Файл: Божок А.П. Картографія.pdf

ББКД 17 Б 76

А.П. Божок, Л.Є. Осауленко, В.В. Пастух. Картографія. Підручник. — Київ: Фітосоціоцентр, 1999. — 252 стор.

Розглянуто теоретичні положення картографії: суть і властивості карт та інших картографічних творів, їх математичну основу, способи формування картографічного зображення, картографічну генералізацію; основні поняття про етапи створення карт; шляхи застосування карт в науковій і практичній роботі; історію картографії, її стан та перспективи розвитку в Україні.

Для студентів географічних спеціальностей університетів. Може вико­ ристовуватися студентами педагогічних вузів.

Рецензенти

докт. геогр. наук В.О. Шевченко, Київський університет імені Тараса Шевченка

докт. техн. наук проф. СП. Войтенко, Київський державний технічний університет будівництва і архітектури

ISBN 966-7459—33-0

©Божок А.П., Осауленко Л.Є., Пастух В.В., 1999

©Український фітосоціологічний центр, 1999

Картографія

ПЕРЕДМОВА

Картографія — одна з основних дисциплін в системі підготовки географів різної спеціалізації. Програма і зміст цієї дисципліни традиційно націлені на формування у студентів глибокого розуміння картографічної форми' подання знань про реальний світ, її можливостей у розкритті особливостей і закономірностей просторового розміщення об'єктів світу, відображення їх якісних і кількісних ознак, виявленні зв'язків між складовими оточуючого середовища. Ці знання є підґрунтям для вивчення за картографічними творами реального світу, застосування їх у польових і камеральних дослідженнях під час навчальних і виробничих практик, в подальшій професійній діяльності.

Згідно з діючими програмами та сучасними науковими дослідженнями з картографічних проблем в книзі висвітлені питання: картографія як важлива галузь науки, техніки і виробництва, що формувалася протягом всієї історії суспільства; карта як просторова образно-знакова модель дійсності і джерело інформації про неї; картографічні моделі; математичне обгрунтування побудови карти, формування картографічного зображення; поняття про етапи і методи створення середньота дрібномасштабних карт, їх поліграфічне розмноження; створення рукописних карт; картографічний метод дослідження, його застосування для вирішення наукових і практичних задач.

Наприкінці кожного розділу з метою закріплення навчального матеріалу подані контрольні запитання.

Автори висловлюють глибоку подяку доктору географічних наук В.О. Шевченку та доктору технічних наук, професору С.П.Войтенку які рецензували рукопис і висловили цінні поради щодо поліпшення його змісту.

Передмова, розділи 1-5 (крім 5.4 та 5.6), 6, 10 написані доцентом А.П. Божок, підрозділи 5.4 та 5.6, розділи 7 та 8 — доцентом Л.Є. Осауленко за участю А.П. Божок, розділ 9 — А.П. Божок за участю доцента В.В. Пастуха.

В технічній підготовці підручника до друку активну участь приймала асистент О.Ю.ІЯценко.

Божок Д.П., Осауленко Л.Є., Пвстух В.З.

РОЗДІЛ 1. КАРТОГРАФІЯ

1.1. Картографія, її предмет і методи

Картографія — це галузь науки, техніки і виробництва, що охоплює вивчення, створення та використання картографічних творів.

Складовою частиною поняття "картографія" є слово "карта" (в перекладі з грецької означає аркуш папірусу для письма), яким позначають особливу форму фіксування знань про оточуючий світ. Цю форму, завдяки притаманним тільки їй ознакам, легко відрізнити від інших форм закріплення знань людини: вербальної, чи описової природньою мовою, математичної та ін.

В наведеному вище стандартному визначенні відмічені різні за змістом і прийомами вирішення напрямки діяльності людини: наукові дослідження і розробки, технічне забезпечення картографічних робіт, працю по безпосередньому виготовленню картографічної продукції.

Географи основну увагу приділяють науковому напрямку карто­ графії. З цієї точки зору картографія — наука про відображення і дос­ лідження об'єктів природи і суспільства (їх розміщення, властивостей, взаємозв'язків, змін у просторі і часі) за допомогою карт та інших картографічних моделей будь-яких сторін реального світу. Таке визначення вказує на предмет наукової картографії, на те, що вивчає ця наука. Предметом картографії є об'єкти природи і суспільства — їх властивості, взаємозв'язки, зміни у просторі і часі. Саме відображення змін об'єктів в просторі (або просторових відношень об'єктів) відрізняє картографію від інших наук, що вивчають ті ж об'єкти (географії, біології, фізики, історії та ін.). Слід відмітити, що об'єктом можуть бути предмети (будь-які конкретні матеріальні утворення реального світу, що сприймаються органами чуття людини), їх стан, ситуація, зумовлена певними обставинами чи умовами, явища (будь-які вияви змін, перетворень та ін., що відбуваються в навколишньому середовищі.

