ПЛАН МЕСТНОСТИ И ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ КАРТА. ИХ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ЭЛЕМЕНТЫ. АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ И ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ - ИСТОЧНИКИ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Глобус (от лат. globus — шар) — это уменьшенная шарообразная модель Земли (другой планеты или небесной сферы) с нанесенным картографическим изображением ее поверхности: очертаний суши и водных пространств, рельефа суши и дна Мирового океана, государственных границ, городов, — сохраняющим геометрическое подобие контуров и соотношение площадей.

Чаще всего глобусы имеют масштабы — 1:30 000 000—1:80 000 000, но в отдельных случаях, например у музейных глобусов, они составляют 1:10 000 000 и крупнее.

Географическая карта (от греч. Chartes — лист, свиток) — уменьшенное, математически определенное, обобщенное, образно-знаковое изображение поверхности Земли на плоскости, показывающее размещение, состояние и взаимосвязи природных и общественных явлений.

Таблица 1

Отличие географической карты и глобуса

Глобус	Географическая карта
Уменьшенная объемная модель Земли	Уменьшенное и обобщенное изображение земной поверхности на плоскости с помощью условных знаков
Земная поверхность показана близко к действительности	Возникают искажения
Уменьшена площадь материков, островов, океанов, морей и других объектов в одно и то же число раз. Форма любого объекта соответствует его очертаниям в натуре	Искажается длина линий, площадь, форма географических объектов
Масштаб остается всегда одинаковым и постоянным по всем направлениям	Искажение тем больше, чем больше площадь поверхности показанная на карте и чем меньше ее масштаб

При уменьшении масштаба происходит обобщение наносимых на карту объектов, их качественных и количественных характеристик. Тут помогает картографическая генерализация.

Генерализация (от лат. generalis — общий, главный) — отбор и обобщение изображаемых на карте объектов и явлений соответственно назначению и масштабу карты. С помощью генерализации выделяются наиболее важные объекты, которые должны быть помещены на карте, и отбрасываются второстепенные, мешающие восприятию главных процессов и связей.

Основными методами картографической генерализации являются:

• отбор изображаемых объектов;

• упрощение рисовки контуров,

• укрупнение характеристик объекта и др.

Для составления карт пользуются масштабом.

Масштаб (нем. Maßstab, от Maß — мера, размер и Stab — палка) — показатель степени уменьшения расстояний на глобусе, плане, аэрофотоснимке или карте по сравнению с истинным расстоянием на местности.

Масштаб бывает численный, именованный и линейный (рис. 1).

Рис 1. Виды масштаба

а) численный; б) именованный; в) линейный

Картографические проекции — математические способы изображения поверхности земного эллипсоида или другой планеты на плоскости.

Картографические проекции можно классифицировать по различным признакам:

• характеру искажений;

• виду изображений параллелей и меридианов нормальной сетки;

• виду вспомогательной геометрической поверхности, которая может быть использована при ее построении и др.

По виду меридианов и параллелей в нормальных цилиндрических картографических проекциях меридианы изображены равностоящими параллельными прямыми, а параллели — прямыми перпендикулярами к ним. В конических, картографических проекциях параллели показаны дугами концентрических окружностей, а меридианы — перпендикулярными им прямыми. В азимутальных (полярных) картографических проекциях параллели изображены концентрическими окружностями, а меридианы — радиусами (рис. 2).

Рис. 2. Картографические проекции:

а) цилиндрическая б) коническая в) азимутальная

В псевдоцилиндрических картографических проекциях параллели — прямые, параллельные друг другу, а меридианы — кривые, увеличивающие кривизну по мере удаления от среднего прямолинейного меридиана.

В псевдоконических проекциях параллели — дуги концентрических окружностей, а меридианы — кривые, симметричные относительно среднего прямолинейного меридиана,

В поликонических картографических проекциях параллели — эксцентрические окружности с центрами на среднем прямолинейном меридиане, а меридианы — кривые, симметричные относительно среднего меридиана.

В зависимости от положения оси используемых сферических координат картографические проекции делятся на нормальные — проекции, при построении которых ось сферических координат совпадает с осью вращения Земли; косые — ось сферических координат расположена под углом к земной оси, и поперечные, когда ось сферических координат лежит в плоскости экватора.

По характеру искажений картографические проекции подразделяются на равноугольные, равновеликие, равнопромежуточные и произвольные.

