какие искажения бывают на географических картах почему
Иллюзии мозга. Картографические проекции
Искажения площадей в проекции Меркатора
На самом деле Африка по площади больше, чем США, Китай, Индия и почти вся Европа, вместе взятые. Но из общепринятых проекций географических карт складывается иллюзия, что это не так. Так называемая проекция Меркатора, которая используется для многих карт, сильнее всего искажает площади ближе к полюсам. Небольшая Гренландия (площадь меньше Конго) кажется гигантской территорией. Антарктида тоже. Площадь России значительно преувеличена относительно южных стран. Или взять Украину, площадь которой на самом деле равняется площади Мадагаскара.
Все карты мира врут нам уже много столетий. Более того, в разных странах — России, Европе, США, Китае, Австралии, Чили, Южной Африке — карты мира очень сильно отличаются.
Искажения на картографических картах — вполне естественное явление, потому что картографам нужно сделать развёртку эллипсоида Земли на плоскости. Это в принципе невозможно сделать без искажений. Вопрос только в то, что именно можно искажать, а что нельзя.
Искажения бывают четырёх видов:
Истинный размер Африки в сравнении с разными странами. Автор карты: Кай Краузе
Почему большинство людей не осознают истинный масштаб гигантской Африки или более скромные размеры России, Канады или Гренландии? Потому что по какой-то причине проекция Меркатора используется не только в морской навигации, но и во многих других географических картах. По этим картам учат в школах, такие карты показывают по телевизору. Отсюда и характерное когнитивное искажение у многих обывателей.
Главное, что нам совсем необязательно пользоваться в повседневной жизни проекцией Меркатора. Мы же не морские навигаторы и не планируем авиационных налётов на соседние страны, куда нужно лететь по прямой. Мы простые мирные люди. Зачем нам совершенное точное направление по прямой линии между географическими точками? Если пофантазировать, то в обычной жизни это может быть удобно только при планировании больших путешествий на автомобиле на несколько тысяч километров. В остальных случаях мало кто перемещается на собственном транспорте. В основном, люди пользуются самолётами и поездами, так что даже у путешественников не нужды прокладывать маршрут самостоятельно.
Почему же тогда проекция Меркатора используется в школьных картах, на телевидении и т.д.? Это не совсем понятно. Возможно, для современного обывателя всё-таки более важно понимать сравнительные размеры стран мира, а не определять прямые направления по маршрутам.
Как мы уже заметили, в проекции Меркатора реальные площади показаны только возле экватора, и все остальные площади на земном шаре очень сильно искажаются. Эти искажения — цена, которую мы платим за знание точных направлений при навигации.
Как же нам составить более точную и справедливую карту мира с наименьшими искажениями площадей? В 2009 году эту проблему попытались решить дизайнеры из компании AuthaGraph. Их работа заключается в применении геометрических идей моделирования к практическим задачам. Одна из этих задач — проектирование более наглядной карты мира. Тогда они и составили карту AuthaGraph World Map, которая наиболее справедливо отображает площади географических стран и территорий.
Здесь используется разновидность так называемой изометрической проекции, при которой в отображении трёхмерного объекта на плоскость коэффициент искажения (отношение длины спроецированного на плоскость отрезка, параллельного координатной оси, к действительной длине отрезка) по всем трём осям один и тот же.
Проекция составлена в несколько этапов. Сначала эллиптическая поверхность земного шара разделена на 96 равных треугольников. Они спроецированы на 96 регионов модифицированного тетраэдра. Затем тетраэдр «сплющен» до правильной формы и обрезан, чтобы его можно было развернуть в прямоугольную форму, то есть в стандартную прямоугольную плоскую карту привычной формы.
Этапы составления проекции AuthaGraph World Map
Конечно, можно было сразу спроецировать сферу на тетраэдр обычным оптическим способом, но при этом возникают сильные искажения, которые бросаются в глаза. Идея предварительного разбиения на 96 регионов была в том, чтобы минимизировать такие искажения и сохранить пропорции территорий друг относительно друга.
