Как правильно составить карту местности

Как составить карту местности

Карта или собственноручно составленный план могут стать хорошим подспорьем для изучения особенностей местности. Работа по составлению карты позволяет сформировать навыки ориентирования в незнакомой обстановке и обращения с простыми инструментами – планшетом и компасом. Составление такой карты не требует специальных навыков геодезической съемки.

Вам понадобится

• — планшет;
• — лист бумаги;
• — простой карандаш;
• — цветные карандаши;
• — линейка;
• — транспортир;
• — ластик;
• — компас.

Инструкция

Выберите участок местности, план которой вы намерены изобразить на карте. Желательно, чтобы участок имел хорошо видимые ориентиры – природные или искусственные объекты, например, отдельно стоящие высокие деревья, жилые строения или хозяйственные постройки.

Определите точку, с которой будет производиться съемка. Из нее должен быть хорошо виден весь участок местности, который вы нанесете на карту. Лучшая панорама открывается с открытых и возвышенных мест.

Задайте масштаб будущего плана. Одно из правил составления карты гласит, что все объекты на ней изображаются в уменьшенном виде. Расстояние между объектами должно быть уменьшено в строго определенное количество раз по сравнению с аналогичным расстоянием на местности. Для небольшого по размерам участка, вписывающегося в несколько сотен метров, можно принять масштаб, при котором в одном сантиметре уложится 25 или 50 метров.

Сориентируйте ваш рабочий планшет. Для этого поместите компас на его поверхность и определите направление на север. Теперь поверните планшет таким образом, чтобы стрелка компаса была параллельна правому краю. Начертите в правом верхнем углу стрелку, направленную вверх; она будет указывать направление не север.

Обозначьте на карте точку, с которой вы производите съемку. Она послужит своеобразным отправным пунктом, к которому будут привязаны все остальные объекты, наносимые на план местности.

Нанесите на карту простым карандашом основные ориентиры. Это может быть отдельно стоящее дерево или опушка леса, поворот дороги или излучина реки, мост через реку, линия электропередач, водонапорная башня и так далее.

Для каждой из выбранных точек при помощи компаса определите азимут, то есть угол между направлением на север и на ориентир. При помощи транспортира отложите на плане соответствующий азимуту угол и проведите в этом направлении сплошную вспомогательную линию.

На вспомогательной линии отложите длину отрезка от точки съемки до ориентира. Измерить расстояние проще всего шагами, переведя их в метры. Откладывая на карте расстояния, обязательно учитывайте выбранный масштаб. Подпишите построенную точку, выбрав подходящее название.

После нанесения всех выбранных ориентиров обозначьте контуры основных объектов плана (озеро, река, дорога, линия электропередач, овраг и т.д.). Используя цветные карандаши, обозначьте условными знаками, чем занята местность: болото, пашня, лес, луг, водная преграда и другие крупные объекты, имеющие границы.

Уберите ластиком вспомогательные линии. Нанесите на составленную карту названия объектов и расстояния между ними. Напоследок дайте плану содержательный заголовок и укажите масштаб изображения. Теперь ваша карта готова к использованию.

Существует огромное количество разнообразных топографических карт, различающихся уровнем детализации и содержащейся на них информацией. Важно выбрать такую, которая будет вам полезна. Нужно учитывать то, какая именно топографическая информация вам необходима, какую территорию карта должна покрывать, общий уровень детализации и много чего ещё. Многие годы я (Бен о’Тул, автор статьи и наш коллега из Великобритании) использовал навигационные и топографические карты, а также распечатанные фотографии со спутников.

Жителям Великобритании повезло – у нас есть национальное картографическое агентство «Ordnance Survey», которое работает на совесть.  Я ещё не встречал более подробных и проработанных карт чем те, которые выпускаются под эгидой OS.

Выбор топографической карты

Итак, речь сейчас пойдёт о Великобритании, так что по умолчанию будем использовать карты OS.  Но какой масштаб выбрать? 1:50 даст больше покрытие, но 1:25 позволит лучше рассмотреть детали местности. Что касается меня, то я предпочитаю карты 1:25.

Вы можете купить готовые карты, но я бы не советовал вам так поступать. Во-первых, они могут банально не охватывать интересующую вас область, а носить с собой две и более карты – не слишком удобно. Во-вторых, они не являются водонепроницаемыми. Можно, конечно, носить с собой герметичный тубус, но это лишний вес и объём. А нанести пластиковое защитное покрытие на такие карты сложно, поскольку они уже заранее сложены определённым образом. Ну и третье – на них нельзя наносить временные пометки. Точнее, можно, но с трудом.

Поэтому я поступаю так. У «Ordnance Survey» есть веб-сайт, на котором можно распечатать карту с центром на нужной вам точке. Стоит это дело примерно 17 фунтов, что хоть и дороже большинства готовых карт, но ненамного. Зато вы получите то, что точно соответствует вашим потребностям.

