду отображают на самом листе карты. Для повышения информативности легенда сложных тематических карт (геологические, почвенные) строится в табличной форме. Легенда карты содержит разъяснение, истолкование знаков и отражает логическую основу картографируемого объекта. Важнейший элемент всякой карты - легенда, т.е. система использования на ней условных обозначений и текстовых пояснений к ним. Для топографических карт составлены специальные таблицы условных знаков. Они стандартизированы и обязательны к применению на всех картах соответствующего масштаба. На большинстве тематических карт обозначения не унифицированы, поэтому легенду размещают на самом листе карты. Она содержит разъяснения, истолкования значков, отражает логическую основу и иерархическую соподчинённость картографируемых явлений. Последовательность обозначений, их взаимное соподчинение в легенде, подбор цветовой гаммы, штриховых элементов и шрифтов - всё это подчинено логике классификации изображаемого объекта или процесса. На сложных картах для повышения информативности легенды её иногда представляют в табличной (матричной) форме. Тогда по строкам легенды даётся один показатель (например, генетическая характеристика объекта), а по столбцам - другой (например, морфологические особенности этого объекта). Дополнительные данные могут быть на различного типа картах и являются дополнительной информацией к пониманию той темы, которую она раскрывает (графики, профили, фотографии и рисунки, таблицы, диаграммы и проч.). С позиций теории познания карта рассматривается как пространственная, математически определенная и генерализованная образно-знаковая модель действительности. Как модель она служит средством познания объектов, явлений и процессов на ней изображенных. 8 Географическая карта Математическая основа: Математическая основа; - геодезическая - масштаб; - проекция; - разграфка и номенклатура (для топографических карт) Вспомогательное оснащение: легенда, пояснительные подписи (в том числе и методического характера). Картографическое изображение: опорные пункты, гидрография, населенные пункты, дорожная сеть и дорожные сооружения, рельеф, растительность и грунты, границы. Дополнительные данные: карты-врезки, статистические таблицы, графики, профили, фотографии и рисунки. Рис.2 Схема элементов содержания карты. Слайд 27. Чем отличается план от карты? План - это чертеж небольшого участка местности в крупном масштабе (1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000) и в условных знаках, построенный без учета кривизны земной поверхности. 9 Слайд 28 КЛАССИФИКАЦИЯ КАРТ Классификация карт и атласов по различным признакам необходима для их учета, хранения, поиска содержащейся в них нужной информации и изучения особенностей самих карт и атласов. Она также способствует рациональной постановке и организации картографического производства. Среди изданных и рукописных карт большинство – это карты Земли, которые, собственно, и называются географическими картами. Существуют карты и других небесных тел и карты звездного неба, называемые звездными. Основные признаки, используемые для классификации географических карт: пространственный охват, масштаб, содержание и назначение. Именно они определяют пригодность карт для тех или иных целей. Есть еще второстепенные признаки: время издания (современные и устаревшие), место издания (российские и зарубежные), язык и проч. Слайд 29 По пространственному охвату карты земной поверхности подразделяются, прежде всего, на карты мира (всей Земли). При этом нередко различают карты на двух полушариях (карты полушарий)(рис.12) и остальные карты мира (мировые карты). Рис. 12 Карта полушарий мира Слайд 30 Далее отдельно классифицируют карты суши и карты Мирового океана. Карты суши делят на карты материков или их групп. Затем классифицируют карты в зависимости от выбранного признака. Если это политикоадминистративное деление, то первую группу составляют карты государств (или их групп), следующая рубрика – карты их политико-административного подчинения: республик, АО, областей, районов, штатов, кантонов и т.п. По физикогеографическому или экономическому признакам различают карты природных или экономических регионов, сначала более крупных, а затем более мелких. Карты Мирового океана делят на карты океанов (или их групп) и далее – карты морей, заливов и проливов. Слайд 31 По масштабу географические карты подразделяют на: планы, крупномасштабные (1:200 000 и крупнее), среднемасштабные (мельче 1: 200 000 до 1:1 000 000 включительно) и мелкомасштабные (мельче 1:1000 000) . 10 Слайд 32 При классификации географических карт по содержанию используют несколько признаков. Прежде всего, в зависимости от того, какие стороны действительности отображает содержание карты, т.е. какая ее тематика, карты делятся на общегеографические , тематические и специальные. Слайд 33 Общегеографические карты отображают совокупность основных элементов местности (видимого ландшафта): гидрографию. Населенные пункты, дорожную сеть, рельеф, растительность и грунты, границы. Особенности и подробность их содержания зависят, главным образом, от масштаба карты. Среди них выделяют топографические – подробные карты местности, позволяющие определить плановое и высотное положение точек. Их масштабы 1: 5 000 – 1: 1 000 000. Карты крупнее 1: 5 000 называются топографическими планами. Другое деление общегеографических карт: крупномасштабные – 1: 10 000, 1:25 000, 1: 50 000, 1: 100 000, 1: 200 000. Затем среднемасштабные, иначе называемые обзорно-топографическими: 1: 500 000 и 1: 1 000 000. К мелкомасштабным относятся карты обзорные – мельче 1: 1 000 000. Слайд 34 Общегеографические карты имеют следующее содержание: населённые пункты, социально-экономические и культурные объекты, пути сообщения и линии связи, рельеф, гидрография, растительность и грунты, политикоадминистративные границы. Слайд 35 Тематические карты, содержание которых определяется отображаемой конкретной темой, специально посвящены какому-либо элементу или явлению (климату, почвам, транспорту, населению и т.п.). Они подразделяются на карты природы и карты общественных явлений (рис.10). На тематических и специальных картах различают две составные части картографического изображения. Во-первых, это географическая основа, т.е. общегеографическая части содержания, которая служит для нанесения и привязки элементов тематического или специального содержания, а также для ориентировки по карте. Во-вторых, тематическое или специальное содержание, например геологическое строение территории или навигационная обстановка. Слайд 36, 37. Слайд 38 Подразделение тематических карт на карты природы и социально-экономические. Слайд 39 Далее карты делятся на специальные, т.е. конкретной узкой тематики. Геологические карты делятся на - четвертичных отложений, полезных ископаемых, тектонические, стратиграфические и проч.; геофизические карты на – магнитного поля, сейсмометрические, гравитационного поля и т.д. В ряде случаев эти карты относятся одновременно к двум различным областям картографирования, например, агрохимические карты могут относится и к почвенным, и к геохимическим, а сейсмические – к геологическим и к геофизическим. Слайд 40 Тематические карты делятся также по широте охвата темы – на общие, отображающие широкую тему и частные (отраслевые), посвященные более узкой теме. Степень широты может определяться на разных уровнях, например, 11 карты промышленности по отношению к общеэкономическим являются отраслевыми, а по отношению к картам тяжелой промышленности – общими. ТЕМАТИЧЕСКИЕ КАРТЫ Карты природных явлений - геофизические; - геологические; - климатические; - геохимические; - карты рельефа; - гидрологические (поверхностных вод); - океанографические; - мелиоративные; - почвенные; - ботанические; - зоогеографические; - ландшафтные и карты природного районирования. Карты общественных явлений - карты населения; - политические и политикоадминистративные; - экономические; - исторические; - обслуживания населения (социальной инфраструктуры). медико-географические (экологические). Рис. 10 Схема классификации тематических карт. Слайд 41 В сложном процессе создания географических карт производится анализ и синтез картографируемых явлений (пространственных систем). В зависимости от уровня синтеза и типов примененных на карте и составляющих ее содержание характеристик явлений (систем), т.е. элементов или частей различают синтетические и аналитичнские карты. Слайд 42 Синтетические карты дают целостную, интегральную характеристику изображаемых явлений, полученную с учетом слагающих их элементов или частей и связей между ними. Слайд 43 Аналитические карты содержат лишь отдельные конкретные показатели явлений (систем). Пример первых – карта типов климата, вторых – карта годового хода температур. Однако на многих картах сочетаются типы характеристик, свойственные синтетическим и аналитическим картам. Например, на общеэкономических картах характеристики сельскохозяйственных районов. 12 Слайд 44 Географические карты, показывающие несколько взаимосвязанных явлений или их элементов и притом каждое в своих показателях. Называются комплексными. Слайд 45 По степени объективности и достоверности содержания среди географических карт различают карты-наблюдения и карты-умозаключения. Карты-наблюдения (документальные) содержат данные, полученные непосредственно в результате обследования (съемка, перепись и т.д.). Например, карты, полученные в результате геологической или почвенной съемок. Картыумозаключения создаются путем обработки фактических данных и их интерпретации в соответствии с представлениями автора об изображаемом явлении (например, карта климатов земного шара). Слайд 46 Если фактических данных недостаточно и карты строятся главным образом на основе гипотез и предложений, они называются гипотетическими (например, карта некоего исходного положения материков, иллюстрирующая гипотезу их дрейфа). Существуют еще и тенденциозные карты, показывающие заведомо искаженную действительность (например, ради незаконных политических притязаний). Достоверность содержания карт и их геометрическая точность положены в основу понятий «картосхема» и «схематическая карта». Карта, которая в соответствии с поставленной задачей дает заранее упрощенно-обобщенное изображение (схематизация очертаний, смещение объектов и т.п.), называется картосхемой. Если же нарушения геометрической точности карты и ее достоверности вызваны другими, в том числе объективными, причинами (погрешности съемки или составления и др.), то она называется схематической картой. Слайд 47 В зависимости от характера и степени практической направленности содержания различают: - инвентаризационные (констатационные) карты, которые отображают объекты и явления действительности в соответствии с их классификацией, учитывающей интересы данной области деятельности; - оценочные карты показывают пригодность или эффективность использования природных или социально-экономических условий и ресурсов для тех или иных целей (агрогеографические, инженерно-географические и карты социальной инфраструктуры). - рекомендательные карты указывают способы или виды рационального использования указанных условий или ресурсов. К этим картам можно отнести прогнозные карты, показывающие ожидаемые в будущем состояние, размещение и развитие известных или же еще не выявленных объектов и явлений (например, ожидаемое распределение температур и таяние льдов). Слайд 48 Основные виды географических карт по назначению : научносправочные, учебные, морские навигационные, лоцманские рек, озер и каналов, аэронавигационные, кадастровые, дорожные, оперативные, проектные, пропагандистские, туристские. Научно-справочные карты предназначены для справочных целей и для глубокого изучения особенностей изображенной территории (акватории), размещенных на ней объектов и явлений, их пространственных взаимосвязей и 13 закономерностей их размещения, с целью научного исследования и практической деятельности. Учебные карты предназначены для учебных целей. Их содержание согласовано с соответствующими учебными программами и учебниками. Морские навигационные карты предназначены для обеспечения судовождения и безопасного плавания судов. Они делятся на общие (с подразделением на генеральные 1:500 000 и мельче, путевые 1:100 000 – 1: 500 000, частные 1:25 000 – 1: 75 000 и планы 1: 25 000 и крупнее) и специальные (для решения определенных задач судовождения или для промысловых целей). Общим морским навигационным картам по содержанию аналогичны лоцманские карты, предназначенные для обеспечения плавания по внутренним водным путям. На тех и других показывают данные, важные для судовождения. Лоцманские карты обычно состоят из ряда отдельных листов, причем каждый следующий лист перекрывает содержание предыдущего. Листы объединяют в папках или альбомах. Аэронавигационные карты предназначены для подготовки к полету, его проведения и контроля его выполнения. Они делятся на: полетные (1: 200 000 – 1: 4 000 000), бортовые (1: 1 000 000 – 1: 8 000 000), карты целей (1: 10 000 – 1: 500 000) и специальные для решения некоторых задач (например, для определения местоположения летательного аппарата). В более широкое понятие – авиационные карты – включают еще так называемые справочные авиационные карты: магнитных склонений, часовых поясов, звездные, климатические и проч. Кадастровые карты предназначены для обеспечения организации эффективного использования и охраны сельскохозяйственных, лесохозяйственных и городских земель для планирования производства, мелиорации и других целей. Они могут использоваться и для взимания поземельного налога. Дорожные карты являются пособиями для организации работы дорог, их ремонта и обслуживания транспортных средств, а также для лиц и организаций, использующих дороги. Основное их содержание составляют дороги и дорожные сооружения. Оперативные карты служат для решения текущих хозяйственных и других задач. Такие карты создаются с помощью автоматизированных средств и ГИС. Проектные карты показывают проектируемую организацию территории для целей землеустройства, лесоустройства, гидростроительства, мелиорации и др. Пропагандистские карты предназначены для распространения политических, научных, технических и других знаний и идей с целью их внедрения в общественное сознание. Содержание их определяется конкретной темой и чаще всего это карты-плакаты. Туристские карты предназначены для различного вида туризма. Туристские карты(схемы) для широкого круга потребителей предназначены для экскурсантов и туристов по изучению определенного маршрута или области, где этот маршрут проходит. Содержанием этих карт являются элементы географической основы (гидрография, дорожная сеть, населенные пункты, рельеф, рас14 тительность) и специального содержания (кемпинги, отели, АЗС, СТО, интересные памятники природы, исторические памятники, памятники архитектуры и проч.). Различают обзорные, маршрутные, автомобильные, водные туристские карты, карты для спелеотуристов. Особый вид представляют спортивные карты, предназначенные для спортивного ориентирования. С развитием компьютерной техники появились и новые виды карт. Слайды 49-53. 15 Математическая основа карты Географический глобус – это уменьшенное изображение поверхности Земли на шаре. Земной эллипсоид очень мало отличается от шара, и в мелком масштабе, в котором строятся глобусы, это отличие практически не сказывается. Поверхность глобусов гладкая, рельеф на них изображён условно (как на географических картах). Изображение на глобусе подобно действительным очертаниям земной поверхности, но т.к. глобусы мелкомасштабны, то на них показывают самые основные черты. Глобус наглядное пособие, обладающее следующими свойствами: - демонстрирует шарообразность Земли, - даёт правильное представление об элементах земного шара (земной оси, полюсов, экватора, параллелей, меридианов, тропиков и полярных кругов). Кроме этого он хорошо передаёт взаиморасположение отдельных частей земной поверхности (материков, океанов, морей, островов и т.