دانلود مقاله کارتوگرافی به تفصیل

کارتوگرافی به صورت سنتی بعنوان علم و هنر ترسیم نقشه تعریف شده است. نقشه ها بصورت سنتی بوسیله مداد و کاغذ ترسیم می‌شدند ولی گسترش و مزایای کامپیوترها، کارتوگرافی را متحول کرده است. بیشتر نقشه های کیفی _ تجاری هم اکنون توسط نرم‌افزارهای نقشه کشی از انواع CAD,GIS و دیگر نرم افزارهای خاص کارتوگرافی می باشد، تهیه می گردند که این عمل خود باعث استفاده موثر از تصاویر دورسنجی و GIS سیستم های اطلاعات جغرافیایی می گردد.

 نقشه ها ابزارهای بصری(Visual) داده‌های مکانی هستند. داده‌های مکانی خود از اندازه گیری‌ها حاصل شده و در پایگاه‌های داده برای مقاصد متنوعی نگهداری می‌شوند. امروزه روند تهیه نقشه‌ها به سمت کنار گذاشتن روش‌های آنالوگ تهیه نقشه و حرکت در جهت ایجاد و گسترش روش‌های دینامیکی می‌باشد که می‌توانند نقشه ها را بصورت رقومی درآورند.
   کارتوگرافی را به صورت مختصر هنر، علم و تکنولوژی ساختن نقشه از زمین و یا سایر کرات آسمانی تعریف می‌نمایند. ولی معنی واقعی کارتوگرافی چیزی بیش از این بوده و شامل ساختن(ثبت داده‌های مکانی بر روی نقشه ها)، مطالعه و حتی روش‌های استفاده از نقشه هاست. در دنیای امروز کارتوگرافی بسیار گسترده‌تر از نمایش مرزهای سیاسی،خط سیر ترابری و حمل و نقل می باشد.
   لازم به ذکر است، قدیمی‌ترین نقشه‌های شناخته شده متعلق به پنج هزار سال قبل است. نقشه ها با روش ها و کاربرد‌های علمی به صورت فزاینده‌ای در قرون 17، 18و 19 میلادی گسترش یافتند. بسیاری از کشورها تحت پوشش برنامه‌های نقشه‌برداری بین المللی قرار دارند. تا قبل از جنگ جهانی دوم بسیاری از کشورها دارای اطلاعات بسیار کمی در خصوص ترسیم نقشه‌های مناطق مختلف بودند. بعد از پدیدار شدن سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی(GIS) در دهه‌های 1980-1970 تغییرات بسیار زیادی در الگوهای کارتوگرافی سنتی پدید آمد.

   --اصول کارتوگرافی:

   اصول کارتوگرافی طبق نظر رابینسون(Robinson) به شرح زیر می باشد:
   الف) مقیاس (Scale) / سیستم تصویر(Map Projection) / جنرالیزه کردن (Generalization).
   ب  ) طراحی (Design) / ترسیم و تولید(Map Produce).

   مقیاس (Scale):

   کلیه نقشه‌ها از واقعیت کوچکترند، پس اولین تصمیم کارتوگراف به تعیین نسبیت(ابعاد) بین واقعیت و نقشه اختصاص می‌یابد. این نسبت، اصطلاحا مقیاس خوانده می شود.

   سیستم تصویر(Map Projection):

   نقشه‌ها به طور کلی نشاندهنده وضع نسبی ابعاد پدیده‌ها هستند. سه مشخصه پدیده‌های فضایی عبارتند از: طول، عرض وارتفاع. بدین ترتیب یکی از اهداف کارتوگراف بهره گیری از تصویری است که بوسیله آن بتوان ابعاد سه گانه سطح کروی را روی سطح مسطح منتقل نمود. البته این انتقال باعث ایجاد تغییرات اجتناب ناپذیری در جهت، فاصله، مساحت و شکل می گردد. فرایند انتقال سطح کروی برسطح مسطح، اصطلاحا بنام "سیستم تصویر نقشه" معروف است. این سیستم باید برای تمام نقشه ها انتخاب گردد. به علاوه هر نقشه دارای سیستم مختصات مبنایی است که به شبکه مختصات صفحه‌ای موسوم است.
   شکل فوق نشان‌دهنده سیستم تصویری UTM است که جهان را به 60 زون تقسیم می‌کند.

