Контрольная работа по "Топографии"

Введение

Карты имеют давнюю историю. Возможно, что еще задолго до появления письменности люди уже умели составлять рисунки, изображающие местность, где были реки, жилища, горы. Самые ранние дошедшие до нас изображения местности относятся ко времени примерно 4000 лет до нашей эры. Это золотая пластинка с планом города и крепости Азола в Ираке и вазы с изображением девяти провинций Китая.

В нашей стране при  раскопках одного из курганов в районе Майкопа на Северном Кавказе была найдена серебряная ваза, с выгравированным на ней картографическим рисунком, которую ученые относят ко времени 3000 лет до нашей эры.

История развития картографии  неразрывно связана с историей экономического, политического и культурного  развития народов и стран. Уровень  развития картографии зависит от уровня развития производительных сил и техники. На разных ступенях развития экономики и культуры картография решала задачи, выдвигаемые жизнью при изучении и освоении территории страны. Так, почти вплоть до XVIII века развитие картографии в нашей стране, как и в других странах, было связано с мореплаванием и торговлей.

В настоящее время  актуальность и практическая значимость развития картографии очевидна.  Перспективы развития картографии (производства и науки) определяются непрерывным и быстрым ростом потребления карт и повышением их роли в народном хозяйстве, культурном строительстве и научно-исследовательской деятельности.

Факторы этого роста  разнообразны: необходимость во все  более разносторонней, подробной  и точной пространственной информации о земной поверхности, природных условиях и ресурсах, населении и производительных силах; вовлечение в орбиту экономической жизни Мирового океана и шельфов; развитие космических исследований; интенсификация существующих отраслей народного хозяйства и появление новых отраслей, нуждающихся в специальном обеспечении географическими картами; развитие народного образования, подъем политического и культурного уровня человечества и его благосостояния; рост народонаселения; планирование народного хозяйства и культурного строительства и управление ими; неотложность решительных и всеобъемлющих мер по охране и контролю природной среды; внедрение картографического метода исследования природных и социально-экономических явлений; наконец, всеобщее воздействие научно-технической революции.

Эти факторы неравноценны и воздействие их различно. Одни из них преимущественно влияют на увеличение тиражей географических карт; другие побуждают к детализации  и уточнению содержания, к расширению информационной емкости карт, к их регулярному обновлению; третьи раздвигают пространственные либо тематические пределы картографирования. Очень существенны факторы, порождающие надобность в разработке новых видов и типов карт и в формировании новых отраслей картографирования. Наконец, для прогресса картографии всегда необходимы изыскания более совершенных методов приобретения источников и, конечно, методов изготовления и использования карт, повышающих производительность труда, облегчающих и расширяющих применение карт на практике и в научных исследованиях. Среди факторов, воздействующих на тиражи массовых карт, наиболее очевидны и постоянны рост населения, развитие просвещения и, конечно, подъем благосостояния народа. Например, увеличение населения определяет возрастающую потребность в учебных картах и атласах. Растущее увлечение массовым туризмом вызывает расширяющийся спрос на туристические карты. В капиталистическом мире эти факторы стимулируют деятельность коммерческой, частнопредпринимательской картографии.

Цель данной работы –  исследовать сущность и свойства топографических карт, изучить способы изображения на них рельефа.

Исходя из поставленной цели, перед нами стоят следующие задачи:

- рассмотреть свойства  и применение топографических карт;

-  раскрыть такие понятия, как: топографическая карта, рельеф, высота сечения рельефа, масштаб, тальвег, водораздел и т.д.;

- изучить системы отсчета высот и способы изображения рельефа местности на топографических картах;

- научиться определять плановые очертания элементарных форм рельефа, абсолютные высоты точек местности, их относительные превышения, направление и крутизну скатов.

Работа состоит из содержания, введения, двух разделов, заключения и списка использованных источников.

1. Топографическая карта: ее свойства и применение

Топографическая карта — уменьшенное и обобщенное изображение земной поверхности, созданное по единой математической основе и оформлению, передающее размещение и свойства основных природных и социально-экономических объектов местности.

