155KAR1 Kartografie 1

Z GeoWikiCZ
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání

Základní údaje o předmětu

  • Aktuální a kompletní informace jsou na této stránce
  • Kód předmětu: 155KAR1
  • Garant předmětu:

prof. Ing. Jiří Cajthaml, Ph.D.

  • Přednášející:

prof. Ing. Jiří Cajthaml, Ph.D.

  • Rozsah: 2+2
  • Počet kreditů: 5
  • Ukončení: z,zk

Anotace

Význam matematické kartografie. Referenční plochy a souřadnicové soustavy. Kartografická zkreslení. Klasifikace kartografických zobrazení. Zobrazení elipsoidu na kouli. Jednoduchá zobrazení kuželová, válcová a azimutální. Nepravá, polykónická, polyedrická a obecná zobrazení. Přehled zobrazení užitých na území ČR a ve světě. Volba, identifikace a hodnocení zobrazení. Referenční souřadnicové systémy v GIS.

Harmonogram přednášek

Přednáší prof. Ing. Jiří Cajthaml, Ph.D.

pondělí 12:00 C221

datum náplň přednášek
20.2. Význam matematické kartografie. Referenční plochy. Souřadnicové soustavy. Důležité křivky. (PDF)
27.2. Kartografická zobrazení. Délkové zkreslení. Podmínky konformity. Zkreslení azimutu a úhlu. Hlavní paprsky. Plošné zkreslení. Zkreslení při známých hlavních paprscích. (PDF)
6.3. Klasifikace zobrazení. Jednoduchá zobrazení. Zobrazení elipsoidu na kouli. (PDF)
13.3. Kuželová zobrazení ekvidistantní, ekvivalentní, konformní. (PDF)
20.3. Válcová zobrazení ekvidistantní, ekvivalentní, konformní. Válcové projekce. Azimutální zobrazení. Azimutální projekce. (PDF)
27.3. Zobrazení použitá na území ČR. Cassiniho zobrazení. Křovákovo zobrazení. (PDF)
3.4. Zobrazení použitá na území ČR. Gaussovo zobrazení elipsoidu v poledníkových pásech. Zobrazení UTM. (PDF)
5.4. Nepravá zobrazení kuželová, azimutální a válcová. Jejich modifikace. (PDF)
17.4. Polykónická zobrazení. Neklasifikovaná zobrazení. Polyedrické aplikace. (PDF)
24.4. Volba, užití a identifikace zobrazení. Hodnocení zobrazení. Kritéria pro optimalizaci zobrazení. (PDF)
2.5. Referenční souřadnicové systémy v GIS. Systém JTSK/05. Přehled v praxi užívaných zobrazení. Transformace rovinných souřadnic. (PDF)
15.5. Výuka v terénu


Literatura :

  • Buchar P.: Matematická kartografie (skriptum)
  • Fiala F.: Matematická kartografie (učebnice)
  • Hojovec a kol.: Kartografie (učebnice)

Program cvičení

datum náplň cvičení
23.2. zadání 1. úlohy
2.3. konzultace
9.3. zadání 2. úlohy
16.3. konzultace
23.3. konzultace
30.3. zadání 3. úlohy
6.4. děkanské volno
13.4. test z úloh 1+2
20.4. odpadá
27.4. zadání 4. úlohy
4.5. konzultace
11.5. test úloh 3+4
18.5. výuka v terénu


Každá úloha bude obsahovat :

  • zadání
  • matematickou formulaci
  • výpočty včetně potřebných mezivýpočtů
  • zdrojové kódy skriptů
  • obrazové přílohy
  • přehledný souhrn výsledků v tabulkách
  • zhodnocení výsledků a závěr

Úlohy nesprávně numericky vyřešené či nedbale vyhotovené nebudou přijaty. Úlohy 1+2, 3+4 se po ukončení testují. Pro udělení zápočtu je nezbytně nutné odevzdání všech úloh a úspěšné vykonání požadovaných testů.

Literatura je uvedená v harmonogramu přednášek.

Zadání cvičení

ÚLOHA 1 - Loxodroma a ortodroma

Vypočítejte zeměpisné souřadnice mezilehlých bodů loxodromy a ortodromy dané koncovými body a na referenční kouli. Jako interval mezilehlých bodů použijte zeměpisné délky.

Proveďte zákres obou křivek v následujících kartografických zobrazeních. Jako podklad použijte síť poledníků a rovnoběžek vygenerovanou skriptem v prostředí MATLAB (ukázka).

* Válcové konformní zobrazení s jednou nezkreslenou rovnoběžkou (Mercatorovo)


* Azimutální gnómonická projekce


* Válcová stereografická projekce

* Mercator-Sansonovo nepravé válcové sinusoidální zobrazení


Dále vypočtěte délky obou křivek. Výpočty provádějte na referenční kouli s poloměrem s přesností na úhlové vteřiny a .