д.); - имеет единый единый масштаб для всех длин (расстояний), независимо от их места и направления (очень важное и значимое свойство); - даёт правильное соотношение площадей различных частей земной поверхности, а также трапеций, образуемых меридианами и параллелями при пересечении; - сохраняет формы всех фигур земной поверхности, т.е. правильно передаёт очертания материков, океанов, островов, а также сохраняет формы кривых линий, расположенных на поверхности Земли (конечно, для извилистых линий в сильно обобщённом виде), в то время как на картах кривые линии, как правило, изменяют свою форму; - сохраняет размеры любых углов. Географическая карта, как плоское изображение значительной территории, не обладает всеми этими свойствами одновременно, а только некоторыми из них.Единством масштаба длин во всех точках и по всем направлениям, она вообще не может обладать. Математическая определённость картографического изображения возникает вследствие: 1. проектирования физической поверхности Земли на условную поверхность земного эллипсоида; 2. уменьшения полученной на эллипсоиде проекции до обозримых размеров; 3. перехода от кривой поверхности эллипсоида к плоскости. Проектирование на поверхность эллипсоида определяется геодезической основой, уменьшение – масштабом, переход от эллипсоида к плоскости – картографической проекцией. Геодезическая основа, масштаб и проекция в совокупности составляют математическую основу карты, которая состоит из совокупности математических элементов карты, которые определяют математическую связь между картой и отображаемой поверхностью. К математическим элемен16 там карты относят её масштаб, картографическую проекцию, координатную сетку, а также элементы компоновки и систему разграфки. Точки на земле, у которых имеются точно измеренные координаты и высоты, называются точками геодезической сети. На местности они отмечены специальными знаками. Геодезическая сеть расположена на всей поверхности Земли и на нее «опираются» все измерения, проводимые на ней. Эта опорная сеть необходима, чтобы перейти от физической поверхности Земли к поверхности эллипсоида – фигуры математически определённой. В качестве опорного каркаса используются координатная сетка и пункты геодезической основы. Эти пункты наносятся на карту c помощью картографической сетки по прямоугольным координатам Х и Y. Все остальные объекты местности изображаются «привязываясь» к этим исходным точкам. Размеры эллипсоида, которым пользуются при создании карт, определяются радиусом R = 6 378 245м и сжатием α=1: 298,3. После того, как физическая поверхность Земли с помощью геодезической основы спроецирована на поверхность эллипсоида, необходимо его уменьшить. Уменьшение производится с помощью масштаба, причём масштаб глобуса должен быть такой, в котором предполагается создавать карту. Глобус разворачивается на плоскость с помощью картографических проекций. Масштабы карт Масштаб карты - степень уменьшения объектов на карте относительно их размеров на земной поверхности (на поверхности эллипсоида) Масштаб постоянен только на планах, охватывающих небольшие участки территории. На географической карте он меняется от места к месту и даже в одной точке - по разным направлениям, что связано с переходом от сферической поверхности планеты к плоскому изображению. Поэтому различают главный и частный масштабы карт. Главный масштаб длин показывает, во сколько раз линейные размеры на карте уменьшены по отношению к эллипсоиду или шару, т.е. это отношение, показывающее, во сколько раз уменьшены линейные размеры эллипсоида или шара при их отображении на карте. Этот масштаб и подписывают на карте, однако нужно помнить, что он справедлив лишь для отдельных линий и точек, где искажения длин отсутствуют. Масштаб длин в других местах карты больше или меньше главного масштаба, его называют частным масштабом длин. Частный масштаб отражает соотношения размеров объектов на карте и эллипсоиде в данной точке. Обычно его выражают в долях главного масштаба, принимая последний равный единице. Поэтому частный масштаб длин ϻ определяют как отношение длины бесконечно малого отрезка 17 dsꞌ на карте к длине соответствующего бесконечно малого отрезка ds на поверхности эллипсоида или шара: ϻ= dsꞌ/ ds. Главный масштаб площадей есть отношение, показывающее, во сколько раз уменьшены площадные размеры поверхности эллипсоида или шара при их отображении на карте. Он сохраняется на карте только в тех местах, где нет искажений площадей. В других местах карты масштабы площадей больше или меньше главного и их называют частными масштабами площадей. Частный масштаб площадей p есть отношение бесконечно малой площади dpꞌ на карте к соответствующей бесконечно малой площади dp на поверхности эллипсоида или шара: p= dpꞌ/ dp. В России для топографических и обзорно-топографических карт установлена система масштабов. 1:5 ООО; 1:10 ООО; 1:25 ООО; 1:50 ООО; 1:100 ООО; 1:200 ООО; 1:300 ООО; 1:500 ООО; 1:1 ООО ООО. Масштаб указывается на картах в разных вариантах: 1. Численный (главный) масштаб представляет собой дробь с единицей в числителе. Он показывает, во сколько раз длины на карте меньше соответствующих длин на местности (1:1 000 000); 2. Линейный (графический) масштаб дается на полях карты в виде линейки, разделенной на равные части (обычно сантиметры), с подписями, означающими соответствующие расстояния на местности. Он удобен для измерений по карте; 3. Именованный масштаб указывается в виде подписи, какое расстояние на местности соответствует одному сантиметру на карте (например, в 1 см 1 км). Координатные сетки – это картографическая, прямоугольная, километровая и другие сетки. Картографическая сетка есть изображение меридианов и параллелей на карте. Прямоугольная сетка на карте – это координатная сетка в системе плоских прямоугольных координат в данной картографической проекции. Километровая сетка – это координатная сетка, линии которой проведены на карте через интервалы, соответствующие определённому числу километров. Точки пересечения линий координатной сетки на карте называют узловыми точками. На шаре и эллипсоиде вращения линии постоянных долгот и широт образуют сетку меридианов и параллелей, которые называют географической сеткой. К математической основе относят те элементы компоновки, которые обуславливают границы картографического изображения и взаимное размещение его частей. Система разграфки нужна при построении многолистных карт, при этом вводится система обозначений листов. Обозначение каждого листа определяется его номенклатурой. Номенклатура в системе разграфки определяет строго 18 однозначное соответствие между листами и соответствующими им участками местности. Примером может служить разграфка и номенклатура листов топографических карт и карт мира масштабов 1: 1 000 000 и 1: 2 500 000. 19 Разграфка и номенклатура топографических карт Для удобства пользования многолистными картами их листы обозначаются в определенной системе (включая номенклатуру). В основу этой системы положена разграфка и номенклатура карты масштаба 1: 1 000 000 (рис. 3). В одной трапеции карты масштаба 1: 1 000 000 содержится 4 трапеции масштаба 1: 500 000, 9 трапеций масштаба 1: 300 000 (они составлялись в послевоенные годы, сейчас не создаются), 36 трапеций масштаба 1:200 000 и 144 трапеции масштаба 1: 100 000. а. б. в. Рис.3 Разграфка и номенклатура топографических карт Карты масштаба 1:500 000 обозначаются прописными буквами расского алфавита А, Б, В, Г, которые записываются после номенклатуры листа карты масштаба 1:1 000 000 (напр., М-39-В); листы масштаба 1:300 000 обозначались римскими цифрами I – IX, которые записываются перед номенклатурой карты масштаба 1:1 000 000 ( VIII - М - 39). Листы карты 1:200 000 тоже обозначаются римскими цифрами I – XXXVI , которые ставятся после номенклатуры карты масштаба1:1 000 000 (М – 39 – XXVII), трапеции карты масштаба 1:100 000 обозначаются арабскими цифрами от 1 до 144, которые ставятся после номенклатуры карты масштаба 1: 1 000 000 (М – 39 – 120). Расстановка букв и цифр ведётся слева направо по рядам, считаемым с севера на юг (рис.2а). Лист карты масштаба 1: 100 000 положен в основу разграфки и номенклатуры карт более крупного масштаба; в одном листе карты масштаба 1: 100 000 содержится 4 листа карты масштаба 1: 50 000, которые обозначаются пропис20 ными буквами русского алфавита А, Б, В, Г (М – 39 – 120 – Б). Лист карты масштаба 1: 50 000 содержит 4 листа карты масштаба 1: 25 000, которые обозначаются строчными буквами русского алфавита а, б, в, г (М – 39 – 120 – Б – г) (рис.2б). Лист карты масштаба 1: 25 000 содержит 4 листа карты масштаба 1: 10 000, которые обозначаются арабскими цифрами 1, 2, 3, 4 (М – 39 – 120 - Б – г - 4). Кроме того, лист карты масштаба 1: 100 000 содержит 256 листов карты масштаба 1: 5 000, которые обозначаются порядковыми арабскими цифрами от1 до 256, взятыми в скобки, например, М – 39 – 12 – (72) (рис.2в). Лист карты масштаба 1: 5 000 содержит 9 листов карты масштаба 1: 2 000, которые обозначаются строчными буквами от а до и, например, М – 39 – 120 – (72-е). В широтах 60 - 760 листы номенклатуры топографических карт сдваиваются, а севернее параллели с широтой = 760 – счетверяются. Примеры номенклатуры сдвоенных листов карт масштабов: 1: 1 000 000 Р-41,42 1: 500 000 Q-35-А,Б 1: 200 000 Q-46-V,VI 1: 100 000 Р-37-11,12 1:50 000 Р-37-11-А,Б и т.д. 21 Картографические проекции и их классификация Картографическая проекция - это математически определённое отображение поверхности эллипсоида или шара (глобуса) на плоскости. Проекция устанавливает однозначное соответствие между геодезическими координатами точек (широтой В и долготой L) и их прямоугольными координатами (X и Y) на карте. Уравнения проекций в общей форме выглядят так: X = f 1 (B,L) Y = f 2 (B,L). Конкретные реализации функций f 1 и f 2 часто выражены довольно сложными математическим зависимостями, их число бесконечно, а, следовательно, разнообразие картографических проекций практически неограниченно. Теория картографических проекций составляет главное содержание математической картографии. В этом разделе картографии разрабатывают методы изыскания новых проекций для разных территорий и разных задач, создают приёмы и алгоритмы анализа проекций, оценки распределения и величин искажений. Особый круг задач связан с учётом этих искажений при измерениях на картах, с переходами из одной проекции в другую и т.п. Сферическую поверхность Земного шара (эллипсоида, глобуса) нельзя развернуть на плоскости карты без искажений. Неизбежно возникают деформации - сжатия и растяжения, различные по величине и направлению. Именно поэтому на карте возникает непостоянство масштабов длин и площадей. Все картографические проекции имеют искажения. В картографических проекциях могут присутствовать следующие виды искажений: • искажения длин - вследствие этого масштаб карты непостоянен в разных точках и по разным направлениям, а длины линий и расстояний искажены; • искажения площадей - масштаб площадей в разных точках карты различен, что является прямым следствием искажений длин и нарушает размеры объектов; • искажения углов - углы между направлениями на карте искажены относительно тех же углов на местности; • искажения форм - фигуры на карте деформированы и подобны фигурам на местности, что прямо связано с искажениями углов. В ряде проекций существуют линии и точки, где искажения отсутствуют и сохраняют главный масштаб карты - это линии и точки нулевых искажений. Для наиболее употребительных проекций существуют специальные вспомогательные карты, на которых показаны эти линии и точки, а кроме того проведены изоколы - линии равных искажений длин, площадей, углов или форм. { Классификация проекций по характеру искажений Равновеликие проекции называют такие (рис.3Б), которые площади любых контуров на поверхности изображаются без искажений на плоскости. Масштаб 22 площадей в любой точке равновеликой проекции р = 1 или а = 1/б. где а и б большая и малая полуось эллипсоида. Для частного случая, когда проекциясфера, такое условие можно записать в виде Н = R2cosφ. Такие проекции удобны для измерения площадей объектов. Однако в них особенно значительно нарушены углы и формы, что особенно заметно для больших территорий. Равноугольные проекции – это такие проекции (рис.3А), в которых любые углы между кривыми на поверхности Земли изображаются без искажений на плоскости (карте) (ранее такие проекции называли конформными). В этих проекциях масштаб длин в точке не зависит от направления. Условия, которым отвечают равноугольные проекции записываются в виде: ϴ=900 и m=n или а=б, или F = 0. Элементарная окружность в таких проекциях всегда остаётся окружностью, но размеры её сильно меняются. Такие проекции особенно удобны для определения направлений и прокладки маршрутов по заданному азимуту. Зато карты, составленные в равноугольных проекциях, имеют значительные искажения площадей. Равнопромежуточные проекции - произвольные проекции (рис.3В), в которых линейный масштаб по одному из главных направлений =1(а=1 или б=1) или постоянен и равен главному. Частными случаями равнопрмежуточности проекций являются проекции равнопромежуточные по меридианам - в них без искажений остаётся масштаб вдоль меридианов m=1, и равнопромежуточные по параллелям - в них сохраняется масштаб вдоль параллели n=1. В таких проекциях присутствуют искажения площадей и углов, но они как бы уравновешиваются. Рис.3 Цилиндрические проекции: А – равноугольная; Б – равновеликая; В – равнопромежуточная и искажения на картах разных проекций 23 Произвольные проекции - это все остальные виды проекций, в которых в тех или иных произвольных соотношениях искажаются и площади, и углы (формы). При их строении стремятся найти наиболее выгодное для каждого конкретного случая распределение искажений, достигая как бы некоторого компромисса. Классификация проекций по виду нормальной картографической сетки. Вспомогательными плоскостями при переходе от эллипсоида или шара к карте могут быть плоскость, цилиндр, конус, серия конусов и некоторые другие геометрические фигуры. Цилиндрические проекции - проектирование с шара (эллипсоида) ведётся на поверхность касательного или секущего цилиндра, а затем его боковая поверхность разворачивается в плоскость. Если ось цилиндра совпадает с осью вращения Земли, а поверхность касается шара по экватору (или сечёт его по параллелям), то проекция называется нормальной (прямой) цилиндрической (рис.4а). Тогда меридианы нормальной сетки предстают в виде равноотстоящих параллельных прямых, а параллели - тоже в виде прямых, перпендикулярных к меридианам. В таких проекциях меньше всего искажений в тропических и приэкваториальных областях. а. б. в. Рис.4 Цилиндрические проекции а – нормальная, б – поперечная, в - косая 24 Если ось цилиндра расположена в плоскости экватора, то это - поперечная цилиндрическая проекция (рис.4б). Цилиндр касается шара по меридиану, искажения вдоль него отсутствуют, и следовательно, в такой проекции наиболее выгодно изображать территории, вытянутые с севера на юг. В тех случаях, когда ось вспомогательного цилиндра расположена под углом к плоскости экватора, проекция называется косой цилиндрической (рис.4в). Она удобна для вытянутых территорий, ориентированных на северо-запад или северо-восток. Конические проекции (рис.5) - поверхность шара (эллипсоида) проектируется на поверхности касательного или секущего конуса, после чего она как бы разрезается по образующей и разворачивается в плоскость. Точно так же, как и в предыдущем случае различают нормальную (прямую) коническую проекцию, когда ось конуса совпадает с осью вращения Земли, поперечную коническую ось конуса лежит в плоскости экватора и косую коническую - если ось конуса наклонена к плоскости экватора. Рис. 5 Коническая проекция В нормальной конической проекции меридианы представляют собой прямые, расходящиеся из точки полюса, а параллели - дуги концентрических окружностей. Воображаемый конус касается Земного шара или сечёт его в районе средних широт, поэтому в такой проекции удобнее всего картографировать вытянутые с запада на восток в средних широтах территории России, Канады, США. Азимутальные проекции - поверхность Земного шара (эллипсоида) переносится на касательную или секущую плоскость (рис.6). Если плоскость перпендикулярна оси вращения, то получается нормальная (полярная) азимутальная проекция (рис.6а). Параллели в ней являются концентрическими окружностями, а меридианы - радиусами этих окружностей. В этой проекции картографируют полярные области. 