Document 727149
advertisement
ТОПОГРАФИЯ ЛИТЕРАТУРА ПО КУРСУ Основная литература: 1. Колосова Н.Н.. Чурилова Е.А, Кузьмина Н.А. Картография с основами топографии – М.Дрофа, 2010. 272 с. 2. Кусов В.С. Основы геодезии, картографии и космоаэросъемки: учеб. пособие для студентов вузов: рек. УМО по классич. университет. образованию / В.С.Кусов.- М.: Академия, 2009.- 256 с.- (Высшее профессиональное образование). 3. Раклов В.П. Картография и ГИС: учеб. пособие для студентов вузов: Рек. УМО по образованию в области землеустройства и кадастров / В.П.Раклов.- М.; Киров: Константа; Акад. Проект, 2011.- 214 с.-(Gaudeamus). 4. Чурилова Е.А., Колосова Н.Н. Картография с основами топографии. Практикум. – М., 2010. - 128 с. 5. Условные знаки для топографических карт масштабов 1:25 000 – 1:1 000 000. М., 1983. 6. Южанинов В.С. Картография с основами топографии. М.: Высшая школа, 2005. – 302с. Дополнительная литература: 1. Берлянд А.М. Картография: Учеб. для студентов вузов, обуч-ся по геогр. и экол. спец. / А.М.Берлянд.- М.: Аспект-Пресс, 2001.- 336 с. 2. Божок А.П. Топография с основами геодезии. М.: Высш. шк., 1986. 3. Дьяков Б.Н. Геодезия: Общий курс. Новосибирск: Изд-во Новосибир, ун-та, 1993. 4. Жарков С.А. и др. Некоторые вопросы состояния и развития исследований в геодезии, фотограмметрии и картографии // Геодезия и картография. 1993. №11. 5. Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» // Стандарты и качество. 1993. №6. 6. Картография с основами топографии: Учеб.пособие для студентов пед.институтов / Под ред. Г.Ю.Грюнберга. М., 1991. – 368с. 7. Комиссарова Т.С. Картография с основами топографии. – М.: Просвещение, 2001. 8. Курошев Г.Д., Смирнов Л.Е. Основы геодезии и топографии. СПб.: С.-Петербург. Ун-та, 1994. 9. Левицкий И.Ю., Евглевская Я.В. Решение задач по топографическим картам. – М.: Просвещение, 1996. 10. Фокина Л.А. Картография с основами топографии: учеб. пособие … /Л.А. Фокина. – М.: Гуманитар.изд. центр ВЛАДОС, 2005. – 335с. 11. Фокина Л.А. Картография с основами топографии. Практикум - М., - 2009. – 128 с. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы: 1.Картографическая лаборатория (редактор карт, интерактивные модели, упражнения, анимации) на CD-ROM (project spi - Statum) 2. http://kartograff - сайт публикаций о фундаментальных и прикладных проблемах геодезии, топографии, картографии, дистанционного зондирования Земли 3. http://www.miigaik.ru/ - сайт Московского государственного университета геодезии и картографии 4. www.geotop.ru//catalogue.phtml – сайт с каталогом литературы по картографии и топографии Требования к студентам по освоению курса «Топография»: 1. Все чертежно-графические работы выполнять в альбоме или на листах бумаги для черчения. 2. На каждом занятии иметь набор измерительных и чертежных инструментов. 3. Для чтения топографической карты составить соответствующую принятым в России стандартам цветную рукописную схему условных знаков топографических карт. 1 Тема 1. Сущность топографии как науки План: 1. Определение понятия и сущность топографии. 2. Краткая история развития топографии. 3. Топография в системе наук. Топография (от греч. tоpos — место и grapho - пишу) - научно-техническая дисциплина, занимающаяся географическим и геометрическим изучением местности путём создания топографических карт на основе топографических съемок местности (наземных, с воздуха, из космоса). В сферу интересов топографии входят вопросы содержания топографических карт, методики их составления и обновления, вопросы их точности и классификации, а также извлечения из них различной информации о местности. В каждой стране все эти вопросы регламентируются собственными стандартами (связанными с хозяйственно- политическими факторами, организационно-техническими возможностями картографогеодезических служб и характером ландшафтов), но поскольку в целом они достаточно близки, это позволяет создавать сопоставимые топографические карты. По одним представлениям, топография — самостоятельный раздел картографии, охватывающий проблемы детального общегеографического картографирования территории, по другим — раздел геодезии, посвященный проблемам измерений на земной поверхности и по аэрофотоснимкам для определения положения, формы и размеров снимаемых природных и социально-экономических объектов. Основными методами современной топографии являются аэрофотосъемка, появившаяся в первой трети ХХ века а также космическая съемка, возникшая в последней трети ХХ века. Наиболее древними являются наземные съемки (мензульная, теодолитная и др.). В настоящее время они используются преимущественно на таких участках, где картографирование с воздуха или космоса дистанционными методами нерентабельно изза малой площади или затруднительно (например, в высокогорных районах). Использование в топографии материалов космической съёмки пока ограничивается изготовлением обзорно-топографических и мелкомасштабных топографических карт, составляемых преимущественно на неосвоенные и малоизученные территории. Место топографии в системе наук. Топография тесно связана с целым рядом наук и эта взаимосвязь имеет многосторонний характер. С одной стороны – топография использует методы разных наук - математики, тригонометрии, геодезии, получает необходимые для создания карт данные – из географии, картографии, а с другой стороны - топография обеспечивает различные 2 научные дисциплины и практические отрасли хозяйства точными топографическими картами: географию, военную топографию, лесное и сельское хозяйство и т.п. Топография — научная дисциплина, находящаяся на стыке геодезии и картографии. Топография занимается съемкой земной поверхности и разработкой способов изображения этой поверхности на плоскости в виде топографических карт. Геодезия — наука, изучающая форму и размеры Земли, а также отдельных участков ее поверхности. В геодезии разрабатывают различные методы и средства измерений для решения различных научных и практических задач, связанных с определением формы и размеров Земли, изображения всей или отдельных частей ее на планах и картах, выполнения производственно-технических и работ, необходимых оборонных задач. для В решения геодезии различных применяются преимущественно линейные и угловые измерения. Высшая геодезия — наука, предметом исследования которой является форма, размер и внешнее гравитационное поле Земли (значения и направления силы тяжести в окружающем Землю пространстве и на ее поверхности). Высшая геодезия занимается также методами точных измерений и способами их обработки с целью определения взаимного положения точек на земной поверхности в единой системе координат. Запуск искусственных спутников Земли положил начало развитию нового направления высшей геодезии — космической геодезии. Картография – это область науки, техники и производства, охватывающая изучение, создание и использование картографических произведений (карт, атласов, глобусов и др.). Картография тесно связана с геодезией, топографией и географией. Результаты геодезических определений размеров и формы Земли и координат пунктов геодезических сетей, а также результаты топографических съемок используются в картографии в качестве исходной основы для составления карт. География дает необходимые данные о сущности изображаемых на картах предметов, явлений природы и общественной жизни. Фотограмметрия (измерительная фотография) — научно-техническая дисциплина, изучающая способы определения формы, размеров и положения объектов в пространстве по их фотографическим изображениям. Фотограмметрия применяется в различных областях науки и техники: в геодезии, архитектуре и строительстве, астрономии, военно-инженерном деле и артиллерии, географии и океанологии, в медицине, в космических исследованиях и др. Наибольшее применение фотограмметрия получила в топографии, где объектом изучения и измерения является земная поверхность. Здесь задача фотограмметрии состоит в том, чтобы полевые измерения на местности, 3 необходимые для создания топографической карты или плана, заменить измерениями в производственных помещениях на аэрофотоснимках при помощи специальных фотограмметрических приборов. Часть фотограмметрии, в которой изучают не только способы определения планового положения объектов, по и способы измерения рельефа, называется стереофотограмметрией. Фотограмметрия является теоретической основой фототопографии, изучающей и разрабатывающей методы и средства создания топографических карт и планов по фотоснимкам местности. Инженерная (прикладная) геодезия — наука, которая изучает вопросы приложения геодезии к инженерному делу. Предметом инженерной геодезии является исследование и разработка методов и средств геодезического обеспечения всех видов строительства на различных его этапах, при реконструкции, расширении и эксплуатации сооружений, в землеустройстве, при лесотехнических работах, при поисках, разведке, разработке и охране природных ресурсов, монтаже и наладке сложных машин и т. п. В настоящее время трудно назвать область народного хозяйства, где бы инженерная геодезия не имела применения. Военная топография отрасль топографии, изучающая способы и средства получения информации о местности в интересах боевой деятельности войск. В. Т. включает изучение топографических карт, аэрофотоснимков и других документов о местности и их использование для управления войсками; методов проведения разведки местности; методов и технических средств ориентирования на местности и измерений на ней с целью получения необходимых данных для решения стрелковых, артиллерийских, инженерных и других задач; основ топогеодезического обеспечения боевых действий войск и др. Топография тесно связана с точными науками: математикой, геометрией и тригонометрией, т.