 *   جنرالیزه کردن (Generalization):

   جنرالیزه کردن یا خلاصه نمودن اطلاعات یکی از مشکل‌ترین عملیات کارتوگرافی محسوب می شود. واقعیت‌های موجود در نقشه، در مواقع ضروری باید ساده گردند و اطلاعات لازم باید طوری نشان داده شود که در رابطه با هدف نقشه از نظر تصویری و نمایش، کم و بیش مورد تاکید قرار گیرند. اطلاعات آماری موجود در نقشه نیز باید به نحوی خلاصه و پرورانده شود که نمایانگر ویژگی اصلی اطلاعات باشند.
   تصویر فوق سیستم نرمالیزه کردن جهانی را نمایش می دهد(Nominal Or Generationg Globe)

 * طراحی (Design):

   این قسمت از کار شامل مراحل مختلفی است. تصمیم‌گیری در مورد روش‌های نمایش، اندازه و نوع حروف، ضخامت خطوط، رنگ و سایه روشن، علائم، راهنمای نقشه و ایجاد هماهنگی‌های لازم بین عناصر مختلف گرافیکی از جمله مراحل فوق است. ترسیم و تولید (Map Produce):
   در قدیم رسم بر این بود که نقشه با مرکب و قلم ترسیم می‌شد. توسعه و تکامل روش ترسیم اسکرایبینگ (scribing)، اختراع کاغذ های پلاستیک، فیلم‌های عکاسی، روش‌های چاپ نمونه و سایر عملیات فنی باعث گردیده که دو مرحله ساختن، تولید و چاپ نقشه طوری به هم آمیخته گردند که فکر تفکیک آنها از هم غیر ممکن گردد.
   نقشه‌ها ابزارهای اولیه نمایش ارتباطات مکانی بوده بنابراین اسناد بسیار مهمی هستند. چند عنصر کلیدی برای تهیه نقشه‌ها وجود دارد که به بیننده در درک بهتر ارتباطات نقشه، کمک می کند. این عناصر کلیدی عبارتند از:

   (1چهارچوب یا قالب داده‌ها (Data Frame):
   چهارچوب داده بخشی از نقشه است که بصورت لایه‌های داده نمایش داده می‌شود. این بخش مهمترین قسمت نقشه است. در مثال آورده شده، چهارچوب داده‌ها در برگیرنده اطلاعات مربوط به مرزهای سیاسی ایران در خاورمیانه می‌باشد.
    (2 راهنمای نقشه (Legend):
   راهنما، رمز گشای چهارچوب داده‌ها در نقشه است. بنابراین بصورت متداول به عنوان کلید معرفی می‌شود. توضیح جزئیات هر رنگ، بصورت نماد یا رده بندی در این بخش توضیح داده می‌شود. در راهنمای زیر، واحدهای سنگ‌شناسی نقشه در قسمت‌های مختلف بوسیله رنگ‌های متفاوت تقسیم بندی شده و نشان می‌دهد هر رنگ مربوط به کدام واحد زمین‌شناسی بوده و دارای چه سنی می‌باشد. بدون این راهنما، رنگ‌ها هیچ مفهومی برای بیننده نخواهد داشت. راهنما به بیننده اطلاع می‌دهد که بیشترین و کمترین تمرکز جمعیت در کدام مناطق ایران وجود دارد.
   (3 موضوع (Titel):
   موضوع بسیار مهم است، چرا که توضیحی فوری و مختصر درباره شرح نقشه به بیننده می‌دهد. عنوان، به سرعت موضوعی که بر اساس آن نقشه تهیه شده و موقعیت داده‌ها را اطلاع می‌دهد. در مثال آورده شده موضوع نقشه "ذخایر معدنی در برگه میامی" می‌باشد.

 (4 جهت شمال(North Arrow):
   هدف این علامت یا نشانه مشخص نمودن جهات جغرافیایی است و به بیننده امکان می‌دهد نقشه را بر اساس شمال جغرافیایی توجیه نماید. بیشتر نقشه‌ها جهت شمال را در بالای صفحه نشان می‌دهند.