Подготовка карты

Для начала, возьмите ножницы и обрежьте всё лишнее. На картах слишком много линей информации, которой вы всё равно не будете пользоваться. Но кое-что нужно оставить обязательно – ключ, масштаб, магнитные данные и условные обозначения. Так что обрежьте карту, а эту информацию отложите в сторону.

Теперь берите яркий маркер, только не зеленый или желтый – они будут сливаться с картой. И отметьте номера координатной сетки по краям. Это облегчит дальнейшее ориентирование и привязку к местности.

Далее возьмите все те «обрезки», полученные на первом этапе, и приклейте (чтобы просто держались) их к обратной стороне карты. Можно просто переписать всё тем же маркером, но по мне – это лишняя работа. А вот всякую дополнительную полезную информацию, например таблицы радиочастот и позывных, или названия и координаты известных маршрутов, лучше нанести самостоятельно. Впрочем, вы сами выбираете, какая именно дополнительная информация будет считаться важной.

Делаем карту водонепроницаемой

Теперь пришла пора сделать карту водостойкой. Я использую прозрачный пластик, одна сторона которого покрыта клеем. В крайнем случае – прозрачный скотч. В совсем крайнем (но я это не рекомендую) – ламинирование. Кроме водостойкости, это даёт возможность делать на карте временные пометки маркером, карандашами и ручкой.

Разложите на ровной поверхности пластик (гуглить “sticky-black plastic”), поверх него положите вашу карту. Если на пластике уже есть координатная сетка, то карту нужно разместить так, чтобы линии совпадали. Отметьте на пластике маркером точное расположение карты. Теперь кладите на ровную поверхность карту, и, отклеив защитный слой с пластика, аккуратно накрывайте им карту, постепенно, от одного угла к другому, проглаживая мягкой тканью, чтобы убрать пузырьки воздуха. Затем следует обрезать лишний пластик.

Теперь переворачивайте карту, размещайте на ней бумажные обрезки с информацией (если до этого не приклеили их) и фиксируйте всё это дело на гладкой поверхности.  Не забудьте указать дату и год актуализации карты. Затем, отделив защитный слой, приклеиваете другой лист пластика, также начиная от края, и проглаживая тканью. После чего срезаете излишки.

Складываем топографическую карту

Теперь её нужно сложить. Делается это так. Сначала вся топографическая карта сгибается пополам, как следует проглаживается, разворачивается и складывается в другую сторону, посте чего так же проглаживается. В итоге должна получиться хорошо заметная складка. Затем одна из половинок точно так же сгибается, затем другая. Потом половина от половины. В общем, повторять, пока не получится «гармошка».

После этого, готовая и сложенная карта сгибается пополам, чтобы занимать меньше места. И помещается под какой-нибудь тяжелый гнёт на несколько дней, чтобы зафиксировать складки.  Это нужно для того, чтобы она потом «самопроизвольно» не разворачивалась.

От редакции: кроме этого варианта, мы также писали про «рейнджерский» способ складывания карты

Альтернативный способ

Вариант тоже для жителей Великобритании. Упомянутый уже вэбсайт «Ordnance Survey» позволяет за небольшую абонентную плату – 20 фунтов в год, распечатывать на домашнем принтере столько карт, сколько захочется.  Так что берите нормальный принтер, берите водостойкую бумагу, которую можно купить на каком-нибудь Алиэкспрессе – и вперёд. Я постоянно так поступаю, так что у меня есть небольшая коллекция карт тех местностей, куда мне доводилось выбираться.

Оригинальная статья — Preparing a Map

---

От редакции

В наших странах  такого крутого сервиса, к сожалению, нет. Однако можем посоветовать, например, сайты etomesto.ru и freemaps.ru — там можно найти достаточно подробные топографические карты, от Генштабовских с масштабами 1:500 000 и 1:200 000, и до современных. Ну и гуглокарты как отправную точку для создания собственных, никто не отменял, при должном умении и навыках.

Однако нам более интересен сам подход к самостоятельной подготовке карт. В любом случае, заботливо подготовленная описанным выше способом топографическая карта гораздо удобнее и функциональнее, чем купленная.

Чтобы было легче изучать особенности определенной местности, можно составить карту местности. Сделать это самостоятельно не очень сложно, просто нужно знать определенные моменты. Например, важно иметь такие вещи, как ластик, транспортир, линейка, лист бумаги, компас, цветные карандаши, простой карандаш и планшет.

Для начала нужно определиться с местом, которое вы хотите изобразить на карте. Хорошо, если на этом месте есть ориентиры, которые хорошо видны. Это могут быть как искусственные, так и природные объекты, например, жилые здания или высокие деревья. Далее нужно определить точку для того, чтобы производить с нее съемку. Для этой точки важно, чтобы с нее хорошо просматривался весь участок.

Отлично подходят возвышенные и открытые места. Потом можно переходить к масштабу. Вы, наверняка, знаете, что на карте все объекты изображаются в уменьшенном размере. Важно, чтобы между объектами расстояние было уменьшено на строго определенное число по сравнению с таким же расстоянием на местности. Потом нужно сориентировать рабочий планшет.

