Глава I. Географические карты и картография

§ 1.1 Картоведение и его содержание. Основные свойства и определения географических карт. Карты как пространственные модели

Географические карты открывают взору всю нашу планету и вместе с тем могут воспроизводить детальную картину ее отдельных частей, характеризуя природу, население, хозяйство и культуру. Они обладают удивительной способностью аккумулировать в себе и передавать в наглядной и концентрированной ферме знания о размещении явлений на Земле, накопленные во всей предыдущей истории человечества. Несомненно, карты принадлежат к великим творениям человеческой мысли. Рожденные общественной практикой и ей обязанные своим непрерывным развитием, географические карты образуют замечательное средство познания объективного мира и пространственного ориентирования, незаменимое во многих областях научной и практической деятельности.

Картоведение рассматривает карты и другие картографические изображения как особый способ отображения действительности, как пространственные модели реальных явлений, передающие их количественные и качественные характеристики, структуру, взаимосвязи и динамику. Картоведение образует часть картографии и в качестве учебной дисциплины исследует свойства и виды картографических изображений, содержит систематический обзор важнейших картографических источников, описывает способы анализа и методы использования карт в научных исследованиях и на практике. Наконец, картоведение изучает историю картографии - основные этапы и закономерности развития картографической науки и производства. Предшествуя другим картографическим курсам, картоведение служит для них введением и теоретической основой. Поэтому естественно начинать его изложение с определений географической карты, других видов картографических изображений и картографии.

Термин «карта» происходит от греческого слова chartes, которое означало лист из папируса для письма. Издавна было принято определять географическую карту как уменьшенное изображение земной поверхности на плоскости. Но это определение неточно и неполно. Во-первых, оно справедливо и в отношении любого фотоснимка земной поверхности, и в отношении пейзажа - изображения местности средствами изобразительного искусства. Во-вторых, оно ограничивает задачи карты изображением земной поверхности, тогда как современные карты включают в свое содержание самые разнообразные природные и социально-экономические явления (например, температуру и давление воздуха, национальный состав населения и др.) в географической оболочке и даже за ее пределами (например, на некоторых геологических картах, картах орбитальных полетов и др.).

Необходимо, следовательно, отразить в определении те существенные свойства, которые отличают карту от других изображений земной поверхности, и вместе с тем распространить определение на все виды географических карт. Общепринято указывать три основных принципа, определяющие специфику географических карт: 1) математически определенное построение; 2) использование особых знаковых систем (картографических символов); 3) отбор и обобщение изображаемых явлений. Но современное развитие картографии вводит в представление о картах еще два принципа первостепенного значения - системное отображение действительности и ее целенаправленное моделирование.

Математически определенное построение карт предусматривает установление строгой функциональной зависимости между географическими (или иными) координатами точек картографируемых явлений, в частности точек земной поверхности, и прямоугольными (или иными) координатами тех же точек на плоскости. Это позволяет изучать по картам пространственные отношения и формы изображаемых объектов. Такое построение как бы включает два действия для перехода от пространственных форм отображаемых явлений к их воспроизведению на плоскости. Одно из них состоит в проектировании картографируемых явлений на математическую поверхность Земли, за которую принимают уровенную поверхность Мирового океана, мысленно продолженную под материками. Это проектирование выполняется ортогонально, по отвесным линиям, перпендикулярным математической поверхности Земли, в результате чего земные объекты передаются в своих плановых очертаниях. Вследствие сложности математическая поверхность Земли заменяется в картографии весьма близкой по форме поверхностью эллипсоида вращения (т. е. фигуры, полученной вращением эллипса вокруг его малой оси), или, что менее точно, поверхностью шара.