к. развивается благодаря достижениям этих наук в вопросах осуществления измерений земной поверхности. Современная топография для уточнения карт не может обходиться без информационных технологий и ГИС, без дистанционного спутникового зондирования и глобальных сетей коммуникации. В свою очередь – без топографических карт не представляется возможным развитие наук о Земле: географии, геологии, ландшафтоведения и др. Топографические карты необходимы строителям, агрономам, туристам и многим другим категориям потребителей. Составить графическую схему «Место топографии в системе наук» 4 Тема 2. Форма и размеры Земли 1. Сведения о форме и размерах Земли 2. История измерения поверхности Земли. 3. Государственные геодезические опорные сети Для математической обработки результатов геодезических измерений расстояний и углов направлений нужно знать форму поверхности Земли, т.е. ее фигуру. Фигура Земли формируется под влиянием внутренних и внешних космических сил. Основными являются сила внутреннего тяготения и центробежная сила. По данным геофизики Земля ведет себя как пластичное тело. Если бы она была неподвижным и однородным по плотности телом, то под действием только сил внутреннего тяготения она, как фигура равновесия, имела бы форму шара. Вследствие центробежной силы, вызванной вращением вокруг оси, Земля приобрела бы форму шара, сплюснутого с полюсов, то есть форму эллипсоида вращения с малой степенью сжатия в направлении полюсов. Но внутреннее строение Земли по плотности неоднородно. Вследствие неравномерного распределения масс в земной коре изменяются направления сил притяжения, а значит, и сил тяжести. При этом уровенная поверхность, как перпендикулярная к направлениям силы тяжести, отступает от эллипсоидальной и становится столь сложной и неправильной в геометрическом отношении, что ее форму нельзя описать конечным математическим выражением. Уровенная поверхность – это поверхность Мирового океана в спокойном состоянии, мысленно продолженная под материки. Фигуре Земли, образованной уровенной поверхностью, присвоено название геоид. нормаль физическая поверхность Земли уровенная поверхность эллипсоид вращения Рис. 1. Физическая и теоретические поверхности Земли Для математической обработки результатов геодезических измерений использовать физическую поверхность или поверхность геоида нельзя вследствие их сложности. Поскольку наибольшие отступления геоида от эллипсоида не превышают 100—150 м, математически определенной фигурой, наиболее близкой к геоиду, является эллипсоид вращения, называемый земным эллипсоидом. Параметрами, определяющими его размеры и форму, являются большая а и малая b полуоси. Величины этих параметров могут быть получены посредством градусных измерений, т. е. путем геодезических измерений длины 5 дуги меридиана в 1°. Зная длину дуги одного градуса в различных местах меридиана, можно установить фигуру и размеры Земли. Северный Ледовитый океан Геоид 90º Азия Эллипсоид 0º 0 0º Атлантический океан Тихий океан 90º Антарктида Рис. 2. Меридиональное сечение геоида и земного эллипсоида Параметры земного эллипсоида неоднократно определялись учеными различных стран. В 1946 г. для геодезических и картографических работ в СССР приняты следующие размеры земного эллипсоида: а = 6 378 245 м, b — 6 356 863 м, α = 1 : 298,3. Эти параметры получены в 1940 г. выдающимся советским геодезистом Феодосием Николаевичем Красовским. Чтобы максимально приблизить поверхность земного эллипсоида к поверхности геоида, эллипсоид соответствующим образом ориентируют в теле Земли. Такой эллипсоид называют референц-эллипсоидом. В каждой стране существует свой референц-эллипсоид. В практике инженерно-геодезических работ поверхности эллипсоида и геоида считают совпадающими, во многих случаях значительные по размерам участки земной поверхности принимают даже за плоскость, а при необходимости учета сферичности Земли считают ее шаром, равным по объему земному эллипсоиду. Радиус такого шара равен 6371 км. Определением формы и размеров Земли занимались в продолжают заниматься до настоящего древнейшие времена и времени. Можно выделить четыре основных этапа решения этой проблемы: I - с древнейших времен до конца XV11 в., когда Землю принимали за шар; II - с конца XVII в. до второй половины XIX в, когда считали, что Земля является сплюснутым у полюсов шаром, т.е. сфероидом, близким к эллипсоиду вращения; III - со второй половины XIX в до сороковых годов XX в., когда установили, что более правильно представлять Землю трехосным эллипсоидом, который является моделью более сложной формы Земли - геоида; 6 IV - с сороковых годов XX века до настоящего времени, когда за фигуру Земли принимают тело, ограниченное физической поверхностью Земли. В VI в. до н.э. мысль о шарообразности Земли высказал Пифагор (около 571-497 гг.). Он считал, что в природе все должно быть совершенным, наиболее совершенным из геометрических тел является шар, потому Земля должна быть шаром. В IV в до н.э. Аристотель (384-322 гг. до н.э.), наблюдая за постепенным исчезновением в море корабля (сначала нижней, а затем верхней его части), пришел к выводу, что Земля - всюду выпуклое тело. Наблюдения за лунными затмениями показали, что отбрасываемая на поверхность Луны тень Земли всегда имеет форму круга, что возможно только при шарообразности Земли. Впервые наиболее точные измерения размеров Земли осуществил греческий ученый Эратосфен. Он был знаком с учением Аристотеля о шарообразности Земли. Он узнал от купцов, что в городе Сиене (Асуан), расположенном на широте северного тропика, 1 раз в году в день летнего солнцестояния (22 июня) лучи Солнца падают отвесно и достигают дна самых глубоких колодцев. А в Александрии, где он проживал и которая находилась на том же меридиане, что и Сиена, но севернее, примерно на 31° широты, в этот же день Солнце не находится в зените, а все предметы дают небольшую тень. Зная, что лучи Солнца идут к Земле издалека и должны достигать ее поверхности параллельными друг другу линиями, Эратосфен отметил, что лучи падают на земную поверхность в Сиене отвесно, а в Александрии под некоторым углом, значит, эти города расположены не на плоскости, а на дуге окружности, т.е. Земля не плоская, а шарообразная! Для проведения измерений окружности Земли Эратосфен сконструировал прибор - чашу скафис, в центре которой поставил вертикальный стержень, а по дну чаши от центра к краю нанес градусные деления. Этот прибор позволил измерить центральный угол и стягивающую его дугу меридиана между Сиеной и Александрией. 22 июня в полдень Эратосфен измерил в Александрии величину угла отбрасываемой стержнем тени, который составил 7,2º, что составляет 1:50 часть окружности (360º). В Сиене в этот момент времени тени от стержня не было. Нормаль 7,2º г. Александрия Стягивающая дуга Лучи Солнца г. Сиена Центральный угол 7,2º Центр Земли Рис. 3. Вычисления стягивающей дуги меридиана. 7 Расстояние от Сиены до Александрии Эратосфен определил приближенно, по времени прохождения караваном верблюдов этого пути, оно составило 5 000 стадий (1 египетская стадия равна примерно 158 метрам) или 790 км. Таким образом, если 790 км составляют 7,2º и составляют 1/50 часть от окружности, следовательно, 790х50=39 500 км – это длина окружности Земли, рассчитанная Эратосфеном в ΙΙΙ веке до новой эры. По современным данным окружность Земли составляет 40 000 км. Радиус Земли, вычисленный Эратосфеном – 6320 км, современные данные – 6371 км. Таким образом, метод Эратосфена дал весьма точные результаты и позволил определиться с формой и размерами Земли. После Эратосфена греки и арабы несколько раз определяли размеры радиуса Земли. Но затем настала эпоха мрачного средневековья, о которой можно сказать словами С.Цвейга: «дух человеческий парализован, человечество больше ничего не желает знать о мире, который оно населяет. И самое удивительное - все, что люди знали ранее, непонятным образом ими забыто». Только в эпоху великих географических открытий, т.е. в период Возрождения, наступает новый расцвет наук и искусств. Кругосветное путешествие Магеллана в 1519 1522 г. подтвердило шарообразность Земли. Развитие мореплавания требовало подробных и точных карт, при создании которых необходимы более точные данные о размерах земного шара. Были предприняты попытки новых определений размеров Земли. Наиболее точное определение было выполнено французским ученым и придворным врачом Жаном Френелем (1497 - 1558 гг.), определившим дугу меридиана между Парижем и Амьеном, длина дуги в 1° оказалась равной 56747 тоазам (1 тоаз = 1,94904 м), т.е. 110,6 км, по сравнению с современными данными ошибка составила 0,1%. Предложенный в 1614 г. голландским астрономом и математиком Снеллиусом (1580 - 1626 гг.) метод триангуляции, позволяющий довольно точно определять на местности длины дуг меридианов в сотни и тысячи километров, явился началом новой эпохи в истории градусных измерений. Французский академик Жак Пикар (1620 - 1682 гг.) впервые использовал геодезические приборы со зрительными трубами и сеткой нитей (прообраз современных теодолитов) и в 1669 – 1670 гг. повторил градусные измерения Френеля между Парижем и Амьеном, создав цепь из 13 треугольников, определив длину одного градуса дуги парижского меридиана, равную 111,212 км (по современным данным 111,221 км), т.е. с ошибкой в 9 м. Определенный им радиус Земли оказался равным 6372 км. Работами Ж.. Пикара завершился первый, 2000 - летний, период изучения Земли как правильного шара. 8 Второй период изучения формы и размеров Земли связан с работами великого английского ученого И.