Геодезия


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте файл и откройте на своем компьютере.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Факультет среднего профессионального образования УЧЕБНО - МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ ПМ 0.3 Картографо - геодезическое сопровождение земельно - имущественных отношений МДК 03.01. Геодезия с основами картографии и картографического черчения Специальность 21.02.05 «Земельно - имущественные отношения» Форма обучения очная Оренбург 201 4 г. Раздел 1. Общая геодезия Лекция № 1. 1 (4 часа) Тема: «Общ ие сведения о геодезии. Масштабы » 1. Вопросы лекции: 1.1. Предмет геодезии и еѐ связь с другими науками 1.2. Краткий исторический очерк развития российско й геодезии 1.3. Задачи инженерной геодезии . Решение задач по масштабу 2. Краткое содержание вопросов 2 .1 П редмет геодезии и еѐ связь с другими науками «Геодезия» – слово греческого происхождения, еѐ название образовано из двух греческих слов "gê " – "гео" – "земля" и "daizo" – "дайдзо" – "разделяю" , что в переводе означает «Землеразделение» . . В процессе исторического развития содержание каждой науки непрерывно меняется, в связи с чем неизбежен разрыв между названием науки и еѐ содержанием. Так, например, «геометрия» , буквально определяется как «землеизмерение» . Однако в наше время измерения на Земле не являются предметом геометрии. Данной проблемой занимается геодезия – наука об измерениях на земной поверхности и в околоземном пространстве, а также о вычислениях и графических построениях, проводимых для :  определения фигуры и размеров Земли как планеты в целом;  исследования движения земной коры;  изображения земной поверхности и отдельных еѐ частей в виде планов, карт и профилей (вертикальных разрезов);  решения разнообразных научных и практических задач по созданию и эксплуатации искусственных сооружений на земной поверхности и в околоземном пространстве;  создания геодезических опорных сетей как основы для выполнения вышеперечисленных задач. Тесную связь геодезия имеет также с географией, геологией, в особенности с геоморфологией. В процессе своего развития геодезия разделилась на ряд научных дисциплин: • высшая геодезия; • топография; • инженерная геодезия; • картография; • фотограмметрия; • радиогеодезия; • космическая геодезия; • геодезическое инструментоведение. 2 .2. Краткий исторический очерк развития российской геодезии Геодезия как наука формировалась и развивалась тысячелетиями. Древние памятники, возведенные в Египте и Китае, свидетельствуют о то м, что человечество имело представление об измерениях на поверхности земли за много веков до нашей эры. Приемы измерения на земной поверхности были известны и в древней Греции, где они получили теоретическое обоснование и положили начало геометрии. Геодези я и геометрия долго взаимно дополняли и развивали одна другую. Основные даты становления геодезии 2 .3. Задачи инженерной геодезии Основные понятия масштаба. Классификация картографических п роизведений по масштабу. Решение задач по масштабу. Основными задачами инженерной геодезии при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации различных сооружений являются: • получение геодезических данных (геодезические измерения) при разработке проектов строительства сооружений (инженерно - геодезические изыскания); • определение на местности основных осей и границ сооружений в соответствии с проектом строительства (разбивочные работы); • обеспечение в процессе строительства геометрических форм и размеров элементов сооружения в соответствии с его проектом, геометрических условий установки и наладки технологического оборудования; • определение отклонений геометрической формы и размеров возведенного сооружения от проектных (исполнительные съемки); • изучение деформаций (смещений) земной поверхности под сооружением, самого сооружения или его частей под воздействием природных факторов и в результате действий человека. Лекция № 1. 2 (2 часа) Тема: «Фигура Земли» 1. Вопросы лекции: 1.1 Понятие о форме и размерах Земли 1.2 Математическая поверхность Земли 1.3 Физическая поверхность Земли 2. Краткое содержание вопросов 2 . 1 П онятие о форме и размерах Земли В геодезии для обозначения формы земной поверхности используют термин «фигура Земли». Знание фигуры и размеров Земли необходимо во многих областях и прежде всего для определения положения объектов на земной поверхности и правильного еѐ изображения в виде карт, планов и цифровых моделей местности. Физическая поверхность Земли состоит из подводной (70,8 %) и надводной (29,2 %) частей. Подводная поверхность включает в себя систему срединно - океанических хребтов, подводные вулканы, океанические желоба, подводные каньоны, океанические плато и абиссальные равнины. Надводная часть земной поверхности также характер изуется многообразием форм. С течением времени поверхность Земли из - за тектонических процессов и эрозии постоянно изменяется. 2.2 Математическая поверхность Земли В любой точке земной поверхности направление силы тяжести, называемое ещѐ вертикальной или отвесной линией, можно легко и просто определить с помощью уровня или отвеса. Оно играет очень большую роль в геодезии. По направлению силы тяжести ориентируется одна из осей пространственной системы координат. Геоид – выпуклая замкнутая поверхность, совпа дающая с поверхностью воды в морях и океанах в спокойном состоянии и перпендикулярная к направлению силы тяжести в любой еѐ точке. Земной сфероид – эллипсоид вращения получается вращением эллипса вокруг его малой оси b, совпадающей с осью вращения Земли, п ричем центр эллипсоида совмещается с центром Земли. В инженерной геодезии для практических расчетов за математическую поверхность Земли принимают шар со средним радиусом R=6371.11 км. Объем шара равен объему земного эллипсоида. 2 .3 Физическая поверхность Земли При топографическом изучении физической поверхности Земли надводная и подводная части рассматриваются отдельно. Надводная часть (суша) – местность (территория) является предметом изучения топографии. Подводную часть – акваторию (поверхность, покрыту ю водами морей и океанов) изучает океанография. В свою очередь местность разделяют на ситуацию и рельеф. Ситуацией называют совокупность постоянных предметов местности: рек, озер, растительного покрова, дорожной сети, населенных мест, сооружений и т.п. Гра ницы между отдельными объектами ситуации называются контурами местности. Рельефом (от лат. relevo – поднимаю) называют совокупность неровностей суши, дна океанов и морей, разнообразных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития. Рельеф как совокупность неровностей физической поверхности Земли рассматривается по отношению к еѐ уровенной поверхности. Лекция № 1. 3 (2 часа) Тема: «Проектирование земной поверхности» 1. Вопросы лекции: 1.1 Геодезические координаты 1.2 Астрономические ко ординаты 2 Краткое содержание вопросов 2 .1 Геодезические координаты Топографическое изучение земной поверхности заключается в определении положения ситуации и рельефа относительно математической поверхности Земли, т.е. в определении пространственных координат характерных точек, необходимых и достаточных для моделирования местности. Модель местности может быть представлена в виде геодезических чертежей, изготовление которых называют картографированием, и аналитически – в виде совокупности координат хар актерных точек. Для построения моделей местности в геодезии применяют метод проекций и различные системы координат. Меридиан, проходящий через астрономическую обсерваторию в Гринвиче, называется начальным или нулевым (М0). Параллель, плоскость которой прох одит через центр Земли O, называется экватором (Э). Плоскость, проходящая через центр Земли O перпендикулярно к еѐ оси вращения PP', называется экваториальной. Основой для всех систем координат являются плоскости меридиана и экватора. Геодезические координ аты определяют положение точки земной поверхности на референц - эллипсоиде 2 .2 Астрономические координаты Астрономическая широта и долгота определяют положение точки земной поверхности относительно экваториальной плоскости и плоскости начального астрономи ческого меридиана. Астрономическая широта – угол, образованный отвесной линией в данной точке и экваториальной плоскостью. Астрономическая долгота – двугранный угол между плоскостями астрономического меридиана данной точки и начального астрономического м еридиана. Плоскостью астрономического меридиана является плоскость, проходящая через отвесную линию в данной точке и параллельная оси вращения Земли. Астрономическая широта и долгота определяются астрономическими наблюдениями. Геодезические и астрономиче ские координаты отличаются (имеют расхождение) из - за отклонения отвесной линии от нормали к поверхности эллипсоида. При составлении географических карт этим отклонением пренебрегают. Лекция № 1. 4 (2 часа) Тема: «Система координат» 1. Вопросы лекции: 1.1 Географические координаты 1.2 Плоские прямоугольные геодезические координаты (зональные). 1.3 Полярные координаты 1.4 Системы высот 2. Краткое содержание вопросов 2 .1 Географические координаты Географические координаты – величины, обобщающие две системы координат: геодезическую и астрономическую, используют в тех случаях, когда отклонение отвесных линий от нормали к поверхности не учитывается. Географическая широта – угол, образованный отвесной линией в данной точке и экваториальной плоскостью. Географи ческая долгота – двугранный угол между плоскостями меридиана данной точки с плоскостью начального меридиана. 2 .2 Плоские прямоугольные геодезические координаты (зональные) При решении инженерно - геодезических задач в основном применяют плоскую прямоугол ьную геодезическую и полярную системы координат. Для определения положения точек в плоской прямоугольной геодезической системе координат используют горизонтальную координатную плоскость ХОУ, образованную двумя взаимно перпендикулярными прямыми. Одну из них принимают за ось абсцисс X, другую – за ось ординат Y, точку пересечения осей О – за начало координат. Изучаемые точки проектируют с математической поверхности Земли на координатную плоскость ХОУ. Так как сферическая поверхность не может быть спроектирова на на плоскость без искажений (без разрывов и складок), то при построении плоской проекции математической поверхности Земли принимается неизбежность данных искажений, но при этом их величины должным образом ограничивают. Для этого применяется равноугольная картографическая проекция Гаусса – Крюгера (проекция названа по имени немецких ученых, предложивших данную проекцию и разработавших формулы для еѐ применения в геодезии), в которой математическая поверхность Земли проектируется на плоскость по участкам – зонам, на которые вся земная поверхность делится меридианами через 6° или 3°, начиная с начального меридиана. В пределах каждой зоны строится своя прямоугольная система координат 2 .3 Полярные координаты При выполнении съемочных и разбивочных геодезичес ких работ часто применяют полярную систему координат. Она состоит из полюса О и полярной оси ОР, в качестве которых принимается прямая с известным началом и направлением. Для определения положения точек в данной системе используют линейно - угловые координат ы: угол β, отсчитываемый по часовой стрелке от полярной оси ОР до направления на горизонтальную проекцию точки А', и полярное расстояние r от полюса системы О до проекции А'. 2.4 Системы высот Высота точки является третьей координатой, определяющей еѐ положение в пространстве. В геодезии для определения отметок точек применяются следующие системы высот (рис.15): • ортометрическая (абсолютная); • геодезическая; • нормальная (обобщенная); • относительная (условная). Ортометрическая (абсолютная) высота Hо – расстояние, отсчитываемое по направлению отвесной линии от поверхности геоида до данной точки. Геодезическая высота Hг – расстояние, отсчитываемое по направлению нормали от поверхности референц - эллипсоида до данной точки. Квазигеоид («якобы геоид») – фиг ура, предложенная в 1950 - х г.г. советским учѐным М.С. Молоденским в качестве строгого решения задачи определения фигуры Земли путем тщательных измерений гравитационного поля Земли. Квазигеоид определяется по измеренным значениям потенциалов силы тяжести со гласно положениям теории М.С. Молоденского. Местная система высот – Тихоокеанская, еѐ уровенная поверхность ниже нуля Кронштадтского футштока на 1873 мм. Лекция № 1. 5 (2 часа) Тема: «Ориентирование на местности» 1.Вопросы лекции: 1.1 Понятие об ориентировании 1.2 Дирекционные углы и осевые румбы, истинные и магнитные азимуты, зависимость между ними 2 Краткое содержание вопросов 2 .1 Понятие об ориентировании При выполнении геодезических работ на местности, а также при решении инженерно - геодезических задач на топографических картах и планах возникает необходимость в определении положения линий местности относительно какого - либо направления, принимаемого за основное (исходное). Такое определение называется ориентированием. Чаще в сего за основное принимается направление меридиана, и положение линий местности определяется относительно сторон горизонта – севера, востока, юга и запада. Такое ориентирование называется ориентированием относительно стран света. В геодезии при ориентирова нии за основное направление принимают направление осевого, истинного или магнитного меридианов. При этом положение линии определяют с помощью соответствующих углов ориентирования: дирекционного угла, истинного или магнитного азимута. 2 .2 Дирекционные углы и осевые румбы, истинные и магнитные азимуты, зависимость между ними Осевой (средний) истинный меридиан зоны часто принимают за основное направление. В этом случае положение линии местности относительно осевого меридиана определяет угол ориентирования, называемый дирекционным . Дирекционный угол измеряется от северного направления осевого меридиана в направлении движения часовой стрелки через восток, юг и запад. Следовательно, градусная величина дирекционного угла может иметь любое значение от 0° до 360° . Осевым румбом называется острый горизонтальный угол, отсчитываемый от ближайшего направления осевого меридиана (северного или южного) до данной линии. Румбы обозначают буквой r с индексом, указывающим четверть, в которой находится румб. Кроме осевого мер идиана зоны при ориентировании линий местности за основное направление может приниматься направление истинного (географического) меридиана. Истинный меридиан – линия пересечения земной поверхности с плоскостью, проходящей через отвесную линию и ось вращени я Земли. Положение линии местности относительно истинного меридиана определяется истинным азимутом или истинным румбом. Истинный азимут линии – угол в горизонтальной плоскости, отсчитываемый от северного направления истинного меридиана по ходу часовой стре лки до данной линии. Истинный румб линии – острый горизонтальный угол, отсчитываемый от ближайшего направления истинного меридиана (северного или южного) до данной линии. Лекция № 1. 6 (2 часа) Тема: «Геодезические задачи» 1.Вопросы лекции: 1.1 Прямая геодезическая задача 1.2 Обратная геодезическая задача 1.3 Связь между дирекционными углами предыдущей и последующей линий 2 . Краткое содержание вопросов 2 .1 Прямая геодезическая задача В геодезии часто приходится передавать координаты с одной точки на другую. Например, зная исходные координаты точки А, горизонтальное расстояние SAB от неѐ до точки В и направление линии, соединяющей обе точки (дирекционный угол αAB или румб rAB), можно оп ределить координаты точки В. В такой постановке передача координат называется прямой геодезической задачей. 2 .2 Обратная геодезическая задача Обратная геодезическая задача заключается в том, что при известных координатах точек А( XA, YA ) и В( XB, YB )не обходимо найти длину SAB и направление линии АВ: румб rAB и дирекционный угол αAB 2 .3 Связь между дирекционными углами предыдущей и последующей линий Зависимость между дирекционными углами и румбами определяется для четвертей по следующим формулам: I четверть (СВ) r = α II четверть (ЮВ) r = 180° – α III четверть (ЮЗ) r = α – 180° IV четверть (СЗ) r = 360° – α Румб в точке М направления ВС называется прямым, а противоположного направления СВ – обратным. Прямой и обратный румб в одной и той же точке данной линии равны по численному значению, но имеют индексы противоположных четвертей. Лекция № 1. 7 (2 часа) Тема: «Геодезическая съемка» 1.Вопросы лекции: 1.1 Геодезическая съемка. План, карта, профиль 1.2. Рельеф. Основные формы рельефа 2 . Краткое содержание вопросов 2 .1 Геодезическая съемка. План, карта, профиль Совокупность линейных и угловых измерений на земной поверхности называется геодезической съемкой. По результатам геодезической съемки составляют план или карту. План – чертеж, на которо м в уменьшенном и подобном виде изображается горизонтальная проекция небольшого участка местности. Карта – уменьшенное и искаженное, вследствие влияния кривизны Земли, изображение горизонтальной проекции значительной части или всей земной поверхности, пост роенное по определенным математическим законам. Профилем местности называется чертеж, на котором изображается в уменьшенном виде сечение вертикальной плоскостью поверхности Земли по заданному направлению. 2 .2 Рельеф. Основные формы рельефа Рельеф – форм а физической поверхности Земли, рассматриваемая по отношению к еѐ уровенной поверхности. Хребет – это возвышенность, вытянутая и постоянно понижающаяся в каком – либо направлении. У хребта два склона; в верхней части хребта они сливаются, образуя водораздельную линию, или водораздел. Лощина – форма рельефа, противоположная хребту и представля ющая вытянутое в каком – либо направлении и открытое с одного конца постоянно понижающееся углубление. Два ската лощины; сливаясь между собой в самой низкой части еѐ образуют водосливную линию или тальвег, по которой стекает вода, попадающая на скаты. Разн овидностями лощины являются долина и овраг: первая является широкой лощиной с пологими задернованными скатами, вторая – узкая лощина с крутыми обнаженными скатами. Долина часто бывает ложем реки или ручья. Седловина – это место, которое образуется при слиянии скатов двух соседних гор. Иногда седловина является местом слияния водоразделов двух хребтов. От седловины берут начало две лощины, распространяющиеся в противоположных направлениях. В горной местности через седловины обычно пролегают дороги или пе шеходные тропы; поэтому седловины в горах называют перевалами. Лекция № 1. 8 (2 часа) Тема: «Цифровые модели местности» 1.