25 Если плоскость проекции перпендикулярна к плоскости экватора, то получается поперечная (экваториальная) азимутальная проекция. Она всегда используется для карт полушарий (рис.6б). А если проектирование выполнено на касательную или секущую вспомогательную плоскость, находящуюся под любым углом к плоскости экватора, то получается косая азимутальная проекция (рис.6в). а. Точка нулевых искажений б. в. Рис.6 Азимутальные проекции: а – нормальная, б – поперечная, в - косая Можно сказать, что азимутальные проекции являются предельным случаем конических, когда угол при вершине конуса как бы становится равным 180°. Условные проекции - проекции, для которых нельзя подобрать простых геометрических аналогов. Их строят, исходя их каких-либо заданных условий, например желательного вида географической сетки, того или иного распределения искажений на карте, заданного вида сетки и др. В частности к условным принадлежат псевдоцилиндрические, псевдоконические, псевдоазимутальные и другие проекции, полученные путём преобразования одной или нескольких исходных проекций. Псевдоцилиндрические проекции - проекции, в которых параллели - прямые (как и в нормальных цилиндрических проекциях), средний меридиан - перпендикулярная им прямая, а остальные меридианы - кривые, увеличивающие кривизну по мере удаления от среднего меридиана. Чаще всего эти проекции применяются для карт мира и Тихого океана(рис.7-а). Псевдоконические проекции - такие, в которых все параллели изображаются дугами концентрических окружностей (как в нормальных конических), средний меридиан - прямая линия, а остальные меридианы - кривые, причём кривизна их возрастает с удалением от среднего меридиана(рис.7-б). Применяют для карт России, Евразии и других материков. 26 а. б. в. г. Рис. 7 Условные проекции Поликонические проекции - проекции, получаемые как бы в результате проектирования шара (эллипсоида) на множество конусов. В нормальных поликонических проекциях параллели представлены дугами эксцентрических окружностей, а меридианы - кривые, симметричные относительно прямого среднего меридиана (рис.7-в). Чаще всего эти проекции применяются для карт мира. Псевдоазимутальные проекции - видоизменённые азимутальные проекции. В полярных псевдоазимутальных проекциях параллели представляют собой концентрические окружности, а меридианы - кривые линии, симметричные относительно одного или двух прямых меридианов (рис.7-г). Поперечные и косые псевдоазимутальные проекции имеют общую овальную форму и обычно применяются для карт Атлантического океана или карт Атлантического океана вместе с Северным Ледовитым океаном. Многогранные проекции ~ проекции, получаемые путём проектирования на поверхность многогранника, касательного или секущего шар (эллипсоид). Чаще всего каждая грань представляет собой равнобочную трапецию, хотя возможны и иные варианты (например, шестиугольники, квадраты, ромбы). Разновидностью многогранных являются многополосные проекции, причём полосы могут «нарезаться» и по меридианам, и по параллелям. Такие проекции выгодны тем, что искажения в пределах каждой грани или полосы совсем невелики, поэтому их всегда используют для многолистных карт. Топографические и обзорнотопографические создают исключительно в многогранной проекции, и рамка каждого листа представляет собой трапецию, составленную линиями меридианов и параллелей. Проекция Гаусса-Крюгера При создании средне- и крупномасштабных топографических карт чаще всего используется равноугольная поперечно-цилиндрическая проекция ГауссаКрюгера. Это объясняется тем, что основным источником при камеральном способе создании карт такого масштаба служат карты топографические, созданные именно в этой проекции. История применения проекции Гаусса - Крюгера на эллипсоиде Бесселя для составления топографических карт масштаба крупнее 1:500 000 в нашей стране началась в 1928 году, а с 1939 - и для масштаба 1:500 000. В апреле 1946 г. Постановлением Правительства СССР были утверждены новые исходные данные, характеризующие систему координат 1942 года, и в 27 качестве математической поверхности Земли был принят референц - эллипсоид Красовского со следующими параметрами: большая полуось (а) - 6 378 245 м, малая полуось (b) - 6 356 863 м, сжатие (j) - 1:298,3. С июля 2002 года в России в качестве Государственной принята система координат 1995 года (СК-95). Определение точных параметров эллипсоида вращения - задача очень сложная и на протяжении многих десятилетий эти параметры, полученные разными способами и различными инструментальными средствами, постоянно уточняются. Например, в 1984 году на основе спутниковых измерений специалистами нескольких стран были определены параметры так называемого международного эллипсоида WGS-84 (World Geodetic System) [1], в котором большая полуось а = 6 378 137м; малая полуось b = 6 356 752м; сжатие j = 1:298,257. Таким образом, чем точнее определены параметры эллипсоида, т.е. чем ближе математическая поверхность к поверхности геоида, тем, в конечном счете, меньше величины искажений в рассчитанных картографических проекциях. В 1825 г. Гаусс решил задачу по изображению одной поверхности на другой с сохранением подобия в беконечно малых частях (например, углов). Частный случай этой задачи – отображение поверхности эллипсоида вращения на плоскости. Гаусс применил данную проекцию для численной обработки ганноверской триангуляции, после чего проекция практически не применялась. В 1912 г. Крюгер вывел и опубликовал рабочие формулы этой проекции. После этого проекция получила полное название: равноугольная поперечно - цилиндрическая проекция Гаусса-Крюгера и нашла широкое применение в топографогеодезических работах. В проекции Гаусса-Крюгера поверхность эллипсоида на плоскости отображается по меридиальным зонам (рис.8), ширина которых равна 6°(для карт масштабов 1: 500 000 - 1:10 000) и 30 (для карт масштабов 1:5 000- 1: 2 000). Проекция равноугольная, средний меридиан изображается прямой линией без искажений, экватор тоже прямая линия, перпендикулярная осевому меридиану. Все остальные меридианы и параллели криволинейны и симметричны относительно среднего меридиана и экватора. Однако кривизна меридианов настолько мала, что западные и восточные рамки карты изображаются прямыми линиями. Параллели, совпадающие с южной и северной рамками карты, изображаются прямыми на картах масштабов 1:2 000 - 1:50 000; на картах более мелкого масштаба они изображаются кривыми линиями. Начало прямоугольных координат каждой зоны находится в точке пересечения осевого меридиана зоны с экватором (О) на рис.9б. Искажения нарастают в направлениях от среднего меридиана к крайним. Изоколы (линии, соединяющие точки с одинаковой величиной того или иного показателя искажений) имеют вид овалов, вытянутых вдоль среднего меридиана. Данная проекция применяется для составления топографических карт в 28 многополосном варианте. Полосы на поверхности ограничены меридианами с разностью долгот в 60 и 30. Рис.8 Проекция Гаусса – Крюгера Х О Y Y Километровая сетка Географический меридиан Х а. б. Рис.9 Цилиндрическая проекция: а - проектирование зон на поверхность цилиндра; б – одна зона проекции Каждая зона проектируется на поверхности своего цилиндра, касающегося эллипсоида по осевому меридиану зоны (рис.9а). Развернув поверхность ци29 линдра на плоскость, получают изображение зоны (рис.9б). При развертывании осевой меридиан изображается без искажений прямой линией, его и принимают за ось абсцисс – ХX. Экватор изображается тоже прямой, перпендикулярной к осевому меридиану, принимается за ось ординат – YY (рис.9б). Долгота осевого меридиана первой шестиградусной зоны =30, номер зоны N и долгота осевого меридиана L0 в градусах связаны между собой и определяется по формуле: L 0 = 6N – 30, где N – номер зоны, а номер зоны N зоны = Nколонны – ЗО , т.к. счет колонн идет с запада на восток против хода часовой стрелки от Гринвичского меридиана с долготой L = 0о. Территорию России покрывают 29 шестиградусных зон с номерами от 4 до 32. Осевые меридианы имеют долготы 21, 27,… ,183,189. Каждая зона переносится на плоскость независимо от остальных и имеет самостоятельную систему координат. Зона простирается от осевого меридиана на запад и восток по 30. Это составляет примерно 330 км в обе стороны. Следовательно, в любой зоне координаты Х и Y могут быть с положительными и отрицательными значениями. Системы координат в каждой зоне идентичны. Для территорий, лежащих к северу от экватора (в северном полушарии), абсциссы Х – положительны, но ординаты, лежащие к западу от осевого меридиана, получают знак минус. Для того, чтобы исключить из обращения отрицательные ординаты и облегчить пользование прямоугольными координатами на топографических картах,ко всем ординатам добавляют постоянное число 500 000м, т.е. нуль вынесен на запад на 500 км. В этом случае ординаты всех точек зоны имеют положительное значение. Такие ординаты называют приведенными. Чтобы знать, к какой зоне относятся координаты, к значению ординаты слева приписывают номер зоны. В результате получается условное значение ординаты. Например, условная ордината 27 349 817 м означает, что точка с этой ординатой расположена в 27-ой зоне, её истинная ордината = -150 183м. Максимальные искажения в шестиградусной зоне находятся на экваторе, на краю зоны и составляют +0,14%. На рамках листов карт, расположенных вблизи граничного меридиана, штрихами показывают выходы координатных линий соседней зоны. Таким образом координатные сетки двух соседних зон частично перекрывают друг друга. Эти перекрытия позволяют установить координатную связь между объектами, расположенными в разных зонах. Предусмотрены следующие величины перекрытия координатных зон к востоку и к западу от граничного меридиана: 10 до параллели с широтами 280; 20 в полосе широт 28-760 и 30 выше параллелей с широтами760. Для топографических планов масштабов 1:5 000 и крупнее применяют трехградусные зоны, для которых осевые меридианы совпадают с осевыми и граничными меридианами шестиградусных зон. На высоких широтах листы топографических карт получаются узкими и неудобными для практического использования, поэтому выше параллели 600, карты составляют сдвоенными по долготе, а выше 760 – счетверёнными. 30 ПРОЕКЦИИ НОМЕНКЛАТУРНЫХ КАРТ МИРА 31 32 КАРТОГРАФИЕСКИЕ УСЛОВНЫЕ ЗНАКИ Способы картографического изображения Картографическими условными знаками (КУЗ) называют применяемые на картах обозначения различных объектов и их характеристик. Краткая форма этого термина – условные знаки. Эти знаки и их системы образуют особый искусственный язык – язык картографии. Они передают содержание карт, т.е. знания о реальной действительности, заключенные в картах. КУЗ обозначают предметы, явления, процессы; их используют для реальных и абстрактных объектов, т.е. они могут иметь предметное и смысловое значение. Каждый знак используется для группы различных, но однородных в каком-либо отношении объектов (районные центры, проходимые болота и т.п.). Каждому знаку свойственно определенное обобщение, вследствие чего смысловое содержание знака принимает форму понятия. Для пользования картой необходимо усвоить значение КУЗ, их смысловое содержание, т.е. отношение к изображаемым предметам, явлениям и процессам. КУЗ отдельных объектов выполняют две функции: 1. указывают вид объектов и их количественные/качественные характеристики, 2. определяют пространственное положение, плановые размеры и формы, т.е. «пространство» этих объектов, а могут отображать изменения явлений во времени, перемещения и другие процессы. Совокупности знаков выполняют на картах более широкие функции. Они показывают сочетания и взаимосвязи объектов, формируют пространственный образ явлений, позволяют устанавливать закономерности их размещения и таким образом дают новые знания сверх суммы информации, заключенной в отдельных знаках карты. Группировки знаков открывают простор для пространственных характеристик состояния, дифференциации и временного изменения явлений. Свойство КУЗ – моделировать пространство отображаемых объектов – предопределяет основное подразделение знаков на: - внемасштабные, применяемые для изображения точечных или площадных объектов, которые не выражаются в масштабе карты; - линейные, употребляемые для объектов линейного характера, они сохраняют подобие линейных очертаний, но могут преувеличивать ширину объекта; - площадные, используемые для заполнения площадей объектов, выражающихся в масштабе карты(леса, солончаки и т.д.) и ограничиваемых своими контурами(очертанием, внешней границей); такие же знаки используются для пространственной дифференциации явлений, сплошных на земной поверхности (климатических) или в пределах карты (для почвенного покрова). 33 Способ значков Значки как особый способ картографического изображения используются для указания местоположения объектов, не выражающихся в масштабе карты или занимающих площадь, меньшую, чем картографический знак, и вообще для передачи явлений, локализованных по пунктам. Это внемасштабные знаки в их развитии и расширенном понимании. Значки помимо указания местоположения и вида объектов часто выполняют и другие функции: характеризуют величину, значение объекта, его изменения во времени и т.д. По своей форме значки подразделяются на геометрические, буквенные, символические и художественные. К геометрическим значкам относят простейшие геометрические фигуры: круги, квадраты и т.д. Их легко выполнять и сравнивать по величине, хорошо запоминаются, занимают относительно мало места, точно указывают местоположение объекта. 34 Количество таких фигур ограничено, но число обозначений можно увеличить, используя для значков разные цвета и видоизменяя их внутренний рисунок (Рис.12). Рис.12 Простейшие геометрические значки, различающиеся по внутренней структуре. Буквенные значки – одна или две начальные буквы названия изображаемого объекта ( М , Fe, . . .). Применение буквенных знаков тоже ограничено, т.к. несколько объектов могут начинаться на одну букву, плохо локализуются на карте, плохо сопоставимы по величине и т.д. Буквенные значки обычно используются обычно, когда требуется выделить какую-либо категорию объекта среди других и их хорошо сочетать с геометрическими. Наглядные значки, подразделяющиеся на символические и художественные по своему рисунку мысленно отождествляются с изображаемыми объектами. Символические значки по форме вызывают какие-либо ассоциации с изображаемыми объектами (Рис.13). Рис.13 Символические значки. Художественные (натуралистические) значки являются миниатюрами изображаемых объектов, они менее удобны для сравнения и локализации объектов, они громоздки и грубы. Чаще всего их используют на картахплакатах и схемах для широкого круга потребителей (рис.14). 35 Рис.14 Пример художественных значков Способ линейных знаков Основное назначение способа линейных знаков – изображение строго линейных объектов и объектов линейного протяжения, не выражающихся в масштабе карты (меридианы и параллели, реки, границы и т.д.). Ими могут быть объекты как существующие (граница на суши, обозначенная столбами и граничной полосой), так и мысленно отражающие действительность (государственная граница на море). Линейные знаки иногда применяют также для площадных протяженных объектов (оси хребтов, зоны атмосферных фронтов и т.д.). На рисунке 15 дается пример использования линейных знаков на картах для изображения различных объектов: 36 а. б. 37 в. д. г. е. Рис.15 Линейные знаки: а - политические и административные границы, б – гидрография, в – автомобильные дороги, г – орографические схемы, д – типы берегов, е – положение фронта. Способ изолиний Изолиниями ( от греч. «изос» - равный, одинаковый) называют кривые, проходящие на карте по точкам с одинаковыми количественными показателями (изогипсы/горизонтали (рис.17), изобаты, изобары и т.