Kartografia PDF

Preview

Summary

Kartografia...

Description

Kartografia Definicje Jest dyscypliną naukową oraz dziedziną działalności praktycznej. Zajmuje się opracowaniem, wydawaniem i użytkowaniem map. Zajmuje się organizacją, prezentacją, przekazywaniem i użytkowaniem geoinformacji, czyli informacji odniesionej do przestrzeni geograficznej. Informacja ta może być zakodowana w formie graficznej, cyfrowej, dźwiękowej lub dotykowej. Kształt Ziemi Matematyczny: do połowy XIX w – elipsoida obrotowa Rzeczywisty: bryła nieregularna zbliżona do elipsoidy – geoida Rzeczywista powierzchnia ziemi wraz z powierzchnią mórz i oceanów, urozmaicona wzniesieniami i obnizeniami. Ze względu na nieregularny, niemożliwy do opisania kształt, nie może być stosowana do wykonywania precyzyjnych pomiarów. Współrzędne przestrzenne obiektów i zjawisk na powierzchni ziemi są rzutowane ortagonalnie na umowną powierzchnie odniesienia. Taką powierzchnią jest strefa (powierzchnia kuli, R = 3671km) lub geoida. Fizyczna powierzchnia ziemi- rzeczywista powierzchnia lądów oraz mórz Geoida – powierzchnia oceanów w stanie spoczynku, także pod lądami Elipsoida obrotowa Układy współrzędnych Kula lub elipsoida - układ współrzędnych geograficznych lub azymutalnych - u.w. geograficznych południki i równoleżniki przecinające się pod kątem prostym - u.w. azymutalnych – Z- zenit, Almukantarat – odpowiednik równoleżnika, Horyzont – odpowiednik równika, Wertykał - odpowiednik południka, h - wysokość nad horyzontem, odpowiednik szerokości geogr. (od horyzontu do almukantaratu) Α - azymut, odpowiednik długości geograficznej (od wertukału początkowego) Płaszczyzna - układ współrzędnych prostokątnych lub biegunowych Ortodoma - część łuku koła wielkiego, najkrótsza linia łącząca dwa punkty na powierzchni kuli (specjalne przypadki - południki oraz równik) Loksodroma – Linia o stałym kierunku przecinająca wszystkie południki pod jednym kątem (specjalne przypadki - równoleżniki) Mapa – swoiste przedstawienie na płaszczyźnie dowolnego obszaru na powierzchni ziemi w zmniejszonych rozmiarach -Określony matematycznie obraz powierzchni ziemi na płaszczyżnie , przedstawiający znakami umownymi rozmieszczenie i stan różnych zjawisk, dobranych odpowiednio do przeznaczenia danej mapy. Geometria mapy – tworzenie zmniejszonego modelu świata, abyśmy mogli go objąć spojrzeniem Grafika mapy - zastąpienie obiektów znakami kartograficznymi Generalizacja mapy – uproszczenie modelu świata Funkcje mapy - Daje ogólny obraz terenu, obiekty umieszczone we właściwych relacjach przestrzennych

-

Dostrzeganie szczegółów jednocześnie widząc całość przestrzenną terenu Uniwersalna i optymalna forma prezentacji terenu Łączenie i syntezowanie informacji z różnych map

