Что же представляет собой топографическая карта и чем она отличается от других (географических) карт? Прежде всего масштабом. Топографической картой называется точное и подробное изображение местности на плоскости (бумаге), выполненное с уменьшением линий местности от десяти тысяч до одного миллиона раз. Если уменьшение линий местности изображается больше, чем в один миллион раз, то такая карта называется географической. Следовательно, основное различие между топографическими и географическими картами состоит в том, что изображение местности на топографических картах всегда будет более детальным, чем на географических картах. На топографической карте можно показать с достаточной подробностью все элементы местности — населенные пункты, дороги, реки, болота, леса и неровности (рельеф) земной поверхности, чего нельзя достигнуть на географической карте, ввиду значительной степени уменьшения размеров местности. Поэтому топографические карты как более подробные предназначаются для изучения местности и ориентирования на ней, для производства измерений и расчетов, необходимых как в военном деле, так и для целей народного хозяйства.
Какие же масштабы существуют для топографических карт? Масштабом карты называется отношение, показывающее, во сколько раз уменьшена длина линий на карте по сравнению с ее действительной величиной на местности. Так, например, если 1 см на карте соответствует 10 км на местности, то масштаб карты будет равен 1: 100 ООО. Этот масштаб называют численным. Величина эта отвлеченная и не зависит от системы линейных мер. При сравнении нескольких масштабов более крупным будет тот, у которого знаменатель меньше, и, наоборот, чем больше знаменатель, тем масштаб мельче. От масштаба карты зависит точность измерений, подробность карты и размер картографического изображения одной и той же местности. Очевидно, что с уменьшением масштаба уменьшается и количество наносимых на нее деталей местности. В зависимости от масштаба топографические карты принято разделять на крупномасштабные (1:10 ООО, 1: 25 ООО, 1: 50 ООО), среднемасштабные (1 : 100 ООО, 1: 200 000) и мелкомасштабные (1: 500 000, 1: 1 000 000).
Практически расстояния по карте определяют с помощью линейного масштаба. Он изображается на карте в виде прямой линии с делениями для отсчета расстояний. На картах масштаб (численный, линейный и текстовой) всегда находится под южной рамкой в таком виде, как это изображено на рисунке 41. Расстояние в метрах или километрах на местности, соответствующее одному сантиметру на карте, называется величиной масштаба и всегда подписывается между численным и линейным масштабами.
Но топографическая карта не всегда может удовлетворить требованиям, которые могут возникнуть в практической деятельности, особенно когда необходимо очень подробно изучить отдельный небольшой участок местности. В этих случаях на отдельные участки местности населенного пункта создаются еще более подробные чертежи местности, которые называются планами. Они отличаются от топографической карты тем, что кривизна земной поверхности на них не принимается в расчет. Дело в том, что и на топографической карте небольшие участки местности в пределах которых крутизна земной поверхности незначительна, тоже практически не отличаются от плоского изображения. А это значит, что на топографических картах так же, как и на планах, все измерения можно производить так, как будто они никакой разницы не имеют.
Планы издаются нестандартными листами, местные предметы на них изображаются особыми условными знаками. А рельеф не изображается вообще. По существу, планы являются разновидностью топографических карт. Чаще всего планьг создают для изучения населенных пунктов7, участков леса, аэродромных площадок, строительных участков с уменьшением всех линий местности в 5— 10 тысяч раз.
Как же получить изображение шарообразной земной поверхности без искажений на плоскости? Какая картографическая проекция используется для этого?
Всем известно, что наша планера похожа на шар. Самое верное представление о взаимном расположении континентов и океанов, лесов и гор дает нам глобус. Им хорошо
пользоваться, но не всегда удобно. Чаще возникает потребность иметь плоское изображение нужного нам участка Земли на бумаге. Если бы Земля имела форму цилиндра или конуса, то сделать развертку ее поверхности на плоскости не составляло бы труда. Но ни шар, ни эллипсоид нельзя развернуть на плоскости без складок и разрывов. Поэтому для изображения земной поверхности всегда прибегают к условным построениям, которые получили название картографических проекций. Задача их заключается в том, чтобы на бумаге построить сетки меридианов и параллелей, то есть основы, каркаса любой карты.