В равноугольных проекциях не искажаются углы.

В равновеликих не искажаются площади, но форма объектов на глобусе и на карте в такой проекции может сильно отличаться.

В произвольных проекциях искажаются и площади, и углы. Но размеры и контуры объектов на таких картах больше похожи на те, что мы видим на глобусе: искажения углов и площадей на таких картах значительно меньше.

Ниже показаны искажения, которые имеют место в проекциях (рис. 3—5).

Рис. 3. Равновеликая цилиндрическая проекция

Рис. 4. Равнопромежуточная цилиндрическая проекция

Рис. 5. Равноугольная цилиндрическая проекция

Применение тех или иных картографических проекций зависит от назначения карты, конфигурации и положения картографируемой территории или акватории.

Для карт мира чаще всего используют произвольные поликонические и псевдоцилиндрические проекции. Псевдоцилиндрические проекции по сравнению с цилиндрическими дают в высоких широтах меньшие искажения площадей, но увеличивают искажения углов, что сказывается особенно неблагоприятно на изображениях, например, Северной и Южной Америки.

Карты полушарий обычно строят в поперечных равнопромежуточных азимутальных проекциях.

Для карт отдельных материков (Евразии, Северной Америки, Южной Америки, Австралии с Океанией) применяют преимущественно равновеликие косые азимутальные картографические проекции. Для Африки косая проекция заменяется экваториальной. В азимутальной проекции искажения нарастают по мере удаления от центра проекции и потому достигают наибольшей величины в углах прямоугольной рамки карты. Так, на карте Азии в пределах материка угловые искажения достигают 15°.

Для карт океанов широко применяются равноугольные цилиндрические, произвольные псевдоконические и псевдоцилиндрические картографические проекции.

Карты России составляются обычно в нормальных конических проекциях. Однако эти проекции не позволяют показать точку полюса и вследствие значительной части кривизны параллелей как бы приподнимают восточные и западные части страны, что нарушает зрительное представление о широтных зонах. Используются также произвольные поликонические картографические проекции и др.

Градусная сеть — система меридианов и параллелей на географических картах и глобусах, служащая для отсчета географических координат точек земной поверхности — долгот и широт или нанесения на карту объектов по их координатам (рис. 6).

Рис 6. Элементы градусной сети

Мысленные линии сечения поверхности земного шара плоскостью, параллельной плоскости экватора, называют параллелями (от греч. parallelos, букв, идущие рядом). Все точки, лежащие на одной параллели, имеют одинаковую географическую широту. Параллелей на карте и глобусе можно провести сколько угодно, но обычно на учебных картах их

проводят с интервалом 10—20°. Параллели всегда ориентированы с запада на восток. Длина окружности параллелей уменьшается от экватора к полюсам.

Меридианы (от лат. meridians — полуденный) — мысленные линии сечения земного шара воображаемыми плоскостями, проходящими через ось вращения Земли перпендикулярно плоскости экватора. Меридианы можно провести через любые точки на земной поверхности, и все они будут проходить через оба полюса Земли. Меридианы ориентированы с севера на юг. Средняя длина дуги 1° меридиана: 40 008,5 км : 360° = 111 км. Длина всех меридианов одинакова. Направление местного меридиана в любой точке можно определить в полдень по тени от любого предмета. В Северном полушарии конец тени всегда показывает направление на север, в Южном — на юг.

Экватор (от лат. aequator — уравнитель) — воображаемая линия на земной поверхности, полученная при мысленном рассечении земного шара плоскостью, проходящей через центр Земли перпендикулярно оси ее вращения. Все точки на экваторе оказываются равноудаленными от полюсов. Экватор делит земной шар на два полушария — Северное и Южное.

Географические полюсы (от лат. polus, от греч. руlos, букв. — ось) — математически высчитанные точки пересечения воображаемой оси вращения Земли с земной поверхностью.

Таблица 2

Сравнительная характеристика меридианов и параллелей

Признаки	Меридианы	Параллели
Направление	С.-Ю.	З.-В.
Название нулевой линии	Гринвичский (Лондонский) меридиан	Экватор
Длина, км	20000	От 40 000 до 0
Длина одного градуса, км	111	От 111 до 0
Форма на глобусе	Полуокружности	Окружности
Форма на карте полушарий	Ср. меридианы — прямые, остальные — дуги	Экватор — прямая, остальные — дуги

Градусная сеть позволяет определить на карте географические координаты любого пункта или нанести пункт по его координатам. Географические координаты — величины, определяющие положение точки на земной поверхности относительно экватора и нулевого меридиана (географическая широта и географическая долгота).