Číselné zadání:

číslo
1 20 10 50 80
2 20 10 50 90
3 20 10 50 100
4 20 10 50 110
5 20 10 50 120
6 20 10 50 130
7 20 10 60 80
8 20 10 60 90
9 20 10 60 100
10 20 10 60 110
11 20 10 60 120
12 20 10 60 130
13 20 10 60 140
14 20 10 70 80
15 20 10 70 90
16 20 10 70 100
17 20 10 70 110
18 20 10 70 120
19 20 10 70 130
20 20 10 70 140
21 20 20 50 80
22 20 20 50 90
23 20 20 50 100
24 20 20 50 110
25 20 20 50 120
26 20 20 50 130
27 20 20 60 80
28 20 20 60 90
29 20 20 60 100
30 20 20 60 110
31 20 20 60 120
32 20 20 60 130
33 20 20 60 140
34 20 20 70 80
35 20 20 70 90
36 20 20 70 100
37 20 20 70 110
38 20 20 70 120
39 20 20 70 130
40 20 20 70 140

ÚLOHA 2 - Výpočet zkreslení

Je dáno zobrazení koule o poloměru R=6380 km do roviny mapy zobrazovacímí rovnicemi:

Určete souřadnice obrazu daného bodu geografické sítě. Zjistěte vlastnosti daného zobrazení. V daném bodě vypočtěte veškeré charakteristické hodnoty:

délkové zkreslení v poledníku ,

délkové zkreslení v rovnoběžce ,

úhel mezi obrazem poledníku a rovnoběžky ,

azimuty extrémního délkového zkreslení v originále , ,

azimuty extrémního délkového zkreslení v obraze , ,

hodnoty extrémních délkových zkreslení (poloosy Tissotovy indikatrix) , ,

maximální úhlové zkreslení ,

plošné zkreslení .

Vypočtené hodnoty zakreslete do Tissotovy indikatrix, která bude zobrazena ve vhodném měřítku nad geografickou sítí celého světa v daném zobrazení (interval 10 stupňů). Požadovaná přesnost výpočtu je u měřítek 6 desetinných míst, a pro úhly 1 úhlová vteřina. Číselné výsledky porovnejte s výsledky určenými v programu PROJ.4 (parametry)

Číselné zadání:

číslo
1 10 70
2 10 80
3 10 90
4 10 100
5 10 110
6 10 120
7 10 130
8 10 140
9 10 150
10 10 160
11 20 70
12 20 80
13 20 90
14 20 100
15 20 110
16 20 120
17 20 130
18 20 140
19 20 150
20 20 160
21 50 70
22 50 80
23 50 90
24 50 100
25 50 110
26 50 120
27 50 130
28 50 140
29 50 150
30 50 160

ÚLOHA 3 - Srovnání zobrazení

Pro zadané státní území vzájemně porovnejte z hlediska hodnot délkového zkreslení:

  • válcové konformní zobrazení o dvou nezkreslených rovnoběžkách (Mercatorovo)
  • stereografickou azimutální projekci s nezkreslenou rovnoběžkou

Navrhujte obecnou polohu zvolených zobrazení. Nezkreslené rovnoběžky volte tak, aby vliv délkového zkreslení ve středu území a na okraji byl v absolutní hodnotě stejný.

Vyhotovte obrázky se zákresem státních hranic a zeměpisné sítě.

Rozhodněte, kolik bude zapotřebí souřadnicových soustav za podmínky, že vliv délkového zkreslení nepřekročí 20 cm/km.

V uvedených řešeních uvažujte referenční kouli. Výpočet zkreslení proveďte s přesností 6 desetinných míst, úhlové výpočty na minuty (na km v délce po povrchu Země).

Shapefile se zeměpisnou sítí po 1°

Geodatabáze hranic států

Doporučený postup v ArcGIS Pro pro Mercatorovo zobrazení:

  1. otevřít GDB s hranicemi států, vybrat stát a exportovat do samostatného souboru
  2. nastavit souřadnicový systém mapy v ArcGIS Pro na Mercator (world)
    1. Map - Properties - Coordinate Systems - Predefined - Projected - World - Mercator (world)
  3. vytvořit minimální ohraničující obdélník s nejmenší šířkou
    1. Geoprocessing - Minimum Bounding Geometry
    2. nastavit vstup, výstup, RECTANGLE BY WIDTH
    3. nastavit okno aplikace, aby tam byl celý stát a v Environments nastavit u Output Coordinate System "Current Map", u Processing Extent "Current Display Extent"
    4. spustit funkci
  4. získat souřadnice bodů uprostřed kratších stran (krajní body ortodromy, která prochází středem státu)
    1. vytvořit novou bodovou vrstvu, nastavit Snapping na Midpoint, vytvořit 2 body
    2. v atributové tabulce přidat sloupce fi, lambda a vypočítat souřadnice ve WGS84 pomocí Calculate geometry nad sloupcem
  5. nastavit souřadnicový systém mapy v ArcGIS Pro na Hotine (šikmé Mercatorovo zobrazení)
    1. Map - Coordinate Systems - New Projected Coordinate System - Hotine Oblique Mercator Two Point Center
    2. FE, FN nastavit na 0, doplnit zeměpisné souřadnice 2 dříve zjištěných bodů, Scale Factor nastavit 1, Latitude of Center 0
  6. vytvořit minimální ohraničující obdélník s nejmenší šířkou (znovu, tentokrát již ve správnějším souřadnicovém systému)
    1. Geoprocessing - Minimum Bounding Geometry
    2. nastavit vstup, výstup, RECTANGLE BY WIDTH
    3. nastavit okno aplikace, aby tam byl celý stát a v Environments nastavit u Output Coordinate System "Current Map", u Processing Extent "Current Display Extent"
    4. spustit funkci
  7. získat souřadnice bodů uprostřed kratších stran (krajní body ortodromy, která prochází středem státu) a v rohu
    1. vytvořit novou bodovou vrstvu, nastavit Snapping na Midpoint a Vertex, vytvořit 2 body uprostřed kratších stran a 2 v rozích
    2. v atributové tabulce přidat sloupce fi, lambda a vypočítat souřadnice ve WGS84 pomocí Calculate geometry nad sloupcem
  8. odečíst souřadnice bodu na jedné z krajních rovnoběžek (roh obdélníku)
  9. pomocí sférické trigonometrie vypočítat Š tohoto bodu
  10. vypočítat délkové zkreslení na krajní rovnoběžce (závisí pouze na Š)
  11. vypočítat kolik je potřeba souřadnicových soustav, aby zkreslení nepřesáhlo požadovanou hodnotu
  12. vytvořit mapu
    1. přidat vrstvu s podkladem, např. World Topographic Base Map
    2. přidat vrstvu se zeměpisnou sítí s vhodným intervalem
    3. mapa bude obsahovat daný stát, obdélník a 3 body
    4. vložit Layout: Insert - New Layout - A4 (na šířku nebo délku)
    5. vložit Map Frame, nadpis, měřítko, tiráž

Doporučený postup v ArcGIS Pro pro Stereografickou projekci:

  1. otevřít GDB s hranicemi států, vybrat stát a exportovat do samostatného souboru
  2. nastavit souřadnicový systém mapy v ArcGIS Pro na Mercator (world)
    1. Map - Properties - Coordinate Systems - Predefined - Projected - World - Mercator (world)
  3. vytvořit minimální ohraničující kružnici
    1. Geoprocessing - Minimum Bounding Geometry
    2. nastavit vstup, výstup, CIRCLE
    3. nastavit okno aplikace, aby tam byl celý stát a v Environments nastavit u Output Coordinate System "Current Map", u Processing Extent "Current Display Extent"
    4. spustit funkci
  4. získat souřadnice středu kružnice
    1. Geoprocessing - Feature To Point
    2. v atributové tabulce přidat sloupce fi, lambda a vypočítat souřadnice ve WGS84 pomocí Calculate geometry nad sloupcem
  5. nastavit souřadnicový systém mapy v ArcGIS Pro na Stereographic (stereografická projekce)
    1. Map - Coordinate Systems - New Projected Coordinate System - Stereographic
    2. FE, FN nastavit na 0, doplnit zeměpisné souřadnice středu, Scale Factor nastavit 1
  6. vytvořit minimální ohraničující kružnici (znovu, tentokrát již ve správnějším souřadnicovém systému)
    1. Geoprocessing - Minimum Bounding Geometry
    2. nastavit vstup, výstup, CIRCLE
    3. nastavit okno aplikace, aby tam byl celý stát a v Environments nastavit u Output Coordinate System "Current Map", u Processing Extent "Current Display Extent"
    4. spustit funkci
  7. získat souřadnice středu kružnice
    1. Geoprocessing - Feature To Point
    2. v atributové tabulce přidat sloupce fi, lambda a vypočítat souřadnice ve WGS84 pomocí Calculate geometry nad sloupcem
  8. nastavit souřadnicový systém mapy v ArcGIS Pro na Stereographic (stereografická projekce)
    1. Map - Coordinate Systems - New Projected Coordinate System - Stereographic
    2. FE, FN nastavit na 0, doplnit zeměpisné souřadnice středu, Scale Factor nastavit 1
  9. odečíst souřadnice libovolného bodu na kružnici
  10. pomocí sférické trigonometrie vypočítat Š tohoto bodu
  11. vypočítat délkové zkreslení na krajní kartografické rovnoběžce (závisí pouze na Š)
  12. vypočítat poloměr kružnice, která má přesně požadované zkreslení
  13. vytvořit mapu
    1. přidat vrstvu s podkladem, např. World Topographic Base Map
    2. přidat vrstvu se zeměpisnou sítí s vhodným intervalem
    3. mapa bude obsahovat daný stát, kružnici, střed a bod, dále požadované menší kružnice s maximálním povoleným zkreslením
    4. vložit Layout: Insert - New Layout - A4 (na šířku nebo délku)
    5. vložit Map Frame, nadpis, měřítko, tiráž