Вопросы лекции: 1.1 Цифровые модели местности 1.2. Задачи, решаемые на планах и картах 2 . Краткое содержание вопросов 2 .1 Цифр овые модели местности В настоящее время в связи с повсеместным использованием в инженерной практике методов автоматизированного проектирования, а также с внедрением геоинформационных систем в различные отрасли жизнедеятельности человека всѐ более широкое применение находят цифровые модели местности. Цифровая модель местности (ЦММ) – множество, элементами которого является топографо - геодезическая информация о местности. Она включает в себя: - метрическую информацию – геодезические пространственные координаты характерных точек рельефа и ситуации; - синтаксическую информацию для описания связей между точками – границы зданий, лесов, пашен, водоемов, дороги, водораздельные и водосливные линии, направления скатов между характерными точками на склонах и т.п.; - семантическую информацию, характеризующая свойства объектов – технические параметры инженерных сооружений, геологическая характеристика грунтов, данные о деревьях в лесных массивах и т.п.; - структурная информация, описывающая связи между различными объектами – отношения объектов к какому - либо множеству: раздельные пункты железнодорожной линии, здания и сооружения населенного пункта, строения и конструкции соответствующих производств и т.п. ; - общую информацию – название участка, система координат и высот, номенклатура. 2 .2 Задачи, решаемые на планах и картах Определение отметок точек местности по горизонталям. Построение линии с заданным уклоном. Построение профиля по топографической карте. Профилем местности называют уменьшенное изображение вертикального разреза местности по заданному направлению. Лекция № 1. 9 (2 часа) Тема: «Измерение горизонтальных углов» 1.Вопросы лекции: 1.1 Принцип измерения горизонтального угла 1.2. Теодолит, его составные части 2 . Краткое содержание вопросов 2 .1 Принцип измерения горизонтального угла Углы обычно измеряют в градусной мере (градусы, минуты, секунды), реже - в радианной. За рубежом широко применяется градовая мера измерения углов. При геодезических работах измеряют не углы между сторонами на местности, а их ортогональные (горизонтальные) проекции, называемые горизонтальными углами. 2 .2 Теодолит, его составные части Измерения горизонтальных проекций углов между линиями мес тности производят геодезическим угломерным прибором теодолитом. Для этого теодолит имеет горизонтальный угломерный круг с градусными делениями, называемый лимбом. Стороны угла проектируют на лимб с использованием подвижной визирной плоскости зрительной тру бы. Она образуется визирной осью трубы при еѐ вращении вокруг горизонтальной оси. Данную плоскость поочередно совмещают со сторонами угла ВА и ВС, последовательно направляя визирную ось зрительной трубы на точки А и С. При помощи специального отсчетного пр испособления алидады, которая находится над лимбом соосно с ним и перемещается вместе с визирной плоскостью, на лимбе фиксируют начало и конец дуги a1c1, беря отсчеты по градусным делениям. Разность взятых отсчетов является значением измеряемого угла β. Л имб и алидада, используемые для измерения горизонтальных углов, составляют в теодолите горизонтальный круг. Ось вращения алидады горизонтального круга называют основной осью теодолита. В теодолите также имеется вертикальный круг с лимбом и алидадой, служа щий для измерения вертикальных проекций углов – углов наклона. Принято считать углы наклона выше горизонта положительными, а ниже горизонта – отрицательными. Лимб вертикального круга обычно наглухо скреплѐн со зрительной трубой и вращается вместе с ней вок руг горизонтальной оси теодолита. Лекция № 1. 10 (2 часа) Тема: «Теодолиты. Основные узлы теодолитов» 1.Вопросы лекции: 1.1 Классификация теодолитов 1.2. Отсчетные приспособления 2. Краткое содержание вопросов 2 .1 Классификация теодолитов В настоящее время отечественными заводами в соответствии с действующим ГОСТ 10529 – 96 изготавливаются теодолиты четырех типов: Т05, Т1, Т2, Т5 и Т30. Для обозначения модели теодолита используется буква "Т" и цифры, указывающие угловые секунды средней ква дратической ошибки однократного измерения горизонтального угла. По точности теодолиты подразделяются на три группы: - технические Т30, предназначенные для измерения углов со средними квадратическими ошибками до ±30"; - точные Т2 и Т5 – до ±2" и ±5"; - в ысокоточные Т05 и Т1 – до ±1". 2 .2 Отсчетные приспособления Отсчетные приспособления служат для отсчитывания делений лимба и оценки их долей. Они делятся на штриховые (теодолит Т30) и шкаловые (2Т30, Т5, 2Т5) микроскопы (рис.42) и микрометры (теодолит Т2). Угловая цена деления лимба называется ценой деления лимба. Уровни служат для приведения отдельных осей и плоскостей геодезических приборов в горизонтальное или вертикальное положение. Они сос тоят из ампулы, оправы и регулировочного приспособления. Зрительные трубы и их установка. Для наблюдения удаленных предметов в теодолите используют зрительную трубу. Геодезические приборы, как правило, снабжают трубой Кеплера, которая дает увеличенное пере вернутое изображение. Такие трубы называют астрономическими. Оптика простейших зрительных труб состоит из двух собирательных линз: объектива, направленного на предмет, и окуляра. Поле зрения – это пространство, которое можно видеть через трубу при неподви жном еѐ положении . Предельное расстояние от теодолита до предмета. Невооруженный глаз может различить две удаленные точки в том случае, если они видны под углом зрения около одной минуты; при уменьшении угла зрения точки перестают различаться и сливаются в одну. Поэтому ошибка визирования невооруженным глазом можно полагать равной 60". Данное значение угла зрения называют критическим. Лекция № 1. 11 (2 часа) Тема: «Измерение длин линий» 1.Вопросы лекции: 1.1 Виды измерений линий 1.2. Приборы непосредственного измерения линий 1.3 Компарирование мерных лент и рулеток 1.4 Порядок измерения линий штриховой лентой 1.5 Косвенные измерения длин линий 2 . Краткое содержание вопросов 2 .1 Виды измерений линий Измерения линий на местности могут выполняться непосредственно, путем откладывания мерного прибора в створе измеряемой линии, с помощью специальных приборов дальномеров и косвенно. Косвенным методом измеряют вспомогательные параметры (углы, базисы), а длину вычисляют по формулам. 2 .2. Приб оры непосредственного измерения линий Для измерения длин линий посредством откладывания мерного прибора используют стальные мерные ленты, которые обычно изготавливают из ленточной углеродистой стали. В геодезической практике чаще всего применяются штрихов ые и шкаловые ленты. 2 . 3 Компарирование мерных лент и рулеток Мерные ленты и рулетки перед измерением ими линий должны быть проверены. Данная проверка называется компарированием и состоит в установлении действительной длины мерного прибора путем его сра внения с образцовым прибором, длина которого точно известна. Для компарирования штриховых лент за образцовый мерный прибор принимают одну из лент, имеющихся на производстве, длину которой выверяют в лаборатории Государственного надзора за стандартами и измерительной техникой Государственного комитета стандартов РФ и пользуются ею при сравнении с рабочими лентами. Компарированиешкаловых лент производят на специальных приборах, называемых стационарными компараторами. 2 .4 Порядок измерения линий штриховой лентой Измерение линий на местности штриховыми лентами производят двое рабочих. П о направлению измерения один из них считается задним, второй – передним. Ленту аккуратно разматывают с кольца. Еѐ оцифровка должна возрастать по ходу измерения. Для закрепления мерной ленты в створе линии используется 6 шпилек. Перед началом измерения 5 шп илек берет передний мерщик и одну – задний. Задний мерщик совмещает с началом линии нулевой штрих ленты. Используя прорезь в ленте, закрепляет шпилькой еѐ конец рядом с колышком, обозначающим начальную точку линии 2 .5 Косвенные измерения длин линий При и змерении расстояний лентой или рулеткой встречаются случаи, когда местное препятствие (река, овраг, здание, дорога и т.п.) делает непосредственное измерение невозможным. Тогда применяют косвенные методы определения расстояний. Различают три случая определе ния недоступных расстояний. Лекция № 1. 12 (2 часа) Тема: «Измерение длин линий дальномерами» 1.Вопросы лекции: 1.1 Физико – оптические мерные приборы 1.2. Нитяный оптический дальномер 1.3 Определение горизонтальных проложений линий измеренных дальномером 1.4 Принцип измерения расстояний электромагнитными дальномерами 2 . Краткое содержание вопросов 2 .1 Физико – оптические мерные приборы Второй способ измерения длин линий заключается в использовании физико - оптических приборов. Длину линии определяют как функцию угла, под которым виден базис (оптические дальномеры), или как функцию времени и скорости распространения электромагнитных волн ме жду конечными точками измеряемой линии (электромагнитные дальномеры). Достоинством физико - оптических дальномеров является быстрота измерений, высокая точность и возможность измерения больших расстояний без подготовки трассы: нужна лишь оптическая видимост ь между конечными точками линии. 2 .2 Нитяный оптический дальномер Наиболее распространенным является нитяный дальномер с постоянным параллактическим углом. Он весьма прост по устройству и имеется в зрительных трубах всех геодезических приборов. Сетка нитей таких труб кроме основных вертикальной и горизонтальной нитей имеет дополнительные штрихи (нити), называемые дальномерными. С их помощью по дальномерной рейке определяют расстояние D между точками местности 2 .3 Определение горизонтальных проложенийл иний измеренных дальномером При выводе формулы D = K ∙ n предполагалось, что визирная ось горизонтальна, а дальномерная рейка установлена перпендикулярно ей. В этом случае мы получим горизонтальное проложение линии S = D = K ∙ n. Однако на практике в бо льшинстве случаев визирная ось имеет некоторый угол наклона v , и вследствие этого вертикально расположенная рейка не будет перпендикулярна визирной оси. 2 .4 Принцип измерения расстояний электромагнитными дальномерами Развитие электроники и радиотехники позволило создать новые приборы для линейных измерений – электромагнитные дальномеры (свето - и радиодальномеры). Принцип работы этих приборов основан на определении промежутка времени t, необходимого для прохождения электромагнитных волн (световых и радио волн) в прямом и обратном направлении от точки А, в которой центрирован прибор, до точки В, где установлен отражатель. Лекция № 1. 13 (2 часа) Тема: «Способы съемки ситуации» 1.Вопросы лекции: 1.1 Съемки ситуации 1.2. Способ перпендикуляров 1.3 Полярный способ 1.4 Способ засечек 1.5 Способ створов 2 . Краткое содержание вопросов 2 .1 Съемка ситуации Съемка ситуации – геодезические измерения на местности для последующего нанесения на план ситуации (контуров и предметов местности). Выбор способа с ъемки зависит от характера и вида снимаемого объекта, рельефа местности и масштаба, в котором должен быть составлен план . Съемку ситуации производят следующими способами: перпендикуляров; полярным; угловых засечек; линейных засечек; створов. Способы съемки ситуации: 1) способ перпендикуляров; 2) полярный способ; 3) способ угловых засечек; 4) способ линейных засечек; 5) способ створов. 2 .2 Способ перпендикуляров Способ перпендикуляров (способ прямоугольных координат) – применяется обычно при съемке вытянутых в длину контуров, расположенных вдоль и вблизи линий теодолитного хода, проложенных по границе снимаемого участка. Из характерной точки К опускают на линию хода А – В перпендикуляр, длину которого S2 измеряют рулеткой. Расстояни е S1 от начала линии хода до основания перпендикуляра отсчитывают по ленте. 2 .3 Полярный способ Полярный способ (способ полярных координат) – состоит в том, что одну из станций теодолитного хода принимают за полюс, например, станцию А, а положение точки К определяют расстоянием S от полюса до данной точки и полярным углом β между направлением на точку и линией А – В. Полярный угол измеряют теодолитом, а расстояние дальномером. Для упрощения получения углов, теодолит ориентируют по стороне хода. 2 .4 Спос об засечек При способе засечек (биполярных координат) положение точек местности определяют относительно пунктов съемочного обоснования путем измерения углов β1 и β2 (рис.60, в) – угловая засечка, или расстояний S1 и S2 (рис.60, г) – линейная засечка. Угло вую засечку применяют для съемки удаленных или труднодоступных объектов. Линейную засечку – для съемки объектов, расположенных вблизи пунктов съемочного обоснования. При этом необходимо чтобы угол γ, который получают между направлениями при засечке был не менее 30° и не более 150°. 2 .5 Способ створов Способ створов (промеров). Этим способом определяют плановое положение точек лентой или рулеткой. Способ створов применяется при съемке точек, расположенных в створе опорных линий, либо в створе линий, опира ющихся на стороны теодолитного хода. Способ применяется при видимости крайних точек линии. Результат съемки контуров заносят в абрис. Абрис называют схематический чертеж, который составляется четко и аккуратно. Лекция № 1. 14 (2 часа) Тема: «Определение превышений и отметок точек» 1.Вопросы лекции: 1.1 Задачи и виды нивелирования 1.2. Способы геометрического нивелирования 1.3 Классификация нивелиров 1.4 Влияние кривизны Земли и рефракции на результаты нивелирования 2 . Краткое содержание вопросов 2 .1 Задачи и виды нивелирования Нивелированием называется совокупность геодезических измерений для определения превышений между точками, а также их высот. Нивелирование производят для изучения рельефа, определения высот точек при проектировании, строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений. Результаты нивелирования имеют большое значение для решения научных задач как самой геодезии, так и для других наук о Земле. В зависимости от применяемых приборов и измеряемых ве личин нивелирование делится на несколько видов. 1. Геометрическое нивелирование – определение превышения одной точки над другой посредством горизонтального визирного луча. Осуществляют его обычно с помощью нивелиров, но можно использовать и другие приборы, позволяющие получать горизонтальный луч. 2. Тригонометрическое нивелирование – определение превышений с помощью наклонного визирного луча. Превышение при этом определяют как функцию измеренного расстояния и угла наклона, для измерения которых используют с оответствующие геодезические приборы (тахеометр, кипрегель). 3. Барометрическое нивелирование – в его основу положена зависимость между атмосферным давлением и высотой точек на местности. 4. Гидростатическое нивелирование – определение превышений основывае тся на свойстве жидкости в сообщающихся сосудах всегда находиться на одном уровне, независимо от высоты точек, на которых установлены сосуды. 5. Аэрорадионивелирование - превышения определяются путем измерения высот полета летательного аппарата радиовысотомером. 6. Механическое нивелирование - выполняется с помощью приборов, устанавливаемых в путеизмерительных вагонах, тележках, автомобилях, которые при движении вычерч ивают профиль пройденного пути. Такие приборы называются профилографы. 7. Стереофотограмметрическое нивелирование основано на определении превышения по паре фотоснимков одной и той же местности, полученных из двух точек базиса фотографирования. 8. Определе ние превышений по результатам спутниковых измерений. Использование спутниковой системы ГЛОНАСС – Глобальная Навигационная Спутниковая Система позволяет определять пространственные координаты точек. 2 .2 Способы геометрического нивелирования Геометрическое нивелирование – это наиболее распространенный способ определения превышений. Его выполняют с помощью нивелира, задающего горизонтальную линию визирования. Устройство нивелира достаточно простое. Он имеет две основные части: зрительную трубу и устройство, позволяющее привести визирный луч в горизонтальное положение. 2 .3 Классификация нивелиров Согласно действующим ГОСТам нивелиры изготавливают трех типов: высокоточные – Н - 05; точные – Н - 3; технические – Н - 10. В названии нивелира числом справа от буквы Н цифрой обозначают допустимую среднюю квадратическую ошибку измерения превышения на 1 км двойного нивелирного хода. В зависимости от того, каким способом визирный луч устанавливается в горизонтальное положение, нивелиры изготавливают в двух исполнениях: - с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе, с помощью у которого осуществляется горизонтирование визирного луча ( рис. 63); - с компенсатором – свободно подвешенная оптико - механическая система, которая приводит визирный луч в горизонтальное положение. В названии нивелира буква К обозначает компенсатор (Н - 3К, Н - 3КЛ), где Л – лимб. 7.4. Нивелирные рейки для нивелирован ия III – IV класса и технического изготавливают из деревянных брусьев двутаврового сечения шириной 8 – 10 и толщиной 2 – 3 см. Рейка РН - 3 имеет длину 3 м. Деления нанесены через 1 см. Нижняя часть рейки заключена в металлическую оковку и называется пяткой. Основная шкала имеет деления черного и белого цвета, ноль совмещен с пяткой рейки. Дополнительная шкала на другой стороне рейки имеет чередующиеся красные и белые деления. С пяткой рейки совмещен отсчет больше 4000 мм. Часто встречаются комплекты реек, у которых с пятками красных сторон совпадают отсчеты 4687 и 4787 мм. Поэтому превышения, измеренные по красным сторонам реек, будут больше или меньше на 100 мм измеренных по черным сторонам реек. 2 .4 Влияние кривизны Земли и рефракции на результаты нивелиро вания При выводе формул для способов нивелирования из середины и вперед принято, что уровенная поверхность является плоскостью, визирный луч прямолинеен и горизонтален, рейки, установленные в точках, параллельны между собой. Лекция № 1. 15 (2 часа) Тема: «Геодезические сети» 1.Вопросы лекции: 1.1 Принцип организации съемочных работ 1.2. Назначение и виды государственных геодезических сетей 1.3 Плановые государственные геодезические сети. Методы их создания 1.4 Высотные государственные геодезически е сети 1.5 Геодезические съемочные сети 2 . Краткое содержание вопросов 2 .1 Принцип организации съемочных работ Геодезические измерения сводятся к определению взаимного положения точек на земной поверхности. Чтобы ослабить влияние ошибок измерений и не допустить их накопления при геодезической съемке участков местности, принято за правило вести работу от общего к частному. Для этого из множества определяемых точек участка земной поверхности выделяют наиболее характерные и определяют в первую очередь их п оложение. Такие точки называют опорными. Эти точки образуют геодезическую опорную сеть (геодезическое основание), т.