 (5مقیاس(Scale):
   مقیاس ارتباط بین قالب داده‌ها با اندازه‌های آنها، در دنیای واقعی را شرح می‌دهد. انتخاب مقیاس از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، زیرا مقیاس باعث ایجاد فضایی در نقشه می‌گردد که در آن قسمتی از واقعیت‌ها به صورت خلاصه گنجانده می‌شود.
   مقیاس در حقیقت توصیف یک نسبیت است که ممکن است واحد به واحد یا از یک واحد اندازه گیری به یک واحد دیگر نشان داده شود. بنابراین مقیاس 1:10000 نشان می دهد هر واحد از نقشه معرف 10000 واحد از دنیای واقعی است. به عنوان مثال: 1:10000 با واحد اینچ بدین معنی است که هر واحد نقشه مساوی با 10000 اینچ در دنیای واقعی می‌باشد. روش دوم برای نمایش مقیاس، مقایسه با دیگر انواع واحدها است. برای مثال:1:100 بدین معناست که هر واحد اندازه بر روی نقشه 100 فوت در جهان واقعی است. این نسبت همان 1:1200(1فوت=12 اینچ) است. علاوه بر موارد گفته شده، نسبت می‌تواند بصورت گرافیکی در فرم Scale Bar مقیاس خطی نیز قرار گیرد. همچنین نقشه‌هایی که مقیاس ندارند باید دارای نشان N.T.S باشند که به مفهوم "مقیاس نشده است" می‌باشد.
   در شکل فوق مقیاس خطی بر اساس کیلومتر تقسیم‌بندی گردیده است.

    (6 رونگاشت(Citation):
   این بخش از نقشه اطلاعات مهمی را شامل می‌شود(Meta Data). در این قسمت از نقشه، توضیحاتی درباره منبع و مبلغ، اطلاعات پروژه و هرگونه توصیفی که مورد نیاز است، جای می‌گیرد. درمثال زیر، رونگاشت، منبع و تاریخ داده‌ها را مشخص می کند. رونگاشت به بیننده کمک می‌کند تا استفاده از نقشه را برای اهداف خویش تعیین نماید.

 (7 مرزها(Border):
   قرارگیری مرزها در نقشه به محصور کردن تمام عناصر نقشه کمک می‌نماید. به علاوه، مرزهای داخلی، عناصر نقشه را طبقه‌بندی می‌نماید. مرزها همچنین حدود خارجی نقشه را معین می‌کنند.
    (8 تصویر کلی نقشه(Overview map):
   تمرکز بر روی یک ناحیه، نمایی کلی از منطقه به خصوص برای جهت یابی بینندگانی که با منطقه مورد نظر آشنا نیستند، ارائه خواهد نمود. به علاوه، این تصویر کلی یک مفهوم بصری راجع به قرارگیری ناحیه مورد مطالعه در منطقه‌ای که آن را پوشش می دهد، در اختیار بیننده قرار می‌دهد.

 (9 شبکه مدارها و نصف النهارها وخطوط راهنما(Graticules and Indexes):
   شبکه مدارها و نصف النهارها، شبکه‌ای است که در زیر لایه چهارچوب داده‌ها قرار می‌گیرد. این شبکه می‌تواند به صورت خطوط طول و عرض جغرافیایی قرار گرفته و به جهت‌گیری بیننده در نقشه کمک کند. این خطوط راهنما، به صورت یک دسته سلول‌های قراردادی در نقشه بوده و به عنوان یک راهنمای کمکی، بیننده را در بخش خاصی از نقشه راهنمایی می‌کنند.
   البته عناصر دیگری مانند متن، نمودارها، تصاویر و ... نیز می‌باید به نقشه اضافه شوند تا از لحاظ کارتوگرافی کامل گردد. به عنوان مثال می‌توان از علامت‌های اختیاری(Optional Elements) نام برد. بیشتر این نشانه‌ها با اینکه الزامی نیستند می‌توانند برای کمک به بیننده اضافه شوند.

 سیستم‌های تصویر:

   یکی از مهمترین اهداف‌ کارتوگرافی نمایش کره زمین است. درعلم تهیه نقشه، برای نمایش زمین و سایر کرات آسمانی که دارای حجم بسیار بزرگی هستند، به جای بزرگنمایی، از کوچک کردن استفاده می‌شود که با این کار، می‌توان تمام یا قسمتی از کره را رویت نمود. از آنجا که اغلب اجرام آسمانی اصولا شکل کروی دارند یکی از راه‌های رویت کامل آن‌ها تهیه نقشه کروی(کره جغرافیایی) است که کلیه اندازه ها به یک نسبت کوچک می‌شوند.