Чтобы это сделать, нужно поместить компас на поверхность планшета и понять, где северная сторона. Затем планшет нужно повернуть так, чтобы на компасе стрелка лежала параллельно правому краю. Начертите стрелку в верхнем правом углу. Она должна быть направлена вверх. Эта стрелка будет указывать северное направление.

На карте нужно обозначить точку, с которой будет вестись съемка. После этого простым карандашом нанесите на карту основные ориентиры. Таковыми могут быть мост, водонапорная башня, отдельное дерево и так далее. Для каждой точки нужно определить азимут с помощью компаса.  Транспортиром отложите на вашем плане угол, соответствующий азимуту.

В этом направлении нужно провести вспомогательную линию. Она должна быть сплошной. На ней нужно отложить отрезок от ориентира до точки съема. Расстояние можно измерить шагами, которые вы переведете в метры. Построенную точку подпишите. Не забывайте всегда учитывать масштаб.

После того, как на карту нанесены выбранные ориентиры, нужно обозначить основные объекты плана. Это дорога, озеро, овраг и так далее. Цветными карандашами стоит обозначить условные знаки, которые передадут местоположение пашни, болота и других объектов. Ластиком сотрите вспомогательные линии. На карту нанесите название объектов и расстояния. После дайте своей карте название и укажите масштаб. Карта готова!

План урока:

Способы изображения земной поверхности, их отличия друг от друга

Что такое план местности и условные знаки

Составление простейшего плана местности по описанию

Градусная сеть

Географические координаты и их определение по карте

Способы изображения земной поверхности, их отличия друг от друга

В настоящее время мы можем встретить большое множество различных изображений земной поверхности. Съемка может производиться не только на поверхности суши, также может происходить в океане, воздухе и из космоса. Для обозначения всего множества изображений местности используется такое понятие как «геоизображение». Под ним подразумеваются любые модели земных объектов, представленные в графической форме.

Остановимся на видах изображения земной поверхности:

1. Глобус – это объемная модель нашей планеты, уменьшенная во много раз. Это изображение земной поверхности отражает действительное соотношение размеров и взаимное расположение различных географических объектов. Также рассматривая глобус, мы можем понять форму и размеры Земли.

В чем же отличие глобуса от планеты Земли? Самое главное отличие в размере – он намного меньше. Объекты показаны с помощью специальных обозначений получивших название условных знаков.

1. Карты и планы считаются еще одним способом изображения земной поверхности и отображены на плоскости.

На плане чаще всего представлено изображение небольшого участка земной поверхности на плоскости. Карта несет в себе изображение значительного участка земной поверхности, всегда уменьшенное в масштабе. Здесь представлены отдельные материки, океаны, страны и даже вся планета. Однако во всех случаях географические объекты отмечаются с помощью условных знаков.

1. Большое количество карт по определенной тематике объединяются в сборник, получивший название атласа. Они могут различаться в зависимости от разных параметров, познакомимся с ними на рисунке.

1. Одним из способов изображения местности считаются аэрофотоснимки и космические снимки. С помощью снимков получают подробное уменьшенное изображение земной поверхности на плоскости.

Сходство всех фотографических изображений то, что они отображают земную поверхность чаще всего в цвете, однако есть и отличия. Например, если выполнять съемку с самолета, то можно получить изображение всех неровностей земной поверхности. Такое изображение получило название аэрофотосъемка.

Аэрофотоснимок местности

С помощью спутников из космоса делают наглядные снимки с изображением земной поверхности на плоскости. В данных снимках все зависит от высоты, на которой находится спутник – чем выше, тем менее детальным будет изображение. Такие снимки называются космические.

Космический снимок Земли 

Мы познакомились с различными способами изображения земли. Чем же отличаются все представленные изображения земной поверхности? Представим данный материал в таблице.

Что такое план местности и условные знаки

Чертеж небольшого участка, выполненный в масштабе, получил название плана. Для того, чтобы разобраться, как составить план местности, нужно познакомиться с понятием «масштаб».

Масштаб – величина, показывающая, во сколько раз уменьшено действительное расстояние. Масштабом пользуются при изображении земной поверхности.

Наличие масштаба считается главным отличием от обычного рисунка. Также участок показан как бы сверху и с помощью условных обозначений. Ниже перечислены условные знаки для изображения объектов. Цветная картинка представляет вид местности, а черно-белая – это условное обозначение.

Условные знаки Источник

Зная обозначения легко понять, что находится на данном месте: шоссе или полевая дорога, овраг или река, лиственный или смешанный лес. На плане обязательно указываются стороны горизонта в виде стрелки: С – северное, Ю – южное. Это позволяет ориентироваться, находить взаимное расположение предметов по сторонам горизонта.

