Картографирование рельефа. понятие о цмр.

Рельеф представляет собой совокупность неровностей Земной поверхности. В географии для его изучения и картографирования используются две модели: топографическая, которая рассматривает рельеф как поверхность, и геоморфологическая, которая эту поверхность представляет делимой на формы. Между этими моделями нет противоречия: они взаимно дополняют друг друга. Карты рельефа, как и все прочие, принято подразделять на две категории — общегеографические и тематические. Объектовый состав первых соответствует реальному облику поверхности Земли, вторые показывают качественные и количественные характеристики объектов и явлений, разного рода границы и абстракции, невидимые или нечетко выраженные на местности.

Общегеографические карты стремятся передать отличия между объектами разных тематических групп, таких как гидрография, рельеф, транспортная сеть, поэтому к изображению каждой из них используется свой подход. Тематические же карты используют разнообразные способы изображения, не привязывая их к конкретным явлениям, поскольку показывают не сами объекты, а их характеристики: тип, генезис, количество, плотность.

Для рельефа, в отличие от большинства других элементов содержания общегеографических карт, характерна не двухмерность, а трехмерность изображения. Игра света и тени на поверхности Земли, изменение ее высоты и крутизны — реальны, наблюдаемы и могут быть переданы в виде изображения средствами графики и пластики. Отсюда и возникает проблема воспроизведения неровностей, заключающаяся в поисках зрительного эффекта объемности при плоском изображении.

В общей теории картографии к изображению рельефа выдвигаются три основных требования:

  • метричность изображения, обеспечивающая возможность получения по карте абсолютных высот и превышений, характеристик углов наклона, расчленения и др.;
  • пластичность изображения, т.е. наглядная передача неровностей рельефа, формирующая у читателей зрительный образ местности;
  • морфологическое соответствие изображения, что проявляется в стремлении подчеркнуть типологические особенности форм рельефа, его структурность.

Рельеф земной поверхности образует сплошное, непрерывное и в целом плавно изменяющееся поле высот. Имеются и резкие изменения высот: обрывы, овраги, уступы куэст и т.п. Для изображения рельефа целесообразнее всего применять изолинии и способ значков, а на геоморфологических картах — способы качественного фона и ареалов. Вместе с тем есть специфические требования, которым всегда подчиняется изображение рельефа на гипсометрических картах: • метричность изображения, обеспечивающая возможность получения по карте абсолютных высот и превышений, характеристик углов наклона, расчленения и др; • пластичность изображения, т.е. наглядная передача неровностей рельефа, формирующая у читателя зрительный образ местности; • морфологическое соответствие изображения, что проявляется в стремлении подчеркнуть типологические особенности форм рельефа, его структурность.

Перспективные изображения

На старых картах рельеф изображался схематическим перспективным рисунком в виде отдельных возвышенностей, хребтов, горок. Для большей выразительности горки покрывались тенями — этот способ иногда называли картинным изображением рельефа.

Способы штрихов

Принцип построения таких шкал прост: чем круче склон, тем толще и плотнее штриховка, что отвечает изменению освещенности, при которой крутые склоны как бы покрыты глубокой тенью, а пологие — максимально освещены. Иной принцип использовался при изображении рельефа с помощью теневых штрихов, которые наносили по принципу бокового (косого) освещения.

Горизонтали (изогипсы) — линии равных высот. Они представляют собой проекции на плоскость следов сечения рельефа уровенными поверхностями, проведенными через заданный интервал, который называется высотой сечения рельефа. Горизонтали — основной способ изображения рельефа на современных топографических, общегеографических, физических, гипсометрических картах.

Гипсометрические шкалы

Зрительное восприятие положительных и отрицательных форм рельефа достигается применением цветовой пластики. Она использует для построения шкал сочетания цветов, выбор которых основан на законах цветового зрения. Шкалы гипсометрической окраски могут быть одноцветными и многоцветными с изменением цвета, его светлоты и насыщенности. Существует несколько принципов построения цветовых рядов таких шкал.

