Способы изображения рельефа на топографических картах

Содержание

1. 1. Рельеф и его роль в картографии3
2. 2. Горизонтали и отметки высот5
3. 3. Условные знаки и штриховка7
4. 4. Сравнение способов и их применение9
5. Список литературы11

1. Рельеф и его роль в картографии

Рельеф, то есть совокупность неровностей земной поверхности, задаёт физиономию любого участка суши. Для топографической карты он служит пространственным каркасом, а не просто одним из элементов содержания. Без точного понимания того, как земля поднимается и опускается, невозможно представить ни характер местности, ни логику размещения дорог, рек и поселений. Карта, лишённая адекватного изображения рельефа, превращается в плоскую схему, которая обманывает читателя.

Потребность в достоверном отображении неровностей возникла не из академического любопытства. Инженеру, прокладывающему трассу, военному, планирующему манёвр, или землеустроителю, оценивающему пригодность угодий, жизненно необходимо знать, где склон крут, а где полог. Ошибка в оценке перепада высот может стоить не только средств, но и человеческих жизней. Поэтому военные ведомства и геодезические службы разных стран исторически выступали главными заказчиками совершенствования методов отображения рельефа. Точность здесь перестаёт быть абстрактной категорией. Она превращается в условие успешного строительства плотины или безопасного продвижения колонны техники.

Развитие способов изображения рельефа, это путь от наивного искусства к строгой математике. На ранних картах, вплоть до XVIII века, горы рисовали как перспективные, объёмные картинки, похожие на кучки камней или гусениц. Такие рисунки давали общее представление о местности, но были бесполезны для измерений. Перелом наступил, когда картографы осознали необходимость ввести единицы измерения высоты. Французский военный инженер Жан-Луи Дюпен-Триель в конце XVIII века предложил штриховку, где толщина линий зависела от крутизны склона. Подлинный прорыв связан с именем чешского математика Франтишека фон Гаусса, который в начале XIX века сформулировал принцип изображения рельефа линиями равных высот. Этот метод,

окончательно утвердившийся в европейской картографии к середине XIX столетия, позволил перенести на плоскость не только форму, но и точные числовые характеристики рельефа.

Ключевая сложность заключается в том, что универсального решения не существует. Способ, блестяще работающий для горной местности, окажется бесполезным для плоской равнины. Выбор метода всегда определяется тремя факторами: масштабом карты, её назначением и характером изображаемой территории. Крупномасштабный план для строительства требует максимальной детализации и высокой точности. Мелкомасштабная обзорная карта для туриста должна быть прежде всего наглядной. Картограф, подобно переводчику, каждый раз подбирает тот язык, который наиболее точно и ёмко передаст особенности конкретной земли. Одними деталями приходится жертвовать ради сохранения других.

2. Горизонтали и отметки высот

Горизонталь, это линия на карте, соединяющая точки земной поверхности с одинаковой абсолютной высотой. Если мысленно рассечь рельеф серией горизонтальных плоскостей, равноудалённых по вертикали, и спроецировать линии их пересечения с поверхностью на плоскость, мы получим сеть замкнутых кривых. Именно они передают на карте объёмность и характер неровностей. Расстояние между соседними горизонталями на плане показывает крутизну склона: чем ближе линии друг к другу, тем быстрее набирается высота, а значит, тем круче спуск или подъём. Пологие участки, напротив, выглядят как редкие, широко разнесённые кривые. Форма горизонталей позволяет читать не только крутизну, но и очертания форм рельефа: вытянутые замкнутые линии выдают хребты и лощины, округлые, холмы и котловины.

Ключевой параметр этого способа, высота сечения рельефа, то есть вертикальный интервал между соседними секущими плоскостями. От него напрямую зависит детальность изображения. Для равнинных территорий на картах масштаба 1:10 000 стандартное сечение составляет 2,5 или 5 метров, для горных районов его увеличивают до 10 и даже 20 метров. Чем крупнее масштаб карты, тем меньше может быть сечение, и тем больше мелких форм рельефа удаётся зафиксировать. Однако уменьшение интервала ведёт к перегрузке чертежа: на пологих участках линии сливаются в сплошное пятно, что затрудняет чтение. Поэтому высоту сечения выбирают исходя из задачи: для точных инженерных расчётов требуется максимальная детализация, для обзорных карт, генерализация и чистота изображения.