е. составляют как бы общую канву, на основе которой с необходимой, хотя и более низкой точностью производится дальнейшая съемка. Для того, чтобы результаты съемок были надежны, все важнейшие геодезические действия должны выполняться с контролем. Поэтому в основе качества геодезических работ лежит принцип ни одного шага вперед без контроля предыдущих действий. 2 .2 Назначение и вид ы государственных геодезических сетей С 1919 года в нашей стране было положено начало научно - обоснованной организации всех топографо - геодезических работ. Исполнительные, контрольные, разрешительные и надзорные функции при их производстве были объединены в Высшем геодезическом управлении (ВГУ). В последствии оно было преобразовано в Главное управление геодезии и картографии. С 1 марта 2009 года эти функции переданы Федеральной службе государственной регистрации, кадастра и картографии. Одной из важнейших за дач данного государственного органа является создание государственной геодезической сети (ГГС) на территории нашей страны. Государственной геодезической сетью является совокупность опорных геодезических пунктов, прочно закрепленных на местности, взаимное р асположение которых точно определено в единой государственной системе координат и высот. Геодезические сети подразделяются на государственную геодезическую сеть, геодезическую сеть сгущения и съемочную геодезическую сеть. Государственная геодезическая сеть является исходной для других геодезических сетей. Она делится на плановую и высотную. Плановая государственная геодезическая сеть создается астрономическим или геодезическим методами. При астрономическом методе плановое положение каждого из отдельных пунк тов сети определяется независимо друг от друга из астрономических наблюдений. Геодезический метод состоит в том, что для определения координат точек находят из астрономических наблюдений координаты только нескольких точек, называемых исходными. Дальнейшее определения планового положения точек производят путем геодезических измерений на местности. Высотная государственная геодезическая сеть создается методом геометрического нивелирования. 2 .3. Плановые государственные геодезические сети. Методы их создания Основными методами создания государственной геодезической сети являются триангуляция, трилатерация, полигонометрия и спутниковые координатные определения. Триангуляция представляет собой цепь прилегающих друг к другу треугольников, в каждом из которых изм еряют высокоточными теодолитами все углы. Кроме того, измеряю длины сторон в начале и конце цепи Триангуляция делится на классы 1, 2, 3, 4. Треугольники разных классов различаются длинами сторон и точностью измерения углов и базисов. 2 .4 Высотные государс твенные геодезические сети Государственная высотная геодезическая сеть – это нивелирная сеть I, II, III и IV классов. При этом сети I и II классов являются высотной основой, с помощью которой устанавливается единая система высот на всей территории страны. 2 .5 Геодезические съемочные сети Съемочные сети являются геодезической основой при решении инженерно - геодезических задач. Их создают в качестве съемочного обоснования для производства топографических съемок, выноса на местность инженерных сооружений, а также для плановой и высотной привязки отдельных объектов. Съемочное обоснование разбивается от пунктов плановых и высотных опорных сетей. Самый распространенный вид съемочного обоснования – теодолитные ходы , опирающиеся на один или два исходных пункта. Лекция № 1. 16 (2 часа) Тема: «Плановая привязка теодолитного хода к пунктам ГГС» 1.Вопросы лекции: 1.1 Плановая привязка вершин теодолитного хода к пунктам ГГС 2 . Краткое содержание вопросов 2 .1 Плановая привязка вершин теодолитного хода к пунктам ГГС Совокупность геодезических измерений и вычислений, необходимых для определения положения вершин теодолитного хода в государственной системе координат, называется привязкой. Привязку можно выполнить несколькими методами. 1. Плановая привязка методом угловой засечки 2. Метод снесения координат 3. Метод привязки теодолитного хода к одному опорному пункту с известным направлением в нем Совокупность геодезических измерений и вычислений, необходимых для определения положения вершин теодолитного хода в го сударственной системе координат, называется привязкой. Привязку можно выполнить несколькими методами. 1. Плановая привязка методом угловой засечки (рис. 1 ). Рис. 1 . Привязка теодолитного хода методом угловой засечки. Дано: А ; В . Измереные углы: Контроль измерений: ; Найти координаты точки 1 ; дирекционный угол . 1. Решение обратной геодезической задачи Контроль : 2. Решение треугольника привязки ; 3. Передача дирекционных углов Контроль вычислений: 4. Решение прямой геодезической задачи Если расхождение в координатах не более 0,02 м, то находят средние значения координат X 1 и Y 1 . 2. Метод снесения координат (рис. 2 ). Рис. 2 . Привязка методом снесения координат Дано: А (X A ; Y A ) ; В (X В ; Y В ). Измеренные: Контроль: Найти координаты точки 1 (X 1 ; Y 1 ); дирекционный угол (1 - 2) . 1. Решение обратной геодезической задачи. 2. Решение треугольника привязки 3. Передача дирекционных углов. 4. Решение прямой геодезической задачи. 3. Метод при вязки теодолитного хода к одному опорному пункту с известным направлением в нем (рис. 3 ).. Рис. 3 . Привязка к одному пункту с известным направлением. Дано: А (X A ; Y A ) ; Измерено: S; углы: Контроль: Найти координаты точки 1 (X 1 ; Y 1 ); дирекционный угол (1 - 2) . 1. Передача дирекционных углов 2.Решение прямой геодезической задачи. Для контроля привязки необходимо другую вершину теодолитного хода привязать к опорному пункту. Лекция № 1. 17 (2 часа) Тема: «Тахеометрическая съемка» 1.Вопросы лекции: 1.1 Тригонометрическое нивелирование 1.2 Определение превышения тригонометрическим нивелированием с учетом поправки за кривизну Земли и рефракции 1.3 Производство тахеометрической съемки 2 . Краткое содержание вопросов 2 .1 Тригонометрическое нивелирование Тригонометрическое нивелирование – определение превышения между точками с помощью наклонного визирного луча. Теодолит, снабженный вертикальным кругом и нитяным дальномером называется тахеометром, а совокупность геодези ческих измерений для определения планового и высотного положения точек, называется тахеометрической съемкой. 2 .2 Определение превышения тригонометрическим нивелированием с учетом поправки за кривизну Земли и рефракции В предыдущем разделе при определении разности высот двух точек тригонометрическим нивелированием, предполагалось, что расстояние между этими точками невелико и отвесные линии, проходящие через точки А и В, можно считать параллельными, а визирный луч – прямой линией. На самом деле при расстоя ниях больше 300 м приходится учитывать поправки за кривизну Земли K и рефракцию r 2 .3 Производство тахеометрической съемки Тахеометрическая съемка выполняется с пунктов съемочного обоснования, их называют станциями. Чаще всего в качестве съемочного обоснования используют теодолитно - высотные ходы. Характерные точки ситуации и рельефа называют реечными точками или пикетами. Реечные точки на местности не закрепляют. Для определения планового положения точек съемочной сети измеряют горизонтальные углы и длины сторон. Длины измеряют землемерными лентами или стальными рулетками в прямом и обратном направлениях с точностью 1:2000. Высоты точек определяют тригонометрическим нивелированием. Углы наклона измеряют при двух положениях вертикального круга в прямом и обратном направлениях. Расхождение в превышениях допускается не больше 4 см на каждые 100 метров расстояния. Лекция № 1. 18 (2 часа) Тема: «Электронные тахеометры» 1.Вопросы лекции: 1.1 Виды электронных тахеометров 1.2 Суть работы и применение 2 . Краткое содержание вопросов 2 .1 Виды электронных тахеометров Электронный тахеометр объединяет теодолит, светодальномер и микроЭВМ, позволяет выполнять угловые и линейные измерения и осуществлять совместную обработку результатов этих измерений. Тахеометры , в которых все устройства (угломерные, дальномерные, зрительная труба, клавиатура, процессор) объединены в один механизм, называют интегрированными тахеометрами. Тахеометры, которые состоят из отдельно сконструированного теодолита (электронного или оптиче ского) и светодальномера, называют модульными тахеометрами. 2 .2 Суть работы и применение Для выполнения съѐмки электронный тахеометр устанавливают на станции и настраивают его в соответствии с условиями измерений. На пикетах ставят специальные вешки с от ражателями, при наведении на которые автоматически определяются расстояние, горизонтальные и вертикальные углы. Если тахеометр имеет безотражательный режим, то можно производить измерения на реечные точки, в которых нет возможности установить вешку с отраж ателем. МикроЭВМ тахеометра по результатам измерений вычисляет приращения координат и превышение h с учетом всех поправок. Все данные, полученные в ходе измерений, сохраняются в специальном запоминающем устройстве (накопителе информации). Они могут быть пе реданы с помощью интерфейсного кабеля на ПЭВМ, где с использованием специальной программы выполняется окончательная обработка результатов измерений для построения цифровой модели местности или топографического плана. Совместное использование электронного т ахеометра с ПЭВМ позволяет полностью автоматизировать процесс построения модели местности.Также роботизированные системы могут быть использованы для слежения за деформациями объектов, съемки движущихся объектов и т.д. Лекция № 1. 19 (4 часа) Тема: «Обработка результатов тахеометрической съемки. Теория ошибок измерений» 1.Вопросы лекции: 1.1 Общие понятия об измерениях 1.2 Ошибки измерений 1.3 Свойства случайных ошибок измерений 1.4 Оценка точности результатов измерений 2 . Краткое содержание вопросов 2 .1 Общие понятия об измерениях Сравнение какой - либо величины с другой однородной величиной, принятой за единицу, называют измерением, а полученное при этом числовое значение – результатом измерения. Различают измерения прямые (непосредственные) и косвенные. Основное уравнение прямого измерения λ = N ∙ K где λ – результат измерения; К – значение величины, принятой за единицу измерения (сравнение); N – отвлеченное число, показывающее во сколько раз λ б ольше N. Косвенные измерения – такие измерения, которые получают по формулам, связывающим значения измеренных физических величин со значениями других физических величин, полученных из прямых измерений и являющихся аргументами этих формул. Уравнение косвенн ого измерения λ= f (λ1,λ2,λ3,...,λn). 2 .2. Ошибки измерений Процесс измерений протекает во времени и определенных условиях, в нѐм участвуют объект измерения, измерительный прибор, наблюдатель и среда, в которой выполняют измерения. В связи с этим на результаты измерений влияют качество измерительных приборов, квалификация наблюдателя, состояние измеряемого объекта и изменения среды во времени. При многократном измерении одной и той же величины из - за влияния перечисленных факторов результаты измерений могут отличаться друг от друга и не совпадать со значением измеряемой величины. Разность между результатом измерения и действительным значением измеряемой величины называется ошибкой результата измерения. По характеру и свойствам ошибки подразделяют на: • грубые; •систематические; •случайные. Грубые ошибки или просчеты легко обнаружить при повторных измерениях или при внимательном отношении к измерениям. Систематические ошибки – те, которые действуют по определенным законам и сохраняют один и тот же знак. С истематические ошибки можно учесть в результатах измерений, если найти функциональную зависимость и с еѐ помощью исключить ошибку или уменьшить еѐ до малой величины. Случайные ошибки – результат действия нескольких причин. Величина случайной ошибки зависи т от того, кто измеряет, каким методом и в каких условиях. Случайными эти ошибки называются потому, что каждый из факторов действует случайно. Их нельзя устранить, но уменьшить влияние можно увеличением числа измерений. 2 .3 Свойства случайных ошибок изм ерений Теория ошибок изучает только случайные ошибки. Под случайной ошибкой здесь и далее будем понимать разность Δi = Х – ℓi где Δi – истинная случайная ошибка; Х – истинная величина; ℓi – измеренная величина. Случайные ошибки имеют следующие свойства: 1. Чем меньше по абсолютной величине случайная ошибка, тем она чаще встречается при измерениях. 2. Одинаковые по абсолютной величине случайные ошибки одинаково часто встречаются при измерениях. 3. При данных условиях измерений величина случайной погрешно сти по абсолютной величине не превосходит некоторого предела. Под данными условиями подразумевается один и тот же прибор, один и тот же наблюдатель, одни и те же параметры внешней среды. Такие измерения называют равноточными. 4. Среднее арифметическое из с лучайных ошибок стремится к нулю при неограниченном возрастании числа измерений. Три первых свойства случайных ошибок достаточно очевидны. Четвертое свойство вытекает из второго. Если Δ1,Δ2,Δ3,...,Δn - случайные ошибки отдельных измерений, где n – число из мерений, то четвертое свойство случайных ошибок математически выражается 2 .4 Оценка точности результатов измерений Под точностью измерений понимается степень близости результата измерения к истинному значению измеряемой величины. Точность результата изме рений зависит от условий измерений. Для равноточных результатов измерений мерой точности является средняя квадратическая ошибка m, определяемая по формуле Гаусса. Средняя квадратическая ошибка обладает устойчивостью при небольшом числе измерений. Предельна я ошибка. Вследствие третьего свойства случайные ошибки, превышающие по абсолютной величине значение 2m, встречаются редко (5 на 100 измерений). Еще реже погрешности больше 3m (3 из 1000 измерений). Поэтому утроенную погрешность называют предельной ошибко й Для особо точных измерений в качестве предельной ошибки принимают Все вышеперечисленные ошибки называют абсолютными. В геодезии в качестве специальных характеристик точности измерений используется относительная ошибка – отношение абсолютной ошибки к сред нему значению измеряемой величины, которое выражается в виде простой дроби с единицей в числителе. Средняя квадратическая ошибка функции общего вида В большинстве случаев геодезические измерения выполняют с целью определения значения других величин, связа нных с измеряемой функциональной зависимостью. Например: D = К • n ; h = З – П ; h = S • tgν. Неравноточные измерения. Понятие о весе измерения. Формула общей арифметической средины или весового среднего Если измерения выполнялись не в одинаковых условиях, то результаты нельзя считать одинаково надежными. Такие измерения называют неравноточными. Например, один и тот же угол можно измерить точным и техническим теодолитом. Результаты данных измерений будут неравноточными. Мерой сравнения результатов при неравноточных измерениях, т.е. мерой относительной ценности полученных неравноточных результатов является вес результата измерения. Вес выражает как бы степень доверия, оказываемого данному результату по сравнению с другими результатами. Раздел 2 Картография с основами картографического черчения и автоматизированные методы сьѐмок Лекция № 2. 1 (4часа) Тема: «Понятие о науке картография. Основные классификации карт применяемые в России и за рубежом» 1. Вопросы лекции: 1.1Понятие картография 1. 2Структура картографии и виды картографирования 1.3 Исторический процесс в картографии 1.4 Связь картографии с другими дисциплинами. 2 . Краткое содержание вопросов 2 .1 Понятия картография Картография - наука о картах как особом способе изображения действительности, их создании и использовании. Это определение закреплено Международной картографической ассоциацией. Государствен ные нормативные издания гласят, что картография — область науки, техники и производства, охватывающая изучение, со здание и использование картографических произведений. Таким образом, картография существует в трех формах:  наука об отображении и познании явлений природы и общества посредством карт;  область техники и технологии соз дания и использования картографических произведений;  отрасль производства, выпускающая картографическую продукцию (карты, атласы, глобусы и др.). В связи с развитием компьютеризации расширилось представление о картографии. Стали входить создание электронны х карт, формирование баз и банков цифровой картографической информации. 2 .2. Структура картографии Раз делы картографии:  Общая теория картографии  История картографии  Математическая картография  Проектирование и составление карт  Картографическая семиотика — разрабатывает язык карты, методы построения систем картографических знаков, прави ла их использования. Три раздела семиотики: синтактику, семантику и праг - матику, которые изучают соотношения знаков между собой, их связь с отобр ажаемыми объектами, особенности восприятия читателями, информационную ценность знаков и т. п.  Оформление карт (картографический дизайн)  Экономика и организация картографического производства  Издание карт  Использование карт  Картографическое  Картографич еская информатика  Картографическая топонимика — изучает географические на звания, их смысловое значение с точки зрения правильной пере дачи на картах. По назначению выделяют такие отрасли, как учебное, научное, туристское, навигационное (морское, аэрона - вигационное) инженерное картографирование и др. Виды картографирования:  по объекту — астрономическое, планетное и земное, а внутри земного — картографирование суши и океанов;  по методу — наземное, аэрокосмическое и подводное;  по масштабу — крупно - , средне - и мелкомасштабное;  по уровню обобщения — аналитическое, комплексное и синтетическое;  по степени автоматизации — ручное, автоматизированное (интерактивное) и автоматическое;  по оперативности — базовое и оперативное. 2 .3 Исторический процесс в картографии Истор. периоды Основные вехи р азвития инструментария для измерений и съемок на местности Основные вехи развития методов и технологий издания карт Основные направления использования карт С древнейш. времен визуальные наблюдения и глазомерные оценки применение геодезических инструментов для измерения длин и углов ( X в. до н.э.) Рисование на камне, дереве, папирусе, ткани Применение карт для ориентирования и пере - движения на местности С III в. до н.