д.). Изолинии используются для характеристики величины/интенсивности непрерывных и постепенно изменяющихся в пространстве явлений (температура воздуха, высоты земной поверхности, магнитное склонение и проч.), а также для передачи соотношений или процентов (число дождливых и без дождливых дней, процента осадков, выпадающих в виде снега и т.д.). Всякая система изолиний отображает поверхность реальную (рельеф местности) или абстрактную (поверхность годового слоя осадков). Сначала на карте отмечают пункты, на которых были определены различными способами величины показываемого явления. Затем соединяют соседние пункты прямыми и, предполагая явление 38 изменяющимся равномерно, интерполяцией находят точки, в которых явление выражается в целых числах. После, через равнозначные точки проводят плавные кривые – изолинии. При использовании изолиний характеристика явлений достигается не отдельно взятыми изолиниями, а их системой, что определяет важность целесообразного выбора интервала между изолиниями и требует согласования и совместного обобщения изолиний. Интервал между изолиниями желательно сохранять постоянным. Тогда частота изолиний позволяет зрительно судить о направлении быстрейшего горизонтального изменения показателя – горизонтальном градиенте. Величина интервала зависит от пределов, в которых колеблются значения явления. Чем шире пределы, тем больше интервал (чем больше колебания высот рельефа, тем больше между ними интервал), и наоборот. К другим факторам, влияющим на величину интервала, относятся масштаб карты, ее назначение и детальность исходных данных. Часто при использовании способа изолиний его совмещают со способом послойной окраски. Интервалы между изолиниями окрашивают в разные цвета. Если изолиния является пороговым значением, то цвет промежутка кардинально меняется (равнина – горы, рис. 16). Рис. 16 Изогипсы с послойной окраской 39 Рис. 17 Изогипсы (горизонтали). 40 Способы качественного и количественного фона Способ качественного фона показывает подразделение территории на однородные в качественном отношении участки, выделяемые по тем или иным природным, экономическим или политико-административным признакам. Он используется для характеристики явлений, сплошных на земной поверхности (климат), занимающие на ней значительные площади ( почвы ) или имеющих массовое распространение (население). Основной путь дифференциации территории – ее подразделение в соответствии с принятой классификацией ( геоботанической, политической, ландшафтной и т.п.) (рис. 18). Рис. 18 Способ качественного фона Вначале разрабатывают классификацию изображаемого явления, далее выделяют на карте однородные участки, после чего однотипные выделы окрашивают или заштриховывают. Способ количественного фона применяют для подразделения (районирования) территории по определенному количественному показателю (густота и расчленение рельефа, модуль стока и т.д.), для чего карта разграничивается на участки сообразно установленной ступенчатой шкале. Способ ареалов Ареалом называют область распространения какого-нибудь явления, в пределах которой размещение изображаемого явления может быть непрерывным, сплошным (угольные бассейны) или рассеянным (посевы льна). Ареалы могут быть абсолютными и относительными; те и другие могут быть точными и схематичными (рис.19). Абсолютным называется ареал, за пределами 41 которого изображаемое явление не встречается. Рис.19 Пример способа ареалов. Ареал относительный охватывает область более интенсивного проявления изображаемого явления, поэтому ареалы относительные обычно возникают внутри абсолютных. Точные ареалы имеют четко определенные границы, ареалы схематические таких границ не имеют или не могут быть нанесены на карту из-за отсутствия достаточных данных. Графически ареалы могут быть оформлены по-разному (рис.20): 42 Рис.20 Различные способы оформления ареалов Точечный способ Такой способ отображения информации применяется для изображения на картах массовых, но дробных явлений (рис.21). Сущность способа заключается в том, что определенное количество единиц картографируемого явления изображается одной точкой (это количество единиц называется весом точки). Затем одинаковые по размеру и рисунку точки, число которых определяют путем деления количественного показателя на вес, размещают на карте. В точечно способе существен целесообразный выбор «веса» точки, т.е. установление количества единиц, выражаемых одной точкой. При большом «весе» облегчается размещение точек в местах наибольшей плотности, но возникает трудность изображения отдельно расположенных групп объектов, меньших, чем вес точки. В этом случае несколько групп, в сумме составляющих вес одной точки, как бы объединяют вместе и обозначают по месту наибольшей группы. Точки малого веса удобны для районов малой плотности явления, но они могут сливаться там, где плотность велика. Практически «вес» точки подбирают возможно низким, но таким, чтобы точки не сливались между собой. Точки можно располагать строго в тех местах, где размещается картографируемое явление (случай локализованных точек), или равномерно в пре43 делах каких-либо территориальных единиц. Рис.21 Точечный способ Способ знаков движения Данный способ применяется для изображения различных перемещений как в области явлений природы (рис.22), так и в социально-экономической области. Основным графическим средством для отображения движения и связей служат векторы, т.е. направленные отрезки (стрелки), которые могут различаться по ориентировке, форме, величине (длине и ширине), цвету, светлоте, внутренней структуре. Меняя рисунок и цвет линий движения, можно передавать качественную сторону явлений и их структуру; изменением ширины линии часто передают количественную сторону явлений или их повторяемость (рис.23). Рис.22 Способ знаков движения 44 Рис.23 Различное оформление линий движения. Линии движения могут быть точными или схематичными (рис.24). а. б. Рис.24 Линии движения: а – точные, б – схематичные. Картодиаграмма Картодиаграмма – способ изображения распределения какого-нибудь явления с помощью диаграмм, помещаемых в сетке границ территориального деления. При построении картодиаграмм по имеющимся статистическим данным для каждой территориальной единицы (области, района) определяют размеры диаграмм. Диаграммы могут иметь абсолютную (чаще всего) или условную масштабность, передавать структуру и динамику изображаемых явлений. По рисунку они могут быть линейными (рис.25), площадными (рис.26) и объемными (кубы, пирамиды, шары). Хотя диаграммы размещают в пределах территориальных единиц. Они не является строго локализованной в пространстве и относится не к одному какому-то объекту, а ко всей территории участка, в пределах которого она расположена. В этом заключается 45 принципиальная разница между картодиаграммой и значковой картой, на которой каждый значок привязан к определенной точке пространства. Иногда встречаются локализованные диаграммы, которые относятся к определенным точкам земной поверхности. Это способ, являющийся, по существу разновидностью способа значков, применяется для картографирования климатических и других явлений, регистрируемых в отдельных пунктах, но имеющих сплошное распространение на земной поверхности. Рис.25 Линейные диаграммы Рис. 26 Площадные диаграммы Локализованные диаграммы (отнесенные к определенным пунктам) преимущественно используются для характеристик сезонных и других периодических явлений: их хода, величины, продолжительности, вероятности и др. В виде графиков распределения повторяемости (вероятности) направлений и величин явлений (так называемых «роз» рис.28), локализованные диаграммы широко применяются для таких карт, которые отображают повторяемость и скорость ветра разного направления, повторяемость и скорость морских тече46 ний и проч. (рис. 27). Рис.27 Локализованная диаграмма, характеризующая повторяемость и скорость ветра Рис.28 Различные виды «роз» Картограмма Картограмма предназначена для изображения распределения средней интенсивности какого-нибудь явления в сетке территориальных границ (рис.29). Относительный характер показателей требует соответственного оформления картограмм, на которых районы с одинаковыми показателями окраши47 вают в оттенки одного цвета или заштриховывают линиями разной густоты. При этом принято, чтобы возрастание интенсивности окраски или штриховки соответствовало возрастанию относительного показателя. Величины относительных показателей группируют в ступенчатые шкалы, интервалы которых зависят от характера изменения этих показателей. Рис.29 Способ картограммы Картограмма, как статистический способ, характеризует всю площадь территориальной единицы, в пределах которой явление считается равномерно распределенным, хотя на самом деле этого обычно не бывает. Чтобы картограмма лучше соответствовала действительности, ее уточняют, что можно делать графическим или аналитическим путем. Графическое уточнение заключается в том, что из ее фона исключают участки, где отсутствует изображаемое явление (картографируя посевные площади, не окрашивают леса, горы, болота). Аналитическое уточнение производят при вычислении относительных показателей, определяя, например, процент лиц, занятых в промышленности, не от всего населения, а только от его трудоспособной части. Способы изображения рельефа Рельеф на географических картах является одним из самых главных элементов земной поверхности. Во многих случаях возникает необходимость определять по карте абсолютные и относительные высоты точек, крутизну склонов и решать другие задачи, связанные с количественными характери48 стиками рельефа, т.е. чтобы изображение рельефа на картах обладало измеримостью. Важно также, чтобы изображение рельефа на карте создавало зрительную иллюзию внешнего вида форм рельефа, передавало его объемность, т.е. обладало пластичностью. Существует много способов изображения рельефа, в той или иной степени удовлетворяющих этим требованиям. Способ горизонталей (изогипс) – способ изображения рельефа с помощью линий, соединяющих точки с одинаковыми высотами (рис.17). Разность высот между двумя соседними горизонталями называется высотой сечения рельефа. Если основные горизонтали не выражают какой-либо особенности рельефа (уступы, прогибы, западины и проч.), тогда на средней между ними высоте проводят дополнительные (полугоризонтали) горизонтали, которые изображаются прерывистыми линиями из длинных отрезков. Если и в этом случае цель не достигнута, то пользуются вспомогательными горизонталями, которые проводят на высоте, наилучшем образом отображающей особенности рельефа (¼ высоты сечения). Изображают вспомогательные горизонтали прерывистыми линиями из коротких отрезков. Рис.30 Способы горизонталей и гипсометрической окраски Способ горизонталей придает изображению рельефа измеримость и, в какой-то степени, наглядность. Он является основным для всех крупно- и среднемасштабных общегеографических карт. Изолинии одинаковых глубин, рисующие рельеф дна водоемов, называются изобаты. Гипсометрический способ - способ изображения рельефа горизонталями совместно с окраской высотных ступеней между ними (рис.30). Окрашивать высотные ступени можно разными способами: чем выше – тем темнее, чем выше – тем светлее. Такое сочетание способов делает рельеф измеримым и наглядным. Этот способ иначе называют способом послойной окраски. Способ высотных отметок - способ изображения рельефа с помощью подписанных на карте абсолютных (или относительных) высот точек. Этот 49 способ не обладает наглядностью и не позволяет определить крутизну и направление склонов. Как самостоятельный он используется лишь на морских навигационных картах в виде подписанных отметок глубин. Высотные точки являются исходными данными для изображения рельефа горизонталями и другими способами. Способ отмывки – способ, в котором объемность изображения рельефа достигается с помощью полутонового оттенения на карте склонов, технически выполняется размыванием кистью наносимой на склоны акварельной краски. Отмывка обычно выполняется при косом освещении (северозападное) (Рис.31). При этом более темное полутоновое изображение наносится на затененные склоны. Этот способ не обладает измеримостью. Используется на картах со второй половины XVIII века. Рис.31 Отмывка рельефа в сочетании с горизонталями и подписями отметок высот Способ штрихов – способ, в котором пластический эффект достигается с помощью штрихов, вычерченных сверху вниз по склонам. Степень затененности создается соотношением толщины штрихов и ширины белых промежутков между ними (рис.32). Этот способ применяется редко, т.к. очень трудоемкий и требует большого мастерства. Фоторельеф - способ, в котором для получения пластического изображения рельефа на плоской карте сначала изготавливают модель рельефа картографируемой территории, затем ее фотографируют при косом освещении и на фотоотпечатке получают фоторельеф. 50 Рис.32 Способ штрихов 51 Перспективное изображение рельефа представляет собой перспективный рисунок хребтов, нагорий и других крупных форм рельефа. До недавнего времени все знаки были статичными, однако с развитием электронных технологий появились и динамические условные знаки. Существует огромное многообразие знаков, применяемых при создании карт. Однако все они состоят из небольшого числа графических переменных: • форма • размер • ориентировка • цвет 52 • насыщенность • внутренняя структура Надписи на картах Термины - понятия, относящиеся к объектам картографирования. Это могут быть общегеографические, геологические, океанологические, социально-экономические и любые другие термины (например, «провинция», «область», «залив», «низменность», «экономический район» и др.), которые необходимо подписывать на географических картах. Пояснительные надписи, выполняемые на картах, включают: - качественные характеристики («ель», «сосна», «горькое», «солёное», «каменный»); - количественные характеристики (указание ширины шоссе, абсолютные и относительные высоты и глубины, скорость течения в реке и др.); - хронологические надписи (даты событий, географических открытий, наступление каких-либо явлений, например начало ледостава на реке); - пояснения к знакам движения («путь Магеллана», «дрейф ледокола «Седов»»); - оцифровка меридианов и параллелей и пояснения к линиям картографической сетки («Северный полярный круг», «к востоку от Гринвича»). Топонимы - это собственные имена (названия) географических объектов. Картографическая топонимика - раздел картографии на стыке с топонимикой, в которой изучаются географические названия объектов, показываемых на картах. В задачи раздела входят также первичный сбор географических наименований на местности, их анализ, систематизация и стандартизация, разработка нормативов и правил их написания на картах. Выбор географических наименований необходим в тех случаях, когда есть несколько названий одного и того же объекта на разных языках, принятых в качестве официальных государственных. Таковы ситуации в Бельгии, где многие наименования существуют во французской и фламандской формах (нарпимер, Антверпен и Анверс, Брюгге и Брюж). В России можно встретить параллельное употребление таких наименований как Татария и Татарстан, Башкирия и Башкортостан, Якутия и Республика Саха и др. Еще большиеие сложности возникают в тех случаях, когда один и тот же географический объект принадлежит разным государствам. Например, река Дунай в Германии и Австрии называется Донау, в Венгрии - Дуна, в Румынии - Дунэря, в Болгарии и Югославии - Дунав. Немало сложностей и неопределённостей возникает при передаче иностранных названий. На русских картах принято писать названия американских городов Нью-Йорк, но Новый Орлеан, канадские провинции НьюБрансуик и Ньюфаундленд, однако - Новая Шотландия. Существует несколько форм передачи на картах иноязычных названий: Местная официальная форма - написание географического наименования на 53 государственном языке страны, где расположен данный объект. Эта форма сохраняет подлинное официальное написание, однако не раскрывает звучания топонима. Фонетическая форма воспроизводит звучание (произношение) наименования, передаваемое буквами алфавита другого языка. Эту форму часто называют условно-фонетический, поскольку звуки иностранного языка не всегда можно точно передать буквами другого языка. Транслитерация - побуквенный переход от одного алфавита к другому без учёта действительного произношения наименования. К этой форме прибегают нечасто, например, в тех случаях, когда истинное звучание топонима не известно. Традиционная форма - написание иностранного географического наименования в форме, отличающейся от оригинала, но давно укоренившейся в разговорном и литературном языку данной страны (например Финляндия, а не Суоми; Греция, а не Эллас; Париж, вместо Пари; Неаполь, вместо Наполи; Темза, а не Теме). Переводная форма - передача названия с одного языка на другой по смыслу. В основном это касается объектов, для которых установилась международная традиция, например, берег Слоновой Кости, мыс Доброй Надежды, Скалистые гору, острова Зелёного мыса, Чёрное море). Во многих странах создаются государственные каталоги географических названий - систематизированные, нормализованные и постоянно обновляемые фонды названий. Их назначение состоит в том, чтобы упорядочить и закрепить эти названия, контролировать их изменения. В каталогах и справочных информационных топонимических системах обычно фиксируются следующие данные: - вид (род) географического объекта; - название (и варианты названий); - географические координаты; - административная принадлежность и географическая привязка; - источник, откуда взято название; - переименование объекта; - дополнительные сведения. В России ведение каталога поручено государственной картографогеодезической службе. При составлении карты важно, чтобы каждая надпись была чётко привязана к обозначаемому объекту. От этого зависят читаемость карты, точность передачи информации. Размещение надписей зависит, прежде всего, от характера локализации самих объектов: - объекты, локализованные в пунктах (населённые пункты и др.) подписываются рядом с правой стороны, так, чтобы надписи располагались вдоль параллелей либо горизонтально, т.