Тема 2: Топографічні та спеціальні карти

Актуальність вивчення даної теми полягає в тому, що топографічна карта – це один із способів (практично він є основним) передачі відомостей про місцевість, які використовуються як в інтересах народного господарства так і в інтересах оборони країни.

Зміст топографічної карти повинен бути повним, тобто показувати типові риси та характерні топографічні елементи, які відображають тактичні властивості місцевості відповідно до масштабу; вірогідним і сучасним, тобто відповідати змісту місцевості на момент використання карти; точним, тобто зберігати точність розташування, розміри топографічних елементів відповідно до масштабу.

Географічне положення точок земної поверхні визначається як відомо, їх координатами, тому математична задача побудови картографічного відображення заключається в проектуванні на площину (карту) кулеобразної поверхні землі при суворому дотриманні однозначної відповідності між координатами точок на земній поверхні і координатами їх відображення на карті.

1.Поняття про форму і розміри Землі. Топографічні план та карта. Математичні елементи топографічних карт.

Форма і розміри Землі мають важливе наукове та практичне значення. Дані про розміри і форму Землі використовуються при запуску штучних супутників Землі і ракет, у картографії, морській та аеронавігації, радіозв’язку, при розвідці корисних копалин тощо.

Земля являє собою тіло неправильної геометричної форми, її фізична поверхня, особливо поверхня суші, дуже складна і не може бути виражена будь-яким математичним рівнянням. Говорячи про фігуру Землі, мають на увазі не фізичну її поверхню з усіма нерівностями, а деяку уявну поверхню океанів і відкритих морів подумки проведену під материками.

Уявну поверхню світового океану називають рівневою, а фігуру Землі – геоїдом. (буквальне розуміння «земле подібний.»). Геоїд – неправильна геометрична фігура, яка дуже мало відрізняється від еліпсоїду обертання (правильна геометрична фігура, утворена обертанням еліпса навколо малої осі, рис. 1). Крайні точки геоїда будуть відрізнятись від крайніх точок еліпсоїда на 50-150м, у порівнянні з розмірами Землі це незначні відстані (рис. 2).

Рис. 1. Еліпс та його елементи	Рис. 2. Геоїд і земний еліпсоїд

Розміри даного еліпсоїду визначались багатьма вченими світу, найбільш точними з яких являються розміри еліпсоїда Красовського визначені в 1940р.

Характеристики:

велика піввісь (радіус екватора) 6 378 245 м;

мала піввісь (відстань від полюса до площини екватора) 6 356 836м;

полярне стиснення 1:298,3

довжина меридіану 40 008 548м;

довжина екватора 40 075 704м.

Вісь обертання Землі менша діаметру земного екватора приблизно на 43км, тому якщо для приблизних вимірів фігуру Землі прийняти за кулю радіус буде – 6 371км, а вся поверхня – близько 510 млн км².

Основні точки і лінії земного еліпсоїду:

Рис 3. Основні точки та лінії на земній кулі

Кінці земної осі, навколо якої обертається Земля – географічні полюси (Р – північний, Р1 - південний).

Площина, яка перпендикулярна осі обертання і проходить через її центр – площина земного екватора ЕЕ1. Вона розподіляє землю на північну і південну півкулі.

Лінії перетину земної поверхні площинами паралельними екватору – паралелі.

Лінії перетину поверхні Землі вертикальними площинами, які проходять через земну вісь – географічні (істині) меридіани.

Розгорнути кулеподібну поверхню Землі на площину без розривів і складок неможливо, тому вся територія Землі з повним збереженням подібності може бути зображена лише на глобусі. Якого ж розміру повинен бути глобус, щоб на ньому була зображена вся земна поверхня в подробицях, наприклад річка Уди та квартали Пісочина. Неможливо.

Тому земну поверхню зображають на площині, тобто аркушах паперу, заздалегідь припускаючись при цьому деяких викривлень.

Зменшене і докладне зображення на площині невеликої ділянки місцевості без врахування кривизни Землі називається топографічним планом або просто планом.

