مقیاس نقشه، سیستم های مختصات، و پیش بینی های نقشه

مقیاس نقشه

دنیا جای بزرگی است… واقعاً بزرگ. یکی از چالش‌های پشت نقشه‌برداری جهان و ویژگی‌ها، الگوها و فرآیندهای ساکن آن، کاهش آن به اندازه قابل مدیریت است. منظور از “قابل مدیریت” دقیقاً قابل بحث است و تا حد زیادی به هدف و نیازهای نقشه در دست بستگی دارد. با این وجود، همه نقشه‌ها جهان و ویژگی‌های جغرافیایی مورد علاقه‌اش را تا حدی کاهش می‌دهند یا کوچک می‌کنند. مقیاس نقشه به عامل کاهش جهان اشاره دارد به طوری که بر روی نقشه قرار می گیرد.

مقیاس نقشه را می توان با متن، گرافیک یا ترکیبی از این دو نشان داد. به عنوان مثال، دیدن «یک اینچ نشان دهنده یک کیلومتر» یا چیزی مشابه نوشته شده بر روی نقشه معمول است تا به کاربران نقشه ایده ای از مقیاس نقشه ارائه دهد. مقیاس نقشه را می توان به صورت گرافیکی با چیزی که نوار مقیاس نامیده می شود به تصویر کشید. نوارهای مقیاس معمولاً در نقشه‌های مرجع استفاده می‌شوند و به کاربران نقشه این امکان را می‌دهند که فواصل بین مکان‌ها و ویژگی‌ها را بر روی نقشه تقریبی کنند و همچنین یک ایده کلی از مقیاس نقشه به دست آورند.

کسر نماینده (RF) مقیاس را به عنوان یک نسبت ساده توصیف می کند. صورت که همیشه روی یک تنظیم می شود (یعنی 1)، نشان دهنده فاصله نقشه و مخرج نشان دهنده فاصله زمین یا “دنیای واقعی” است. یکی از مزایای استفاده از کسر نماینده برای توصیف مقیاس، خنثی بودن آن است. به عبارت دیگر می توان از هر واحد اندازه گیری برای تفسیر مقیاس نقشه استفاده کرد. نقشه ای با RF 1:10000 در نظر بگیرید. این بدان معناست که یک واحد روی نقشه نشان دهنده 10000 واحد روی زمین است. چنین واحدهایی می توانند اینچ، سانتی متر یا حتی طول مداد باشند. واقعا مهم نیست

مقیاس های نقشه را می توان به عنوان “کوچک” یا “بزرگ” نیز توصیف کرد. چنین توصیفاتی معمولاً با ارجاع به کسرهای معرف و میزان جزئیات نشان داده شده بر روی نقشه انجام می شود. برای مثال، نقشه ای با RF 1:1000 در مقایسه با نقشه ای با RF 1:1000000 (یعنی 1:1000 > 1:1000000) یک نقشه در مقیاس بزرگ در نظر گرفته می شود. علاوه بر این، در حالی که نقشه در مقیاس بزرگ جزئیات بیشتر و مساحت کمتر را نشان می دهد، نقشه مقیاس کوچک منطقه بیشتر اما جزئیات کمتری را نشان می دهد. واضح است که تعیین آستانه برای نقشه های کوچک یا بزرگ تا حد زیادی یک قضاوت است.

همه نقشه ها دارای یک مقیاس هستند، خواه به طور رسمی بیان شده باشد یا نه. اگرچه برخی می‌گویند که نقشه‌های آنلاین و GIS «بدون مقیاس» هستند، زیرا ما می‌توانیم به دلخواه بزرگ‌نمایی کنیم، اما احتمالاً دقیق‌تر است که بگوییم GIS و فناوری نقشه‌برداری مرتبط چند مقیاسی هستند. درک مقیاس نقشه و تأثیر کلی آن بر نحوه نمایش زمین و ویژگی های آن، بخش مهمی از ساخت نقشه و GIS است.

دستگاه های مختصات

همانطور که همه نقشه ها دارای مقیاس نقشه هستند، همه نقشه ها دارای مکان هستند. سیستم های مختصات چارچوب هایی هستند که برای تعریف موقعیت های منحصر به فرد استفاده می شوند. به عنوان مثال، در هندسه از مختصات x (افقی) و y (عمودی) برای تعریف نقاط روی صفحه دو بعدی استفاده می کنیم. سیستم مختصاتی که بیشتر برای تعیین مکان‌های روی زمین سه‌بعدی استفاده می‌شود، سیستم مختصات جغرافیایی (GCS) نامیده می‌شود و بر اساس یک کره یا کروی است. کروی (معروف به بیضی) به سادگی کره ای است که کمی پهن تر از بلندی آن است و به شکل واقعی زمین نزدیک تر است. کره ها معمولاً به عنوان مدل های زمین برای سادگی استفاده می شوند.

