Географія. Рівень стандарту. 11 клас. Безуглий

Розділ 1. Топографія і картографія

Тема 1. Топографія

§ 2. Топографічна карта, її складові та використання

ПРИГАДАЙТЕ: Що означає вміти читати топографічну карту? З яких елементів складається топографічна карта? Яке практичне використання топографічних карт? Якими методами й засобами отримання інформації з топографічних карт ви оволоділи в попередніх географічних курсах?

• Топографічна карта: проекція, розграфлення та умовні знаки. Вивчати поверхню Землі почали ще в сиву давнину, тому науки про Землю - географія, топографія, картографія - зародилися багато століть тому.

Топографія - наука, яка розробляє географічні й геометричні методи дослідження місцевості для створення на цій основі великомасштабних (топографічних) карт.

Топографічна карта - детальна великомасштабна загальногеографічна карта, що відображає розміщення та властивості основних природних і соціально-економічних об’єктів та дає змогу визначати їхнє планове й висотне положення.

До основних наукових і практичних завдань, що вирішує топографія, належать розробка, удосконалення та осучаснення методів створення топографічних карт, способів зображення на них земної поверхні, способів і правил використання карт у виконанні різних практичних завдань. Топографія тісно пов’язана з картографією - наукою про відображення та дослідження явищ природи й суспільства за допомогою різних картографічних зображень. Саме до таких зображень і належать топографічні карти. Топографічним картам притаманні такі властивості: наочність, вимірність, достовірність, сучасність, географічна відповідність, геометрична точність, повнота змісту.

Топографічні карти створюються на основі обробки аерофотознімків території, або шляхом безпосередніх вимірювань і знімань об’єктів на самій місцевості, або навіть картографічними методами за планами й картами більших масштабів, що вже існують. Топографічна карта є зменшеним, узагальненим та образно-знаковим зображенням місцевості. Її створюють за певними математичними законами, які зводять до мінімуму спотворення, що неминуче виникають під час перенесення поверхні земної кулі на площину, і водночас забезпечують максимальну її точність.

ЗАУВАЖТЕ

Топографічні карти складають у рівнокутній поперечно-циліндричній проекції, яку запропонував у 1825 р. німецький математик і астроном Карл Гаусс (1777-1855), а робочі формули для неї розрахував астроном і геодезист Луї Крюгер (1857-1923). Цю проекцію зазвичай називають проекцією Гаусса-Крюгера.

У рівнокутній циліндричній проекції Гаусса-Крюгера картографічне зображення значних ділянок земної поверхні має мінімальні спотворення, які майже непомітні й не впливають на точність вимірів на карті. Ця проекція є найпростішою серед інших, що визначає її широке використання. Її суть полягає в тому, що земна поверхня поділяється за довготою на 60 шестиградусних зон, відлік яких ведеться від нульового (Гринвіцького) меридіана із заходу на схід. Кожна зона послідовно проектується на циліндр, а циліндр потім розгортається на площині (мал. 1).

Мал. 1. Сутність проекції Гаусса-Крюгера

Мал. 2. Розграфлення і номенклатура аркушів карти масштабу 1:1 000 000

Топографічні карти складають на великі території земної кулі, тому для зручності користування їх видають окремими аркушами. Поділ карти паралелями та меридіанами на окремі аркуші називається розграфленням карти, а літерні та цифрові позначення, які вказують на місцезнаходження аркуша карти на земній поверхні та його масштаб, - номенклатурою. Уся поверхня Землі поділяється паралелями через 4° на горизонтальні (широтні) ряди, які називають поясами, а меридіанами — через 6° на вертикальні колони. Сторони трапецій слугують за межі аркушів карти масштабу 1:1 000 000. Пояси позначають літерами латинського алфавіту: А, В, С, D, Е, F, G, Н, I, J, К, L, M, N, О, Р, Q, R, S, Т, U, V, починаючи від екватора до полюсів. Колони позначають арабськими цифрами від 1 до 60, починаючи від 180° меридіана, і нумерують із заходу на схід. Номенклатура аркуша карти складається з літери поясу та номера колони. Наприклад, зображений аркуш карти масштабу 1:1 000 000 з м. Київ позначається як М-36 (мал. 2).