Ньютона (1642 - 1727 гг.), который показал, что фигурой равновесия жидкого тела, в котором силы притяжения направлены по радиусам в центр, является шар. Но на вращающийся жидкий шар кроме силы тяжести действуют центробежные силы, возрастающие от полюсов к экватору и стремящиеся приплюснуть шар у полюсов. В результате фигурой равновесия вращающегося жидкого тела становится эллипсоид вращения с малым сжатием, и сила тяжести возрастает от экватора к полюсам. Для проверки теории Ньютона Парижская академия наук организовала две экспедиции для выполнения градусных измерений в разных частях земного шара: в 1735 – 1744 годах в экваториальной области Перу и в 1736 году в Лапландию. Первая экспедиция за 8 лет измерила дугу меридиана в 3°07' - 350 км, вторая - за полгода дугу в 1°. Результаты этих экспедиций подтвердили теорию Ньютона. Современными учеными было измерено, что 1º дуги меридиана у полюса составляет 111 км 695 м, а у экватора 110 км 583 м. В 1792 - 1797 гг. по решению революционного Конвента французские ученые Деламбр (1749 - 1822 гг.) и Мешен (1744 - 1804 гг.) за 6 лет измерили дугу парижского меридиана длиной в 9°40' от Дюнкерка до Барселоны, проложив цепь из 115 треугольников через всю Францию и часть Испании. Эти работы были выполнены для определения длины метра, равного одной десятимиллионной части половины парижского меридиана. Крупнейшие градусные измерения в XIX в. были выполнены в пограничных западных районах России под руководством известных русских астрономов и геодезистов: первого директора Пулковской обсерватории ВЛ. Струве (1793 - 1864 гг.) и генерала К.И. Теннера (1783 - 1860 гг.). Все работы по созданию "дуги Струве" были выполнены с 1816 по 1852 г. По глубине научных разработок, тщательности и объему выполненных работ "дуга Струве" была уникальной и не потеряла своей ценности до настоящего времени, использовалась при определении параметров земного эллипсоида в нашей и многих других странах. Следует отметить два небольших, но важных градусных измерения, выполненных в 1822 - 1823гг. крупнейшим немецким ученым К. Гауссом (1777 — 1855 гг.) в Ганновере - длина дуги 2°01' - и в 1931 - 1934 гг. известным немецким ученым Бесселем (1784 - 1846 гг.) в Восточной Пруссии - длина дуги 3°04'. Ценность этих работ связана с разработкой новых, более совершенных методов измерений и способов обработки результатов этих измерений, образцовым исполнением высокоточных геодезических работ. 9 Большие градусные измерения с 1800 по 1900 гг. выполнены англичанами в Индии, получившими ряд дуг размером 10-20" по меридианам и параллелям. Во второй половине XIX в. по инициативе В.Я. Струве выполнены крупнейшие градусные измерения по параллели 47—48° от Бреста до Франции, через Париж - Вену Ростов-на-Дону - Астрахань и по параллели 52° — от западных берегов Ирландии через Лондон - Берлин - Варшаву - Гродно - Бобруйск - Орел - Саратов - Оренбург - Орск. В конце XIX начале XX века большие работы по градусным измерениям по меридианам и параллелям выполнены в США: трансконтинентальная дуга по параллели со средней широтой 39° протяженностью в 48°46' и по меридиану 98° от берегов Мексиканского залива до границы с Канадой (длина дуги в 33°). В середине XIX в. закончился второй этап в изучении фигуры Земли, стало ясно, что эллипсоид вращения лишь приближенно описывает действительную фигуру Земли. Первые представления фигуры Земли трехосным эллипсоидом были сделаны в 1860 г. русским геодезистом Ф.Ф. Шубертом 1789 - 1865 гг.) и в 1878 г. английским ученым Кларком. Но и трехосный эллипсоид недостаточно точно представлял действительную форму Земли. Современный период в изучении фигуры Земли связан с работами Ф.Н. Красовского (1878 - 1948 гг.) и М.С. Молоденского. М.С. Молоденский разработал метод точного определения физической поверхности Земли, основной задачей при изучении фигуры Земли становится изучение поверхности Земли, ее гравитационного поля. В настоящее время широкое применение в геодезии находят спутниковые технологии, позволяющие с высокой точностью определять координаты пунктов. На высоте около 20 000 км функционирует сеть искусственных спутников Земли, орбиты которых рассчитаны так, чтобы в каждой точке поверхности Земли и Мирового океана в любое время суток независимо от погоды можно было наблюдать не менее четырех спутников. В настоящее время выполняется совместное использование систем ГЛОНАСС (Глобальная навигационная Спутниковая Система, Россия) и NAVSTAR (NAVigation Satlelitc providing Time And Range, — навигационная спутниковая система, обеспечивающая измерение времени и местоположения, США). Точность определения координат относительно опорного пункта с известными координатами достигает несколько миллиметров. Подготовить письменную работу на тему: размеров Земли» 10 «История измерения формы и Геодезическая опорная сеть – это совокупность точек на земной поверхности, положение которых (географические координаты и абсолютные высоты) точно определено. Исходными точками, относительно которых при съемках и составлении карт по аэроснимкам определяют положение остальных точек земной поверхности, служат так называемые геодезические пункты. Они представляют собой надежно закрепленные и обозначенные на местности специальными сооружениями точки, географическое положение которых (координаты) определяют заблаговременно из высокоточных геодезических измерений и вычислений, отнесенных к поверхности земного эллипсоида. Сооружения, которыми на местности обозначаются геодезические пункты, обычно представляют собой деревянные или металлические вышки — геодезические сигналы, пирамиды, под которыми заложены прочные бетонные, кирпичные или каменные кладки, называемые центрами. Совокупность таких пунктов различного класса точности, более или менее равномерно размещенных на территории нашей страны и определенных в единой системе координат, составляет государственную опорную геодезическую сеть СССР. Она является главной и единой для всей территории страны геодезической основой топографических и аэрофототопографических съемок, по материалам которых составляются карты различных масштабов. Точно нанесенные по координатам на съемочные планшеты геодезические пункты при съемках и составлении карт по аэрофотоснимкам используются как опорные точки для привязки к ним, а, следовательно, и к единой системе координат всех географических элементов содержания карты. Тем самым обеспечивается при изображении на картах переход от физической поверхности Земли к поверхности земного эллипсоида и правильное совмещение получаемого при этом изображения с картографической сеткой создаваемой карты. Государственная опорная геодезическая сеть по точности подразделяется на четыре класса. Высшим из них является астрономо-геодезическая сеть 1-го класса. Она служит основой для развития сетей низших классов, которые строятся по принципу перехода от сетей более высокого класса к сетям низших классов. Сети 2 — 4-го классов, а также геодезические сети местного значения создаются путем сгущения сети пунктов до требуемой плотности. Данные, характеризующие государственную различных классов, приведены в табл. 2. 11 опорную геодезическую сеть Класс сети 1 2 3 4 Таблица 2 Длина сторон - Точность (средние квадратические ошибки.) измерений расстояние между соседними углов между сторонами длины сторон пунктами сети, км, сети Не менее 20 1: 300000 7 - 20 1: 250000 5-8 1 : 200000 2-5 1 : 150000 Государственная геодезическая сеть (ГГС) является главной геодезической основой топографических съемок всех масштабов и должна удовлетворять требованиям народного хозяйства и обороны страны при решении соответствующих научных и инженернотехнических задач. Плановая сеть создается методами триангуляции, полигонометрии, трилатерации и их сочетаниями; высотная сеть создается построением нивелирных ходов и сетей геометрического нивелирования. Используя научную литературу и ресурсы Интернета подобрать материал по теме «Понятие о триангуляции, полигонометрии и трилатерации». Метод триангуляции заключается в том, что на местности размещают и закрепляют геодезические пункты, являющиеся вершинами треугольников. В первом треугольнике с высокой точностью измеряется одна сторона – базис и все внутренние углы. Рис. 4. Схема проведения триангуляции. 12 По этим измерениям вычисляются (по теореме синусов) длины остальных сторон. Затем во втором примыкающем к первому треугольнике также измеряют все углы и, используя вычисленную ранее длину общей с первым треугольником стороны, получают длины сторон второго треугольника. Зная точные координаты одной из начальных точек, по вычисленным сторонам и измеренным углам вычисляют тригонометрическим путем координаты остальных точек. Ряды треугольников триангуляции 1 класса прокладывают по возможности вдоль меридианов и параллелей. Длина сторон треугольников 1 класса не менее 20 км, углы измеряют с ошибкой не более ±0,7´. Пункты триангуляции на топографических картах обозначают треугольником с точкой в центре и отметкой высоты точки. Звено триангуляции 1 класса – это расстояние между парами астрономических пунктов, оно может быть не более 200 км. Такие звенья из треугольников 1 класса строятся вдоль параллелей и меридианов и составляют полигон внутри которого проводится триангуляция 2, 3,и 4 классов (метод сгущения). При полигонометрии строят сети ломаных ходов, в которых измеряют все углы и стороны. Этот метод применяется обычно в закрытой местности (залесенной, застроенной), где видимость между пунктами затруднена. Ходы прокладываются вдоль дорог, по долинам рек; они в совокупности образуют замкнутые многоугольники (полигоны). По координатам начальной точки и дирекционному углу первой стороны хода вычисляют координаты второй точки, а затем и всех последующих пунктов хода. Трилатерация по сути сходна с триангуляцией, но отличается тем, что в треугольниках измеряют не углы, а стороны. Все три стороны треугольника измеряют с помощью дальномеров с высокой точностью. А затем вычисляют координаты точек вершин треугольников. Высотная геодезическая сеть создается путем нивелирования, проводимого высокоточными приборами. Создание обзорно-топографических карт на большие территории производится на основе топографической съемки местности. В зависимости от величины снимаемой территории, необходимого масштаба получаемых карт и особенностей самой местности топографическая съемка может быть нескольких видов. Тема 3. Топографическая карта: сущность, элементы, область применения. План: 1. Сущность и элементы топографической карты. 