Географическая широта — величина дуги меридиана в градусах от экватора до заданной точки на поверхности Земли. Началом отсчета является экватор. Широта всех точек на нем равна 0°. На полюсах широта составляет 90°. К северу от экватора отсчитывают северную широту, к югу — южную (рис. 7).

Рис. 7. Определение географической широты

Географическая долгота — величина дуги параллели в градусах от начального меридиана до заданной точки. Все меридианы равны по длине, поэтому для отсчета необходимо было выбрать один из них. Им стал Гринвичский меридиан, проходящий недалеко от Лондона (там, где расположена Гринвичская обсерватория). Долгота отсчитывается от 0° до 180°. К востоку от нулевого меридиана до 180° отсчитывается восточная долгота, к западу — западная (рис. 8).

Рис. 8. Определение географической долготы

Для изображения различных объектов на карте применяют самые разнообразные способы картографического изображения.

Если нужно показать, как делится территория по какому-нибудь качественному признаку (почвам, типам лесов), применяют способ качественного фона и части территории с разным качеством окрашивают различными цветами или штриховкой (рис. 9).

Рис. 9. Способ качественного фона

Области распространения какого-либо явления (вечная мерзлота, плавучие льды, гнездовья птиц, места обитания видов животных или растений) показывается способом ареалов (рис. 10). Области внутри границ ареалов закрашиваются, а сами ареалы разных явлений могут перекрываться.

Рис. 10. Способ ареалов

На картах, выполненных способом картограммы, отображаются средние показатели явлений (процент распаханности, плотность населения, потребление продуктов), обычно в политико-административных границах (рис. 11).

Рис. 11. Способ картограммы

Картодиаграмма отражает изменение явления во времени; абсолютные величины или относительные величины по нескольким параметрам (рис. 12). Для этого в пределах определенных границ районов, стран помещают график, столбчатую или круговую диаграмму, характеризующую территорию, этим контуром ограниченную.

Рис. 12. Способ картодиаграммы

Знаки движения применяют для показа перемещения воздуха, вод и других явлений вдоль поверхности Земли (рис. 13). Это полосы или стрелки разной формы и цвета, показывающие направление движения, его характер и интенсивность.

Рис. 13. Знаки движения

Способом изолиний показывают величину явлений — температуру воздуха (изотермы), давление (изобары), количество осадков (изогиеты), — распространенных на всей (или почти всей) изображаемой территории; высоты земной поверхности (изогипсы). Для этого пункты с одинаковыми величинами этого явления соединяют тонкими линиями — изолиниями (рис. 14).

Рис. 14. Изогипсы

Способ линейных знаков применяется для явлений, которые распространены повсеместно, имеют конкретное местоположение и вытянутую форму (рис. 15). К этой группе явлений и объектов относятся нефте- и газопроводы, реки, дороги, границы и т. д.

Рис. 15. Линейные условные знаки

Способ локализованных диаграмм применяется для отображения на картах явлений, занимающих значительные площади, но изучаемые в конкретных точках (рис. 16). К ним можно отнести многие природные явления: давление и температуру воздуха, атмосферные осадки, ветер, режим рек и т. д.

Рис. 16. Пример локализованных диаграмм

Способ значков применяется для отображения объектов, локализованных в данном месте. Местоположение их строго определяется географическими координатами. При этом площадь объектов не выражается в масштабе карты. Примерами таких объектов могут быть населенные пункты, электростанции, заводы, месторождения полезных ископаемых и др. (рис. 17).

Рис. 17. Пример использования способа значков

Точечный способ схож со способом ареалов. Отличие заключается в том, что численная величина отображаемого явления выражается определенным числом, например: 1 точка соответствует 1000 голов животных или 100 га посевов и т. д. (рис. 18).

Рис. 18. Пример использования точечных знаков

Внемасштабные картографические условные знаки — условные знаки объектов, малые размеры которых не позволяют изобразить их в масштабе карты. Внемасштабные знаки всегда больше размеров изображаемых ими объектов в масштабе карты.

Все многообразие географических карт можно классифицировать по различным признакам. Есть классификация карт по назначению (определению круга ее читателей): научносправочные, учебные, туристические и др.