Skala mapy - stopień zmniejszenia odległości przedstawionych na mapie do rzeczywistych odległości w terenie. - Szacowanie odległości w terenie - Pomiar odległości na mapach topograficznych, zamiast pomiarów w terenie - Skala ogranicza powierzchnię, a więc używamy generalizacji - Umożliwia określenie rozmiarów i proporcji prezentowanych obszarów Odwzorowania kartograficzne Ściśle określony sposób przyporządkowania punktom kulistej powierzchni na mapie. Przenoszona jest siatka (na kuli – geograficzna, na płaszczyźnie - kartograficzna), względem której określane jest położenie punktów na mapie. Zawsze przy odwzorowywaniu powierzchni kuli, na płaszczyznę powstają zniekształcenia Globus – jedynym wiernym modelem Ziemi Siatki wiernopolowe - zniekształcają kąty i długości odcinków Wiernoodległościowe - zniekształcają kąty i pola Wiernokątne - zniekształcają długości odcinków i pola Rodzaj odwzorowania: - Azymutalne (plaszczyznowe) - Stożkowe - Walcowe Położenie względem osi ziemskiej: - Normalne - Poprzeczne - Ukośne Odległość powierzchni odwzorowawczej od kuli - Styczne - Sieczne - Odległe Z najmniejszymi zniekształceniami odwzorowują się obszary w pobliżu punktu głównego. Konstrukcja siatek azymutalnych: 1. Rysunek południków jako półprostych zbieżnych w biegunie o ustalonych z góry odstępach kątowych. 2. Obliczenie promieni p(ro) i wykreślenie współśrodkowych kół jako obrazów równoleżników.

Siatka azymutalna centralna: p/R = tg z p/R = ctg φ - ortodroma odwzorowuje się jako linia prosta, stąd odwzorowanie nazywane jest ortodromiczne - w położeniu normalnym odstępy między równoleżnikami rośną, odwzorowuje się jedna półkula bez równika - jedno z najstarszych, używał go Tales z Miletu - siatka stosowana w astronomii do map nieba Siatka azymutalna stereograficzna: - rzutowanie na płaszczyznę z przeciwległego krańca kuli - ς / 2R = tg (z/2) - ς = 2R * tg (z/2) → prawo promieni - siatka jest wiernokątna - w położeniu normalnym odstępy między równoleżnikami szybko rosną - koło na kuli odwzorowuje się jako koło na płaszczyźnie - promień równika jest 2 razy większy niż na kuli - przeciwległy biegun nie odwzorowuje się - wynaleziony przez Hipparcha z Nikei - stosowana do map nieba - quasi – stereograficzna używana na mapach topograficznych Siatka azymutalna ortograficzna - rzutowanie na płaszczyznę z nieskończoności - ς = R * sin z lub ς = R * cos φ - wierne odległości wzdłuż almukantaratów - odstępu między równoleżnikami maleją w miarę oddalenia się od bieguna - Apoloniusz z Pergi lub Hipparch z Nikei - stosowana do map ciał niebieskich (np. Księżyca) Siatka azymutalna prosta wiernoodległościowa Postela - długość wertykałów = długość na kuli - wierne odwzorowanie odległości wzdłuż południków - ς=R * arc z (arc z = kąt w radianach) - odwzorowuje się cała powierzchnia kuli - w położeniu normalnym wierne odległości wzdłuż południków, odległości między równoleżnikami są sobie równie i takie same jak na kuli - przeciwległy biegun = największe koło - twórca – Guillaume Postel