کره جغرافیایی که به این ترتیب تهیه می شود، دارای معایبی خواهد بود. از آنجا که کره یک جسم مدور سه بعدی است، قادر نخواهیم بود در یک مرحله مشاهده، تمام آن را رویت نمائیم و فقط نصف آن، یعنی نیمکره قابل مشاهده خواهد بود. به علاوه،حمل و نقل و نگهداری آن مشکل خواهد بود. اندازه گیری فواصل روی سطح سه بعدی کارآسانی نیست و بالاخره از لحاظ مالی تهیه آن مقرون به صرفه نخواهد بود. با انتقال سطح کروی، روی یک سطح مستوی و تهیه نقشه مسطح، کلیه معایبی که درمورد کره جغرافیایی ذکر شد، برطرف می گردد، یعنی می‌توان روی یک برگ نقشه، تمام سطح کروی را مشاهده نمود.

   خواص سیستم‌های تصویر:
   انتقال سطح کروی به سطح مستوی نقشه باعث می گردد تمام روابط هندسی موجود روی کره، بر روی نقشه صحت نداشته باشد. بعضی از این روابط، از نقطه نظر تهیه نقشه و کارتوگرافی حائز اهمیت است و در مواقعی، حفظ صحت این روابط در تصویر ضرورت پیدا می کند. سیستم‌های تصویر ممکن است دارای ویژگی‌های متعددی باشند، اما مهمترین آنها از نقطه نظر کاربرد در کارتوگرافی عبارتند از:

   الف) متشابه بودن (Conformality) یا حفظ زوایا.
   ب) هم مساحت بودن (Equivalence) یا حفظ مساحت.
   ج) هم فاصله بودن (Equidistance) یا حفظ فاصله.

   طبقه بندی سیستم‌های تصویر:
   طبقه بندی سیستم‌های تصویر، بر مبنای خصوصیات هندسی آنها می‌باشد. بدین معنی که سطح کروی بر سطوح قابل گسترش که به آسانی تبدیل به سطوحی صاف می گردند، تصویر می شود. این سطوح عبارتند از: استوانه، مخروط و صفحه صاف. نامگذاری تصویر هم بر اساس همین سطوح انجام می پذیرد. بدین ترتیب، اگر کره بر سطح استوانه تصویر شود،" تصویر استوانه‌ای" اگر بر سطح مخروط تصویر شود،" تصویر مخروطی" و اگر بر صفحه صاف تصویر شود" تصویر سمتی یا آزیموتال" نامیده می‌شود. تصویرهای دیگری هم وجود دارند که طبقه بندی آنها بر مبنای شکل هندسی نبوده و غالبا برای نقشه‌های خیلی کوچک مقیاس که هدف آن‌ها نمایش تمام کره یا نیمکره است، به کار می‌روند. به این نوع تصاویر می‌توان تصویرهای متفرقه یا جهانی اطلاق کرد.

   سیستم تصویر های استوانه‌ ای:
   تصاویراستوانه‌ای از تماس استوانه با کره در طول یک دایره عظیمه(معمولا استوا) به وجود می‌آید. بدین ترتیب مدارها و نصف‌النهارهای مربوط به کره بر روی سطح استوانه منتقل می‌شوند. وقتی استوانه را باز نمائیم، تبدیل به مستطیلی خواهد شد که طول آن برابر طول خط استوا خواهد بود(?R2)( =R شعاع کره زمین). در تمام تصویرهای استوانه‌ای مدارها و نصف النهارها به صورت خط مستقیم و عمود برهم ظاهر می‌شوند.طول مدارها برابر طول خط استوا خواهد بود. از بین تصویرهای استوانه‌ای، تصویر استوانه‌ای ساده، تصویر استوانه‌ای هم مساحت لامبرت، تصویرمرکاتور از همه معروفترند. تنها اختلاف بین این سه نوع تصویر، فواصل مدارها است.