Необходимость топографической карты при решении целевых задач использования в различных сферах жизнедеятельности очевидна: топографическая карта даёт нам возможности по изучению интересующей нас местности, измерять расстояния и площади, определять превышения между пунктами и крутизну скатов. Карта позволяет производить необходимые расчеты по проектированию строительства различных объектов. Наконец, карта – отличный путеводитель: имея на руках карту, можно свободно ориентироваться на любой местности и двигаться по намеченному маршруту.

Классификация и применение топографических  планов и карт:

Топографические планы (топопланы) классифицируют в основном по масштабам и назначению.

Топографические планы масштаба 1:5000 используются:

— для разработки генеральных планов (генпланов) городов и проектов планировки сельских населенных пунктов; — для составления проектов реконструкции городов и сельских населенных пунктов; — для составления земельного кадастра и землеустройства (кадастровые планы);

— для проектирования железнодорожных, автомобильных дорог, магистральных каналов на стадии технического проекта;

— как основа для составления  топографических и специальных  планов более мелких масштабов.

Топографические планы масштаба 1:2000 предназначаются:

— для разработки генпланов поселков и составления проектов детальной планировки отдельных районов города (поселка);

— для составления технических  проектов и генеральных планов крупных  промышленных предприятий, отдельных  гидротехнических сооружений, тепловых электростанций и т. д.;

— для составления технических проектов и рабочих чертежей трубопроводных, насосных и компрессорных станций, и многих других объектов промышленного и гражданского строительства.

Топографические планы масштаба 1:1000 необходимы:

— для составления генерального плана и рабочих чертежей при проектировании на застроенных и незастроенных территориях малоэтажного и поселкового строительства;

— для составления рабочих чертежей объектов промышленного и гражданского строительства;

— для сложных инженерных изысканий.

Топографические планы масштаба 1:500 служат для составления исполнительного генерального плана участка строительства и рабочих чертежей многоэтажной застройки с густой сетью подземных коммуникаций, промышленных предприятий, для решения вертикальной планировки составления планов подземных сетей и т. д.

В России топографические карты  являются общегосударственными и используются в интересах народного хозяйства  и обороны страны. Содержание топографических  карт должно быть полным, достоверным, современным и точным.

Полнота содержания карт заключается в том, что на них должны быть изображены все типичные черты и характерные топографические элементы, отражающие в первую очередь тактические свойства местности в соответствии с масштабом карты и ее назначением. Существенное значение для полноты содержания карт разных масштабов имеет согласованный показ на них подробностей местности, а также подписей названий географических объектов. Карты крупного масштаба должны содержать все топографические элементы и подписи, показанные и помещенные на картах более мелкого масштаба. Это особенно важно при управлении войсками и организации взаимодействия войск.

Достоверность (правильность сведений, изображенных на карте на определенное время) и современность (соответствие современному состоянию отображаемого объекта) карты означают, что содержание карты должно находиться в полном соответствии с местностью на момент использования карты. Это требование войск удовлетворяется периодическим обновлением карт в мирное время, а также их оперативным исправлением по данным разведки местности при подготовке и в ходе решения боевых задач.

Точность карты (степень соответствия местоположения точек на карте их местоположению в действительности) заключается в том, что изображенные на ней топографические элементы местности должны сохранять точность своего местоположения, геометрического подобия и размеров в соответствии с масштабом карты и ее назначением.

В России в качестве основных масштабов топографических карт приняты следующие: 1:25 000, 1:50 000, 1:100 000, 1:200 000, 1:500 000, 1:1 000 000. Рассмотрим их более подробно.

Масштаб карты 1:25 000 (в 1см 250 м). Карты этого масштаба самые подробные и точные, чаще используются военными, и предназначены для детального изучения и оценки отдельных небольших участков местности командирами воинских подразделений и частей при формировании водных преград, высадке воздушных и морских десантов, топогеодезической подготовке при стрельбе, ведении боевых действий в городах. Но такие карты используются также для точных измерений и расчетов при планировании и выполнении мероприятий по инженерному оборудованию местности, строительстве инженерных сооружений.