Другое действие заключается в изображении поверхности эллипсоида или шара (точнее их моделей, уменьшенных до мастшаба проек<тируемой карты) на плоскости. Развернуть поверхность эллипсоида (или шара) на плоскости без складок и разрывов (или без сжатия и растяжения) невозможно. Другими словами, земную поверхность нельзя изобразить на плоскости без геометрических деформаций, называемых искажениями, сохраняя истинные горизонтальные очертания объектов. Поэтому для перехода от поверхности эллипсоида (или шара) к плоскости используют те или иные математические способы отображения, называемые >картографическими проекциями, которые устанавливают определенную функциональную зависимость между координатами точек на эллипсоиде и карте. Когда такая зависимость и масштаб модели известны, можно учитывать деформации плоского изображения и, следовательно, определять по карте с необходимой точностью пространственные отношения и действительные плановые формы (протяжение, площадь и углы) изображенных объектов. Более того, карты с математически формализованным изображением рельефа позволяют определять высоты точек земной поверхности, создавать зрительный образ форм рельефа и исчислять их пространственные характеристики (крутизну, объемы и т. д.). Это замечание справедливо по отношению к любым поверхностям, отображаемым на картах.

Рис. 1.1. Изображение участка земной поверхности: на плановом аэроснимке

Рис. 1.1. Изображение участка земной поверхности: - на топографической карте

Географические карты передают явления не в фотографическом или картинном воспроизведении, а посредством особого языка карт - специальных знаковых систем, показывающих различные природные и общественные явления в форме, удобной для пространственной локализации и передачи их некоторых количественных и качественных характеристик. В своих сочетаниях и взаимосвязях эти знаки создают на карте пространственный образ действительности. Смысл применения картографических знаков становится очевидным при сопоставлении карты с аэроснимком той же местности (рис. 1.1). Первоначальное впечатление может оказаться неблагоприятным для карты. Видимая с высоты полета подлинная картина земной поверхности заменена на карте изображением геометрического характера. Картографические знаки как бы стирают многие индивидуальные черты объектов местности и тем самым обедняют изображение. В чем же смысл этой замены?

Использование картографических знаков позволяет:

• сильно уменьшать изображение земной поверхности, чтобы охватить одним взглядом необходимую часть или даже всю земную поверхность, воспроизводя при этом на карте те объекты местности (или особенности картографируемых явлений), которые в силу уменьшения не выражаются в масштабе карты, но по своему значению должны быть на ней показаны;
• показывать на карте рельеф земной поверхности (например, при помощи горизонталей) и отображать явления в атмосфере и недрах Земли, т. е. передавать три измерения в плоском изображении;
• не ограничиваться отображением на карте только внешнего вида (поверхности) предметов (явлений), а указывать их внутренние, коренные свойства (например, морские карты показывают подводный рельеф, грунты морского дна, температуры и соленость водных масс и многое другое, тогда как аэроснимки дают только некоторое представление о состоянии и различии поверхностных вод и выделяют зоны малых глубин);
• показывать распространение явлений, не воспринимаемых нашими органами чувств (например, магнитное склонение, аномалии силы тяжести и т. п.), и делать наглядными связи и отношения, недоступные непосредственному восприятию (например, связи между источниками сырья и предприятиями по его переработке);
• исключать стороны, частности и детали явлений, малозначимые при конкретном назначении карты, и выделять их общие и существенные признаки (например, характеризовать на картах мелкого масштаба населенные пункты по численности населения и административному значению, отказываясь от передачи их планировки), т. е. прибегать к абстракции;
• отображать процессы (например, морские течения), перемещения (например, грузопотоки, перелеты птиц), ход во времени (например, сезонные явления в природе) и в известной мере развитие явлений (например, динамику населения и его различных групп), т. е. вводить в карты чертвертое измерение - время.

Весьма существен процесс отбора и обобщения изображаемых явлений, который принято называть картографической генерализацией. Эффект генерализации наглядно проявляется при сравнении карт разного масштаба, изображающих одну и ту же местность. По мере уменьшения масштабов рисунок местности становится более мелким и потому трудно читаемым. Для сохранения наглядности изображения необходимо устранить второстепенные объекты местности, а также обобщить и обеспечить выразительную передачу ее основных типических черт и характерных особенностей. Генерализация во многом обусловливается мастшабом карты. Например, изображение 1 км² местности занимает в масштабе 1 : 1 000-1 м², в 1 : 10 000- 1 дм², в 1 : 100 000-1 см², в 1 : 1 000 000-1 мм². Изобразить местность во всех этих масштабах с одинаковой подробностью и насыщенностью невозможно. Однако главный фактор генерализации не в ограничении места и не в графических возможностях карт. Направление и степень генерализации определяются назначением карты, в соответствии с которым устанавливаются относительное значение и подробность показываемых на ней явлений, система картографических знаков и т. п.