По охвату территорий различают карты мира, материков, океанов и их частей, отдельных государств и регионов, административных областей и районов, и другие.

По содержанию карты подразделяются на общегеографические и тематические. На общегеографических картах все изображаемые объекты равноправны, в основном это рельеф, реки, озера, населенные пункты, дороги и т. д. Тематические карты с большей подробностью передают один или несколько определенных элементов, в зависимости от темы карты. Эти карты, в свою очередь, подразделяются на карты природных 20 явлений (физические, геологические, климатические, гидрографические, почвенные и др.) и карты общественных явлений (политические, политико-административные, карты населения, экономические и др.).

Если на тематической карте показывается одно изучаемое явление, то такая карта называется аналитической. Если на карте отображается комплекс явлений, то ее называют комплексной.

По масштабу выделяют три основные группы карт (табл. 3).

Таблица 3

Характеристика карт по масштабу

Группы карт	Особенности
Крупномасштабные карты	— передают подробное изображение местности; — являются основными, поскольку предоставляют информацию, используемую потом при составлении карт средних и мелких масштабов; — масштаб от 1: 200 000 и крупнее; — рельеф обычно показывается при помощи изогипс (горизонталей), что позволяет определить относительные превышения и т. д.; — служат для детального изучения местности, выполнения всякого рода расчетов и измерений, требующих значительной точности
Среднемасштабные карты	— обычно выпускаются комплектами; — издаются для нужд регионального планирования или навигации; — масштаб: от 1:200 000 до 1:1 000 000 включительно; — содержание карт в основном соответствует содержанию крупномасштабных карт, но отличается большей генерализацией; — используются для общего изучения значительных по площади территорий и связанных с этим приближенных измерений и вычислений
Мелкомасштабные карты	— показывается вся поверхность земного шара или значительная ее часть; — масштаб мельче 1:1 000 000; — большинство карт атласов имеет мелкий масштаб, причем по тематике они могут быть очень разными

Крупномасштабные общегеографические карты суши называют топографическими картами. Они характеризуются практически полным геометрическим подобием изображения местности и постоянством масштаба по любым направлениям. Самыми распространенными картами, с которыми нам чаще всего приходится иметь дело, являются топографические карты местности.

Для удобства пользования их издают отдельными листами.

Система деления карты на отдельные листы называется разграфкой карты, а система обозначения (нумерации) листов — их номенклатурой.

Границы листов топографических карт принято называть рамками карты.

Сторонами рамок являются меридианы и параллели, они ограничивают изображенный на листе карты участок местности. Каждый лист карты ориентирован относительно сторон горизонта так, что верхняя сторона рамки является северной, нижняя — южной, левая — западной, правая — восточной.

В нашей стране наиболее распространенными являются следующие масштабы топографических карт: 1:100 000, 1:50 000, 1:25 000, 1:10 000.

Более крупные масштабы встречаются реже, и это — планы местности.

План местности — чертеж небольшого (порядка 0,5 км) участка местности в крупном масштабе с помощью условных знаков. Он напоминает вид сверху и похож на аэрофотоснимок, но объекты местности показаны условными знаками и сопровождаются надписями. Рельеф на планах изображается горизонталями (рис. 19).

Рис. 19. Изображение на плане форм рельефа горизонталями

Таблица 4

Сравнительная характеристика географической карты и плана

Признаки	Географическая карта	План местности
Форма изображения земной поверхности	Плоская	Плоская
Охват территории	Вся поверхность Земли или ее большей части	Небольшие участки земной поверхности
Масштаб изображения	1:10 000 и мельче	1:5000 и крупнее
Учет шарообразности Земли	Картографическая проекция	Не учитывается
Направление сторон горизонта	Меридианы и параллели	Стрелка «С—Ю»
Изображение природных и хозяйственных объектов	Обобщенное (генерализованное)	Подробное, при помощи условных знаков

Примеры условных знаков, используемых на планах и топографических картах, представлены на рис. 20.

Рис. 20. Примеры условных знаков, используемых для составления плана местности и топографической карты

Кратко остановимся на современных аэрокосмических и геоинформационных источниках.

Аэрофотосъемка. В настоящее время наряду с топографическими картами для изучения местности и ориентирования на ней широко используются фотоснимки, получаемые путем фотографирования местности с самолета или какого-либо другого летательного аппарата. Такие изображения местности называются аэрофотоснимками. Процесс фотографирования земной поверхности с самолета называется аэрофотосъемкой или воздушным фотографированием.