Одним з найважливіших складових елементів топографічної карти разом з її математичною основою є картографування об’єктів місцевості, які позначаються на топографічних картах умовними знаками (спеціальні графічні символи, якими на топографічних картах позначають певні географічні об’єкти - предмети та явища).

Застосування умовних знаків на топографічних картах уможливлює:

  • пропорційно в певному співвідношенні (відповідно до масштабу карти) зменшувати розміри об’єктів місцевості, відтворюючи її у свідомості користувача;
  • позначати об’єкти місцевості, які зі зменшенням масштабу карти неможливо показати, але за своїм значенням мають бути відображені на ній;
  • показувати на карті нерівності земної поверхні (рельєф) на площині з можливістю проводити будь-які виміри й розрахунки;
  • не обмежуватися відображенням на карті лише зовнішнього вигляду об’єктів місцевості, а й вказувати їхні внутрішні характеристики (підводний рельєф великих водоймищ, ґрунти дна річок тощо);
  • відображати на карті непомітні на місцевості, але важливі природні явища (магнітне схилення, аномалії сили тяжіння тощо).

До основних видів умовних знаків належать: лінійні (використовують для зображення об’єктів лінійної протяжності); площинні (для зображення об’єктів, площа яких може бути відтворена в масштабі, зокрема рівнин, гір, озер тощо); позамасштабні (для зображення об’єктів, площа яких не виражається в масштабі карти, наприклад, символи, малюнки, геометричні фігури, що несуть інформацію про точкові географічні об’єкти); пояснювальні (для детальнішої характеристики зображуваного об’єкта, наприклад стрілка біля річки вказує напрямок її течії).

На всіх топографічних картах умовні знаки одних і тих самих об’єктів загалом однакові й відрізняються лише розмірами. Саме цим і забезпечується стандартність умовних знаків і полегшується читання топографічних карт різних масштабів.

• Географічні та прямокутні координати. Координатами називаються кутові чи лінійні величини, якими визначають положення точок у тій чи тій системі координат. Існує кілька систем координат у різних галузях науки, техніки, у військовій справі. Проте найчастіше використовують географічні та прямокутні. У кожному конкретному випадку застосовуються системи координат, які найкраще відповідають вимогам щодо визначення положення об’єктів на площині чи у просторі.

Для визначення місцезнаходження точки користуються географічними координатами - величинами, що характеризують положення точки на земній поверхні. Це - географічна широта (кут між площиною екватора й будь-якою точкою на місцевості, що обчислюється від 0° ш. (екватор) до 90° пн. ш. - Північний полюс або 90° пд. ш. - Південний полюс) і географічна довгота (кут між площиною початкового (нульового, Гринвіцького) меридіана та будь-якою точкою на місцевості, що буває східною (сх. д.) та західною (зх. д.) і обчислюється від 0° д. (початковий, нульовий, або Гринвіцький меридіан) до 180° д.) (мал. 3).

Прямокутні координати — це лінійні величини, що визначають положення точки на площині щодо прийнятого початку координат - перетину двох взаємно перпендикулярних прямих (координатних осей X та Υ). Кожна 6-градусна зона має свою систему прямокутних координат: вісь X - осьовий меридіан зони, а вісь Υ - екватор, а точка перетину осьового меридіана з екватором є початком координат (мал. 4).

Осі координат X і Υ поділяють зони на чверті, рахунок яких ведеться від північного напрямку осі X за ходом годинникової стрілки, і якщо за таких умов дотримуватися загальних правил визначення координат, тобто визначати X від екватора до полюсів, то його значення на північ буде додатним, а на південь - від’ємним; значення Υ від осьового меридіана на схід буде додатним, а на захід - від’ємним. Так, для території України, яка розташована в Північній півкулі в межах чотирьох зон (від 4-ї до 7-ї), значення всіх координат X будуть додатними, а значення координат Υ можуть бути як додатними, так і від’ємними, - залежно від розташування точки щодо осьового меридіана зони.