Konkrétní zadání:

číslo stát
1 NORSKO
2 CHILE
3 FINSKO
4 ŠVÉDSKO
5 VIETNAM
6 LITVA
7 LOTYŠSKO
8 ESTONSKO
9 ŘECKO
10 THAJSKO
11 LAOS
12 KAMBODŽA
13 DÁNSKO
14 EKVÁDOR
15 BOLÍVIE
16 NOVÝ ZÉLAND
17 PORTUGALSKO
18 BULHARSKO
19 PARAGUAY
20 TUNISKO
21 GHANA
22 ZIMBABWE
23 KAMERUN
24 NAMIBIE
25 MALI
26 MOSAMBIK
27 KEŇA
28 ČAD
29 CHILE
30 FINSKO

ÚLOHA 4 - Výpočet souřadnic bodů v kartografických zobrazeních

Je dán bod P svými zeměpisnými souřadnicemi na elipsoidu WGS84. Vypočtěte pravoúhlé souřadnice jeho rovinného obrazu a uveďte hodnotu délkového zkreslení v systému JTSK. Použijte vlastní skript v Matlabu. Helmertova transformace mezi elipsoidy: zde

Pomocí software PROJ.4 vypočtěte rovinné pravoúhlé souřadnice bodu P a hodnotu délkového zkreslení:

  • v systému JTSK
  • v systému UTM (33. šestistupňový pás, počátek posunut od průsečíku základního poledníku a rovníku o 500 km západně)
  • v systému S-42 (3. šestistupňový pás, počátek posunut od průsečíku základního poledníku a rovníku o 500 km západně)

Použití PROJ.4:

  • (cs2cs +proj=latlong +datum=WGS84 +to +proj=krovak +ellps=bessel +towgs84=570.8,85.7,462.8,4.998,1.587,5.261,3.56)
  • (proj +proj=utm +datum=WGS84 +zone=33)
  • (cs2cs +proj=latlong +datum=WGS84 +to +proj=tmerc +ellps=krass +lon_0=15 +x_0=500000 +towgs84=26.0,-121.0,-78.0,0,0,0,0)


Pomocí software ArcGIS vypočtěte rovinné pravoúhlé souřadnice bodu P:

  • v systému JTSK (transformace S_JTSK_To_WGS_1984_1)
  • v systému UTM (33. šestistupňový pás, počátek posunut od průsečíku základního poledníku a rovníku o 500 km západně)
  • v systému S-42 (3. pás šestistupňový pás, počátek posunut od průsečíku základního poledníku a rovníku o 500 km západně)(transformace Pulkovo_1942_To_WGS_1984_5)


Pro kartografická zobrazení používejte příslušné geodetické datumy (elipsoidy). Parametry transformace mezi nimi:

  • Bessel2WGS: 570.8,85.7,462.8,4.998,1.587,5.261,3.56
  • Krasovsky2WGS: 26.0,-121.0,-78.0,0,0,0,0

Požadovaná přesnost výsledků : (souřadnice na cm), (zkreslení na 6 desetinných míst).

Číselné zadání :

číslo
1 49°10' 14°10'
2 49°10' 14°20'
3 49°10' 14°30'
4 491°10' 14°40'
5 49°10' 14°50'
6 49°20' 14°10'
7 49°20' 14°20'
8 49°20' 14°30'
9 49°20' 14°40'
10 49°20' 14°50'
11 49°30' 14°10'
12 49°30' 14°20'
13 49°30' 14°30'
14 49°30' 14°40'
15 49°30' 14°50'
16 49°40' 14°10'
17 49°40' 14°20'
18 49°40' 14°30'
19 49°40' 14°40'
20 49°40' 14°50'
21 49°50' 14°10'
22 49°50' 14°20'
23 49°50' 14°30'
24 49°50' 14°40'
25 49°50' 14°50'
26 50°00' 14°10'
27 50°00' 14°20'
28 50°00' 14°30'
29 50°00' 14°40'
30 50°00' 14°50'

Hodnocení odevzdaných úloh

Hodnocení najdete v Google tabulce