Как работают карты

Если вы хотите получить представление о том, какие породы собак наиболее популярны в разных регионах, вы можете потратить дни, просматривая списки и таблицы. Или вы можете посмотреть на карту и мгновенно получить ту же информацию. Изучение физических особенностей, импорта, экспорта и плотности населения разных стран заняло бы целую вечность, если бы вы полагались на письменные описания в книге. Но с картой все числа, закономерности и корреляции прямо перед вами. Как выразился Ян Тернер, старший картограф GeoNova, «карта — это тип языка. Это графический язык. Надеюсь, она представляет информацию таким образом, чтобы ее было очень легко понять».

Работа картографа или картографа заключается в том , чтобы поместить всю эту информацию в формат, который люди могут понять и из которого можно извлечь уроки. То, что именно человек может узнать, зависит от типа карты. Большинство карт начинаются с контура местности, например участка земли или водоема. Затем они предоставляют информацию об атрибутах местоположения. Разные карты включают разные атрибуты. Например:

Такое сочетание местоположений и атрибутов позволяет разместить большое количество информации на очень маленьком пространстве. Одна карта может показать вам все страны на континенте, их границы, их примерное население и их основной импорт и экспорт. Люди также могут использовать специализированные тематические карты для анализа тенденций и закономерностей во всех видах данных. Например, карта, показывающая стоимость связи в разных частях мира, может помочь некоммерческой организации решить, где построить недорогую беспроводную сеть. Как объясняет Тернер, «карты — это больше, чем просто столицы и страны — это действительно то, как экономика, климат и природные особенности, как все различные переменные, составляющие общество, соотносятся друг с другом».

Общие соглашения помогают картографам представить всю эту информацию в понятном виде. Мы рассмотрим их более подробно в следующем разделе.

1. Картографические соглашения
2. Картографические проекции
3. Картографические методы
4. Тематические карты
5. Процесс картографирования
6. Онлайн-карты
7. Роль GPS в современном картографировании

Несмотря на то, что они могут включать в себя различные наборы данных, карты обычно следуют нескольким основным соглашениям , которые помогают людям сразу понять их смысл. Тернер объясняет: «[Одно соглашение], используемое в картографии на политических картах, на большинстве карт заключается в том, что вода синяя. Это может сбить людей с толку, когда вы пытаетесь использовать другой цвет для обозначения чего-то вроде воды». Кроме того, на физических картах участки суши обычно окрашены в коричневый или желто-коричневый цвет, а растительность — в зеленый.

Карты изображают свой предмет сверху и используют линии и цвет, чтобы различать регионы. Политические карты, как правило, используют аналогичные символы и размеры шрифта для обозначения границ, городов и других объектов. На многих, но не на всех картах север находится вверху — на других картах часто есть стрелка, указывающая направление. У большинства карт есть легенда, объясняющая их символы, и у многих есть шкала, показывающая соотношение между размером карты и размером реального мира, например, от 1 дюйма до 100 миль. Некоторые карты выражают масштаб в виде соотношения, например 1:25 000.

Большинство карт также включают какую-либо систему координат, помогающую людям находить определенные места. На карте улиц города это может быть простая сетка, отмеченная буквами и цифрами. На больших картах обычно используются воображаемые линии, известные как долгота и широта. На глобусе эти линии расположены упорядоченно и равномерно. Все линии долготы или меридианы, проходящие с севера на юг, имеют одинаковую длину. Линии широты или параллели проходят с востока на запад и тем короче, чем дальше они от экватора.

Карты, с другой стороны, могут нанести ущерб параллелям и меридианам. Это связано с тем, что Земля по форме примерно напоминает тыкву, и получить плоский лист бумаги, точно напоминающий всю поверхность тыквы, непросто. Вы можете получить представление о связанных с этим трудностях, нарисовав рисунок на надутом воздушном шаре. Затем растяните сдутый шарик, пока он не станет плоским. Вы все еще можете представить, как выглядело исходное изображение, но все размеры и формы неправильные.

Вы можете сделать сдутое изображение более точным, разрезав его на части, чтобы воздушный шар напоминал клинья , используемые для изготовления сферических глобусов из плоской бумаги. К сожалению, получившаяся серия заостренных сегментов по-прежнему мало похожа на исходную картинку. Соседние части не соприкасаются друг с другом, и вы должны представить, как бы они выглядели без зазоров.

Чтобы обойти недостатки плоской бумаги, картографы используют различные картографические проекции. Мы рассмотрим их в следующем разделе.

