О картографических проекциях

Независимо от того, представляете ли вы Землю в виде сферы или сфероида, ее трехмерную поверхность необходимо преобразовать в плоский лист карты. Это преобразование, выполняемое по математическим законам, называется картографической проекцией. Одним из простых способов понимания того, как картографические проекции изменяют пространственные свойства, является визуализация проекции света сквозь Землю на поверхность, которая называется проекционной поверхностью. Представьте чистую поверхность Земли с нанесенной на нее градусной сеткой. Оберните кусок бумаги вокруг Земли. Источник света в центре Земли отбросит тени от сетки координат на кусок бумаги. Вы можете теперь развернуть бумагу и положить ее на плоскость. Форма координатной сетки на плоской поверхности бумаги очень отличается от ее формы на поверхности Земли. Картографическая проекция исказила градусную сетку.

Спроецировать сфероид на плоскость нисколько не легче, чем разложить на ней кусок апельсиновой кожуры – он будет разорван. При отображении Земной поверхности в двухмерном пространстве искажается форма, площадь, длина или направление объектов.

Картографическая проекция использует математические формулы для связи сферических координат на глобусе с плоскими координатами.

Различные проекции имеют разные типы искажений. Некоторые проекции разработаны с учетом минимизации искажений одной или двух характеристик данных. Проекция может сохранять площадь пространственного объекта, но изменять его форму. На рисунке ниже объекты вблизи полюсов вытянуты.

На схеме ниже показаны трехмерные пространственные объекты, сжатые для их отображения на плоской поверхности.

Картографические проекции предназначены для определенных целей. Одна картографическая проекция может использоваться для данных большого масштаба в ограниченной области, а другая – для карт мира маленького масштаба. Картографические проекции, используемые для мелкомасштабных карт, обычно основаны на сферических, а не сфероидальных географических системах координат.

Равноугольные проекции

Равноугольные проекции сохраняют без искажений малые локальные формы. Для сохранения отдельных углов, описывающих пространственные отношения, равноугольная проекция должна также представлять линии картографической сетки пересекающимися под углом 90° на карте. Это достигается с помощью сохранения всех углов. Недостаток заключается в том, что площадь, ограниченная рядом кривых, может быть в процессе преобразования значительно искажена. Все картографические проекции искажают форму больших объектов на земной поверхности.

Равновеликие проекции

Равновеликие проекции сохраняют площадь изображаемых объектов. Это достигается за счет искажения других свойств, таких как форма, углы и масштаб. В равновеликих проекциях параллели и меридианы могут не пересекаться под правильными углами. В некоторых случаях, особенно на картах небольших территорий, искажение форм не является очевидным, и очень трудно отличить равноугольную проекцию от равновеликой, если только она не была соответствующим образом определена по документации или путем измерений.

Равнопромежуточные проекции

Карты в равнопромежуточных проекциях сохраняют расстояния между определенными точками. Правильный масштаб не сохраняется никакой проекцией на всей карте, однако, в большинстве случаев существует одна или более линий на карте, вдоль которых масштаб сохраняется постоянным. В большинстве равнопромежуточных проекций есть одна или несколько линий, длина которых на карте равна (в масштабе карты) длине соотносимой с нею линии на глобусе, независимо от того, является ли эта линия большой или малой окружностью, прямой или кривой линией. О таких расстояниях говорят, что они истинные. Например, в Синусоидальной проекции экватор и все параллели имеют свою истинную длину. В других равнопромежуточных проекциях могут быть истинными экватор и все меридианы. Иные проекции (например, равнопромежуточная проекция двух точек) показывают истинный масштаб между одной или двумя точками и каждой другой точкой на карте. Необходимо иметь в виду, что ни одна проекция не бывает равнопромежуточной по отношению ко всем точкам на карте.

Более подробно о синусоидальной проекцииБолее подробно о двухточечной равнопромежуточной проекции

Азимутальные проекции (истинного направления)

Кратчайший путь между двумя точками на сферической поверхности, такой как поверхность Земли, пролегает вдоль сферического эквивалента прямой линии на плоской поверхности. Это большая окружность, на которой лежат две точки. Проекции истинного направления, или азимутальные проекции, используются для сохранения некоторых кривых, описывающих большие окружности, и придают правильные азимутальные направления всем точкам на карте относительно центра. Некоторые проекции этого типа являются также равноугольными, равновеликими или равнопромежуточными.