Масштаб карты 1:50 000 (в 1см 500 м). Карты этого масштаба предназначены для изучения и оценки местности, ориентирования, целеуказания и используются, как правило, войсковыми подразделениями и частями в различных видах боя, особенно при организации обороны. В наступлении они используются для изучения и оценки местности при прорыве обороны противника, преодолении водных преград, высадке воздушных и морских десантов, а также при ведении боевых действий за населенные пункты. Эти карты используются также для топогеодезической подготовки стрельбы, проектирования военно-инженерных сооружений и выполнения расчетов по инженерному оборудованию местности.

Масштаб карты 1:100 000 (в 1 см 1 км). Такие карты предназначены для изучения местности и оценки ее тактических свойств при планировании боя, организации взаимодействия и управлении войсками, ориентирования на местности и целеуказания, топогеодезической привязки элементов боевых порядков войск, определения координат объектов (целей) противника, а также используются при проектировании военно–инженерных сооружений и выполнении мероприятий по инженерному оборудованию местности.

Масштаб карты 1:200 000 (в 1 см 2 км). Карты этого масштаба предназначены для изучения и оценки местности. Они используются при планировании боевых действий войск и мероприятий по их обеспечению, управлении войсками. Такие карты широко используются в качестве дорожных, так как наглядно и достаточно полно отображают дорожную сеть и ее пригодность для передвижения различной техники. Кроме дорожной сети на картах хорошо отображены общий характер рельефа, основные водные преграды, крутые лесные массивы и населенные пункты. Поэтому они используются для изучения проходимости местности всех дорог, ее защитных и маскирующих свойств.

Масштаб карты 1:500 000 (в 1 см 5 км). Эти карты предназначены для изучения и оценки общего характера местности при подготовке и ведении операций. Они используются при организации взаимодействия и управлении войсками, для ориентирования при передвижении войск и целеуказания, а также для нанесения общей боевой обстановки.

Масштаб карты 1:1 000 000 (в 1 см 10 км). Такие карты предназначены для общей оценки местности и изучения природных условий крупных географических районов, управления войсками и решения других задач.

В настоящее время  добиваются наименьшего искажения  местности при переносе с земной поверхности на топографическую  карту. Появился новый вид топографической карты – топографические фотокарты, которые характеризуются сочетанием графического (в условных знаках) и фотографического изображения местности. Для применения в комплекте с топографическими картами разрабатываются и цифровые модели местности.

Периодическое обновление топографических карт производится для более точного изображения  местности. Для подробного и наглядного изображения местности вводятся условные знаки. Топографические карты  должны быть точными, современными и  достоверными, наглядными и удобочитаемыми.

Сущность и способы  изображения рельефа на топографических  картах рассмотрим в следующем разделе.

2.  Сущность и способы изображения рельефа на карте

Рельеф труднее всего изобразить на карте, потому что необходимо отобразить объемность рельефа, а карта представляет собой плоское изображение местности. Рельеф трехмерен в пространстве и имеет огромное разнообразие объемных форм, которые необходимо передать на плоскости.

Поэтому существует несколько способов изображения рельефа, которые в настоящее время, так или иначе, используются на картах разного назначения.

1. Картинный (перспективный) способ. Этим способом рельеф изображался на старых картах в виде примитивных рисунков возвышенностей, гор, хребтов. Рельеф изображался так, как его видели. Для большей наглядности горы покрывались тенями.

Этот способ изображения рельефа был широко распространен в ХУ-ХУШ вв. В настоящее время данный способ применяется на тех картах, где требуется наглядность, а не точность, и поэтому его в первую очередь используют на детских картах.

2. Штриховой способ. 

Картинное изображение рельефа в XVIII веках в первую очередь перестало удовлетворять военных, основных потребителей карт. Они должны были быстро получать по картам точное представление о крутизне склонов, пересеченности местности, характере рельефа в целом. Поэтому был предложен новый способ изображения рельефа – штриховой. 

В России использовались шкала А. П. Болотова и шкала Главного штаба. Принцип построения таких шкал следующий: чем круче склон, тем толще и плотнее штриховка, при этом крутые склоны покрывают тенью, а пологие высвечивают.