Представьте себе, что сеть параллелей и меридианов с поверхности стеклянного шара, образно представляющего в миниатюре земной шар (рис. 19, а, б) проектируется на боковую поверхность цилиндра (а) или конуса (б), сделанного из бумаги. Затем эти поверхности разрезаются по образующей и развертываются. В первом случае проекция называется цилиндрической, и на ней параллели и меридианы изображаются в виде взаимно перпендикулярных прямых. Во втором случае проекция называется конической. В ней параллели изображаются концентрическими окружностями, а меридианы — радиальными прямыми, расходящимися из центра окружностей. Если же на стеклянный шар помимо сетки параллелей и меридианов нанести на одной его половине еще и очертания материков, моря, реки и хребты и осветить его лампой на уровне экватора, то на экране мы получим изображение земной поверхности. В этом случае проекция называется экваториаль-
ной (азимутальной), в которой обычно и строятся географические карты в виде полушарий (рис. 19, в).
Над созданием картографических проекций, удобных для восприятия, трудились многие крупнейшие ученые разных эпох. Сюда можно отнести и великих мыслителей древности Аристотеля и Птолемея, и выдающихся гениев эпохи Возрождения, таких, как Леонардо да Винчи и Декарта, и талантливых ученых более позднего периода — Ломоносова и Гаусса и многих других. Несмотря на то что предложены тысячи способов изображения Земли на плоскости, ни один из них не дает точного ее воспроизведения. На одних картах пытаются правильно изображать очертания материков и океанов, но при этом искажаются их размеры. На других — сохраняются площади, зато искажается форма континентов.
В нашей и некоторых других странах для топографических карт применяется поперечно-цилиндрическая проекция, предложенная немецким математиком Карлом Гауссом (1777-1855).
Сущность ее состоит в том, что поверхность Земли изображается на плоскости не вся сразу, а отдельными полосами (зонами) шириной по 6° по долготе от Северного полюса до Южного (рис. 20). Каждая такая зона проектируется на внутреннюю боковую поверхность воображаемого цилиндра, который касается земной поверхности по среднему меридиану, называемому осевым меридианом для данной зоны. «Поворачивая» Землю вокруг оси вращения, шестиградусные зоны последовательно проектируют одна за другой на боковую поверхность цилиндра. Затем боковую поверхность цилиндра развертывают на плоскость, и спроектированные зоны изображаются на ней одна рядом с другой. Между собой они соприкасаются только в одной точке — на экваторе (рис. 20). Изображение земной поверхности, полученное таким образом, затем делится сеткой меридианов и параллелей на отдельные листы топографических карт.
Какова точность изображения земной поверхности в такой картографической проекции? Из ее описания видно, что осевой меридиан в каждой зоне соприкасается с поверхностью земного шара и, следовательно, изображается в проекции Гаусса без искажения своей длины и сохраняет масштаб уменьшения на карте одинаковый на всем их протяжении. Остальные меридианы (боковые) в каждой зоне изображаются в проекции кривыми линиями, поэтому они все длиннее осевого меридиана, то есть искажены на карте. Все параллели выше и ниже экватора также изображаются кривыми линиями и с некоторым искажением. Эти искажения длин увеличиваются по мере удаления от осевого меридиана на восток и на запад и от экватора к северу и к югу. Наибольшее их искажение получается на краях зоны, где они могут достигать величины порядка 0,1% длины измеряемых линий. Но это практически удовлетворяет всем требованиям точности при замерах, проводимых на местности.
Несколько слов о форме и размерах самой Земли. До сих пор Землю условно считали шаром, но в действительности это далеко не так.
После многочисленных замеров и расчетов, продолжающихся вплоть до наших дней, топографы пришли к выводу, что фигура Земли очень близко подходит к эллипсоиду вращения, то есть правильному геометрическому телу, образующемуся вращением эллипса вокруг его малой оси (рис. 21). Поверхность эллипсоида — это некоторая воображаемая поверхность океанов и морей, продолженная над всеми материками, то есть поверхность среднего уров-
ня океана, как бы покрывающая всю нашу планету. Поэтому на картах все возвышенности и отсчитываются от уровня моря. Единых размеров земного эллипсоида для всех стран до сих пор не принято. В СССР и других социалистических странах за основу, при создании топографических карт и определении координат на земной поверхности, принят эллипсоид Красовского, названный так в честь выдающегося советского ученого-геодезиста Ф. Н. Красовского (1878—1948), предложившего следующие размеры земного эллипсоида: большая полуось равна — 6 378 245 км, малая полуось — 6 356 863 км. Из этих размеров видно, что ось вращения Земли короче диаметра земного экватора примерно на 43 км. Поэтому для практических задач, не требующих особой точности, фигуру Земли принимают за шар, радиус которого равен примерно 6371 км.
