Мы объясним, что такое картографическая проекция, ее функцию при создании карт и ее свойства. Кроме того, мы приводим несколько примеров
Картографическая проекция стремится как можно меньше исказить пропорции планеты
Что такое картографическая проекция?
географии картографическая проекция (также называемая географической проекцией) – это способ визуального представления части земной коры , который делает эквивалентным естественную кривизну планеты и плоскую поверхность карты. В основном он заключается в переводе трехмерного изображения в двухмерное , как можно меньше искажая пропорции оригинала
Это процедура, специфическая для создания карт картографами, которые должны руководствоваться системой координат, включающей меридианы и параллели Земли для построения пространственного представления, которое точно соответствует пропорциям кривизны планеты
Однако это невозможно сделать без определенной погрешности, поэтому проекции изучаются для того, чтобы максимально уменьшить искажения и сохранить, прежде всего, три фундаментальных аспекта карты: расстояние, поверхность и форму
Существуют различные возможные картографические проекции, т.е. различные методы процедуры для двухмерного представления размеров Земли (или части ее поверхности), поскольку этот вопрос занимал географов с древних времен. В этом смысле ни одна из них не является более верной, чем другая, но скорее они представляют различные геометрические проблемы и подчеркивают различные аспекты представления
Свойства картографической проекции
Все картографические проекции имеют характерные особенности, связанные с типом преобразования или геометрической процедурой, использованной для его выполнения. Таким образом, географическая проекция может обладать одним или двумя из следующих трех свойств, но ни в коем случае не может обладать всеми тремя одновременно :
- Equidistance . Проекция верна расстояниям оригинала, т.е. она не увеличивает и не уменьшает их, а сохраняет их соотношение при соответствующем масштабе
- Эквивалентность . Проекция точно соответствует площади поверхности оригинала, т.е. не искажает размеры и габариты поверхностей.
- Соответствие . Проекция точно повторяет формы и углы оригинала, т.е. не искажает силуэт или внешний вид изображаемой поверхности.
В каждой проекции целью является максимально возможное соблюдение этих трех фундаментальных свойств, хотя, как правило, некоторые из них приносятся в жертву больше, чем другие, в зависимости от конкретной полезности проецируемой карты. Например, если это карта мира или планисфера школы, то в целом форма континентов (соответствие) соблюдается больше, чем расстояние между ними (равноудаленность) и поверхность каждого из них (равноудаленность)
Типы картографических проекций
В конических проекциях меридианы становятся прямыми линиями.
Для классификации картографических проекций обычно используется критерий геометрической фигуры , которая ее вдохновляет, т.е. является ли проекция цилиндрической, конической, азимутальной или сочетает в себе аспекты всех трех категорий
- Цилиндрические проекции. Как следует из названия, это проекции, в которых в качестве поверхности карты используется воображаемый цилиндр. Помещенный секущей или касательной к сферической поверхности планеты, этот цилиндр имеет хорошее соответствие (соблюдает формы), но по мере удаления от экватора происходит все более заметное искажение расстояний и поверхностей. Несмотря на это, благодаря сохранению перпендикулярности между меридианами и параллелями, это простой и полезный тип проекции, широко используемый в навигации.
- Конические проекции. Подобно цилиндрическим проекциям, эти проекции получаются путем помещения земной сферы внутрь внутренней кривизны воображаемого касательного или секущего конуса, на который будут проецироваться параллели и меридианы. Достоинством этого типа проекции является то, что меридианы превращаются в прямые линии, начинающиеся от полюса, а параллели – в концентрические круги внутри конуса. Полученная карта идеально подходит для представления средних широт, поскольку по мере продвижения к полюсам она искажается.
- Азимутальные проекции. Также называемые зенитальными проекциями, они получаются путем помещения земной сферы на воображаемую плоскость, касательную к самой сфере, на которую проецируются меридианы и параллели. Полученная точка зрения соответствует виду на мир из центра Земли (гномоническая проекция) или с удаленной планеты (ортографическая проекция). Эти проекции подходят для сохранения связи между полюсами и полушариями и поэтому точны в регионах высоких широт; но они все больше искажаются, чем больше расстояние между касательной точкой плоскости и сферой, поэтому они не подходят для точного отображения экваториального региона.
- Измененные проекции. Также называемые комбинированными или смешанными проекциями, это те, которые включают в себя различные аспекты проекций, перечисленных выше, и пытаются достичь точного представления земной поверхности путем нарушения непрерывности карты и математического построения квадрата, который занимает ту же площадь, что и круг: неинтуитивная процедура, но позволяющая экспериментировать с добровольными деформациями меридианов и параллелей Земли, чтобы получить новые результаты, которые были бы невозможны при использовании других типов проекций.
Подробнее в: Типы карт
Примеры картографических проекций
Проекция Винкеля-Трипеля считается лучшей моделью представления суши.