Недостатком способа являлось то, что посредством штрихов нельзя определить абсолютные и относительные высоты. Кроме того, рисовка штрихов очень трудоемка, а печатание карт требует высокой техники воспроизведения. Поэтому стали искать новые способы 
изображения рельефа. В настоящее время этот способ используется при изображении скалистого рельефа на топографических картах.

3. Способ отмывки рельефа (светотеневая пластика), то есть создание полутонового изображения при заданном освещении местности. Отмывка применяется для придания объемности формам рельефа.

При этом все склоны, расположенные напротив источника света, остаются белыми, противоположные склоны – темные, а расположенные под различными углами к свету – окрашиваются тенями различной яркости и светлоты, в зависимости от их освещенности. Метод 
отмывки дает наглядное пластическое изображение рельефа. Недостатком способа является то, что невозможно определять по карте крутизну склонов и высоту точек.

В настоящее время отмывка используется на некоторых мелкомасштабных общегеографических картах, но чаще легкую серую отмывку наносят в дополнение к горизонталям и гипсометрической окраске. Сегодня можно встретить легкую отмывку рельефа и на политических, политико-административных и административных картах (рис. 5.15).

4.    Способ высотных отметок. 

Высотные отметки - это подписанные на карте абсолютные отметки высот точек. С помощью высотных отметок показывают характерные высоты, в том числе командные, имеющие наибольшую высоту, с которых реализуется возможность хорошего обзора местности. Выделяют высотные отметки гор, холмов, курганов, перевалов, обрывов и уступов, насыпей и выемок. Они облегчают чтение карты и дают возможность определения превышений одних точек над другими.

В качестве самостоятельного способа отметки высот не используются, так как не дают ясного и наглядного представления о рельефе, поэтому применяются в сочетании с другими способами изображения рельефа.

5.    Способ горизонталей.

Этот способ рассмотрим более подробно дальше. Здесь лишь отметим, что по рисунку горизонталей, их форме, густоте проведения можно получить полное представление о рельефе местности. Правильно подобранная высота сечения рельефа на карте позволяет очень наглядно передать характер рельефа и степень его расчлененности. Поэтому этот способ сегодня используют на государственных топографических картах.

6. Гипсометрический способ, или послойная окраска ступеней высот, основной и наиболее применяемый способ изображения рельефа на физических и гипсометрических картах.

Горизонтали на обзорных картах называют изогипсами. Изогипсы служат разделительными линиями между ступенями высот, проходящими через определенное количество метров по 
высоте. На гипсометрических картах России применяется шкала, которая строится по принципу: чем выше, тем темнее (от светло-желтого, светло-коричневого до оранжевого, темно-коричневого).

Способ очень наглядный, позволяет достаточно точно измерять рельеф и выполнять работы по карте. Кроме того, на карте хорошо изображается и читается тип рельефа – горный или равнинный.

Рельеф морского дна изображается аналогичным способом, только здесь производится послойная окраска ступеней глубин. Разделительными линиями между различными ступенями глубин служат изобаты – линии равных глубин. 

7. Условные обозначения рельефа.

Применяются для отображения форм рельефа, не выражающихся горизонталями: резких нарушений рельефа, например скал, промоин, обрывов, оврагов и т. д. В этих случаях используют знаки коричневого цвета, которые хорошо сочетаются с горизонталями. Искусственные формы рельефа, например уступы карьеров, канавы, насыпи, терриконы и т. п., показывают знаками черного цвета.

8. Блок-диаграммы рельефа – это трехмерные плоские рисунки, передающие пластику земной поверхности.

Обычно они совмещаются с продольными и поперечными 
разрезами, которые показывают внутреннее геологическое строение территории. Современные компьютерные технологии позволяют получать трехмерные блок-диаграммы на дисплее и проводить с ними различные преобразования.

9. Цифровые модели рельефа (ЦМР).

Цифровые модели рельефа – это совокупность (массив, файл) высотных отметок, взятых в узлах некоторой сети точек с координатами X, Y и закодированных в числовой форме (А. М. Берлянт).

В настоящее время ЦМР являются основой компьютерного картографирования. С их помощью выполняют разнообразные расчеты, построение карт густоты и глубины расчленения рельефа, углов наклона, построение разрезов, линий видимости и др.

