Использование карт

Серии карт разной тематики удобно анализировать с по­мощью комплексных профилей, на которых вдоль из­бранного направления совмещаются изображения нескольких яв­лений (например, гипсометрический профиль, геологический раз­рез, почвенный профиль, ход гидроклиматических показателей и др.). Комплексные профили применяются для выявления связей между явлениями. Совмещенные профили представляют собой взаимное наложение серии профилей, они создают эффект панорамы без перспективы и удобны для выделения однородных поверхностей, например, одновозрастных поверхностей выравни­вания.

Розы-диаграммы — графическое изображение распределения ориентировки линейных элементов по азимутам. Длина каждого луча Li — розы-диаграммы отражает общую протяженность линей­ных элементов определенного азимута (азимутального интервала) на данном участке карты.

Блок-диаграмма — трехмерный рисунок, совмещающий перс­пективное изображение какой-либо поверхности с продольным и поперечным разрезами. Блок-диаграммы строят по нескольким картам, тематика их различна. Геологические блок-диаграммы отражают устройство земной поверхности в связи со строением земной коры, ландшафтные — показывают соотношение рельефа, почв, растительного покрова и других элементов ландшафта. Су­ществуют также почвенные, геофизические, океанологические и другие тематические блок-диаграммы. Построение блок-диаграмм выполняется в двух основных проекциях — аксонометрической и перспективной. Аксонометрическая проекция (рис. 75), деформи­руя угловые соотношения, сохраняет горизонтальный масштаб таким, каков он на исходной карте, что позволяет проводить на блок-диаграмме измерения в любых направлениях. Перспективные проекции [с одной или двумя точками перспективы (рис. 76)] более наглядны, но имеют перспективные искажения, что затруд­няет выполнение по ним измерений.

Рис. 76. Схема построения пер­спективной блок-диаграммы:

а - с одной точкой перспективы; б— с двумя точками перспективы

Кроме этих двух типов су­ществуют блок-диаграммы, составленные из серий профилей (рис. 77) по одному или двум взаимно перпендикулярным на­правлениям.

Рис. 77. Схема построения блок-диаграммы в виде си­стемы параллельных разрезов

Их построение выполняется на автоматических гра­фопостроителях по цифровым моделям рельефа. При построении блок-диаграмм для увеличения их наглядности применяют раз­личное масштабирование по вертикали и по горизонтальным осям, поворачивают и наклоняют их так, чтобы обеспечить наблюда­телю наиболее выгодный обзор.

Разновидностью блок-диаграмм являются метахронные блок- диаграммы, характеризующие изменения явлений во времени. На них по двум осям откладывают пространственные координаты, а по третьей — время: дни, месяцы, сезоны года и т. д. (рис. 78). Для построения таких изображений используются разновременные карты.

Полярный планиметр

Рис. 80. Полярный планиметр:

1 — полюсный рычаг; 2 — обводной рычаг; 3 — конец полюсного рычага с грузом; 4 — ручка; 5 — острие обводного рычага; 6 — шарнир: 7 — циферблат счетного механизма; S — счетное колесо с верньером; 9 — каретка со счетным механизмом

Измерения площадей по картам осуществляют с помощью пла­ниметров, методом взвешивания и палетками разных конструк­ций. Планиметр — специальный прибор для определения по карте или плану площади участка местности. Наиболее употребителен полярный планиметр (рис. 80), состоящий из двух рычагов: полярного и полюсного, имеющих шарнирное соединение, и каретки со счетным механизмом. Конец полюсного рычага закрепляется неподвижно, а острием обводного рычага проводят по контуру измеряемой площади. Вначале обводное острие помещают в лю­бую точку контура, а рычаги располагают под углом примерно 90° друг к другу. В этом положении берут начальный отсчет т₁ по счетному механизму, затем обводят контур по ходу часовой стрелки и, возвратившись в ту же точку, берут второй отсчет т₂. Площадь Р вычисляют по формуле

Р = С(т_г— т₁),

где С — цена деления планиметра, определяемая нз п промеров из­вестной площади Р _изв., например, нескольких километровых квад­ратов на топографической карте:

Для контроля и повышения точности измерений обвод контура выполняют вторично против хода часовой стрелки, тогда Р = С(т₁—m₂).

Использование планиметра удобно при измерении крупных контуров, порядка 10—15 см². В этих случаях относительная по­грешность измерений составляет около 1 %. Однако при измере­нии мелких контуров точность измерения площадей планиметром невысока.