- używana w atlasach szkolnych do prezentacji obszarów polarnych (poł. normalne) - mapy radiowe, sejsmiczne (poł. ukośne i poprzeczne) Cechy siatki azymutalnej Lamberta: - odwzoruje się cała powierzchnia kuli - w położeniu normalnym: odległości pomiędzy równoleżnikami maleją wraz z oddalaniem się od bieguna, przeciwległy biegun odwzoruje się jako największe koło Cechy statek stożkowych w położeniu normalnym - południki stanowią pęk prostych zbieżnych w wierzchołku stożka - równoleżnikami są łukami kół współśrodkowych o środku w wierzchołku stożka - bieguny odwzorowują się jako najmniejszy i największy łuk - południki i równoleżniki przecinają się pod kątem prostym - w odwzorowaniach stożkowych stycznych wiernie odwzorowuje się równoleżnik styczny Siatka stożkowa prosta Ptolemeusza: - siatka styczna, wiernie zachowuje długości południków - zniekształcenia katów i powierzchni nie są duże w porównaniu z innymi siatkami, silniej rosną stronę bieguna niż równika - opracowane przez greckiego astronoma Hipprcha, ulepszone przez Klaudiusza Siatka stożkowa wiernopowierzchniowa Lamberta: - powierzchnia kuli równa się powierzchni pobocznicy stożka - siatka sieczna o wierzchołku w biegunie większe zniekształcenia kątowe w porównaniu siatką Ptolemeusza - biegun północy odwzorowuje się jako punkt, a południowy jako największy łuk Siatka stożkowa wiernopowierzchniowa Abersa: - odwzorowanie wiernopolowe na stożek sieczny - popularne w atlasach wszelkiego rodzaju - opracowana w 1805 roku - dwa równoleżniki sieczne odwzorowują się wiernie - odstępy między obrazami równoleżników maleją poniżej i powyżej równoleżników siecznych. W strefie pomiędzy nimi są większe niż na kuli Siatki walcowe styczne - wiernie odwzorowuje się równik - odległości między południkami (x) są równe tym na równiku i wynoszą: x= R * arc delta lambda Siatki walcowe sieczne - wiernie odwzorowują się dwa równoleżniki sieczne, leżące symetrycznie względem równika - odległości między południkami (x) są równie tym na równoleżnikach siecznych Siatki walcowe wiernoodległościowe - założenia: wierne długości wzdłuż południków więc odległości między równoleżnikami są jednakowe i zgodne z kulą Siatka kwadratowa: - styczna wzdłuż równika - odległości między południkami zgodnie z tymi na równiku - Siatka prostokątna: - sieczna - odległości między południkami takie jak na równoleżnikach siecznych Twórca obu siatek był Marinus z Tyru (ok, 10-120 r. n.e.). Kiedyś były używane do map morskich, teraz siatka kwadratowa w położeniu poprzecznym wykorzystywana jest w geodezji Notatki z kartografii Siatka walcowa wiernokątna Merkatora - skonstruowana przez Gerharda Kremera zwanego Merkatorem w 1569 roku

zastosowana do map morskich spowodowała ogromny postęp w żegludze siatka styczna, na której różne kierunki wiatrów odwzorowują si na całej mapie jako linie proste, a kąty między nimi są wierne - jej modyfikacje są używane do opracowania map topograficznych w wielu krajach świata i na mapach wojskowych w standardach NATO - podstawowe odwzorowanie dla map morskich - wiernie odwzorowują się równik (siatka styczna) - odległości między południkami takie jak na równiku - odległości między równoleżnikami rosną w miarę oddalania się od równika - duże zniekształcenia powierzchni i odległości - bieguny nie odwzorowują się - loksodroma odwzorowuje się jako linia prosta Siatka wiernopolowa Lamberta - siatka styczna - pole powierzchni walca równe jest polu powierzchni kuli h = 2R - wysokość pobocznicy walca jest równa średnicy kuli - odległości między obrazami równoleżników maleją wraz ze zbliżaniem się do biegunów - duże zniekształcenia kątów i odległości -

Odwzorowania umowne - siatki pseudoazymutalne - siatki pseudostożkowe - siatki pseudowalcowe - siatki nieklasyfikowane Siatki pseudoazymutalne: - wzorowane na siatkach azymutalnych - nie zachowują zgodności azymutów w punkcie głównym - południki są zawsze liniami krzywymi - odwzorowują całą powierzchnię kuli - siatki globuralne – obraz półkuli w kole; siatka Wiechela - siatki koliste – obraz całej kuli w kole; siatka Van der Grintena (zniekształcenia powierzchni niewielkie w niższych szerokościach geograficznych, równik odwzorowuje się wiernie, niewielkie zniekształcenia kątów na całej mapie) - satki azymutoidalne – cała kula ziemska w postaci elipsy lub figury do niej zbliżonej; siatka Aitoffa (dwukrotne zwiększenie odległości od południka środkowego wszystkich punktów siatki Postela dla półkuli w położeniu poprzecznym) Siatki pseudostożkowe: - równoleżniki są łukami kół, jednak nie zawsze są one współśrodkowe - południki są liniami krzywymi - siatka Bonne'a – wiernie odwzorowanie długości równoleżników i ich podział zgodny z kulą; modyfikacja siatki stożkowej prostej Ptolemeusza, dość popularna w XIX wieku; siatka wiernoodległościowa i wiernopolowa, południk środkowy jest linią prostą i odwzorowuje się wiernie, a pozostałe południki są liniami krzywymi; równoleżniki są łukami kół współśrodkowych; biegun odwzorowuje się jako punkt, ale nie jest środkiem kół współśrodkowych; bardzo duże zniekształcenia kątów - siatka Staba – Wernera, siatka sercowa, biegun jest środkiem kół współśrodkowych, siatka wiernoodległościowa i wiernopolowa - siatki wielostożkowe – dla każdego równoleżnika przyjmowany jest odrębny stożek tyczny = równoleżniki odwzorowuj się wiernie; równoleżnikami są łukami kół, ale niewspółśrodkowych, równik i południk środkowy są liniami prostopadłymi do siebie,