   سیستم تصویر استوانه‌ای ساده:
   در تصویر استوانه‌ای ساده، فاصله مدارها در تصویر، شبیه فاصله آنهادر روی کره است. مقیاس در راستای کلیه نصف‌النهارها و خط استوا صحیح است. این تصویر، متشابه نیست زیرا گرچه مدارها و نصف‌النهارها بر هم عمودند، لیکن مقیاس در طول نصفالنهارهای هر نقطه، مشابه مقیاس در طول مدار همان نقطه نیست. موارد استفاده چنین تصویری برای نمایش مناطق استوایی است و بطور کلی برای نشان دادن جهان، مساحت و مناطق قطبی به هیچ وجه مناسب نیست. از مهمترین ویژگی این تصویر، خاصیت هم فاصله بودن آن است.

سیستم تصویر استوانه‌ای لامبرت:
   در تصویر استوانه‌ای هم‌مساحت لامبرت، مرکز نور در بینهایت قرار دارد و صفحات موازی مدارات، سطح استوانه را قطع کرده و تصویر مدارها را بر روی استوانه تشکیل می‌دهند. نصف‌النهارها به صورت خطوط مستقیم عمود بر مدارها هستند. هر قدر به قطب نزدیک شویم، فاصله مدارها کوتاهتر شده ولی فاصله نصف النهارها با هم برابر هستند. مقیاس در طول خط استوا صحیح بوده و تغییرات مقیاس در راستای مدار و نصف النهار یکدیگر را جبران می‌نمایند، از این جهت، تصویر هم‌مساحت می‌گردد. بنابراین چنین تصویری نمی‌تواند متشابه باشد. تنها کاربرد این تصویر، برای نمایش مساحت مناطق استوایی است.

 سیستم تصویر استوانه‌ای مرکاتور:
   سیستم تصویر مرکاتور یکی از معروفترین سیستم‌های تصویر در دنیاست. دراین نوع سیستم طول مدارها با خط استوا برابر است. هر قدر به طرفین نزدیک می‌شویم، فواصل مدارها افزوده می‌گردد، تا جائیکه محل قطبین در بینهایت قرار می‌گیرد و امکان نمایش قطبین وجود ندارد. به دلیل اغراق فوق‌العاده زیاد در عرض‌های جغرافیایی بالا، تصویر مرکاتور برای نمایش آبها و خشکی‌های جهان به کار نمی‌رود. این تصویر به طور خاص برای دریانوردی و یا مقاصدی که در آن پیدا نمودن جهت صحیح مورد نیاز است نظیر نمایش جریانهای دریایی یا جهت باد به کار می‌رود.

   سیستم تصویرهای مخروطی:
   این نوع سیستم‌های تصاویر، از تماس یا تقاطع مخروط با کره حاصل می‌شود. معمولا محور مخروط عمودی و در امتداد محور کره است. خط تماس مخروط و کره، دایره عرض جغرافیایی خواهد بود که به مدار استاندارد معروف است. چنانچه مخروط، کره را قطع نماید، دو دایره متقاطع بوجود می‌اید که چنین تصویری را تصویر مخروطی با دو مدار استاندارد می‌نامند. در تمام تصاویر مخروطی، نصف النهارها به شکل اشعه‌های مستقیم و مدارها به صورت دوایر متحد‌المرکز ظاهر می‌گردند.

   تصویر مخروطی با یک مدار استاندارد:
   در این نوع سیستم تصویر، محل تلاقی نصف‌النهارها(مرکز اشعه‌های مستقیم) مرکز دوایر مدارهاست که البته محل قطب نخواهد بود. مقیاس این نوع تصویر چون در روی مدارها و نصف النهارها به استثنای مدار استاندارد، صحیح نبوده و یکدیگر را جبران نمی‌نمایند. از این جهت تصویر هم‌مساحت نبوده و با وجود اینکه مدارها بر نصف النهارها عمودند ولی تصویر متشابه نمی باشد. با دوری ازمداراستاندارد، شکل منطقه به طور فزاینده‌ای اغراق آمیز می‌گردد. مهمترین کاربرد تصاویر مخروطی با یک مدار استاندارد، برای کشورهایی است که عرض جغرافیایی آنها کم و در جهت طول جغرافیایی گسترده باشند، مثل کشور ترکیه.