واحد اندازه گیری در GCS درجه است و مکان ها با طول و عرض جغرافیایی مربوطه در GCS تعریف می شوند. عرض جغرافیایی نسبت به خط استوا در صفر درجه اندازه گیری می شود که حداکثر آن نود درجه شمالی در قطب شمال یا نود درجه جنوب در قطب جنوب است. طول جغرافیایی نسبت به نصف النهار اول در صفر درجه، با حداکثر 180 درجه غربی یا 180 درجه شرقی اندازه گیری می شود.

توجه داشته باشید که طول و عرض جغرافیایی را می توان در درجه-دقیقه-ثانیه (DMS) یا بر حسب درجه اعشار (DD) بیان کرد. هنگام استفاده از درجه اعشار، عرض جغرافیایی بالای خط استوا و طول‌های شرقی نصف النهار اول مثبت و طول‌های جغرافیایی زیر خط استوا و طول‌های جغرافیایی غرب نصف النهار اول منفی هستند (برای مثال به جدول زیر مراجعه کنید).

تبدیل از DMS به DD یک تمرین نسبتا ساده است. به عنوان مثال، از آنجایی که در یک درجه شصت دقیقه وجود دارد، می توانیم 118 درجه و 15 دقیقه را به 118.25 (118 + 15/60) تبدیل کنیم. توجه داشته باشید که جستجوی آنلاین عبارت “تبدیل مختصات” چندین ابزار تبدیل مختصات را نشان می دهد.

وقتی می‌خواهیم چیزهایی مانند کوه‌ها، رودخانه‌ها، خیابان‌ها و ساختمان‌ها را ترسیم کنیم، باید مشخص کنیم که خطوط عرض و طول جغرافیایی چگونه روی کره قرار گرفته و قرار می‌گیرند. یک داده در خدمت این هدف است و دقیقاً جهت و مبدا خطوط عرض و طول جغرافیایی نسبت به مرکز زمین یا کروی را مشخص می کند.

بسته به نیاز، موقعیت و مکان، چندین مبنا برای انتخاب وجود دارد. به عنوان مثال، داده‌های محلی سعی می‌کنند کروی را با سطح زمین در یک ناحیه محلی نزدیک کنند و مختصات محلی دقیق را برگردانند. یک داده محلی رایج که در ایالات متحده استفاده می شود NAD83 نامیده می شود (به عنوان مثال، داده آمریکای شمالی در سال 1983). برای مکان‌هایی در ایالات متحده و کانادا، NAD83 موقعیت‌های نسبتاً دقیقی را برمی‌گرداند، اما دقت موقعیت در خارج از آمریکای شمالی بدتر می‌شود.

داده جهانی WGS84 (یعنی سیستم ژئودتیک جهانی 1984) از مرکز زمین به عنوان مبدأ GCS استفاده می کند و برای تعیین مکان ها در سراسر جهان استفاده می شود. از آنجایی که مبدأ از مرکز زمین به عنوان مبدأ استفاده می‌کند، اندازه‌گیری‌های مکانی صرف نظر از جایی که روی زمین به‌دست می‌آیند، سازگارتر هستند، اگرچه ممکن است دقت کمتری نسبت به اندازه‌گیری‌های ارائه‌شده توسط یک مبدأ محلی داشته باشند. توجه داشته باشید که تغییر بین داده ها مختصات (یعنی طول و عرض جغرافیایی) را برای همه مکان های مورد علاقه تغییر می دهد.

پیش بینی های نقشه

قبلاً متوجه شدیم که زمین واقعاً بزرگ است. نه تنها بزرگ است، بلکه یک شکل کروی گرد بزرگ به نام کروی است. یک کره یک نمایش بسیار معمول و بسیار خوب از کره زمین سه بعدی است. اما یکی از مشکلات کره‌ها این است که خیلی قابل حمل نیستند (یعنی نمی‌توانید یک کره را تا کنید و در جیب خود قرار دهید)، و مقیاس کوچک آنها باعث استفاده عملی محدود آنها می‌شود (یعنی جزئیات جغرافیایی قربانی می‌شود. ). برای غلبه بر این مسائل، لازم است شکل سه بعدی زمین را به یک سطح دو بعدی مانند یک تکه کاغذ صاف، صفحه کامپیوتر یا نمایشگر دستگاه تلفن همراه تبدیل کنیم تا بتوان فرم های نقشه و مقیاس های نقشه مفیدتر را به دست آورد. پیش بینی نقشه را وارد کنید.