Кроме того, ЦМР служат для моделирования трасс, профилей, для создания участков землепользования, например, строительных площадок и других проектных работ. Цифровые модели рельефа в настоящее время можно строить в различных компьютерных программах.

Таким образом, мы вкратце остановились и постарались охарактеризовать способы изображения рельефа на топографических картах. Теперь более подробно остановимся и рассмотрим  способ изображения рельефа горизонталями.

Как мы уже отметили выше, рельеф существенно влияет на ландшафтные особенности территории, на размещение почв и растительности, социально – экономических объектов, перераспределение тепла и влаги, химических элементов. Особенности строения рельефа широко учитываются при проектировании и строительстве народнохозяйственных объектов, при решении инженерных задач по ведению наступательных и оборонительных действий войск. Отсюда становится очевидной необходимость умения не только читать и представлять многообразие и особенности форм рельефа, но и умение по рельефу топографической карты производить необходимые измерения и построения.

В зависимости от характера  рельефа местность подразделяют: на равнинную, всхолмленную и горную. Равнинная местность имеет слабовыраженные формы или почти совсем не имеет неровностей; всхолмленная характеризуется чередованием сравнительно небольших по высоте повышений и понижений; горная представляет собой чередование возвышений более 500м над уровнем моря, разделенных долинами.

Несмотря на многообразие форм рельефа, из них можно выделить пять основных:

Гора (холм) – куполообразная или конусообразная форма рельефа, возвышающаяся над окружающей местностью. Наивысшая ее точка называется вершиной, боковые поверхности – скатами  или склонами, линии слияния скатов с окружающей местностью образуют основание горы или подошву. Склоны горы подразделяются: на ровные, выпуклые, вогнутые. Бровка склона – это линия перегиба ровной площадки или пологого склона с более крутым склоном.

Котловина (впадина) – это форма рельефа, представляющая замкнутое углубление земной поверхности. Самая низкая точка котловины называется дном. Боковые поверхности котловины состоят из склонов, линия их слияния с окружающей местностью образует бровку котловины.

Хребет – вытянутая возвышенность, понижающаяся в одном направлении. Хребет имеет два ската, линия их слияния образует водораздельную линию – ось хребта.

Лощина – вытянутое  постепенное понижение местности  в одном направлении. Два ската  лощины, соединяясь вместе, образуют линию тальвега, или водосливную линию. Разновидностями лощины являются: долина - широкая лощина с пологими задернованными склонами; овраг – узкая лощина с крутыми обнаженными склонами; промоина – узкое углубление с крутыми обнаженными склонами, образующимися под действием стока воды. Овраг со склонами, заросшими растительностью, называется балкой.

Седловина – это место, образуемое слиянием двух хребтов и  началом двух лощин, расходящихся в  противоположных направлениях. Седловины  в горах называются перевалами.

Рельеф местности пересекается секущими плоскостями. Эти плоскости параллельны основной уровненной поверхности и отстоят одна от другой на равных расстояниях. В результате пересечения получаются горизонтали, которые затем в заданном масштабе проектируются на плоскость (в соответствующем масштабе).

Горизонталь – это замкнутая линия, изображающая на карте горизонтальный контур неровностей, все точки которого на местности расположены на одной высоте над уровнем моря (линия равных высот).

На топографических картах и планах формы рельефа изображают именно горизонталями – образованными при пересечении земной поверхности горизонтальными плоскостями, последовательно отстоящими друг от друга по высоте на заданном расстоянии.

Наглядность выражения  принятых форм достигается с помощью скатштрихов (бергштрихов), указывающих направление понижения местности, а также подписями отметок высот горизонталей и характерных точек рельефа (рис.1). Резкие перепады нельзя воспроизвести горизонталями, поэтому их показывают специальными условными знаками (гребни, скалистые обрывы, каменные осыпи, промоины и т д.), отображающими основные структурные линии и позволяющими в сочетании с горизонталями судить об изменениях высот в этих местах.

Горизонтали позволяют  передавать плавное очертание отдельных форм и элементов рельефа; по ним можно определить направление и крутизну скатов, а также высоты точек местности.

