Марк Монмонье - Все географические карты лгут

Карты из интернета и работающие в них приложения формируют еще один вид масштаба: это изменяемый масштаб, управление которым происходит с помощью изменения фокусного расстояния либо интерактивных кнопок, которые меняют размер изображения. Увеличение фокусного расстояния позволяет показать на карте бо́льшую площадь при меньшей детализации изображения, уменьшение фокусного расстояния уменьшает площадь охвата, но представляет гораздо больше деталей.

Картографические проекции, которые трансформируют искривленную трехмерную поверхность нашей планеты в плоскую двухмерную, способны сильно искажать масштаб карты. Если глобус может представлять собой настоящую модель Земли с постоянным масштабом во всех точках и на всех направлениях, то плоская карта растягивает одни расстояния и сокращает другие, при этом масштаб карты в разных точках будет разный. Например, линейная шкала, которая иногда помещается в правом нижнему углу онлайн-карты, может давать серьезные ошибки, когда пользователь уменьшает масштаб карты, чтобы показать целый континент. Более того, масштаб в каждой отдельной точке изменяется в зависимости от направления.

Проекция карты мира на рис. 2.2 иллюстрирует сильные искажения масштаба, которые обычно обнаруживаются на картах, изображающих большие территории. В данном случае масштаб карты постоянен в районе экватора и меридианов, которые представлены как прямые линии, перпендикулярные экватору и идущие от Северного к Южному полюсу. (Если для вас непонятны термины параллель, меридиан, широта и долгота, вам полезно посмотреть базовые географические определения в приложении.) Поскольку у меридианов тот же масштаб, что и у экватора, то каждый меридиан (если представить себе, что Земля является идеальным шаром) по своей длине равен половине экватора. Поскольку на протяжении всех меридианов масштаб остается постоянным, на карте параллели представлены на равном удалении друг от друга и разделены 30° широты. На данной карте все параллели имеют равную длину, хотя в действительности на нашей планете длина параллелей уменьшается от экватора к полюсам. Более того, здесь проекция «растягивает» полюса из точек, не имеющих длины, в линии, равные по протяженности экватору. Масштаб в направлении север – юг постоянен, однако в направлении восток – запад он увеличивается вдвое по сравнению с первым на уровне 60° северной и 60° южной широты и до бесконечности на уровне полюсов.

Пропорциональная шкала обычно определяет способность карт к изображению деталей местности. Однако этот масштаб, строго говоря, действует в отношении всего нескольких линий на карте. Например, на рис. 2.2 он действует только на экваторе и меридианах. Большинство карт не предупреждает нас, что использование пропорциональной шкалы для перевода расстояний между символами на карте в расстояния между реальными точками на поверхности Земли почти всегда дает ошибочный результат. Карта на рис. 2.2, например, значительно увеличивает расстояние между Чикаго и Стокгольмом, которые находятся на большом удалении к северу от экватора. Картографы мудро избегают снабжения карт мира графическими шкалами, которые могут еще сильнее искажать подлинную картину. И наоборот, искажения расстояний в зависимости от масштаба обычно почти незаметны на крупномасштабных картах, где изображаемая площадь сравнительно мала.

Рис. 2.3 помогает понять значение и пределы использования пропорциональной шкалы в картах мира в виде двухступенчатого процесса. На первом этапе Земля предстает в виде шара, в котором шкала отношений действует везде и в любых направлениях. На втором этапе символы с глобуса проецируются на разворачиваемую поверхность, представляющую собой плоскость, конус или цилиндр, которые связаны с глобусом в какой-то точке или по одной или двум эталонным линиям. На плоских картах масштаб постоянен только в районе этих эталонных линий. На рис. 2.2 изображена цилиндрическая проекция, называемая плоской картой (plane chart), где эталонной линией служит экватор, а меридианы показывают истинный масштаб.

Как правило, искажения масштаба возрастают по мере удаления от эталонной линии. Обычные развертываемые поверхности — плоскость, конус и цилиндр – позволяют картографу уменьшить искажения, сделав центром проекции тот район, который изображается на карте. В картах мира обычно используется цилиндрическая проекция с центром на экваторе. На рис. 2.4 изображена секущая цилиндрическая проекция, которая прорезает земной шар по двум эталонным линиям, и касательная проекция, которая только касается его поверхности по одной эталонной линии. Средний уровень искажений в секущей проекции меньше, поскольку средняя точка в ней ближе к одной из стандартных линий. Конические проекции хорошо подходят для карт, показывающих большие территории в средних широтах, например Северную Америку, Европу или Россию. При этом секущие конические проекции дают меньше искажений, чем касательные конические проекции. Азимутальные проекции проецируют картографические данные на плоскую поверхность, касающуюся поверхности Земли. Обычно они используются для составления карт полярных районов планеты.

Рис. 2.2. Экваториальная цилиндрическая проекция с подлинными меридианами

Для отображения выбранной поверхности составитель карт может воспользоваться любой из проекций, каждая из которых будет характеризоваться собственным уровнем искажений. Некоторые проекции, называемые эквивалентными или равновеликими, позволяют картографам сохранять реальные относительные размеры территорий. Так, если на земном шаре Южная Америка в восемь раз больше Гренландии, то и на эквивалентной проекции она тоже будет в восемь раз больше. На рис. 2.5 показаны два способа уменьшить искажения, возникающие на обычной плоской карте (изображенной на рис. 2.2). Изображенная в верхней части рисунка равновеликая цилиндрическая проекция компенсирует огромные искажения в полярных районах, уменьшая расстояния между параллелями по мере того, как увеличивается расстояние от них до экватора. Напротив, изображенная внизу синусоидальная проекция отображает подлинный масштаб вдоль экватора и других параллелей, а также центрального меридиана и в то же время сближает меридианы по мере их приближения к полюсам, компенсируя таким образом искажения, которые возникли бы в противном случае. Искажения являются наименьшими в районе пересечения экватора и центрального меридиана и нарастают по мере приближения этих осей к границам проекции. Несмотря на то что географические объекты в этих «углах» приобретают очень странную конфигурацию, площади континентов и стран, а также промежутков между соседними параллелями сохраняют правильное пропорциональное соотношение.