ZAGADNIENIA NA EGZAMIN Z KARTOGRAFII I TOPOGRAFII

Kartografia - dyscyplina naukowo-techniczna zajmująca się graficznym, komunikacyjnym, wizualnym i technicznym opracowaniem informacji przestrzennej przede wszystkim w postaci map (Bollman 2001)

GUGiK - Główny Urząd Geodezji i Kartografii

• nadzoruje realizację polityki państwa w zakresie geodezji i kartografii

• prowadzi państwowy rejestr granic i powierzchni RP oraz poszczególnych województw

WODGiK - Wojewódzki Ośrodek Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej

CODGiK - Centralny Ośrodek Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej

Geoportal - portal internetowy zapewniający dostęp do usług danych przestrzennych tj. do usług dotyczących danych przestrzennych i będących operacjami, które mogą być wykonywane przy użyciu oprogramowania komputerowego na nich zawartych w zbiorach danych przestrzennych lub na powiązanych z nimi metadanych.

Wizualizacja kartograficzna jest procesem kartograficznych prezentacji relacji przestrzennych w technologii komputerowej w celu poznania i wyjaśnienia zachodzących zjawisk

Wizualizacja kartograficzna oznacza przede wszystkim proces interakcji z danymi cyfrowymi.

Modele danych na mapach cyfrowych:

• rastrowy

• wektorowy

• atrybutowy

Przetwarzanie sposobu (formatu) zapisu danych kartograficznych

Zmiana zapisu danych kartograficznych:

Analogowe ⃗ cyfrowe = skanowanie, digitalizacja

Cyfrowe ⃗ analogowe = wydruk

Wektorowy ⃗ rastrowy = rasteryzacja

Rastrowy ⃗ wektorowy = wektoryzacja

Digitalizacja (cyfrowanie) mapy - proces przetwarzania mapy z postaci analogowej na numeryczną

Wektoryzacja (digitalizacja wektorowa, cyfrowanie wektorowe) - proces przetwarzania mapy z postaci rastrowej do postaci

Skanowanie - proces przetwarzania mapy z postaci analogowej na rastrową

Ortofotomapa jest to kartometryczny obraz terenu powstały w wyniku przetworzenia zdjęcia lotniczego lub obrazu satelitarnego przedstawiony w odpowiednim odwzorowaniu mapy topograficznej i kroju arkusza.

Kula - model Ziemi stosowany do odwzorowań w małych skalach do około 1: 2 000 000 (mapy atlasowe)

Elipsoida obrotowa - bryła powstała w wyniku obrotu elipsy dookoła małej osi model Ziemi stosowany do opracowania map topograficznych

Cechy odwzorowań kartograficznych:

• Równopolowe - zachowanie równości pól odpowiednich figur na sferze (globusie) i mapie - (mapy kuli ziemskiej w atlasach szkolnych)

• Równokątne- zachowanie niezmienności kątów (kształtów) - mapy topograficzne

• Równoodległościowe - zachowanie bez zniekształcenia długości niektórych linii, np. południków i równika

Na mapie nie mogą być zachowane wszystkie trzy warunki !

Teoria zniekształceń Nicolasa Tissota (1824-1890) matematyczna analiza zniekształceń odwzorowań kartograficznych

Twierdzenie Tissota: Niezależnie od rodzaju odwzorowania, w każdym punkcie na powierzchni kuli można znaleźć co najmniej jedną parę kierunków prostopadłych, które zachowują prostopadłość również w odwzorowaniu, mimo że inne kąty w tym punkcie mogą zostać zmienione

Skala główna i skala miejscowa (lokalna) mapy

Skala mapy - stosunek liczbowy określający wielokrotność zmniejszenia odległości liniowych przedstawionych na mapie do rzeczywistych w terenie

Skala główna mapy - zachowana na mapie tylko w punktach zerowych zniekształceń odwzorowawczych

Skala miejscowa mapy - zmienna dla różnych części mapy, zależna od zniekształceń charakterystycznych dla danego odwzorowania

Loksodroma - (skośnobieżna) linia stałego kierunku (azymutu) - przecina wszystkie południki pod tym samym kątem

Ortodroma - (prostobieżna) łuk koła wielkiego wyznaczająca najkrótszą odległość między punktami