پیش بینی نقشه به روش ها و روش هایی اشاره دارد که برای تبدیل زمین سه بعدی کروی به سطوح مسطح دو بعدی استفاده می شود. به طور خاص، پیش بینی های نقشه فرمول های ریاضی هستند که برای ترجمه طول و عرض جغرافیایی در سطح زمین بهمختصات x و y در یک صفحه استفاده می شوند. از آنجایی که روش های بی نهایتی برای انجام این ترجمه وجود دارد، تعداد بی نهایت پیش بینی نقشه وجود دارد. ریاضیات پشت پیش‌بینی نقشه‌ها فراتر از محدوده این مرور مقدماتی است (اما ر. 1998. استفاده از نقشه . مدیسون، WI: انتشارات JP.و برای سادگی، بحث زیر بر توصیف انواع پیش‌بینی‌های نقشه، اعوجاج‌های ذاتی پیش‌بینی‌های نقشه، و انتخاب پیش‌بینی‌های نقشه مناسب تمرکز دارد.

برای نشان دادن مفهوم طرح ریزی نقشه، تصور کنید که یک لامپ را در مرکز یک کره نیمه شفاف قرار می دهیم. بر روی کره زمین خطوطی از قاره ها و خطوط طول و عرض جغرافیایی به نام graticule وجود دارد. وقتی لامپ را روشن می کنیم، طرح کلی قاره ها و حفره به صورت سایه روی دیوار، سقف یا هر سطح مجاور دیگری نمایان می شود. این همان چیزی است که از “طراحی نقشه” استفاده می شود.

در قلمرو نقشه‌ها و نقشه‌برداری، سه سطح برای پیش‌بینی نقشه‌ها استفاده می‌شود (یعنی سطوحی که سایه‌های گراتیکول را بر روی آنها می‌تابانیم). این سطوح صفحه، استوانه و مخروط هستند. با اشاره مجدد به مثال قبلی یک لامپ در مرکز یک کره، توجه داشته باشید که در طول فرآیند طرح ریزی، ما می توانیم هر سطح را به روش های مختلف قرار دهیم. به عنوان مثال، سطوح می توانند بر روی کره زمین در امتداد استوا یا قطب ها مماس باشند، می توانند از سطح عبور کنند یا سطح را قطع کنند، و می توانند در هر تعداد زاویه جهت گیری شوند.

در واقع، قراردادهای نامگذاری برای بسیاری از پیش بینی های نقشه شامل سطح و همچنین جهت آن است. به عنوان مثال، همانطور که از نام آن پیداست، برجستگی های “مسطح” از صفحه استفاده می کنند، برجستگی های “استوانه ای” از استوانه ها و برجستگی های “مخروطی” از مخروط استفاده می کنند. برای برجستگی های استوانه ای، جنبه “عادی” یا “استاندارد” به زمانی اشاره دارد که استوانه مماس بر استوا باشد (یعنی محور استوانه جهت شمال به جنوب باشد). هنگامی که محور استوانه کاملاً جهت شرق-غرب باشد، این وجه “عرضی” نامیده می شود و تمام جهت های دیگر به عنوان “مورب” نامیده می شوند. صرف نظر از جهت یا سطحی که یک طرح بر روی آن استوار است، تعدادی اعوجاج معرفی می شود که بر انتخاب طرح ریزی نقشه تأثیر می گذارد.

هنگام حرکت از سطح سه بعدی زمین به صفحه دو بعدی، اعوجاج نه تنها ایجاد می شود بلکه اجتناب ناپذیر است. به طور کلی، پیش‌بینی‌های نقشه باعث ایجاد اعوجاج در فاصله، زوایا و نواحی می‌شوند. بسته به هدف نقشه، باید یک سری مبادلات با توجه به چنین تحریفاتی انجام شود.

پیش بینی های نقشه ای که به طور دقیق فواصل را نشان می دهند، به عنوان پیش بینی های هم فاصله شناخته می شوند. توجه داشته باشید که فواصل فقط در یک جهت صحیح هستند، معمولاً از شمال به جنوب می‌روند و در همه جای نقشه صحیح نیستند. نقشه‌های هم‌فاصله اغلب برای نقشه‌های مقیاس کوچک که مناطق وسیعی را پوشش می‌دهند استفاده می‌شوند، زیرا این نقشه‌ها به خوبی شکل ویژگی‌های جغرافیایی مانند قاره‌ها را حفظ می‌کنند.

