Топографическая карта

<час />

Фон

Топографическая карта - это двухмерное изображение трехмерной поверхности суши. Топографические карты отличаются от других карт тем, что они показывают как горизонтальное, так и вертикальное положение местности. С помощью комбинации контурных линий, цветов, символов, меток и других графических изображений топографические карты отображают формы и расположение гор, лесов, рек, озер, городов, дорог, мостов и многих других природных и искусственных объектов. Они также содержат ценную справочную информацию для геодезистов и составителей карт, включая реперы, базовые линии и меридианы, а также магнитные склонения. Топографические карты используют инженеры-строители, менеджеры по охране окружающей среды и градостроители, а также энтузиасты активного отдыха, службы спасения и историки.

История

Некоторые из самых ранних известных карт были сделаны в Месопотамнии, в районе, ныне известном как Ирак, где серия карт, показывающих границы владений, была нарисована примерно в 2400 <небольшом> году до нашей эры. для целей земельного налогообложения. Римская карта, датируемая примерно 335-366 гг. н.э. показаны такие топографические особенности, как дороги, города, реки и горы. Слово топография происходит от греческих слов topos, означает место, и graphien, смысл писать. Таким образом, топография - это письменное или нарисованное описание места.

Хотя основы землеустройства были известны еще в 1200 г. до н. Э. и, возможно, даже раньше, использование геодезических методов при составлении карт ограничивалось городами и другими небольшими территориями. Карты большего размера готовились из набросков или журналов, которые вели исследователи, и иногда отражали больше воображения, чем наблюдения. В результате точное положение точек на карте часто сильно ошибочно.

В 1539 году голландский математик и географ Райнер Джемма Фризиус описал метод исследования местности, разделив ее на треугольники. Эта концепция триангуляции стала одним из основных методов полевой съемки и используется до сих пор. Один из первых крупномасштабных картографических проектов с использованием триангуляции был начат в 1670-х годах Джованни Доменико Кассини, которого убедили составить подробную карту Франции. После смерти Кассини его дети и внуки продолжили трудиться над проектом. Окончательный результат, получивший название Carte de Cassini, была опубликована в 1793 году и стала первой точной топографической картой всей страны. Единственным его недостатком было общее отсутствие измерений высоты, за исключением нескольких точек, определяемых путем измерения изменения атмосферного давления с высотой с помощью барометра. Концепция контурных линий для отображения различных высот на карте была разработана французским инженером Ж. Л. Дюпен-Триелем в 1791 году. Хотя этот метод позволял точно отображать контуры и высоты местности на плоской двухмерной карте, он не получил широкого распространения. использовался до середины 1800-х годов.

В Соединенных Штатах федеральное правительство признало важность точных топографических карт в быстрорастущей стране. В 1807 году президент Томас Джефферсон учредил Управление побережья, чтобы нанести на карту побережье Атлантического океана в качестве помощи для путешествий и торговли. В 1836 году эта организация была переименована в Береговую службу США, а в 1878 году название было изменено на Службу береговой и геодезической службы США. Тем временем составление карты внутренней части страны выпало на долю различных лиц и организаций, в том числе экспедиции Льюиса и Кларка в 1804–1806 годах, которые составили карту своего маршрута от Сент-Луиса, штат Миссури, до северо-запада Тихого океана. В период с 1838 года до начала Гражданской войны в 1861 году армейский корпус инженеров-топографов внес большой вклад в картографирование западной части Соединенных Штатов, включая подробную карту, опубликованную в 1848 году на основе исследований Джона Фремонта. К 1870-м годам так много разных групп проводили опросы, что их работа начала пересекаться. Чтобы закрепить эти усилия, в 1879 году была создана Геологическая служба США (USGS).

Большая часть первых карт была сделана путем кропотливых полевых съемок. Начиная с 1930-х годов Геологическая служба США начала использовать методы аэрофотосъемки для создания и обновления карт. В 80-х годах прошлого века использование компьютеров для сканирования и перерисовки существующих карт значительно сократило время, необходимое для обновления карт в быстрорастущих областях.

Сегодня Геологическая служба США имеет более 56 000 топографических карт Соединенных Штатов в различных масштабах, а также карты Луны и планет. Они также публикуют специальные карты, включая геологические, гидрологические и фотоизображения для различных целей.

Масштаб карты, символы,
и цвета

Чтобы быть полезными, топографические карты должны содержать достаточно информации о размере карты, удобном для использования. Это достигается за счет выбора ни слишком большого, ни слишком маленького масштаба карты, а также улучшения деталей карты за счет использования символов и цветов.

