Geograafilisi kaarte on inimesed kasutanud iidsetest aegadest peale. Esimesed katsed Maa pinda kujutada tegid Vana-Kreekas sellised teadlased nagu Eratosthenes ja Hipparkhos. Loomulikult on kartograafia teadusena sellest ajast kaugele arenenud. Kaasaegsed kaardid luuakse satelliidipiltide ja arvutitehnoloogia abil, mis loomulikult aitab nende täpsust tõsta. Ja siiski, igal geograafilisel kaardil on mõningaid moonutusi seoses maapinna loomulike kujude, nurkade või kaugustega. Nende moonutuste olemus ja sellest tulenev alt ka kaardi täpsus sõltub konkreetse kaardi koostamiseks kasutatud kartograafiliste projektsioonide tüüpidest.
Kaardi projektsiooni kontseptsioon
Vaatleme lähem alt, mis on kaardiprojektsioon ja mis tüüpi neid tänapäevases kartograafias kasutatakse.
Kaardiprojektsioon on Maa pinna kujutis tasapinnal. Rohkemteaduslikult sügav definitsioon kõlab nii: kartograafiline projektsioon on Maa pinnal asuvate punktide kuvamise viis teatud tasapinnal, mille käigus luuakse teatav analüütiline sõltuvus kuvatavate ja kuvatavate pindade vastavate punktide koordinaatide vahel.
Kuidas koostatakse kaardiprojektsioon?
Iga tüüpi kaardiprojektsioonide ehitamine toimub kahes etapis.
- Esiteks kaardistatakse Maa geomeetriliselt ebakorrapärane pind mõnele matemaatiliselt õigele pinnale, mida nimetatakse võrdluspinnaks. Kõige täpsema lähenduse jaoks kasutatakse selles funktsioonis kõige sagedamini geoidi - geomeetrilist keha, mis on piiratud kõigi merede ja ookeanide veepinnaga, on omavahel ühendatud (meretase) ja millel on üks veemass. Geoidi pinna igas punktis rakendatakse gravitatsiooni normaalselt. Kuid ka geoidi, nagu ka planeedi füüsilist pinda, ei saa väljendada ühe matemaatilise seadusega. Seetõttu võetakse geoidi asemel võrdluspinnaks pöördeellipsoid, mis annab sellele maksimaalse sarnasuse geoidiga, kasutades kokkusurumisastet ja orientatsiooni Maa kehas. Nad kutsuvad seda keha maa-ellipsoidiks või võrdlusellipsoidiks ja erinevates riikides kasutavad nad erinevaid parameetreid.
- Teiseks kantakse vastuvõetud võrdluspind (võrdlus-ellipsoid) tasapinnale, kasutades üht või teist analüütilist sõltuvust. Selle tulemusena saame maapinna tasase kartograafilise projektsiooni.
Projitseerimismoonutus
Äratekkis küsimus, miks mandrite piirjooned erinevatel kaartidel veidi erinevad? Mõnel kaardiprojektsioonil näivad mõned maailma osad mõne maamärgi suhtes suuremad või väiksemad kui teised. See kõik puudutab moonutusi, millega Maa projektsioonid kanduvad üle tasasele pinnale.
Aga miks kuvatakse kaardi projektsioonid moonutatult? Vastus on üsna lihtne. Sfäärilist pinda ei ole võimalik tasapinnal kasutada, vältides volte või purunemisi. Seetõttu ei saa sellelt pilti ilma moonutusteta kuvada.
Prognooside saamise meetodid
Kaardiprojektsioone, nende liike ja omadusi uurides on vaja ära mainida nende valmistamise meetodid. Seega saadakse kaardi projektsioonid kahe peamise meetodi abil:
- geomeetriline;
- analüütiline.
Geomeetriline meetod põhineb lineaarse perspektiivi seadustel. Meie planeeti võetakse tinglikult mingi raadiusega sfäärina ja projitseeritakse silindrilisele või koonilisele pinnale, mis võib seda puudutada või läbi lõigata.