2. Масштаб топографической карты. 3. Измерение расстояний по топографической карте. 4. Методика измерения площадей по топографической карте. 13 Топографические карты – крупномасштабные подробные, единые по содержанию, оформлению и математической основе общегеографические карты, на которых изображаются природные и социально-экономические объекты местности с присущими им качественными и количественными характеристиками и особенностями размещения. Топографические карты предназначены для многоцелевого хозяйственного, научного и военного применения. Топографические карты строятся по законам проектирования физических тел на плоскость, имеют опорную геодезическую сеть и стабильную систему обозначений, что в совокупности обусловливает возможность получения по ним наглядной, точной и сопоставимой общегеографической информации о местности. Топографические карты подразделяются на карты суши, шельфа и внутренних водоемов. Создаются главным образом в результате обработки аэрофотоснимков территории, реже – путем непосредственной наземной топографической съемки местности. Назначение топографических карт. Топографические карты служат основным источником информации о местности и используются для ее изучения, определения расстояний и площадей, дирекционных углов, координат различных объектов и решения других измерительных задач. Они широко применяются в военном деле, строительстве, лесном деле и сельскохозяйственном производстве, как средство ориентирования в экспедициях, туристических походах и поездках и т.п. Элементы топографической карты Сведения о масштабе Картометрические графики Координатная сетка Условные знаки Вспомогательное оснащение Элементы природы и хозяйства Населенные пункты Пути сообщения и средства связи Растительность и грунты Картографическое изображение Рельеф и гидрография Картографическая проекция Масштаб Геодезическая основа Математическая основа Компоновка карты – размещение номера карты, рамок листа, подписи элементов рамки, условных знаков, картометрических графиков и масштаба. Первый элемент – геодезическая основа – это положение конкретных точек земной поверхности на карте по их отношению к началу плановых и высотных координат. 14 Вторым элементом математической основы географических карт является масштаб. Масштаб – это степень уменьшения длины линии на карте по отношению к горизонтальной проекции этого расстояния на земной поверхности. В России топографические карты выпускаются в определенных масштабах в соответствии с назначением: обзорно-топографические - 1: 1000 000, 1: 500 000, 1: 300 000 (военно-стратегические), собственно топографические: 1: 200 000 (для землеустроителей), 1: 100 000, 1: 50 000, 1: 25 000, 1: 10 000. На картах масштаб чаще всего указывается в трех видах. Численный масштаб – это дробь, в числителе которой единица, а в знаменателе число, показывающее степень уменьшения: М=а:А. Так на карте масштаба 1:50 000 длины уменьшены по сравнению с из горизонтальными проекциями в 50 000 раз. Именованный масштаб – пояснение к численному, которое показывает какая величина на местности соответствует 1 см на карте. При численном масштабе 1:50 000 1 см на карте соответствует 500 м на местности. Линейный масштаб – это графическое построение в виде линейки, разделенной на равные отрезки (основания) с подписями величины основания, обозначающими соответствующие расстояния на местности. Линейный масштаб предназначен для измерения длин линий на карте и одновременного перевода их в натуральную величину. Для повышения точности измерений крайнее левое основание делят на равные отрезки, называемые наименьшими делениями, расстояние на местности, соответствующее 1 наименьшему делению называется точностью линейного масштаба. Рисунок 5. Виды линейного масштаба 15 Для повышения точности измерения расстояний по топографической карте в полевых условиях можно использовать поперечный масштаб, который представляет собой как бы развернутый по вертикали линейный масштаб и позволяет измерять длины линий в сто раз точнее величины основания, поэтому его иногда называют «сотенным» масштабом (Рисунок 6). Рисунок 6. Поперечный масштаб и работа с ним Расстояние на местности, соответствующее 0,01 см в масштабе конкретной карты называется предельной точностью масштаба (ПТМ). Для масштаба 1:50 000 ПТМ равна 5 метрам. ПТМ – это физиологический предел возможности нормального человеческого зрения. Важным элементом математической основы карты является картографическая проекция – это математический способ перенесения координатной сетки параллелей и меридианов с боковой поверхности глобуса или земного эллипсоида на плоскость. В результате создания картографической проекции устанавливается аналитическая зависимость (соответствие) между географическими координатами точек эллипсоида и прямоугольными координатами тех же точек на плоской карте. В нашей стране топографические карты составляются в поперечно-цилиндрической равноугольной проекции Гаусса-Крюгера вычисленной по элементам эллипсоида Красовского (исключение – карта масштаба 1:1000000, которая во всем мире строится в видоизмененной поликонической проекции, используемой как многогранная). Положение спроектированных на земной эллипсоид точек физической поверхности Земли и различных географических объектов обозначаются их географическими координатами. Географические координаты – это пространственная система координат, 16 показывающая положение точки на земной поверхности или карте относительно экватора и нулевого меридиана в градусах широты и долготы. Географическая широта (φ) - это угол между плоскостью экватора и отвесной линией (нормалью), опущенной из данной точки к плоскости экватора. Широта измеряется в градусах от 0º до 90º и бывает северная и южная. Значения градусов широты параллелей подписываются вдоль нулевого (Гринвичского) и 180º меридианов к северу и к югу от экватора. Географическая долгота (γ) – это двугранный угол между плоскостью нулевого меридиана и плоскостью меридиана данной точки. Измеряется от 0 до 180º и бывает восточная и западная. Значения градусов долготы меридианов подписываются вдоль линии экватора к востоку и к западу. Рисунок 7. Определение географических координат на глобусе. • Меридиан – это условная линия сечения поверхности земного эллипсоида плоскостью, проходящей через данную точку и ось суточного вращения Земли. Меридианы представляют собой полуокружность, сходящиеся в полюсах Земли. • Полюса – это точки пересечения оси вращения Земли с поверхностью земного эллипсоида. • Параллель – линия пересечения поверхности земного эллипсоида плоскостью, перпендикулярной оси вращения. 17 • Экватор – это самая большая параллель, плоскость которой проходит через центр Земли. Линии параллелей и меридианов образуют градусную сеть Земли, а их изображение на картах называют картографической сеткой. • Полярный круг – параллель с широтой 66°33‘. К северу от экватора расположен Северный полярный круг, к югу – Южный. В день зимнего солнцестояния (21 или 22 декабря) к северу от Северного полярного круга Солнце не всходит (полярная ночь), а к югу от Южного полярного круга Солнце не заходит (полярный день). В день летнего солнцестояния (21 или 22 июня) наоборот. Полярные круги считаются границами холодных поясов Земли. • Тропики – параллели с широтой 23°27‘ к северу и к югу от экватора. Различают Северный тропик (тропик Рака) и Южный тропик (тропик Козерога). Тропики – крайние от экватора параллели, на которых Солнце бывает в зените: в день летнего солнцестояния над Северным тропиком, в день зимнего солнцестояния – над Южным тропиком. Вся широтная зона, расположенная между Северным и Южным тропиками называется жаркий пояс Земли. Таким образом, математическая основа карт позволяет на листе бумаги в заданном масштабе и картографической проекции нанести узловые точки и линии прохождения параллелей и меридианов. Затем в образовавшиеся трапеции вырисовывают элементы географической основы: береговую линию материков и гидрографию. Далее на контуры материков наносят само картографическое изображение. Математическая основа топографических карт обеспечивает проведение по ним измерения расстояний и площадей. Измерение расстояний по топографической карте. При измерении расстояний по топографической карте получают длины горизонтальных проекций, а не длины линий на земной поверхности. Для измерения прямых линий применяют линейку или циркуль-измеритель. С карты в раствор циркуля берут измеряемый отрезок и переносят его на линейный масштаб, на котором подбирают число целых оснований и количество наименьших делений, соответствующих измеряемому отрезку и сразу определяют расстояние в натуральных единицах измерения (Рисунок 8). 18 Рисунок 8. Измерение прямых линий на топографической карте Методика измерения извилистых линий более сложна и результаты получаются менее точными. Существует несколько способов измерения длин извилистых линий: Курвиметр. Наиболее быстрым и удобным в полевых условиях является измерение извилистых линий на карте или плане с использованием курвиметра, но этот способ позволяет измерять линии на карте с точностью до 1 см. Способ шагания применяется для измерения плавных не очень ломаных линий. Выбирают размер раствора циркуля, называемый «шагом» и этим раствором циркуля «шагают» вдоль измеряемой линии переставляя ножки циркуля и подсчитывая количество «шагов». Зная величину шага и общее количество шагов, определяют длину измеренной линии. Точность измерений зависит от степени извилистости линии и от величины «шага» - чем меньше шаг и плавне линия – тем выше точность результата.. Способ накопления отрезков заключается в том, что циркуль-измеритель переставляют от изгиба до изгиба измеряемой линии, последовательно забирая в раствор циркуля каждый отдельный отрезок измеряемого расстояния. Этот способ позволяет добиться большей точности измерения по сравнению со способом шагания. Измерение площадей. При измерении площади объектов по топографической карте первоначально масштаб длин конкретной карты переводят в масштаб площадей, т.