Часто в жизни бывает необходимо прочитать план местности или составить его описание. Потренироваться в чтении плана можно используя рисунок ниже. Обратите внимание на стороны горизонта и условные обозначения.

По данному описанию можно не только совершать воображаемый поход, но и можно самостоятельно осуществить составление плана местности.

Как составить простейший план какого-либо участка местности, если нет его описания? В таких случаях пользуются несколькими способами. Сходство их в том, что вы должны обязательно находиться на том участке, где будете составлять план. Познакомимся с основными съемками местности.

1. Глазомерная съемка может быть освоена любым человеком, так как установление расстояния между предметами производится на глаз. Для этого понадобятся инструменты: планшет, лист бумаги, компас, карандаш, ластик. На бумаге указываем стороны горизонта, предварительно определенные по компасу, и определяем масштаб. Объекты, находящиеся в пределах нашей видимости, вычерчиваем на план условными знаками.

1. Составление плана местности методом маршрутной съемки наиболее простое. Необходимо выбрать маршрут, по которому будем двигаться. Для того, чтобы составить план местности методом маршрутной съемки мы проходим по маршруту и отмечаем объекты, встреченные по пути. Отмечаем их условными обозначениями на листе, обязательно указываем стороны горизонта.

1. Полярная съемка считается еще одним способом составления плана местности. Для этого выбирается точка на местности, из которой хорошо видны все объекты. Из данной точки или полюса, производят составление плана. Отмечают стороны горизонта на бумаге, определяют масштаб. Затем кладут линейку и вычерчивают направления на объекты, которые потом измеряют шагами. Измеренные расстояния отмечаются на бумаге.

Составление простейшего плана местности по описанию

Остановимся на составлении плана местности по описанию. Если есть описание маршрута движения или небольшого участка местности, то мы, используя условные знаки, можем составить план.

Рассмотрим на примере движения геологов:

Поэтапно составим алгоритм действий для составления рисунка плана местности.

1. На бумаге необходимо провести стрелку, обозначающую стороны горизонта. Это необходимо для ориентирования по плану местности.
2. Выберем оптимальный масштаб и обозначим на плане местности. В данном случае приемлем, будет масштаб в 1 см – 100 м.
3. Так как геологи двигались в северном и северо-восточном направлении, начальную точку отметим ближе к югу. Началом пути считается родник, поэтому нанесем его условным обозначением на план местности.
4. От родника они двигались в северо-восточном направлении 400 м, значит, отмеряем с помощью линейки 4 см. Путь они проходили по грунтовой дороге, обозначаем ее условным знаком на плане местности.
5. Достигли они реки, которая протекала с востока на запад. Отмечаем на плане реку и направление ее течения. Через реку обозначаем мост.
6. Путь они продолжили по дороге и через 600 м увидели озеро. Линейкой отмеряем 6 см на север и рисуем озеро. Обращаем внимание, что озеро имеет определенные размеры.
7. По всей дороге слева от них рос смешанный лес, а справа – хвойный. С помощью условных знаков обозначаем на плане местности.
8. От озера отмеряем 5 см на северо-восток и по обеим сторонам тропинки обозначаем луг.
9. Затем они вошли в хвойный лес и увидели домик лесника.

В результате проделанной работы у нас должен получиться географический план местности с условными знаками, схожий с представленным ниже рисунком.

Чем же отличается карта от плана местности?

1. Масштаб плана более крупный, а на карте более мелкий.
2. На плане местности и географической карте объекты изображаются в масштабе, однако на карте это происходит не всегда. Например, города на карте обозначены кружочком, а на плане города есть отдельные улицы и дома.
3. Направление на плане определяется по прямой стрелке, а на карте по линиям градусной сети.

Несмотря на все эти различия,они изображают земную поверхность в масштабе с помощью условных знаков.

Градусная сеть

На глобусе и всех географических картах есть сетка из тонких линий, получившая название градусная сеть. Каково же понятие и значение градусной сети?

Градусная сеть Земли состоит из условных линий, пересекающихся друг с другом. Линии эти крайне необходимы для нахождения объектов.

Мы уже знакомы с двумя точками – Северным и Южным полюсом. На равнозначном расстоянии от полюсов проведена линия градусной сети в виде окружности – экватор. Параллельно этой окружности проходят линии, получившие название параллели. Протягиваются они с запада на восток. Через полюса проведены окружности, пересекающие параллели, получившие название меридианы и составляющие градусную сеть. Протяженность меридианов определяется с севера на юг.

Градусная сеть на глобусе Источник

Зная направление протяженности линий градусной сети, можем определить по сторонам горизонта, где находится участок на карте.

Длина параллелей по градусной сети может различаться. Длина по градусной сети меридианов везде одинаковая. В результате главной линией градусной сети считается нулевой или начальный меридиан. Эта главная линия градусной сети простирается по пригороду Лондона и ее легко найти на карте. Этот меридиан разбивает планету на 2 полушария: Западное и Восточное.