Сами по себе горизонтали не всегда однозначны. Направление склона можно определить с помощью бергштрихов, коротких чёрточек, перпендикулярных горизонтали и направленных в сторону понижения местности. Они обязательны для замкнутых линий, обозначающих котловины и впадины, где без

дополнительного указания легко перепутать вершину с ямой. Дополнительную информацию несут подписи горизонталей: их подписывают в разрыве линии так, чтобы верх цифры смотрел в сторону повышения. Для основных (утолщённых) горизонталей, проводимых через каждые пять или десять линий, подписи обязательны, для промежуточных, желательны. Помимо подписей, на карте всегда присутствуют отметки высот, точечные значения абсолютной высоты конкретных объектов. Это могут быть вершины гор, перекрёстки дорог, урезы воды у рек и озёр или характерные точки перегиба склонов.

Отметки высот выполняют две функции. Во-первых, они служат опорными точками для ориентирования: глядя на число, можно быстро оценить, насколько текущая позиция выше или ниже окружающей местности, не прибегая к подсчёту сечений. Во-вторых, они уточняют рельеф в местах, где горизонтали не дают нужной точности: например, на плоских водоразделах или в обширных низинах, где линии равных высот слишком редки. Абсолютная высота отсчитывается от уровня Балтийского моря, и эта система отсчёта принята в России для всех топографических карт. На практике сочетание горизонталей и отметок высот даёт полную картину: линии передают морфологию склонов, а цифры фиксируют точные значения в ключевых точках. Для вершин и других характерных точек рельефа отметки обязательны, и их наносят с точностью до десятых долей метра. Такой дуализм (геометрическая непрерывность горизонталей и дискретность точечных чисел) и обеспечивает математическую строгость изображения рельефа на топографических картах.

3. Условные знаки и штриховка

Горизонтали бессильны перед формами, которые резко ломают плавную поверхность земли. Обрыв, карниз, осыпь, овраг с крутыми стенками, промоина, курган, воронка: их линии равных высот либо смыкаются в одну точку, либо вовсе теряют смысл. Для таких объектов топографические регламенты, в частности сборники условных знаков ГУГК, предусматривают специальные внемасштабные и масштабные обозначения.

Обрыв рисуют тонкой линией с острыми зубцами, направленными в сторону падения уступа. Овраг передают извилистой линией с поперечными штрихами, а его ширину показывают в масштабе только если она превышает порог читаемости. Курган на плане выглядит как маленький кружок с подписью, а его высота указывается цифрой рядом. Эти знаки выполняют роль точечных или локальных маркеров, которые картограф вносит вручную, руководствуясь полевыми измерениями.

Штриховка решает другую задачу. Она передаёт не форму, а крутизну склона, и делает это через толщину и густоту линий. Чем резче падение, тем короче, жирнее и плотнее рисуются штрихи. Пологие участки остаются почти белыми, на них ставятся редкие тонкие чёрточки. В классической швейцарской школе, доведённой до совершенства в атласах Имгофа, штриховка превращалась в настоящее произведение искусства, где каждый склон получал пластичную, почти осязаемую фактуру. Но у этого метода есть жёсткие правила. Направление штриха всегда совпадает с направлением ската, то есть с линией наибольшего падения воды. Сами штрихи не должны пересекаться и не должны ломаться на полпути, иначе глаз читателя потеряет ориентацию.

Существует и точечная разновидность штриховки. Вместо линий применяются ряды точек, частота которых нарастает с увеличением угла наклона. Этот приём менее выразителен для крупных форм, но незаменим при

работе с мелкомасштабными картами, где линейная штриховка создала бы слишком пёстрый рисунок. Точечная штриховка словно размывает границы, позволяя плавно переходить от плоских равнин к горным хребтам. Впрочем, и та и другая техника страдает общим недостатком: они дают качественную картину, но не дают точных чисел. По штриховке можно понять, что склон крутой, но нельзя измерить, сколько именно градусов он имеет.

Поэтому на практике штриховку и условные знаки почти никогда не используют как самостоятельные инструменты. Они работают в связке с горизонталями. Горизонтали дают метрику, высоту и форму, а штриховка добавляет теневую моделировку, которая оживляет чертёж и помогает глазу мгновенно считать рельеф. Обрывы и овраги, которые не выразить горизонталями, врезаются в общую картину условными знаками. Так, на картах горных районов можно увидеть, как тонкие линии горизонталей обрываются у скалистого гребня, а сам гребень покрыт густой штриховкой, указывающей на неприступность склона. Сочетание приёмов позволяет совместить математическую строгость с наглядностью, и именно этот синтез определяет качество современной топографической карты.