Мал. 3. Визначення географічних координат на топографічній карті

Мал. 4. Система прямокутних координат на картах

Мал. 5. Визначення прямокутних координат на топографічній карті

У кожній зоні проводяться лінії координатної сітки — сітки квадратів, утвореної горизонтальними й вертикальними лініями, які проведено паралельно до осей прямокутних координат через певну кількість кілометрів. Тому координатну сітку також називають кілометровою сіткою, а її лінії — кілометровими. Ці лінії мають підписи й цифрові позначення біля виходів ліній за внутрішньою рамкою аркуша. На лініях кілометрової сітки, паралельних екватору, підписується дійсна відстань від екватора в кілометрах (X), а на лініях сітки, паралельних осьовому меридіану зони, — номер зони (1-2 цифри) і останні три цифри — відстань від умовного осьового меридіана зони в кілометрах (Υ). Звідси легко визначити положення точок (об’єктів, цілей) щодо осьового меридіана зони, оскільки значення ординат точок (Υ), розташованих ліворуч від осьового меридіана зони, будуть менші ніж 500 км, а праворуч від нього - більші ніж 500 км.

Наприклад, координати X = 60 65 550; Y = 43 11 535 означають, що об’єкт розташований на відстані 6065 км і 550 м на північ від екватора і на захід від осьового меридіана 4-ї зони на відстані 188 км 465 м (500 км - 311 км 535 м) (мал. 5).

• Вимірювання на топографічній карті. Використання азимутів. Топографічні карти дають змогу визначати склад об’єктів місцевості, їхні характеристики, положення та розміри, вимірювати відстані між об’єктами, площі, напрямки, висоти тощо.

Визначення відстаней на топографічній карті. Для цього спершу вимірюють довжину відрізків (ліній) по карті, а потім, користуючись масштабом карти, визначають, якій відстані вони відповідають на місцевості. Наприклад, на карті масштабу 1:50 000 відстань між двома об’єктами дорівнює 8,4 см. Отже, відстань на місцевості дорівнюватиме: 50 000 см х 8,4 см = 420 000 см, або 4200 м.

Мал. 6. Вимірювання відстані на карті циркулем

Найпростіше відстань на карті можна визначити, використовуючи лінійний масштаб. Для цього достатньо відкласти циркулем або лінійкою з міліметровими позначками відстань між заданими точками на карті та, приклавши циркуль (лінійку) із цією відстанню до лінійного масштабу, прочитати за написами величину в метрах або кілометрах, що відповідає відстані на місцевості (мал. 6).

Приблизну відстань на карті можна визначати за допомогою деяких предметів (шматка паперу, олівця, телефона тощо). Для цього потрібно попередньо визначити за масштабом карти, якій відстані на місцевості відповідає довжина цього предмета.

Вимірювання довгих ліній, які не вміщуються на лінійному масштабі карти, проводиться частинами. Для цього беруть за масштабом розхил циркуля, що відповідає будь-якому цілому числу кілометрів або метрів, і таким «кроком» проходять по карті довжину, що вимірюється, враховуючи кількість перестановок ніжок.

Для визначення відстаней на карті дуже зручний, особливо під час вимірювання довгих кривих і хвилястих ліній, прилад, який називається курвіметром. Унизу приладу є маленьке колесо, яке з’єднане системою передач зі стрілкою. Під час переміщення колеса по карті вздовж лінії, що вимірюється, стрілка пересувається за циферблатом і показує шлях, який пройшло колесо. Отриманий відлік у сантиметрах множать на величину масштабу цієї карти. Наприклад, відлік курвіметра в 15 см за картою масштабу 1:200 000 становитиме 30 км.

Визначення площ об’єктів за картою. Приблизну оцінку розмірів площ роблять на око по квадратах кілометрової сітки, що є на карті.

Мал. 7. Розрахунок площі за допомогою палетки

Кожному квадрату сітки карт масштабів 1:10 000 - 1:50 000 на місцевості відповідає 1 км2, квадрату сітки карт масштабу 1:100 000 відповідає 4 км2, квадрату сітки карт масштабу 1:200 000 - 16 км2.

