Картографические проекции. Методическое пособие

Новосибирский учебно-методический центр по ГИС и ДЗЛебедева О.А.КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОЕЦИИМетодическое пособиеНовосибирск20003СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................................................. 5ПОНЯТИЕ ОБ ОТОБРАЖЕНИИ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ПЛОСКОСТИ .....................

6ПОНЯТИЕ О КАРТОГРАФИЧЕСКОЙ ПРОЕКЦИИ ........................................................................ 8ПОНЯТИЕ О КАРТОГРАФИЧЕСКОЙ СЕТКЕ................................................................................ 10СИСТЕМЫ КООРДИНАТ .....................................................................................................................

11СФЕРИЧЕСКАЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ. ...................................................................... 11ПРЯМОУГОЛЬНАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ. ............................................................................................... 12СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА ........................................................................................................................... 12ПОНЯТИЕ О МАСШТАБАХ.................................................................................................................

13ЭЛЛИПС ИСКАЖЕНИЙ........................................................................................................................ 14СТАНДАРТНЫЕ ПАРАЛЛЕЛИ ........................................................................................................... 15СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОЕКЦИЙ ............................................................................................ 16ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ ....................................................................................................................................

16АНАЛИТИЧЕСКИЙ ..................................................................................................................................... 18КЛАССИФИКАЦИЯ КАРТОГРАФИЧЕСКИХ ПРОЕКЦИЙ ........................................................ 18ПО ХАРАКТЕРУ ИСКАЖЕНИЯ ....................................................................................................................

18ПО ВИДУ МЕРИДИАНОВ И ПАРАЛЛЕЛЕЙ НОРМАЛЬНОЙ СЕТКИ................................................................. 19ПО ПОЛОЖЕНИЮ ПОЛЮСА НОРМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ КООРДИНАТ ........................................................... 22ПО СПОСОБУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ................................................................................................................

23КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОЕКЦИИ ................................................................................................ 23РАВНОУГОЛЬНЫЕ ПОПЕРЕЧНО-ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ПРОЕКЦИИ......................................... 23UTM (UNIVERSAL TRANSVERSE MERCATOR) – универсальная поперечная проекцияМеркатора. ......................................................................................................................................... 23ПРОЕКЦИЯ ГАУССА-КРЮГЕРА – равноугольная поперечная цилиндрическая ........................ 24КОНИЧЕСКИЕ ПРОЕКЦИИ ................................................................................................................

26EQUIDISTANT CONIC – коническая равнопромежуточная...................................................... 26LAMBERT CONFORMAL CONIC – коническая равноугольная Ламберта.................................... 26ALBERS EQUAL-AREA CONIC – коническая равновеликая Альберса ........................................... 27АЗИМУТАЛЬНЫЕ ПРОЕКЦИИ............................................................................................................

28AZIMUTHAL EQUAL-AREA – азимутальная равновеликая проекция. .......................................... 28AZIMUTHAL EQUIDISTANT – азимутальная равнопромежуточная. .......................................... 29(Проекция Постеля) ........................................................................................................................... 29STEREOGRAPHIC – равноугольная азимутальная (стереографическая). ...................................

29ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ПРОЕКЦИИ...................................................................................................... 30CYLINDRICAL EQUAL-AREA – цилиндрическая равновеликая проекция...................................... 30EQUIDISTANT CYLINDRICAL– равнопромежуточная цилиндрическая проекция...................... 31а) Простая цилиндрическая проекция ......................................................................................

31б) Прямоугольная цилиндрическая проекция.......................................................................... 31CONFORMAL CYLINDRICAL– цилиндрическая равноугольная проекция..................................... 32(проекция Меркатора) ....................................................................................................................... 32ВЫБОР КАРТОГРАФИЧЕСКИХ ПРОЕКЦИЙ ................................................................................ 33РАСПОЗНАВАНИЕ ПРОЕКЦИЙ.........................................................................................................

35ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ПРОЕКЦИИ ................................................................................................................. 35КОНИЧЕСКИЕ ПРОЕКЦИИ .......................................................................................................................... 35АЗИМУТАЛЬНЫЕ ПРОЕКЦИИ ..................................................................................................................... 36ПРОЕКЦИИ С КРУГОВЫМИ ПАРАЛЛЕЛЯМИ ............................................................................................... 36ПСЕВДОЦИЛИНДРАЧЕСКИЕ ПРОЕКЦИИ .................................................................................................... 374ВВЕДЕНИЕЧисленные методы анализа эмпирических данных используются в науке иинженерных отраслях вот уже более 300 лет.Если в инженерных отраслях, a priori эмпирические численные данные являютсябазисом для различных построений, делая их более экономичными и простыми, то в науке(особенно в науках о Земле) численное моделирование долго не выходило за рамкистатистической обработки и/или создания абстрактных моделей (включая геологическиекарты).Втечениепоследнихтридцатилет,исключительнобыстроеразвитиевычислительной техники и связанной с ней информационной индустрии, существеннопонизили стоимость процессов численного моделирования, одновременно увеличивскорость рутинных операций в тысячи и миллионы раз.Фактически, сегодня можно с уверенностью утверждать, что геологические науки, всамом широком смысле этого термина, вплотную подошли к созданию реальныхпространственно временных моделей и реконструкции реальных процессов, происходящихи происходивших на Земле и в ее недрах.Легкость, с которой сегодня могут быть получены эмпирические данные приводит кпоявлению опасной тенденции, не обращать внимание на их качество, тщательноотслеживая только процедуры последующей обработки и анализа.

Автоматизацияинструментальных средств измерения, генерации данных и их анализа должна включатьметоды оценки качества, как на этапе получения данных, так и на этапе их обработки. Ксожалению, это делается далеко не всегда. Производители оборудования обычноразрабатывают и изготовляют его, предполагая, что они хорошо знают, чего хочет от негопотребитель. Как правило, это приводит к допущению, что автоматизированноеобеспечение контроля качества измерений менее важно чем низкая стоимость, удобствопользования, скорость и длительность срока эксплуатации.Не обнаруженные вовремя (соответственно, неучтенные) ошибки в эмпирическихданных могут приводить к неправильным выводам о физических процессах, которыедолжны описываться ими (Fryer, et.al., 1994).Например, при использовании трехмерных (3D) координат точек, описывающихтопографию местности для двух разных эпох, отличия в координатах, а следовательно, вполученных по ним поверхностям рельефа, могут быть обусловлены следующимиосновными причинами: 1) координатные сетки (datums) для разных эпох могут бытьразличными; 2) различия в данных могут определяться различиями в методах ихинтерполяции; 3) наконец, топография могла просто измениться за указанное время.Для любых исследований, связанных с мониторингом (динамикой) свойствземной поверхности, существенным является обеспечение сходимости систем привязкикоординатных данных.

В противном случае, любые заключения о происходящихизменениях (на поверхности, в земной коре, мантии и т.п.), фиксируемые методамичисленного моделирования и пространственного анализа, не могут быть признаныкорректными.Разумеется,практическиневозможнообеспечитьвысокуюточностьретроспективных построений, однако игнорировать возможные ошибки, связанные спривязкой первичных данных, тоже нельзя.5ПОНЯТИЕ ОБ ОТОБРАЖЕНИИ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НАПЛОСКОСТИФизическая поверхность Земли имеет неправильную форму и потому не можетбыть описана замкнутыми формулами. В силу этого, для решения задач, эту поверхностьзаменяют математически правильной поверхностью. В самом точном приближении таковойповерхностью является поверхность геоида.Геоид – это геометрическое тело, ограниченное уровенной поверхностью морейи океанов, связанных между собой и имеющих единую водную массу.

В каждойсвоей точке эта поверхность нормальна направлению силы тяжести.Геоид тоже не может быть описан замкнутыми формулами. Вместо него, в качествеповерхности относимости, используется эллипсоид вращения с малым сжатием, причем,берут его таких размеров и так ориентируют в теле Земли, чтобы он напоминал геоид – этореференц- эллипсоид (земной эллипсоид, рис.1.).Рис.1. эллипсоидВ разных странах приняты свои референц- эллипсоиды, различающиеся своимипараметрами (см.табл.).

В нашей стране используется референц-эллипсоид Красовского.Примеры параметров Земного эллипсоида:НазваниеДатаБольшаяполуосьМалаяПолуосьПрименениеВеликобританияАйри (Airy)18306377563.3966356256.91Бессель(Bessel)18416377397.1556356078.9628418666378206.46356583.8190763782006356818.17194063782456356863.018863709976370997СНГ, Россия, некоторыестраны вост. ЕвропыВесь мир (мелкиймасштаб)63781376356752.31Весь Мир (GPSприемники)Кларк (Clarke)Хелмет(Helmet)КрасовскийСфераWGS841984Центральная Европа,Чили, ИндонезияСевероамериканскийконтинент, ФилиппиныЕгипет6Эллипсоид вращения – это тело,образованное вращением эллипса вокругполярной оси (рис. 2.).Рис.