какая картографическая проекция в основном используется для построения морских навигационных карт

Понятие о навигационных картах.

Морские навигационные карты являются одним из важнейших пособий для обеспечения безопасного плавания судов. На морские навигационные карты наносят отдельные участки моря с указанием глубин и грунтов, очертания береговой линии и рельефа, навигационные знаки и опасности.

Значение морских навигационных карт в судовождении очень велико. Являясь уменьшенным изображением участков земной поверхности на плоскости, морская навигационная карта как бы рассказывает судоводителю о тех районах и условиях, в которых проходит плавание судна. Морская навигационная карта предупреждает моряка об опасностях и одновременно подсказывает, как ему лучше проложить свой курс.

Способ условного изображения поверхности Земли на плоскости называют картографической проекцией. Известно, что при плавании судна одним и тем же неизменным курсом его путь на поверхности земного шара изобразится кривой линией, называемой локсодромией («косой бег»), которая пересекает все меридианы под одним углом.

Поскольку поверхность Земли имеет форму шара, то ее изображение на плоскости невозможно осуществить без искажений. Значит, не существует такой картографической проекции, которая бы не искажала изображаемую на ней земную поверхность. Из большого числа различных картографических проекций можно, однако, подобрать такую, которая удовлетворяла бы основные требования, предъявляемые к морской карте.

1. Желательно, чтобы линия локсодромии (постоянного курса) изображалась на морской карте в виде прямой липни, как наиболее простой, прокладка которой осуществляется с помощью линейки и транспортира.

2. Величины всех углов на карте должны соответствовать тем же углам на местности, и, следовательно, форма очертаний суши и различных предметов на земной поверхности будет соответствовать их изображениям на карте. Это значит, что картографическая проекция должна быть равноугольной.

Таким образом, углы, измеренные штурманом между какими-либо ориентирами на местности, будут соответствовать углам между теми же ориентирами на карте, отвечающей последнему условию. Зрительное восприятие района плавания будет соответствовать его изображению на карте. Наиболее полно таким требованиям удовлетворяет равноугольная нормальная цилиндрическая так называемая меркаторская проекция, которая до настоящего времени применяется как основная при построении морских навигационных карт. Эта проекция была предложена, в 1569 г. голландским ученым картографом Герардом Кремером, носившим псевдоним Меркатор. Он предложил новые математически обоснованные принципы построения карт, в частности несколько картографических проекций, из которых наиболее известна цилиндрическая равноугольная проекция карты. Эта проекция под названием меркаторской получила всеобщее распространение, и с тех пор и до настоящего времени в этой проекции составляются морские навигационные карты и другие, требующие точного изображения углов. Проекция позволяет изображать географические меридианы прямыми и параллельными между собой линиями, перпендикулярными другой системе параллельных между собой прямых линий, являющихся географическими параллелями. Для того чтобы получить меркаторскую проекцию (рис. 43), представим себе земной шар, а проще географический глобус, который по экватору «закутан» в цилиндр, ось которого совпадает с осью земного шара (глобуса). Затем спроектируем изображения земных меридианов и параллелей на поверхность цилиндра и развернем его в плоскость.

Полученная на плоскости картографическая сетка, являясь нормальной цилиндрической проекцией, будет выглядеть как система прямых параллельных между собой линий — земных меридианов, перпендикулярных другим параллельным между собой прямым—параллелям. На такой проекции линия постоянного курса (локсодромия) может быть только прямой линией, образующей один и тот же постоянный угол с системой параллельных между собой линий, изображающих меридианы.

Все параллели в меркаторской проекции, вытягиваясь, остаются равными длине экватора, а линейная величина каждой минуты широты увеличивается с возрастанием широты. Длина параллелей и меридианов увеличивается одинаково в sec φ раз.

Таким образом, подобие фигур и равенство углов между определенными направлениями сохраняются. Следовательно, и первое, и второе требования к проекции морской карты оказались выполненными.