е. параллельно северной и южной рамкам карты. При большой густоте надписей допускается их размещение слева или сверху от пункта или даже с плавным изгибом (лекальное размещение); 54 - возле линейных объектов (рек, путей сообщения, маршрутов судов и т.п.) знаки всегда размещаются вдоль линии, плавно повторяя её изгибы; - на площадных объектах надпись, как правило, располагается вдоль длинной оси контура так, чтобы она протягивалась по всей площади. Если объект имеет изогнутые очертания, то соответственно изгибается и надпись. Лишь некоторые мелкие объекты, например малые озёра, в пределах которых надпись не умещается, подписываются рядом. Во всех случаях необходимо, чтобы надписи размещались компактно, не пересекали друг друга, не «наползали» на другие штриховые элементы, хорошо читались на цветовом фоне, не располагались «вниз головой». Картографическая генерализация. Способы выполнения генерализации Картографическая генерализация - это отбор и обобщение изображаемых на карте объектов соответственно её назначению, масштабу, содержанию и особенностям картографируемой территории. Термин «генерализация» происходит от латинского корня «generalis», что означает общий, главный. Суть процесса состоит в передаче на карте основных, типических черт объектов, их характерных особенностей и взаимосвязей. Генерализация – неотъемлемое свойство всех картографических изображений, даже самых крупномасштабных. Она проявляется в обобщении качественных и количественных характеристик объектов, замене индивидуальных понятий собирательными, отвлечении от частностей и деталей для показа главных черт пространственного размещения. При этом генерализация ведет не только к исключению части информации, имеющейся на исходном изображении, но и к появлению качественно новой информации на генерализованной карте. По мере генерализации все отчетливее проступают наиболее важные черты объекта, ведущие закономерности, главные взаимосвязи, выделяются геосистемы более крупного ранга. Генерализация связана с переходом от конкретного (объекты или явления) к абстрактному (их обобщение и отбор главных) изображению. Всё это позволяет утверждать, что генерализация - одно из проявлений процесса абстрагирования отображаемой на карте действительности. Именно генерализация способствует формированию и воплощению в картографической форме новых понятий и научных абстракций. Процесс генерализации труднее других картографических процессов подеется формализации и автоматизации. Не все этапы этого процесса могут быть алгоритмизированы, не все критерии могут быть подчинены формальным критериям. Опыт показывает, что автоматизация картографической генерализации должна опираться на интерактивные, диалоговые процедуры с активным участием картографа. 55 Факторами генерализации являются масштаб карт, её назначение, тематика и тип, особенности и изученность картографического объекта, способы графического оформления карты. Факторы определяют подходы к генерализации, её условия и характер. Назначение карты. На картах показывают лишь те объекты, которые соответствуют её назначению. Изображение других объектов, не отвечающих назначению карты, только мешает её восприятию, затрудняет работу с ней. Например, на учебной административной стенной карте сохраняют лишь те элементы, которые хорошо видны на расстоянии 3-4м и важны для раскрытия темы карты (крупные города, границы первого ранга и др.), которые показывают в укрупненном виде со значительным обобщением. Влияние масштаба проявляется в том, что при переходе от более крупного изображения к более мелкому сокращаются размеры изображаемой территории (например, изображение 1 км2 в масштабе 1: 10 000 составляет 1 дм2, а в масштабе 1: 1 000 000 – всего 1 мм2). Изобразить в более мелком масштабе все детали и подробности, имеющиеся на исходной карте, просто невозможно, поэтому необходимо провести отбор (исключение) и обобщение элементов содержания. Одновременно с уменьшением масштаба увеличивается пространственный охват, что также сказывается на генерализации. Объекты, важные для крупномасштабных карт (например, местные ориентиры), теряют своё значение на картах мелкого масштаба и, следовательно, подлежат исключению. Тематика и тип карты определяют, какие элементы следует показывать на карте с наибольшей подробностью, а какие можно более или менее подвергать обобщению. Карты разного типа по-разному генерализируют. Наиболее подробны аналитические карты инвентаризационного типа, а наиболее обобщены и генерализованы синтетические карты (например, карты районирования) и в особенности карты-выводы, карты-умозаключения. Они по самой сути своей не предполагают особой детальности. Особенности картографируемого объекта (или территории). Влияние данного фактора сказывается в необходимости передать на карте своеобразие объекта, примечательные характерные элементы его или территории, отразить типичные черты, самые характерные элементы. Например, в степных или полупустынных (засушливых) районах очень важно показать все мелкие озёра, иногда даже с преувеличением. В тундровых же ландшафтах, где встречаются тысячи мелких озёр, многие из них можно исключить при генерализации, здесь важно правильно отразить общий характер озёрности территории. Это один из наиболее субъективных факторов генерализации, ведь решить, что «характерно» и «типично», а что - нет, может только специалист - картограф, формальные критерии не помогают. 56 Изученность объекта. При достаточной изученности объекта изображение может быть максимально подробным (для данного масштаба и назначения карты), а при нехватке фактического материала оно неизбежно становится обобщённым, схематичным. Наиболее генерализованы в этом отношении карты гипотетические и прогнозные, составленные по неполным данным. Фактор изученности тесно связан с качеством и полнотой источников, используемых для картографирования. Оформление карты. Многоцветные карты (при прочих равных условиях) позволяют показать большее количество знаков, чем карты одноцветные. При хорошем качестве печати и правильном подборе фоновых окрасок, значков, штриховок на одной карте можно путём наложения совместить до шести взаимно перекрывающихся слоев без особого ущерба для читаемости. На одноцветной карте или карте с ограниченным набором красок это сделать трудно или даже невозможно, следовательно, необходима генерализация содержания [2]. Генерализация проявляется в обобщении очертаний (контуров) объектов, их количественной и качественной характеристик, в отборе картографических объектов, в переходе от простых понятий к их собирательным обозначениям, т.е. существует несколько видов генерализации. Для полноценной генерализации, т.е. для отбора главного, существенного и для его передачи, надо понимать сущность изображаемого явления. При генерализации обобщение количественной характеристики объекта или явления состоит в укрупнении количественных его градаций, интервалов (ступеней) шкал, переход от непрерывных шкал к ступенчатым или от равномерных – к неравномерным. Например, подразделение населённых пунктов по численности жителей. Обобщение качественной характеристики имеет целью сократить качественные различия в данной категории объектов (сокращение числа типов) с помощью замены дробных классификаций обобщёнными. Например, на мел57 комасштабных картах дают единый знак леса, не так как на топографических, где подробно показаны все его характеристики (породы, средние количественные показатели). Отбор (исключение) объектов - это ограничение элементов содержания крайне необходимыми объектами и исключение второстепенных. Отбор тесно связан с обобщением количественных и качественных характеристик и проводится в соответствии с новыми укрупненными подразделениями легенды. При отборе пользуются двумя количественными показателями: цензами и нормами. Ценз отбора - ограничительное значение, указывающее величину или значимость объектов, сохраняемых при генерализации (например, сохранить на карте все озера площадью 2мм2). Норма отбора - показатель, определяющий принятую степень (меру) отбора, среднее на единицу площади значение сохраняемых при генерализации объектов. Именно нормы отбора регулируют нагрузку карты [2] (например, при составлении карты 1:500 000 по карте масштаба 1: 200 000, оставить на ней населенных пунктов 1/3 в густозаселенных районах). Нормы отбора всегда дифференцированы в зависимости от географических особенностей местности, поэтому в малозаселенных районах на той же карте оставят населенных пунктов ½. Замена отдельных объектов (простых понятий) их собирательными обозначениями (обобщающими понятиями) может проявляться в замене знаков отдельных объектов обозначениями обобщающего понятия (изображение населённого пункта может быть вначале в виде отдельных строений, затем кварталов и, наконец, пунсонов). Обобщение геометрических очертаний проявляется в отказе от мелких деталей изображения, небольших изгибов контуров, в спрямлении границ и т.п. (например, спрямляют небольшие извилины рек, исключают изгибы горизонталей и т.д.) (рис.33). При этом упрощение не должно выполняться механически, обобщение очертаний не сводится к формальному их сглаживанию, генерализованное изображение должно сохранять и подчеркивать географические особенности объекта. Объединение контуров – одно из геометрических проявлений генерализации, связанное с группировкой объектов. Контуры на карте могут объединяться: в результате обобщения качественных и количественных характеристик и укрупнении изображений легенды карты; вследствие слияния (объединения) нескольких мелких контуров (например, несколько мелких месторождений полезного ископаемого могут быть объединены в один крупный). Показ объектов с преувеличением означает, что некоторые важные со смысловой точке зрения объекты, которые из-за малых размеров или по условиям цензового отбора должны быть исключены, оставляют на карте и даже несколько преувеличивают (например, мелкие озера в засушливых областях). Среди условий, необходимых для правильной генерализации особенно важно понимать сущность изображаемых явлений и обязательно учитывать 58 связи: между объектами, входящими в один из элементов содержания карты (например, в гидрографии при исключении небольшого озера можно сделать так, что выпадение этого звена водной системы приведёт к её разрыву); между различными элементами содержания карты (например, населённые пункты и пути сообщения имеют непосредственную связь; устранение второстепенных населённых пунктов влечёт исключение местных путей, которые связывают эти пункты с магистральными линиями); между элементами данной карты и других родственных карт (например, между рельефом, почвами и растительностью, изображёнными на разных картах). а. б. Рис.33 Изображение карты 1: 2 500 000 (а) и генерализованное изображение 1:1 500 000 (б). С географических позиций генерализация рассматривается как процесс выделения на картах геосистем всё более крупного ранга, их главных компонентов и взаимосвязей. Среди многообразия условий генерализации наиболее существенны следующие: - научно-обоснованное обобщение легенды; - отображение генетических и морфологических особенностей объектов и явлений; - учёт внутренних и внешних взаимосвязей изображаемых объектов, их иерархической соподчинённости; - оптимальный подбор знаков и изобразительных средств. При генерализации обязательно следует учитывать следующие виды связей: - между однородными объектами (например, необходим согласованный отбор рек и озёр, входящих в единую водную систему); - между объектами разной природы или разными картографическими слоями (рельефом и гидрографией, дорожной сетью и населёнными пунктами и т.п.); 59 - между разными картами (следует, например, стремиться к единому уровню генерализации карт четвертичных отложений, почвенного покрова, растительности и ландшафтов одной территории). После проведения генерализации необходимо оценить ее правильность. Оценка точности и качество картографической генерализации происходит в двух отношениях: с точки зрения геометрической точности и с позиций содержательной достоверности карты. Геометрическая точность – это количественная мера, характеризующая степень соответствия местоположения отдельных точек и объектов на карте их действительному положению. Геометрическая точность может быть установлена при сопоставлении генерализованного картографического изображения с местностью или крупномасштабным источником. Содержательная достоверность карты – это качественная оценка соответствия картографического изображения, после проведения генерализации, реальной действительности с учетом ее главных, типичных особенностей и взаимосвязей между объектами. 60 Географические атласы и их виды Географическим атласом называется систематическое собрание географических карт, выполненное по общей программе как целостное произведение. Атлас не просто набор различных географических карт. Он включает систему карт, органически связанных между собой и друг друга дополняющих. Эта система обусловлена назначением атласа и особенностями его использования. Классификация атласов строится соответственно классификации карт. Атласы подразделяют: по пространственному охвату, выделяя атласы мира (всемирные атласы), т.