ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2008, № 5, с. 118-125
ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И КАРТОГРАФИРОВАНИЕ
КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОЕКЦИИ И СОГЛАСОВАНИЕ РАЗНОВРЕМЕННЫХ КАРТ РОССИИ И СОВЕТСКОГО СОЮЗА В ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СРЕДЕ
© 2008 г. М. Э. Флейс, М. М. Борисов, М. В. Александрович
Институт географии РАН Поступила в редакцию 13.11.2007 г.
Предлагается начинать согласование разновременных карт с согласования их математической основы. Определены основные картографические проекции, в которых составлены мелкомасштабные карты России и СССР. Представлена технология работы с коническими проекциями, параметры которых неизвестны. Даны примеры использования этой технологии для карт Российской империи. Определены методы работы с картографическими проекциями в геоинформационных программных продуктах. Составлены и размещены в интернете описания картографических проекций карт России и СССР, пригодные для использования в геоинформационной среде.
Для чего, в самом деле, полюса, параллели, Зоны, тропики и зодиаки?
И команда в ответ: "В жизни этого нет, Это - чисто условные знаки..."
Лъюис Кэрролл "Охота на Снарка" (перевод Г. Кружкова)
Карта для географа - важный источник информации, причем для изучения динамики различных процессов зачастую приходится использовать картографические материалы, созданные в разное время и в разных проекциях. При согласовании и совместном анализе таких материалов естественно применять геоинформационные технологии, благодаря которым можно приводить разнородные пространственные данные к единой системе координат. Для корректного использования таких технологий необходимо знать системы координат используемых данных либо иметь общие опорные точки. Но для мелкомасштабных карт, сильно разбросанных во времени, поиск опорных точек затруднен тем, что географическая основа таких карт может быть различной, а картографическая сетка параллелей и меридианов может иметь разный смысл, в частности, из-за различных начальных меридианов. Территория нашей страны имеет большую протяженность по широте и, особенно, по долготе, и картографическая проекция является важным параметром системы координат обзорной карты. Отметим, что выбор проекции для отображения карты допускает некоторую свободу, а определение проекции существующей карты требует точности. Карта в геоинформационной среде всегда
получает какие-то координаты, и неверное определение проекции приводит к потере значимости данных.
Разработано немало замечательных проекций для карт России и Советского Союза, соответствующих задачам, поставленным в разное время. В этих проекциях уже составлено множество карт, требующих включения в геоинформационный круговорот данных, и могут создаваться новые карты. Напомним, что если географ хочет, чтобы карта, полученная в результате его работы, могла быть в дальнейшем корректно использована в качестве источника, ему следует позаботиться о проекции этой карты.
Российские картографические проекции не всегда достаточно представлены в геоинформационных технологиях, что приводит к неоптимальному решению некоторых картографических задач, а иногда и к ошибкам. Картографические проекции России должны быть удобны для практического применения широким кругом пользователей, что требует, во-первых, доступности сведений о проекциях и их параметрах и, во-вторых, четкой связи этих проекций с современными программными продуктами. В данной работе определены основные картографические проекции, использованные
при составлении мелкомасштабных карт Российской империи, Советского Союза и Российской Федерации, составлено описание этих проекций в геоинформационных программных продуктах, предложена технология работы с картами в конических проекциях с неизвестными параметрами.
Один из основных источников наших сведений об отечественных проекциях - Атлас для выбора картографических проекций 1957 года [2]. В свое время он был максимально удобен для работы с проекциями, так как в нем есть и формулы, и таблицы координат, и территориальная привязка. В 2007 г. Атласу исполнилось 50 лет, и он не потерял своей актуальности в качестве связующего звена между общей теорией картографических проекций и практическим их применением. Однако в Атласе содержится не вся информация о проекциях карт России, а имеющаяся не всегда изложена достаточно простым языком. Дополнительный материал по теории картографических проекций для карт России и СССР можно найти в статье Е.А. Нефедовой [5], автора проекции для карты России и сопредельных государств 1999 г. Также важным источником для нас стал практический опыт работы с изданными картографическими произведениями и с картами, оформленными в геоинформационной среде.
Основной проекцией для мелкомасштабных карт России можно считать коническую проекцию в нормальной ориентировке с двумя стандартными параллелями, сохраняющую отношение длин вдоль меридианов. В настоящее время
для этой проекции чаще всего используют название "коническая равнопромежуточная" или "Equidistant Conic". В отечественной литературе по математической картографии эта проекция также упоминается как проекция Делиля [4]. Впервые эта проекция была, по-видимому, применена для Генеральной карты Российской империи 1734 г. (карта Ивана Кирилова) и затем для карты России Атласа 1745 г. [1]. Именно тогда в основном сложился привычный для современного глаза облик нашей страны на географической карте. Созданию этих карт предшествовал самоотверженный труд геодезистов, сумевших не просто исследовать территорию, но и составить координатные описания полученных данных.
