§2. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ КАРТЫ
Изучение всякого сложного явления требует мысленного расчленения его на элементы, т.е. слагающие его составные части. Основными элементами географической карты являются само картографическое изображение и его математическая основа.
Картографическое изображение — это все те условные обозначения, которыми на карте отображены явления и объекты действительности. Изучая эти условные обозначения и их сочетания, читатель карты осмысливает географические особенности показанной на ней местности. Характеристика свойств картографического изображения составляет основное содержание большинства последующих глав настоящего пособия.
Геометрические свойства картографического изображения — размеры и форма участков, занятых географическими объектами, расстояния между отдельными пунктами, направления от одного к другому — определяются его математической основой. Математическая основа карт включает в качестве составных частей геодезическую основу, масштаб и картографическую проекцию. Чтобы уяснить значение каждого из перечисленных компонентов математической основы карты, следует представить себе трансформацию, которую должен претерпеть участок земной поверхности от его истинной, натуральной формы до изображения на плоской бумаге. При этом следует помнить, что описываемые ниже преобразования участков земной поверхности осуществляются при создании карты путем математических расчетов.
Поверхность суши Земли со всеми ее неровностями называется физической, или топографической поверхностью (рис. 1). Она очень сложна и трудно поддается математическому выражению. Поэтому для построения карт приходится проектировать ее на иную, более простую, теоретическую (т.е. мысленную) поверхность, которая называется уровенной.
Рис. 1. Физическая и теоретические поверхности Земли
Уровенную поверхность представляют как поверхность Мирового океана, мысленно продолженную под материки при условии, что она в любой точке перпендикулярна отвесной линии.
По сравнению с физической поверхностью ее отличает большая сглаженность.
Фигуру Земли, ограниченную уровенной поверхностью, называют геоидом (т.е. подобная Земле). Сложная форма геоида не может иметь математического выражения, но она близка к эллипсоиду (рис. 2). Эллипсоид — поверхность, образованная вращением эллипса вокруг меньшей оси.
Рис. 2. Эллипсоид вращения (разница полуосей а и b утрирована)
В разных странах размеры земного эллипсоида несколько различаются. В СССР принят эллипсоид Красовского со следующими размерами:
большая полуось (в плоскости экватора) a=6 378 245 м;
малая полуось (совпадает с осью вращения Земли) b = 6 356 863 с;
разность полуосей а — b = 21 382 м;
сжатие = (a — b)/a=1/298,3.
Как показывает величина сжатия, эллипсоид Красовского мало отличается от шара, поэтому его называют также сфероидом.
На картах больших территорий истинные размеры земной поверхности оказываются уменьшенными в миллионы раз. При таком уменьшении различие величин большой и малой полуосей оказывается на глаз незаметным. Поэтому при построении карт для упрощения расчетов Землю принимают за правильный шар с радиусом 6371,1 км.
От размеров принятого эллипсоида зависит положение точек земной поверхности, изображенных на картах, их взаимное расположение, а сам результат вычисления формы и величины земного эллипсоида составляет геодезическую основу карт. Для построения карты точки и линии физической поверхности Земли проектируют нормалями (ортогонально) на поверхность эллипсоида. Затем эту поверхность с спроектированными на нее точками физической поверхности Земли уменьшают в нужное число раз.
Степень уменьшения определяется масштабом будущей карты. Масштаб выражается дробью, числитель которой равен единице, а знаменатель — величиной, указывающей, во сколько раз производится уменьшение.
Уменьшенную до нужного размера поверхность эллипсоида требуется далее отобразить на плоскости. Для такого перехода применяют ту или иную картографическую проекцию. Картографическими проекциями называют математические способы изображения на плоскости поверхности эллипсоида (или шара).
Таким образом, для того чтобы получить изображение физической поверхности Земли (или ее части) на плоскости, нужно применить все три элемента математической основы и выполнить следующие операции: 1 — перенести ее на уровенную поверхность; 2 — выполнить уменьшение до нужных размеров и 3 — применить картографическую проекцию.
Естественно, что в результате изображение физической (и даже уровенной) поверхности на плоскости (на карте) оказывается неизбежно деформированным в геометрическом отношении, т.е. искаженным. Особенно заметные искажения проявляются на последней из трех операций — при применении картографических проекций. Картографические искажения, однако, могут быть учтены для внесения необходимых поправок при измерениях расстояний, направлений и площадей участков по картам.
Практически то или иное значение элементов математической основы карты используется следующим образом. Точки земной поверхности, будучи спроектированными на эллипсоид Красовского, приобретают определенные географические координаты — широту и долготу. Их величина связана с тем, какие меридианы и параллели пересекаются в данной точке.
Рис. 3. Меридианы и параллели
Напомним, что меридианом точки называют линию пересечения земного эллипсоида плоскостью, проходящей через данную точку и ось суточного вращения Земли (рис. 3). Параллель — линия пересечения земного эллипсоида плоскостью, перпендикулярной оси вращения. Линии меридианов и параллелей образуют градусную сеть Земли, а их изображение на картах называют картографической сеткой. Попутно вспомним, что экватор — параллель, плоскость которой проходит через центр Земли, а полюсами называют точки пересечения оси вращения Земли с поверхностью эллипсоида.
Широту точек определяют как угол, образованный отвесной линией из данной точки поверхности эллипсоида и плоскостью экватора. Долготой точки называют двугранный угол между плоскостью Гринвичского «нулевого» меридиана и плоскостью меридиана данной точки.
При построении карты сначала на листе бумаги в принятом масштабе и картографической проекции размещают узловые точки пересечения меридианов и параллелей и строят сами эти линии. Затем в образовавшиеся клетки врисовывают географические очертания. Деформации картографической сетки устанавливаются сравнительно легко (например, путем сличения ее с градусной сеткой глобуса). Выявленные искажения картографической сетки определяют и искажения географического содержания карты.
Рис. 4. Элементы географической карты
Кроме картографического изображения и математической основы, карты могут иметь элементы дополнительной характеристики территории. К ним могут относиться дополнительные (так называемые «врезные») карты с изображением природных или социальных элементов, не вошедших в содержание основной карты. Элементами дополнительной характеристики территории могут быть также профили, графики и диаграммы, фотографии или рисунки, а также цифровые данные и поясняющие тексты (рис. 4). Обозначения на карте, призванные облегчить читателю ее использование, относят к ее оснащению. Элементами оснащения могут быть: условные знаки (легенда), название карты, обозначение ее масштаба, изображение линий картографической сетки и др.