Більш точно площі вимірюють палеткою - аркушем прозорого пластику з нанесеною на нього сіткою квадратів зі сторонами 10 мм (залежно від масштабу карти й необхідної точності вимірювань). Наклавши таку палетку на об’єкт, що вимірюється на карті, спершу підраховують кількість квадратів, що повністю вкладаються всередині контура об’єкта, а потім і кількість неповних квадратів, що зазвичай береться за половину квадрата (мал. 7). Унаслідок перемноження площі одного квадрата на суму квадратів отримують площу цього об’єкта.

Азимут - кут між напрямком на північ і напрямком на будь-який предмет на місцевості, виміряний за годинниковою стрілкою.

Мал. 8. Вимірювання кутів на топографічній карті

Визначення напрямків за картою. Визначити напрямок на топографічній карті можна за допомогою азимута.

Розрізняють географічний і магнітний азимути.

Географічний (дійсний) азимут (А0) - це кут, що вимірюють за годинниковою стрілкою від напрямку на географічний Північний полюс до напрямку на будь-який об’єкт на місцевості.

Магнітний азимут (AM) - це кут між напрямком на магнітний Північний полюс і будь-який об’єкт на місцевості. Визначаючи магнітний азимут, замість площини географічного меридіана беруть площину магнітного меридіана (мал. 8).

Кут між географічним і магнітним меридіанами називають магнітним схиленням (δ). Воно буває східним і західним.

Визначити напрямок руху за топографічною картою можна також за допомогою дирекційних кутів.

Дирекційний кут (α) - кут у горизонтальній площині між напрямком, паралельним до осі абсцис (вертикальної лінії кілометрової сітки), та певним напрямком, відміряний за годинниковою стрілкою. Одиниця виміру - градус: Північ - 0° або 360°, Схід - 90°, Південь - 180°, Захід - 270°.

Визначення абсолютної та відносної висоти місцевості за картами. Щоб на плані або карті зобразити рельєф місцевості, треба виміряти висоту різних точок будь-якої території. У цьому разі зазвичай користуються абсолютними та відносними показниками висоти.

Абсолют на висота місцевості - це висота, виміряна порівняно з рівнем Світового океану. В Україні за умовний нуль беруть рівень Балтійського моря (мал. 9).

Відносна висота місцевості - це перевищення однієї точки місцевості над іншою (В - А = 22 м) (мал. 9).

Мал. 9. Абсолютна та відносна висота місцевості

На топографічних картах рельеф зображують за допомогою ізоліній - ізогіпсів, або горизонталей. Напрямок схилу позначають бергштрихами - короткими відрізками, що вільним кінцем указують напрямок схилу. Щоб визначити висоту точки на топографічній карті за допомогою горизонталей, потрібно:

1) з’ясувати, яка висота перерізу місцевості, тобто через скільки метрів проведено суцільні горизонталі. Таку інформацію представлено на всіх картах в умовних позначеннях, там, де подається і масштаб карти. Відповідно допоміжні горизонталі, які зазначають штриховою лінією на картах, проводять через половину висоти перерізу.

Наприклад, якщо висота перерізу становить 10 м, то це означає, що суцільні горизонталі проведено через 10 м, а допоміжні - через 5 м;

2) установити напрямок схилу, а також знайти одну з підписаних горизонталей, що розташована ближче до шуканої точки;

3) використовуючи дані про висоту перерізу, визначити необхідну висоту місцевості.

• Плани населених пунктів. Практичне використання топографічних карт, планів. Плани населених пунктів є зменшеним зображенням невеликої ділянки земної поверхні, виконаним за допомогою умовних позначень і масштабу. На ньому умовними знаками показують, що розташовано на цій місцевості, які об’єкти.

Плани населених пунктів складають зазвичай у масштабах 1:10 000 або 1:25 000 у рівнокутній поперечно-циліндричній проекції Гаусса-Крюгера в установленій системі координат і висот.

Масштаб плану залежить від його політико-адміністративного та економічного значення, кількості жителів й охопленої площі.