نقشه هایی که زوایای بین مکان ها را نشان می دهند، که به آنها یاتاقان ها نیز گفته می شود، مطابق نامیده می شوند. به دلیل اهمیت حفظ یاتاقان یا هدینگ هنگام سفر در مسافت‌های زیاد، پیش‌بینی‌های نقشه منسجم برای اهداف ناوبری استفاده می‌شوند. هزینه حفظ یاتاقان ها این است که مناطق در پیش بینی های نقشه منسجم کاملاً تحریف می شوند. اگرچه شکل‌ها کم و بیش در مناطق کوچک حفظ می‌شوند، اما در مقیاس‌های کوچک، نواحی به شدت منحرف می‌شوند. برجستگی مرکاتور نمونه‌ای از برجستگی منسجم است و به دلیل تحریف گرینلند مشهور است.

همانطور که از نام آن مشخص است، مساحت مساوی یا پیش بینی های معادل، کیفیت مساحت را حفظ می کند. چنین پیش‌بینی‌هایی در مواقعی که اندازه‌گیری‌های دقیق یا مقایسه‌های توزیع‌های جغرافیایی ضروری است (به عنوان مثال، جنگل‌زدایی، تالاب‌ها) کاربرد خاصی دارند. در تلاش برای حفظ تناسبات واقعی در سطح زمین، برخی مواقع بسته به جهت برآمدگی، ویژگی ها فشرده یا کشیده می شوند. علاوه بر این، چنین پیش بینی ها فاصله ها و همچنین روابط زاویه ای را مخدوش می کنند.

همانطور که قبلا ذکر شد، از نظر تئوری تعداد بی نهایتی از پیش بینی های نقشه برای انتخاب وجود دارد. یکی از ملاحظات کلیدی در پس انتخاب طرح ریزی نقشه، کاهش میزان اعوجاج است. شیء جغرافیایی مورد نقشه برداری و مقیاس مربوطه که نقشه در آن ساخته خواهد شد نیز عوامل مهمی هستند که باید در مورد آنها فکر کرد. به عنوان مثال، نقشه‌های قطب شمال و جنوب معمولاً از پیش‌بینی‌های مسطح یا ازیموتال استفاده می‌کنند و پیش‌بینی‌های مخروطی برای مناطق عرض جغرافیایی میانی زمین مناسب‌تر هستند. ویژگی هایی که از شرق به غرب امتداد دارند، مانند کشور روسیه، به خوبی با برجستگی استوانه ای استاندارد نشان داده می شوند، در حالی که کشورهایی که جهت شمال-جنوب هستند (به عنوان مثال، شیلی، نروژ) با استفاده از یک برآمدگی عرضی بهتر نشان داده می شوند.

اگر پیش‌بینی نقشه ناشناخته باشد، گاهی اوقات می‌توان با کار کردن به عقب و بررسی دقیق ماهیت و جهت گرتیکول (یعنی شبکه طول و عرض جغرافیایی)، و همچنین درجات مختلف اعوجاج، آن را شناسایی کرد. واضح است که در هر نقشه مبادلاتی با توجه به اعوجاج وجود دارد. هیچ قانون سخت و سریعی وجود ندارد که کدام تحریف ها بر دیگران ارجحیت دارند. بنابراین، انتخاب طرح ریزی نقشه تا حد زیادی به هدف نقشه بستگی دارد.

در محدوده GIS، دانستن و درک پیش بینی های نقشه بسیار مهم است. به عنوان مثال، برای انجام یک تحلیل همپوشانی مانند آنچه قبلا توضیح داده شد، همه لایه های نقشه باید در یک طرح قرار گیرند. در غیر این صورت، ویژگی های جغرافیایی به درستی تراز نمی شوند و هر گونه تحلیل انجام شده نادرست و نادرست خواهد بود. بیشتر GISها شامل توابعی برای کمک به شناسایی پیش بینی های نقشه و همچنین تبدیل بین پیش بینی ها به منظور همگام سازی داده های مکانی هستند. با وجود قابلیت‌های فناوری، آگاهی از پتانسیل‌ها و مشکلاتی که پیش‌بینی‌های نقشه را احاطه کرده‌اند، ضروری است.