При способе взвешивания контуры, площадь которых требу­ется определить, переносят на кальку, а затем аккуратно вырезают и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0001 г. Из той же кальки вырезают и взвешивают эталонный участок, площадь которого известна, что позволяет определить цену еди­ницы веса. Средние относительные погрешности данного способа составляют 1,6—2,2 %, в неблагоприятных условиях погрешности измерения достигают 5 %. Способ взвешивания удобен при не­обходимости определить суммарную площадь множества мелких ареалов (например, при определении общей площади небольших сельскохозяйственных угодий, почвенных выделов и т. п.).

Для измерения площадей применяются разного вида палетки (рис. 81). При пользовании квадратными палетками площадь отыскивается по формуле Р = а²п, где а — сторона квадрата в мас­штабе карты); n —число квадратов, попавших в пределы измеряе­мого контура; неполные доли квадратов оцениваются на глаз. В палетке, состоящей из системы параллельных линий, подсчи­тывают суммарную длину Σl отрезков, отсекаемых контуром из­меряемого участка: P= d Σl, где d —расстояние между линиями палетки. Значения Σl и d выражаются в масштабе карты. Для то­чечной квадратной палетки используется формула Р=a²n, где а — расстояние между точками; n — число точек, попавших в пределы контура. Для гексагональной палетки = 0,866 Р²n, где R — расстояние между точками.

Точность определения площадей с помощью палеток не ниже, чем точность планиметрирования и взвешивания, а для малых контуров — даже выше. При использовании достаточно мелких палеток (а = 1,5—2 мм, d = 2—4 мм) относительные погрешности составляют около 1,5—3%. При прочих равных условиях наи­большую точность измерения площадей обеспечивают сетки па­раллельных линий, затем гексагональные и квадратные палетки.

При измерении площадей по мелкомасштабным картам, состав­ленным не в равновеликих проекциях, применяют способ измере­ния по зонам. Для этого сгущают параллели, получая узкие зоны (от 20—30' до 3—4°), в пределах которых колебания масштаба можно считать несущественными. Это можно делать для прямых цилиндрических, конических, азимутальных проекций, где на па­раллелях сохраняется один и тот же масштаб и искажения не зависят от долготы. Затем внутри каждой зоны определяют по­правочный масштабный коэффициент k_i, подсчитывают площади участков p_i по отдельности и суммируют их:

Измерение объемов. Если объект изображен на карте в изо­линиях, то его объем V можно представить как сумму объемов от­дельных слоев v_i, заключенных между плоскостями сечения:

где p_n и p_n+1 — площади верхней и нижней плоскостей, ограничи­вающих слой; h_n — высота слоя; р_nΔh/3 — объем вершины объ­екта, имеющей превышение Δ h над самой верхней плоскостью се­чения.

В тех случаях, когда сечение изолиний на карте постоянно, формула для вычисления объемов принимает вид

Приближенное значение объема можно рассчитать, если по карте тем или иным способом измерена площадь объекта Р и опреде­лена его средняя высота (глубина) Н_ср. Тогда V=P∙H_cp.

Преобразование картографического изображения

Преобразование картографического изображения — это перевод его в новый вид, более удобный для решения данной конкретной задачи. Итогом преобразования исходной карты всегда бывает одна или несколько производных карт.

Средствами преобразования могут быть различные логико- математические и графические операторы. В каче­стве последних используют различные сетки и палетки (в виде квадратных, треугольных, гексагональных, круговых сеток, накла­дывающихся на карты). Преобразования выполняются по ячей­кам сетки, а полученные в результате новые показатели оформ­ляются в виде картограмм либо в виде изолинейных карт. Изоли­нии (псевдоизолинии) проводят путем интерполяции между центрами ячеек.

Различают неперекрывающиеся и перекрываю­щиеся (скользящие) операторы. Перекрывающиеся опера­торы позволяют сгущать сетку преобразования, меняя величину перекрытия, но не изменяя при этом размера ячейки сетки («скользящего окна»). Такой прием делает преобразование более плавным, облегчая последующую интерполяцию между центрами ячеек.

Кроме регулярных сеток, для преобразований используют слу­чайные операторы, когда ячейки располагаются на исходной карте произвольно, например, в соответствии с таблицами случайных чисел.

Различают следующие параметры графических операторов: размер, т. е. площадь ячейки, внутри которой производится преобразование; шаг — величина смещения ячейки; перекры­тие— площадь перекрытия «скользящего окна». При выборе размера оператора следует руководствоваться следующим пра­вилом: площадь ячейки сетки должна быть сопоставима с раз­мерами структурных форм (выделов, ареалов), имеющихся на исходной карте. Кроме того, следует учесть детальность исход­ного картографического изображения и желательную подробность производной карты. При разных параметрах преобразования результаты оказываются различными, поэтому на производных картах необходимо указывать вид, размер, шаг и другие характе­ристики операторов преобразования. Различают несколько типов преобразований.