е. возводят в квадрат именованное выражение масштаба, например: 1:50 000, в 1 см 500 м., в 1 см2 250 000 м2 или 25 га. Затем, после выяснения масштаба площадей проводят измерение площади 19 объекта сначала в квадратных сантиметрах, а затем переводят в гектары или иные величины измерения площадей на местности. Если объект, измеряемый на карте, имеет правильную геометрическую конфигурацию, его площадь находят по известным формулам. Если форма объекта сложна и не может быть разделена на простые геометрические фигуры, применяют планиметр или палетку. Наиболее распространен полярный планиметр, его действие основано на существующей зависимости площади фигуры и ее линейных элементов. Прибор имеет два рычага – полюсный и обводной и счетное устройство (Рисунок 9). Рисунок 9. Планиметр. Полюсный рычаг соединен с обводным рычагом шарниром, а другой конец опирается на неподвижный полюс – тяжелый цилиндр с иглой в нижней его части, обеспечивающий неподвижность полюса. Обводным рычагом со шпилем на конце обводят измеряемую площадь по контуру. По счетному механизму в начальной точке измерения берут отсчет m1, а обведя контур по часовой стрелке и возвратившись в начальную точку, берут второй отсчет m2. Площадь контура вычисляют по формуле: Р=С(m1- m2), где С – цена деления планиметра, определяемая путем промера какой-либо известной площади (Ризв.), например квадрата координатной сетки. С= Ризв./п2-п1, где п1 и п2 – отсчеты по счетному устройству соответственно в начале и в конце обводки известного контура. 20 Универсальным способом измерения по картам площадей контуров, имеющих сложную неправильную форму, можно считать палетки. Палетки представляют собой прозрачные пластинки и бывают разных видов: сеточные, точечные, параллельные палетки, состоящая из системы параллельных линий (Рисунок 10). Рисунок 10. Измерение сетчатой палеткой площади озера Измерение площадей с использованием квадратной сеточной палетки начинают с определения цены одного квадрата в масштабе конкретной карты. Величина квадрата может быть различной, в зависимости от требуемой точности измерений. Затем палетку накладывают на контур и подсчитывают все полные квадратики, попавшие внутрь контура. Затем подсчитывают количество неполных квадратиков, делят результат пополам и прибавляют к числу полных. Р=а2п, где а – сторона квадратика сетки выраженная в масштабе карты, п – число квадратиков, покрывающих контур. Экспериментально установлено, что точность измерения площадей палетками не ниже, а для мелких контуров выше точности планиметра. Тема 4. Рамки листа топографической карты. Определение географических и прямоугольных координат План: 1. Рамки листа топографической карты. 2. Измерение географических координат. Метод интерполяции (приращения). 3. Координатная сетка: сущность, назначение. 4. Определение прямоугольных координат точек. 21 Рамки листа топографической карты Лист топографической карты имеет три рамки: внешнюю оформительскую, минутную и внутреннюю. Внешняя оформительская рамка проводится утолщенной линией черного цвета и служит для ограничения картографического изображения от других элементов карты. Параллельно внешней рамке двойной линией проведена минутная рамка, она разделена на отрезки, соответствующие с юга на север минутам широты, а с запада на восток – минутам долготы. На картах 1: 100 000 и крупнее минутные отрезки для удобства определения географических координат точек разделены на 10-ти секундные части. Таким образом, минутная рамка служит для определения географических координат точек. Внутренняя рамка карты выполнена тонкими линиями, ограничивающими картографическое изображение, она представляет собой выпрямленные дуги параллелей и меридианов, выделяющих лист карты данного масштаба. В углах карты подписаны широты параллелей и долготы меридианов линий внутренней рамки. За рамкой листа топографической карты помещают его номенклатуру, название соответствующей политико-административной единицы и главного населенного пункта, численный и линейный масштабы, сведения о системах координат и высот, сечении рельефа, методе и годе изготовления. Кроме того, на зарамочных полях обзорнотопографических карт дают условные знаки к данному листу, шкалу ступеней высот, схему границ; собственно топографических карт – схему сближения меридианов и магнитного склонения, шкалу заложений, дополнительные обозначения объектов; топографических планов – название площадки, схему всего участка съемки и тексты о назначении плана, увязке урезов вод и т.п. Для обзорно-топографических, мелко- и среднемасштабных карт предусмотрено крупномасштабных – многоцветное и многоцветное полиграфическое издание, одноцветное, топографических планов – размножение в нескольких экземплярах фотографическим, электрографическим или др. упрощённым способом. Географические координаты – это широта φ и долгота λ, которые показывают положение объектов на земной поверхности относительно экватора и нулевого меридиана. Определение географических координат по топографическим картам проводится с точностью до секунд или десятых долей минуты по минутной рамке карты. Для определения географической широты точки проводят с юга к ней ближайшую параллель, соединив одинаковые минутные деления минутной рамки с запада и с востока. Широта точки А складывается из широты ближайшей к ней с юга параллели и приращения широты от этой параллели до точки А. φА+ φю+Δφ. Чтобы определить φ, следует спроектировать точку А на западную или восточную (какая ближе) минутную 22 рамку карты. Затем последовательно измерить линейкой в сантиметрах длину одной минуты на рамке карты и длину отрезка минуты с юга от начала минуты до параллели точки А, составить и решить пропорцию l в см = 60´´, а Δφ в см = х´´. Для определения долготы необходимо провести через одинаковые отметки на северной и южной минутных рамках, меридиан (ближайший к точке с запада), затем через точку А на ближайшую (северную или южную) минутную рамку опустить перпендикуляр и методом интерполяции (приращения) определить долготу. λА = λзапад. мерид.+ Δλ. Прямоугольные координаты на топографической карте Х и У определяют положение точки на плоскости, в зоне Гаусса-Крюгера, относительно осей прямоугольных координат – экватора и осевого меридиана в километрах. Линии экватора и осевого меридиана зоны взаимно перпендикулярны. В отличие от декартовой системы, принятой в математике, в картографии за ось Х принимается вертикальная линия осевого меридиана, направленная на север, а за ось У – линия экватора, направленная на восток (Рисунок 11). Рисунок 11. Система прямоугольных координат Гаусса-Крюгера Автором прямоугольной системы координат стал немецкий географ Гаусс, он предложил весь земной шар разделить на зоны по 6 градусов. Все зоны соприкасаются по линии экватора. С севера на юг длина зоны составляет 20000 км, а с запада на восток – (6о х 111,3км )= 667,8 км. В результате небольшой протяженности с запада на восток 23 искажения в пределах зоны незначительны. Всего зон на земном шаре выделяется 60. В каждой зоне Гаусс провел осевой меридиан. Положение точки в этой системе определялось двумя величинами: координатой Х и координатой У. Х – это расстояние от экватора до точки в километрах, а У – это расстояние от осевого меридиана до точки. К северу от экватора Х – величина положительная, к югу – отрицательная. К востоку от осевого меридиана – положительная, а к западу – отрицательная. Другой немецкий ученый Крюгер внес в эту систему важные усовершенствования: во-первых, он предложил пронумеровать арабскими цифрами все зоны начиная от нулевого меридиана на восток и включил номер зоны обязательным элементом значения координаты У (это одна или две первые цифры), во-вторых, для того чтобы избавиться от отрицательных значений координаты У он предложил вынести осевой меридиан зоны к западу за её пределы на 500 км, и координату У среднего меридиана зоны принять за 500 км. Для определения прямоугольных координат точек на топографической карте служит координатная сетка, представленная горизонтальными (ГЛКС) и вертикальными (ВЛКС) километровыми линиями, параллельными осям Х и У зоны Гаусса – Крюгера. Линии координатной сетки на картах в зависимости от масштаба проводятся через один или два км и они не параллельны рамкам карты, т.к. прямые оси плоскостных координат Х и У не параллельны меридианам и параллелям, имеющим кривизну. Полные значения прямоугольных координат подписаны только у крайних линий сетки в углах карты между внутренней и минутной рамками, около остальных линий нанесены только две последние цифры. Прямоугольные координаты точек, не лежащих на километровых линиях, определяются, или методом интерполяции или с использованием циркуля-измерителя и линейного масштаба Функции (назначение) координатной (километровой) сетки на карте. 1. Для определения прямоугольных координат точек; 2. Для указания местоположения точек на карте по квадратам, в этом случае нумерация квадратов производится по обозначению координатных линий его юго-западного угла. Сначала называют координату южной линии Х, затем западной линии У сторон квадрата. 3. Для измерения расстояний на карте. 4. Координатная сетка может быть использована еще как палетка для вычисления площадей крупных объектов, по расстоянию между линиями координатной сетки можно определить масштаб карты, можно высчитывать расстояния между точками. 5. Кроме того, ВЛКС используются для определения дирекционных углов направлений на карте. 6. Координатная сетка позволяет определить масштаб карты, если он не указан. 24 Тема 5. Разграфка и номенклатура топографических карт России. План: 1. Серии карт. 2. Понятие разграфки и номенклатуры топографических карт России. 