Układ odniesienia - matematyczny model Ziemi,

stosowany do opracowania map topograficznych

i obliczania współrzędnych w systemach pomiarowych

Powierzchnia odniesienia - powierzchnia (figury) przedstawiające w przybliżeniu Ziemię

Systemy współrzędnych na mapach topograficznych

1. System współrzędnych geograficznych: wielkości kątowe - szerokość φ i długość kartograficzna λ (siatka kartograficzna na mapie topograficznej)

2. System współrzędnych prostokątnych płaskich: wielkości liniowe x, y (siatka topograficzna - kilometrowa)

3. System współrzędnych biegunowych: wielkości kątowe i liniowe (azymut topograficzny, geograficzny i magnetyczny)

Georeferencja - proces geometrycznego przekształcenia wewnętrznego (rastrowego układu wierszy i kolumn lub wektorowego) układu współrzędnych do układu współrzędnych mapy

Topografia - dział łączący geodezję i kartografię zajmujący się wykorzystywaniem pomiarów szczegółów sytuacyjnych i rzeźby terenu w celu sporządzenia map topograficznych

Geodezja - nauka o pomiarach Ziemi, wykonywanych w celu:

• wyznaczania kształtu i wymiarów jej części lub całości, (geodezja wyższa)

• sporządzania planów i map geodezyjnych oraz zastosowania do prac inżynierskich i gospodarczych

(geodezja niższa)

Geomatyka - zapis danych geograficznych w standardach informatycznych

Szczegóły sytuacyjne - obiekty punktowe, liniowe i powierzchniowe w terenie, których położenie można przedstawić w skali mapy jako obiekty graficzne, np. drogi, zabudowa, las, pomnik, kaplica

Rzeźba terenu - całokształt nierówności na powierzchni Ziemi

Pomiary topograficzne noszą nazwę zdjęć topograficznych

zdjęcia topograficzne wykonywane są metodami bezpośrednimi w terenie lub pośrednimi na podstawie zdjęć lotniczych (fotogrametria)

mapy topograficzne - szczegółowe przedstawienia terenu w skalach od 1:10 000 do 1:200000

Istota orientacji topograficznej:

Przez orientację topograficzną rozumiemy porównanie terenu z mapą, tj. dokładne zidentyfikowanie przedmiotów terenowych (osiedli, wód, punktów orientacyjnych) oraz form rzeźby terenu, które są widoczne w terenie, z ich oznaczeniami na mapie.

Przed właściwym porównaniem terenu z mapą należy najpierw zorientować mapę, określić strony świata i własne miejsce stania oraz podzielić obserwowany teren na strefy (bliższą, środkową i dalszą).

Geometryczne orientowanie mapy:

• według przedmiotów liniowych

• przedmiotów terenowych i form rzeźby terenu

ODWZOROWANIA

Azymutalne: Postela i lamberta..

Stożkowe: Ptolemeusza wiernoodległosciowe, Lamberta wiernokatne, Lamberta wiernopow.

Walcowe: Lamberta, Galla, kwadratowe, Mercatora, Gaussa-Krugera

Układ współrzędnych „1965”

• przyjęty w 1968 r., dla map do celów gospodarczych, mapy wydawane od 1970 r. do 1990 mapy poufne

• obszar Polski podzielono na 5 stref

• skale opracowywanych map: 1: 10 000, 1:25 000, 1:50 000

• powierzchnia odniesienia: elipsoida Krasowskiego

• odwzorowanie: dla stref I-IV przyjęto wiernokątne odwzorowanie quasi- stereograficzne, dla strefy V przyjęto odwzorowanie Gaussa-Krügera

• układy współrzędnych prostokątnych płaskich: każda strefa ma odrębny układ współrzędnych prostokątnych, gdzie osie rzędnych (X) mają inny kąt skręcenia dochodzący do kilku stopni

• siatka kartograficzna: brak

• siatka kilometrowa: na mapie w skali 1:10 000 co 10 cm (1 km), na mapach w skalach 1:25 000 i 1:50 000 co 4 cm (odpowiednio 1 km i 2 km w terenie)

_________________________________________________________

Odwzorowanie „GUGiK-80”

• zaprojektowany w latach 1978-80, dla map do celów gospodarczych, mapy wydawane w latach, do 1990 mapy poufne

• skartowanie obszaru Polski w jednej strefie do granic państwowych

• skale opracowywanych map: 1: 100 000, 1:500 000

• powierzchnia odniesienia: elipsoida Bessela

• odwzorowanie: zmodyfikowane odwzorowania quasi-stereograficznego przedwojennego Wojskowego Instytutu Geograficznego (WIG),