Промежуток времени от начала фотографирования местности до получения аэрофотоснимков обычно сравнительно небольшой, поэтому по аэрофотоснимкам можно получить самую последнюю и достоверную информацию о местности, чем по топографической карте. Преимущество аэрофотоснимка по сравнению с картой заключается еще и в том, что на нем получается подробное изображение всего, что имелось на местности в момент фотографирования, включая и временно находящиеся на ней различные предметы (объекты).

В момент фотографирования земной поверхности фотоаппарат может занимать отвесное или наклонное положение, в зависимости от этого различают два вида аэрофотосъемки — плановую и перспективную. Фотографирование местности при отвесном (вертикальном) положении аэрофотоаппарата называется плановой съемкой, а аэрофотоснимки, полученные при такой съемке, — плановыми. Если же в момент фотографирования аппарат находится в наклонном положении, то такая съемка называется перспективной, а полученные аэрофотоснимки — перспективными. На перспективных аэрофотоснимках изображается местность, расположенная в момент фотографирования впереди самолета или в стороне от него. Поэтому местные предметы на них изображаются так, как видны в натуре. При этом изображение местных предметов на переднем плане аэрофотоснимка будет более крупным, чем на дальнем плане.

Достоинством перспективных аэрофотоснимков является то, что по ним легко опознать изображенные местные предметы, особенно расположенные на переднем плане, и получить общее представление о сфотографированной местности. Однако детально изучить местность по перспективным аэрофотоснимкам нельзя, так как часть сфотографированной местности на них не просматривается — она закрыта предметами, расположенными на переднем плане. Не видны будут также предметы, расположенные за возвышенностями, дороги в лесу и т. д. Кроме того, масштаб перспективного аэрофотоснимка в различных его частях разный: на переднем плане масштаб крупнее, чем на дальнем, поэтому производить измерения по такому аэрофотоснимку сложно.

Дистанционные методы получения информации о Земле. Современный мир не перестает удивлять нас новыми открытиями и достижениями. В наши дни человек владеет колоссальными знаниями. Область его интересов и деятельность ограничиваются не только Землей, а выходят и за ее пределы.

Наука и технологии служат человеку в первую очередь для улучшения качества его жизни и становятся теми средствами, с помощью которых можно находить более эффективные способы решения экономических, экологических и социальных проблем.

Сегодня все более активно используются данные о нашей планете, получаемые с искусственных спутников и пилотируемых космических аппаратов. Они называются данными дистанционного (удаленного) зондирования. Этот широко применяемый в наши дни термин — синоним словосочетаний «изображение Земли из космоса» и «космические снимки Земли». К основным достоинствам дистанционного зондирования можно отнести возможность мониторинга (от лат. monitor — тот, кто предупреждает) или регулярных наблюдений за динамикой географических процессов.

Дистанционные методы исследования окружающей среды были известны еще в древнем Риме. В XVIII в. люди научились получать первые снимки-рисунки различных объектов с помощью фотокамеры — камеры-обскуры (от лат. camera — комната и obscura — темная). С развитием фотографии появилась возможность моментально получать детальные и точные снимки. Сначала проводилась фотосъемка местности (с воздушных шаров и воздушных змеев, позднее — с аэростатов и аэропланов). Первый космический снимок Земли был сделан в 1960 г.

За последние годы развитие компьютерных технологий и ГИС привели к тому, что данные спутникового мониторинга нашли применение в самых разных областях — от сельского хозяйства до геоэкологии. Это позволило оперативно реагировать на малейшие изменения в окружающей среде и предупреждать опасные явления и процессы.

Одно из известных вам направлений использования космических снимков — метеорология. Изучение атмосферы Земли — одна из самых сложных научно-практических задач. Возможности дистанционных методов зондирования позволили вести наблюдение за атмосферой на обширных пространствах в режиме реального времени и отслеживать формирование облачности (определять тип и мощность облачности, получать ее стереоскопическое изображение, измерять температуру и т. д.). Слежение за формированием и передвижением циклонов позволило заранее прогнозировать опасные для человека явления природы (ураганы, смерчи, торнадо) и тем самым предупреждать их тяжелые последствия.