Однак на папері потрібно зображати не маленькі, а значні території земної поверхні, що не можливо зробити без врахування сферичності Землі.

Зменшене зображення земної поверхні або окремих її частин на площині, виконане за певним математичним законом, і яке показує розміщення, поєднання та зв’язки природних і суспільних явищ, називається картою. Якщо ступінь зменшення на карті буде менше одного мільйона, то карта буде називатись топографічною.

Топографічні карти покривають значні площі земної поверхні і складаються окремими аркушами. Завдяки цьому спотворення в межах такого аркуша отримуються непомітні.

Сукупність показаних на карті елементів і об’єктів місцевості називається змістом карти.

Суттєвими особливостями карти є її наочність, вимірність і висока інформативність.

Під наочністю карти мають на увазі можливості зорового сприйняття просторових форм, розмірів і розташування об’єктів. Найбільш важливе і суттєве на карті виділяють на перший план, щоб воно легко читалося. Карта являє собою, таким чином, наочну зорову модель місцевості.

Вимірність – властивість карти, тісно пов’язана з математичною основою, яка забезпечує можливість із точністю, яку припускає масштаб карти, визначити координати, розміри об’єктів місцевості тощо.

Інформативність – це властивість карти отримувати відомості про зображені об’єкти та явища. Як карта, жодний текстовий чи графічний документ не може забезпечити так швидко і з такими вичерпними подробицями, отримання відомостей про розташування та особливості зображених об’єктів та явищ.

Подібність карти до місцевості та вимірні властивості забезпечуються математичними елементами топографічних карт:

масштабом карти;

рамками карти;

координатною сіткою;

опорними геодезичними пунктами;

картографічною прекцією.

Масштаб – це ступінь зменшення на карті проекції довжини відповідної лінії місцевості або відношення відповідної довжини лінії на карті відповідній довжині лінії на місцевості.

На аркуші карти вказано (рис. 4):

Чисельний масштаб - це відношення двох чисел; чисельник – одиниця, знаменник –число, яке показує, у скільки разів зменшена кожна лінія місцевості при зображенні її на карті.

Величина масштабу - відстань на місцевості в метрах або в кілометрах, що відповідає одному сантиметру карти і підписується на карті над лінійним масштабом.

Лінійний масштаб – графічне вираження чисельного масштабу у вигляді прямої лінії

Рис. 4 Позначення масштабу на полях карти

Точність вимірювання відстаней на карті перш за все залежить від масштабу карти. Важно завжди пам’ятати, що відстань виміряна по карті завжди коротша ніж на місцевості по причині кривизни земної поверхні.

Рамки карти (рис. 5): внутрішня – лінії паралелей та меридіанів, які обмежують зображення місцевості на карті;

Зовнішня (оформительська).

Мінутна або градусна - для визначення за картою географічних координат об’єктів.

Координатна (кілометрова) сітка – сітка квадратів проводиться через відповідні відстані лініями, які паралельні екватору та осьовому меридіану зони.

Рис 5. Рамки топографічної карти	Рис. 6. Геодезичний знак та їх зображення на картах

Опорні геодезичні пункти (рис. 6) – вихідні точки, координати яких вже відомі. Відносно цих точок визначається положення інших об’єктів при створенні карти. На місцевості такий пункт закріплений залізобетонним монолітом на якому стоїть зовнішній знак (піраміда, віха), на карті їх показують спеціальними умовними знаками (рис).

Картографічна проекція – математичний спосіб зображення поверхні земного еліпсоїда або якої небудь його частини на площині. Скласти карту без похибок неможливо, але можна створити проекції, які зводять до мінімуму будь-який один вид похибки, наприклад, похибки кутів. За характером доведення до мінімуму одного виду похибки проекції поділяються на рівнокутні (зберігають рівність кутів), рівновеликі (зберігають пропорційність площин), довільні (є похибки у кутах та площинах).