• układy współrzędnych prostokątnych płaskich: punkt początkowy układu pokrywa się z obrazem punktu głównego odwzorowania o wartościach:

xo=500 km, yo=500 km

• siatka kartograficzna: ocenzurowana - celowo przesunięta i skręcona w sposób zmienny do około 90 m

• siatka kilometrowa: brak

(dlatego nie jest to układ współrzędnych a odwzorowanie)

Układ współrzędnych „1942”

• przyjęty w 1953 r. Do 1990 r. Stosowany wyłącznie na wojskowych mapach topograficznych, w latach 1993-96 opracowywano mapy cywilne

• skale opracowanych map: 1: 10 000, 1:50 000

• powierzchnia odniesienia: elipsoida Krasowskiego z punktem przyłożenia do geoidy w Pułkowie pod Petersburgiem

• odwzorowanie: odwzorowanie Gaussa-Krügera, równokątne dla 6° pasów (3, 4 i 5) o południkach środkowych 15°, 21° i 27° długości geograficznej wschodniej; każdy południk środkowy odwzorowuje się bez zniekształceń

• układy współrzędnych prostokątnych płaskich: każda strefa ma odrębny układ budowany według tej samej zasady: oś rzędnych (X) pokrywa się z obrazem południka środkowego strefy, a oś odciętych (Y) z obrazem równika.

• siatka kartograficzna: na arkuszach map tworzy ją ramka wewnętrzna arkusza uzupełniona ramką minutową

• siatka kilometrowa: na mapie w skali 1:10 000 co 10 cm (1 km), na mapach w skalach 1:50 000 i 1:100 000 i 1:200 000 co 2 cm (odpowiednio 1 km, 2 km

i 4km w terenie)

______________________________________________

Układ współrzędnych „1992”

• przyjęty w 1995 r., opracowywanie i druk arkuszy od 1997 r.

• skale opracowanych map: 1: 10 000, 1:50 000 (do 2003 roku)

• powierzchnia odniesienia: elipsoida geocentryczna GRS 80 (stosowana w europejskim układzie odniesienia EUREF-89)

• odwzorowanie: odwzorowanie Gaussa-Krügera, równokątne dla jednego 10° pasa obejmującym całą Polskę,

• układ współrzędnych prostokątnych płaskich: oś rzędnych (X) pokrywa się z obrazem południka 19° E, a oś odciętych (Y) z obrazem równika. W punkcie początkowym układu przyjęto xo=-5300 km, yo=500 km, czyli na obszarze Polski współrzędne mają trzy cyfry znaczące

• siatka kartograficzna: na arkuszach map tworzy ją ramka wewnętrzna arkusza uzupełniona ramką minutową

• siatka kilometrowa: na mapie w skali 1:10 000 co 10 cm (1 km), na mapach w skali 1:50 000 co 4 cm (2 km w terenie)

__________________________________________________

Układ współrzędnych płaskich prostokątnych „2000”

- Nie dotyczy map topograficznych

• przyjęty w 1994 r. do stosowania w pracach geodezyjnych i kartograficznych

• układ odniesienia EUREF-89 z elipsoidą GRS-80

• powierzchnia odniesienia: elipsoida geocentryczna WGS-84 (prawie identyczna z elipsoidą GRS-80)

• odwzorowanie: odwzorowanie równokątne Gaussa-Krügera w czterech pasach południkowych, dla 3° pasów o południkach osiowych 15°, 18°, 21° i 24° długości geograficznej wschodniej o odpowiednich numerach: 5, 6, 7 i 8; na południkach osiowych elementarna skala długości wynosi 0.999923 (zniekształcenie długości - 7,7 cm/1km), Na brzegu stref zniekształcenie liniowe wynosi około +7 cm/1km

• układy współrzędnych prostokątnych płaskich: każda strefa ma odrębny układ budowany według tej samej zasady: oś rzędnych (X) pokrywa się z obrazem południka środkowego strefy, a oś odciętych (Y) z obrazem równika. W punktach początkowych każdego układu przyjęto xo=0 km, yo=N 500 km, przy czy „N” oznacza numer południkowej strefy odwzorowawczej

___________________________________

Układ współrzędnych „WGS-84”