э. появление астрономических приборов для определения широт и долгот Составление рукописных карт на бумаге С начала XII в. - XIII в. внедрение оптических астрономо - геодезических приборов Использование карт для путешествий и нави гации С середины XV в. Гравирование карт на камне, металле, внедре ние картопечатания карты как средство укрепления государствен - ности и военно - политич. безопасности С XVIII в. карты как средство накопления и обобщения знаний Со второй половины XIX в. - первая половина XX в. изобретение АФА и др. средств дистанционного зондирования, применение аэрокосмических съемок Фотограмметрические технологии составления карт Применение фотохимических и фотокопиро вальных процессов Карты как инструмент моделирования и позна ния окружающего мира С середины XX в. создание электронной геодезической аппара - туры Цифровые и электронные методы и техноло гии составления карт, формирование баз и банков данных, геоинформационное картографирование Карты как средство коммуникации С конца XX в. применение глобальных позиционирующих систем v Составление карт в компьютерных сетях, виртуальное картографирование картографирование как основа системной организации пространственной информа ции и принятия управленческих решений 2.4 Связь картографии с другими дисциплинами Современная картография имеет прочные связи со многими философскими, естественными и технически ми науками и научными дисциплинами:  Науки о Земле и планетах  Логико - философ ские науки  Социально экономи ческие науки  Математика  Дистанционное зондирование  Изобрази тельное искусство  Техника, автоматика, информати ка, электро ника  Астрономия и геодези ческие науки  Геоинформатика Благодаря картографическому методу произошло формирование многих отраслей науки. Картографи - р ование стало, например, базой для исследования дна океана и поверхности других планет, развития морфометрии рельефа, ме дицинской географии и др. Лекция № 2. 2 (4 часа) Тема «Основные классификации карт» 1. Вопросы лекции: 1.1 Карта и ее значение. 1.2 Элементы карты 1.3 Свойства карты 1.4 Классификация карт 1.5 Номенклатура карт 1.6 Масштабы карт 2 .Краткое содержание вопросов 2 .1 Карта и ее значение. Термин «карта» появился в средние века. Этот термин происходит от латинского « charta » (лист бумага), производного от греческого хартес — бумага и папирус. В России изначально карта называлась «чертежом», что означало изображение местности чертами, черчением, и лишь в эпоху Петра I появился сперва термин «ландкарты», а потом — «карты». Ка рта - это математически определенное, уменьшенное, ге нерализованное изображение поверхности Земли, другого не бесного тела или космического пространства, показывающее рас положенные или на них объекты в принятой системе условных знаков. 2 .2 Элементы ка рты 1. картографическое изображение 2. легенда 3. зарамочное оформле ние Картографическое изображение, т.е. со держание карты, совокупность сведений об объектах и явлениях, их размещении, свойствах, взаимосвязях, динамике. Общегеогра фические карты имеют следующее содержание: населенные пунк ты, социально - экономические и культурные объекты, пути сооб щения и линии связи, рельеф, гидрографию, растительность и грунты, политико - административные границы. Легенда - система использованных на ней условных обозначений и текстовых пояснений к ним. Математическая основа - координатные сет ки, масштаб и геодезическая основа (градусная рамка, опорные пункты). Компоновка карты тесно связана с математичес кой основой , взаимн ое раз мещение в пределах рамки изображаемой территории, на звания карты, легенды, дополнительных карт и других данных. Вспомогательное оснащение карты облегчает чтение и пользо вание ею (на пример, на топографической карте помещают шкалу крутизны для опред еления углов наклона склонов), разнооб разные справочные сведения. К дополнительным данным относят ся карты - врезки, фотографии, диаграммы, графики, профили, текстовые и цифровые данные. 2 .3 Свойства карты  математический закон построения — применение сп ециаль ных картографических проекций, позволяющих перейти от сферической поверхности Земли к плоскости карты;  знаковость изображения — использование особого условно го языка картографических символов;  генерализованность карты — отбор и обобщение изображаемых объектов;  системность отображения действительности — передача элементов и связей между ними, отображение иерархии геосистем. 2 .4 Классификация карт 1) Классификация карт по масштабу  планы — 1:5 000 и крупнее;  крупномасштабные — 1:10 000 — 1:200 000;  среднемасштабные — 1:200 000 до 1:1 000 000 включительно;  мелкомасштабные — мельче 1:1 000 000. 2)По пространственному охвату:  карты Солнечной системы и звездного неба  карты планет, в том числе Земли  карты мате риков и океанов, а после этого возможны разные разветвления классификации:  по административно - территориальному делению;  по природным районам;  по экономическим регионам;  по естественно - историческим областям. Карты океанов подразделяют на карты морей, заливо в, проливов, гаваней. Классификация карт по пространственному охвату (по тер ритории) чаще всего используется в картохранилищах и библио теках. 3) Классификация карт по содержанию  общегеографические карты;  тематические карты;  специальные карты. Общегеограф ические карты. Эти карты отображают совокуп ность элементов местности, имеют многоцелевое применение при изучении территории, ориентировании на ней, решении научно - практических задач. На общегеографических кар тах показу всех элементов уделяют равное внима ние, изображая все объекты, видимые на местности. Дальнейшая классификация общегеографических карт почти полностью совпадает с их деле нием по масштабу:  топографические — в масштабах 1:100 000 и крупнее;  обзорно - топографические — в масштабах 1:200 000 — 1:1 000 000;  обзорные — мельче 1:1 000 000. Тематические карты. К атегория карт природных и общественных (социальных и эко номических) явлений, их сочетаний и комплексов. Содержание карт определяется той или иной конкретной темой. Карты общественных явлений ох ватывают социосферу и тех носферу. Специальные карты. Карты этой группы предназначены для решения определенного круга задач или рассчитаны на опреде ленные круги пользователей. Чаще всего это карты технического назначения: Но эта классификация не отлича е тся строгостью. К числу специальных можно, отнести карты учебные, экскурсионные, спортивные и другие. Иногда в основание для подоб ной классификации кладут назначение карт. 2.5 Номенклатура карт Номенклатура – система разграфки и обозначений топографиче ских планов и карт. В основу номенклатуры карт на территории Российской Федерации положена международная разграфка листов карты масштаба 1:1 000000 (рис.5.6). Для получения одного листа карты этого масштаба земной шар делят меридианами и параллелями на кол онны и ряды (пояса). Меридианы проводят через каждые 6°. Счет колонн от 1 до 60 идет от 180° меридиана от 1 до 60 с запада на восток, против часовой стрелки. Колонны совпадают с зонами прямоугольной разграфки, но их номера отличаются ровно на 30. Так для зоны 12 номер колонны 42 (табл. 5.1). Параллели проводят через каждые 4°. Счет поясов от А до W идет от экватора к северу и югу (табл. 5.2). В пересечении таких колонн и рядов (поясов) образуются листы карт масштаба 1:1 000 000 . Номенклатура одного из таки х листов складывается из буквы ряда и номера колонны: T - 44, S - 48. Размеры такого листа 6° по долготе и 4° по широте. 2.6 Масштабы карт На любой карте, составленной в определенной проекции, следует различать три масштаба: частный линейный, масштаб площади, главный (общий). В общем случае частным линейным масштабом (масштабом длин) называют предел отношения бесконечно малого отрезка dσ, взятого на плоскости в заданной проекции в данной точке по данному направлению, к соответствующему бесконечно малом у отрезку dS на поверхности при стремлении последнего к нулю. Масштабом площадей называется отношение бесконечно малой области, ограниченной замкнутым контуром, взятой на плоскости к соответствующей бесконечно малой области на поверхности Главный (общий) масштаб характеризует степень уменьшения земной поверхности при изображении ее на плоскости. Этот масштаб представляет некоторое значение из частных масштабов длин или характеризует степень уменьшения характерных линий (средний меридиан, экватор). Он подп исывается на карте и никакого влияния на величины искажений не имеет. Лекция № 2.3 (4часа) Тема: «Классификация картографических проекций» 1. Вопросы лекции: 1.1 Понятие о земном эллипсоиде и сфере 1.2 Система координат на поверхности эллипсоида и сферы 1.3 Понятия о картографической проекции и сетке 1.4 Классификация картографических проекций 2 . Краткое содержание вопросов 2 .1 Понятие о земном эллипсоиде и сфере Известно, что Земля шарообразна, т.е. не обладает формой идеального шара. Фигура ее неправильна, и, как всякое вращающееся тело, она немного сплюснута у полюсов. Кроме того, из - за неравномерного распределения масс земного вещества и тектонических деформаци й Земля имеет обширные выпуклости и вогнутости. В силу этого земную поверхность заменяют некоторой правильной поверхностью, которая носит название поверхности относимости . Земной эллипсоид – это эллипсоид вращения с малым сжатием, размеры которого выбраны таким образом, чтобы для заданной территории он наименее уклонялся от геоида. При этом полагают, что плоскость экватора и центр эллипсоида вращения совпадают с плоскостью экватора и центро м масс Земли. Такой земной эллипсоид иначе называют референц - эллипсоидом . Эллипсоид вращения образуется вращением эллипса P N E 1 P S E 2 вокруг полярной оси P N P S (рис. 1). Точки P N , P S являются, соответственно, северным и южным полюсами эллипсоида. Они получаютс я сечением оси P N P S поверхности эллипсоида. 2 .2 Система координат на поверхности эллипсоида и сферы Положение точки на поверхности эллипсоида может быть определено в той или иной системе координат. Основная система координат – географическая с φ, λ Г еографическая широта (φ) есть угол между плоскостью экватора и нормалью ОМ (отвесная линия) текущей точки М. Широта меняется от 0 до 90°. Географическая долгота (λ) есть двугранный угол между плоскостями начального меридиана и меридиана текущей точки М. Д олгота изменяется от 0 до 180° на запад и восток от начального меридиана. При картографических расчетах западные долготы берутся со знаком «минус», восточные – со знаком «плюс». Кроме рассмотренной системы координат, существует целый ряд других, используемых в математической картографии: - прямоугольная сфероидическая; - сферическая полярная и др. Под координатными линиями следует понимать геометрические места точек, для которых одна из координат постоянна. Например, параллель есть геометрическое место точек равных широт ( φ = const ), а меридиан есть геометрическое место точек равных долгот ( λ = const ). 2 .3 Понятия о картографической проекции и сетке Под картографической проекцией понимается математически определен ное отоб ражение поверхности эллипсоида или шара (глобуса) на плоскость карты. При этом выполняются следующие требования: - точке, взятой на поверхности, соответствует одна и только одна точка на плоскости и наоборот; - бесконечно малому перемещению точки на поверх ности соответствует также бесконечно малое перемещение точки на плоскости и наоборот; - сохраняется направление обхода контуров на поверхности и на плоскости. Поверхность земного шара нельзя развернуть на плоскость карты без искажений.  искажения длин  иска жения площадей - уклонение масштаба площади от единицы, т.е. p - 1  искажения углов - удвоенное наибольшее искажение направлений, т.е. 2   искажения форм Любая бесконечно малая окружность на шаре (эллипсоиде) предстает на карте бесконечно малым эллипсом — его называют э ллипсом искажений (индикатриса). В ряде проекций существуют линии и точки, где искажения отсутствуют и сохраняется главный масштаб карты — это линии и точки нулевых искажений. Для наиболее употребительных проек ций существуют специальные вспомог ательные карты, на которых показаны эти линии и точки, а кроме того проведены изоколы - линии равных искажений длин, площадей, углов или форм. Картографическая сетка — это изображение на карте линий меридианов и параллелей (географической сетки), отражающи х значения долгот, счет которых ведется от начального Гринвичско го меридиана, и широт, которые отсчитываются от экватора. - Сетка прямоугольных координат (прямоугольная сетка) — стандартная система взаимно перпендикулярных линий, проведенных через равные расстояния, например через определенное число километров (отсюда название километровая сетка ). - Сетка - указательница — любая сетка на карте, предназначена[ для указания местоположения и поиска объектов. Ячейки такой сетки обозначаются буквами и цифрами (д опустим, В - 3), это удобно для отыскания объектов по их названиям. 2 .4 Классификация картографических проекций Все картографические проекции классифицируются по ряду признаков, в том числе, по характеру искажений, виду меридианов и параллелей нормальной картографической сетки, положению полюса нормальной системы координат. 1. Классификация картографических проекций по характеру искажений: а) равноугольные, или конформные оставляют без искажений углы и форму контуров, но имеют значительные искажения площа дей. Элементарная окружность в таких проекциях всегда остается окружностью, но размеры ее сильно меняются. Такие проекции особенно удобны для определения направлений и прокладки маршрутов по заданному азимуту, поэтом y их всегда используют на навигационных картах., б) равновеликие, или эквивалентные - сохраняют площади без искажений, однако на них значительно нарушены углы и формы, что особенно заметно на больших территориях. Например, на карте мира приполярные области выглядят сильно сплющенными. Эти проек ции могут быть описаны уравнениями в характеристиках вида. . в) равнопромежуточные(эквидистантные). В этих проекциях линейный масштаб по одному из главных направлений постоянен и обычно равен гл. м. карты, т. е. имеет место либо а = 1, либо b = 1; г) произвольные. Не сохраняют ни углов, ни площадей. 2. Классификация картографических проекций по способу построения Вспомогательными поверхностями при переходе от эллипсоида или шара к карте могут быть плоскость, цилиндр, конус, серия кону сов и некоторые другие геометрические фигуры. 1)Цилиндрические проекции — проектирование шара (эллипсои да) ведется на поверхность касательного или секущего цилиндра, а затем его боковая поверхность разворачивается в плоскость. Условные проекции — проекци и, для которых нельзя подобрать простых геометрических аналогов. Их строят, исходя из каких - либо заданных условий, например желательного вида географической сетки, того или иного распределения искажений на карте, заданного вида сетки и др., полученные путе м преобразования одной или нескольких сходных проекций. Псевдоцилиндрические проекции : параллели изображаются прямыми параллельными линиями, меридианы – кривыми линиями, симметричными относительно среднего прямолинейного меридиана, который всегда ортогона лен параллелям ( применяют для карт мира и Тихого океана ) . а) Нормальная (прямая) цилинд рическая - если ось цилиндра совпадает с осью вращения Земли, а его поверхность касается шара по экватору (или сечет его по па раллелям). Тогда меридианы нормальной сет ки предстают в виде равноотстоящих параллельных прямых, а параллели — в виде пря мых, перпендикулярных к ним. В таких проекциях меньше всего искажений в тропических и приэкваториальных областях. б)поперечная цилиндрическая проекция - ось цилиндра расположе на в плоскости экватора. Цилиндр касается шара по меридиану, искажения вдоль него отсутствуют, и следовательно, в такой проекции наиболее выгодно изображать территории, вытянутые с севера на юг. в) косая цилиндрическая - ось вспомогательного цилиндра рас положена под углом к плоскости экватора. Она удобна для вытянутых тер риторий, ориентированных на северо - запад или северо - восток. 2)Конические проекции — поверхность шара (эллипсоида) проектируется на поверхность касательного или секущего конуса, после чег о она как бы разрезается по образующей и разворачивается в плоскость. Различают:  нор мальную (прямую) коническую проекцию, когда ось конуса совпа дает с осью вращения Земли. Меридианы представляют собой прямые, расходящиеся из точки полюса, а параллели — дуги концентрических окружностей. Воображаемый конус каса ется земного шара или сечет его в районе средних широт, поэто му в такой проекции удобнее всего картографировать территории России, Канады, США, вытянутые с запада на восток в средних широтах.  попе речную коническую — ось конуса нежит в плоскости экватора  косую коническую — ось конуса на клонена к плоскости экватора. Псевдоконические проекции — такие, в которых все параллели изображаются дугами концентрических окружностей (как в нормальных конически х), средний меридиан — прямая линия, а остальные меридианы — кривые, причем кривизна их возрастает с удалением от среднего меридиана. Применяются для карт России, Евразии, других материков. Поликонические проекции — проекции, получаемые в результа те проек тирования шара (эллипсоида) на множество конусов. В нормальных поликонических проекциях параллели представлены дугами эксцентрических окружностей, а меридианы — кривые, симметричные относительно прямого среднего меридиана. Чаще всего эти проекции применяют ся для карт мира. 3)Азимутальные проекции — поверхность земного шара (эллип соида) переносится на касательную или секущую плоскость. Если плоскость перпендикулярна к оси вращения Земли, то получается нормальная (полярная) азимутальная проекция. В этих проекциях параллели изображаются одноцентровыми окружностями, меридианы – пучком прямых линий с точкой схода, совпадающей с центром параллелей. В этой проекции всегда кар тографируют полярные области нашей и других планет. 4)Многогранные проекции — проекции, получаемые путем про ектирования шара (эллипсоида) на поверхность касательного или секущего многогранника. Чаще всего каждая грань представляет собой равнобочную трапецию. 5) Классификация картографических проекций по положению полюса нормальной системы координат В зависимости от положения полюса нормальной системы Р о , все проекции подразделяются на следующие: а) прямые или нормальные – полюс нормальной системы Р о совпадает с географическим полюсом ( φ о = 90°); б) поперечные или экваториальные – по люс нормальной системы Р о лежит на поверхности в плоскости экватора ( φ о = 0°); в) косые или горизонтальные – полюс нормальной системы Р о располагается между географическим полюсом и экватором (0° < φ о <90°). Лекция № 2. 4 (4 часа) Тема: « Виды карт и их оформление» 1. Вопросы лекции: 1.1 Картографическая семиотика 1.2 Язык карты 1.3 Условные знаки и виды. 2 .