Основными и наиболее известными картографическими проекциями Земли (т.е. картой мира) являются:
- Проекция Меркатора. Созданная немецким географом и математиком Герардусом Меркатором (1512-1594) в 1569 году, она является одной из наиболее широко используемых земных проекций в истории, особенно при составлении карт для навигации в 18 веке. Это цилиндрическая проекция, практичная и простая, но она искажает расстояния между меридианами и параллелями Земли, превращая их в параллельные линии, что увеличивает расстояние между одной и другой по мере продвижения к полюсу. Это усугубляется уменьшением экваториальных регионов, что позволяет, например, Аляске выглядеть примерно как Бразилия, в то время как последняя на самом деле почти в пять раз больше Бразилии. Из-за этого Европа, Россия и Канада играют гораздо более заметную роль в изображении земного шара, и карту обвиняют в европоцентризме.
- проекция Ламберта. Также называемая конформной проекцией Ламберта, чтобы отличить ее от других проекций, созданных франко-германским физиком, философом и математиком Иоганном Генрихом Ламбертом (1728-1777), это коническая проекция, созданная в 1772 году. Она получается с помощью двух опорных параллелей, которые пересекают земной шар и служат сторонами конуса, что позволяет добиться нулевого искажения вдоль параллелей, хотя это искажение увеличивается по мере удаления от них. Меридианы, с другой стороны, преобразуются в высокоточные изогнутые линии. В результате получается очень высококонформная проекция, которая часто используется для полетных карт самолетов, несмотря на то, что карты мира, полученные с ее помощью, обычно хороши только для одного полушария за раз.
- проекция Галл-Петерса. Созданная шотландским священнослужителем Джеймсом Галлом (1808-1895) в 1855 году, эта проекция впервые появилась 30 лет спустя в Шотландском географическом журнале. Но его популяризировал и применил на практике немецкий режиссер Арно Петерс (1916-2002), и по этой причине он носит имя их обоих. Это проекция, которая стремится исправить недостатки проекции Меркатора, и с этой целью она уделяет больше внимания эквивалентности: она проецирует земную сферу на воображаемый цилиндр, который затем растягивается до удвоенной собственной величины.
- проекция Ван дер Гринтена. Созданная в 1898 году немецко-американским картографом Альфонсом Дж.ван дер Гринтена (1852-1921), не является ни конформной, ни эквивалентной проекцией, а представляет собой произвольную геометрическую конструкцию на плоскости. Он использует те же методы, что и Меркатор, но значительно уменьшает его искажения, которые зарезервированы для полюсов, подверженных максимальной степени несоответствия. Эта проекция была принята Национальным географическим обществом в 1922 году, пока в 1988 году ее не заменила проекция Робинсона.
- Прогноз Аитоффа. Предложенная в 1889 году русским картографом Давидом Аитовым (1854-1933), она представляет собой зенитную или азимутальную проекцию, имеющую мало эквивалентов и мало соответствия, построенную путем искажения горизонтальной шкалы для превращения земной сферы в эллипс, ширина которого вдвое больше высоты. Это постоянный масштаб на экваторе и центральном меридиане планеты, что вдохновило Эрнста Хаммера предложить в 1892 году аналогичную модель, известную как проекция Хаммера, но малопригодную для использования.
- проекция Робинсона. Созданная в 1961 году американским географом Артуром Х. Робинсон (1915-2004), она возникла в ответ на дебаты о наиболее справедливом представлении планеты в середине XX века. Его целью было простое, но ненадежное отображение карты мира на полуцилиндрической плоскости, так что она не является ни эквидистантной, ни эквивалентной, ни конформной, но принимает свои искажения (наиболее значительные в полярной области и в высоких широтах) на основе культурного консенсуса, создавая привлекательные изображения всего мира, без акцента на каком-либо одном континенте. Эта проекция широко использовалась Национальным географическим обществом до ее замены в 1998 году на проекцию Винкеля-Трипеля.
- Проекция Винкеля-Трипеля. Это модифицированная азимутальная географическая проекция, предложенная Оскаром Винкелем в 1921 году на основе комбинации проекции Аитоффа и эквидистантной цилиндрической проекции. Эта проекция была принята Национальным географическим обществом в 1998 году и с тех пор считается лучшей моделью представления земной поверхности на сегодняшний день.
Почему картографические проекции искажаются?
Явление искажения неизбежно при любом типе проекции, хотя его можно уменьшить или замаскировать до определенной степени. Это связано с геометрической проблемой: невозможно точно перевести сферическую поверхность в плоскую , сохранив аспекты расстояния, формы и поверхности при переходе от трех измерений к двум
Хороший способ проверить это явление – представить, что мы стоим на одном из полюсов Земли и идем по прямой линии к экватору, ориентируясь на любой меридиан. Прибыв на место, мы проходим расстояние по прямой линии на экваторе, а затем возвращаемся к полюсу по прямой, ориентируясь на соответствующий меридиан
Траектория, которую мы описали в нашей прогулке, образует сферический изогнутый треугольник, который имеет два прямых угла (т.е. 90° апертуры) и третий, меньший угол, но больше 0° апертуры. Поэтому сумма углов этого треугольника больше 180°, что геометрически невозможно для любого плоского треугольника. Ответ на эту загадку кроется именно в необходимом искажении, которое претерпевает описанный выше треугольник, когда он находится на поверхности сферы
Продолжение: Глобус
Добавить комментарий