Картографическое изображение – это представление исходной информации об объектах, а также о явлениях действительности, в графической, цифровой или другой форме на заданной поверхности (носителе информации) с применением системы специальных картографических условных знаков.
Очевидно, что на картах невозможно отобразить все детали объектов или явлений, поэтому на них показывают только типичные отличительные свойства в обобщенном виде с указанием связей, которые позволяют облегчить чтение карты и решение с помощью нее поставленных задач.
Картографическая проекция – это установленный способ изображения поверхности земного эллипсоида (референц-эллипсоида) на плоскости. Поверхность эллипсоида (шара, сфероида и т.п.) невозможно развернуть на плоскость без деформаций, в связи с чем при переходе на плоскость возникает сжатие или растяжение изображения, т.е. изменение его масштаба.
Под масштабом карты понимается отношение длины отрезка на изображении к длине соответствующего отрезка на местности, выраженном в тех же единицах измерения. Масштаб карты указывают в численном виде (1: 5 000; 1: 200 000 и т.п.) или именованном виде (в 1 см 250 м, т.е. в 1 см 25 000 см, или масштаб 1: 25 000).
Картографические проекции классифицируют по двум признакам: по характеру искажений углов (равноугольные) и площадей (равновеликие) и по виду координатной сетки параллелей и меридианов (азимутальные, конические, цилиндрические и др.).
Меридианом является линия пересечения с поверхностью Земли плоскости, проходящей через ось РР вращения Земли. Меридиан, проходящий через определенную точку в Гринвичской обсерватории (Англия), называется Гринвичским (нулевым, начальным) меридианом.
Параллель получается от пересечения с поверхностью Земли плоскости, перпендикулярной к оси вращения Земли. Самая большая параллель называется экватором.
Равноугольные проекции передают без искажений углы геометрических фигур, а равновеликие не искажают площадей. Кроме того, существуют и произвольные проекции, которые не являются равновеликими или равноугольными, а используются для построения изображений в удобной для представления и чтения форме.
Азимутальные проекции (рис. 2.2) часто используются для изображения полярных областей. В нормальных азимутальных проекциях меридианы изображаются прямыми линиями, исходящими из точки северного или южного полюса, а параллели являются концентрическими окружностями, центром которых является точка полюса.
Рис.2.2. Азимутальная проекция.
Конические проекции (рис.2.3) получаются при проектировании поверхности эллипсоида на коническую поверхность, которая потом разворачивается в плоскость. Меридианы нормальных конических поверхностей являются прямыми линиями, а параллели – окружностями.
Рис. 2.3. Коническая проекция.
Как азимутальные, так и конические проекции, кроме нормальных могут быть поперечными и косыми. В этих случаях меридианы и параллели на них изображаются сложными кривыми.
Рис. 2.4. Проекция Меркатора.
Из цилиндрических проекций наиболее распространенными являются проекция Меркатора, изображенная на рис.2.4, проекция Ламберта (рис.2.5) и проекция Гаусса (1777 – 1855 гг.).
Проекция Меркатора используется при составлении морских навигационных карт. Она была разработана в середине 16 века фламандским картографом, математиком и географом Г. Меркатором (Герард Кремер). Меркатор не успел дать теоретическую основу своей проекции, это сделали после него его сын Румальд, а затем, в 1599 г., английский ученый Эдуард Райт. Особенностью проекции является то, что масштаб длины в каждой точке сохраняется по всем направлениям, но изменяется при изменении широты и долготы. В связи с этим соотношение площадей на Земле и на карте не сохраняется. Другой особенностью проекции Меркатора является то, что локсодромии изображаются на ней прямыми линиями, которые пересекают меридианы под одним и тем же углом, что является весьма удобным в мореплавании.
Рис.2.5. Проекция Ламберта.
Локсодромия в переводе с греческого означает «косой бег». На поверхности Земли она представляет собой спираль, которая приближается к полюсу, но никогда его не достигает. Локсодромия не является кратчайшим расстоянием между точками на поверхности земного эллипсоида. Кратчайшим расстоянием является линия ортодромии («прямой бег»), однако для небольших расстояний разница между локсодромией и ортодромией весьма незначительна .
Пространства около полюсов на карте Меркатора не изображаются. Районы около Северного и Южного полюсов даются отдельной врезкой, составленной, чаще всего, в азимутальной проекции.
В проекции Ламберта, наоборот, Северный и Южный полюсы изображаются, однако масштаб изображения при перемещении к полюсам значительно изменяется в зависимости от направления: изображение сжимается при приближении к полюсам, в связи с чем полярные области также изображают отдельно.