تصویر مخروطی با دو مدار استاندارد:
   با استفاده از دو مدار استاندارد، می‌توان بعضی عیوب تصویر مخروطی با یک مدار استاندارد را کاهش داد. اغراق مقیاس روی دو مدار استاندارد از بین رفته و مدار واقع بین دو مدار استاندارد دارای اغراق کمتری خواهد بود. در این تصویر نیز نصف‌النهارها اشعه‌های مستقیمی هستند که محل تقاطع آنها مرکز دوایر مداری می‌باشد و مدارها بر نصف النهارها عمودند. از بین مدارهای مختلف، فقط دو مدار استاندارد دارای مقیاس صحیحی است و نصف النهارها باطول واقعی خود نمایش داده می‌شوند. این تصویر، هم‌مساحت و متشابه نمی‌باشد. کاربرد این نوع تصویر مانند کاربرد تصویر با یک مدار استاندارد است.

   تصویر مخروطی(BONNE):
   یکی از معروفترین نوع تصاویر مخروطی، تصویر بونی است که در حقیقت با اصلاحاتی در تصویر با یک مدار استاندارد، می‌توان به چنین تصویری دست یافت. هم‌مساحت بودن در این تصویر باعث کاربرد وسیع آن گردیده است. در تصویر بونی کلیه مدارها دارای طول‌های صحیح خواهند بود. به همین جهت قطب به وسیله یک نقطه مشخص می‌گردد. موقعیت مدار استاندارد، شعاع انحنای مدارها را تعیین خواهد کرد. در این تصویر، نصف‌النهارها منحنی‌های نامنظمی هستند که یکدیگر را در قطب قطع می کنند. مدارها، دوایرمتحدالمرکزی هستند که درجه انحنای آنها به محل مدار استاندارد بستگی دارد. فقط نصف‌النهار مرکزی بر مدارها عمود بوده و دارای مقیاس صحیح می‌باشد و سایر نصف‌النهارها نسبت به مدارها حالت مایل دارند که هر قدر به گوشه‌های نقشه نزدیک شویم، انحنای آنها بیشتر می‌شود. چون تصویر هم‌مساحت است از این نظر، شکل مناطق، دستخوش اغراق می‌شود. به همین جهت، این تصویر برای نمایش شکل کشورها یا قاره‌ها به کار گرفته نمی‌شود، بلکه بیشتر در نقشه‌هایی که هدفشان نشان دادن مساحت مناطق مورد نظر است(موضوعی)، کاربرد دارد.

سیستم تصویر های سمتی یا صفحه ای:
   از نظر تئوری، کلیه سیستم تصویرهای سمتی از تصویر زمین بر روی صفحه‌ای عمود بر یکی از شعاع های زمین به وجود می‌آیند. چنین صفحه‌ای ممکن است کره را قطع نموده یا در نقطه‌ای با آن در تماس باشد. نقطه تماس، مرکز تصویر و در عین حال نقطه تقارن تصویر محسوب می‌شود. در کلیه تصاویر، تغییرات ضریب مقیاس از مرکز تصویر درتمام جهات یکسان خواهد بود.
   با تغییر مرکز نور، نحوه تصویر همچنین تغییر موقعیت صفحه نسبت به کره، می‌توان تصاویر صفحه‌ای زیادی به وجود آورد. مهمترین تصاویر صفحه‌ای عبارتند از: اورتوگرافیک، استرئوگرافیک، گنومونیک، تصویر هم‌فاصله صفحه‌ای، تصویر هم‌مساحت صفحه‌ای لامبرت. در هر پنج نوع تصویر، نصف‌النهارها به صورت شعاع‌های مستقیم منشعب از مرکز تصویر، ظاهر می‌شوند.

   اهمیت کارتوگرافی:

   - کارتوگرافی مرز بین رسم و نقشه را ترسیم میکند.
   - کارتوگرافی می‌تواند در تجزیه مسائل به کار رود.
   - کارتوگرافی درک بهتر پدیده ها یا حالات را ممکن می‌سازد.
   - کارتوگرافی مفاهیم لازم برای اکتشاف را فراهم می‌آورد.
   - کارتوگرافی مفاهیم مورد نیاز اندازه گیری و نظارت را فراهم می آورد.
   - کارتوگرافی در تصمیم گیری شرکت دارد.