wiernoodległościowa wzdłuż równoleżników i południka środkowego, bieguny są punktami, małe zniekształcenia powierzchni i kątów w odrębnie półkuli Siatki pseudowalcowe: - siatki te są wzorowane na siatkach walcowych - w położeniu normalnym równoleżniki są odcinkami prostymi równoległymi do siebie, tak jak na siatkach walcowych - bieguny odwzorowują się jako punkty lub jako odcinki dwa razy krótsze od równika południki są liniami krzywymi - są często używane do map przeglądowych świata ze względu na dość dobry obraz Ziemi i prostoliniowość równoleżników - siatka Mollweudego – pole półkuli jest równe polu koła w odwzorowaniu, wiernopolowe odwzorowani całej Ziemi, równoleżniki są liniami prostymi, odległości między równoleżnikami są tak dobrane, aby powierzchnie między nimi odpowiadały powierzchniom na kuli, duże zniekształcenia odległości i kątów, rosnące wraz z oddalaniem się od południka środkowego - siatki Eskerta – Eckerta I Wiernopolowa trapezowa – południki są liniami łamanymi, Eckerta III Wieropolowa eliptyczna – południki skrajne są półkolami, a wewnętrzne – krzywymi eliptycznymi Siatki nieklasyfikowane - siatka Molweidego rozcięta sposobem Goode'a dla lądów – mapa jest porozrywana, ale ma małe zniekształcania wzdłuż południków środkowych, których jest kilka. Zniekształcenia są mniejsze niż w siatce Mollweidego - siatki gwiaździste Berghausa – półkula północna w odwzorowaniu azymutalnym wiernoodległościowym Postela - siatka Adamsa – świat w kwadracie, siatka wiernokątna - Apple quasi – azymutalna wiernopolowa - wiernoodleglościowa Bartholomew czterolistna – wiernoodległościowa - wiernoodległośiowa Bartholomew trójlistna Ekwideformat - ogólny schemat przebiegu zniekształceń w klasycznych siatkach kartograficznych Czynniki wpływające na dobór odwzorowania: - Wielkość mapowanego obszaru (dla dużych obszarów - odwzorowania sieczne, aby zredukować zniekształcenia) - Położenie geograficzne mapowanego obszaru – w położeniu normalnym: • Siatki azymutalne – dla obszarów okołobiegunowych • Stożkowe - dla średnich szerokości geogr. • Walcowe – dla obszarów okołobiegunowych - Kształt mapowanego obszaru: • Walcowe – obszary rozciągające się południkowo lub wzdłuż kół wielkich • Stożkowe - obszary rozciągające się równoleżnikowo • Azymutlne – obszary przypominające koło lub kwadrat - Przeznaczenie mapy: • kartografia szkolna – odwzorowania wiernopolowe, • nawigacja - wiernokątne - Treść mapy – zjawisko strefowe – proste równoleżniki w odwzorowaniu Mollweidiego podkreślają strefowość - Skala mapy • Małoskalowe - wybierane są siatki umożliwiające ukazanie obszaru z jak najmniejszymi zniekształceniami • Wielkoskalowe – stosuje się odwzorowania wielkościenne lub wielkostrefowe, najczęściej wiernokątne