Важнейшие линии градусной сети изображены в виде окружности на карте. Поэтому длина параллелей и меридианов по градусной сети измеряется в километрах и градусах. Чтобы понять принцип определения расстояния в градусах, давайте разберемся, как устроена градусная сеть.

Возьмем любую окружность и разделим на 360 частей.

Точки деления соединим с центром окружности, в результате круг будет разбит на 360 углов. Каждый угол будет равен 1⁰. На рисунке каждый угол равен 10⁰, если бы мы провели через 1⁰, то они бы слились друг с другом. Градусную сеть на карте обозначают так же, через определенное число градусов. Чаще всего линии проведены через 10⁰. Очень хорошо видно градусную сеть на контурной карте.

Контурная карта 

Отсчет градусов по параллелям ведется от экватора, а по меридианам от начального или Гринвичского меридиана. На градусной сети экватор и начальный меридиан имеют обозначение 0⁰.

По градусной сети карты можно определять расстояние между объектами в градусах и километрах. Рассмотрим на примере.

1) Выявим географические координаты: долгота самой западной точки на параллели 10° с.ш будет соответствовать 15° з.д.; долгота самой восточной точки на этой же параллели будет 52° в.д.

2) Рассчитаем протяженность материка в градусах по 10°с.ш., для этого найдем сумму полученных градусов 15° + 52° = 67°

3) Определим протяженность в километрах по 10° с.ш. Нам необходимо узнать длину параллели. Однако все параллели различны по длине. Можно воспользоваться таблицей, приведенной ниже для ее определения.

В таблице находим длину параллели 10⁰, она составляет 109,6 км. Умножаем ее на выявленные градусы

109,6км • 67 = 7014 км

Получаем длину материка с запада на восток в километрах.

• Выявим географические координаты: широта северной точки на этом меридиане будет равна 32° с.ш., а южной — 37° ю.ш.
• Рассчитаем протяженность в градусах по 20° в.д., для этого сложим выявленные данные 32° + 37° = 69°
• Найдем протяженность в километрах по 20° в.д. Для этого длину 1° меридиана умножаем на полученные градусы

111,3 км • 69 = 7659 км

Величина 1° по меридиану всегда соответствует 111,3 км, так как все меридианы равны друг другу.

По градусной сети можно найти расположение любого участка на планете, их называют географические координаты.

Географические координаты и их определение по карте

В 1960 году с территории СССР запущена ракета, которая, пролетела определенное расстояние и опустилась в заданном районе. Географические координаты данного района равны 10⁰с.ш. и 170⁰з.д., зная это, можно определить участок приземления ракеты. Однако для определения координат необходимо познакомиться с географической широтой и долготой.

Широта всех участков Земли проявляется в градусах, которые ведут отсчет от экватора (0⁰) к полюсам (90⁰). Санкт-Петербург расположен на 60⁰ северной широты (с.ш.), а Якутск на 64⁰с.ш. Поэтому, чтобы определить географические координаты места на карте, нужно выявить параллель его местонахождения.

На карте полушарий в атласе параллели проведены через 20⁰. Все точки с географическими координатами, находящимися севернее экватора, имеют северную широту. Город Кейптаун имеет географические координаты, лежащие южнее экватора. В данном случае широта будет южная (ю.ш.) и может изменяться от 0⁰ до 90⁰. Таким образом можно составить алгоритм определения широты на карте.

Чтобы определить на карте какое-либо место нужно знать не только географическую широту, но и долготу. Например, на одной широте могут располагаться несколько городов, но географические координаты их будут различные.

Как и широта, долгота выражается в градусах, которые отсчитываются от нулевого меридиана. Географические координаты места на карте расположенного к востоку от меридиана будут иметь восточную долготу (в.д.), а к западу – западную (з.д.). Градусы долготы на глобусе и карте обозначаются на экваторе. 

Получив широту и долготу можно указать полные географические координаты. Например, Санкт-Петербург расположен на 60⁰с.ш. и 30⁰в.д. Какие географические координаты имеет столица России – Москва? Ее можно найти между 40⁰с.ш. и 60⁰с.ш., точнее широта 55⁰. Долгота расположена между 40⁰ и 30⁰, приблизительно будем считать 38⁰в.д. Тогда получаем координаты Москвы 55⁰с.ш. и 38⁰в.д.

Рассмотрев различные способы изображения поверхности земного шара, можно сказать, что каждый из них важен не только для ученых, но и простых людей. В настоящее время их применяют во многих областях человеческой деятельности.

Как создаются карты

Нарисованная от руки карта в Массачусетском музее современного искусства

Современным картографам гораздо проще, чем их коллегам из прошлого, создававшим далекую от идеала схему с весьма приблизительными расчетами местоположения объектов. До начала XX века картография менялась медленно и, хотя белых пятен к тому моменту почти не осталось, точностью карты похвастаться не могли.

С началом эры аэросъемки местности картографы получили отличный инструмент, позволявший составить детальный план любой территории. Спутниковая съемка должна была, по идее, завершить тысячелетнюю работу по созданию идеального инструмента ориентирования, но картографы столкнулись с новыми проблемами.