Но нет предела совершенству. На основе оригинальной карты AuthaGraph японский дизайнер Хадзимэ Нарукава (Hajime Narukawa) создал новый вариант, который великолепно смотрится и при этом так же сохраняет пропорции стран и континентов друг относительно друга, а также соотношение земной массы и Мирового океана.
Карта Хадзимэ Нарукавы на основе AuthaGraph World Map
Эту более справедливую и пропорциональную карту можно использовать и в школьных учебниках, и в средствах массовой информации, поскольку она более точно показывает на плоскости проекцию земного шара и даёт лучшее представление о том, как выглядит наша Земля. Её преимущество ещё и в том, что на ней все континенты показаны без разрыва карты, включая Антарктиду (ну и конечно Япония находится в центре, как на многих японских картах: это вполне нормально, на российских картах тоже вертикальная ось мира проходит через Москву). И ещё несколько таких карт сшиваются в единое пространство, так что можно наглядно представить взаимное расположение континентов. Здесь понятно, например, какая точка европейской России ближе всего к Аляске.
Все существующие географические карты — это искажения. Самую точную картину мира показывает только глобус. Но если мы вынуждены использовать плоские поверхности, то хотя бы постараемся минимизировать количество искажений.
Какие искажения бывают на географических картах?Почему?
Когда я в детстве рассматривала географические атласы, в голове постоянно возникала мысль: это же какими умными должны быть картографы, чтобы точно отобразить поверхность Земли на карте. А потом оказалось, что, пусть картографы и умные люди, изображение местности на карте никогда не бывает точным на 100%.
Почему возникают искажения на карте
Ответ на этот вопрос донельзя простой: Земля объёмная и круглая, а карта плоская. Поэтому, как ни старайся, не получится точно отобразить каждый объект на карте, всегда будет погрешность, пусть даже небольшая. У такого явления есть и своё название — картографическое искажение. Но это только общее определение, а на деле существует четыре вида искажений:
Характеристика искажений на географических картах
Чем большую площадь поверхности Земли нужно изобразить на карте, тем больше будет погрешность. Соответственно, крупномасштабные карты и топографические планы всегда будут намного точнее мелкомасштабных изображений.
Масштаб, который указывается в легенде любой карты, ещё называют главным. На самом же деле, этот масштаб соответствует действительности только на пересечении экватора и Гринвичского меридиана, если речь идёт о карте полушарий. В остальных частях изображения он будет несколько больше или меньше. Такой масштаб называют частичным, а эту погрешность — искажением площадей.
Искажение длин на карте видно невооружённым глазом: не все меридианы равны. На поверхности планеты же протяжённость этих условных линий одинаковая, а расположены они параллельно.
Искажения форм появляются из-за того, что точно передать очертания любого объекта при большом масштабе невозможно. Поэтому небольшие неровности сглаживаются, изгибы нивелируются и т. д.
Также углы между объектами на карте очень редко соответствуют углам между ними на местности.
Именно из-за существенных искажений, крупномасштабные карты никогда не смогут заменить топографические планы: если ориентироваться на местности по карте полушарий, кто знает куда забредёшь.
Почему на карте появляются искажения изображения земной поверхности?
В детстве я часами могла исследовать карты. Когда я впервые увидела глобус, то сразу задумалась, как изображение с карты переносят на глобус или правильно делать наоборот? Мои карты упорно не хотели налезать на шар и все время рвались. Расправить снятую с глобуса карту без разрывов и смятия тоже не получалось. Тут-то и пришлось тщательно изучить этот вопрос.
Искажение — недостаток карт
Как выяснилось на школьных уроках географии, глобус ― достоверная модель Земли и повторяет ее форму (геоид). Но глобус не положишь в карман, не напечатаешь в книге и не рассмотришь на нем мелкие объекты. Для этого нужна карта ― проекция земного шара на плоскость. Главным недостатком карты считают появление искажений при переносе изображения с шара на плоскость. Все карты в одних местах либо сжимают изображение, либо растягивают его. Если хотите в этом убедиться, то попробуйте разгладить на столе корку апельсина или резиновую камеру мяча.