Условные обозначения рельефа

Для показа элементов и форм рельефа, не выражающихся горизонталями, применяют условные знаки. Обычно это связано с нарушением плавности поверхности. Таковы обрывы, скалистые гребни, глубокие ущелья, обрывистые стенки оврагов, узкие промоины и другие формы естественного рельефа. В этих случаях используют стандартные знаки коричневого цвета, которые хорошо сочетаются с горизонталями. Светотеневая пластика. Отмывка рельефа

Наибольшую выразительность изображению придают способы теневой пластики, когда формы рельефа как бы покрываются тенями. Позднее на смену ему пришел более простой способ отмывки, т.е. создание полутонового изображения при заданном освещении местности. Наибольшую выразительность и объемность дают способы светотеневой пластики, которая обеспечивает плавный переход от светлого к темному.

Освещенные горизонтали

Как было сказано выше, изображение рельефа горизонталями обладает наибольшей метричностью, но проигрывает другим способам в отношении пластичности. Поэтому картографы всегда стремились усилить пластичность горизонталей, вводя дополнительное боковое «освещение». Один из приемов заключается в утолщении горизонталей на затененных склонах и утончении их на освещенных склонах, что воспроизводит эффект распределения света и тени.

Высотные отметки — это цифры, помещаемые на картах возле высотных точек и указывающие их абсолютную или относительную высоту или глубину. С помощью высотных отметок показывают особо важные (командные) или характерные высоты, например вершины гор, холмов, высоты перевалов, обрывов и уступов, насыпей и курганов. Они облегчают чтение карты и понимание характера рельефа.

Понятие о ЦМР

Цифровая модель рельефа, ЦМР (digital terrain model, DTM) - средство цифрового представления 3-мерных пространственных объектов (поверхностей, рельефов) в виде 3-мерных данных как совокупность высотных отметок или отметок глубин и иных значений аппликат (коорд Z) в узлах регулярной сети с образованием матрицы высот, нерегулярной треугольной сети (TIN), или как совокупность записей горизонталей (изогипс, изобат) или иных изолиний. Наиб распространенными способами цифрового представления рельефа явл растровое представление и особая модель пространственных данных, основанная на сети TIN и аппроксимирующая рельеф многогранной поверхностью с высотными отметками (отметками глубин) в узлах треугольной сети. Процесс цифрового моделирования рельефа включает создание ЦМР, их обработку и использование. Источниками исходных данных для создания ЦМР суши служат топо карты, аэрофотоснимки, косм снимки и др ДДЗ, данные альтиметрической съемки, систем спутникового позиционирования, нивелирования и других методов геодезии.Источниками исходных данных для создания ЦМР подводного рельефа акваторий (батиметрии) являются морские навигационные карты, данные промерных работ, эхолотирования, в том числе с использованием гидролокатора бокового обзора; для создания ЦМР рельефа поверхности и ложа ледников - аэросъемка, материалы фототеодолитной и радиолокационной съемки.

Обработка ЦМР предоставляет возможность получения производных морфометрических или иных данных, включая вычисление углов наклона и экспозиции склонов; анализ видимости/невидимости; построение 3-мерных изоб-й, в том числе блок-диаграмм; профилей поперечного сечения; оценку формы склонов через кривизну их поперечного и продольного сечения, измеряемую радиусом кривизны главного нормального сечения или ее знаком, т.е. выпуклостью/вогнутостью; вычисление положительных и отрицательных объемов; генерацию линий сети тальвегов и водоразделов, образующих каркасную сеть рельефа, его структурных линий, или сепаратрисе и иных особых точек и линий рельефа: локальных минимумов, или впадин и локальных максимумов, или вершин, седловин, бровок, линий обрывов и иных нарушений «гладкости» поверхности, плоских поверхностей с нулевой крутизной; интерполяцию высот; построение изолиний по множеству значений высот; автоматизацию аналитической отмывки рельефа путем расчета относит-ых освещенностей склонов при вертикальном, боковом или комбинированном освещении от одного или более источников; цифровое ортотрансформирование при цифровой обработке изображений и другие вычислительные операции и графо-аналитические построения. Методы и алгоритмы создания и обработки ЦМР применимы к иным физическим или статистическим рельефам и полям: погребенному рельефу, барическому рельефу и т.п.