На планах населених пунктів відображають: математичні елементи, оцифровування тощо; вулиці, квартали, окремі споруди, промислові, соціально-культурні й сільськогосподарські об’єкти та дорожні споруди; гідрографію та гідротехнічні споруди; рельєф суші, дна річок та інших водоймищ; рослинний покрив і ґрунти; кордони й межі.

Для більш повного й швидкого вивчення плану населеного пункту, а також забезпечення точного цілеуказання складають довідку, яка характеризує місто в економічному та військовому плані.

Топографічні карти широко застосовуються при проектуванні й будівництві населених пунктів, промислових, енергетичних і гідротехнічних споруд, шляхів сполучення, при меліорації (осушенні та зрошенні земель, регулюванні стоку річок тощо). Вони необхідні при земле- та лісобудівних роботах, для ведення сільського та лісового господарства, у військовій справі.

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 1

Тема. Визначення на топографічній карті географічних (з точністю до секунд) і прямокутних координат окремих точок, географічних та магнітних азимутів, абсолютних і відносних висот точок, падіння річки.

Мета. Закріпити знання про топографічні карти, методи та способи вимірювань для отримання інформації про об’єкти топографічної карти; розвивати вміння визначати координати точок (географічні та прямокутні), аналізувати «вертикальні» координати точок (абсолютні та відносні висоти точок), розглянути падіння річки як приклад визначення відносної висоти точок витоку та гирла (за урізами води).

Алгоритм визначення географічних координат на топографічній карті (мал. 3):

I. Визначення географічної широти (φ):

1. Паралелями на топографічній карті слугують верхня та нижня рамки карти.

2. Значення цих паралелей підписано в чотирьох кутах карти. Наприклад, нижня рамка - паралель 54°36'00"; верхня рамка - 54°39'50". Відповідно вся карта вміщена в 3'50" широти.

3. Відстань між паралелями розбита на мінутні поділки, що проведені по бічних рамках карти. Для зручності - мінутні поділки позначено білими та чорними відрізками, що чергуються.

4. Кожна мінутна поділка розбита п’ятьма крапками. Відстань між крапками становить 10 секунд. Відповідно перша крапка мінути - це 10", друга - 20" і так далі до кінця мінути.

5. Для визначення широти точки відкладаємо від неї перпендикуляр до найближчої бічної рамки карти.

6. Рухаючись від значення паралелі нижньої (або залежно від розташування точки, верхньої) рамки карти, визначаємо градуси (усі точки матимуть 54°) та мінути (у цьому прикладі або 36' до 39') широти точки. Розташування перпендикуляра між 10-секундними крапками вкаже на значення секунд широти. Наприклад, у наведених умовних межах карти точка може мати широту: φ = 54°37’40".

II. Визначення географічної довготи (λ):

1. Меридіанами на топографічній карті слугують бічні рамки карти.

2. Значення меридіанів підписані в кутах карти. Наприклад, західний меридіан матиме довготу 18°03'20", а східний - 18°08'00". Отже, уся карта вміщуватиметься в 04'40" довготи.

3. Відстань між меридіанами розбита на мінутні поділки, що проведені по верхній та нижній рамках карти (чергуються «біла - чорна» і розбиті крапками на 10-секундні відтинки).

4. Для визначення довготи точки відкладаємо від неї перпендикуляр до верхньої або нижньої рамки карти (залежно від того, до якої рамки ближче провести перпендикуляр).

5. Рухаючись від значення найближчого підписаного меридіана (бічної рамки карти), визначаємо градуси (усі точки матимуть 18°) та мінути (у цьому прикладі від 03' до 08') довготи точки. Розташування перпендикуляра між 10-секундними крапками мінути вкаже на значення секунд довготи. Наприклад, довгота точки в межах цієї карти може бути: λ = 18°06'00".

Алгоритм визначення прямокутних координат на топографічній карті (мал. 5):

I. Визначення координати X:

1. Координата X вказує відстань точки в метрах до екватора.