Рис. 7. Ділення поверхні земного еліпсоїда на шестиградусні зони	Рис. 8. Проекція зони на циліндр

Топографічні карти масштабів 1:25 000 – 1:50 000 складені в рівнокутній поперечно циліндричній проекції Гаусса, розрахованій для шестиградусної зони за елементами еліпсоїда Красовського. Земна поверхня поділяється за довготою на 60 шестиградусних зон (рис. 7), відлік яких ведеться від нульового меридіану. Кожна зона послідовно проектується на циліндр, а циліндр потім розгортається в площину (рис. 8).

Усі осьові меридіани зон зображаються без похибок і зберігають масштаб на всій своїй довжині.

Інші меридіани зображаються кривими лініями, тому вони довші і мають похибки. Усі паралелі зображені кривими лініями з деякою похибкою.

Похибка довжин ліній збільшується з віддаленням від осьового меридіану і на краях зони досягають 0,001 довжини лінії, виміряною за картою. Наприклад, уздовж осьового меридіану величина масштабу 500м в 1см, то на краю зони вона буде 499,5м в 1см. Такі похибки враховуються тільки при виконанні спеціальних завдань.

Завдяки єдиній проекції всі карти пов’язані системою системою плоских прямокутних координат, що дозволяє отримувати координати точок в одній і тій самій системі як за картою, так і при вимірах на місцевості.

Проекція карти 1:1000 000 видозмінена поліконічна міжнародна. Частини земної поверхні опаралелями, які зображаються дугами, та меридіанами у виді прямих ліній. Вони проектуються кожна на свій конус. У блок без помітних розривів склеюють не більше 9 аркушів.

2. Класифікація та масштабний ряд топографічних карт, спеціальні карти та план. Призначення карт різних масштабів.

Сьогодні для задоволення потреб оборони країни та народного господарства, створюється велика кількість різноманітних карт. Щоб зорієнтуватись в цій різноманітності, карти необхідно класифікувати. Класифікація карт допомагає виявляти особливості, притаманні окремим видам карт, полегшує облік, систематизацію та зберігання карт.

Усі карти, що зображують поверхню Землі, а також моря та океани, називаються географічними картами. За своїм змістом вони поділяються на загальногеографічні та тематичні.

Карти між собою відрізняються за змістом та оформленням.

За змістом карти поділяються на топографічні і спеціальні.

Зміст карт повинен бути повним, правильним, сучасним і точним.

Повнота змісту карти полягає в зображенні всіх типових рис та характерних топографічних елементів, які відображають тактичні властивості місцевості відповідно до масштабу карти та її призначення.

Вірогідність та сучасність полягає у відповідності змісту карти на момент використання карти. Ці вимоги військ задовольняються періодичним оновленням карт у мирний час, а також їх оперативним виправленням за даними розвідки місцевості.

Точність карти полягає у збереженні точності розташування, геометричної подібності та розмірів топографічних елементів відповідно до масштабу карти та її призначення.

До загальногеографічних карт належать географічні карти, на яких відображується сукупність основних елементів місцевості без виділення будь-яких з них. Докладність зображення рельєфу, гідрографії, населених пунктів, мережі доріг та інших елементів місцевості на загальногеографічних картах залежить від масштабу.

Розрізняють такий масштабний ряд:

1: 1000 000 – одна мільйонна – 1 см – 10 000 м.

топографічні карти які являють собою детальні карти місцевості дозволяють визначати як планове, так і висотне положення об’єктів на земній поверхні:

1: 25 000 – одна двадцятип’ятитисячна – в 1 см – 250 м;

1: 50 000 – одна п’ятдесятитисячна – в 1 см – 500 м;

1: 100 000 – одна стотисячна – в 1 см 1000м;

1: 200 000 – одна двохсоттисячна – 1 см 2000 м;

1: 500 000 – одна п’ятисоттисячна – 1 см 5000 м;

Карти масштабів 1:25 000 та 1: 50 000 називаються великомасштабними; 1:100 000 та 1: 200 000 середньомасштабними (оперативно–тактичні); 1: 500 000 та 1: 1000 000 дрібномасштабними (оперативні).