Космическая съемка незаменима при составлении метеопрогнозов, прогнозировании опасных атмосферных явлений, при исследовании радиационного баланса Земли. Она позволяет определять местоположение локальных источников загрязнения (теплоэлектростанций, целлюлозно-бумажных комбинатов и др.) и вести наблюдение за экологической ситуацией в районах захоронения токсичных отходов.

Важное практическое направление использования космоснимков — учет природных ресурсов. Дистанционное зондирование значительно упростило оценку их запасов, особенно в труднодоступных районах. Так, при изучении лесных ресурсов стало проще производить подсчет площадей лесов, определять тип лесонасаждений и возраст деревьев, доминирующие породы и объем биомассы. Упростились не только картографирование лесных массивов, но и контроль за их сохранностью, включая контроль за рубками, границами водоохранных зон и т. п.

Спутниковые данные помогают раннему (оперативному) обнаружению пожаров. Известно, что при площади очага пожара менее 5 га его ликвидация осуществляется десантом всего из 4—6 человек, то есть относительно легко и быстро.

Природные стихийные бедствия, такие как наводнения, лесные пожары, цунами, ураганы, землетрясения, извержения вулканов, торнадо и другие, наносят огромный экономический ущерб и приводят к человеческим жертвам. Поэтому мониторинг чрезвычайных ситуаций очень важен. Использование дистанционных методов зондирования позволяет прогнозировать возникновение чрезвычайных ситуаций, локализировать опасные явления на начальных стадиях развития и значит — уменьшить возможный ущерб.

В настоящее время наземные службы России контролируют 27% площади лесного фонда, 47% — находятся под охраной авиационной лесной службы. Неохраняемая площадь составляет 26%, или около 300 млн. га. Над этой площадью контроль осуществляется только при помощи спутниковой съемки. С ее помощью можно выявить вновь возникающие очаги пожара даже под дымовой завесой, а в случае возгорания торфа — даже при отсутствии открытого пламени.

Применение дистанционного зондирования в изучении минеральных ресурсов позволяет исследовать условия залегания горных пород и оценить объемы предполагаемых месторождений. Эффективно использование космических снимков и при поиске нефти, природного газа, угля, решении проблем развития альтернативных источников энергии, таких как геотермальная, энергия солнца и ветра, а также при строительстве и эксплуатации атомных и гидроэлектростанций.

Космические снимки используют для изучения водных и биоресурсов, в частности для определения запасов фитопланктона и рыбного промысла, для исследования ареалов обитания различных видов животных.

Применение космических снимков в сельском хозяйстве позволяет повысить эффективность использования земель, так как они «видят» районы с угнетенной растительностью и помогают определить, куда и сколько нужно внести удобрений, где и как часто производить полив, когда можно собирать урожай.

Применение космических снимков для исследования морских акваторий также позволяет решать разнообразные хозяйственные задачи: исследовать ледовую обстановку, осуществлять контроль над рыболовством. Кроме того, они обеспечивают проведение мониторинга температурного режима и солености воды, изучение изменений береговой линии шельфа. Особенно заинтересованы в дистанционном зондировании морских акваторий научно-исследовательские организации и компании, занимающиеся добычей морепродуктов и полезных ископаемых в шельфовой зоне и обеспечивающие судоходство и навигацию.

Космические снимки позволяют оценить запасы снега и льда, что вместе с анализом температурных показателей дает возможность прогнозировать скорость таяния снега и предупреждать наводнения. Обнаружение и локализация ледяных заторов, на сибирских реках, например, позволяют избежать резкого подъема уровня воды и связанных с ним бедствий.

Развитие хозяйственной деятельности неразрывно связано с использованием природных ресурсов. Интенсивное их потребление в прошлом веке привело к существенному ухудшению экологической ситуации во многих районах страны. Система спутникового мониторинга помогает своевременно обнаруживать загрязнения водных объектов и почв, воздуха и снежного покрова, мест разрывов нефте- и газопроводов, оценить выбросы загрязняющих веществ промышленными предприятиями и своевременно бороться с проблемами обезлесения и опустынивания.

На сегодняшний день практически не осталось направлений в исследовании Земли, в которых бы не использовались космические снимки. Применение спутникового мониторинга дает возможность управлять территориями, правильно и своевременно принимать решения в случае возникновения чрезвычайной ситуации.