Як кожна наука, картографія має свої методи вирішення наукових і практичних завдань — це картографічне моделювання і

картографічний метод дослідження, за допомогою яких створюють картографічні моделі, розробляють прийоми їх аналізу, застосування та перетворення з метою вивчення реального світу і набуття нових знань. Тобто коло інтересів картографії не обмежується відображенням реального світу, а й включає дослідження останнього за допомогою притаманних тільки їй засобів, що дозволяє віднести картографію до пізнавальних наук.

Невід'ємною складовою сутності будь-якої науки є отримані нею знання та способи їх подання. Картографія фіксує знання шляхом створення картографічних моделей, основним видом яких є карта.

Картографія

1.2. Структура картографії

Сучасну картографію складає система наукових і технічних дисциплін (розділів), зміст яких визначається завданнями, котрі цими розділами вирішуються.

Теорія картографії (картознавство, вчення про карту) — розділ, що розглядає предмет і методи картографії, окремі питання, пов'язані зі створенням та використанням карт: картографічне відображення дійсності, його можливості й особливості зображення різних об'єктів, картографічні джерела; загальну методику використання картографічних творів у наукових і практичних цілях; історію картографічної науки, розвитку її технічної бази і методів створення і застосування карт та інших картографічних творів.

Математична картографія займається математичним обгрунтуванням картографічних моделей, розробкою математичних методів побудови картографічних сіток, виявленням спотворень зображення та їх розподілу тощо.

Проектування і складання карт — розділ, присвячений тео­ ретичним основам, методам і технології лабораторного створення гео­ графічних карт, питанням науково-технічного керівництва цими роботами.

Оформлення карт і картографічна семіотика — розділ, в якому розглядаються теорія зображувальних засобів картографії і принципе розробки елементів' картографічних умовних знаків (картографічної мови); правила побудови знакових систем та користування ними (картографічний синтаксис), співвідношення знаків і об'єктів, що подаються на картах (картографічна семантика), інформаційні можливості знаків, сприйняття їх пізнаючим суб'єктом (картографічна прагматика); питання художнього проектування карт, їх кольорового чи штрихового оформлення тощо.

Видання карт — технічна дисципліна, що вивчає і розробляє технологію друкування, розмноження (тиражування), поліграфічного оформлення картографічних творів.

Економіка і організація картографічного виробництва —

галузева економічна дисципліна, яка займається планово-економічни­ ми питаннями, організацією виробництва при оптимальному вико­ ристанні картографічного устаткування, матеріалів, трудових ресурсів.

Використання даних інших наук (зокрема, лінгвістики, історії, географії і інформатики) сприяло формуванню таких розділів картографії, як картографічна топоніміка і картографічна інформатика. Перша вивчає географічні назви (їхнє змістове значення, лексичний склад, написання, переклад з однієї мови на іншу тощо); друга розробляє методи збирання, зберігання і надання користувачам інформації про картографічні твори та джерела.

Іноді в окремі розділи виділяють складові картознавства:

картографічне джерелознавство, використання картографічних

Божок А.П., Осауленко Л . Є . , Пастух В.В.

творів, історію картографії.

Цілком зрозуміло, що наведена вище структура картографії виз­ начена за предметом дослідження — карта, методи її створення

тощо. Поряд з таким членуванням картографії існує її галузевий (те­ матичний) поділ відповідно до особливостей картографування —

комплексу робіт по створенню карт, які розрізняються за об'єктами картографічного вивчення, технічним оснащенням, методами проведення, організацією, отриманими результатами. Так, за об'єктом картографування виділяють географічну (земну) картографію з подальшим поділом на картографію суші і картографію морів та океанів, космічну картографію, завданням якої є відображення небесних тіл та космічного простору. За змістом зображеного на картах виділяють картографію топографічну і загальногеографічну, завданням якої є зображення земної поверхні на картах так, як її бачить людина, і картографію тематичну, котра займається відображенням на картах певних об'єктів, які мають місце в природі, суспільному житті та діяльності людини. Залежно від цього тематичну картографію поділяють на галузеві види; геологічну, геоморфологічну, грунтів, кліматичну, геоботанічну, зоогеографічну, ландшафтну, економічну, населення, медико-географічну, історичну

тощо. За методом проведення картографічних робіт розрізняють картографію наземну, аерокосмічну та підводну. Слід зауважити, що в сучасних працях з картографії поняття "галузь картографії" та "галузеве картографування" часто є синонімами (наприклад, топографічна картографія і топографічне картографування).