4. Сравнение способов и их применение

Каждый способ изображения рельефа решает собственную задачу, и ни один из них нельзя назвать универсальным. Выбор метода всегда сводится к компромиссу между точностью, наглядностью и трудоёмкостью производства карты.

Горизонтали остаются эталоном точности. С их помощью можно определить высоту любой точки, вычислить крутизну склона, построить профиль местности и решить инженерные задачи. Однако цена такой точности высока. Построение горизонталей требует полевых измерений и камеральной обработки, что делает процесс трудоёмким. На равнинной местности, где перепады высот незначительны, горизонтали приходится проводить с малым сечением, что перегружает карту. В горных районах, напротив, густота линий затрудняет чтение. Тем не менее, для крупномасштабных топографических планов, используемых при проектировании, альтернативы горизонталям практически нет.

Отметки высот, самый экономичный инструмент. Нанести на карту несколько цифр проще, чем вычерчивать сеть кривых. Но этот способ принципиально ограничен: отметки дают информацию о конкретных точках, оставляя пространство между ними «слепой зоной». По отдельным значениям невозможно восстановить форму хребта или лощины. Поэтому отметки высот никогда не применяются самостоятельно. Они лишь дополняют горизонтали, фиксируя характерные точки (вершины, седловины, урезы воды у рек и озёр). Без них карта теряет ориентиры, но с ними она не становится рельефной.

Условные знаки работают там, где горизонтали бессильны. Обрыв, овраг, карстовая воронка или курган не выражаются плавными линиями равных высот. Для таких объектов разработаны специальные внемасштабные обозначения, которые передают их точное местоположение и размеры. В нормативных документах, например в «Условных знаках для топографических планов масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000 и

1:500», эти символы регламентированы до миллиметра. Но у этого метода есть серьёзный недостаток: он фрагментарен. Условные знаки показывают отдельные формы, не создавая целостной картины рельефа. Если взять карту пустыни с десятком барханов, нанесённых значками, вы узнаете их положение, но не поймёте общий характер поверхности между ними.

Штриховка, некогда популярная, сегодня утратила позиции. Она выигрывает в наглядности: пластика рельефа читается мгновенно, объём ощущается почти физически. Но точность страдает. Штриховка передаёт крутизну лишь приблизительно, а высоты по ней определить невозможно. Современные крупномасштабные карты от неё отказались. Метод сохранился в гипсометрических картах малых масштабов и в учебных атласах, где важнее впечатление, чем метрология.

Какой же способ выбрать? Ответ зависит от трёх параметров: масштаба, назначения и характера местности. Для инженерных изысканий, где нужна точность до сантиметра, безальтернативны горизонтали с отметками. Для обзорных карт, предназначенных для туристов или пилотов, допустимо использовать гипсометрическую окраску или отмывку, которые дают общее представление о рельефе. На средне- и мелкомасштабных картах условные знаки остаются единственным способом показать точечные формы, не загромождая изображение. В итоге практическая картография почти всегда использует комбинацию методов: горизонтали как основу, отметки для ориентирования, условные знаки для особых форм. Чистый, «однородный» способ встречается редко, и это закономерно: рельеф слишком разнообразен, чтобы подчиняться одному инструменту.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Условные знаки для топографических планов масштабов 1:5000... — https://geo-fond.ru/docs/uz-top.pdf

2. Условные знаки для топографических карт масштабов — https://fs.guap.ru/uvc/meth/2_2_5.pdf

3. Условные знаки для топографических планов масштаба 1:500 — https://s.siteapi.org/1a19c2509dd6f1a.ru/docs/46a1a6aa474e6e3849728d68cbd1b2de75fe3af7.pdf

4. Условные знаки для топографических планов - Рельеф — https://geosar.ru/biblioteka/uslovnye-znaki/dlya-topoplanov-m-1-5000-m-1-2000-m-1-1000-m-1-500/item/relef

5. Топография — https://lib.mil.bmstu.ru/onlinebooks/topogr_kv/files/assets/basic-html/page126.html

6. Топография — https://lib.mil.bmstu.ru/onlinebooks/topogr_kv/files/assets/basic-html/page133.html

7. Рельеф, его изображение на картах — https://portal.tpu.ru/SHARED/v/VIDAYKINA/study_work/_geodesy/%D0%9B%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F%203.pdf

8. Изображение на картах и планах рельефа местности — https://ekolog.org/books/28/4_1.htm