3. Схемы разграфки и номенклатуры листов карты масштаба 1:1 000 000. 4. Схема разграфки и номенклатуры листов карт крупных масштабов. Географические карты, как настольные, так и настенные издают не только как отдельные произведения, но и как серии одного назначения. Серии карт могут быть двух видов: - серии, включающие карты одного содержания на разные территории; - серии, включающие карты разного содержания на одну территорию. Карты одного и того же содержания, например топографические, создаваемые на разные территории строятся в одном масштабе, по единым установкам, в единой системе условных обозначений и образуют непрерывное изображение значительной части земной поверхности. Топографические карты обширных территорий, например, России, включают большое количество отдельных листов, так как на одном листе изображается небольшая по площади территория. Каждый лист топографической карты ограничен отрезками меридианов (с запада и с востока) и отрезками параллелей (с севера и с юга) и представляет собой трапецию. Все листы топографических карт имеют определенную систему обозначений – номенклатуру, которая зависит от масштаба карты и географического положения изображенной на нем территории. Система деления карт на листы называется разграфкой. Разграфка и номенклатура карт России основана на использовании поперечной цилиндрической проекции Гаусса – Крюгера и строится на основе листа международной карты масштаба 1: 1000 000, границами любого листа которой (внутренней рамкой) являются меридианы с разницей долгот 6º и параллели с разницей широт в 4º. Для получения карты масштаба 1: 1000 000 поверхность земного эллипсоида делят параллелями и меридианами на ряды и колонны. Ряды – это полосы между двумя соседними параллелями, проведенными через 4 градуса по широте к северу и к югу от экватора. Ряды обозначаются буквами латинского алфавита: A. B. C. D. E. F. G. H. I. J. K. L. M. N. O. P. Q. R. S. T. U. V. Z – окружность около полюсов. Колонны – это двуугольники между двумя соседними меридианами, проведенными через 6 градусов, колонны нумеруются арабскими цифрами с запада на 25 восток от меридиана с долготой 180º. Таким образом, Гринвичский меридиан разграничивает 30 и 31 колонны. Всего насчитывается 60 колонн (Рисунок 12). Рисунок 12. Деление поверхности земного эллипсоида на колонны В результате разграфки на ряды и колонны происходит выделение трапеций карт масштаба 1: 1 000 000, номенклатура которых складывается из буквы ряда и цифры колонны, например, О-36 (Рисунок 13). Рисунок 13. Обозначение рядов и колонн на поверхности земного эллипсоида 26 Далее, на основе деления листа миллионной карты на 4 части средним меридианом и средней параллелью получаются листы карт масштаба 1: 500 000, а номер складывается из номера листа миллионной карты и заглавной буквы русского алфавита, обозначающей одну из четырех полученных частей: А, Б, В, Г, например: О-37-А; Затем делением миллионной карты на 9 частей получают листы карт масштаба 1: 300 000, в их номере перед обозначением исходного миллионного листа добавляют римскую цифру, например: V-О-36. Делением миллионной карты на 36 частей получают листы карт масштаба 1: 200 000, а в номере после обозначения исходного листа миллионной карты добавляют римскую цифру. Например: О-36-ΧΧV (Рисунок 14). Рисунок 14. Схема разграфки и номенклатуры листов топографических карт Путем деления листа миллионной карты на 144 части получаются листы карт масштаба 1: 100 000, в номере после обозначения миллионной карты ставят арабскую цифру, например: О-36-133. Затем, карты более крупных масштабов 1:50 000, 1:25 000, 1:10 000 получают путем деления на 4 части листа каждой предыдущей карты и обозначения полученных листов соответственно заглавными буквами русского алфавита, строчными буквами и арабскими цифрами. В номенклатуре каждой последующей карты сохраняется номер исходной миллионной карты и элементы номера каждой предыдущей карты, например: 1:50 000 27 имеет номер О-36-133-А для масштаба 1:25 000 это может быть О-36-133-А-б. Для 1:10 000 – О-36-133-А-б-4. Листы карты каждого масштаба имеют четко обоснованные размеры по широте и долготе. По номеру карты можно определить её масштаб, положение изображенной территории на земном эллипсоиде и номера листов соседних карт. (Схемы разграфки и номенклатуры). Масштаб карты 1:1 000 000 1:500 000 1:300 000 1:200 000 1:100 000 1:50 000 1:25 000 1:10 000 Получен от деления трапеции Дополнительные обозначения Пример номенклатуры 1:1 000 000 на 4 части 1:1 000 000 на 9 частей 1:1000 000 на 36 частей 1:1 000 ь000 на 144 части 1:100 000 на 4 части 1:50 000 на 4 части 1:25 000 на 4 части А, Б, В, Г Ι, ΙΙ, … ΙΧ Ι, ΙΙ, … ΧΧΧVΙ 1, 2, … 144 А, Б, В, Г а, б, в, г 1, 2, 3, 4 N-36 N-36-А V-N-36 N-36-ΧV N-36-54 N-36-54-Г N-36-54-Г-а N-36-54-Г-а-2 Размеры рамок По широте 4º 2 1º20´ 40´ 20´ 10´ 5´ 2´30´´ По долготе 6º 3 2º 60´ 30´ 15´ 7´30´´ 3´45´´ Тема 6. Горизонтальные углы направления на топографической карте План: 1. Ориентирование на местности и на карте. Земной магнетизм. 2. Определение дирекционного угла по топографической карте. 3. Азимут истинный, азимут магнитный, румб. 4. Решение задач с горизонтальными углами. Для осуществления движения по местности на основе топографической карты или плана необходимо уметь ориентироваться, т.е. определять стороны горизонт, а затем необходимо уметь определять горизонтальные углы направления. Определение сторон горизонта на местности можно осуществить относительно истинного (географического) и относительно магнитного меридианов или относительно местных предметов. Основные стороны горизонта - север, восток, юг и запад, промежуточные – северо-восток, юго-восток, юго-запад и северо-запад. Направление географического меридиана, идущего от северного до южного полюса, показывает полуденная линия. В полдень, когда Солнце находится в южной стороне небосвода, тень от предметов (она при этом самая короткая) падает строго на север. Ночью можно ориентироваться по Полярной звезде, которая находится почти над точкой Северного полюса. Полярная звезда входит в созвездие Малой Медведицы. Найти направление на Север в лесу можно по надписям на квартальных столбах у пересечения просек. Меньшие номера кварталов написаны на северной стороне столба, большие значения – на южной. В 28 городе определить направление север – юг можно по крестам на православных храмах – у нижней косой перекладины поднятый край показывает на север, а опущенный – на юг. Но надежнее и удобнее в любую погоду ориентироваться по компасу, синяя стрелка которого указывает на север. Определение сторон горизонта относительно магнитного меридиана осуществляется с помощью приборов, имеющих намагниченную стрелку, таких как компас и буссоль. Намагниченная стрелка этих приборов покажет направление магнитного меридиана, соединяющего северный и южный магнитные полюса Земли. Магнитные меридианы – это силовые линии реально существующего магнитного поля Земли. Магнитный и географический меридианы обычно не совпадают, та как не совпадают магнитный и географический полюса Земли (Рисунок 15). Рисунок 15. Положение северного географического и магнитного полюсов Земли На местности обычно определяют направление магнитного меридиана и движутся от точки к точке по магнитным азимутам. На мелкомасштабной карте же ориентируются в основном по направлению истинного (географического) меридиана и вычисляют истинные азимуты. На топографической карте удобнее всего прокладывать маршруты, пользуясь дирекционным углом. Ввиду того, что на топографической карте 29 всего два истинных меридиана, а магнитных нет вовсе, проведение измерения азимутов затруднительно. Дирекционный угол (Д) – это угол между северным направлением ВЛКС и направлением на предмет, измеряется по часовой стрелке от 0º до 360º. Но измеренные на топографической карте дирекционные углы не могут быть использованы для движения на местности. Зная Д сначала нужно вычислить азимут истинный, а на основе его уже вычислить азимут магнитный (Рисунок 16). Рисунок 16. Схема для определения горизонтальных углов на карте Для перевода дирекционного угла в истинный азимут используют угол сближения меридианов (γ) – гамма, это угол между северным направлением истинного меридиана и северным направлением осевого меридиана зоны Гаусса – Крюгера. Если осевой меридиан отклоняется от истинного к востоку, сближение меридианов считается положительным и записывается со знаком «+», если отклоняется к западу, соответственно – отрицательным, записывается со знаком «-». А ист. – это угол между северным направлением истинного меридиана и направлением на предмет, измеряется по часовой стрелке от 0º до 360º. А маг. – угол между северным направлением магнитного меридиана и направлением на предмет, измеряется от 0º до 360º по часовой стрелке. Истинный и магнитный меридианы не совпадают, между ними образуется угол магнитного склонения (δ) – сигма. Если магнитный меридиан отклоняется от истинного к востоку, то 30 склонение называют восточным и записывают со знаком «+», если магнитный меридиан отклоняется к западу, склонение называют западным и записывают со знаком «минус» (Рисунок 17). Рисунок 17. Магнитное склонение В морской навигации и метеорологии используются углы, называемые румбами. Румб – это острый угол, измеряемый от ближайшего конца меридиана до направления на предмет, как по часовой стрелке, так и против нее в пределах от 0º до 90º. Рисунок 18. Румбическое кольцо 31 Название румба состоит из буквенного обозначения названия четверти горизонта, в котором находится ориентируемая линия, и числового значения угла. Румбы могут измеряться и от истинного и от магнитного меридианов, т.