Как инструмент решения картографических проблем и ошибок, появился проект OpenStreetMap (OSM), на основе данных которого существует наш сервис MAPS.ME. В OSM огромное количество данных: не только обрисованные спутниковые снимки, но и информация, которую знают только местные жители. Сегодня мы подробнее расскажем, как оцифровывается и становится картой реальный мир.

Фотофиксация местности

Возраст этой карты — 14 000 лет

Первые карты появились еще в период первобытной истории. Изгибы рек, гребни, овраги, скалистые пики, звериные тропы — все объекты обозначалось простыми насечками, волнистыми и прямыми линиями. Последующие карты недалеко ушли от первых схематичных рисунков.

Изобретение компаса, телескопа, секстанта, других приборов морской навигации, и последовавший вслед за этим период Великих географических открытий, привели к расцвету картографии, но карты все еще оставались недостаточно точными. Использование различных приборов и математических методов не могло стать решением проблемы — в конце концов, карты рисовал человек, используя описание или схемы, созданные на натуре.

Новый этап в развитии картографии начался с топографической съемки. Впервые наземные съемочные работы для изготовления топографических карт начали выполняться в 16 веке, а первые аэрофототопографические съемки труднодоступных территорий были выполнены в 1910-е годы. В России как кадастровые, так и пресловутые «карты генштаба», точность и покрытие которых на тот момент времени оказались беспрецедентными, создавались топографами с помощью теодолита.

Пример дешифрования середины прошлого века

После аэросъемки необходим длительный и сложный этап дешифрования. Объекты на снимке нужно выявить и распознать, установить их качественные и количественные характеристики, а также зарегистрировать результаты. Метод дешифрования основывается на закономерностях фотографического воспроизведения оптических и геометрических свойств объектов, а также на взаимосвязях их пространственного размещения. Проще говоря, учитываются три фактора: оптика, геометрия изображения и пространственное размещение.

Для получения данных о рельефе используются контурно-комбинированный и стереотопографический методы. При первом методе непосредственно на местности с помощью геодезических приборов определяют высоты важнейших точек поверхности и затем на аэрофотоснимки наносят положение горизонталей. Стереотопографический метод подразумевает частичное перекрытие друг другом двух снимков таким образом, чтобы на каждом из них изображался один и тот же участок местности. В стереоскоп этот участок выглядит как трехмерное изображение. Далее по этой модели с помощью приборов определяют высоты точек местности.

Спутниковая съемка

Пример стереопары со спутника WorldView-1

Схожим образом, создавая стереоизображение, работают и спутники. Информацию по рельефу (и многие другие данные, включая радарную интерферометрию — построение цифровых моделей местности, определение смещений и деформаций земной поверхности и сооружений), предоставляют радарные и оптические спутники дистанционного зондирования Земли.

Спутники сверхвысокого разрешения фотографируют не все подряд (бескрайние сибирские леса не нужны в высоком разрешении), а по заказу для определенной территории. К таким спутникам относятся, например, Landsat и Sentinel (на орбите находятся Sentinel-1, ответственный за радарную съемку, Sentinel-2, ведущий оптическую съемку поверхности Земли и изучение растительности, и Sentinel-3, наблюдающий за состоянием мирового океана).

Изображение Лос-Анджелеса, снятое спутником Landsat 8

Спутники присылают данные не только в видимом спектре, но и в инфракрасном (и еще нескольких других). Данные из невидимых для глаза человека диапазонов спектра позволяют анализировать типы поверхности, следить за ростом сельскохозяйственных культур, выявлять пожары и многое другое.

Изображение Лос-Анджелеса включает в себя полосы частот электромагнитного спектра, соответствующие (в терминологии Landsat диапазонам 4-3-2. Landsat обозначает красный, зеленый и синий сенсоры как 4, 3 и 2 соответственно. Полноцветное изображение появляется при комбинации изображения с этих сенсоров.

Принимают и обрабатывают данные владельцы спутников и официальные дистрибьютеры — DigitalGlobe, e-Geos, Airbus Defence and Space и другие. В нашей стране основными поставщиками спутниковых снимков являются «Российские космические системы», «Совзонд» и «Сканэкс».

Множество сервисов создано на основе наборов данных Global Land Survey (GLS) от US Geological Survey (USGS) и NASA. GLS получают данные преимущественно от проекта Landsat, создающего спутниковые фотоснимки всей планеты в реальном времени с 1972 года. С помощью Landsat можно получить сведения обо всей земной поверхности, а также об ее изменениях за последние десятилетия. Именно этот проект для всех публичных картографических сервисов остается главным источником данных дистанционного зондирования Земли по мелким масштабам.