Схематизация — преобразование, имеющее целью устра­нение второстепенных деталей исходного изображения и представ­ление изучаемого явления в упрощенном виде. Например, при схематизации гипсометрического изображения и снятии мелких деталей эрозионного расчленения более выпукло предстают основ­ные закономерности, главные элементы орографической струк­туры.

Детализация—такое преобразование, в результате кото­рого исходная карта становится более подробной. Так, на топо­графической карте можно детализировать изображение эрозион­ной сети, проведя по изгибам горизонталей тальвеги временных водотоков. Это позволит получить более подробное представление об эрозионном расчленении местности.

Квантификация — преобразование картографического изо­бражения, имеющее целью перевод качественных характеристик изучаемого явления в количественную форму. Обычно это преоб­разование связано с получением разного рода относительных морфометрических показателей, таких, как плотность, густота, ча­стота встречаемости объектов. Например, карты, показывающие распространение пашни, оврагов, численность животных и т. п., трансформируются в карты распаханности, овражности и плотно­сти распространения животных.

Квалификация или перевод в качественную форму имеет целью заменить картографическое изображение, содержащее количественные показатели, новым изображением, дающим качественные характеристики. Примером может служить проведение районирования территории по какой-либо изолинейиой карте. В результате на производной карте будут выделены рай­оны и дана их качественная характеристика.

Ко н т и н у а л и з а ц и я — преобразование, состоящее в замене дискретного картографического изображения непрерывным.

Континуализация связана с полной трансформацией изображения, изменением концепций картографирования и введением таких понятий, как «географическое поле» и «статистическая поверх­ность». Примером являются преобразования карты тектонических трещин и разломов в карту поля трещиноватости или карты люд­ности поселений — в карту поля плотности населения. Подобные преобразования выполняются обычно путем подсчета плотностей объектов (разломов, населенных пунктов) по ячейкам сетки с по­следующим проведением псевдоизолиний плотности. Карты полей плотности очень выразительны. На них читаются максимумы и минимумы, легко определяется их сравнительная интенсивность. Такие карты удобно сопоставлять с другими изолинейными изо­бражениями.

Дискретизация — преобразование, обратное континуализации, имеющее целью перевод непрерывного изображения в ди­скретную форму. Дискретизация всегда сопровождает получение по карте любых выборочных данных. В ходе дискретизации исход­ная карта предстает обычно в виде цифровой модели.

Разложение на составляющие — преобразование, связанное с выделением различных компонентов изображаемого явления. Чаще всего применяется для.выявления нормальной и аномальной компонент в размещении того или иного явления. В задачах разложения полагают, что изображенное на карте яв­ление z представляет собой результат совокупного влияния не­скольких факторов: основных, фоновых (нормальных) - z_ф, до­полнительных, остаточных (аномальных) — z₀;

z = z_ф + z₀ .

В итоге разложения составляют две (или более) карты, одна из которых отражает основные факторы,— карта фоновой поверхности, а другая (другие)—дополнительные или ано­мальные факторы — карта остаточной поверхности. Подобные преобразования чаще всего применяются к геофизиче­ским картам для выделения регионального фона и аномалий маг­нитных, гравиметрических и других нолей. Аналогичным

образом преобразуются некоторые географические карты: поля расселе­ния, плотности дорожной сети, густоты овражного расчленения и др. В качестве средства преобразований выступают различные осредняющие палетки, математические операторы (сглаживаю­щие, фильтрующие функции и т. п.), статистические регрессии и др.

Различают простые (однократные) и сложные (много­кратные) преобразования картографического изображения. Слож­ные преобразования имеют разные варианты:

Параллельные преобразования (рис. 85,а) — это такие преобразования, в которых одна карта А служит исходной для получения нескольких различных, хотя и взаимосвязанных, взаимодополняющих карт (В, С,..., N): .

Производные карты избирательно характеризуют отдельные свойства явления. Например, карту рельефа можно трансформи­ровать в серию морфометрических карт (см. рис. 85, а): густоты расчленения, глубины расчленения, уклонов, экспозиции склонов и т. д., а затем анализировать их порознь или совместно.