Wojskowe mapy topograficzne w standardzie NATO

(Geodezyjny układ odniesienia WGS-84 i układ współrzędnych płaskich prostokątnych UTM)

• przyjęty w 1994 r. przez Służbę Topograficzną Wojska Polskiego dla opracowania topograficznych map wojskowych , opracowywanie i druk arkuszy od 1998 r. Od 2003 roku do opracowania map cywilnych w skali 1:50 000

• skale opracowanych map: 1:50 000 Wektorowa Mapa Poziomu Drugiego (VMapL2)

• powierzchnia odniesienia: elipsoida geocentryczna WGS-84 (prawie identyczna z elipsoidą GRS-80)

• odwzorowanie: uniwersalne poprzeczne odwzorowanie Merkatora (UTM), równokątne dla 6° pasów o południkach środkowych 15°, 21° i 27° długości geograficznej układy współrzędnych prostokątnych płaskich: każda strefa ma odrębny układ budowany według tej samej zasady: oś rzędnych pokrywa się z obrazem południka środkowego strefy, a oś odciętych z obrazem równika. W punktach początkowych każdego układu przyjęto N=0 km, E=500 km,

• system meldunkowy UTM w celu określenia położenia punktu

• siatka kartograficzna: ramka wewnętrzna arkusza

• siatka kilometrowa: na mapie odstępy między liniami siatki odpowiadają długości 1 km

Baza Danych Ogólnogeograficznych (BDO)

skala podstawowa 1:250 000 oraz 1:500 000, 1:1000 000 i 1:4000 000.

materiały źródłowe: zasób bazy VMap poziomu 1, udostępniony przez Zarząd Geografii Wojskowej Sztabu Generalnego Wojska Polskiego.

Zakres informacyjny: podział administracyjny, osadnictwo i obiekty antropogeniczne, hydrografię, rzeźbę terenu, transport, pokrycie terenu i użytkowanie ziemi, obszary chronione, nazwy geograficzne.

Rola integracyjna w stosunku do kilku funkcjonujących rejestrów publicznych i baz danych, identyfikatory obiektów przestrzennych: Krajowego Rejestru Urzędowego Podziału Terytorialnego kraju TERYT, Banku Danych Drogowych, Komputerowej Mapy Podziału Hydrograficznego Polski, ; Krajowego Systemu Obszarów Chronionych.

Udostępnianie w trzech postaciach:

1. baza danych geograficznych w formacie eksportowym ArcInfo, umożliwiającym jej wykorzystanie w większości pakietów GIS.

2. gotowe pliki graficzne zapisane w modelu wektorowym, z gotowymi mapami i z wyodrębnionymi warstwami informacyjnymi, dowolnie kompilowanymi przez użytkownika.

3. model rastrowy - obraz mapy ogólnogeograficznej mogącej służyć za podkład różnych nowych opracowań kartograficznych.

Baza Danych Topograficznych (TBD)

Określenie "Baza Danych Topograficznych" obejmuje zarówno zasób danych, system informatyczny zarządzania danymi jak i odpowiedni system finansowania i organizacji w oparciu o przepisy prawne

Poziom informacyjny zbliżony do poziomu informacyjnego map topograficznych w skali 1:10 000.

Dwie zasadnicze części:

1) Zasób podstawowy TBD stanowią trzy główne bazy składowe:

- "ciągła" przestrzennie wektorowa baza danych topograficznych tworzona w oparciu o technologię GIS (komponent TOPO)

- zapisana w podziale sekcyjnym baza numerycznego modelu rzeźby terenu (komponent NMT)

- zapisana w podziale sekcyjnym baza ortofotomap (komponent ORTOFOTO)

2) zasób kartograficzny

Utworzenie cyfrowego zasobu kartograficznego (map cyfrowych) ma na celu m.in. umożliwienie udostępnienia danych topograficznych w formie cyfrowej do systemów produkcji urzędowych map tematycznych.

Za podstawowe źródło pozyskiwania danych geometrycznych uznaje się ortofotomapę cyfrową, wywiad terenowy oraz dane z baz danych opracowań wielkoskalowych (mapa zasadnicza, mapy ewidencyjne).