Самый распространенный масштаб топографических карт USGS - 1:24 000. В этом масштабе 1 дюйм на карте означает 24 000 дюймов или 2 000 футов (1 см соответствует 240 м) на земле. Эти карты называются 7,5-минутными четырехугольными картами, потому что каждая карта покрывает четырехстороннюю область на поверхности Земли шириной 7,5 минут по долготе и 7,5 минут по высоте, где 60 минут равны одному градусу угла. Поскольку расстояние между линиями долготы сужается по мере продвижения от экватора к полюсам, ширина карт также меняется. Для карт Соединенных Штатов размеры карт составляют около 23 дюймов (58,4 см) в ширину и 27 дюймов (68,6 см) в высоту для мест ниже 31 градуса широты и около 22 дюймов (55,9 см) в ширину на 27 дюймов (68,6 см) в высоту. ) для местоположений выше этой широты. Другие распространенные масштабы карты USGS - 1:63 360, 1:100 000 и 1:250 000. Эти масштабы покрывают большие площади, чем карты 1:24 000, но с меньшей детализацией.

Чтобы облегчить интерпретацию топографических карт, символы и цвета используются для обозначения различных природных и антропогенных объектов. Некоторые символы созданы так, чтобы выглядеть как объект, если смотреть сверху. Например, здания отображаются в виде твердых объектов в форме контура здания. Другие символы - это общепризнанные изображения, такие как длинная линия с маленькими крестиками, обозначающая железную дорогу. Цвета играют еще более важную роль. Реки, озера и другие водоемы показаны синим цветом. Зеленым цветом показаны леса и участки с густой растительностью. Второстепенные дороги и автомагистрали показаны черным цветом, а основные автомагистрали - красным. Контурные линии, которые представляют форму самой земли, показаны коричневым цветом. Последние изменения карты показаны фиолетовым цветом.

Производственный
процесс

Создание точной топографической карты - долгий и сложный процесс, который может занять до пяти лет от начала до конца. Для создания хорошей карты требуется квалифицированная команда геодезистов, граверов, проверщиков фактов, типографов и других. Вот типичная последовательность операций, используемая Геологической службой США для создания четырехугольной топографической карты на 7,5 минут.

Фотографирование местности

• 1 Область, которую нужно нанести на карту, сначала необходимо сфотографировать с воздуха. Каждый участок земли фотографируется под двумя разными углами, чтобы получить стереоскопическое трехмерное изображение, которое можно преобразовать в контурные линии. Небо должно быть чистым, а солнце должно находиться под правильным углом для фотографируемого типа местности. Сезонный Каждый участок земли фотографируется с двух разных углов, чтобы получить стереоскопическое трехмерное изображение, которое можно преобразовать в Линии контура. факторы также должны быть приняты во внимание. Например, в районах, где растут лиственные деревья, фотографии обычно делаются в период между поздней осенью и ранней весной, когда деревья голые и лежащие в основе участки земли более заметны.
• 2 Самолет летит над районом на постоянной высоте в направлении север-юг по тщательно определенным траекториям полета, в то время как специальные камеры делают 10 точно позиционированных фотографий каждого четырехугольника. Каждая камера может стоить 250 000 долларов и более.

Обследование контрольных точек

• 3 Для обеспечения точности карты точное местоположение различных контрольных точек должно быть установлено путем полевых исследований. Типичными контрольными точками могут быть пересечение двух дорог или других важных объектов на карте. Горизонтальные контрольные точки исследуются для определения долготы и широты, а вертикальные контрольные точки исследуются отдельно для определения высоты. Расположение и высота этих контрольных точек помогают картографам правильно размещать аэрофотоснимки и присваивать значения контурным линиям.
• 4 Пока геодезисты находятся в поле, они также ищут объекты, которые могут потребовать дополнительной проверки, такие как дороги или ручьи, скрытые под нависающей листвой, или здания, которые могли быть построены или разрушены после того, как были сделаны аэрофотоснимки.

Проверка функций карты

• 5 Для некоторых функций карты может потребоваться дополнительная проверка. Например, некоторые потоки могут запускаться только с перерывами, и в этом случае они будут представлены на карте штрих-пунктиром или более светлым шрифтом вместо сплошной линии. Некоторые дороги могут оказаться частными, а не дорогами общего пользования, и они должны быть обозначены. Специалисты по проверке выезжают на территорию и проверяют эти особенности, разговаривая с местными жителями или обращаясь к местным записям собственности. Любые сомнительные особенности, отмеченные исследовательскими бригадами, также должны быть проверены. Необходимо определить правильное написание географических названий.