На нашем земном шаре различают следующие основные точки и линии (рис. 21, б). Концы земной оси, вокруг которой происходит суточное вращение Земли, называются географическими полюсами; северный обозначается буквой латинского алфавита — N и южный — S. Плоскость, перпендикулярная к оси вращения Земли и проходящая через ее центр, называется плоскостью земного экватора, а пересечение ее с земной поверхностью дает окружность, которая называется экватором. Выше плоскости экватора находится Северное полушарие, ниже — Южное. Линии пересечения земной поверхности плоскостями, параллельными плоскости экватора, называются параллелями, а линии пересечения земной поверхности вертикальными плоскостями, проходящими через земную ось,— географическими или истинными меридианами. Сетка, образованная пересекающимися меридианами и параллелями, называется географической сеткой.
Итак, любая топографическая карта имеет рамку в виде трапеции, верхняя и нижняя стороны которой являются параллелями, а боковые — меридианами. Такое деление карт на отдельные листы называется разграфкой карт.
Разграфка карт имеет большое значение: во-первых, благодаря географической сетке определяется местоположение на земном шаре участка местности, изображенного на данном листе карты; во-вторых, наличие параллелей и географических меридианов на границах каждого листа позволяет склеивать отдельные листы между собой и составлять карту больших размеров, на большой участок или полосу местности. Кроме того, наличие рамки на карте с меридианами и параллелями определяет расположение ее относительно сторон горизонта, а именно: верхняя сторона является северной, нижняя — южной, левая — западной, правая — восточной.
Для того чтобы, легко и быстро находить нужные листы топографических карт того или другого масштаба, каждому листу присваивается буквенно-цифровое обозначение — номенклатура. Она указывается над северной стороной рамки, и рядом с ней подписывается название наиболее крупного населенного пункта, расположенного на данном листе. Кроме того, посредине внешней рамки со всех четырех сторон указывается номенклатура непосредственно прилегающих листов смежных карт к данному листу. Номенклатура советских топографических карт представляет собой стройную систему, единую для карт любого масштаба. В основу ее положена номенклатура листов миллионной карты (масштаб 1:1000000). Размер рамки этого листа карты по долготе равен зоне Гаусса (то есть 6°), а по широте расстоянию ме^ду параллелями — 4°. Номенклатура листа карты масштаба 1: 1 000 000 слагается из указания пояса (заглавная буква латинского алфавита) и колоны (зоны), которые нумеруются арабски-
ми цифрами. Счет поясов ведется от экватора к полюсам, а колон — от меридиана 180° с запада на восток (рис. 22). Номенклатура листа карты масштаба 1 : 1000 000 с городом Смоленском будет: N — 36 Смоленск. Эта система разграфки и номенклатуры листов карты масштаба 1 : 1 000 000 является международной. Номенклатура листов всех остальных, более крупных масштабов, топографических карт слагается из номенклатуры соответствующего листа миллионной карты с добавлением к ней номера (или буквы), указывающего расположение на нем данного листа. Расположение листов карт различных масштабов в пределах листа миллионной карты, а также порядок их обозначения (цифра или буква) показан на рисунке 23. Из него видно, что в одном листе миллионной карты содержится:
— 4 листа карты масштаба 1: 500 000, которые обозначаются номенклатурой миллионной карты с добавлением заглавных букв А, Б, В, Г;
— 36 листов карты масштаба 1:200 000, которые обозначаются номенклатурой миллионной карты с добавлением к ней римских цифр от I до XXXVI;
— 144 листа карты масштаба 1:100 000, которые
обозначаются номенклатурой миллионной карты с добавлением к ней арабских цифр от 1 до 144 (см. рис. 23).
Одному листу карты масштаба 1:100 000 соответствует 4 листа карты масштаба 1:50 000, которые обозначаются номенклатурой этого листа карты с добавлением к ней заглавных букв А, Б. В, Г (рис. 24, а). Одному листу карты масштаба 1:50 000 соответствует 4 листа карты масштаба 1 : 25 000, которые обозначаются номенклатурой данного листа с добавлением к ней строчных букв а, б, в, г (рис. 24, б).
Итак, номенклатура листов карты с городом Смоленском различных масштабов будет обозначаться следующим образом:
Для изготовления топографических карт в Советском Союзе приняты размеры земного эллипсоида по размерам эллипсоида Ф. Н. Красовского, а в качестве картографической проекции — проекция Гаусса. Разграфка (разбивка) топографических карт на отдельные листы осуществляется по географическим меридианам и параллелям, а номенклатура (буквенно-цифровое обозначение) зависит от масштаба и в основе своей содержит обозначение миллионной карты.