1.3. Зв^язки картографії з іншими науками

Зв'язки картографії з іншими науками різноманітні. Вони збагачують її, сприяють взаємному використанню здобутих теоретичних і практичних знань для розвитку кожної з наук, виникненню нових розділів та галузей, становленню нових наукових напрямків тощо.

На філософські науки, які досліджують загальні закони природи, суспільства та мислення, спирається теорія картографії. Достовірне відображення дійсності передбачає знання основ теорії відображення і теорії моделювання. Під впливом системних уявлень сформувалося системне картографування, метою якого є вдосконалення процесів створення карт, і яке грунтується на усвідомленні багаторівневого характеру картографування, обумовленого змістовою складністю об'єктів вивчення тощо. Обробка та зведення до певної системи відомостей про об'єкти картографування веде до глибшого пізнання цих об'єктів та підвищення наукової цінності карт. Врахування загальної теорії систем і формальної логіки сприяє оптималізації систем картографічних знаків, якими на картах зображують реальні об'єкти, формуванню картографічного образу зображеного. На системних принципах функціонують картографічні автоматизовані системи тощо.

6

Картографія

Картографія має плідні зв'язки з географією і науками про Землю, які формують знання про природу та її компоненти, котрі знаходять своє відображення на картах. У той же час карти і картографування є одним із основних засобів пізнання з географії, екології, геології, геофізики, океанології, планетології тощо.

Картографія, використовує також здобутки соціально-еконо­ мічних наук: економіки, соціології, демографії, історії, етнографії, археології тощо.

Взаємозв'язки з іншими науками є підґрунтям для формування нових галузей тематичного картографування, розробки нових видів і типів карт, принципів картографування, методів та прийомів використання карт. Разом з тим, збагачуючись сама, картографія сприяє становленню нових наукових дисциплін, таких, як

неотектоніі'%, медична географія, порівняльна планетологія.

Здавна кар і оі н афія тісно пов'язана з математичними наука­ ми., які вона залучає для обгрунтування картографічних проекцій (математичного способу зображення складної поверхні на площині), системи координат для визначення положення об'єктів картогра­ фування. В наш час різні галузі математики використовуються при розробці методів застосування карт, математико-картографічного моделювання, автоматизації картографічних процесів. Саме взаємодія картографії і математики дозволяє розв'язувати задачі, які неможливо вирішити зусиллями кожної з них.

Зв'язок картографії з геодезією грунтується на використанні нею даних про фігуру Землі та інших планет, їхні гравітаційні і магнітні поля, системи координат, вимірювання ліній та кутів на поверхні Землі

. і над нею, що є предметом супутникової геодезії. Ці дані потрібні для математичного обгрунтування картографічних зображень. Основу всього розмаїття карт складають топографічні карти, створенням яких займається топографія.

Сучасна картографія разом з топографією та науками про природу і суспільство широко використовує дані аерота космічних знімань, що створює умови для появи карт нового типу (космофотокарт), розширення тематики традиційних за формою карт, створення карт інших небесних тіл: Місяця, Венери, Марса та його супутників, Меркурія.

Розвитку картографії сприяють її зв'язки з технічними дисциплінами: автоматикою, електронікою, приладобудуванням, напівпровідниковою і лазерною технікою, хімічною технологією, матеріалознавством, поліграфією тощо. Наслідком цього є удосконалення і створення нового картографічного обладнання, приладів автоматизованих систем, підвищення технічного рівня картографічного виробництва, покращення якості й естетичних характеристик картографічних творів.

Новітня техніка дозволяє створювати нові напрямки картографії, такі, як цифрове картографування, формування

Божок А.П., Осауленко Л,в . , Пастух В.В.

картографічних банків даних про реальний світ. Географічні інформаційні системи і банки картографічних даних і знань стали

поштовхом для становлення геоінформаційного картографування.

Прикладом позитивних наслідків взаємозв'язку різних наукових і технічних дисциплін (картографії, аерокосмічного зондування і машинної графіки) є становлення геоіконіки — науки, яка вивчає загальні характеристики геозображень усіх типів: традиційних та електронних карт, аеро- і космічних знімків, стереозображень, комп'ютерних анімацій, тривимірних моделей тощо.

Сполучення картографії з технічною (включаючи машинну) графікою і мистецтвом, урахування основних положень естетики та

художнього конструювання (технічного дизайну) забезпечують

гармонійне поєднання художніх і функціональних властивостей картографічних творів.