Напомним, что для дешифрирования космического снимка в первую очередь необходимо определить, какое это явление (объект) изображено на снимке и на какой территории. Затем — найти явление (объект) на карте, определить его географическое положение, качественные и количественные характеристики.

Спутниковая система для высокоточного определения координат статичных и движущихся объектов. Принцип определения координат точки известен человечеству давно. С течением времени он практически не изменился, совершенствовались лишь инструменты и технологии их применения. Еще во время Первой мировой войны в российской армии для обнаружения места расположения германской артиллерии использовали примитивные датчики. Они вырабатывали электрический сигнал в момент приема звука выстрела вражеской пушки. Датчики располагали в нескольких точках с известными координатами и на основании разницы во времени поступления на них звуковых сигналов вычисляли место расположения батарей противника.

Во время Второй мировой войны англичане пошли дальше. Методы определения координат удаленной точки они использовали для наведения на германские цели своих бомбардировщиков. В их распоряжении были радиостанции-маяки, по функциональному назначению ничем не отличающиеся от современных космических спутников. Маяки располагались на Британских островах, а навигационные приемники — на борту бомбардировщиков. Курс самолетов корректировался по поступающим с маяков радиосигналам, и это в значительной степени обеспечивало высокую точность ночных бомбардировок английской авиации.

Современная спутниковая система для высокоточного определения координат статичных и движущихся объектов носит название GPS (Global Positioning System). Она разработана и обслуживается Министерством обороны США, у военных известна под кодовым названием NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging).

Проект запущен в 1978 г., а окончательный ввод GPS в эксплуатацию состоялся в 1995 г.

Однако следует отметить, что система GPS не была первой. Она пришла на смену устаревшей к тому времени системе «Tranzit» (начало разработки — 1964, запуск в работу — 1967). Погрешность определения координат в старой системе составляла от 50 до 500 м. Причем, чем больше была скорость наземного объекта, тем менее точными становились данные.

В 1963 году в СССР начались работы по построению отечественной системы — «Цикада», которая фактически была аналогом «Tranzit». В 1967 г. на орбиту был выведен первый отечественный навигационный спутник «Космос-192».

Характерной чертой радионавигационных спутниковых систем первого поколения являлось применение низкоорбитальных спутников и использование для измерения навигационных параметров объекта сигнала одного, видимого в данный момент спутника. По этим измерениям вычислялись параметры движения спутника относительно наземного пункта наблюдения. В старых навигационных системах был невозможен непрерывный режим работы. Ввиду того, что системы низкоорбитны, время, в течение которого спутник находится в поле видимости, не превышает одного часа. Кроме того, время между прохождением различных спутников зоны видимости потребителя зависит от географической широты, на которой он находился, и может составить величину от 35 до 90 минут. Уменьшение этого интервала путем наращивания числа спутников невозможно, потому что все спутники излучали сигналы на одной и той же частоте. Гораздо более гибкой и эффективной стала следующая система позиционирования — GPS.

Система GPS в целом состоит из трех сегментов — космического, управляющего и пользовательского.

Космический сегмент состоит из 24 спутников. На борту каждого спутника имеется 4 стандарта частоты, солнечные батареи, двигатели корректировки орбит, приемо-передающая аппаратура, компьютер. Срок службы каждого спутника составляет около 10 лет, их заменяют по мере выхода из строя.

Управляющий сегмент содержит главную станцию управления — авиабаза Фалькон в штате Колорадо, пять станций слежения, расположенных на американских военных базах на Гавайских островах, островах Вознесения, Диего-Гарсия, Кваджелейн и Колорадо-Спрингс и три станции закладки: острова Вознесения, Диего-Гарсия, Кваджелейн. Кроме того, имеется сеть государственных и частных станций слежения, которые выполняют наблюдения для уточнения параметров атмосферы и траекторий движения спутников. Собираемая информация обрабатывается в суперкомпьютерах и периодически передается на спутники для корректировки орбит и обновления навигационного сообщения.

Пользовательским сегментом являются все, кто пользуются данными, посылаемыми спутниками. Если раньше пользователями в основном являлись военные и некоторые правительственные и научные учреждения, то в настоящее время за счет доступности этой технологии количество пользователей стремительно растет. Путешествия, транспорт, слежение за животными и даже детьми, охранные системы — вот далеко не полный перечень применений системы GPS. Приемники сигналов GPS представляют собой специализированный компьютер. По анализу сигналов, поступающих со спутников, он рассчитывает свое текущее местоположение.