е. изображения в них охватывают весь земной шар; атласы континентов или их крупных частей; атласы отдельных государств; атласы крупных географических регионов (региональные атласы); атласы городов. Аналогично классифицируются атласы акваторий. По содержанию атласы подразделяют на: - общегеографические, состоящие в основном из общегеографических карт (например, Большой Советский Атлас Мира). Иногда в них включают и некоторые тематические карты; - физико-географические, отображающие природные явления (геологические, геофизические, климатические, океанологические, гидрографические, почвенные, ботанические, зоогеографическиеские, медико-географические, комплексные физико-географические). Эти атласы различают на: узкоотраслевые (содержащие однотипные карты, например, почвенный атлас); комплексные отраслевые (содержащие различные, но взаимодополняющие карты какого-либо природного явления, например, климатический атлас); комплексные межотраслевые (показывающие ряд взаимосвязанных природных явлений, например, геолого-геофизический атлас); комплексные (охватывающие все стороны природы). - атласы социально-экономические с подразделением, аналогичным для физико-географических атласов (населения, промышленности, сельского и лесного хозяйства, культуры, политико-административного деления, комплексные социально-экономические); - атласы эколого-географические (факторов воздействия на среду и отдельные её компоненты, последствий воздействия и загрязнения среды, экологических ситуаций, условий жизни населения, экологической безопасности); - атласы общие комплексные, включающие карты по физической, экономической и политической географии. Наиболее полезной с практической точки зрения является группировка атласов по назначению, в соответствии с которой выделяют атласы справочные, научно-справочные, популярные, учебные, туристские, дорожные, военные и т.п.. Атласы можно классифицировать и по иным признакам, например, по формату и способу брошюровки. По формату выделяют атласы настольные 61 большие фолианты, пользоваться которыми можно только разместив их на столе, книжного формата, карманные. Обычно карты атласы брошюруются и размещаются в переплёте, но бывает, что их издают в виде отдельных листов в общей папке. Листы карт атласа удобно использовать для сравнения и взаимного сопоставления. Но главное для такого атласа всегда можно выпустить новую дополнительную карту или обновить в переиздании устаревшую. Рис. Настольный географический атлас В наши дни наряду с традиционными бумажными широко используют компьютерные (электронные) атласы (на компакт-дисках и даже виртуальные атласы, размещенные в сетях телекоммуникации). В целом комплексный атлас можно рассматривать как модель географической системы (геосистемы). Система карт делится на разделы, и в каждом из них есть основная и дополнительная карты. В сериях аналитических карт представлены отдельные подсистемы (например, рельеф, почвы, климат) и компоненты геосистем (скажем, в подсистему карт климата входят карты осадков, температур, преобладающих ветров и т.д.). Единство раздела (или подраздела) достигается увязкой с основной картой, а таксономическая соподчинённость элементов содержания каждой карты обеспечивается логикой её легенды и подбором изобразительных средств - тем самым моделируется иерархия компонентов геосистемы. Взаимодействие компонентов находит отражение на комплексных и комплексно-синтетических картах, таких, например, как карты взаимодействия ветров и океанических течений или карты распределения населения по отрасли промышленности. В атласах есть и карты, характеризующие динамику геосистем, процессы переноса вещества и энергии, например, перемещение отложений, водных масс, перевозки промышленных товаров, транспортировку нефти и газа и многое другое. А тенденции развития показывают на прогнозных картах. 62 Таким образом, комплексные атласы моделируют основные свойства геосистем, причём одно из главных достоинств этой сложной модели состоит в том, что информация даётся в систематизированном, формализованном и едином виде. Именно благодаря этому атлас является геоинформационной системой (ГИС), он служит прообразом современной компьютерной ГИС. Более того, ГИС нередко создают на основе атласов. Для того чтобы атлас выполнял функции источника согласованной пространственной информации он должен отвечать определённым требованиям, обеспечивающим его внутреннее единство. Главные из них: - использовать минимальное число разных картографических проекций, что упростит сравнение карт; - целесообразно применять ограниченное число масштабов для всех карт, причем масштабы должны быть в простых соотношениях, например, кратными (также для лучшего взаимного сопоставления карт); - карты атласа должны составляться на единых базовых географических основах; - в атласе должен соблюдаться определённый баланс между количеством аналитических, комплексных и синтетических карт; - легенды разных карт, шкалы и градации следует взаимно согласовывать; - важно соблюдать на картах атласа, по возможности, единый уровень генерализации и одинаковую подробность изображения уровней; - совершенно обязательно взаимное согласование карт разной тематики, устранение случайных расхождений в изображении контуров (при создании атласов согласование карт является основной заботой картографов); - все данные, показываемые в атласе, должны быть отнесены к одной дате, т.е. к единому временному интервалу; - карты должны быть оформлены по общим принципам, в едином стиле. Атлас считается полным, если в нем находят необходимое и достаточное освещение все вопросы и все темы, вытекающие из назначения и замысла атласа. Источники для создания карт и атласов Источники - разнообразные документы, по которым ведется составление карт. В качестве источников могут использоваться: астрономо-геодезические данные; общегеографические и тематические карты; кадастровые данные, планы и карты; данные дистанционного зондирования; данные непосредственных наблюдений и измерений; данные гидрометеорологических наблюдений; материалы экологического и других видов мониторинга; экономикостатистические данные; цифровые модели; результаты лабораторных анализов; литературные (текстовые) источники; теоретические и эмпирические закономерности. В зависимости от тематики и назначения создаваемой карты источники подразделяются на: основные (по ним наносится содержание карты), допол63 нительные (с них наносится только часть информации) и вспомогательные (по ним получают различные справки на картографируемую территорию). Кроме того, источники подразделяются на современные и устаревшие. На всю территорию России созданы топографические карты 1:25 000 масштаба и мельче. Тематические карты крупных масштабов всегда служат источниками для составления мелкомасштабных карт. Карты одной темы часто используют при составлении карт смежной тематики (например, для создания почвенной карты привлекают карты растительности и геоморфологические; при создании геоморфологических - геологические и тектонические) Материалы ДЗ часто используют при составлении различных карт. Их получают в результате неконтактной съемки с летательных воздушных и космических аппаратов, судов и подводных лодок, наземных станций. Получаемые снимки очень разнообразны по масштабу, разрешению, геометрическим, спектральным свойствам. Рис. Аэрофотоснимок Основное преимущество дистанционных изображений: высокая детальность, охват больших территорий, возможность изучения труднодоступных территорий. 64 Этапы создания карт 1. Проектирование карты включает в себя следующие процессы: -формулировку назначения и определение требований к карте; -подбор, анализ и оценку источников для составления; -изучение территории и особенностей картографируемых явлений; -подготовку программы карты. 2. Процесс составления карты - это: -подготовка и обработка источников; -разработка математической основы карты; -разработка содержания карты и легенды; -составление оригинала карты и проведение генерализации; -оформление карты; -редактирование карты и корректура на всех стадиях составления. 3.Подготовка к изданию и издание -изготовление издательских оригиналов; -изготовление печатных форм; -печать тиража карты. Использование карт Использование карт - раздел картографии, в котором изучаются проблемы применения картографических произведений в различных сферах научной, практической, культурно-просветительской и учебной деятельности, разрабатываются приемы и способы работы с ними, оцениваются надежность и эффективность получаемых результатов. Всем известно обнаруженное по картам поразительное сходство очертаний восточного побережья Южной Америки и западного побережья Африки, что дало импульс идее дрейфа континентов. Таким образом, в картографии существуют два тесно связанных между собой метода: 1. Картографирование - переход от реальной действительности к карте (модели). 2. Картографический метод исследования, который использует готовые карты для познания действительности. С применением компьютерных методов создания карт, особенно в геоинформационном картографировании оба метода очень тесно пересекаются. Описание по картам. Целью является выявить изучаемые явления, особенности их размещения и взаимосвязи. Описания могут быть комплексными (например, общегеографические описания) или поэлементными (например, только рельефа). Графические приемы включают построение по картам всевозможных профилей, разрезов, графиков, диаграмм и других двух- и трехмерных графических моделей. 65 Графоаналитические приемы анализа карт - картометрия и морфометрия - предназначены для измерения и вычисления по картам показателей, размеров, формы и структуры объектов. По картам можно определить и измерить следующие картометрические показатели: - географические и прямоугольные координаты; - длины прямых и извилистых линий, расстояния; - площади; - объем; - вертикальные и горизонтальные углы и угловые величины. и морфометрические показатели - очертания (форму) объектов; - кривизну линий и поверхностей; - уклоны поверхностей; - плотность и концентрацию объектов; - густоту, равномерность сетей и др. Математико-картографическое моделирование включает: математический анализ; математическую статистику; теорию информации. Картографическое изображение - как формализованная модель местности хорошо приспособлено для математического анализа. Так, широкое применение находят аппроксимации, выборки, корреляции, факторный анализ и т.д. Геоинформационное картографирование Геоинформатика - наука, технология и производственная деятельность по научному обоснованию, проектированию, созданию, эксплуатации и использованию географических информационных систем (ГИС), по разработке геоинформационных технологий, по прикладным аспектам, или приложениям ГИС (GIS application) для практических и научных целей Географическая информационная система – это информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных (пространственных данных). ГИС содержит данные о пространственных объектах в форме их цифровых представлений (векторных, растровых, квадротомических и иных), включает соответствующий задачам набор функциональных возможностей ГИС. По территориальному охвату различают ГИС: глобальные, или планетарные, субконтинентальные, национальные,в большинстве своем имеющие статус государственных, региональные, субрегиональные и локальные (местные). ГИС различаются предметной областью информационного моделирования, к примеру, городские ГИС, или муниципальные ГИС (МГИС), природо66 охранные ГИС и т.п.; среди них особое наименование, как особо широко распространенные, получили земельные информационные системы. Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Геоинформационное картографирование - отрасль картографии, занимающаяся автоматизированным составлением и использованием карт на основе геоинформационных технологий и баз географических (геологических, экологических, социально-экономических и др.) знаний. Особенности геоинформационного картографирования: - высокая степень автоматизации, опора на базы цифровых картографических, географических, экологических и других данных; - интерактивность картографирования; - оперативность, приближающаяся к реальному времени; - многоварантность; - мультимедийность; - применение компьютерного дизайна и новых графических изобразительных средств; - создание изображений новых видов; - возможность обеспечения принятий решений. Туристские карты для широкого круга пользователей В связи с интенсивным развитием туризма существенно возросла роль туристских карт, схем, как традиционных (бумажных) так и в электронном виде. Эти карты и схемы – вид массовой картографической продукции, рассчитанный на туристов и экскурсантов, служит им путеводителем и справочным пособием. Данные карты и схемы помогают туристам лучше узнать исторические и архитектурные достопримечательности, интересные объекты природы, они содержат сведения о системе обслуживания туризма. По основному назначению (в совокупности с другими признаками) создаваемые карты подразделяются на обзорные, маршрутные и планы-схемы городов. Обзорные туристские карты создаются либо на географические регионы, либо по принципу административно-территориального деления. Издаются, как правило, на одном листе. Изображения печатаются с двух сторон его, а затем лист фальцуется( складывается) в несколько раз. Маршрутные схемы изображают полосу определенного маршрута. Такие карты рассчитаны на туристов различных видов, в зависимости от средств передвижения. Они подразделяются на пешеходные (лыжные, горные), автомобильные (велосипедные, конные), водные (на байдарках, плотах, парусных и моторных яхтах), железнодорожные и комбинированные (смешанные). Издаются либо на одном листе, сложенном несколько раз, либо в виде портативной и удобной в путешествии брошюры. 67 Рис. Различные виды фальцовки Географическая основа этих карт составляется с топографических карт (гидрография, населенные пункты, дорожная сеть, рельеф, растительность и грунты, границы). Она необходима для привязки к территории объектов специального содержания, для лучшего ориентирования на местности, обеспечивает обзор местности и необходима для получения необходимых справок по размещению интересных объектов. Специальное содержание составляют: объекты туристского обслуживания (гостиницы, кемпинги, мотели), СТО, АЗС, туристские организации, туристские маршруты, достопримечательности (архитектурные и исторические памятники, интересные объекты природы) и т.