Наведений перелік багатьох наук, з якими картографія має зв'язки, і наслідків взаємного впливу, звичайно, неповний, але й він ілюструє різнобічність таких контактів, що дозволяє розширити сферу наукових інтересів картографії і практичного використання картографічних творів.

Контрольні запитання до розділу 1

1.Які сфери суспільно корисної праці охоплює картографія?

2.Що є предметом вивчення картографи як науки?

3.Якими методами картографія вирішує наукові і практичні завдання?

4.Що таке картографування?

5.З якими науками має зв'язки картографія?

6.Які результати взаємозв'язків картографії з іншими науками?

РОЗДІЛ 2. КАРТА ТА ІНШІ КАРТОГРАФІЧНІ ТВОРИ 2.1. Карта, її властивості

За традиційним визначенням, закріпленим державним

стандартом, карта — це зменшене, побудоване в картографічній проекції, узагальнене і виконане в певній системі умовних позначень зображення поверхні Землі, іншого небесного тіла чи позаземного простору з розміщеними або спроектованими на них об'єктами реальної дійсності. Нагадуємо, що об'єктом може бути будь-який предмет, явище або процес.

Основною відзнакою карти є картографічне зображення,

тобто зображення, виконане за допомогою певних графічних та інших засобів (умовних позначень, або знаків), якими передають просторове розміщення, якісні та кільк-існі відмінності конкретних об'єктів.

У наведеному визначенні карти відзначені основні її властивос-

8

Картографія

ті. По-перше, карта є математично обгрунтованим зображенням.Саме за математичними законами розраховується ступінь зменшення розмірів реальних об'єктів, або їхній масштаб, при переході до картографічного зображення. Математичне обгрунтування мають картографічні проекції, за якими на картах подають просторове розміщення дво- і тривимірних об'єктів реального світу (Земля в цілому, рельєф її поверхні тощо) на двовимірній площині — карті.

По-друге, карта подає узагальнену картину дійсності або її складових. На одній карті, навіть з мінімальним ступенем зменшення, неможливо відобразити всі набуті людиною знання про предмети, явища чи процеси, які входять в коло її наукових чи практичних інтересів. Зважаючи на це, необхідним стає відбір об'єктів картографування, котрий супроводжується узагальненням характеристик, за якими ці об'єкти об'єднуються в певні групи (наприклад, будинки чи дерева взагалі, а не окреме дерево чи будинок, з притаманними тільки кожному з них ознаками). Процес відбору та узагальнення об'єктів, що зображуються на карті,

називається картографічною генералізацією. її здійснюють з

урахуванням того, що зображуватиметься на конкретній карті, які риси та характерні ознаки зображуваного явища слід зберегти і виділити відповідно до призначення даної карти, її тематики тощо.

По-третє, для створення картографічного зображення використовують картографічні умовні знаки (позначення), —графічні символи, якими на картах позначають різні об'єкти та їхні характеристики. Завдяки умовним знакам стає можливим зображення будь-якої за розміром території (Землі в цілому, окремих континентів або країн, частини їх тощо) без втрати притаманних їй ознак і збереженням тих об'єктів, котрі внаслідок зменшення зображення неможливо було б відтворити на карті. Картографічними умовними знаками відображають не тільки зовнішні ознаки об'єктів, а й ті, що були виявлені в результаті їх цілеспрямованого вивчення або відбивають певні погляди на суть предметів, явищ чи процесів.

Згідно з сучасними загальнонауковими положеннями карта є

плоскою просторовою, математично визначеною, генералізованою, образно-знаковою моделлю реального світу (окремих його частин чи сторін). Картографічна модель, як і інші моделі, будується за загальнонауковими принципами схожості, аналогії, системності, абстрагування, аналізу й синтезу, конкретизації тощо. В ній реалізуються також принципи математичного моделювання — формалізації, кодування та символізації, апроксимування. алгоритмізації процесів створення карти. З цих позицій розробка математичного обгрунтування карти є математичною формалізацією (заміною змістових тверджень відповідними їм формулами); застосування на картах умовних знаків — картографічною символізацією (використанням для формування картографічного зображення умовних знаків-символів); картографічна генералізація —

9

Божок Д.П., Осауленко Л.Є., Пастух В.В.

абстрагуванням (переходом від індивідуальних рис об'єкта до типових, найзагальніших), апроксимацією (наближеним зображенням) тощо. Принципи моделювання, відбиті в картографічній моделі, дають підстави вважати її не тільки спрощеним, а й упорядкованим і конкретизованим відображенням тих чи інших сторін дійсності, яке полегшує вивчення об'єктів різного системного просторового рівня та дозволяє набути нових знань про них.