Если это положение меняется, то становится возможным расчет дополнительных параметров — скорость, направление, время прибытия к целевому пункту назначения и т. п. Для отслеживания спутников нужно быть под открытым небом. Под крышей или в тесном окружении высотных домов сигналы от спутников частично или полностью гасятся препятствиями. Облачность и осадки влияния на качество сигнала практически не оказывают, стекло и пластик — тоже не помеха.

Помимо системы GPS сегодня существует ее российский аналог. Называется он ГЛОНАСС, что означает Глобальная навигационная спутниковая система. Она стала разрабатываться в СССР в середине 70-х гг. и в 1993 г. была официально принята в эксплуатацию МО РФ. Американская GPS и отечественная ГЛОНАСС концептуально аналогичны и отличаются некоторыми аспектами технической реализации. Кроме того, система ГЛОНАСС предназначена пока только для военного применения, а из запланированных 24 спутников их реальное количество составляет всего 10.

Вскоре планируется появление еще одной навигационной спутниковой системы. Ее название — Galileo. Эта система создается в тесном сотрудничестве множества европейских стран. Интерес к ней проявляют и страны Азии. Эта навигационная система так же, как и GPS, ориентирована на общий доступ различных потребителей. Пока ведутся подготовительные работы и научно-технологические исследования.

Galileo будет состоять из 27 спутников. Чтобы обеспечивать необходимую избыточность на орбите и позволить быстрое восстановление в случае отказа спутников, предполагаются три активных резервных спутника. Кроме этого, будут применены новые частотные диапазоны, сигналы и методы обработки данных, что, как предполагается, значительно повысит точность определения положения по сравнению с системой GPS. Однако существующие приемники не смогут воспринимать данные, передаваемые навигационной системой Galileo.

Основы функционирования системы GPS можно представить пятью основными позициями:

1) определение положения объектов;

2) измерение расстояний до спутников;

3) точная временная привязка;

4) определение точного положения спутников в космосе;

5) коррекция ошибок.

Географическая информационная система. Методы работы с данными постоянно совершенствуются, и теперь уже привычно видеть необходимую информацию, графики, чертежи, схемы, фотографии на экране компьютера. При помощи компьютера создаются и изменяются, извлекаются, анализируются и обрабатываются данные. В этих условиях компьютер оказывает помощь и в работе с географической картой.

Принципиально новый подход в работе с пространственными данными в последние десятилетия связан с возникновением Географических информационных систем.

Географическая информационная система — или ГИС — это компьютерная система, позволяющая показывать необходимые данные на электронной карте. Карты, созданные с помощью ГИС, — это карты нового поколения. На карты ГИС можно нанести не только географические, но и статистические, технические и многие другие виды данных и применять к ним разнообразные аналитические операции. ГИС обладает уникальной способностью выявлять скрытые взаимосвязи и тенденции, которые трудно заметить, используя привычные бумажные карты.

Электронная карта, созданная в ГИС, поддерживается мощным арсеналом аналитических средств, богатым инструментарием создания и редактирования объектов, а также базами данных, специализированными устройствами сканирования, печати и другими техническими решениями, средствами Интернет, космическими снимками и информацией со спутников.

Задания по теме 1.1

1. Какой из перечисленных масштабов может иметь топографическая карта?

1) 1:10 000

2) 1:5 000 000

3) 1:10 000 000

4) 1:15 000 000

2. Какой из перечисленных масштабов может иметь мелкомасштабная карта?

1) 1:5 000

2) 1:50 000

3) 1:500 000

4) 1:5 000 000

3. В какой проекции построена карта, представленная на рисунке?

1) в равноугольной

2) в равновеликой

3) в конической

4) в азимутальной

4. В какой из перечисленных проекций не происходит искажения углов?

1) в равновеликой

2) в равноугольной

3) в равнопромежуточной

4) в произвольной

5. Область распространения явления вечной мерзлоты показывается способом

1) картодиаграмм

2) ареалов

3) изолиний

4) картограмм

6. Способом качественного фона показывают

1) места обитания видов животных

2) тип почвы

3) направление движения ветра

4) границы административно-территориальных единиц

7. Нулевой меридиан проходит через город

1) Нью-Йорк

2) Москва

3) Лондон

4) Токио

8. Какой буквой на фрагменте карты мира показана 20-я параллель?

1) А

2) В

3) С

4) D