Багамские острова с точки зрения MODIS

Сканирующий спектрорадиометр среднего разрешения MODIS (MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer) расположен на спутниках Terra и Aqua, являющихся частью комплексной программы NASA EOS (Earth Observing System). Разрешение получаемых изображений грубее результатов большинства других спутников, но охват позволяет получать ежедневную глобальную коллекцию снимков практически в режиме реального времени.

Мультиспектральные данные полезны для анализа земной поверхности, океана и атмосферы, позволяя в оперативном режиме (буквально за несколько часов) изучать изменения облаков, снега, льда, водных объектов, состояние растительности, отслеживать динамику наводнений, пожаров и т.д.

«Living Atlas of the World» — атлас, содержащий карты и данные, посвященные множеству тем: населению, бизнесу, ландшафту, климату, транспорту и др.

Геопортал Роскосмоса — бесплатный (частично) источник данных. Спутниковые снимки предоставлены Роскосмосом и NASA, картографические данные — OpenStreetMap и Росреестром, средства поиска — GeoNames и OpenStreetMap Nominatim.

Кроме спутников есть еще одно перспективное направление «вертикальной» съемки — получение данных с дронов. Так компания DroneMapper отправляет дроны (редко — квадрокоптеры) для съемок фермерских угодий — получается экономичнее, чем использовать спутник или самолет.

Спутники предоставляют огромное количество разнообразной информации и могут сфотографировать всю Землю, но компании заказывают данные только для нужной им территории. В связи с дороговизной спутниковой съемки, компании предпочитают детализировать территории крупных городов. Все, что считается малонаселенной местностью, обычно снимается в самых общих чертах. В регионах с постоянной облачностью спутники делают новые и новые снимки, добиваясь четкого изображения и повышая затраты. Впрочем, некоторые IT-компании могут позволить себе закупать снимки целыми странами. Например, Bing Maps.

На базе спутниковых снимков и замеров на местности создаются векторные карты. Обработанные векторные данные продают компаниям, печатающим бумажные карты и/или создающим картографические сервисы. Рисовать карты самостоятельно по спутниковым снимкам дорого, поэтому многие компании предпочитают купить готовое решение на базе Google Maps API или Mapbox SDK и доработать собственным штатом картографов.

Проблемы спутниковых карт

В простейшем случае, чтобы нарисовать современную карту, достаточно взять снимок со спутника или его фрагмент и перерисовать все объекты в редакторе или в каком-нибудь сервисе online interactive map creator. На первый взгляд в примере выше из OSM все отлично — дороги выглядят, как и должны выглядеть. Но это только на первый взгляд. На самом деле эти цифровые данные не соответствуют реальному миру, так как они искажены и сдвинуты относительно реального расположения объектов.

Спутник фотографирует под углом на большой скорости, время фотографирования ограничено, снимки склеиваются… Ошибки накладываются друг на друга, поэтому для создания карт стали использовать фото- и видеосъемку на местности, а также геотрекинг автомобилей, который является очевидным доказательством существования определенного маршрута.

Пример снимка, на котором возникла проблема из-за плохой орторектификации: у воды треки легли отлично, а на горе справа — съехали

Рельеф, условия съемки и тип камеры влияют на появление искажений в снимках. Процесс устранения искажений и преобразования исходного снимка в ортогональную проекцию, то есть такую, при которой каждая точка местности наблюдается строго вертикально, называют орторектификацией.

Перераспределение пикселей на изображении в результате ортокоррекции

Использовать спутник, который снимал бы только над заданной точкой, затратно, поэтому съемка ведется под углом, который может достигать 45 градусов. С высоты в сотни километров это приводит к значительным искажениям. Для создания точных карт качественная орторектификация жизненно необходима.

Карты быстро теряют актуальность. Открыли новую парковку? Построили объездную дорогу? Магазин переехал по другому адресу? Во всех этих случаях устаревшие снимки территории становятся бесполезны. Не говоря уже о том, что множество важных деталей, будь то брод на реке или тропа в лесу, не видны на снимках из космоса. Поэтому работа над картами — это процесс, в котором невозможно поставить финальную точку.

Как делают карты OpenStreetMap

Изображение

OpenStreetMap — некоммерческий картографический проект, в котором сообщество пользователей со всего мира создает открытую, бесплатную географическую карту. Для создания карт применяют данные с персональных GPS-трекеров, аэрофотографии, видеозаписи, спутниковые снимки, а также знания человека. Ближайший проект, с которым можно сравнить OSM — это Википедия. Аналогичным образом в OSM любой пользователь редактирует карту, а данные проекта распространяются на условиях свободной лицензии.

В OpenStreetMap используют в качестве основы для карт GPS-треки, записанные пользователями, и спутниковые снимки от компаний Bing, Mapbox, DigitalGlobe. Карты коммерческих компаний, например Google и Яндекса, нельзя использовать из-за юридических ограничений.

Снимки привязываются к местности автоматически на этапе получения. Сканы также можно привязать с помощью опорных точек с известными координатами, полученными из треков либо ассоциированными с пунктами геодезической сети.