Kryteria klasyfikacji map A) Metodyczne • Układ odniesienia przestrzennego - Homomorficzne – geodezyjny układ odniesienia (matematyczne odwzorowanie odległości występujących w rzeczywistości) - Anamorficzne – miery liniowe na mapie nie reprezentują miar liniowych w rzeczywistości, tylko np. Czas, poziom emisji co2 • Stopień generalizacji - Wielkoskalowe (topograficzne)– skala 1:100 000 i większe - Średnioskalowe (przeglądowo-topograficzne)- skala 1:100 000 – 1:1 000 000 - Małoskalowe (przeglądowe)- skala 1:1 000 000 i mniejsze B) Tematyczne • Zasięg terytorialny - wpływa na sposób generalizacji - Od pojęć ogólnych do szczególnych (mapy świata, kontynentów, mórz, państw itd.) • Treść map - Ogólnogeograficzne - przedstawiają konkretną przestrzeń dostrzegalnych przedmiotów i zjawisk na powierzchni Ziemi (skale wielkie – mapy topograficzne, skale mniejsze – mapy ogólnogeograficzne i krajobrazowe) - Tematyczne - szczegółowo przedstawiają wybrane elementy treści map ogólnogeograficznych, oraz różne zjawiska przyrodnicze i społeczno-gospodarcze Mapy tematyczne przedstawiają zmienności rozmieszczenia danego zjawiska. Mapa jest traktowana jako MODEL określonego wycinka rzeczywistości. Model doświadczalny - świadomie uproszczona, zmniejszona wersja rzeczywistego układu. Powody tworzenia modeli: - Ekonomiczne - Zasadnicze (umożliwia bezpośrednią obserwacje rzeczywistego układu, np. Jaskini) Mapy tematyczne dzieli się na dwie grupy, różniące się zakresem treści i metodami wizualizacji - Fizycznogeograficzne – zjawiska przyrodnicze (mapy geologiczne, klimatyczne, glebowe) - Społeczno-gospodarcze – zagadnienia dotyczące społeczeństw i działalności gospodarczej C) Kryterium zakresu funkcjonowania • Przeznaczenie map – skala, zakres treści i forma - Mapy ogólnego użytkowania - szkolne (duża generalizacja, proste metody prezentacji), turystyczne, samochodowe (informacje niezbędne podróżnemu), ilustracyjne (często czarnobiałe, ilustrujące tekst), propagandowe - Specjalistyczne – przeznaczone dla wąskiej grupy odbiorców, naukowe ( ściśle do celów badawczych – ilustrowanie wyników badań), inżynierskie (infrastruktura techniczna), wojskowe (topograficzne, nawigacyjne) • Sposób użytkowania map – procesy technologiczne opracowania map i ich formę - Papierowe (trwałe) - widzialne i dotykalne - Wirtualne (chwilowe) - cyfrowe (na ekranie komputera, telefonu), mentalne (tworzone w umyśle obrazy rzeczywistości) Elementy matematyczne mapy - Określają zasady odwzorowania mapy fizycznej na płaszczyźnie - Możliwość lokalizacji obiektów na mapie - Określają właściwości kartometryczne map • Siatka kartograficzna