Параллели и меридианы

Используя градусы, минуты и секунды, меридианы измеряют, насколько далеко на восток или запад находится место от нулевого меридиана . Параллели измеряют, насколько далеко на север или на юг от экватора находится место .

Несмотря на то, что их легко складывать и носить с собой, ни сильно искаженные карты, ни разобранные глобусы не имеют большого практического применения. По этой причине картографы разработали ряд картографических проекций или методов перевода сферы на плоскую поверхность. Ни одна проекция не идеальна — все они растягивают, рвут или сжимают черты Земли в той или иной степени. Однако разные проекции искажают разные качества карты.

«Все карты имеют некоторую степень неточности», — объясняет Тернер. «Мы берем круглую Землю и проецируем ее на двумерную поверхность — на лист бумаги или экран компьютера — так что будут некоторые искажения». К счастью, разнообразие доступных проекций позволяет картографу выбрать ту, которая сохраняет точность определенных характеристик, но искажает менее важные.

Создание картографической проекции часто представляет собой сложный математический процесс, в котором компьютер использует алгоритмы для преобразования точек на сфере в точки на плоскости. Но вы можете думать об этом как о копировании особенностей земного шара в изогнутую форму, которую вы можете разрезать и положить плоско — цилиндр или конус. Эти формы касаются или касаются Земли в одной точке или вдоль одной линии, или они пересекают Землю, пересекая ее по одной или нескольким линиям. Вы также можете проецировать части Земли непосредственно на касательную или секущую плоскость.

Проекции, как правило, наиболее точны вдоль точки или линии, в которой они касаются планеты. Каждая фигура может касаться или прорезать Землю в любой точке и под любым углом, резко изменяя наиболее точную область и форму готовой карты.

В некоторых проекциях также используются разрывы или прерывания , чтобы свести к минимуму определенные искажения. В отличие от клочков земного шара, эти прерывания расположены стратегически, чтобы сгруппировать связанные части карты вместе. Например, в гомолосиновой проекции Гуда используются четыре отдельных разрыва, которые пересекают океаны, но оставляют нетронутыми основные массивы суши.

Различные проекции имеют разные сильные и слабые стороны. В общем, каждая проекция может сохранить некоторые, но не все исходные качества карты, в том числе:

Вы можете узнать больше о конкретных картографических проекциях, их сильных и слабых сторонах от НАСА и Геологической службы США . Национальный атлас США закончился в 2014 году, но большая часть их работы доступна на других сайтах .

Выбор правильной проекции — это только часть создания успешной карты. Другой — поиск нужных данных. В следующем разделе мы рассмотрим, откуда берется информация о карте.

По своей сути карты являются визуальным выражением измерений. Измерения для первых карт, скорее всего, были сделаны картографами, изучавшими местную местность. В конце концов, больше людей путешествовало и документировало местонахождение отдаленных участков суши и водоемов. Создатели карт объединили эти личные измерения, наброски и заметки в изображения большей части мира. Картографы также основывались на знаниях своих предшественников, и эта тенденция продолжается с сегодняшними производными картами, которые используют другие карты в качестве источников.

Некоторые из современных карт также основаны на физических измерениях, сделанных реальными людьми. Геодезисты используют инструменты для точных измерений земли и воды, а также положения искусственных объектов. Эта информация жизненно важна для точных топографических карт. Точно так же геологические карты также основаны на полевых исследованиях геологов. Усовершенствованные инструменты, в том числе приемники GPS и электронные устройства сбора данных, сделали такие полевые исследования все более точными. Исследователи также могут изучать документы и записи о продажах и брать интервью у местных жителей, чтобы определить правильные географические названия для карт ранее не нанесенных на карту областей.

Современные технологии также позволяют картографам составлять подробные карты мест, где они никогда не были. Область дистанционного зондирования , или аэрофотосъемки и спутниковой фотографии, дала картографам огромное количество новой информации о Земле. Дистанционное зондирование не является особенно новым — первое использование аэрофотосъемки для картографирования имело место в 1858 году. Однако его использование в картографии не получило широкого распространения до окончания Второй мировой войны, когда картографы начали использовать разведывательные фотографии в качестве картографических данных.

В большинстве случаев преобразование спутниковых и аэрофотоснимков в карты требует навыков картографа. Картографы могут измерять особенности изображения через равные промежутки времени или прослеживать целые контуры. Эти два метода известны как растровое и векторное кодирование, и оба могут занимать много времени. Компьютерные программы могут помочь в этом процессе, а некоторые могут даже распознавать различия на старых и новых фотографиях. В конечном итоге это может автоматизировать процесс обновления картографических данных. Мы рассмотрим тематические карты в следующем разделе.