д. Туристские карты и схемы иллюстрируются рисунками и фотографиями, подробными условными обозначениями, текстом (описательным и пояснительным). Создание туристских карт и схем ведется по общим редакционным документам инструктивного характера, способствующим унификации и стандартизации процессов составления и оформления карт. Особенностью редакционно-подготовительных работ при создании этих карт (схем) является установление связей с представителями местных организаций, Советов по туризму и краеведению, туристическими организациями и фирмами; сбор материалов об архитектурных и исторических памятников, особенностях маршрута, фотографий, слайдов и отражение этого материала 68 на картах и в тексте. Специфика таких карт – большое разнообразие тем, которые могут быть отражены, необычайно широкий круг потребителей разного возраста, с самым разным уровнем знаний. Все это требует большой работы над их содержанием и оформлением. Содержание таких карт должно быть достаточно полным, но без перегрузки излишними сведениями. Карта должна быть хорошо читаемой, наглядной, выразительной и красивой. Наглядное изображение позволяет туристу меньше обращаться к легенде во время похода, а красота оформления, наряду с эстетическим воздействием, является хорошей рекламой туристской картографической продукции. Оформление гидрографии зависит от назначения карты. Если создается схема водного туристского маршрута, то необходимо добиваться особенно хорошей читаемости его. На обзорных схемах необходимо избегать необоснованного выделения гидрографии. В этом случае используются линии малой толщины и ненасыщенного цвета. При изображении населенных пунктов на туристских картах (схемах) используется большое разнообразие графических приемов. Часто используется традиционный способ их изображения группами кварталов и пунсонами, реже перспективное или художественное изображение населенного пункта. Условные знаки дорог также проектируются по-разному. На маршрутных дорожных схемах изображение дорог и придорожных сооружений должно быть выдвинуто на первый план. На других схемах дороги должны быть выполнены в общем стиле оформления всей схемы. Туристские карты (схемы) для широкого круга пользователей отличаются большим многообразием применяемых способов оформления рельефа. На них можно увидеть способ изолиний (горизонталей) и гипсометрический способ, отмывки и перспективное изображение. Тот или иной способ изображения выбирается в соответствии с назначением карты, ее масштабом, характером рельефа, способом издания и общим стилем ее оформления. Большое разнообразие графических приемов изображения растительного покрова также является особенностью туристских карт (схем). Леса на них показывают зеленым фоном, плановым штриховым рисунком, полуперспективным штриховым рисунком деревьев или в ландшафтном художественном оформлении. Способ изображения лесов должен увязываться со способом изображения рельефа. Объекты специального содержания на туристских картах обычно показываются способом значков. Здесь можно увидеть все виды значков (геометрические, буквенные, символические), но чаще используются художественные. Они более наглядные и отражают архитектурные особенности объектов. Цвет значков зависит от общего оформления карты, ее колорита. В основном используют черный и красный цвета, позволяющие выделить эти объекты на общем пестром фоне. Объекты специального содержания в соответствии с их первостепенным значением на карте должны восприниматься в первую оче69 редь. Улучшению читаемости значков специального содержания способствует размещение их в рамках различной формы и на ярком фоне. Использование топографических карт при проектировании инженерных сооружений Карты находят широкое применение при проведении изысканий, планирования, проектирования и строительстве различных сооружений. Именно по картам инженеры-геодезисты начинают знакомство с районом будущих работ и получают данные, необходимые для проведения изысканий. Для получения этих данных используют климатические, геологические, геоморфологические, гипсометрические, демографические, политикоадминистративные и другие карты, но наиболее полные и важные сведения получают с топографических карт различных масштабов. Топографические карты служат основой для разработки генеральных планов городов и крупных промышленных предприятий, составления проектов мостовых переходов и плотин, сооружений ГЭС, выявления зон подтопления и затопления, подсчета площади и объема водохранилищ, при трассировании и сравнении вариантов трасс, мелиорации, землеустроительных и лесоустроительных работах. При изысканиях инженер-геодезист должен хорошо изучить природные условия участка работ, чтобы иметь исходные данные, которые при проектировании и строительстве помогут принять правильные и технически грамотные решения. При изучении природных условий района работ очень важно получить характеристики, определяющие в дальнейшем параметры инженерных сооружений. При проектировании и строительстве городов и крупных поселков используют топографические карты масштабов 1:10 000, 1:5 000, 1:2 000 и планы 1:500. Их применяют для разработки генеральных планов городов и составления проекта детальной планировки и эскиза застройки. Генеральные планы чаще всего составляют в масштабе 1:5 000, для крупных городов иногда используют масштаб 1:10 000, а для небольших 1:2 000. Планы масштаба 1:500 используют для рабочих чертежей многоэтажной застройки с густой сетью подземных коммуникаций, составления плана подземных сетей и привязки зданий к участкам строительства. Градостроительство тесно связано с изысканиями подъездных путей к новым городам, поэтому одновременно с городами проектируются дорожная сеть и аэропорты. Для изыскания площадок аэропортов используют карты масштаба 1: 10 000 и крупнее. При вертикальной планировке лётного поля и строительстве аэровокзала используют планы 1:1 000 масштаба. Изыскания трасс большого протяжения выполняют узкой полосой. Важным вопросом при выполнении изысканий трасс большого протяжения является определение планового и высотного положения трасс. При разработке технико-экономического обоснования изыскания дорог используют карты м-бов 1:1 000 000 – 1: 100 000. При изысканиях в стадии технического проекта используют карты 1:25 000-1:10 000. 70 При сооружении гидроузлов применяют карты масштаба 1:10 000. Если такие карты отсутствуют на район работ, то сначала выполняют топографическую съемку в масштабе 1:10 000 для крупных гидроузлов и в масштабах 1:5 000 – 1: 2 000 для средних и малых гидроузлов. Плотины поднимают уровень воды в реке и образуют водохранилища. При этом размер затопления и подтопления зависит от высоты плотины и рельефа речной долины. Создание водохранилищ приводит к затоплению и подтоплению населенных пунктов, промышленных центров и других важных объектов, поэтому топографические карты служат основой для: - установления границ затопления и подтопления объектов, которые попадают в эти границы; - определения площади затопления и емкости водохранилища; - установления районов инженерной защиты от затопления городов, промышленных предприятий, ценных сельскохозяйственных угодий и др. 71 ВИДЫ ОЦЕНОЧНЫХ И РЕСУРСНЫХ КАРТ Человеком используются в различных целях все компоненты природы и многие их свойства. Разделение на карты природных условий и карты природных ресурсов условно, т.к. объекты картографирования могут совпадать. При оценке природных условий учитываются элементы природной среды, одновременно являющиеся ресурсами (напр., грунты для создания полотна дорог, плотин). Одни показатели грунта – его состав (пески, глина, галечник и др.) характеризуют вид необходимых для строительства материалов и показываются на картах ресурсов, другие – свойства грунтов (твердость, просадочность, размываемость) – являются условиями строительства и характеризуются на картах оценки природных условий. В каждом компоненте природы выделяют ресурсы, т.е. те стороны (тел и энергии), которые используются в производственной деятельности (напр., ресурсы тепла и влаги, характеризующие на специальных картах территориальное размещение сумм температур, дат или периодов, обеспечивающих различные стороны сельскохозяйственного производства. В гидрологии – карты водных ресурсов, водной энергии и т.д.). Все явления живой природы создают ресурсы: технические, пищевые, лекарственные, промысловые и т.п. Карты ресурсов можно разделять по компонентам природы (и отдельным видам) и по сферам использования в производстве. В содержание карт ресурсов входят: характеристика их видов, размещения, иногда происхождения качественных признаков и количественных показателей (запасов и оценки использования). Часто именно выявление ресурсов составляло основную задачу картографирования ряда элементов природы (напр., полезных ископаемых для геологического картографирования). Содержание этого типа карт сравнительно просто. На них фиксируется размещение ресурсов, разделяемых по видам (по условным классификациям, большей частью связанным с направлением использования). Например, леса – по породам и возрасту; ресурсы животного мира – охотничьи, пушные, мясные, рыбные – по видам используемой фауны и т.п. Другой тип карт – это карты оценочные, оценки запасов, условий добычи. Оценка всегда проводится как экономическая с точки зрения потребности и возможности использования зафиксированных на фактологических (инвентаризационных) картах природных богатств. Основными элементами оценочного отношения являются: 1. объект оценки, 2. её субъект, с позиций которого определяется оценка, 3. критерии оценки, определяемые её целью. Оценочная информация одного и того же явления будет различной для разных задач использования. Например, на карте оценки кормовых ресурсов объектом являются виды или сообщества используемой растительности (луговая, кустарниковая, моховая и др.); субъектом оценки – сельское хозяйство разных направлений; критериями оценки будут количественные показатели, различающиеся в зависимости от применяемой техники (сенокошение, пастбищное использование) с учетом видов скота. Дополнительными критериями 72 оценки могут служить условия использования, напр., пересеченность рельефа, грунт, сезонность пастбищ и т.д. Таким образом, карты оценки природных ресурсов можно разделить по компонентам природы (ресурсы климата, гидрологические и проч.); по задачам оценки можно назвать карты кадастровые, инженерно-технических ресурсов, включая ряд полезных ископаемых, запасов леса, водной энергии; по степени и возможности использования – экономическая оценка. Более сложны карты оценки природных условий. Природные условия (в узком понимании) определяют как тела и силы природы, которые на данном этапе развития производительных сил существенны для жизни и деятельности общества. Карта оценки природных условий Экономическая оценка, кроме количественных показателей запасов (по ареалам или ступеням плотности) в объемных или весовых категориях на условную площадь, даётся также по экономической эффективности и рекомендуемой очередности освоения. Это требует тщательного изучения экономиче73 ской географии района – учета размещения населения, путей сообщения, планирования хозяйства и т.д. Карты ресурсов с показателями эффективности относятся к экономическим. Так же как и для карт природных ресурсов, содержание любого вида оценки природных условий подразумевает наличие двух сторон – объекта (элементов природы и их свойств) и субъекта (различных технических средств, отраслей хозяйства и др.). Предметом оценки всегда являются отношения (связи) между субъектом и объектом. Оценка выражается в форме группировки оцениваемых природных явлений в зависимости от их значимости, возможности использования в хозяйственных, рекреационных и других целях. Оценок может быть множество, все они предназначены для решения разных конкретных задач и на разных стадиях работ. Это предопределяет разнообразие сюжетов оценочных карт и сложное переплетение методов и приёмов оценочных исследований. Оценки могут быть по своему назначению и использованию более узкими и более универсальными. Соответственно и карты могут быть частными, если оцениваются отдельные компоненты природной среды по конкретным задачам, и общие, если оценивается весь природно-территориальный комплекс или ряд элементов, влияющих на данный вид использования территории. К оценочным картам природных условий примыкает особая группа карт охраны и рационального использования природных условий с точки зрения их современной антропогенной изменённости, выносливости (восстановимости) и рекомендаций по охране. ОФСЕТНАЯ ПЕЧАТЬ 1.1 Основы офсетной печати В офсетной печати печатающие и пробельные элементы печатной формы лежат в одной плоскости. Печатающие элементы обладают гидрофобными свойствами, т. е. способностью отталкивания воды, и одновременно олеофильными свойствами, позволяющими им воспринимать краску. В то же время пробельные (непечатающие) элементы печатной формы, наоборот, имеют гидрофильные и в тоже время олеофобные свойства, благодаря чему они воспринимают воду и отталкивают краску. Этот процесс происходит в результате физических явлений на поверхности раздела сред (рисунок 1). 74 Рисунок 1 Офсетная печать (способ плоской печати) а принцип нанесения краски на форму б компоненты печатного аппарата Перед печатью пробельные участки печатной формы покрываются тонким слоем увлажняющей жидкости. Этот раствор (состоящий из воды и вспомогательных добавок) равномерно распределяется увлажняющими валиками. Для хорошего смачивания пробельных элементов формы требуется уменьшение сил поверхностного натяжения путем добавления в увлажняющий раствор специальных веществ. Слишком сильное уменьшение поверхностного натяжения может в пределе приводить к образованию эмульсии печатной краски и увлажняющего раствора. Точного их разделения при нанесении краски на печатную форму в этом случае не произойдет. Правильное осуществление офсетного печатного процесса зависит от многих физико-химических явлений, связанных с материалами и компонентами, принимающими участие в нем. Приведенный ниже перечень представляет те факторы, которые оказывают наибольшее влияние на качество офсетной печати: • влияние печатной формы: поверхностное натяжение участков, воспринимающих краску; поверхностное натяжение участков, воспринимающих увлажняющий раствор; шероховатость поверхности, в особенности на свободных от краски пробельных участках (механическое или электролитическое зернение и т. д.); режимы технологических процессов изготовления офсетной формной пластины; • влияние красочных валиков: свойства материала покрытия валиков; поверхностное натяжение материала, из которого сделан валик; шероховатость поверхности; деформационные свойства резинового покрытия; установка и юстировка валиков, вращение без биения; • влияние резинового полотна: натяжение резинового полотна; шероховатость поверхности; деформационные свойства; адгезионные свойства по 75 отношению к краске; режимы процесса печати; устойчивость к действию технологических растворов; • влияние печатной краски: поверхностное натяжение на границе раздела фаз «вода-краска»; реологические свойства (вязкость, липкость и т. д.); температурные условия; условия восприятия увлажняющего раствора; изменение свойств при прохождении через красочный аппарат; состав печатной краски; условия закрепления; • влияние увлажняющего раствора: жесткость воды, загрязнение воды; добавки в увлажняющий раствор (спирт, смачивающие присадки, буферные вещества); величина pH, поверхностное натяжение; реологические свойства (вязкость); температурная зависимость реологических величин; • влияние запечатываемого материала: свойства запечатываемого материала (гладкость, впитывающая способность, смачиваемость); величина pH запечатываемого материала; печатные свойства (деформация при натяжении, выщипывание, прочность на разрыв); • влияние печатной машины (на качество печати и стабильность процесса): конструкция печатного аппарата (точность, стабильность, виброустойчивость и т. д.); тип красочного аппарата (наличие регулировки подачи краски по циклу машины); тип увлажняющего аппарата (контактное увлажнение, бесконтактное увлажнение); конструкция системы подачи краски (дозирование краски); поддержание температуры (термостатирование). 1.2 Печатные формы, печатные краски, увлажняющий раствор Печатные формы. Печатные формы для офсетной печати представляют собой тонкие (до 0,3мм), хорошо натягивающиеся на формный цилиндр, преимущественно монометаллические или, реже, полиметаллические пластины. Используются также формы на полимерной или бумажной основе. Среди материалов для печатных форм на металлической основе значительное распространение получил алюминий (по сравнению с цинком и сталью). Необходимое зернение поверхности пластины выполняется механическим путем при помощи пескоструйной машины или на зернильных установках с шарами и абразивным материалом, а также с применением мокрой или сухой обработки щетками. В настоящее время формные пластины зернятся почти исключительно электромеханическим путем и на заключительном этапе оксидируются. На металлическую основу наносится копировальный слой, на котором формируется изображение, несущее краску. Это в основном полимер. На полиметаллических (биметаллических) формных пластинах олеофильным слоем служит медь. В настоящее время в типографиях применяются преимущественно светочувствительные алюминиевые формные пластины с предварительно нанесенной фотополимеризующейся композицией на основе диазосоединений. Формирование изображения осуществляется благодаря различным свойствам поверхности пластин после их экспонирования и проявления. 76 Печатные формы вследствие воздействия света и обработки образуют воспринимающие или отталкивающие краску элементы. Возможны два различных способа копирования: позитивное и негативное. Они требуют различной засветки для образования изображения, т.