Sel viisil saadud projektsioone nimetatakse perspektiiviks. Sõltuv alt vaatluspunkti asukohast Maa pinna suhtes jagatakse perspektiivprojektsioonid tüüpidesse:
- gnomooniline või keskne (kui vaatepunkt on joondatud maakera keskpunktiga);
- stereograafiline (sel juhul asub vaatluspunktvõrdluspinnad);
- ortograafiline (kui pinda vaadeldakse mis tahes punktist väljaspool Maa sfääri; projektsioon koostatakse sfääri punktide ülekandmisel kuvapinnaga risti olevate paralleelsete joonte abil).
Kaardi projektsioonide koostamise analüütiline meetod põhineb matemaatilistel avaldistel, mis ühendavad tugisfääri ja kuvatasandi punkte. See meetod on mitmekülgsem ja paindlikum, võimaldades luua suvalisi projektsioone vastav alt moonutuse eelnev alt kindlaksmääratud olemusele.
Kaardiprojektsioonide tüübid geograafias
Geograafiliste kaartide koostamiseks kasutatakse mitut tüüpi Maa projektsioone. Neid klassifitseeritakse erinevate kriteeriumide järgi. Venemaal kasutatakse Kavraysky klassifikatsiooni, mis kasutab nelja kriteeriumi, mis määravad kartograafiliste projektsioonide peamised tüübid. Iseloomulike klassifitseerimisparameetritena kasutatakse järgmisi:
- märgi moonutamine;
- tavalise ruudustiku koordinaatjoonte kuvamise vorm;
- pooluspunkti asukoht tavalises koordinaatsüsteemis;
- kuidas kasutada.
Mis tüüpi kaardiprojektsioonid on selle klassifikatsiooni järgi?
Projitseerimise klassifikatsioon
Järgmine on kaardiprojektsioonide tüüpide klassifikatsioon koos näidetega, mis põhineb ül altoodud põhikriteeriumidel.
Moonutuse olemuse järgi
Nagu eespool mainitud, on moonutus tegelikult iga Maa projektsiooni omane omadus. Mis tahes omadust saab moonutadapinnad: pikkus, pindala või nurk. Moonutuse tüübi järgi eristatakse:
- Konformaalsed või konformsed projektsioonid, milles asimuutid ja nurgad kantakse üle ilma moonutusteta. Konformsete projektsioonide koordinaatide ruudustik on ortogonaalne. Sel viisil saadud kaarte soovitatakse kasutada kauguste määramiseks mis tahes suunas.
- Ekvivalentsed või samaväärsed projektsioonid, kus säilib pindalade skaala, mis võetakse võrdseks ühega, st alad kuvatakse moonutusteta. Selliseid kaarte kasutatakse alade võrdlemiseks.
- Ekvidistantsed või võrdsed projektsioonid, mille konstruktsioonis säilib skaala ühes põhisuunas, mida võetakse ühtsena.
- Suvalised projektsioonid, millel võivad esineda igasugused moonutused.
Tavalise ruudustiku koordinaatjoonte kuvamise vormi järgi
See klassifikatsioon on kõige visuaalsem ja seega ka kõige kergemini mõistetav. Pange tähele, et see kriteerium kehtib ainult nende projektsioonide puhul, mis on tavaliselt vaatluspunktile orienteeritud. Niisiis, selle iseloomuliku tunnuse põhjal eristatakse järgmist tüüpi kartograafilisi projektsioone:
Circular, kus paralleelid ja meridiaanid on ringid ning ekvaator ja ruudustiku keskmine meridiaan on sirged. Selliseid projektsioone kasutatakse Maa pinna kui terviku kujutamiseks. Ringprojektsioonide näideteks on konformne Lagrange'i projektsioon ja suvaline Grinteni projektsioon.