2. Значення кожної горизонтальної лінії квадратів X підписано вздовж бічних рамок карти, біля нижньої сторони. Наприклад, 6065, 6066, 6067, 6068 і т. д. Проте для зручності перші дві цифри номера лінії X квадратів (у цьому прикладі 60) у межах карти пишуть дрібним шрифтом і позначають один або декілька разів, а великим шрифтом пишуть третю та четверту цифру.

3. Перші чотири цифри координати X - це номер горизонтальної лінії квадрата точки. Три останні цифри координати X вказують на розташування точки в межах самого квадрата. Для їх визначення відкладаємо перпендикуляр від точки до нижньої сторони квадрата; вимірюємо цю відстань лінійкою і за масштабом карти визначаємо її в метрах. Отже, координата Х у межах цього прикладу умовно матиме значення Х = 6065550.

II. Визначення координати Υ:

1. Координата Υ вказує першою цифрою номер шестиградусної зони, а шість останніх - це відстань у метрах від осьового (серединного) меридіана зони до точки.

2. Вертикальні лінії квадратів відповідають Υ. їхнє значення підписане вздовж верхньої та нижньої рамок карти біля лівого боку лінії квадратів. Наприклад, 4310, 4311, 4312, 4313, 4314 і т. д. Аналогічно для зручності перші дві цифри координати Υ не дублюють, а записують дрібним шрифтом один або декілька разів біля верхньої та нижньої рамки карти (у цьому прикладі - цифра 43). Третю і четверту цифри номера лінії квадратів записують великим шрифтом.

3. Отже, перші чотири цифри координати Υ - це номер вертикальної лінії квадрата точки. Три останні цифри координати Υ вказують на розташування точки в межах самого квадрата. Для їх визначення відкладаємо перпендикуляр до лівої сторони квадрата, вимірюємо цю відстань лінійкою і за масштабом карти визначаємо її у метрах. Отже, координата Υ у межах цього прикладу матиме значення Υ = 4311535.

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 2

Тема. Читання схем руху транспорту свого міста (обласного центру).

Мета. Поглибити знання про значення топографічної продукції на прикладі схем руху громадського комунального транспорту; закріпити вміння читати схеми руху транспорту свого міста (або обласного центру), аналізувати переважаючі напрямки руху та взаємодію видів транспорту в межах населених пунктів; оцінити сучасний стан і перспективи розвитку транспорту свого міста (чи обласного центру).

Завдання 1. Ознайомитися з актуальними схемами руху транспорту на прикладі вашого міста чи обласного центру, до якого підпорядковано ваш населений пункт (наприклад, користуючись навігатором Eway.in.ua).

Завдання 2. Визначити види громадського (комунального) транспорту в межах населеного пункту. Проаналізувати види транспорту (наявність автобусного, трамвайного, тролейбусного сполучення або метрополітену) та кількість маршрутів маршрутних таксі в межах міста від кількості населення та розмірів цього населеного пункту.

Завдання 3. Виявити найбільш напружені за кількістю маршрутів вулиці (проспекти), пояснити причини й наслідки такого скупчення транспорту.

Завдання 4. Визначити наявні недоліки в охопленні схемами руху транспорту частини міста (обласного центру), запропонувати перспективи усунення цих недоліків.

Підсумуйте свої знання:

  • 1. Поясніть значення понять: топографічна карта, розграфлення топографічної карти, географічні координати топографічної карти, прямокутні координати, прямокутна (кілометрова) сітка, азимут (географічний (або дійсний), магнітний).
  • 2. На основі конкретних прикладів оцініть значення топографічних карт у побуті та в господарській діяльності.
  • 3. Підготуйте повідомлення «Методи та способи вимірювань на топографічних картах» (на власний вибір).

Перевірте, чого навчилися:

  • 1. Спираючись на схеми руху громадського (комунального) транспорту, прокладіть варіанти маршрутів від одного об’єкта до іншого (у межах населеного пункту за власним вибором, користуючись навігатором Eway.in.ua).
  • 2. Користуючись сучасними планами населених пунктів, розробіть маршрут вихідного дня (на власний вибір).