Масштабом карты называется отношение длины какой-либо линии на карте к действительной длине этой же линии на земной поверхности. С некоторым допущением то же определение можно отнести к картам более мелкого масштаба. Масштабы бывают числовые и линейные. Масштаб, выраженный в виде дроби, числитель которой единица, а знаменатель — число, показывающее, скольким единицам длины на поверхности Земли равна единица длины на карте, называется числовым, или численным. Например, 1:100000 означает, что одной единице длины на карте соответствует 100 000 таких же единиц на земной поверхности (1 см на карте, например, равен 100 000 см на местности).

Масштаб, показывающий, сколько более крупных единиц длины на местности содержится в одной более мелкой единице длины на карте, называется линейным. Например, 10 км в 1 см или 3 мили в 1 см.

На морских картах в меркаторской проекции линейный масштаб изображается делениями боковых рамок карты. Так как меридианы в меркаторской проекции растягиваются с увеличением широты, то длина изображения на такой карте 1′ широты, или одной морской мили, по мере удаления от экватора будет увеличиваться. При измерении расстояний на карте следует пользоваться боковой рамкой карты на той же параллели, что и измеряемое расстояние.

Морские навигационные карты по своему содержанию и масштабу делятся на генеральные, путевые, частные и планы.

Генеральные карты изображают целые заливы, моря, океаны или их части. Эти карты служат для общего изучения условий плавания на протяжении всего рейса, на них выполняют предварительную прокладку перехода и делают общие расчеты, связанные с рейсом судна. Масштаб генеральных карт обычно 1:500000 и мельче.

На путевых картах изображают отдельные районы перехода судна и содержатся все необходимые подробности для безопасного плавания и подхода к берегу. Следовательно, масштаб путевых карт не должен быть слишком мелким. Издаются путевые карты в масштабах от 1:100000 до 1:300000.

На путевых картах ведется прокладка пути судна и производятся определения его места. Поскольку путевые карты изображают отдельные части моря, то по мере продвижения судна приходится переходить с одной карты на другую. На путевых картах, в зависимости от районов моря изображается и определенная часть прибрежной полосы.

Частные карты предназначены для плавания вблизи берегов и в стесненных районах — проливах, шхерах, подходах к портам и т. д. Масштабы частных карт 1:50000 и крупнее.

Планы содержат изображения со всеми подробностями бухт, гаваней, рейдов, портов и предназначены для входа в порты, прохода узкостей. Планы составляются в масштабах 1:20000 и крупнее.

Прежде чем пользоваться морской картой, следует ее внимательно изучить. Для этого надо научиться читать карту. Чтобы уметь читать карту, необходимо разбираться во всех условных обозначениях и дополняющих их сокращенных надписях, нанесенных на карту, «расшифровки» которых помещены в книге «Условные знаки для морских карт и планов».

Изучая карту, следует прежде всего начинать с чтения ее заголовка, всех примечаний и предостережений, помещенных на карте. Затем надо ознакомиться с навигационно-географическими данными района, изображенного на карте, глубинами, грунтами, навигационными опасностями, береговой чертой, различными навигационными знаками, маяками, огнями. Особое внимание следует уделить изучению опасностей (рифов, банок, затонувших на небольшой глубине судов) и их навигационного ограждения.

Источник

Картографические проекции в судовождении

Чтобы осуществить переход из одного пункта земного шара в другой, судоводитель должен заблаговременно выбрать наивыгоднейший путь, а во время перехода вести учет движения своего судна.

Для этого он должен иметь подробное изображение поверхности Земли, включающее в себя такие сведения, как очертание берегов, данные о глубинах моря, фарватерах, навигационных опасностях, береговых и плавучих средствах ограждения опасностей и т. д.

Применение глобуса для такого подробного изображения района плавания судна невозможно. Поэтому для судовождения применяют изображение отдельных, сравнительно небольших участков поверхности Земли, выполненное на плоскости.

В любом случае изобразить сферическую поверхность на плоскости невозможно без разрывов и складок. Поэтому все картографические проекции имеют те или иные искажения, которые следует учитывать при пользовании картой.