Если учесть, что сам масштаб карты является в первую очередь функцией ее назначения, то назначение карты предстанет как ведущий фактор генерализации (Генерализация свойственна также другим изображениям местности: фотоснимкам, художественным пейзажам и т. п., но там она осуществляется на иных основаниях. Например, среди факторов, определяющих степень генерализации пейзажа, большое значение имеет удаленность предмета от зрителя. Одни и те же предметы будут различно генерализованы, будут терять четкость, детальность и яркость в соответствии с тем, на каком плане (ближнем или дальнем) они расположены.). Другие факторы генерализации будут рассмотрены в § 6.1.

Таким образом, генерализация сохраняет на карте лишь те явления, которые важны в практическом или теоретическом отношении; она сосредоточивает внимание на передаче наиболее значимых типических черт и определяющих особенностей, позволяет отличать на картах главное от второстепенного, находить в единичных объектах общие свойства и т. д., т. е. служит средством абстракции и познания. Генерализация придает картам новое качество.

Системное отображение действительности на картах основано на внедрении в картографию системного подхода, при котором картографируемые явления рассматриваются либо как геосистемы, т. е. территориальные природные и социально-экономические комплексы различного ранга (соподчиненности) и различной пространственной размерности, либо как элементы таких геосистем. Системный подход предполагает не только отображение элементов комплекса, их свойств и состояния, но также учет взаимосвязей и функционирования элементов при взгляде на комплексы как компоненты системы более высокого уровня. Все это позволяет глубже осмысливать содержание карт, его ведущие элементы,. взаимосвязи, оценивать (или устанавливать) характерные показатели, меру генерализации, разумеется, в зависимости от назначения конкретных карт.

Наконец, более полному пониманию существа географических карт способствует взгляд на них как на модели, т. е. построения, воспроизводящие некоторые стороны действительности в упрощенной, схематизированной, доступной обозрению форме с целью получения о них новых знаний.

Из анализа основных принципов построения карт следует, что карты образуют плоские пространственные, математически определенные образно-знаковые модели действительности. Они отображают пространство картографируемых явлений - их пространственные отношения, структуру и формы, используя для этого особый язык - символику картографических знаков. Благодаря генерализации в картах воплощаются характерные признаки моделей вообще - избирательный подход и обобщение. Карты ограничивают свое содержание определенными явлениями, передают лишь некоторые их свойства и связи, широко используют упрощения и упорядочение характеристик. Системный принцип определяет структурный и пространственный уровень моделирования. Подобно другим моделям, карты могут включать в свое содержание весьма различные явления: конкретные (например, населенные пункты) и абстрактные (плотность населения), реальные (речную сеть) и предполагаемые (проектируемую сеть орошения). Введение в карты четвертого измерения - времени позволяет рассматривать их в качестве пространственно-временных моделей.

Эти соображения приводят к компактному пониманию географических карт как плоских образно-знаковых пространственно-временных моделей геосистем и (или) их элементов. Стандарт картографических терминов определяет карту иначе (по стилю небезупречно) как построенное в картографической проекции, уменьшенное, обобщенное изображение поверхности Земли, поверхности другого небесного тела или внеземного пространства, показывающее расположенные на них объекты в изобранной системе условных знаков. Это определение распространяет картографирование на небесные тела (что целесообразно), но по изжившему себя стереотипу ограничивает картографирование поверхностями и находящимися на них объектами.

Карты лика Земли, изображающие ее поверхность и расположенные на ней объекты - воды, растительный покров и грунты, населенные пункты и пути сообщения, государственные и административные границы и т. д., принято называть общегеографическими. В их число входят топографические карты - подробные изображения местности.

Существует множество других карт, которые передают относительно подробно и обстоятельно какой-либо элемент (или элементы), входящий в содержание общегеографической карты (например, растительность), или показывают разнообразные природные или общественные явления, отсутствующие на общегеографических картах (например, геологическое строение земной коры, климат, плотность населения и т. п.). Эти карты называются тематическими. Как отмечалось, они могут изображать любые явления на земной поверхности и вне ее (например, ветры на высоте 4 км, глубинные температуры моря и т. д.).