Рис. 1. Изображение основных форм рельефа горизонталями на карте или плане

Для того, чтобы отличить выпуклую форму рельефа (гору, хребет) от вогнутой (котловины, лощины), а также  быстро определить направление ската, на горизонталях ставятся штрихи –  указатели скатов, которые своими свободными концами направлены в сторону понижения ската.

Гора изображается замкнутыми горизонталями, причем указатели направления  ската стоят с наружной стороны  горизонталей. Котловина изображается такими же замкнутыми горизонталями, но указатели направления ската будут обращены внутрь.

Хребет и лощина изображаются горизонталями, имеющими вытянутую  форму: у хребта – в сторону  понижения, а у лощины – в сторону  повышения. Седловина изображается горизонталями, которые с двух сторон обозначают вершины, а с двух других сторон – лощины, расходящиеся в противоположных направлениях.

Далее рассмотрим такое  понятие как высота сечения рельефа  и как она представлена на топографических  картах.

Высота сечения рельефа – это разность высот двух смежных секущих поверхностей (заданное расстояние между секущими плоскостями).

На карте она выражается разностью высот двух смежных  горизонталей. В пределах листа карты  высота сечения рельефа, как правило, является постоянной. Высота сечения  может быть определена на топографических картах как разность высот между двумя соседними горизонталями. На карте заложение можно определить как расстояние между двумя смежными по скату горизонталями (то есть расстояние между двумя соседними горизонталями является заложением). Направление ската определяется как перпендикуляр горизонтали, лежащей в плоскости ската. Заложение всегда меньше ската. Чем меньше заложение, тем больше крутизна ската. Высота сечения на топографической карте в данном масштабе постоянна. При увеличении заложения угол  уменьшается.

Рассмотрим на примере, как определить на карте высоты сечения  рельефа и крутизну склона.

Расстояние h между секущими горизонтальными плоскостями называется высотой сечения рельефа. Ее значение указывается на карте или плане  под линейным масштабом. В зависимости от масштаба карты и характера изображаемого рельефа высота сечения различна.

Одним из признаков, присущих указанному методу, является то, что  отметки высот горизонталей всегда кратны высоте сечения рельефа h. Если высота сечения рельефа h, по каким-либо причинам, неизвестна, то ее можно определить путем подсчета интервалов и превышения между горизонталями с подписанными отметками высот.

Кроме того, горизонтали образуются в результате сечения поверхности параллельными плоскостями, ортогональным проецированием пересечений на плоскость и соединением точек проекций. Отображаются горизонтали линиями коричневого (для суши) и синего (для шельфа и ледников) цвета. Расстояние между соседними секущими плоскостями называется высотой сечения рельефа (hc). Высота сечения рельефа зависит от масштаба топографической карты и особенностей рельефа картографируемой территории.

Нормальное сечение  рельефа рассчитывают по формуле hc = 0,2 х M (мм), где М – знаменатель масштаба карты.

Так, для карты масштаба 1:25 000, hc = 0,2 х 25 000 = 5 000 мм = 5 м. Такая высота сечения применяется для составления карт соответствующего масштаба на равнинные, пересеченные и предгорные территории. При картографировании плоскоравнинных территорий высота сечения должна быть уменьшена до 2,5 м, высокогорных – увеличена до 10 м.

В России высоты сечения  рельефа для карт разных масштабов  и разных типов рельефа регламентированы инструкциями по составлению топографических  карт и планов. На топографической  карте высота сечения рельефа всегда указана в виде фразы «Сплошные горизонтали проведены через … метров». Горизонтали, полученные в результате сечения поверхности с таким шагом, называются основными и отображаются сплошными линиями. Каждую пятую горизонталь утолщают и подписывают в разрыве основанием цифры в сторону падения ската.

Как мы уже сказали  выше, для топографических карт установлены стандарты сечения в зависимости от масштаба карты и характера изображаемой территории. Высота сечения рельефа для топографических карт различных масштабов в зависимости от характера местности представлена нами в таблице 1.

Из таблицы видно, что  чем крупнее масштаб карты, тем  меньше высота сечения рельефа, следовательно, более подробно изображается рельеф.