Проекция, в которой сохраняется это свойство, называется конформной, или равноугольной. В этом случае сохраняется форма площадных объектов, но относительные размеры меняются от места к месту. При другом способе преобразования можно сохранить правильное соотношение площадей (соответствующее исходной поверхности земного шара), но в этих случаях наблюдается искажение углов пересечения меридианов и параллелей; прямые углы сохраняются лишь в ограниченной зоне.

Проекции, в которых сохраняется правильное соотношение площадей отдельных ячеек градусной сетки, называются равновеликими; для них характерно большее или меньшее нарушение подобия фигур.
Правильная передача конфигурации объектов, как и правильная передача площадей, имеют большое значение, особенно если речь идет о мелкомасштабных обзорных картах.
Однако обе эти характеристики не могут быть совмещены на одной и той же карте: не существует проекции, которая была бы одновременно равноугольной и равновеликой. Кроме того, очень важен правильный показ расстояний и направлений. До некоторой степени этого удается достичь при использовании определенных проекций.

Картографические проекции можно классифицировать по виду вспомогательной геометрической поверхности, которая может быть использована при ее построении. Возьмем прозрачный глобус с нанесенными на его поверхность линиями меридианов и параллелей и точечный источник света.
Мы можем заключить глобус (с источником света, расположенным в центре шара) в цилиндр. При этом градусная сетка спроектируется на поверхность цилиндра, который затем может быть развернут на плоскости.

Цилиндр может быть касательным и соприкасаться с глобусом только по одной линии (например, экватора), а может быть секущим. В последнем случае поверхности шара и цилиндра будут совпадать по двум линиям (например, по 45° с.ш. и по 45° ю.ш.), и только по этим линиям в данной проекции сохраняется правильный масштаб.
При изменении положения источника света по отношению к поверхности шара могут быть получены различные проекции картографической сетки на поверхность цилиндра или другой геометрической фигуры.

ПОНЯТИЕ О ЛОКСОДРОМИИ И ОРТОДРОМИИ. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МОРСКОЙ КАРТЕ

Плавание по локсодромии, т. е. постоянным курсом, удобно, так как не требует проведения каких-либо расчетов, связанных с частой переменой курсов. Однако локсодромия не является кратчайшим расстоянием между двумя точками A и В. Кратчайшим расстоянием между выбранными точками на земном шаре является меньшая из дуг большого круга, проходящего через эти точки (см. рис. 1). Эта дуга называется ортодромией (греч. «прямой бег»). Ортодромия пересекает все меридианы под разными углами. В частных случаях, при плавании по экватору или курсами 0 или 180°, она может совпадать с экватором или меридианами, которые одновременно являются локсодромиями.

Изображение локсодромии и ортодромии

При небольших переходах разность в длине мeжду локсодромией и ортодромией незначительна. Из-за удобства плавания по локсодромии на практике таким увеличением длины пути пренебрегают и совершают переходы постоянными курсами. Только в случае длительных океанских переходов плавание совершают по дуге большого круга.

Для судовождения требуется особая картографическая проекция, которая должна быть удобной для ведения графического счисления пути судна и определения его места.

Поэтому к морским картам предъявляются следующие основные требования:

— линия пути судна, идущего постоянным курсом, т. е. по локсодромии, должна изображаться на карте прямой линией, что обеспечит удобство прокладки курсов судна;

— углы и направления на местности должны быть равны соответствующим углам и направлениям на морской карте, т. е. карта должна быть равноугольной (конформной). Это позволит определять место судна в море по пеленгам и углам, измеренным между береговыми ориентирами, а также опознавать берег по его изображению на карте.

ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ТЕОРИЯ МЕРКАТОРСКОЙ ПРОЕКЦИИ. ПОНЯТИЕ О ПЛАНАХ

Картографическая сетка меркаторской проекции

Найдем математическую закономерность, которая определяет характер растяжения каждой параллели. Обозначим (рис. 3) радиус параллели АВ, лежащей в широте φ, через r, а радиус Земли — через R. В прямоугольном треугольнике ВОС Планом называется плоское изображение небольших участков земной поверхности, кривизной которых можно пренебречь. По этой причине план не имеет искажений, сохраняя подобие фигур и площадей. Его составляют путем непосредственной съемки местности с заданным уменьшением размеров объектов. Масштаб плана сохраняется постоянным для всех его точек.

Масштаб карты определяется как отношение длины прямой между двумя точками на карте к действительному горизонтальному расстоянию между этими же точками на местности. Различают два вида масштаба: числовой (численный) и линейный.

Линейный масштаб может быть выражен числовым соответствием единиц длины (например, «3 мили в 1 см») или графически. На морских картах линейный масштаб наносят на вертикальные рамки карты.

Минута широты, т.е. линейная величина 1 минуты дуги меридиана, представляет собой морскую милю. Морские мили будут изображаться на меркаторской карте разными по длине участками меридианов, увеличивающимися по мере удаления от экватора.
Графическое изображение 1-й морской мили на меркаторской карте на данной широте называется меркаторской милей. Измерять расстояние на карте следует меркаторскими милями на соответствующей им широте.

Источник

Навигация на море. Морские карты.

Нетрудно заметить тот факт, что имеется определённое несоответствие, а именно — Земля — круглая, а все морские карты — безусловно плоские. Почему? Как такое возможно? Понятно, что морская карта — это изображение, в нашем случае изображение земной поверхности. И понятно также, что круглое тело абсолютно достоверно на плоскости не изобразить. Хочешь, не хочешь, а придётся где-то что-то немного исказить, изменить, иначе круглое на плоскость просто не уляжется. И каждый, в принципе, может сделать такой рисунок по-своему, своим способом. Вот как раз способ нанесения рисунка поверхности Земли на плоскость и называется картографической проекцией. Это, правда, не строгое определение, но зато самое понятное. Картографических проекций много, но принцип создания морской карты примерно следующий. Пока мы стоим на земле и смотрим вокруг, нам кажется, что Земля плоская (вспомним представления древних). Так мы смело можем нарисовать плоскую картинку того, что видим (соблюдая пропорции в соответствующих расстояниях на рисунке и на местности). И так всю Землю разбиваем на маленькие участки-плоскости. Получим много маленьких карт, очень подробных, кстати. Большие карты, стран, например, или континентов, составляются несколько по иному принципу, в них больше искажений.

А пока давайте вернёмся к глобусу. Это — наиболее приближенное к действительности изображение, можно даже сказать — модель, Земли. Но как Вы понимаете, в яхтинге глобус применять, мягко говоря, не очень удобно. Просто представьте его на штурманском столе в яхте.
Весь глобус покрыт какими-то линиями, как будто бы помещён в сетку. Эти линии очень важны. Это — параллели и меридианы. Нужно усвоить на всю жизнь и чётко представлять себе, что это такое. Земля вращается вокруг своей оси. Ось эта проходит через географические полюса — северный и южный. Если мы построим плоскость, проходящую через земную ось (и, соответственно, также полюса), то следом её пересечения с земным шаром станет окружность, проходящая через оба полюса. Это и будет меридиан. Кстати, отметим, что меридианов сколь угодно много, иными словами (и это очень важно), через каждую точку на земной поверхности можно провести свой меридиан. Этот меридиан определяет долготу нашего местоположения. Очевидно ещё, что длина таких меридианов-окружностей для Земли-шара будет одинаковой.

А теперь построим другую плоскость. Она будет перпендикулярна земной оси, расположена по отношению к ней под углом 90 градусов. След от пересечения этой плоскости с земным шаром — параллель.Параллели определяют широту нашего места. Самая большая параллель, проходящая через точку деления земной оси пополам, называется экватором.