Картографы и компьютеры также могут использовать параллакс или разницу углов между двумя изображениями одного и того же объекта для измерения высоты. Этот процесс похож на то, как ваши глаза воспринимают глубину. Это позволяет картографам использовать изображения дистанционного зондирования для создания физических и топографических карт.

Для тематических карт форма мира — это только начало. При составлении тематической карты картографы должны найти точные и актуальные источники информации о целом ряде социальных и экологических явлений. «Мы используем различные источники, чтобы наилучшим образом обобщить функцию, которую мы хотим отобразить», — говорит Тернер. «Например, для карты плотности населения каждые 10 лет в США проводится перепись. Новые данные переписи будут доступны для общественности, и мы сможем взять эту информацию и сделать на ее основе новые карты. "

Картографы также должны определить, какой источник информации является наиболее актуальным, точным и полным. «Если мы делаем карту штата Вирджиния, мы можем получить информацию от штата за один период, который был разработан в одно время», — объясняет Тернер. «Мы можем получать информацию из города или округа, которая была разработана в другое время, и часть удовольствия от моей работы заключается в том, чтобы интерпретировать [какой источник] верен».

Большинство тематических карт содержат цитату, объясняющую, откуда была взята информация. Вот несколько распространенных источников:

Наряду с данными о размерах и форме планеты большая часть этой тематической информации хранится в базах данных. Работа картографа заключается в объединении информации из различных баз данных и существующих карт для создания новой понятной карты. Мы рассмотрим, как это происходит, в следующем разделе.

Индикатриса Тиссо

Иногда бывает трудно точно сказать, как картографическая проекция искажает форму особенностей Земли. Одним из инструментов для изучения искажений является индикатриса Тиссо , серия маленьких одинаковых кружков, нарисованных на глобусе. На проекции видно, как меняется размер и форма кругов, что соответствует типу и направлению искажения.

Человечество составляло карты тысячи лет. Вавилоняне вырезали карты на табличках еще в 2300 г. до н. э. [источник: Britannica]. Некоторые старые картины также могут быть примерами карт, но археологи и антропологи расходятся во мнениях относительно того, намеревались ли художники сделать карту или нарисовать картину. Несмотря на это, карты существуют уже давно, и большую часть этого времени люди рисовали и раскрашивали их вручную.

Карты, нарисованные от руки, становились более точными по мере того, как люди делали новые открытия в математике и географии. Точные оценки диаметра Земли помогли картографам изобразить массивы суши и океаны в правильных пропорциях. Это стало особенно актуально после того, как картографы начали наносить на карту и восточное, и западное полушария одновременно. В 17 и 18 веках достижения в изготовлении часов позволили путешественникам точно определять свою долготу, что упростило получение точных измерений для карт.

Несмотря на то, что достижения в области технологий упростили получение точных картографических данных, создание хорошей карты по-прежнему требовало навыков художника. Картограф должен был уметь рисовать или раскрашивать все элементы карты так, чтобы они были точными, разборчивыми и привлекательными. То же самое верно и сегодня. Компьютеры и географические информационные системы (ГИС) автоматизировали многие картографические задачи, чтобы добавить картам глубины и информативности. Программная платформа ГИС собирает, анализирует и упорядочивает данные, которые помогают картам представлять легко читаемые изображения закономерностей. Каждый раз, когда вы смотрели на карту, отмеченную цветом заболеваемости в определенной области или уровнями бедности, вы ценили возможности ГИС.

Тем не менее, лучшие карты по-прежнему создаются опытными картографами, которые используют все доступные технологии, но с человеческим подходом.

При создании карты картограф должен учитывать несколько факторов, в том числе:

К картам, предназначенным для онлайн-просмотра, предъявляются иные требования, чем к картам, предназначенным для просмотра на бумаге. Тернер объясняет:

Если вы разрабатываете карту специально для Интернета, как правило, шрифты должны быть крупнее, чтобы вы могли читать текст на экране. У вас меньше вариантов выбора цвета, потому что не каждый цвет обязательно будет отображаться правильно, если кто-то попытается напечатать эту карту. Таким образом, из-за ограничений в цвете, из-за ограничений в размере шрифта, по сравнению с печатной картой, она обычно должна быть намного проще... Обычно вы разрабатываете карту, которая помещается на стандартный экран компьютера, чтобы пользователь не не нужно панорамировать, чтобы иметь возможность интерпретировать информацию.