Краткое содержание вопросов 2 .1 Картографическая семиотика. Использование условных знаков – основное свойство, отличающее карту от многих других графических моделей, таких как аэро - и космо - снимки, панорамы и тд. Семиотика включает три основных раздела: а) синтактика – изучает правила построения и употребления знако вых систем, их структурные свойства, грамматику языка карты; б) семантика – исследует соотношения условных знаков с самими отображаемыми объектами и явлениями; в) прагматика – изучает информационную ценность знаков как средства коммуникации и особенности и х восприятия читателями карты. Использование условных знаков позволяет: а) показывать реальные и абстрактные объекты (например высоту снежного покрова); б) изображать объекты, не видимые человеком и даже не воспринимаемые органами чувств (гравитационные и магнитные поля); в) передавать внутренние характеристики объектов, их структуру (объем и структуру промышленного производства, состав населения); г) отражать взаимные отношения объектов: порядок и иерархию, различие, соподчиненность (географическая страти графия); д) показывать динамику явлений и процессов (изменение стока в речн бассейнах по месяцам); е) сильно уменьшать изображение (на мелкомасштабной карте вместо показа отдельных домов и кварталов можно кружком обозначить весь нп). Условные обозначения делятся на три основные группы: а) внемасштабные или точечные, кот - е прим для показа объектов, локализованных в пунктах – города, внемасштабность выражается в том, что их размеры на карте значительно превосходят истинные размеры; б) линейные, исп для линей ных объектов – рек, дорог, границ. Они масштабны по длине, но не по ширине; в) площадные – для объектов, сохраняющий на карте размеры и очертания – лесные массивы, озера, почвенные ареалы, эти знаки обычно состоят из контура и заполнения и позволяют опреде лить площадь объекта. 2 .2 Язык карты Способы картог рафического изображения - системы условных обозначений, применяемые для передачи объектов и явлений, различающихся характером пространствен ной локализации и размещения. Использование условных знаков — основное свойство, отличающее карту от многих других графических моделей таких, (аэро - и космические снимки, панорамы, пейзажи). Знаки на карте — это зрительно воспринимаемые элементы изображения, условно представляющие процессы и явления окружающего м ира, их местоположение, качественные и количественные характеристики, структуру, динамику и т.п. Разрабатывает язык карты раздел картографии семиотика. Язык карты — это используемая в картографии знаковая систе ма, включающая условные обозначения, способы изображения, правила их построения, употребления и чтения при создании и использовании карт. Можно выделить в языке карты два слоя (подъязыка): - отражает раз мещение картографируемых объектов, их пространственную фор му, ориентацию, взаимное положение - содержательную сущность этих явлений, их внутреннюю структуру, качественные и количественные характеристики. Главные функции языка карты — коммуникативная, т.е. передача некоторого объема информации от создателя карты к читателю, и познавательная — получ ение новых знаний о картог рафируемом объекте. 2 .3 Условные знаки и виды. Условные знаки — это графические симво лы, с помощью которых на карте показывают (обозначают) вид объектов, их местоположение, форму, размеры, качественные и количественные харак теристики. Использование условных знаков позволяет:  показывать реальные и абстрактные объекты (например, высо ту снежного покрова, индекс континентальности климата);  изображать объекты, не видимые человеком (гравитационные и магнитные поля и др.);  передава ть внутренние характеристики и структуру объектов (объем и структуру промышленного производства, состав населения и др.);  отражать взаимные отношения объектов: порядок и иерархию, пропорциональность, различие, соподчиненность (например, геологическая страт играфия);  показывать динамику явлений и процессов (изменение стока в речных бассейнах по месяцам);  сильно уменьшать изображение (на мелкомасштабной карте вместо показа отдельных домов и кварталов можно кружком обозначить весь населенный пункт). Условные об означения, применяемые на картах, подразделяют на три основные группы: • внемасштабные, или точечные, которые используют для показа объектов, локализованных в пунктах, например нефтяные месторождения или города на мелкомасштабных картах. Внемасштабность зн аков проявляется в том, что их размеры (если их выразить в масштабе карты) всегда значительно превосходят истинные размеры объектов на местности; • линейные, используемые для отображения линейных объектов: рек, дорог, границ, тектонических разломов и т.п. Они масштабны по длине, но внемасштабны по ширине; • площадные, применяемые для объектов, сохраняющих на карте свои размеры и очертания, например для лесных массивов, озер, почвенных ареалов и др. Такие знаки обычно состоят из контура и его заполнения, ни всегда масштабны и позволяют точно определить площадь объектов. Значки Способ значков применяют для показа объектов, локализо ванных в пунктах и обычно не выражающихся в масштабе карты. Это могут быть населенные пункты, месторождения полезных ископаемых, п ромышленные предприятия, отдельные сооружения, ориентиры на местности и т.п. Значки позволяют ха - рактеризовать качественные и количественные особенности объек тов, их внутреннюю структуру. Линейные знаки Этот способ используется для изображения реальных или аб страктных объектов, локализованных на линиях. К ним относятся, например, береговые линии, разломы, дороги, атмосферные фронты, административные границы. Разный рисунок и цвет ли нейных знаков передают качественные и количественные харак теристики об ъектов: тип береговой линии, глубину заложения раз ломов, число колей железной дороги, теплые и холодные фронты и. т.п. Изолинии Изолинии - линии одинаковых значений картографируемого показателя. Способ изолиний применяется для изображения не прерывных, п лавно изменяющихся явлений, образующих физические поля (рельеф, давление, температура). Они изображаются горизонталями (изогипсами, изобарами, изотермами). Псевдоизолинии Изолинии нередко применяют для явлений, не обладающих непрерывностью, сплошностью и плавностью, т.е. не являющихся на самом деле полями. В этом случае речь идет о псевдоизолиниях, т.е. изолиниях, отображающих распределение дискретных объек тов. Таковы, например, псевдоизолинии плотности населения, раз мещение которого, конечно же, не обра зует сплошного поля, псев доизолиниираспаханности или залесенности и т.п. Их всегда прово дят на основе интерполяции каких - либо расчетных статистических показателей плотности, интенсивности распределения объектов, полученных в ячейках регулярной или нерегу лярной сетки. Качественный фон Способ качественного фона применяют для показа качествен ных различий явлений сплошного распространения по выделен ным районам, областям или другим единицам территориального деления. Этот способ самым тесным образом связан с классифика ционным подразделением территории, ее дифференциацией по какому - либо признаку, с типологическим районированием, на пример с выделением районов сельскохозяйственной специализа ции, ландшафтов, типов почвенного покрова, растительных ассо - циаций. К оличественный фон Способ количественного фона применяют для передачи коли чественных различий явлений сплошного распространения в пре делах выделенных районов. Подобно качественному фону он все гда сопряжен с районированием, но по количественному призна ку . Окраска или штриховка выполняются по шкале, т.е. интенсивность возрастает или убывает в соответствии с изменением признака. Примерами использования количественного фона могут служить карты запасов гидроресурсов в речных бассейнах, карты рай - онирования те рритории по степени расчленения рельефа и т.п. Локализованные диаграммы Локализованные диаграммы характеризуют явления, имеющие сплошное или полосное распространение, с помощью графиков и диаграмм, помещаемых в пунктах наблюдения (измерения) этих явлений. Таковы графики изменения среднемесячных температур и осадков, локализованные по метеостанциям, диаграммы загрязнения речных вод, приуроченные к гидропостам, и т.п. На карте всегда отмечают пункты, к которым отнесены графики, хотя ясно, что локализованные д иаграммы характеризуют не только эти пун кты, но и прилегающую территорию. Точечный способ Этот способ применяют для показа явлений массового, но не сплошного распространения с помощью множества точек, каждая из которых имеет определенный «вес», т.е. обозн ачает некоторое число единиц данного явления. Чаще всего точечным способом показывают размещение сельского населения (вес од ной точки составляет, например, 1000 жителей), либо посевные площади (одна точка — 500 га посевов), либо размещение живот новодства (одна точка — 200 голов крупного рогатого скота) и т.п. Ареалы Способ ареалов состоит в выделении на карте области распро странения какого - либо сплошного или рассредоточенного явле ния. Чаще всего этим способом показывают распространение жи вотных и расте ний, месторождения полезных ископаемых и т.п. Различают абсолютные и относительные ареалы. Абсолютными называют ареалы, за пределами которых данное явление совсем не встречается (например, нефтегазоносный бассейн, контур кото рого точно установлен), тогда как относительные ареалы показы вают лишь районы наибольшего сосредоточения явления (допус тим, промысловый ареал каких - либо лекарственных растений). Знаки движения Знаки движения используют для показа пространственных пе ремещений каких - либо природных, со циальных, экономических явлений (например, путей движения циклонов, перелета птиц, миграции населения, распространения болезней). С помощью зна ков движения можно отразить пути, направление и скорость пере мещения, структуру перемещающегося объекта. Можно применить знаки движения для показа связей между объектами (например, электронных коммуникаций, финансовых потоков), их качества, мощности, пропускной способности и т.д. Картодиаграммы Способ картодиаграммы — это изображение абсолютных ста тистических пока зателей по единицам административно - террито риального деления с помощью диаграммных знаков. Картодиаг раммы применяют для показа таких явлений, как валовой сбор сельскохозяйственной продукции, общее число учащихся, объем промышленного производства, потребл ение электроэнергии в це лом по районам, областям, провинциям и т.п. Поскольку речь идет о статистических показателях, то на карте всегда присутствует сетка административного деления, по которой и производится сбор данных. Картограммы Способ картограммы ис пользуют для показа относительных статистических показателей по единицам административно - терри ториального деления. Это всегда расчетные показатели: скажем, число детских учреждений на тысячу жителей, энерговооружен ность сельского хозяйства в расчете на 1 00 га обрабатываемых земель, процент лесопокрытой площади по областям и т.п. Шкалы условных знаков Шкалы на картах — это графическое изображение последова тельности изменения (нарастания или убывания) количественных характеристик объектов, их значимости, и нтенсивности или плот ности. На картах со значками, локализованными диаграммами и на картодиаграммах используют абсолютные Динамические знаки Создание картографических компьютерных анимаций привело к внедрению в практику динамических графических переменных. Иначе говоря, все статические графические переменные приобре ли еще одно временное измерение. Анимации позволяют изменять форму и размер объекта, цвет и насыщенность цвета, внутреннюю стр уктуру и само положение знака на карте Лекция № 2. 5 (4 часа) Тема: « Картографические шрифты» 1. Вопросы лекции: 1.1 Картографические шрифты 1.2 Элементы букв 1.3 Характеристика элементов букв шрифтов 1.4 Классификация картографических шрифтов 2 .Краткое содержание вопросов 2 .1 Картографические шрифты Применение специальных картографических шрифтов для надписей на картах вызвано особыми условиями их чтения. На большинстве карт надписи выполняются в несколько цветов и располагаются на многоцветном фоне вместе с разнообразными штриховыми условными знаками, которые также различаются по цвету. Надписи на картах размешают в различных направлениях по кривым и прямым линиям некоторые слова пишут вразрядку. Значительны различия надписей по размерам шрифта. 2 .2 Элемент ы букв Элементы знаков шрифта русского алфавита. Рисунок букв каждого шрифта содержит характерные, только ему присущие элементы, изменение которых по начертанию, толщине, ширине, высоте приводит к изменению шрифта. В наливных (с утолщением) шрифтах имеютс я утолщенные — основные элементы и тонкие — дополнительные. Концы основных и дополнительных элементов ограничивают горизонтальные штрихи — подсечки, характер соединения которых с другими элементами показан в табл. «Элементы букв». Такие элементы букв, как закругления, каплеобразные и угловые элементы, стрелки. Характеристика элементов букв шрифтов». Жирность шрифта — отношение толщины основного элемента к внутрибуквеиному просвету. Начертание шрифта: а) курсивное — все заглавные и строчные буквы (за исключ ением немногих) различаются по рисунку; б) печатное — большинство заглавных и строчных букв имеет одинаковый рисунок, исключение составляют буквы: Аа, Бб, Ее, Рр, Уу, Фф. 2 .3 Характеристика элементов букв шрифтов Наклон шрифта: а) прямой шрифт — оси букв перпендикулярны к строке; б) наклонный шрифт — оси букв имеют наклон вправо или влево. Любой шрифт может быть прямым, наклонным вправо или наклонным влево. Большинство шрифтов курсивного начертания имеет наклон вправо. Шрифты печатного рисунка обычно прямы е. В основу классификации картографических шрифтов положены два признака: контраст шрифта, наличие подсечки и характер ее соединения с другими элементами знаков. По этим признакам все картографические шрифты подразделяются на 6 групп. Группы делятся на гар нитуры, которые объединяют шрифты с одинаковым рисунком знаков, но различающиеся по следующим показателям:  по жирности шрифта: жирные, полужирные, светлые, прозрачные;  по ширине: широкие, расширенные, нормальные, суженные, узкие;  по начертанию: курсивные, печатные;  по наклону: вправо, влево, прямо (для разных гарнитур угол наклона неодинаковый). 2 .4 Классификация картографических шрифтов Наклон, жирность и ширина не являются главными признаками, которые влияют на рисунок шрифта и отличают его от шрифта другой гарнитуры. Лекция № 2. 6 (2 часа) Тема: « Надписи на географических картах» 1. Вопросы лекции: 1.1 Надписи на картах 1.2 Картографическая топонимика 1.3 Характеристика элементов букв шрифтов 1.4 Классификация картографических шрифтов 2 .Краткое содержание вопросов 2 .1 Надписи на картах Кроме условных знаков на картах присутствуют различные надписи. Они составляют важный элемент содержания, поясняют изображенные объекты, указывают их качественные и количественные характеристики, служат для получения справочных сведений. Надписи обогащают карту, но могут одновременно ухудшить ее читаемость. Поэтому установление оптимального количес тва надписей и правильное их размещение составляют важную задачу при создании любого картографического произведения. Выделяют три группы надписей, к оторые включают:  качественные характеристики («ель», «сосна», «горькое», «соленое», «каменный»);  количественные характеристики (указание ширины шоссе, абсолютные и относительные высоты и глубины, скорость течения реки и др.);  хронологические надписи (даты событий, географических открытий, наступления каких - либо явлений, например, начала ледостава на р еках);  пояснения к знакам движения («Путь Магеллана», «Дрейф ледокола "Седов"»);  оцифровка меридианов и параллелей и пояснения к линиям картографической сетки («Северный полярный круг», «К востоку от Гринвича»). 2 .2 Картографическая топонимика Топонимы – это собственные имена (названия) географических объектов. Картографическая топонимика – раздел картографии на стыке с топонимикой, в котором изучаются географические наименования объектов, показываемых на картах. В задачи раздела входят также первичный сб ор географических названий на местности, их анализ, систематизация и стандартизация, разработка нормативов и правил их написания на картах. Существует несколько форм передачи на картах иноязычных названий. Местная официальная форма – написание географическ ого наименования на государственном языке страны, где расположен данный объект. Примерами могут служить Sverige (Швеция «Сверье») или България (Болгария). Фонетическая форма воспроизводит звучание (произношение) наименования, передаваемое буквами алфавита другого языка. Например, английское AtlanticHighlands в русской транскрипции выглядит как Атлантик - Хайлендс, а венгерское Miskolc как Мишкольц. Эту форму часто называют условно - фонетической, поскольку звуки иностранного языка не всегда можно точно передать буквами другого алфавита (китайские, вьетнамские, арабские слова). В некоторых случаях к фонетической форме добавляют русский термин, хотя он и входит в сам топоним, например хребет Копетдаг, фьорд Согне - фьорд, озеро Солт - Лейк и город Солт - Лейк - Сити. Тран слитерация – побуквенный переход от одного алфавита к другому без учета действительного произношения наименования. К этой форме прибегают нечасто, например в тех случаях, когда истинное звучание топонима неизвестно. Такие ситуации возникают, в частности, п ри передаче эскимосских названий в Гренландии по их написанию на датских картах или аборигенных названий в Австралии по английским картам. Традиционная форма – написание иностранного географического наименования в форме, отличающейся от оригинала, но давно укоренившейся в разговорном и литературном языке данной страны. Русская топонимика изобилует такого рода примерами, на картах традиционно пишется Финляндия, а не Суоми, Греция, а не Эллас, Грузия, а не Сакартвело, Шпицберген, а не Свальбар. Переводная фор ма – передача названия с одного языка на другой по смыслу: мыс Доброй Надежды (по - английски – CapeofGoodHope), Скалистые горы (по - английски – RockyMountains), Огненная Земля (по - испански – TierradelFuego), Часто переводится лишь часть названия: Новый, Стар ый, Северный, Южный, Большой, Малый, Русский, Татарский – по смыслу они являются прилагательными. Примеры: Новый Южный Уэльс, Северная Каролина, Большой Хинган, Малые Антильские острова, и т.п. 2 .3 Нормализация географических наименований Во всем мире ос обое внимание обращается на нормализацию наименований, т.