Последовательные преобразования (рис. 85, б) — сложные многократные трансформации, при которых каждая про­изводная карта служит одновременно исходной для следующего преобразования:

Конечная цель — составление карты N. Так, при прогнозе районов вероятного развития овраж­ной эрозии цепочка последовательных преобразований включает карты размещения оврагов, их плотности и аномалий плотности (см. рис. 85,6). Каждая из них имеет определенную ценность и может быть соответствующим образом интерпретирована, но наиболее важно последнее звено: карта повышенной овражной опасности.

Древовидные преобразования (рис. 85, в)—это комбинации параллельных и последовательных преобразований, образующие разветвленные цепочки и циклы. Исходными служат одна или несколько карт, причем на разных этапах в исследова­ние могут вводиться дополнительные карты.

Например, при совместном анализе карт рельефа и косми­ческих снимков создаются карты морфоизогипс (изолиний форм реконструированного тектонического рельефа), карты линеаментов (разломов, трещин, спрямленных орогидрографических эле­ментов), а также карты фоновых и остаточных поверхностей, карты избранных простираний линеаментов по четырем основным румбам (северо-западному, северному, северо-восточному и восточному). Интерпретация этих производных карт позволяет выделить различные линейные и площадные структурно-геомор­фологические элементы и затем синтезировать их на итоговой морфоструктурной карте, причем дополнительно привлекается геологическая информация.

Например, при совместном анализе карт рельефа и косми­ческих снимков создаются карты морфоизогипс (изолиний форм реконструированного тектонического рельефа), карты линеаментов (разломов, трещин, спрямленных орогидрографических эле­ментов), а также карты фоновых и остаточных поверхностей, карты избранных простираний линеаментов по четырем основным румбам (северо-западному, северному, северо-восточному и восточному). Интерпретация этих производных карт позволяет выделить различные линейные и площадные структурно-геомор­фологические элементы и затем синтезировать их на итоговой морфоструктурной карте, причем дополнительно привлекается геологическая информация.

Достоверность прогнозных карт. По степени достоверности прогнозные карты можно классифицировать на предварительные, вероятные и весьма вероятные.

Предварительные прогноз н ые карты составляют без выяснения всех условий и взаимосвязей, на основе приблизи­тельных аналогий или по неполным и недостаточным исходным данным. Границы и время наступления явления указываются не­четко. Примером могут служить карты предварительных прогноз­ных оценок нефтегазоносности территории, рудопроявлений и т. п., когда выделяются площади с невыясненной перспектив­ностью, с отдельными проявлениями полезных ископаемых. Изо­бражение на картах предварительных прогнозов обычно

сильно схематизировано, они составляются преимущественно в мелких масштабах.

Карты вероятных прогнозов создают на основе более детального анализа с учетом основных (фоновых) тенденций раз­вития, существенных взаимосвязей и достоверных аналогий. Про­странственное размещение прогнозируемого явления указывается точно,» неопределенными остаются лишь время его наступления, интенсивность, характер проявления. Например, при прогнозе землетрясений или лавинной опасности точно указываются рай­оны с различной сейсмической и лавинной опасностью и вероят­ная интенсивность этих явлений. Такие карты обычно составляют в средних масштабах.

Карты весьма вероятных прогнозов составляют в тех случаях, когда учтены все или почти все факторы, опреде­ляющие размещение, величину, интенсивность или время наступ­ления явления. Легенды таких карт и само картографическое изо­бражение отличаются детальностью. На них обычно дают точные количественные характеристики прогнозируемых явлений, указы­вают время их ожидаемого наступления. Примерами служат карты прогноза размыва берегов морей и водохранилищ, на кото­рых указывают ширину и скорость размыва на ближайшие 10— 20 лет.

Предельный случай весьма вероятного прогноза — изображе­ние на карте данных, полученных в результате точного пер­спективного расчета, например, показ границ зоны затоп­ления будущего водохранилища или изображение планируемых мероприятий по мелиорации земель с указанием последствий осу­шения и обводнения территории, размещения сетки каналов, во­доемов, проектируемых лесонасаждений и т. п.

Картографическая и техническая точности

Для топографических карт крупных и средних масштабов об­щая ошибка положения контуров подсчитывается но формуле

Где m_li отдельные элементарные ошибки; п — их общее число.

Под элементарными ошибками понимают ошибки, возникаю­щие на разных этапах создания карт. К ним относятся ошибки определения координат - пунктов государственной геодезической сети, пунктов съемочного обоснования, съемки контуров,- погреш­ности составления карты, подготовки к изданию, дефекты поли­графического характера и т. п.

Аналогичным образом суммарная ошибка высот на топографи­ческих картах складывается из ряда элементарных ошибок m_hi и может быть

охарактеризована выражением

.

Дата добавления: 2015-06-04