У військах карта масштабу 1: 25 000 використовується для детального вивчення місцевості, порівняно невеликих, але важливих ділянок, під час прориву підготовленої оборони противника та форсування водних перешкод, під час повітряного десантування та дій у великих населених пунктах, під час проектування та виконання робіт з інженерного обладнання місцевості, а в артилерії і ракетних військах – для топографічної підготовки стрільби і пуску ракет.

Карта 1: 100 000 використовується командирами і штабами з’єднань, частин та підрозділів в усіх видах бою. За нею вивчається та оцінюється місцевість, організуються бойові дії, проводиться орієнтування на полі бою. Вона використовується також для топографічної підготовки стрільби артилерії та пуску ракет, проектування військово–інженерних споруд та виконання робіт.

Карта масштабу 1: 50 000 є основною вимірювальною картою. В артилерії та ракетних військах вона використовується для топографічної підготовки стрільби і пуску ракет. У густонаселених районах ця карта використовується командирами та штабами для організації та планування бою, керування військами та орієнтування на місцевості. Оперативно–тактичні карти призначені, головним чином, для планування бойових дій та для керування військами на полі бою.

Карта масштабу 1: 200 000 використовується, головним чином, для оперативної роботи штабів, а також усіма родами військ під час планування та переміщення військ. За цією картою можна вивчати загальний характер місцевості, дорожньої мережі, водних перешкод, водяних рубежів, лісових масивів, великих населених пунктів. Вона використовується також як дорожня карта, на ній достатньо повно відображується дорожня мережа та її придатність для переміщення бойової та іншої техніки. Оперативні карти призначені для оперативної роботи штабів.

		Карта масштабу 1: 500 000 використовується штабами для визначення фізико-географічних особливостей місцевості при підготовці та проведенню операцій; при організації взаємодії та при керуванні військами; для орієнтування при переміщенні військ, а також для показу загальної бойової обстановки.

Карта масштабу 1: 1000 000 використовується для загальної оцінки місцевості і вивчення природних умов великих географічних районів, військово-географічної оцінки театрів воєнних дій та для керування військами під час вирішення інших задач.

До тематичних карт відносять і спеціальні карти.

Спеціальні карти – це карти, які використовуються військами для детального вивчення місцевості, навігаційного забезпечення авіації, організації військових перевезень та вирішення інших задач. До них належать:

· цифрові карти; карти змін місцевості;

· карти ділянок річок; карти шляхів сполучень;

· карти гірських проходів і перевалів; карти геодезичних даних;

· карти орієнтирів; плани міст.

Спеціальні карти та плани міст призначені для інформування командирів і штаби про сучасний стан місцевості та її зміни в районі бойових дій, а також про інші спеціальні дані, які необхідні для планування, організації і виконання бойових завдань.

Спеціальні карти та плани міст відрізняються від топографічних карт додатковими даними про місцевість та іншою інформацією, яка необхідна командирам і штабам.

На спеціальних картах, залежно від їх призначення, відображаються:

1. Зміни місцевості, які відбулися в результаті бойових дій військ;

2. Зміни місцевості, які відбулися в результаті сезонних і погодних явищ;

3. Астрономо-геодезичні та гравіметричні дані;

4. Додаткові детальні характеристики об’єктів або ділянок місцевості, які мають важливе значення;

5. Спеціальні дані, які необхідні для управління військами та організації взаємодії під час вирішення спеціальних завдань у бою.

Особливу увагу за останні 10-15 років передові країни світу приділяють створенню цифрових карт, виготовлення яких потребує передових досягнень науки і сучасних технологій.

Цифрова карта – це систематизований запис у цифровій формі на машинному носієві змісту топографічної карти, тобто просторових координат об’єктів місцевості, їх кодів та характеристик, визначених за єдиною системою класифікації і кодування картографічної інформації у заданій проекції, системі координат і висот, а також у прийнятому для топографічних карт розграфленні на номенклатурні аркуші.

Основною для формування цифрових карт є цифрова картографічна інформація.

Основними видами інформації про місцевість є картографічні матеріали (копії топографічних карт) та матеріали аерофотокосмічної зйомки.

		Зразок карти частини ріки		Зразок оперативно-виправленої карти
	Зразок карти М 1: 10 000