Выбор проекции не случаен. Преимущества проекции Делиля, указанные Эйлером [8], сводятся к тому, что градусы широты имеют одинаковую величину, соотношения между градусами широты и долготы истинны на двух выбранных для конкретного случая параллелях, меридианы и параллели пересекаются под прямыми углами. Особенно важным преимуществом для того времени была возможность построения картографической сетки параллелей и меридианов без предварительного вычисления прямоугольных координат всех ее узлов. Кроме того, прямолинейные меридианы позволяют скопировать любую часть карты как отдельную карту.
Стандартные или главные параллели конической равнопромежуточной проекции могут быть выбраны различными способами, и, как правило,
Рис. 2. Карта в проекции Соловьева.
не указываются на картах. Авторами статьи разработана программа, определяющая по заданным прямоугольным координатам углов выбранной трапеции картографической сетки (рис. 1) постоянные параметры конических проекций:
• широты северной и южной стандартных параллелей являются основными параметрами проекции, используемыми при определении проекции в большинстве программных продуктов, и визуально не определяются;
• долгота осевого меридиана используется при определении проекции в программных продуктах, но часто может быть определена визуально;
• коэффициент пропорциональности долгот, радиус экватора в проекции в метрах и широта параллели с наименьшим масштабом могут быть полезны при исследовании и сравнении проекций;
• метры в единице измерения и прямоугольные координаты точки пересечения осевого меридиана с южной параллелью трапеции могут быть использованы для полного описания системы координат карты.
Программа оформлена в виде Интернет-приложения и размещена на сайте Центра геоинформационных исследований Института географии РАН (http://geocnt.geonet.ru/proj/).
Для обеспечения доступности сведений о картографических проекциях мелкомасштабных
карт России и СССР мы составили список наиболее часто употребляемых проекций:
- нормальная коническая равнопромежуточ-ная проекция Каврайского (10) разработана для карт СССР 1 тома БСАМ;
- нормальная коническая равнопромежуточ-ная проекция Нефедовой (проекция ПКО) для карты России и сопредельных государств масштаба 1:2500000, 1999 г.;
- нормальная коническая равнопромежуточ-ная проекция карты СССР масштаба 1:2500000 (до 1999 г.). Эта карта долгие годы была базовой для составления тематических карт;
- нормальная коническая равнопромежуточ-ная проекция Красовского (11) разработана для шара, прекрасно подходит для целостного мелкомасштабного отображения территории России;
- нормальная коническая равноугольная проекция Ламберта - Гаусса (12) часто использовалась при составлении региональных карт. Для целостного отображения территории России и СССР в Атласе для выбора проекций предлагаются главные параллели 50° с.ш. и 70° с.ш. и осевой меридиан 100° в.д.;
- косая перспективно-цилиндрическая проекция Соловьева (15) разработана специально для школьных карт; легко опознается по виду сетки параллелей и меридианов (рис. 2); контурные карты в этой проекции являлись хорошей осно-
вой для авторских оригиналов тематических карт, например для карт-схем древесной растительности СССР, помещенных в книге 1965 г. издания [7]; четкая определенность проекции позволила авторам работы 2006 г. [6] использовать старые карты-схемы совместно с более современными данными для оценки изменения расчетного момента зеленения березы b. Pendula в 19661995 гг. по сравнению с 1936-1965 гг.;
- косая перспективно-цилиндрическая проекция ЦНИИГАиК (13) выбрана для Национального атласа России.
В скобках даны номера проекций по Атласу для выбора картографических проекций 1957 г. В табл. 1 приведены значения основных параметров для конических равнопромежуточных проекций.
При попытке дополнить список советских проекций проекциями карт Российской империи мы столкнулись с неожиданными трудностями. Беглый анализ проекций упомянутых выше старинных российских карт показал, что они составлены в конической равнопромежуточной проекции, но параметры проекции различаются между собой и не соответствуют описанным в литературе. Для Генеральной карты Российской империи из Атласа 1745 г., скопированной с Интернет-сайта Открытой русской электронной библиотеки (http://orel.rsl.ru), с помощью нашего Интернет-приложения был определен набор параметров по трапеции, находящейся в правой части карты, чтобы избежать влияния дефектов сканирования, по-видимому, возникших из-за невозможно
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.