При редактировании карт снимки со спутников в OSM всегда сдвигаются так, как показывают записанные на земле треки, компенсируя большинство ошибок. Есть масса приложений, позволяющих записывать GPS-треки и делиться ими, например, Geo Tracker, Strava (Android) и GPX Tracker (iOS).

Создатель карты на спутниковом снимке первым делом рисует дороги, используя данные треков. Поскольку треки описывают перемещение в географических координатах, по ним легко определить, где именно проходит дорога. Затем наносятся все остальные объекты. Недостающие и площадные объекты создаются по снимкам, а подписи, указывающие на принадлежность объектов либо дополняющие их справочной информацией, берутся из наблюдений или реестров.

Чтобы создать карту, наполненную различной информацией, используют географическую информационную систему (ГИС), предназначенную для работы с геоданными — для их анализа, преобразования, аналитики и печати. С ГИС можно создать свою собственную карту с визуализацией любых данных. В ГИС для карт можно добавить данные Росстата, муниципальных образований, министерств, ведомств — все так называемые геопространственные данные.

Откуда берутся геоданные

Итак, спутниковые снимки сдвинуты относительно реальности в несколько десятков метров. Чтобы сделать действительно точную карту, нужно вооружиться навигатором (GPS приемником) или обычным телефоном. А затем с помощью приемника или приложения в телефоне записать максимальное количество точек трека. Запись осуществляется вдоль линейных объектов, расположенных на земле — подойдут реки и каналы, тропинки, мосты, ж/д и трамвайные пути и т.д.

Одного трека никогда не бывает достаточно для любого участка — сами они тоже записываются с определенным уровнем погрешности. В дальнейшем спутниковая подложка выравнивается по множественным трекам, записанным в разное время. Любая другая информация берется из открытых источников (или дарится провайдером данных).

Трудно представить карты без информации о различных компаниях. Сбор локальных данных об организациях с привязкой к GPS-позиции делают Yelp, TripAdvisor, Foursquare, 2ГИС и другие. Сообщество (включая непосредственно представителей локального бизнеса) самостоятельно вносит данные на OpenStreetMap и Google Maps. Не все большие сети хотят сами заморачиваться с добавлением информации, поэтому обращаются к компаниям (Brandify, NavAds, Mobilosoft и другие), помогающим размещать филиалы на картах и следить за актуальностью данных.

Иногда информация об объектах реальной местности добавляется на карты через мобильные приложения — сразу, в полевых условиях человек имеет возможность точно актуализировать картографические данные. В MAPS.ME для этого есть встроенный редактор карт, через который уточненные данные поступают напрямую в базу OpenStreetMap. Достоверность информации проверяют другие участники OSM-сообщества. В «обратную сторону» данные из OSM поступают в MAPS.ME в «сыром» виде. Прежде чем оказаться на экране смартфона пользователя, они обрабатываются и упаковываются.

Будущее: нейросети-картографы

В Facebook рассказали, что они использовали алгоритмы машинного обучения, чтобы найти дороги на спутниковых снимках. Но фактчекинг уже делали люди, которые проверяли дороги и «склеивали» их с данными OSM.

Сервис для обмена фотографиями с геометками Mapillary в прошлом году добавил функцию, которая обеспечивает семантическую сегментацию изображений объектов. Фактически они смогли разделить изображения на отдельные группы пикселей, соответствующие одному объекту с одновременным определением типа объекта в каждой области. Люди делают подобное очень легко — например, большинство из нас могут идентифицировать и находить автомобили, пешеходов, дома на изображениях. Однако компьютерам тяжело было ориентироваться в огромном массиве данных.

Используя глубокое обучение на свёрточной нейронной сети, в Mapillary смогли в автоматическом режиме выявить 12 категорий объектов, которые чаще всего встречаются в дорожной сцене. Их метод позволяет добиться прогресса и по другим задачам машинного зрения. Игнорируя совпадения между движущимися объектами (например, облаками и транспортными средствами) можно значительно улучшить цепочку процессов преобразования исходных данных в двухмерную или стереоскопическую картинку. Семантическая сегментация Mapillary позволяет получить приблизительную оценку плотности растительности или наличия тротуаров на некоторых территориях городов.

Юго-Запад Москвы нейросеть поделила на зоны в зависимости от типа застройки

В проекте CityClass проводится анализ типов городской застройки при помощи нейросети. Делать карту функционального зонирования города долго и однообразно, но можно обучить компьютер отличать промышленную зону от жилой, а историческую застройку от микрорайона.

Группа ученых из Стэнфорда натренировала нейросеть предсказывать уровень бедности в Африке по дневным и ночным спутниковым снимкам. Сначала сетка находит крыши домов и дороги, а потом сопоставляет с данными об освещенности территорий в ночное время.

Сообщество продолжает следить за первыми шагами в области автоматического создания карт, и уже использует машинное зрение для рисования некоторых объектов. Трудно сомневаться в том, что будущее будет принадлежать картам, создаваемым не только людьми, но и машинами.