е. выбор наиболее распространенных названий и определение их написания на том языке, на котором они употребляются. В нашей стране нормализация проводится в соответствии с правилами и традициями русск ого языка и других языков народов России. В словарях, справочниках и каталогах, на картах и в атласах должны публиковаться только нормализованные наименования географических объектов. В России существует закон, определяющий порядок регистрации, учета и сохранения наименований. Наименование, присваиваемое географическому объекту, должно отражать его характерные признаки, особенности жизни и деятельности населения на данной территории и к тому же вписываться в существующую систему топонимов. Во многих стра нах создаются государственные каталоги географических названий – систематизированные, нормализованные и постоянно обновляемые фонды названий. Их назначение состоит в том, чтобы упорядочить и закрепить эти названия, контролировать их изменения. В каталогах и справочных информационных топонимических системах обычно фиксируются следующие данные: вид (род) географического объекта; название (и варианты названий); географические координаты; административная принадлежность и географическая привязка; источник, отку да взято название; переименования объекта; дополнительные сведения. Массивы названий группируют по административным единицам, а внутри них – по алфавиту. В России ведение каталога географических названий поручено государственной картографо - геодезической службе. В ЦНИИГАиК постоянно поддерживаются два каталога: на территори ю России (около 400 тыс. названий всего в России ок. 2,5 - 3 млн.) и на зарубежные страны (более 1,2 млн. названий)… Лекция № 2. 7 (4 часа) Тема: « Картографическая генерализация» 1. Вопросы лекции: 1.1 Сущность генерализации 1.2 Факторы генерализации 1.3 Виды генерализ ации 1.4 Геометрическая точность и содержательное подобие 1.5 Географические принципы генерализации 1.6 Генерализация объектов разной локализации 2 .Краткое содержание вопросов 2 .1Сущность генерализации Картографическая генерализация — это отбор и обобщение изображаемых на карте объектов, выделение их основных типичных черт и характерных особенностей. Генерализованность — важнейшее свойство всякой карты. Даже на самой крупномасштабной карте изображение ген ерализовано, поскольку невозможно показывать объекты со всеми подробностями. Генерализация определяется несколькими факторами: а) масштабом карты б) назначением карты в) тематикой карт г) особенностями картографируемой территории. 2 .2 Факторы генерали зации Факторами генерализации являются масштаб карты, ее назначение, тематика и тип, особенности и изученность картографируемого объекта, способы графического оформления карты. Факторы определяют подходы к генерализации, ее условия и характер. Назначение карты. На карте показывают лишь те объекты, которые соответствуют ее назначению. Изображения других объектов, не отвечающих назначению карты, только мешает ее восприятию, затрудняет работу с картой. Влияние масштаба проявляется в том, что при переходе от более крупного изображения к более мелкому сокращается площадь карты. Показать в мелком масштабе все детали и подробности невозможно, и поэтому неизбежны их отбор, обобщение, исключение. Одновременно с уменьшением масштаба увеличивается пространственный ох ват, что также сказывается на генерализации. Объекты, важные для крупномасштабных карт (например, местные ориентиры), теряют свое значение на картах мелкого масштаба и, следовательно, подлежат исключению. Тематика и тип карты определяют, какие элементы сле дует показывать на карте с большей подробностью, а какие можно более или менее существенно обобщить или даже совсем снять. Карты разного типа также имеют разную генерализацию. Наиболее подробны аналитические карты инвентаризационного типа, а наиболее обобщ ены и генерализованы синтетические (например, карты районирования), и в особенности карты - выводы, карты - умозаключения. Они по самой сути своей не предполагают особой детальности. Особенности картографируемого объекта (или территории). Влияние этого фактора сказывается в необходимости передать на карте своеобразие, примечательные характерные элементы объектов или территорий. 2.3 Виды генерализации Сложные процессы абстрагирования, связанные с картографической генерализацией, реализуется в разных видах и ф ормах. Они касаются обобщения пространственных (геометрических) и содержательных характеристик, качественных и количественных показателей отбора и даже исключения изображаемых объектов. Иногда генерализацию рассматривают как процесс абстрагирования простра нства и содержания. Обычно все проявления генерализации на карте совместно, в тесной компании, однако методически целесообразно рассмотреть их в отдельности. Обобщение качественных характеристик происходит за счет сокращения различий объектов, что всегда с вязано с обобщением и укрупнением классификационных признаков, с переходом от простых понятий к сложным. Обобщение количественных характеристик проявляется в укрупнении шкал, переходе от непрерывных шкал к более обобщенным ступенчатым, от равномерных – к неравномерным. Примерами могут служить увеличение высоты сечения рельефа при гене реализации топографических карт. Отбор (исключение) объектов означает ограничение содержания карты только объектами, необходимыми с точки зрения ее назначения, масштаба и тем атики, и снятия других, менее значимых объектов. Отбор всегда непосредственно связан с обобщением качественных и количественных характеристик. Он ведется в соответствии с укрупненными подразделениями легенды. При отборе пользуются двумя количественными пок азателями цензами и нормами. Объединение контуров (выделов) – еще одно проявление геометрической стороны генерализации, связанное с группировкой, слиянием контуров. Выделы на карте объединяются, во - первых, в результате обобщения качественных и количествен ных подразделений в легенде, а во - вторых, вследствие слияния (соединения) нескольких мелких контуров в один крупный. Так, небольшие ареал месторождений какого - либо полезного ископаемого могут быть объединены в один ареал, мелкие участки леса – присоединены к крупному контуру и т.п. Смещение элементов изображения связано обычно с обобщением очертаний и объединением контуров, при которых неизбежны небольшие сдвиги некоторых объектов относительно их истинного положения. Например, спрямление береговой линии и и сключение мелких заливчиков приводит к тому, что некоторые прибрежные поселки оказываются как бы отодвинутыми от берега, тогда необходимо их сместить и «придвинуть» к морю. Утрирование, или показ объектов с преувеличением, означает, что на генерализованной карте оставляют некоторые особо важные со смысловой (содержательной) точки зрения объекты, которые из - за малых размеров или условиям цензового отбора следовало бы исключить, и при этом даже несколько преувеличивают (утрируют) их. Примерами могут служить н ебольшие, но характерные излучины рек, мелкие озера в засушливых степях. 2.3 Геометрическая точность и содержательное подобие Геометрическая точность карты – это степень соответствия положения объектов на карте их действительному положению на местности. Нар ушение геометрической точности ведет к смешению объектов, и координаты их будут получены по карте с ошибкой. Содержательное подобие (соответствие) означает, что на карте географически правильно переданы взаимные соотношения объектов, их характерные особенн ости и соподчиненность. В целом можно сказать, что при генерализации геометрическая точность всегда нарушается ради сохранения содержательного подобия, иными словами, содержательное подобие имеет приоритетное значение. При этом следует помнить, что мелкома сштабные географические карты носят обзорный характер и не предназначены для точных измерений или снятия точных координат. 2.4 Географические принципы генерализации С географических позиций генерализация рассматривается как процесс выделения на картах геосистем все более крупного ранга, их главных компонентов и взаимосвязей. Среди многообразия условий генерализации наиболее существенны следующие: - научно обоснованное обобщение легенды; - отображение генетических и морфологических особенностей объектов и явлений; - учет внутренних и внешних взаимосвязей изображаемых объектов, их иерархической соподчиненности; - оптимальный подбор знаков и изобразительных средств. Самый ответственный этап, с которого начинается процесс генерализации всякой темати ческой карты, - генерализация легенды. Это подразумевает упрощение легенды, обобщение таксономических категорий, исключение некоторых групп объектов, сокращение количественных подразделений и шкал. 2.5 Генерализация объектов разной локализации Объекты, локализованные в пунктах, изображают с помощью значков, поэтому их генерализация связана, прежде всего, с отбором объектов согласно установленным цензам и нормам, с обобщением качественных характеристик объектов и укреплением градаций шкал значков. При это м происходит переход от видовых объектов к родовым (например, значки отдельных нефтяных скважин заменяются общим значком месторождения, а далее - значком ареала нефтяного бассейна). Объекты, локализованные на линиях, всегда передаются линейными знаками. Дл я них наиболее существенны геометрические аспекты генерализации, упрощение и спрямление очертаний, а также цензовый отбор линейных элементов. В ряде случаев обобщают качественные различия линейных объектов (вместо дорог разного класса вводят единый знак до рог и т.п.). При генерализации векторов и полос движения неизбежны отбор только главных направлений и обобщение количественных характеристик. Лекция № 2. 8 (4 часа) Тема: « Виды картографирования» 1. Вопросы лекции: 1.1 Виды карт 1.2 Принципы классификации 1.3 Картографические материалы, используемые в землеустройстве и кадастре 1.4 Другие картографические произведения 2 .Краткое содержание вопросов 2 .1 Виды карт Виды картографирования можно подразделять: - по объекту — астрономическое, планетное и земное, а внутри земного — картографирование суши и океанов; - по методу — наземное, аэрокосмическое и подводное; - по масштабу — крупно - , средне - и мелкомасштабное; - по уровню обобщения — аналитическое, комплексное и синтетическое; - по степени автоматизации — руч ное, автоматизированное (интерактивное) и автоматическое; Понятие карты. Картой называется уменьшенное, подобное изображение поверхности Земли и других планет, обоснованное на математических законах изображения на плоскости с учетом кривизны поверхности и принятых условных знаков. 2 .2 Принципы классификации Классификация карт може т осуществляться: - по территориальным признакам; - по масштабам; - по видам; - по специализации; - по назначению. По территориальным признакам: - карты Солнечной системы; - карты Земли; - карты государств; - карты материков и океанов; - карты областей; - карты городов и населенных пунктов; - карты районирования городов и населенных пунктов. По видам карты бывают: - общегеографические; - тематические. По специализации карты бывают: - инвентаризационные, показывающие фактическое положение и размеры объектов; - оценочные, характеризующие возможность использования природных ресурсов для соответствующих видов хозяйственной деятельности; - рекомендационные, характеризующие возможность оптимального использования и улучшения природных ресурсов на данной территории; - прогнозные, дающие информацию на определенный период. По назначению карты бывают: - научно - прикладные; - учебные; - ориентировочные (туристические, спортивные, навигационные); - пропагандистские. 2 .3 Картографические материалы, используемые в землеустройстве и кадастре Топографические и картографические материалы имеют важное значение в землеустройстве и земельном кадастре, так как без графического изображения местности невозможно решать землеустроительные и кадастровые задачи. В состав таких материалов входят чертежи, схемы, планы и карты, подающие в графическом виде границы земельных участков, привязанных к топографической основе. Систематизация кадастровых карт может осуществляться: - по типу и виду кадастра (земельный, лесной, городской и др.); - по кадастровым аспектам (в рамках каждого кадастра карты можно группировать в разных аспектах: правовые, природные, экономические, социальные, экологические, оценочные и др.); - по задачам, функциям и территориальным требованиям (решения конкретных задач с использованием карт могут быть межевые, зонирования территорий, регистрационные, учетные, качественной оценки, плановые, прогнозные, нормативные, контрольные и др.); - по способу создания и использования кадастровой информации. 2 .4 Другие картогр афические произведения Карта является одним из разновидностей геоизображений, представляющая пространственно - временную масштабную генерализованную модель земных или планетных объектов, а также различных процессов, представленных в графической форме. План – это уменьшенное подобное изображение малых участков земной поверхности на плоскости, когда его масштаб во всех направлениях одинаков (топографический план, морской план гавани, акватории, кадастровый план, план города). Атлас – систематизированное собран ие карт в виде книги или набора листов, объединенных единой идеей, определенным выбором проекций, масштабов, единым подходом картографической генерализации, используемых условных знаков и дизайна. Глобус – модель Земли или любой планеты, небесной сферы, с нанесенным на ее поверхность картографическим изображением. Он имеет масштаб, систему меридианов и параллелей, сохраняет форму всех фигур земной поверхности и размеры углов. По тематике глобусы бывают общегеографическими, геологическими, политическими, а п о назначению – учебными и навигационными. Развитие компьютерных технологий позволяет размещать в Интернете большие массивы пространственной информации, в том числе электронных карт и космических снимков. Лекция № 2. 9 (2 часа) Тема: « Компьютерная картография» 1. Вопросы лекции: 1.1 Компьютерная картография в системе наук и технологий 1.2 Теоретические основы компьютерной картографии 2 .Краткое содержание вопросов 2 .1 Компьютерная картография в системе наук и технологий Современная картография широко ис пользует результаты развития информатики, кибернетики, вычислительных устройств и совершенствуется вместе с ними. Компьютерная картография — это раздел автоматизированной картографии, рассматривающий способы создания картографических произведений с использ ованием компьютерных технологий для целей их полиграфического воспроизведения. Представляет собой техническое направление развития современной картографии. Помимо технической стороны компьютерная картография рассматривает также теорию и методы картографиче ского отображения объектов и явлений природы и общества, то есть построения языка карты, систем картографических знаков; художественное проектирование карт (картографический дизайн), их красочное оформление применительно к новым информационным технологиям, основываясь на разработках оформления карт и картографической семиотики. «Картография и геоинформатика взаимодействуют по многим направлениям. Единство двух отраслей науки и техники определяется следующими факторами: • общегеографические и тематические карты – главный источник пространственной информации о природе, хозяйстве, социальной сфере, экологической обстановке; • системы координат и разграфка, принятые в картографии, служат основой для географической локализации всех данных в ГИС; • карты – основ ное средство интерпретации и организации данных дистанционного зондирования и любой другой информации, поступающей, обрабатываемой и хранимой в ГИС; • геоинформационные технологии, используемые для изучения пространственно - временной структуры, связей и дин амики геосистем, в основном опираются на методы картографического анализа и математико - картографического моделирования; • картографические изображения – самая целесообразная форма представления геоинформации потребителям, а составление карт – одна из основных функций ГИС» 2 .2Теоретические основы компьютерной картографии Растровое изображение представляет собой набор пикселей или пикселов (pictureelement – элемент рисунка). Это самый минимальный и основн ой элемент изображения, формируемого на экране монитора или при печати Более высоким качеством и иным принципом формирования обладает векторная графика, иногда называемая объектно - ориентированной. Это метод построения изображений, в котором используются ма тематические описания для определения положения, длины и направления выводимых линий. При этом объекты формируются из набора векторов (линий), которые можно изменять произвольным образом в процессе рисования, то есть редактировать. Формализация картографич еского изображения. Автоматизированная обработка данных требует их формализации, т. е. описания объектов (или знаков) с помощью формального языка, все значения которого четко определены и не допускают каких - либо двусмысленностей. Цветовые модели. В компьют ерной картографии, так же как и в компьютерной графике, при создании, редактировании и выводе изображений одной из самых важных задач является работа с цветом. Лекция № 2. 10 (4 часа) Тема: « Техническое обеспечение создания карт» 1. Вопросы лекции: 1.1 Компьютерная картография в системе наук и технологий 1.2 Техническое обеспечение процессов создания карт 1.3 Специализированные картографические программы 1.4 Основные этапы и способы компьютерного создания карт 2 .Краткое содержание вопросов 2 .1 Краткая история развития вычислительной техники Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Многие тысячи лет назад для счета использовались камешки, счетные палочки и др. Более 1500 лет назад для облегчения вычислений стали использоваться счеты. 1960 год - Выпущены первые микросхемы (чипы – интегральные схемы в отдельном корпусе) – интегральные схемы на кремниевых кристаллах. Появление чипа ознаменовало рождение третьего поколения компьютеров. Современное состояние 2 .2 Техническое обеспечение процессов создания карт Устройства ввода информации в компьютер. Ввод информации в компьютер осуществляется устройствами ввода данных [20, 21, 26]. Устройство ввода – это физическое устройство для обеспечения ЭВМ (в общем случае и РС, в частности) как обрабатываемыми данными, так и командами, указывающими способ обработки. Устройства обработки информации. После ввода информации в компьютер начинается ее обработка, которая заключается в выполнении определенных действий по преобразов анию данных, введенных в компьютер. При этом преобразование осуществляется в соответствии с требованиями потребителя. Обработка может заключаться в создании текста, графического изображения, в том числе и картографического, моделировании какого - либо проце сса и т. д. Программы векторной и растровой графики. Для построения изображения на экране компьютера в интерактивном режиме с целью его дальнейшего тиражирования используются векторные графические программы (программы графического дизайна). Основными из ни х являются: AdobeIllustrator, CorelDra, MacromediaFreeHand 2 .3 Специализированные картографические программы Графический пакет канадской фирмы является одним из наиболее популярных векторных графических редакторов для платформы IBM PC в среде MS Windo s. Данный пакет содержит набор программ , выполняющих различные функции. 