Составление рукописи карты

• 6 После обследования местности и проверки всех характеристик пары перекрывающихся аэрофотоснимков помещаются в стереоскопический проектор. Одно изображение проецируется в левый глаз оператора, а другое изображение - в его правый глаз. В результате получился трехмерный вид местности. Два небольших луча света подключены к указателю и настраиваются так, чтобы пересекаться в крошечной белой точке, соответствующей заданной высоте на трехмерном изображении местности. От Для обеспечения точности карты точное местоположение различных контрольных точек должно быть установлено в полях. опросы. Для каждого используемого цвета изготавливается отдельный карандаш для рисования. перемещая указатель, удерживая два луча сфокусированными в точке, оператор отслеживает каждую изолинию земли и расположение различных объектов. Указатель соединяется с пером на столе для трассировки, который рисует контур или объект, подлежащий трассировке. На этом этапе все контуры и элементы нарисованы черным. Этот процесс называется составлением рукописи карты.
• 7 Когда трассировка завершена, готовая рукопись карты фотографируется и делается пленочный негатив размером с карту. Этот негатив фотохимически воспроизводится на нескольких тонких пластиковых листах, покрытых мягким полупрозрачным покрытием, называемым scribecoat.

Написание и редактирование карты

• 8 Пластиковые листы берут по одному и кладут на светлый стол, где мягкий свет проникает сквозь белую пластиковую поверхность. Эта подсветка снизу делает линии рукописи карты видимыми через писец. Гравер аккуратно срезает разметку по линиям и участкам, которые должны быть определенного цвета на готовой карте. Например, на одном листе все линии рек, озер и других водоемов должны быть синими. Этот процесс повторяется для каждого цвета.
• 9 Отдельные листы для надписей готовятся путем размещения прозрачного пластикового листа на каждом листе с разметкой и тщательного совмещения надписи с элементами, на которые будут нанесены надписи. Размеры, стили и шрифты шрифтов выбираются в соответствии со стандартами, что обеспечивает единообразие и удобочитаемость от одной карты к другой. Затем из каждого готового типового листа изготавливается пленочный негатив.
• 10 После того, как размеченные листы просмотрены и отредактированы несколько раз, создается лист цветопробы, подвергая каждый лист освещению разного цвета, чтобы получить цветную печать, которая очень похожа на готовую карту. После дальнейшего просмотра и редактирования карта готова к печати.

Печать карты

• 11 Прижимная пластина подготавливается для каждого цвета карты, показывая размеченные листы и негативы с надписями. Бумага загружается в литографический печатный станок, и печатается первый цвет. Прижимная пластина и краска заменяются, и бумага проходит через печатную машину второй раз, чтобы напечатать второй цвет. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будут напечатаны все цвета. Некоторые из самых крупных печатных машин могут печатать до пяти цветов подряд без смены форм или повторной загрузки бумаги.

Контроль качества

Геологическая служба США использует Национальные стандарты точности карт, установленные в 1947 году. Начиная с 1958 года, Геологическая служба США начала проверять точность своих карт, проверяя в полевых условиях 20 или более четко определенных точек примерно на 10% карт, составляемых ежегодно.

Для 7,5-минутной карты в масштабе 1:24 000 стандарт горизонтальной точности требует, чтобы местоположения, показанные на карте для не менее 90% проверенных точек, должны быть точными с точностью до 40 футов (12,2 м) от фактических местоположений на земле. . Стандарт вертикальной точности требует, чтобы отметки, отображаемые на карте, по крайней мере для 90% проверенных точек, имели точность в пределах половины интервала изолиний на местности. Для карты с интервалом изолиний 10 футов (3 м) это означает, что отображаемые на карте высоты должны иметь точность в пределах 5 футов (1,5 м) от фактических высот на поверхности земли. Чтобы дать вам представление о том, что эти стандарты значат для картографов, стандарт горизонтальной точности требует, чтобы расположение не менее 90% контрольных точек на карте было нанесено с точностью до 0,02 дюйма (0,05 см) от правильного положения.

Будущее

Большинство топографических карт, используемых в настоящее время, были созданы вручную. Однако для картографов будущее уже наступило. Хорошо налаженная сеть навигационных спутников составляет основу Глобальной системы позиционирования (GPS). Эта система позволяет полевым геодезистам точно определять горизонтальное положение в пределах нескольких футов даже в самой удаленной местности, где обычные методы геодезической съемки невозможны.

Другие спутники, оснащенные различными датчиками, могут вскоре заменить метод аэрофотосъемки для создания карт. Первый из серии спутников Landsat был запущен в 1972 году, и к 1984 году они могли обнаруживать объекты на поверхности Земли размером около 100 футов (30 м). В 1998 году американская компания готовилась к запуску спутника, который мог бы обнаруживать объекты размером до 3 футов (1 м), который давал бы изображения с такой же детализацией, как текущие 7,5-минутные карты USGS. Что еще более важно, эти изображения будут захвачены и переданы в виде цифровых данных, которые затем могут обрабатываться и распечатываться компьютерами. Это значительно сократит время, необходимое для создания или обновления карт, а также повысит общую точность.