Картографирование земной поверхности

На протяжении всей истории человечества одной из форм сбора, анализа и передачи информации была карта. Древнейшие из известных карт относятся к 3000 г. до н. э.; они выцарапаны на вавилонских глиняных табличках и, подобно многим сохранившимся древним картам, изображают лишь отдельные участки суши. Первые попытки создать карту мира были вызваны развитием древнегреческой философии в V в. до н.э. К сожалению, эти попытки больше опирались на философские теории, чем на географические знания. Тем не менее за последующие 600 лет греческие школы развили достаточно научный подход к картографии.

На заре картографии. В конце I в. н.э. Клавдий Птолемей составил свою «Географию». Он рассмотрел в ней проблему изображения сферической формы Земли в плане и ввел понятия долготы и широты местности (4).

Местоположение любой точки на поверхности Земли можно определить с помощью долготы и широты, исчисляемых в градусах, минутах и секундах к западу или востоку от нулевого меридиана и к северу

или югу от экватора. Широта точки X (угол между линией, соединяющей X с центром Земли, и плоскостью экватора-1) равна 20°, а ее долгота (угол между плоскостями нулевого меридиана-2-и меридиана, проходящего через X и полюс,-3) составляет 40°

После Птолемея картография долгое время переживала упадок. И лишь крестовые походы и расширение торговли возродили к ней некоторый интерес. Резкий скачок произошел в XV в., когда были обнаружены работы Птолемея, а изобретение печатания и гравирования позволило опубликовать их, когда Васко да Гама (1469-1525), Христофор Колумб (1451-1506) и другие мореплаватели совершили свои великие открытия.

В XVI в. с появлением в Европе предприятий по изготовлению карт, среди которых наиболее известна мастерская фламандского картографа Герарда Меркатора (1512-1594), были заложены основы современного картографического производства.

В середине XVIII в. во Франции организуется первая топографическая служба, а начиная с XIX в. создается множество специальных и тематических карт. Их разнообразие отражает возрастающие запросы современников, которые потребовали составления таких руководств, как карты использования земель, лоцманские и дорожные карты.

Современная топографическая съемка. На небольшие участки суши обычно составляются планы местности, но при современном картографировании более значительных площадей не обойтись без геодезии, учитывающей кривизну поверхности Земли. Сущность картографического процесса - определение с помощью различных инструментов и приборов местоположения, высоты и размеров форм земной поверхности.

Для измерения расстояний применяются стальные мерные ленты, цепи и портативные радары или радиопередатчики; для измерения углов служат теодолиты. Полученные при измерении числовые характеристики позволяют с помощью триангуляционной сети (1) рассчитать новые углы и расстояния. Таким же образом определяются и высоты (2).

Теодолит, по сути дела, представляет собой прикрепленную к треноге оптическую трубу, на плоском основании которой нанесены градусы, минуты и секунды, что позволяет топографу измерять горизонтальные углы. Вертикальные отсчеты делаются по кругу, помещенному сбоку

Триангуляция - это метод топографической съемки, используемый для определения высот и расстояний от базисной линии (1-2), длина которой обычно измеряется с помощью мерной ленты или цепи. Углы между заданными направлениями и базисной линией определяются теодолитом (3). Иногда эти элементы являются частью сетки координат на карте. Для проведения детальной топографической съемки необходима густая сеть треугольников (Б).

Это могут быть ряды простых треугольников (4), геодезические четырех угольники (5) или центральные системы (6), фигуры с двумя центрами (7) или вытянутые четырехугольники (8). Выбор того или иного типа сети триангуляции зависит от местных условий

Высота над уровнем моря обычно определяется с помощью нивелиров (1-3) и мерных реек (4-10); отсчет ведется от определенной высоты или репера (X). Нивелир с точки 1 наводится на рейку 4, а затем на рейку 5.

После этого инструмент перемещается на точку 2, с которой проводится вторая стадия визирования - сначала на точку 5, затем на 6. При третьем перемещении нивелира достигается точка 10. Для определения еще одной, дополнительной высоты рейку помещают в точку 8. В итоге высоты точек 4-10 привязываются к уровню моря, так как высота репера X над уровнем моря уже известна

Переворот в картографии произвело появление аэрофотосъемки. Для составления точных карт на большие площади вместе с данными, полученными с помощью наземной топографической съемки, используются фотографии, сделанные со спутников или самолетов. Этот метод, называемый фотограмметрией, имеет особенно большое значение при картографировании труднодоступных районов (3), а применение высокочувствительных приборов позволяет картографировать природные ресурсы. Почти все современные топографические карты составляются по аэрофотоснимкам и аэрофотокартам.

Одним из современных методов, помогающих работе картографа, является фотографирование поверхности Земли с воздуха. Самолет, летая над территорией, на которую составляется карта, делает непрерывную серию снимков.

Каждый кадр на 60% перекрывает предыдущий, поэтому любая соседняя пара фотографий может быть изучена под стереоскопом. Таким образом рельеф исследуется сразу в трех измерениях.

С помощью оптических приборов можно сравнить положение соответствующих точек на каждой фотографии и вычислить высоту этих точек. Ряды фотографий каждого залета перекрывают предыдущие на 10%, чем гарантируется полный охват площади.