Параллели и меридианы называют ещё координатными линиями. Потому, что именно на них строится вся система координат. Как уже отмечалось, через любую точку земной поверхности можно провести и параллель, и меридиан. Именно эти самые параллель и меридиан принадлежат только своей точке и только ей. Они-то и есть географические координаты данной точки. Вопрос только, как и от чего эти «свои» параллель и меридиан отсчитывать. Так вот, всё совсем просто. Параллели отсчитываются от нулевой (это — экватор) до девяностоградусных (это уже параллели, «превратившиеся» в точки — географические полюса). Проще говоря, параллели отсчитываются от экватора к соответствующим полюсам, от нуля до девяноста градусов. Поэтому, кроме количества градусов, к названию параллели прибавляется и название полюса, в сторону которого она отсчитывается. Из этого, кстати, всегда ясно, в каком полушарии — северном или южном, находится Ваша яхта. Ну а географическая широта места — это правильно названная и отсчитанная от экватора параллель.Долгота места — отсчитанный от нулевого (Гринвичского) меридиан, названный соответственно (восточные долготы — к востоку, западные — к западу от Гринвича).

Что такое Гринвич и почему именно от Гринвича? Да просто люди взяли, и условились за нулевой меридиан считать меридиан, проходящий через старинную и знаменитую Гринвичскую обсерваторию, что в Англии, недалеко от Лондона. Этот самый Гринвичский меридиан — очень важен для нас. Мы используем его и при расчётах времени на яхте, и при решении задач мореходной астрономии. Так что для яхтинга Гринвич — прямо-таки «пуп Земли».

Картографические проекции морских карт.

Какие же существуют картографические проекции. Они делятся на три группы. Принадлежность к той или иной группе определяется тем, что именно искажается при составлении морской карты — расстояния, направления, углы и т.п.
Равноугольные (конформные) — картографические проекции, в которых, при составлении морской карты, сохраняются, остаются неизменными (что на карте, что на местности) углы между направлениями на предметы. В таких проекциях сохраняются подобия очертаний лежащих на земле фигур (островки, мысы, гавани). Однако собственно размеры этих самых островков, мысов, гаваней — искажены.
Равновеликие (эквивалентные) — картографические проекции, в которых сохраняется пропорциональность площадей изображённых на морской карте объектов. Однако равенство углов не соблюдается, и поэтому форма предметов на карте искажена.
Произвольные — они произвольные и есть. На них не сохраняется ни равенство углов, ни пропорциональность площадей.

Существуют и ещё классификации картографических проекций. По виду картографической сетки классифицируют коническую и цилиндрические картографические проекции.
Коническая картографическая проекция применяется на практике для построения сухопутных топографических карт. Она не удобна для решения навигационных задач в яхтинге, поэтому на ней не будем останавливаться.
Цилиндрическая картографическая проекция получится, если земные параллели и меридианы будем проецировать на поверхность цилиндра. Меркаторская картографическая проекция является цилиндрической.
Азимутальная картографическая проекция получится, когда будем проецировать сетку параллелей и меридианов на плоскость, касающуюся Земли в какой-то, наиболее удобной для целей создания морской карты, точке. В такой проекции построено большинство планов.

В яхтинге же важны именно морские карты. А вот в них применяются проекции меркаторская и гномоническая (центральная). Ещё применяются планы.
План — подробное изображение таких небольших участков Земли, кривизной которых можно пренебречь. Это те самые маленькие морские карты, о которых мы говорили в самом начале статьи. Планы составляются в наши дни способами аэрофотосъёмки или простой геодезической съёмки местности. Планы практически не имеют искажений. На них сохраняются и контуры фигур, и направления, и углы.

Для начала необходимо вообще чётко представить себе, какими качествами должна обладать морская карта, каким требованиям отвечать. Итак, необходимо, чтобы линия пути яхты, идущей постоянным курсом, отображалась на карте прямой линией. Тогда курс будет очень удобно прокладывать. Далее, углы и направления на местности должны абсолютно точно соответствовать углам и направлениям на карте, то есть морская карта должна быть равноугольной (конформной). Тогда можно наглядно и легко определить место судна по пеленгам, горизонтальным углам, и т.п.
Картографическую проекцию, которая отвечает выше обозначенным требованиям, создал в 1569 году голландский учёный-картограф Герард Кремер, прозванный Меркатором. По его прозвищу проекция и была названа. По способу построения меркаторская проекция относится к нормальным (прямым) цилиндрическим проекциям, а по характеру искажений — к равноугольным (конформным).