2 .4 Основные этапы и способы компьютерного создания карт Основу автоматизированного производства картографической продукции, а также геоинформационных систем составляют автоматизирова нные картографические системы (АКС), представляющие комплекс технических, программных и информационных средств, предназначенный для создания, обновления и использования карт [12, 16, 33]. Действующие и разрабатываемые АКС различаются по своей структуре, св ойствам, целевому назначению, мощности, ведомственной принадлежности, но все они имеют в своем составе ряд подсистем, важнейшими из которых являются подсистемы ввода, обработки и вывода информации. Информационным ядром АКС является банк цифровых картографи ческих данных, состоящий из упорядоченных тематических массивов цифровой информации (баз данных) и средств их формирования, управления, доступа к ним, т. е. систем управления базами данных (СУБД). В соответствии со своим назначением АКС решают три основные задачи, являющиеся последовательными этапами компьютерного создания карты: ввод информации, обработка и вывод изображения Лекция № 2. 11 (4 часа) Тема: « Топографические карты и планы» 1. Вопросы лекции: 1.1 Понятие о карте.Общие сведения 1.2 Масштабы топографических планов и карт 1.3 Условные знаки планов и карт 1.4 Номенклатура топографических карт 2 .Краткое содержание вопросов 2.1 Понятие о карте.Общие сведения Топографическая карта – это уменьшенное и точное изображение земной по верхности на плоскости на математической основе. Планом называется уменьшенное и подобное изображение на горизонтальной плоскости проекции небольшого участка земной поверхности, в пределах которого кривизной Земли можно пренебречь. Топографические карты являются основным источником информации о местности. По ним изучают местность и ориентируются, выполняют необходимые измерения и расчеты. Проекция Гаусса - Крюгера - геодезическая проекция , условно разделенная на всю поверхность Земли 60 зонами меридианами, проведенными через 6°, где форма зоны – сферический двуугольник. 2 .2 Масштабы топографических планов и карт  Классификация карт.  топо графические планы — до 1:5 000 включительно;  крупномасштабные топографические карты — от 1:10 000 до 1:200 000 включительно;  среднемасштабные топографические карты — от 1:200 000 (не включая) до 1:1 000 000 включительно;  мелкомасштабные топографические карты — менее (меньше) 1:1 000 000. Проекция топографической карты масштаба 1: 1 000 000 — видоизмененная поликоническая проекция, принятая в качестве международной проекции для карт масштаба 1: 1000 000. Ее основные характеристики: проектирование земной п оверхности, охватываемой листом карты, производится на отдельную плоскость; параллели изображаются дугами окружностей, а меридианы — прямыми линиями; наибольшее искажение длин в пределах листа достигает 0,14%, искажение углов — до 7, искажения площадей — до 0, 08%. При сложении четырех листов карты масштаба 1 : 1000 000, расположенных в пределах широт 40 — 60°, возникает угловой разрыв порядка 20 — 40' и линейный разрыв — 2 — 6 мм. (несходимость листов возрастает к полюсам). В один блок склеивается без заметных разрыв ов не более 9 листов. 2.3 Условные знаки планов и карт Условные знаки топографических карт — система графических, буквенных и цифровых обозначений, с помощью которых показывается на карте местоположение объектов местности, и передаются их качественные и количественные характеристики. Условные знаки, изображающие одни и те же объекты, на картах масштаба 1: 25000 — 1: 200000 по своему начертанию почти одинаковые и отличаются только размерами. Условные знаки подразделяются на масштабные, внемасштабные и поясни тельные. Масштабные (контурные) условные знаки состоят из контура (внешнего очертания объекта); изображаемого сплошной линией или пунктиром, внутри которого значками, цветом или штриховкой обозначается характер объекта. Линейные условные знаки (разновиднос ть масштабных условных знаков) применяются при изображении объектов линейного характера — дорог, линий электропередачи, границ и т. п. Местоположение и плановое очертание оси линейного объекта изображаются на карте точно, но их ширина значительно преувелич ивается. Например, условный знак шоссе на картах масштаба 1: 100000 преувеличивает ее ширину в 8 — 10 раз. В немасштабные условные знаки используются при изображении объектов, плановое очертание которых не может быть передано в масштабе карты. Местоположение таких объектов определяется главной точкой условного знака. Главными точками могут быть: геометрический центр фигуры, середина основания знака, вершина прямого угла или геометрический центр нижней фигуры. Пояснительные условные знаки применяются для допол нительной характеристики объектов местности, например, стрелка на реке обозначает направление течения и т. п. 2 .4 Номенклатура топографических карт Разграфка карт — система деления карт на отдельные листы. Номенклатура карт — система нумерации и обозначе ния отдельных листов. Каждый лист ограничен рамкой. Сторонами рамок листов топографических карт служат параллели и меридианы. Номенклатура карты масштаба 1 :1000 000 . Вся поверхность Земли делится параллелями на ряды (через 4°), а меридианами — на колонны (через 6°); стороны образовавшихся трапеций служат границами листов карты масштаба 1 : 1000 000. Ряды обозначаются заглавными латинскими буквами от А до V, начиная от экватора к обоим полюсам, а колонны — арабскими цифрами, начиная от меридиана 180° с запа да на восток. Номенклатура листа карты состоит из буквы ряда и номера колонны. Лекция № 2. 12 (4 часа) Тема: « Основы топографических сьемок» 1. Вопросы лекции: 1.1 Понятие о топографической сьемке. 1.2 Виды топографических съѐмок местности 1.3 Задачи, решаемые по топографическим картам и планам 2 .Краткое содержание вопросов 2 .1 Понятие о топографической сьемке. Топографической съемкой называется комплекс геодезических работ, результатом которых является топографическая карта или план местности. Топографические съемки выполняют аэрофототопографическим и наземным методами. Наземные методы делятся на тахеометрическу ю, теодолитную, фототеодолитную и мензульную съемки. Выбор метода съемки определяется технической возможностью и экономической целесообразностью при этом учитываются следущие основные факторы: - размер территории, сложность рельефа, степень застроености и т.д. При съемке больших территорий наиболее эффективно приментя аэрофототопографическую съемку, на небольших участка местности, как правило используют тахеометрическую и теодолитную съемку. Мензульная съемка в настоящее время используется достаточно редко, как технологически устаревший вид съемки. Наиболее распространенный вид наземной топографической съемки - тахеометрическая съемка. Преимущественно выполняется с помощью электронного тахеометра, также возможно выполнять съемку с помощью теодолита. При тах еометрической съемке в поле выполняются все необходимые измерения, которые заносятся в память прибора либо в журнал, а план составляется в камеральных условиях. 2 .2 Виды топографических съѐмок местности Под съѐмкой понимают совокупность работ, выполняемых с целью создания планов и карт. Съѐмки подразделяют на наземные, включающие геометрические измерения непосредственно на поверхности Земли, и аэрокосмические (дистанционные), проводимые путѐм регистрации электромагнитного излучения земной поверхности, обработку полученных материалов и графические построения. 1. Наземными методами создаются планы и карты небольших участков местности и при решении инженерных задач: строительство крупных сооружений, каналов и т.п. 2. При дистанционных съѐмках съѐмочные системы удалены от земной поверхности на значительное расстояние. Приѐмниками информации служат фотографические и телевизионные камеры, установленные на летательных аппаратах. Съѐмка, производимая с самолѐта, называется аэросъѐмкой. Съѐмка аппаратурой, находящейся за пределами земной атмосферы (на искусственном спутнике Земли, космическом корабле), называется космической съѐмкой. Материалы космической съѐмки используют в целях изучения природных ресурсов Земли , для создания карт малоизученных и труднодоступных районов 2 .3 Задачи, решаемые по топографическим картам и планам При разработке проектно - технической документации инженерустроителю приходится решать ряд различных задач, используя топографические карты и планы. Определение географических координат Географические координаты: широта и долгота - угловые величины. Широтой называется угол, образованный отвесной линией и плоскостью экватора. Широта отсчитывается к северу и югу от экватора и соответственно называется северной и южной широтой. Долгота - это двугранный угол, образованный плоскостью начального меридиана, проходящего через Гринвичский (начальный) меридиан, и плоскостью меридиана данной точки. Долгота отсчитывается на восток или запад от начальн ого меридиана и соответственно называется восточной и западной долготой. Определение прямоугольных координат Топографические карты России составлены в равноугольной картографической проекции Гаусса - Крюгера. Эта проекция служит основой для создания зонально й общегосударственной системы плоских прямоугольных координат. Для уменьшения искажений эллипсоид проецируют на плоскость по частям (зонам), ограниченным меридианами, отстоящим друг от друга на 3° или 6°. Средний меридиан каждой зоны называют осевым. Счет зон ведут от Гринвичского меридиана на восток. Измерение истинного азимута и дирекционного угла линии, вычисление магнитного азимута и румба. Истинный азимут – это угол, измеряемый от северного конца истинного меридиана по ходу часовой стрелки до заданного направления линии. Определение горизонтальных проложений линий. Построение профиля местности по заданному направлению. Профиль – это изображение на плоскости в уменьшенном виде вертикального разреза местности по заданному направлению. При построении про филя линии горизонтальный масштаб профиля принимают равным масштабу карты или плана, вертикальный - в 10 раз круп нее или выбирают произвольно. Лекция № 2. 13 (4 часа) Тема: « Фототопографические сьемки» 1. Вопросы лекции: 1. 1 Виды фотограмметрических съемок 1.2 Аэрофотосъемка 1.3 Аэрофотоснимок и карта. Их отличие и сходство 2 .Краткое содержание вопросов 2. 1 Виды фотограмметрических съемок Фотограмметрия (от греч. слов photos – свет, gramma – запись, metreo – измерение) – это наука определения количественных и качественных характеристик по снимкам. Различают следующие виды фотограмметрических съемок: 1. Наземная фотосъемка; 2. Аэрофотосъемка; 3. Космическая фотосъемка. Наземная фотосъемка применяется в основ ном при создании карт горных районов, карьеров. При этом применяются специальные приборы – фототеодолиты, которые устанавливаются на штативе и поэтому их называют фототеодолиты. Аэрофотосъемку широко применяют для создания топографических карт и планов раз личных масштабов (1 : 500 – 1 : 100 000). Аэрофотосъемка позволяет намного повысить производительность труда и экономическую эффективность топографо - геодезического производства и инженерно – геодезических изысканий. 2 .2 Аэрофотосъемка Аэрофотосъемка – комплекс летно - съемочных работ, фотографических и фотограмметрических работ, в результате которых получают аэронегативы и аэрофотоснимки местности. При аэрофотосъемке используются различные летательные аппараты: самолеты, вертолеты, дельта планы и т. п. В зависимости от положения оптической оси аэрофотоаппарата в пространстве различают плановое и перспективное фотографирование. Плановым называется такое фотографирование, при котором оптическая ось аэрофотоаппарата отклоняется от отвесной лин ии не более, чем на 3°. Если это отклонение превышает 3°, то такая аэрофотосъемка называется перспективной или наклонной. При топографической аэрофотосъемке основным видом фотографирования является плановое. Аэрофотосъемка подразделяется на одиночную, марш рутную и площадную. Одиночной называется аэрофотосъемка при которой получают один или несколько снимков. Маршрутной называется аэрофотосъемка полосы местности с одного захода самолета. При этом аэрофотоснимки взаимно перекрывают друг друга в направлении по лета. Площадной называется аэрофотосъемка значительной площади земной поверхности путем проложения нескольких прямолинейных и взаимно параллельных маршрутов. При этом аэрофотоснимки соседних маршрутов перекрываются. Перекрытие аэрофотоснимков в направлении маршрута съемки называется продольным и обозначается буквой p. Перекрытие аэрофотоснимков смежных маршрутов называется поперечным и обозначается буквой q. Величины перекрытий выражаются в процентах относительно размера соответствующей стороны аэрофотосним ка. Продольное и поперечное перекрытия необходимы для связи аэрофотоснимков в общую систему при их фотограмметрической обработке. 2 .3 Аэрофотоснимок и карта. Их отличие и сходство Аэрофотоснимок теоретически и практически резко отличается от карты, например, по внешнему виду. Вместе с тем карта и аэрофотоснимок имеют много общего, так как оба эти документа являются изображением местности. Это изображение как на карте, так и на аэрофотоснимке получено в определенном масштабе, которому свойственны разм еры изображений тех или иных топографических объектов. Существенное отличие аэрофотоснимка от топографической карты вытекает из геометрической сущности их получения. Топографическая карта – ортогональная проекция местности, т.е. такая проекция, в которой и зображение объектов местности на плоскости получают с помощью проектирующих лучей, перпендикулярных к плоскости проецирования. Ортогональная проекция характеризуется двумя основными свойствами: расстояния на карте пропорциональны горизонтальным проложением соответствующих расстояний на местности; углы с вершинами в любой точке карты равны соответствующим горизонтальным углам на местности. В отличие от карты на аэрофотоснимках изображение объектов местности строится проектирующими лучами, пересекающимися в о бъективе аэрофотоаппарата. Проекция, в которой изображение предметов на плоскости получается с помощью проектирующих лучей, пересекающихся в одной точке, называется центральнойа точка пересечения этих лучей – центром проекции. Следовательно, изображение аэ рофотоснимка – центральная проекция местности. Лекция № 2. 14 (4 часа) Тема: « Введение в географические информационные системы. Классификация ГИС» 1. Вопросы лекции: 1.1 Определение информационных систем. Подсистемы ГИС 1.2 Классификация геоинформационных систем 2 .Краткое содержание вопросов 2 .1 Определение информационных систем. Подсистемы ГИС Подсистема сбора данных, которая собирает и проводит предварительную обработку данных из различных источников. Эта подсистема также в основном отвечает за преобразования различных типов пространственных данных (например, от изолиний топографической карты к модели рельефа ГИС). Подсистема хранения и выборки данных, организующая пространственные данные с целью их выборки, обновления редактирования. Подсистема манипуляции данными и анализа, которая, выполнив различные задачи на основе этих данных, группирует и разделяет их; устанавливает параметры и ограничения и выполняет моделирующие функции. Подсистема вывода, которая отображает всю базу данных и ли часть ее в табличной, диаграммной или картографической форме. 2 .2 Классификация геоинформационных систем ГИС разрабатывают и применяют для решения научных и прикладных задач проектирования инфраструктуры территорий, городского и регионального планирования, рационального использования природных ресурсов, мониторинга экологических ситуаций, а также для принятия оперативных мер в условиях чрезвычайных ситуаций и др. Множество задач, возникающих в жизни, привело к созданию различных ГИС, которые мо гут классифицироваться по следующим признакам. По функциональным возможностям ГИС подразделяются: – на полнофункциональные общего назначения; – специализированные ГИС, ориентированные на решение конкретной задачи в какой либо предметной области; – информац ионно - справочные системы для домашнего и информационно - справочного пользования. Функциональность ГИС определяется также архитектурным принципом их построения: – закрытые системы не имеют возможностей расширения, они способны выполнять только тот набор функ ций, который однозначно определен на момент покупки; – открытые системы отличаются легкостью приспособления, возможностями расширения, так как могут быть достроены самим пользователем при помощи специального аппарата (встроенных языков программирования). П о пространственному (территориальному) признаку ГИС подразделяются: – на глобальные (планетарные);; – общенациональные; – региональные; – локальные (в том числе муниципальные). По проблемно - тематической ориентации: – общегеографические; – экологические и природопользовательские; – отраслевые (водных ресурсов, лесопользования, туризма, транспорта и т. д.). По способу организации географических данных: – векторные; – растровые; – векторно - растровые. Лекция № 2. 15 (4 часа) Тема: « Структура и модели данных ГИС, источники данных в ГИС и их типы» 1. Вопросы лекции: 1.1 Структура и модели ГИС 1.2 Понятие о типах источников 1.3 Виды картографических материалов 2 .Краткое содержание вопросов 2 .1 Структура и модели ГИС Любая ГИС работает с различными типами данных, описывающих изучаемые объекты: пространственными, атрибутивными, тематическими, метрическими и семантическими. Эти данные являются наиболее дорогостоящим элементом системы и занимают значительный объем памяти. Пространственный объект – это любой конкретный объект, который характеризуется местоположением в пространстве и набором атрибутивных данных. Пространственные данные – это цифровые данные о пространственных объектах, которые обеспечивают определение их пространственного положения, форму и свойства. Атрибутивные данные формируют набор качественных и количественных характеристик конкретного пространственного объекта, не определяющих его местоположение. Тематические данные – это пространственные данные, отнесенные к конкретной предметной о бласти. Метрические данные (метрика) – это информация об объекте цифровой топографической карты (плана), описывающая местоположение и параметры объекта. Семантические данные (семантика) – это информация об объекте цифровой топографической карты (плана), оп исывающая его сущность и свойства с помощью условных изображений. Кроме вышеуказанных типов данных, существует также два типа структур данных: топология и слои Среди источников данных, широко используемых в геоинформатике, наиболее часто привлекают данные следующих категорий: - картографические, - статистические - аэрокосмические материалы дистанционного зондирования. Помимо указанных материалов гораздо реже используют - данные специально проводимых полевых исследований и съемок, - литературные (текстовые) источники. 