е. могут быть и истинными и магнитными. (Схема перевода азимутов в румбы и наоборот). Для контроля точности измерения углов проводят измерение в прямом и обратном направлениях. Углы, измеряемые в начальной точке называются прямыми, а измеряемые в противоположном направлении – обратными. При определении по карте горизонтальных углов направления необходимо придерживать следующей последовательности действий: 1.Определить по топографической карте дирекционный угол (Рисунок 19). Рисунок 19. Порядок определения по карте дирекционного угла 2. Выписать из картометрической схемы значения угла сближения меридианов и магнитного склонения. 3. Определить величину азимута истинного по формуле: Аист. = Д±γ. 4. Затем вычислить азимут магнитный по формуле: А маг. = А ист ±δ. 5. Далее вычисляют значения обратных углов: Д, Аист., А маг., которые отличаются от прямых на ±180º. В заключение находят значение румба истинного и румба магнитного (Рисунок 20). 32 Рисунок 20. Схема обозначения румбов Горизонтальные углы на карте взаимосвязаны, но их определение при западном или восточном магнитном склонении, как и при положительном и отрицательном угле сближения меридианов имеют разные алгоритмы (Рисунок 21). Рисунок 21. Углы направления и их взаимосвязь на топографической карте 33 Тема 7. Географическое содержание топографических карт План: 1. Изображение рельефа. Определение абсолютных высот точек. 2. Изображение гидрографии, растительности и грунтов. 3. Изображение дорожной сети и средств связи. 4. Изображение населенных пунктов. 5. Значение шрифтов и цвета условных знаков на топографической карте. Географическое содержание карт передается с помощью типовых условных знаков, которые указывают вид объекта, его качественные и количественные характеристики, отражают форму и размеры. Объекты, занимающие значительные площади (леса, луга и т.п.) изображают масштабными знаками, объекты, приуроченные к точкам (мосты, церкви, дворы и т.п.) – внемасштабными знаками, линейные объекты (реки, дороги и т.п.) – линейными условными знаками. Наиболее важным элементом содержания топографических карт является рельеф, т.к. он определяет характер местности: направление и скорость течения водотоков, положение озер, болот, оврагов, степень хозяйственной освоенности территории. Рельеф – это совокупность пространственных форм (неровностей) земной поверхности. Изображение объемных трехмерных форм рельефа на плоской карте весьма трудная задача, т.к. при этом необходимо учитывать следующие требования: 1. метричность, т.е. способ изображения рельефа должен давать возможность проводить измерения абсолютных высот точек, углов наклона, превышений и т.п.: 2. пластичность – изображение форм рельефа на карте должно передавать объем, быть пластичным, наглядным: 3. морфологическое соответствие – на карте должны быть правильно переданы местоположение, размеры и простирание форм рельефа. Тип рельефа местности определяется по величине абсолютных высот точек, относительным превышениям и крутизне склонов. Основные типы рельефа Тип рельефа Абсолютные высоты, м Превышения, м Крутизна склона 1. Равнинный До 300 м Не более 25 м До 1º 2. Холмистый До 500 м 25 – 200 м 2º - 3º 3. Низкогорный До 1000 м 200 – 500 м. 5º - 10º 4. Среднегорный До 2000 м. 500 – 1000 м. 10º - 25º 5. Высокогорный Более 2000 м. Более 1000 м Круче 25º 34 Степень пересеченности рельефа определяется по среднему расстоянию между соседними балками, лощинами или оврагами. Если среднее расстояние между балками меньше 2 км, рельеф считается сильнопересеченным, при расстоянии от 2 до 7 км – среднепересеченный, и при расстоянии более 7 км – слабопересеченный. Все формы рельефа делятся на две группы: положительные и отрицательные. Положительные формы рельефа выдаются над окружающей земной поверхностью: - холм или гора – это локальное куполообразное или конусообразное возвышение с выраженным основанием (подошвой), вершиной и склонами. Искусственный холм называется курган; - хребет – возвышение, вытянутое в одном направлении. Линия, разделяющая противоположные склоны называется водораздел: - увал – вытянутый выступающий отрог холма или хребта. Отрицательные формы рельефа – это углубления на земной поверхности. Различают: - котловина – замкнутое со всех сторон локальное понижение с четко выраженными бровкой, склонами и дном; - балка (лощина, овраг) – вытянутое углубление, понижающееся в одном направлении. Линия, к которой направлены скаты балки, называется водосборной или тальвегом; - седловина – понижение между двумя холмами, похожее на седло. Самая низкая точка седловины называется перевал (Рисунок 22). Рисунок 22. Типичные формы рельефа 35 Для топографических карт наиболее важно, чтобы изображение рельефа позволяло проводить измерения высот, амплитуд и углов наклона. Для этой цели более всего подходит способ горизонталей. Горизонталь – это воображаемая линия на карте, соединяющая точки с одинаковой абсолютной высотой над уровнем Моря. Горизонталь – это проекция сечения земной поверхности горизонтальными плоскостями, равноотстоящими друг от друга по высоте (Рисунок 23). Рисунок 23. Изображение рельефа способом горизонталей Расстояние между двумя соседними секущими плоскостями называется высота сечения рельефа, она постоянна для каждого масштаба: для 1: 100 000 – 20 метров, 1: 50 000 – 10 м, 1: 25 000 – 5 м, 1: 10 000 – 2,5 м. Для удобства работы на карте используют разные виды горизонталей: Основные – это сплошные тонкие линии коричневого цвета, проведенные в соответствии с высотой сечения рельефа, характерной для этого масштаба. Утолщенные – это каждая пятая горизонталь (кратная масштабу), которые выглядят как утолщенные линии коричневого цвета. Служат для удобства вычисления абсолютных высот на крутых склонах. Дополнительные полу-горизонтали и четверть-горизонтали – это тонкие коричневые пунктирные линии, которые проводятся через половину или четверть высоты сечения для того, чтобы показать подробности рельефа, не попавшие в секущие плоскости. Для показа направления понижения склона используют бергштрихи – короткие черточки, которые от горизонтали направляют вниз по склону. Определить направление 36 падения склона можно и по подписи абсолютной высоты горизонталей – цифры пишутся в разрывах горизонталей «головой» вверх по склону (Рисунок 24). Рисунок 24. Элементы рельефа Расстояние между двумя соседними горизонталями на карте называется заложение. Чем меньше заложение, тем круче склон и наоборот. Для определения крутизны склона в градусах пол картографическим изображением помещают график заложений по которому циркулем-измерителем можно определить эту величину. Абсолютные высоты точек, лежащих на горизонтали равны высоте, указанной на этой горизонтали. Абсолютную высоту точек, расположенных между горизонталями на топографической карте находят методом интерполяции высот соседних горизонталей. (схема) Превышения точек или амплитуду высот точек, лежащих в разных частях карты, вычисляют по разности их абсолютных высот. Крутизна скатов определяется углом наклона между направлением ската и горизонтальной плоскостью и выражается в угловых мерах. На крутых участках склонов горизонтали на карте сближены и заложения меньше, чем на пологих склонах. Существует зависимость – чем круче склон, тем меньше заложение. Крутизну склонов определяют с помощью циркуля-измерителя и графика заложений. На горизонтальной оси графика написаны значения углов наклона, а на вертикальных прямых отложены соответствующие этим углам заложения при данной высоте сечения рельефа и масштабе. Концы отрезков соединены плавной кривой, позволяющей определять промежуточные значения углов. Используя шкалу заложений на карте можно прокладывать маршруты с определенной крутизной (Рисунок 25). 37 Рисунок 25. Определение по карте крутизны склона Выделение границы бассейна реки или иного водотока является одной из задач гидрологических исследований. Бассейн водотока или озера – это часть земной поверхности, откуда в этот водоем стекают поверхностные воды. Границами бассейна служат водораздельные линии, которые проходят перпендикулярно рисунку горизонталей в точках их перегиба и разграничивают склоны противоположных направлений. Струи воды стекают по линиям наибольшей крутизны. Т.е. по линиям падения ската, перпендикулярным к горизонталям. Построение профилей по карте необходимо для выполнения разнообразных исследований природных условий территории, для решения хозяйственных задач и т.п. Профиль – это изображение разреза земной поверхности вертикальной плоскостью по заданному направлению. Профиль дает наглядное представление о строении рельефа земной поверхности. Порядок построения профиля местности по карте с горизонталями. 1) на топографической карте вычерчивается направление профильной линии, измеряется ее длина и выбирается удобный горизонтальный масштаб; 2) определяется максимальная и минимальная отметки абсолютных высот точек на этой линии, вычисляется перепад (амплитуда) высот вдоль всей линии профиля и подбирается удобный вертикальный масштаб; 3) на альбомном листе вычерчиваются вертикальная и горизонтальная оси профиля, и вертикальная ось оцифровывается в соответствии с выбранным вертикальным масштабом; 4) на вертикальной оси отмечаются рисками высоты всех горизонталей, пересекаемых линией профиля, и через эти отметки проводятся пунктирные горизонтальные прямые линии; 38 5) отступив 1 см от пересечения осей, ставится точка начала профильной линии и из нее восстанавливается перпендикуляр до пересечения с горизонтальной пунктирной линией, соответствующей абсолютной высоте этой точки на местности; 6) затем, начиная с первой точки, последовательно откладываются на горизонтальной оси заложения между соседними горизонталями, вдоль всей линии профиля и из полученных точек восстанавливаются перпендикуляры до пересечения их с пунктирными горизонтальными линиями, соответствующими абсолютной высоте каждой горизонтали, а сами значения абсолютных высот подписываются вертикально под горизонтальной осью профиля; 7) после того, как будут отложены все заложения и отмечены все абсолютные высоты горизонталей, точки, полученные от пересечения вертикальных и горизонтальных линий, соединяются плавной кривой, над линией профиля подписывается дирекционный угол, истинный и магнитный азимуты направления профильной линии; 8) завершается работа оформлением профильной линии, для этого под горизонтальной осью подписываются вертикальный и горизонтальный масштабы, над линией профиля отображаются природные и хозяйственные объекты, пересеченные линией профиля на местности; 9) после выполнения профиля проводится письменное описание характера рельефа и топографических особенностей местности вдоль линии профиля с указанием расстояний, крутизны склона и горизонтальных углов (Рисунок 26). Рисунок 26. Построение профиля местности по плану и карте с горизонталями 39 Объекты гидрографии изображаются на топографической карте весьма разносторонне и подробно, т.