• • • •

Ramka stopniowa Skala mapy Siatka kilometrowa (topograficzna) Osnowa geodezyjna

Elementy treści geograficznej - Mapy ogólnogeograficzne • Elementy fizycznogeograficzne – linia brzegowa, sieć rzeczna, rzeźba terenu • Elementy społeczno-gospodarcze - sieć osadnicza, komunikacyjna, granice administracyjne - Tematyczne • Treść tematyczna – wybrane z map ogólnogeograficznych lub dane zjawiska, odpowiednie metody wizualizacji kartograficznej • Treść podkładowa - elementy służące do orientacji - np. Linia brzegowa, siatka kartograficzna, sieć rzeczna i inne - Napisy • Wewnątrz ramki – nazwy elementów treści geograficznej • Poza powierzchnią mapy - tytuł, legenda, skala, rodzaj odwzorowania Mapy topograficzne – wielkoskalowe, ogólnogeograficzne. Najpełniejszy obraz ziemi przedstawiony za pomocą umownych znaków i opisów. Powstają na podstawie pomiarów geodezyjnych, zdjęć lotniczych, obrazów satelitarnych Treść mapy topograficznej: • Rysunek sytuacyjny mapy - Obraz poziomego rozmieszczenia elementów - Treść geograficzna poza rzeźbą terenu Rodzaje obiektów geograficznych: - Powierzchniowe – pole powierzchni i kształt konturu - Liniowe – linie np. Granice lub rzeki - Punktowe – obiekty w skali mapy sprowadzone do bezwymiarowych punktów, oznaczone sygnaturami •

Rzeźba terenu – pomiary wysokościowe dają obraz pionowego zróżnicowania powierzchni ziemi w ujęciu dwuwymiarowym

Wykorzystanie map topograficznych - Inwentaryzacja przestrzeni - Ocena i orientacja w terenie - Wykorzystywane do opracowania map innego rodzaju - Podstawa średnioskalowych map ogólnogeograficznych i tematycznych - Pomiary pól i długości - Źródło do badań zmian środowiska Podstawy matematyczne map topograficznych Do opracowania map stosowane są elipsoidy znacznie lepiej oddające rzeczywisty kształt ziemi. - Najmniejsze zniekształcenia w miejscu styku elipsoidy z powierzchnią odwzorowawczą - Najmniejsze zniekształcenia przy odwzorowaniu wiernokątnym

Odwzorowania wielościenne

poszczególne fragmenty kuli zawarte w oczkach siaki geograficznej, tworzące trapez sferoidalny, są odwzorowywane na trapez równoramienny o bokach prostoliniowych; nie można złożyć poszczególnych arkuszy mapy w jedną całość w płaszczyźnie, łączą się tylko w kolumny lub pasy Odwzorowanie quasi – stereograficzne - odwzorowanie wiernokątne M. H. Roussilhe'a - różni się od stereograficznego tym, ze obraz rzutowany jest z elipsoidy na płaszczyznę sieczną - wierne odwzorowanie almukantaratu siecznego, a nie tylko punktu Odwzorowanie Gaussa – Krugera (poprzeczne Meraktora) - 1912 r. - zmodyfikowane odwzorowanie Merkatora – wiernokątne odwzorowanie elipsoidy obrotowej na pobocznicę walca w położeniu poprzecznym - stosowane w wieku krajach na świecie, zwłaszcza należących do NATO - elipsoida obrotowa odwzorowuje się na walec styczny lub sieczny - dzieli się na strefy, aby były jak najmniejsze zniekształceni - strefy odwzorowawcze są numerowane -

Współrzędne prostokątne płaskie (topograficzne): - na mapach topograficznych pozycję punktu na powierzchni Ziemi można określać w układzie współrzędnych geograficznych lub współrzędnych prostokątnych - z każdą mapą topograficzną i jej odwzorowaniem związany jest odrębny układ współrzędnych prostokątnych płaskich - południk środkowy strefy odwzorowawczej przyjmuje się za oś X - równik 0 oś Y - punkt ich przeciągnięcia – początek lokalnego układu współrzędnych - wartości x i y podawane są w metrach - aby uniknąć wartości ujemnych dla y, przyjmuje się wartość y0= 500 000 m - siatka kilometrowa (współrzędne przybliżone x=31 y=76), skrócone (x=600m y=550m), pełne (x=5931 y=3476) Skorowidze map topograficznych Duża skala map topograficznych powoduje, że mają wielką powierzchnię, w związku z tym mapy topo. Dzieli się na arkusze. Sko...