2 .2 Понятие о типах источника "Тип источника" - однородное множество исходных материалов, каждое из которых сильно различается по комплексу характеристик. К ним принадлежит, например, такой важный признак - в какой цифровой или нецифровой (аналоговой) форме получается, хранится и используется тот или иной тип данных, от чего зависят легкость, стоимость и точность ввода этих данных в цифровую среду ГИС. Использование географических карт как источников исходных данных для формирования тематич еских структур баз данных удобно и эффективно по ряду причин. 1) сведения, считанные с карт, имеют четкую территориальную привязку 2) в них нет пропусков, "белых пятен" в пределах изображаемой территории 3) они в любой своей форме возможны для записи на ма шинные носители информации. Картографические источники отличаются большим разнообразием - кроме общегеографических и топографических карт насчитывают десятки и даже сотни типов различных тематических карт. В геоинформатике карты служат для двух целей: 1)по лучения информации об указанных объектах местности 2)их привязки. 2 .3 Виды картографических материалов Современное программное обеспечение ГИС поддерживает растровое, векторное и гибридное представление данных. Поэтому пользователь должен принять решение о выборе типа данных, который в наибольшей степени отвечает цели, поставленной перед ним. Поскольку информация в ГИС вводится в цифровой форме, то для этих целей используются специальные технологии, например, сканирование и векторизация Растровое изображе ние в компьютерной форме – это набор точек, составляющих видимую часть экрана. Причѐм для каждой точки (пикселя) имеется набор характеристик – место, размер, яркость, цвет и т.п. Соответственно – картинка тем лучше, чем более мелкие точки еѐ составляют. А чем меньше относительный размер пикселя, тем для той же картинки их нужно больше…. Вот объѐм файла и растѐт. В отличии от растрового изображения векторная картинка формируется не в виде совокупности элементарных пикселей, а в виде совокупности некоторых об ъектов – точек, кривых, многоугольников (полигонов). Для их описания используется иной способ, который, по существу, сводится к набору математических формул. Например, для отрисовки на экране некоторой линии, соединяющей углы экрана по диагонали достаточно задать координаты еѐ начала и конца, толщину и цвет. В том случае, если она отличается от прямой – добавляется и некоторая математическая формула, описывающая еѐ форму. (Впрочем, тех, кого слова "математическая формула" – мягко говоря – не вдохновляют, мо жно сразу успокоить – всю математическую обработку выполняет векторный редактор, пользователю достаточно объект просто нарисовать). Как уже отмечалось, разветвлѐнные навигационные комплексы, оснащенные большим количеством дополнительных характеристик в опи сании объектов, принято называть геоинформационными системами (ГИС). При разработке таких ГИС в качестве объектов могут использоваться и растровые элементы. Примером этого могут служить планы городов, на которых дорожные развязки при соответствующем увелич ении могут превращаться в растровые картинки, наглядно демонстрирующие способы проезда сложных перекрѐстков. Лекция № 2. 16 (4 часа) Тема: « Краткий обзор программных средств» 1. Вопросы лекции: 1.1 Зарубежные программные продукты, виды и свойства, способы применения 1.2 Отечественные программные продукты, виды и свойства, способы применения 2 .Краткое содержание вопросов 2 .1 Зарубежные программные продукты, виды и свойства, способы применения Программное обеспечение компании ESRI&ERDAS ARC/VIEW 3.2 - системы создания информационно справочных пакетов (ГИП) и компоновки выходных карт. Программа предоставляет конечному пользователю средства выбора и просмотра разнообразных геоданных, их редактирования, создания макетов карт, адресного геокодирования , распечатки картографических материалов. Имеет модульную структуру и встроенный язык создания приложений AVENUE. Дополнительные прикладные модули расширения ARC/VEW: - AV SPATIAL ANALYST – предоставляет инструменты для создания, запроса, анализа и отображе ния на карте данных по регулярной сетке, а также выполнения системного анализа с использованием объектных тем, - AV 3D ANALYST предоставляет пользователю следующие возможности: создавать реалистичные модели поверхности по разного рода исходным данным; опред елять высоту (значение) поверхности в любой ее точке; рассчитывать объемы между поверхностями работать с векторными 3D объектами для создания реалистичных моделей трехмерного вида; визуализировать данные в 3D форме. - AV NETWORK ANALYST – средство, помогающее решать общие проблемы по сетям данных, через которые происходит транспортировка. ARCGIS – полнофункциональная ГИС - система, имеет совершенные средства для создания карт, их редактирования, ввода и преобразования данных; распределенное управление данными; полная интеграция с системами управления реляционными базами данных (СУБД). ERDAS Imagine – обеспечивает работу с данными дистанционного зондирования. Является полнофункциональной геоинформационной системой с функциями создания, анализа и интерпре тации геоданных. Имеет самый полный набор функциональных возможностей среди аналогичных пакетов. Программное обеспечение IntergrachCorp. GeoMediaProfessional – универсальная ГИС - система, позволяющая напрямую (без конвертации) подключаться и работать с геои нформационными базами данных большинства форматов, эффективно интегрирует геоданные в единую информационную систему масштаба от рабочей группы до предприятия. Обладает функциями создания БД, обработки и анализа информации. Имеет модульную структуру. 2 .2 Отечественные программные продукты, виды и свойства, способы применения GEODRAW (разработка Центр Геоинформационных Исследований ИГ РАН, г.Москва) – векторный редактор. Предназначен для создания баз цифровых карт и планов, включает в себя функции, обе спечивающие построение топологической структуры цифровой карты, идентификацию объектов и связывание их с атрибутивной базой данных, трансформацию карт, функции импорта - экспорта в различные форматы, поддержку картографических проекций. EASY TRACE (разработк а EASY TRACE GROUP, г.Рязань) – пакет программ интерактивной векторизации растровых изображений, обладает функциями предварительной подготовки растрового изображения, возможностью работы с атрибутивными базами данных. ГИС ПАРК (разработка ТОО ЛАНЭКО, г.Мос ква) – интегрированная система, сочетающая функции информационно - справочной системы и расчетно - аналитической и прогнозирующей системы. Средства системы обеспечивают: - создание многоцелевых картографических баз данных - построение производных карт - анализ да нных (пространственная статистика, таксономия, исследование связей и зависимостей) - автоматизацию процессов преобразования формы представления данных, - автоматизацию процессов получения новой информации на основе комплексной интерпретации качественных и ко личественных данных методами распознавания - оптимизацию решений по количественным критериям качества - использование автоматически формируемых и экспертных моделей. Реальная действующая ГИС кроме специализированного программного обеспечения всегда используе т дополнительное программное обеспечение для организации компьютерной сети, доступа в глобальную сеть Интернет, организации дополнительной защиты информации от несанкционированного доступа. В отдельных случаях вместе с ГИС, во взаимодействии с ней, использ уется и дополнительное программное обеспечение для решения специализированных задач, например углубленного статистического анализа данных. ГИС может тесно взаимодействовать с офисными программами. Важную роль могут играть системы обработки данных дистанцио нного зондирования и различные СУБД. Лекция № 2. 17 (4 часа) Тема: «Глобальные спутниковые навигационные системы» 1. Вопросы лекции: 1.1 Глобальные спутниковые навигационные системы: элементы и принципы функционирования. 1.2 Основные сведения о глобальных навигационных системах и сферах их применения. 1.3 Элементы и принципы функционирования ГНСС. 1.4 Структура радиосигнала и факторы его искажающие. 1.5 Шкалы времени, системы координат, способы позиционирования ГНСС. 2 .Краткое содержание вопросов 2 .1 Глобальные спут никовые навигационные системы: элементы и принципы функционирования. Спутниковые методы определения пространственных координат широко используются в современной геодезии. В США развернута система GPS (GlobalPositionigSystem), в России действует система ГЛ ОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система), в Европе - спутниковая система Galileo. Все названные системы могут быть объединены термином GNSS (GlobalNavigationSatelliteSystem), т. е. глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС). GNSS - техно логии успешно применяются в тех областях, где необходима точная информация о пространственном положении объектов на Земле, их размерах и изменении геометрических параметров во времени. Подсистема космических аппаратов. Основная функция навигационных спутни ков – это формирование и излучение радиосигналов, необходимых для координатно - временного обеспечения потребителей и контроля бортовых систем спутника подсистемой контроля и управления СРНС. Позиционирование – это реализация возможных способов использован ия данной системы для определения параметров пространственного состояния объектов наблюдения. Такими параметрами могут быть координаты приемника, вектор скорости его перемещения, пространственный вектор между двумя приемниками, точное время позиционировани я. Данные параметры представляют собой так называемый вектор потребителя. Следовательно, определение местоположения объекта, его скорости, пространственного вектора между пунктами наблюдения, фиксация точного времени представляют собой частные случаи позиц ионирования. На пунктах наблюдения позиционирование выполняется при помощи приемников. Если из контекста неясно, о каких приемниках идет речь, то добавляется аббревиатура системы: GPS - приемник, ГЛОНАСС - приемник, ГЛОНАСС/GPS – приемник, GNSS - приемник или про сто спутниковый приемник 2 .2 Основные сведения о глобальных навигационных системах и сферах их применения. Основы системы ГНСС можно разбить на пять основных подпунктов: 1. Спутниковая трилатерация - основа системы определения положения. 2. Спутниковая д альнометрия – измерение расстояний до спутников. 3. Точная временная привязка – зачем нужно согласовывать часы в приѐмнике и на спутнике и для чего требуется 4 - й космический аппарат. 4. Расположение спутников – определение точного положения спутников в космосе. 5. Коррекция ошибок – учѐт ошибок вносимых задержками в тропосфере и ионосфере.В настоящее время применение ГНСС - технологий находит свое широкое применение во многих сферах жизни общества и отраслях экономики: - Вооруженные силы - Синхронизация си стем связи и энергетики - Геодезия: с помощью приемников ГЛОНАСС и ГЛОНАСС \ GPS определяют точные координаты точек и границы земельных участков - Картография: ГЛОНАСС используется в гражданской и военной картографии - Тектоника: с помощью спутников ведутся н аблюдения движений и колебаний тектонических плит - Навигация: с применением глобальных систем позиционирования осуществляется как морская, так и дорожная навигация - Спутниковый мониторинг: проект ЭРА - ГЛОНАСС — мониторинг положения, скорости автомобилей, ко нтроль за их движением - Мониторинг сложных инженерных сооружений - Мониторинг животных, защита окружающей среды - Обеспечения поиска и спасания людей 2 .3 Элементы и принципы функционирования ГНСС. Подсистема космических аппаратов. Основная функция навига ционных спутников – это формирование и излучение радиосигналов, необходимых для координатно - временного обеспечения потребителей и контроля бортовых систем спутника подсистемой контроля и управления СРНС. Как и в системах первого поколения СНС, спутник выс тупает в качестве движущегося радиомаяка с известными координатами. При разработке системы ГЛОНАСС исследования показали, что компромисс между потребительскими качествами навигационной системы и еѐ сложностью достигается при размещении спутников на круговы х траекториях высотой 19000 — 20000 км с наклонением около 64°. Влияние атмосферы здесь уже незначительно, а гравитационные возмущения со стороны Луны и Солнца еще не приводят к быстрым изменениям орбиты. Космический сегмент ГЛОНАСС включает 24 спутника, из лучающих непрерывные радионавигационные сигналы, которые вращаются по круговой геостационарной орбите на высоте ~ 19100 км. Период обращения спутника вокруг Земли равен в среднем 11 часам 45 минутам. Время эксплуатации спутника — 5 лет; за этот период пара метры орбиты спутника не должны отличаться от номинальных значений более, чем на 5% 2 .4 Структура радиосигнала и факторы его искажающие. Аппаратура для приѐма спутниковых радиосигналов (спутниковый приѐмник)состоит из следующих функциональных элементов : 1) антенны; 2) блока приѐма радиосигналов; 3) микропроцессора; 4) блока управления; 5) блока индикации с дисплеем; 6) запоминающего устройства; 7) устройства связи с внешней ЭВМ; 8) блока питания.Цифровая информация навигационного сообщения подразделяется на оперативную и неоперативную информацию. Оперативная информация относится к тому НКА, с борта которого передается данный навигационный радиосигнал. Неоперативная информация (альманах системы) относится ко всем НКА, входящим в состав подсистему космического аппарата (ПКА).Точность спутниковых определений зависит от конфигурацииспутникового созвездия в период выполнения приѐма. Влияние конфигурации спутникового созвездия на точность спутниковых определений характеризуется фактором понижения точности DOP ( dilutionofprecision ). DOP - это отношение средней квадратической погрешности определения местоположения к средней квадратической погрешности измерения расстояний до наблюдаемых спутников 2 .5 Шкалы времени, системы координат, способы позиционирования ГНСС. Все навигационные космические аппараты (НКА) системы ГЛОНАСС оснащены высокостабильными стандартами частоты, суточная нестабильность которых составляет 5∙10 - 13 для НКА «Глонасс» и 1∙10 - 13 для НКА «Глонасс - М». Точность взаимной синхронизации бортовых шкал времени НКА «Глонасс» составляет 20 нс (среднеквадратическое значение), а НКА «Глонасс - М» – 8 нс (среднеквадратическое значение). В качестве шкалы системного времени ГЛОНАСС принята условная непрерывная шк ала времени, формируемая на основе шкалы времени Центрального синхронизатора системы. Центральный синхронизатор оснащен водородными стандартами частоты, суточная нестабильность которых составляет 2×10 - 15 Точность способов существенно различна от долей сант иметра до нескольких десятков метров. Наибольшую точность обеспечивают дифференциальные и относительные способы. В их основе лежит предположение, что измерения с двух станций до спутника искажены примерно одинаково: чем станции ближе друг к другу, тем прав ильнее это утверждение. Автономное определение координат. Дифференциальный способ. Статика. Кинематика. Лекция № 2. 18 (4 часа) Тема: «Организация, проведение и обработка спутниковых измерений» 1.Вопросы лекции: 1.1 Геодезическое спутниковое оборудование и его характеристики. 1.2 Этапы проектирования и организации спутниковых измерений. 1.3Спутниковые определения при создании государственных геодезических сетей 2 .Краткое содержание вопросов 2 .1Геодезическое спутниковое оборудование и его характеристики. Аппаратура для приѐма спутниковых радиосигналов (спутниковый приѐмник)состоит из следующих функциональных элементов: 1) антенны; 2) блока приѐма радиосигналов; 3) микропроцессора; 4) блока управления; 5) блока индикации с дисплеем; 6) запоминающего устройс тва; 7) устройства связи с внешней ЭВМ; 8) блока питания. 2 .2 Этапы проектирования и организации спутниковых измерений. Для успешного выполнения спутниковых измерений необходимо проведение комплекса предварительных практических и вычислительных работ с целью определения наиболее оптимального времени проведения высокоточных ГНСС измерений для заданной местности и заданной даты. Для достижения этой цели необходимо последовательно решить ряд задач: 1. Оценить текущее состояние группировок ГНСС (ГЛОНАСС, GP S, Galileo, Beidou). 2. Определить местоположения спутников ГНСС. 3. Определить приближенные координаты мест будущих ГНСС измерений. 4. Определить схемы препятствий ГНСС измерений. 5. Для заданной даты и времени и оценить параметр «снижения точности» PDOP и на основе этого определить оптимальный интервал времени проведения ГНСС измерений. 6. Предсказать «космическую» погоду на дату планируемых измерений. 7. Изучить и использовать программное обеспечение (ПО) TrimblePlanningSoftare для планирования ГНСС изм ерений. 2 .3 Спутниковые определения при создании государственных геодезических сетей Появление спутниковых геодезических приемников потребовало существенного пересмотра традиционных подходов к проблеме реконструкции городских геодезических сетей. Выполне ние геодезических работ в городах традиционными геодезическими методами производилось согласно «Инструкции по топографической съемке в масштабах 1:5 000, 1:2 000, 1:1 000, 1:500» (ГКИНП - 02 - 033 - 79), изд. 1982 г. и "Руководства по математической обработке ге одезических сетей и составлению каталогов координат и высот пунктов в городах и поселках городского типа», изд. 1990 г. Нормативным документом, детально регламентирующим выполнение городских геодезических работ с использованием спутниковых приемников, явля ется «Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS» (ГКИНП (ОНТА) - 01 - 271 - 03). В руководстве изложены сведения о спутниковых радионавигационных системах (СРНС) ГЛОНАСС и GPS, классифик ации спутниковых городских геодезических сетей, освещены принципы построения городской геодезической сети с использованием спутниковых технологий, этапы создания и реконструкции городских геодезических сетей. Классификация сетей. Особенности закрепления п унктов спутниковой городской геодезической сети. Методы построения городской геодезической сети спутниковыми технологиями .

Приложенные файлы

  • pdf lekcii
    Преподаватель Селиванова Л.А.
    Размер файла: 692 kB Загрузок: 4