Погляд на географічну карту як на модель сприяє більш повному розумінню її сутності, переосмисленню її властивостей, перш за все таких, як географічна відповідність між картографічним зображенням і об'єктами реального світу, геометрична точність і вимірність зображення, повнота змісту тощо, відомих з топографи'.

Картографічна модель займає певне місце серед інших моделей, що створюються науками, здобутки яких у вивченні реального світу використовує картографія. Такими моделями є різні описи, теорії, гіпотези, аерота космічні знімки, таблиці, профілі, діаграми, математичні і логічні формули, рівняння, символи. Вивчення властивостей різних моделей, шляхів і способів створення їх дає підстави розглядати сукупність моделей як триступеневу систему. ЇЇ першу частину складають аерота космічні знімки, які служать вихідним матеріалом для багатьох інших моделей, другу — карти, що у свою чергу, містять інформацію для описів, створення математичних і фізичних моделей, будування профілів, розробки нових карт тощо, третю — решта моделей.

2.2. Властивості карти як моделі реального світу

Карті як моделі об'єктів реального світу притаманні такі властивості: просторово-часова подібність картографічного зображення і реальних об'єктів, змістова відповідність, абстрактність, вибірність, синтетичність, метричність, однозначність, безперервність, наочність, читаність, оглядовість, висока інформативність.

Властивості карти, з одного боку є проявом її характерних рис, а з другого — втіленням тих вимог, які пред'являлися до карти під час її створення.

Просторово-часова подібність картографічного зображен­ ня і об'єк-тів реального світу розуміється, по-перше, як геометрична подібність (схожість у розмірах, формі об'єктів, їхній просторовій структурі), причому залежно від особливостей математичної основи карт і ступеня генералізації зображення вона може бути повною, наближеною чи неповною; по-друге, як часова Подібність, (правильне відображення стану об'єкта в певний відрізок часу, на певну дату); по-третє, як подібність відношень (правильність подання на картах зв'язків, територіальної підпорядкованості, взаємного розміщення об'єктів).

10

Картографія

Змістова відповідність — властивість, яка означає науково обгрунтоване відображення об'єктів реального світу, визначення їхнього стану, типових ознак тощо відповідно до рівня вивченості цих об'єктів на час створення карти.

Абстрантність зображення пов'язана з картографічною генералізацією. Вона полягає у відкиданні несуттєвих рис об'єкта, малозначних подробиць, цілеспрямованому узагальненні характерис­ тик, що дає можливість перейти від індивідуальних понять до збірних.

Вибірність дає можливість подати на карті окремо те, що не існує окремо в дійсності, будь-які сторони буття, різні складові об'єктів і взаємозв'язки між ними (прикладом цього є карти температури повітря, тиску тощо).

Синтетичність картографічного зображення — це власти­ вість протилежна попередній. Вона проявляється у створенні цілісного уявлення про те, що в реальних умовах можна розглядати вибірково. Так, на карті типів клімату синтезовано ряд показників (температури повітря, вологості, тиску, .вітрів тощо), за якими виділяються ці типи.

Метричність карт дозволяє визначити за їх допомогою якісні й кількісні відмінності об'єктів. Вона забезпечується математично визначеною побудовою (проекцією), точністю карт, наявністю масштабу, класифікацій, шкал і градацій умовних позначень, ількісні відміни отримують в абсолютних одиницях, відносних показниках, у бальних чи рангових оцінках (останні дозволяють кількісно оцінити якісні характеристики).

Однозначність зображення виявляється в тому, що будь-яка точка на карті має тільки одне значення відповідно до обраної системи координат і умовних знаків. Ця властивість розглядається як просторова однозначність, коли будь-якій точці на карті з координатами X та У відповідає тільки одне значення Z картографованого параметра. Разом з тим це і знакова однозначність, за якої будь-який умовний знак на карті має тільки одне зафіксоване в легенді значення.

Безперервність — це властивість, змістом якої є відсутність пропусків і розривів зображення (за винятком тих, що обумовлені картографічною проекцією).

Наочність забезпечує зорове сприйняття картографічного зображення просторових форм об'єктів, їхніх розмірів, розміщення, зв'язків.

Читаність карти полегшує розпізнавання елементів і деталей зображення. Ця властивість тісно пов'язана з попередньою.

Оглядовість карти дозволяє одним поглядом охопити будь-яку за площею території (від невеликої ділянки до планети в цілому тощо).

Висока інформативність карти забезпечується розміщен­ ням на одиниці її площі значної кількості знаків, назв, кількісних показників і підвищується шляхом поєднання або перекриття знаків.

11