Меркаторская проекция морской карты.

Для того чтобы указанного неудобства избежать, необходимо нашу картографическую проекцию изменить, а именно — растянуть в меридиональном направлении на определённую величину. Каким образом растянуть и почему — это уже предмет математических расчётов. Эти расчеты для практической навигации в яхтинге не нужны, поэтому в данной статье приводить их не будем. Но желающие могут ознакомиться с ними, благо на просторах интернета подобной информации хватает.
Главное, запомнить принцип создания меркаторской картографической проекции морской карты: «окружили» шар-Землю цилиндром по экватору — (меридианы из проволоки, параллели из резины) — «прикрепили» параллели к меридианам — распрямили проволоки- меридианы на плоскость цилиндра — параллели сами растянулись, оставаясь «привязанными» к меридианам; а потом чуточку удлинили меридианы и «подняли» по ним параллели — на определённую, специально рассчитанную величину.

Все эти изменения приводят к тому, что на морской карте при изменении широты — меняется и длина морской мили!
Зарубите это на носу! Эта истина в яхтинге — из разряда вечных! Её никогда нельзя забывать! Если нам нужна морская миля где-то в середине карты, то и её значение нужно снимать в середине рамки морской карты, если снизу — то снизу рамки, если сверху — то в верхней части рамки.
При таком способе построения картографической проекции выходит, что с изменением широты меняется и масштаб проекции (в вертикальном направлении). По параллелям же (по горизонтали) масштаб остаётся неизменным. Из-за этого масштаб морской карты указывают усредненный, взятый по какой-то одной параллели. Параллель, по которой указан масштаб карты, называют главной параллелью. Она указывается на морской карте отдельно. Так делают при построении крупномасштабных карт. При построении карт более мелкого масштаба в качестве главной параллели используют параллель стандартную для данного моря или широтного пояса, причем иногда эта параллель вообще лежит за пределами данной морской карты.

МАСШТАБЫ МОРСКИХ КАРТ.

Числовой масштаб морской карты выражается в виде математической операции деления, где в числителе находится единица, а в знаменателе — количество раз, в которое уменьшаются на карте линейные размеры по отношению к истинным.
Поэтому, чем МЕНЬШЕ величина знаменателя масштаба, тем КРУПНЕЕ сам масштаб, и тем подробнее и точнее сама карта.
Линейный масштаб морской карты показывает, сколько практически употребительных единиц длины (метров, километров) содержится в одной более мелкой единице длины (сантиметре, например) на карте.
Линейный морской масштаб — это такой способ обозначения масштаба морской карты, при котором указывается, сколько морских миль содержится в одном сантиметре плана или карты, или же, наоборот, скольким сантиметрам карты соответствует фактическое расстояние в одну милю.
Как уже отмечали выше, при изменении широты места на морских картах меняется и фактическое значение масштаба. Следовательно каждой точке на карте соответствует свой масштаб. Различия очень невелики, но они есть.

Для работы с морскими картами также нужно иметь представление о понятии предельной точности масштаба. В картографии предельная точность масштаба является критерием величины допустимых искажений карты, то есть не подлежащих учёту. Ими можно пренебрегать, так как на морской карте их обнаружить нельзя.

В заключение отметим недостатки морских карт меркаторской картографической проекции.
Это очень большие искажения в высоких широтах (более 85°), которые делают невозможным пользование картой. Но для практического яхтинга эти районы не пригодны, поэтому эти недостатки не играют существенной роли. Если Вы все же захотите посетить Антарктику или Антарктиду используйте карты другой (гномонической) картографической проекции.

Источник