Asimuut. Sel juhul tähistavad paralleelidkontsentriliste ringide kujul ja meridiaanid keskpunktist radiaalselt lahknevate sirgjoonte kimbu kujul. Sarnast projektsiooni kasutatakse otseses asendis Maa pooluste kuvamiseks koos külgnevate territooriumidega ning ristiasendis lääne- ja idapoolkera kaardina, mis on kõigile tuttav geograafiatundidest.
Silindriline, kus meridiaane ja paralleele kujutavad normaalselt ristuvad sirged. Ekvaatoriga külgnevad või teatud standardlaiuskraadil olevad territooriumid kuvatakse siin minimaalse moonutusega.
Koonusjoon, mis kujutab koonuse külgpinna arengut, kus paralleeljooned on ringikaared, mille keskpunkt on koonuse ülaosas, ja meridiaanid on koonuse tipust lahknevad juhikud. Sellised projektsioonid kujutavad kõige täpsemini keskmistel laiuskraadidel asuvaid territooriume.
Pseudokoonilised projektsioonid on sarnased koonusekujuliste projektsioonidega, sel juhul on ainult meridiaanid kujutatud kõverate joontena, mis on sümmeetrilised ruudustiku sirgjoonelise aksiaalse meridiaani suhtes.
Pseudosilindrilised projektsioonid meenutavad silindrilisi, ainult, nagu ka pseudokoonilistes projektsioonides, on meridiaanid kujutatud kõverate joontega, mis on sümmeetrilised aksiaalse sirgjoonelise meridiaani suhtes. Kasutatakse kogu Maa kujutamiseks (nt Mollweide'i elliptiline, võrdse pindalaga sinusoidneSanson jne).
Polükooniline, kus paralleelid on kujutatud ringidena, mille keskpunktid asuvad ruudustiku keskmisel meridiaanil või selle jätkul, meridiaanid on kõverate kujul, mis paiknevad sümmeetriliselt sirgjoonelise telgmeridiaani suhtes.
Poususpunkti asukoha järgi tavalises koordinaatsüsteemis
- Poolaar või normaalne – koordinaatsüsteemi poolus on sama, mis geograafiline poolus.
- Riik või põiki – tavasüsteemi poolus on joondatud ekvaatoriga.
- Kaldus või kaldus – tavalise koordinaatide ruudustiku poolus võib asuda mis tahes punktis ekvaatori ja geograafilise pooluse vahel.
Vastav alt pealekandmisviisile
Kasutusmeetodi järgi eristatakse järgmisi kaardiprojektsioonide tüüpe:
- Tahke - kogu territooriumi projekteerimine tasapinnale toimub ühe seaduse järgi.
- Mitmerealine - kaardistatud ala on tinglikult jagatud mitmeks laiustsooniks, mis projitseeritakse kuvatasandile ühe seaduse järgi, kuid iga tsooni parameetrite muutumisega. Sellise projektsiooni näide on Muflingi trapetsikujuline projektsioon, mida NSV Liidus kasutati suuremahuliste kaartide jaoks kuni 1928. aastani
- Mitmetahuline - territoorium on tinglikult jagatud mitmeks pikkuskraadi tsooniks, tasapinnale projekteerimine toimub ühe seaduse järgi, kuid iga tsooni jaoks on erinevad parameetrid (näiteks Gauss-Kruger projektsioon).
- Komposiit, kui mingi osa territooriumistkaardistatakse tasapinnale, kasutades ühte seaduspärasust, ja ülejäänud territooriumi teise järgi.
Nii mitmerealiste kui ka mitmetahuliste projektsioonide eeliseks on suur kuvamise täpsus igas tsoonis. Oluliseks puuduseks on aga pideva kujutise saamise võimatus.
Muidugi saab iga kaardiprojektsiooni klassifitseerida kõigi ül altoodud kriteeriumide alusel. Niisiis, kuulus Maa Mercatori projektsioon on konformne (võrdnurkne) ja põiki (transversioon); Gauss-Krugeri projektsioon – konformne ristisilindriline jne.