Что искажают карты
У меня сложилось впечатление, что все карты мира врут своим владельцам. Невозможно ведь переместить развертку шара на плоскость, не пожертвовав точностью карты и избежав искажений. Карты могут искажать:
Как спроектировать карту и избежать искажений
Мой опыт подсказал, что искажения на карте ― неизбежное зло. Но как правильно перенести изображение с глобуса на карту? Ответ оказался прост. Картографы зачастую используют вспомогательные поверхности. Они бывают:
Конические проекции удобны для изображения России. Конус не создает искажений между 47 и 62° северной широты.
В азимутальной проекции лучше всего создавать карты Северного Ледовитого океана или Антарктиды. Вспомогательную плоскость располагают так, чтобы она касалась полюса и тогда растяжения в этой области будут минимальными.
в каких частях карты мира искажения самые большие.
1. Искажения тем меньше, чем меньшая часть поверхности земного шара изображена на карте. Топографические карты, охватывающие очень небольшие участки земной поверхности, на которых выпуклость Земли не заметна, дают наиболее точные изображения.
2. В разных частях одной и той же карты масштаб разный. Масштаб в точках или на линиях нулевых искажений называют главным масштабом. Обычно он и указан на картах. При удалении от точек или линий нулевых искажений масштаб карты все больше отличается от главного. Только на топографических картах указанный на них масштаб действителен для всех их частей.
3. Наименьшие искажения на картах — в их средних частях, с удалением к краям (рамке) карты искажения увеличиваются.
Посмотрим, к чему приводят такое расположение меридианов и параллелей на карте полушарий и как это отражается на изображаемых объектах. На глобусе участок земной поверхности (океана или суши) близ экватора, имеющий протяженность 10° по широте, везде имеет фигуру, похожую на квадрат. На карте полушарий эти участки на разных долготах имеют разные фигуры. В центре у них форма, близкая к квадрату, как и на глобусе, а к краю карты их форма сильно изменяется. При этом отрезки меридианов удлиняются, а отрезки экватора укорачиваются
Масштаб, указанный на картах, оказывается точным не для всей карты, а только для определенных ее частей. Поэтому пользоваться им при измерении расстояний и площадей по всей карте нельзя. На карте полушарий масштаб соответствует указанному только в центральной точке, а именно в точке пересечения экватора и среднего меридиана. Это точка нулевых искажений. Во всех остальных частях карты масштаб больше или меньше указанного на ней. На других картах могут не точки, а линии нулевых искажений.
Какие виды искажений бывают на географических картах?
Обсуждение вопроса:
Поверхность эллипсоида (или шара) нельзя развернуть в плоскость с сохранением подобия всех очертаний. Если поверхность глобуса (модели земного эллипсоида), разрезанную на полоски по меридианам (или параллелям), развернуть в плоскость, в картографическом изображении произойдут разрывы или перекрытия, и с удалением от экватора (или от среднего меридиана) они будут возрастать. Вследствие этого необходимо производить растяжение или сжатие полосок, чтобы заполнить разрывы по меридианам или параллелям.
В результате растяжений или сжатий в картографическом изображении возникают искажения в длинах m (мю), площадяхp, углах w и формах k. В связи с этим масштаб карты, характеризующий степень уменьшения объектов при переходе от натуры к изображению, не остается постоянным: он меняется от точки к точке и даже в одной точке по разным направлениям. Поэтому следует различать главный масштаб ds, равный заданному масштабу, в котором происходит уменьшение земного эллипсоида.
Главный масштаб показывает общую степень уменьшения, принятую для данной карты. На картах всегда подписывается главный масштаб.
Во всех остальных местах карты масштабы будут отличаться от главного, они будут крупнее или мельче главного, эти масштабы называют частными и обозначают буквой ds.