к. их значение очень велико как для формирования природных особенностей территории, так и для народного хозяйства. Объекты гидрографии на карте изображают синим цветом. На картах показывают все водные объекты – береговые линии океанов, морей, озер и других водоемов; реки, ручьи, каналы и канавы; естественные и искусственные источники (ключи, родники, колодцы; гидротехнические сооружения). Береговая линия морей на карте соответствует наивысшему уровню воды во время прилива (или прибоя). Контуры озер, прудов, береговая линия рек показывается по уровню воды в самый маловодный период – межень. В зависимости от ширины русла и масштаба карты реки изображают одной или двумя линиями. Изображение реки на карте В одну линию В две линии с промежутком между ними 0,3 мм (без сохранения ширины в масштабе) В две линии с сохранением ширины в масштабе 1 : 10 000 До 3 От 3 до 6 Более 6 Масштаб карт и ширина реки, м 1 : 25 000 1 : 50 000 1 : 100 000 Менее 5 Менее 5 Менее 10 5 - 15 5 - 30 10 -60 Более 15 Более 30 Более 60 На карты масштаба 1 : 100 000 и крупнее наносят все реки и ручьи. Лишь в местах с густой гидрографической сетью мелкие ручьи (длиной на карте менее 1 см) показывают с отбором. Для рек на картах указывают ширину, направление и скорость течения в межень, характер грунта дна, около знака брода подписывают длину, глубину, качество дна и скорость течения. В некоторых местах у береговой линии реки даются урезу воды – абсолютные отметки уровня воды в реке. Кроме того на реках указывают пороги, водопады, навигационные и гидротехнические сооружения (плотины, шлюзы и т.п.), а также средства переправы. Судоходность реки отображается шрифтом написания ее названия: если река судоходна – шрифт подписи – наклонные заглавные буквы, если не судоходна – первая буква – заглавная, остальные – прописные курсивом. Каналы и канавы при ширине до 3 м изображают одной линией, а более 3 м – двойной линией. Озера и искусственные водоемы даются на картах в том случае, если их площадь составит на карте не менее 1 мм². Меньшие по площади водоемы показывают в том случае, если они являются истоками рек, находятся в безводных районах или имеют лечебное значение. Колодцы, расположенные вне населенных пунктов, наносят на карту с указанием абсолютной высоты поверхности земли, их глубины и наполняемости. Источники и ключи изображают особым знаком. Химические свойства воды обозначают сокращенными подписями: сол., г-сол. Изображение растительности и грунтов позволяет судить об условиях проходимости и видимости местности и ее хозяйственном использовании. Растительность 40 сплошного распространения изображается площадными условными знаками и закрашивается зеленым цветом. Одиночные кусты, деревья и небольшие рощи – внемасштабными условными знаками. Четкие границы растительности и грунтов показывают на картах черным точечным пунктиром, неопределенные границы изображают расстановкой соответствующих условных знаков в смежных угодьях. Особо отображаются на картах различные группы культурной растительности: полевые, огородные и бахчевые культуры, сады и парки, лесные питомники, искусственные лесные насаждения. Естественная растительность на картах подразделяется по основным жизненным формам растений (древесная, кустарниковая, травянистая и др.). Площадь, занятую сплошной древесной растительностью, показывают зеленым цветом, на фоне которого дают характеристику древостоя по породам верхнего полога леса, указывают средние высоту, расстояние между деревьями и диаметр стволов на высоте 1,5 м. Просеки, шириной более 1,5 и показывают на всех топографических картах, причем на картах масштаба 1 : 50 000 и крупнее указывают их ширину. Особыми контурными знаками показывают редколесья, вырубленные и горелые леса, буреломы. Участки со сплошными зарослями кустарника окрашивают в светло-зеленый цвет и на его фоне указывают породу и среднюю высоту кустарников. Редкие кустарники и отдельные кусты изображают внемасштабными значками. Луга на картах подразделяются на сухие и мокрые, их отображают контурными значками на белом фоне. Встречающиеся на лугах поросли кустарников, редкого леса и т.п. обозначаются соответствующими знаками. Болота могут быть проходимыми, труднопроходимыми и непроходимыми, они изображаются пунктирной или сплошной штриховкой синего цвета. На крупномасштабных картах указывают глубину болота до твердого грунта. Растительность на территории болот обозначают значками, она может быть луговая, осоковая, камышовая, тростниковая, моховая. Кустарниковая, редколесная и др. по характеру рельефа болота могут быть ровные, кочковатые, бугристые, грядовые и др. Из грунтов на картах показывают лишь скальные выходы, глинистые, щебенчатые участки, каменистые поверхности, скопления песков и камней. Изображение социально-экономических объектов. Одним из важнейших элементов содержания топографической карты являются населенные пункты. Их различают по типу поселения, числу жителей и политикоадминистративному значению. 41 По типу поселения различают города, поселки городского типа, дачные поселки, сельские населенные пункты. Названия городов подписываются прямым шрифтом без выделения заглавной буквы, названия ПГТ – наклонным шрифтом тоже без выделения заглавной группы. Подписи названий сельских населенных пунктов даются прямым шрифтом с выделением заглавной буквы. Чем крупнее подписи названий, тем больше людность поселения и важнее его административное значение. Число жителей или количество дворов указывается цифрой под названием населенного пункта. Политикоадминистративное значение указывается путем добавления к названию сокращенных подписей: РЦ – районный центр, СС – сельский совет. Важной характеристикой является материал, из которого выполнено большинство строений. Отдельные выдающиеся строения из огнестойкого материала выполняются черным цветом, кварталы, застроенные огнестойкими зданиями, закрашиваются оранжевым цветом, а застроенные неогнестойкими строениями – желтым цветом. На картах масштаба 1 : 100 000 все кварталы закрашивают черным цветом независимо от материала строений. Сельские поселения могут иметь рядовую или бессистемную планировку. Большое влияние на планировку притрактовый оказывают тип рельеф, планировки, транспортные пути долинно-балочный, и гидрография. приовражный, Выделяют прибрежный, водораздельный и др. Промышленные объекты: фабрики, заводы, шахты, карьеры, скважины, метеостанции, электростанции и др. изображаются специальными внемасштабными значками, некоторые из которых дополняются пояснительными надписями. Из средств связи на карты наносят радиостанции, радио- и телемачты, телефонные и радиотелефонные конторы. К социально-культурным объектам относятся школы, памятники, церкви и часовни, кладбища и др. Особо показывают пасеки, загоны для скота, скотомогильники. Наземные пути сообщения изображают линейными знаками. Рельсовые железные дороги изображают утолщенной линией черного цвета, они подразделяются на картах по числу путей (одно-, двух- и многопутные); по ширине колеи (широко- и узкоколейные); по характеру тяги (электрифицированные и неэлектрифицированные); по состоянию (действующие, строящиеся, разобранные). Особыми знаками показывают связанные с дорогами сооружения – здания, мосты, насыпи, выемки, трубы и др. транспортные объекты: станции, разъезды, блокпосты, депо, казармы, будки. Безрельсовые дороги различают по их техническому устройству и покрытию. На картах показывают автомагистрали, автомобильные дороги с усовершенствованным покрытием, улучшенные грунтовые дороги, грунтовые проселочные, полевые и лесные дороги, тропы. Характер 42 искусственного покрытия указывается буквой после характеристики ширины дороги между кюветами и ее покрытой части: А – асфальтобетон, Б – булыжник, Ц – цементобетон и т.д. Около знака дорог наносят условные обозначения мостов, насыпей, выемок, труб для стока воды. Средств переправы через водные рубежи и т.п. Для некоторых из этих объектов приводятся их количественные характеристики, так, на картах подписывают длину, ширину, грузоподъемность и материал мостов, высоту насыпей и глубину выемок, грузоподъемность и размеры паромов. На топографических картах показывают границы: государственные, краев, областей, государственных заповедников. Внемасштабными, или точечными, условными знаками изображаются малоразмерные объекты (колодцы, сооружения башенного типа, отдельно стоящие деревья-ориентиры и др.), не выражающиеся в масштабе карты, и поэтому их можно представить на ней лишь в виде точек. Фигурный рисунок такого знака включает эту как бы главную точку, показывающую точное положение данного объекта на местности, и обозначает, что это за предмет. Такая главная точка находится (рис. 33): - у знаков симметричной формы (кружок, квадрат, прямоугольник, звездочка) — в центре фигуры; - у знаков, имеющих форму фигуры с широким основанием,— в середине основания; - у знаков, имеющих основание в виде прямого угла,— в вершине угла; - у знаков, представляющих собой сочетание нескольких фигур,— в центре нижней фигуры. 43