е. различных предварительно изготовленных фотоформ. При позитивном копировании в качестве копируемого оригинала используется позитивная фотоформа, т. е. непрозрачные для света зачерненные участки на ней соответствуют участкам, воспринимающим краску на печатной форме. При копировании свет проходит через прозрачные участки в позитивной фотоформе. При этом светочувствительный копировальный слой на пластине «разлагается». Следствием этого является очищение от копировального слоя в процессе проявления участков поверхности формной пластины, в данном случае тех, на которых нет изображения. Недостаток этого способа заключается в том, что на формной пластине в отличие от прозрачных участков пленочного оригинала могут частично воспроизводиться в виде печатающих элементов края пленки, пыль, монтажные полосы и пр., т. е. темные частицы на пленке. При негативном копировании с применением «негативных формных пластин» в качестве копируемых оригиналов используется негативная фотоформа, на которой участки изображения (печатающие элементы) соответствуют прозрачным светлым участкам. Свет отверждает копировальный слой на формной пластине, который после проявления остается на участках ее поверхности, в то время как с незасвеченных участков (пробельных) он удаляется. Печатные формы на лавсановой основе применяют для выполнения работ среднего качества. Они используются для печати однокрасочных и многокрасочных работ малого формата. Для обеспечения контроля качества в процессе изготовления печатных форм совместно с основным изображением копируют контрольные элементы. Печатные формы для термической записи изображения Наряду с печатными формами, описанными выше, для цифровой записи изображения созданы термочувствительные формные пластины. Запись изображения осуществляется путем воздействия лазерного излучения. Печатная краска. Применяемые в офсетной печати краски представляют системы высокой вязкости. Они состоят из цветных пигментов, связующего вещества, добавок и растворителя. Цветные пигменты имеют органическую или неорганическую природу. Они определяют цветовой тон печатной краски. Пигменты состоят из твердых частиц неправильной формы размерами от 0,1 до 2мкм. Связующие вещества необходимы, чтобы пигмент, находящийся в виде порошка, мог закрепляться на запечатываемом материале. Кроме того, связующие вещества образуют защитную пленку, препятствующую механическому истиранию красочного слоя на оттиске. В зависимости от технологиче77 ских особенностей печатного процесса и свойств запечатываемого материала связующее вещество изготавливается по определенным рецептурам из соответствующего сырья. Используемые для изготовления печатных красок связующие вещества называются «фирнисами». В самой рецептуре, подготовке и комбинации отдельных видов сырья и состоит собственное ноу-хау изготовителей печатных красок. Добавки вводятся в печатные краски, чтобы целенаправленно влиять на их особые свойства. Называемые также «вспомогательными средствами» добавки применяются главным образом тогда, когда обнаруживаются особые трудности в печатном процессе. Роль растворителя в офсетных красках выполняют минеральные масла. Они формируют условия для переноса краски и удаляются в процессе сушки (испарением, впитыванием). Часть печатных красок закрепляется также за счет окисления. Наряду с этими красками, применяющимися чаще всего, имеются также краски, которые затвердевают посредством воздействия излучения (УФ- и электронного). Структура их совершенно иная, чем обычных красок. Различают УФ-краски как для обычной офсетной печати (с увлажнением форм) и для офсета без увлажнения. Увлажняющий раствор. В традиционной офсетной печати увлажняющий раствор служит для разделения печатающих и пробельных участков на печатной форме, т. е. для того, чтобы избежать попадания краски на непечатающие участки. Увлажняющий раствор состоит в основном из воды. Опыт показывает, что увлажняющий раствор должен иметь значение pH между 4,8 и 5,5. Степень жесткости воды от 8 до 12 DH. Увлажняющий раствор обычно содержит также защитный коллоид для пластин, вещества для увеличения смачивания – изопропиловый спирт, буферные вещества и антимикробные добавки. Антимикробные добавки особенно требуются в тех случаях, когда увлажняющий раствор подготавливается централизованно в специальном устройстве для нескольких офсетных машин. Существует опасность, что без этих добавок его подача может прекратиться из-за появления и роста в резервуарах водорослей. Так называемые «безалкогольные увлажняющие растворы» вместо изопропилового спирта содержат вещества, заменяющего его, например гликоли. СПОСОБЫ ПЕЧАТИ БЕЗ ПЕЧАТНОЙ ФОРМЫ (БЕСКОНТАКТНЫЕ СПОСОБЫ NIP). РЕПРОГРАФИЯ Принципы и основные компоненты Способы печати, для которых не требуется постоянной материальной печатной формы, и на каждом оттиске можно получать принципиально различное изображение, называются бесконтактными способами печати Non Impact Printing (NIP). Это название вытекает из технологии прежних печатных 78 систем, при помощи которых, например, выводились данные в вычислительных центрах посредством матричного печатающего устройства. В матричных печатающих устройствах литеры, управляемые электроникой, переносят информацию на бумагу посредством красящей ленты. На смену им пришли электрофотографические способы, обеспечившие печать не посредством удара литер или игл, а использующие промежуточный носитель (цилиндр с фотополупроводниковым покрытием). Записанное на нем скрытое (невидимое) изображение, обусловленное изменением заряда отдельных участков, покрывается специальным красящим веществом (тонером), а затем переносится на бумагу. При печати, конечно, существует контакт между носителем информации и бумагой. Однако этот контакт в отличие от классических способов печати не связан с большим давлением во время переноса красящего вещества на запечатываемый материал. Поэтому такие способы называются бесконтактными способами печати. О б з о р б е с к о н т а к т н ы х т е х н о ло г и й п е ч а т и ( NI P ) На рисунке 1 перечислены способы бесконтактной печати, названия которых отражают физико-химические процессы, лежащие в их основе. В электрофотографии формирование изображения производится посредством фотоэлектрических эффектов. В способе, называемом ионография, зарядовое изображение на носителе формируется непосредственно заряженными частицами от ионного источника. Магнитография основана на получении изображения на поверхности носителя, покрытого магнитодиэлектриком. При струйном способе печати краска переносится из системы сопел непосредственно на запечатываемый материал. Термография существует в вариантах термосублимации или термопереноса, при которых изображение получается посредством термических эффектов и специальных носителей красителя (например красящей ленты). Фотография использует специальную светочувствительную бумагу, которая экспонируется посредством световых сигналов, управляемых цифровым методом. К этому списку следует добавить «Х»-графия – собирательный термин для некоторых бесконтактных технологий, например для таких способов, как прямая индуктивная печать, струйная печать с использованием тонера, элкография, зурография и другие, которые будут описаны в следующих разделах. 79 NIP – технологии (без печатной формы) Электрофотография Магнитография Ионография Струйная печать Термография Струйнокапельная Непрерывная Сублимации Сухой тонер Жидкий тонер Жидкая краска Фотография Термокраска Термоперенос Носитель краски фольга/лента Специальный слой Магнитный тонер ПЕЧАТЬ Рис. 88 Схема технологий без изготовления печатных форм При бесконтактных способах печати физические эффекты для получения изображения, как правило, связаны с применением определённых красящих веществ, например, в электрофотографии используются сухие или жидкие тонеры, в струйной печати – жидкие краски низкой вязкости, а также термокраски. В термографии краски закреплены на носителе, например красящей ленте. Печатное устройство, изображённое на рис. 3.1-3, оснащено различными функциональными элементами для формирования и удаления изображения, подготовки и очистки поверхностей, подачи красящего вещества и др. При помощи бесконтактных технологий можно запечатывать как листовой, так и рулонный материал. В общем цифровом производственном процессе печатная секция бесконтактной печати может компоноваться в линию с секциями для традиционной печати. П е ч а т н ы й п р о ц е с с и ф ун к ц и о на л ьн ы е к о м п о н е н т ы б е с к о н т а к т н ы х т е х н о ло г и й На рисунке 2 изображены различные устройства и этапы печатного процесса на основе бесконтактных технологий. В зависимости от вида печати могут включаться не все этапы. Для большинства технологий присуще: формирование изображения (получение скрытого, невидимого изображения), нанесение красящего вещества на скрытое изображение (проявление), перенос красящего вещества на запечатываемый материал, закрепление, очистка и подготовка поверхности носителя изображения к новому циклу. В следую80 щих главах будут изложены, помимо основных перечисленных, дополнительные процессы. Они могут требовать наличия промежуточного носителя изображения (например, как в офсетной печати – обрезиненного цилиндра) (рисунок 8). Носителем изображения может быть как жёсткий цилиндр, так и гибкая лента. Это относится также и к промежуточным носителям. Рис 2 Функциональные компоненты печатающего устройства на основе бесконтактной технологии Цифровое формирование изображения в бесконтактных технологиях Формирование изображения на носителе, передающем его затем на запечатываемый материал, в бесконтактных технологиях осуществляют соответствующие устройства, например подающие импульсы лазерного излучения в электрофотографии или перенос зарядов в ионографии. Качество печати определяется разрешением систем формирования изображения (измеряемые в dpi - пикселах на дюйм), формой отдельных элементов изображения, возможностью переноса разного количества красящего вещества на элемент изображения и т.д. Имеется возможность наносить на отдельные элементы изображения разное количество красящего вещества, т.е. каждый из них может иметь различную оптическую плотность (несколько ступеней градации). Так можно репродуцировать большой диапазон градаций, в частности, при многокрасочной печати - больший цветовой охват, чем в случае участков только с наличием или отсутствием краски на бумаге. Изменение оптической плотности 81 для элементов изображения одинаковой величины осуществляется посредством различной толщины красочного слоя. Оптические плотности (серые поля) в пределах одной растровой ячейки могут быть получены также посредством комбинации двух эффектов (толщины слоя и диаметра). К р а с я щ ие в е ще с т в а д л я NI P - с ис т е м Для бесконтактных технологий в принципе необходимы специальные красящие вещества. При технологиях, не требующих печатных форм, скрытое изображение создаётся на носителе (кроме струйной печати). Перенос красящего вещества на носитель изображения требует, чтобы его физикохимические свойства соответствовали физическим эффектам создания скрытого изображения. Например, для проявления электростатического изображения в электрофотографии необходимы красящие вещества с соответствующей полярностью, чтобы произвести их перенос из красочного аппарата на поверхность для формирования изображения. Например, положительные заряды на поверхности носителя информации, требуют отрицательно заряженных частиц тонера. Тонер. В электрофотографии, ионографии и магнитографии используются тонеры. Различают порошковый (сухой тонер) и жидкий тонер. На рисунке 9 представлена классификация тонеров. Порошковый тонер может иметь одно- или двухкомпонентную структуру. Преимущественное применение находят, как правило, двухкомпонентные тонеры, в которых частицы, необходимые для визуализации скрытого изображения, доставляются посредством частиц-носителей. Частицы-носители (диаметром около 80 мкм) переносят на поверхность носителя изображения более мелкие красящие частицы (диаметром около 8 мкм). В то время как красящие частицы расходуются во время печати, частицы-носители циркулируют в красящей системе (называемой также проявочной системой) в целях их повторного использования. ТОНЕР Сухой тонер Полимеры, пигменты, добавки Размеры частиц 6 – 20 мкм Жидкий тонер Пигменты, добавки, возможны полимеры Размеры частиц ≤ 2 мкм В диэлектрическом растворе-носителе 82 Двухкомпонентный тонер (тонер и носитель) Однокомпонентный тонер (магнитный) ние Однокомпонентный тонер (немагнитный) Толщина красочного слоя (один слой тонера) 5 -10 мкм 1 – 3 мкм Фиксация/ сушка Оплавление тонера под действием Оплавление тонера под действием температуры и давления температуры и давления, испарежидкости-носителя Рис.9 Тонеры для бесконтактных технологий Среди однокомпонентных тонеров различают магнитные и немагнитные. Магнитные тонеры, как правило, применяются в однокрасочной печати при тёмных цветовых тонах. Немагнитные однокомпонентные тонеры применяются в основном в системах, работающих с низкими скоростями. В жидких тонерах жидкость-носитель берёт на себя транспортировку пигментов или красящих частиц. Перед переносом изображения с носителя информации на бумагу жидкость должна быть удалена. В большинстве случаев она снова возвращается в печатный процесс. Применение жидких тонеров, в частности для многокрасочной печати, пока не нашло широкого распространения. В бесконтактных технологиях, использующих сухой тонер, толщина красочного слоя при однокрасочной печати на бумаге составляет 5-10 мкм (в офсетной печати - около 1 мкм). Если печать производится жидким тонером, то образуется слой толщиной от 1 до 3 мкм (из-за размеров частиц от 1 до 2 мкм). Процесс фиксации при печати сухими составами происходит автоматически путем закрепления изображения на бумаге посредством оплавления частиц тонера при подаче тепла и, как правило, прижима. При печати жидкими тонерами необходимо, кроме этого, обеспечить испарение или удаление жидкости-носителя. Краски для струйной печати. На рисунке 10 дан обзор различных красок, которые применяются в бесконтактной технологии струйной печати. 83 В струйной печати в качестве красящих веществ используются пигменты или красители. Краски для струйной печати Красящее вещество Жидкие краски (вязкость 1-30 мПа/с) Стандартные краски: на основе воды и на основе растворителя. Толщина слоя около 0,5 мкм. Высыхание испарением или впитыванием Термокраска Пигменты Красители УФ – краски. Толщина слоя 5-15 мкм (в зависимости от запечатываемого материала). Высыхание происходит сшивкой излучением Толщина слоя 10 – 15 мкм (в зависимости от запечатываемого материала). Высыхание отвердевание после охлаждения Рис.10 Краски для струйной печати Вид используемой краски во многом определяется не только системой ее подачи, но и запечатываемым материалом (впитывающей способностью, покрытия, плёнки и т.д.), окружающими условиями (светостойкость, износостойкость, устойчивость к атмосферным воздействиям и т.д.), а также процессом сушки. Процесс сушки жидких красок заключается в испарении и впитывании. Посредством подвода тепла можно добиться более быстрых результатов. Сушка УФ-красок производится излучением. Сушка термокрасок происходит автоматически во время производственного процесса. Расплавленная при нагревании краска охлаждается и отвердевает на бумаге. Краски и их взаимодействие с запечатываемым материалом определяют толщину красочного слоя, а также качество изображения, особенно в многокрасочной печати. При использовании жидких красок толщина красочного слоя на бумаге при струйной печати достигает около 0,5 мкм. При использо84 вании УФ- и термокрасок она составляет от 10 до 15 мкм, что может привести к нежелательным рельефным структурам (при однокрасочной офсетной печати толщина красочного слоя обычно достигает 0,7 мкм). Термоперенос. При термопереносе и термосублимации краска наносится на запечатываемый рулонный или листовой материал тонким слоем. Перенос красочного слоя осуществляется полностью или частично посредством управляемой возгонки краски (сублимации). В термопечати запечатываемая бумага может содержать красящие вещества, которые активизируются посредством подачи тепла и способствуют их визуализации. При термопереносе толщина красочного слоя, как правило, составляет около 2 мкм, а при термосублимации - от 1 до 2 мкм. Процесс сушки обусловлен физико-химическими процессами термографии и происходит автоматически (оплавление, испарение благодаря нагреву и действие давления, отверждение при охлаждении). 85