Имея все это в виду, картограф должен собирать данные и выяснять, как использовать визуальные элементы, чтобы представить их на карте. Для этого требуется нечто большее, чем просто точное выделение континентов и водоемов. Картограф должен использовать цвета, линии, символы и текст, чтобы читатель мог правильно интерпретировать карту. Эти визуальные элементы помогают понять, какие части карты являются наиболее важными, а также какие части находятся на переднем плане, а какие — на заднем. Часто картограф может использовать ГИС для изучения нескольких версий одной и той же карты, чтобы определить, какая из них будет работать лучше всего.

Даже с помощью ГИС успешное создание карты требует от картографа большого количества специальных знаний. Многие картографы имеют ученые степени в области картографии или смежных дисциплин, таких как география, геодезия или математика. Из-за распространенности и сложности географических информационных систем картографы также должны уметь пользоваться компьютерами. Кроме того, многих картографов также интересуют области, в которых используется множество карт. Тернер говорит: «Для меня это погода и политика. Для других это могут быть языки или геология. Для некоторых это может быть история, будь то американская или всемирная история».

Усовершенствования картографических методов и географических информационных систем позволили людям очень быстро получать очень специализированные карты. Это большое улучшение, которое произошло за последние десятилетия. Раньше получить высококачественную специализированную карту было непросто, особенно в короткие сроки. Следующая задача — быстрее выводить новые карты на всеобщее обозрение.

«Обычно, — говорит Тернер, — задержка между разработкой карты и моментом, когда она становится общедоступной в печатном виде или в Интернете, составляет от трех до шести месяцев. улучшение».

Теория четырех цветов

В 1852 году Фрэнсис Гатри обнаружил, что карту всех графств Англии можно раскрасить, используя всего четыре цвета. Затем он предположил, что для раскрашивания любой карты можно использовать только четыре цвета. Это стало известно как теорема о четырех красках . Несколько математиков предложили доказательства теоремы, в том числе одно, для завершения которого требуется использование компьютера.

Хотя мы, конечно, удивляемся, как мы раньше жили без GPS , факт в том, что до недавнего времени все прекрасно обходились. Однако доступность этой технологии превратила картографию в еще более точное предприятие, чем это было раньше. Полностью известная как Глобальная система позиционирования (GPS), она состоит из десятков спутников, которые обеспечивают географические координаты различных земных объектов. Первоначально выведенные на орбиту Министерством обороны США, они были доступны для гражданских целей с 1980-х годов, и с тех пор технология произвела революцию во всем, от авиационной навигации до наземной съемки и так далее. Это даже играет роль в играх.

Поскольку эти спутники постоянно вращаются вокруг Земли (два оборота в день), сбор и применение данных резко ускорились. Это позволяет картографам создавать самые актуальные карты, что особенно важно, поскольку в последние годы такими актуальными вопросами стали планирование земель и воздействие на окружающую среду.

Технология GPS также привела к расширению персональных инструментов навигации, таких как Waze и Google Maps. Ранее эти данные были доступны только военным и транспортным организациям. Сегодня каждый может (и использует) использовать эти карты в реальном времени, чтобы добраться туда, куда ему нужно, используя пошаговые инструкции. На самом деле никому не нужно знать, как «читать» карту, чтобы проложить маршрут. В настоящее время обновляемые на постоянной основе, GPS-карты прошли долгий путь по сравнению с тем, что было всего несколько лет назад, когда можно было найти множество «мертвых зон».

Экспоненциальный прогресс технологий, вероятно, приведет к тому, что создание карт и их использование продолжат меняться в течение следующих нескольких лет. Однако, несмотря на удобство цифровых карт, маловероятно, что бумажные карты когда-либо будут (или должны) быть уничтожены. Хотя одна из причин заключается в том, что ваш телефон может выйти из строя, оставив вас без карты в любой момент, есть и более весомая причина придерживаться бумаги, если вы действительно хотите путешествовать или глубоко разбираться в какой-либо области. По-видимому, цифровая информация отлично подходит для получения информации низкого уровня, например, как добраться из точки А в точку Б. Та же самая информация на бумаге, по сравнению с ней, с большей вероятностью будет лучше усваиваться и запоминаться, давая пользователю более глубокое понимание. содержания и площади.

Особая благодарность

Спасибо Яну Тернеру, старшему картографу GeoNova, за помощь в написании этой статьи.

Первоначально опубликовано: 14 мая 2007 г.

Как работают карты?

Как работают Карты Google и как они собирают данные?

Каковы основные элементы карты?

Как картографы создают карты?

Какие пять типов карт?

Статьи по Теме

Больше отличных ссылок