METODY PLASTYCZNE:

perspektywiczne przedstawienie

• umowne znaki perspektywiczne

• cieniowanie

• cyfrowe modele terenu

• blokdiagramy

• panoramy

Umowne znaki perspektywiczne

• powrót w XX wieku do metody perspektywicznej

• wykorzystanie do prezentacji podstawowych krajobrazów morfologicznych (typów rzeźby) Erwin Raisz

Cieniowanie

• Poglądowość metody: podkreślenie charakterystycznych cech rzeźby; główne kierunki grzbietów i wyniosłości

• Eduard Imhof (twórca naukowych podstaw) - wprowadzenie perspektywy powietrznej opartej na naśladowaniu naturalnego efektu wpływu atmosfery w górach na kolory

• przyjęcie zasady oświetlenia z kierunku północno-zachodniego przy naturalnym z południa dla półkuli północnej

Cyfrowe modele terenu

• NMT Numeryczny Model Terenu - (ang. DTM Digital Terrain Model) zbiór danych cyfrowych o trójwymiarowej reprezentacji powierzchni terenu

• Cyfrowe modele terenu mogą mieć strukturę siatkową grid lub trójkątną np. z wykorzystaniem algorytmów triangulacji TIN (ang. Triangulated Irregular Network)

• Zastosowanie modeli numerycznych do tworzenia map cieniowanych, blokdiagramów i panoram

METODY WYMIERNE:

• rysunek kreskowy

• poziomice

• znaki - punkty wysokości

• metoda hipsometryczna

Rysunek kreskowy

Johan Lehmann (1799)

• przedstawił metodę na zapotrzebowanie manewrowania wojskami

• przyjął zasadę pionowego oświetlenia powierzchni ziemi - im „stromiej tym ciemniej”

• możliwość oceny nachylenia stoku

Poziomice

poziomice (warstwice) - linie na mapie łączące punkty o tej samej wysokości bezwzględnej

cięcie poziomicowe rzeźby - różnica wysokości sąsiednich poziomic, zależy przede wszystkim od skali mapy. Im mniejsze wielkość cięcia tym bardziej szczegółowe odwzorowanie rzeźby terenu

Znaki

opisane wysokości względne punktów terenu

Punkty wysokości

określają najwyższe i najniższe punkty terenu i innych charakterystycznych punktów na mapach topograficznych

- wysokość mierzy się od umownego „zera”, w Polsce od zera wodowskazu w Kronsztadzie

Metoda hipsometryczna

metoda hipsometryczna - wypełnianie kolorem powierzchni między określonymi wartościami poziomic

- metoda wykorzystywana do zwiększenia poglądowości poziomic 

skala mapy: stopień zmniejszenia długości przy przejściu od rzeczywistości do mapy (wyrażony stosunkiem długości linii na mapie do długości odpowiedniej linii w terenie)

Dokładność geometryczna mapy - zakłada, że każdy obiekt jest przedstawiony na mapie możliwie dokładnie - na swoim miejscu, w swoich rzeczywistych wymiarach, a mapa zachowuje odległości między nimi zgodne ze skalą mapy (Saliszczew, 1984)

Zgodność (wierność) geograficzna - wymaga oddania rzeczywistości w postaci głównych typowych cech, odzwierciedlenie przestrzennych powiązań zjawisk i zachowanie ich geograficznej specyfiki (Saliszczew, 1984)

Etapy kartowania:

1. Kameralny:

2. Etap drugi - prace terenowe:

3. Etap trzeci - kameralne przetwarzanie danych:

GPS (Global Positioning System)

globalny system określania pozycji, utworzony i prowadzony przez Departament Obrony Stanów Zjednoczonych (US Departament of Defence), który obejmuje trzy podstawowe segmenty:

• Segment kosmiczny:

• Segment kontrolny -

• Segment użytkownika -

UKŁAD 1985		GUGiK 1980		1942 - 1992
godło	skala	godło	skala	godło	skala
235.4 235.44 235.443	1:50 000 1:25 000 1:10 000	83 83.05 83.05.3	1:500 000 1:200 000 1:100 000	M-34 M-34-D M-34-XXXV M-34-141 M-34-141-D M-34-141-D-d M-34-141-D-d-3	1:1 000 000 1:500 000 1:200 000 1:100 000 1:50 000 1:25 000 1:10 000

mapy zasadnicze	mapy topograficzne	mapy ogólno geograficzne
1:500 1:1 000 1:5 000	1:10 000 1:25 000 1:50 000 1:100 000 1:200 000	1:500 000 1:1 000 000

---