Топография - Topography

Не путать с топология, типография, или же томография.
Эта статья посвящена изучению формы и особенностей поверхности Земли. Для обсуждения самих поверхностей земли см. Местность. Для использования в других целях см. Топография (значения).
Топографическая карта с контурные линии
Этот фальшивый цвет спутниковое изображение иллюстрирует топографию городское ядро из Метрополия Нью-Йорка, с Манхэттен в его центре.

Топография изучение форм и особенностей поверхности земли. Топография области может относиться к самим поверхностным формам и особенностям или описанию (особенно их описание в картах).

Топография - это область геонаука и планетология и заботится о местных деталях в целом, включая не только облегчение, но также естественный и искусственный особенности, и даже местная история и культура. Это значение встречается реже в Соединенные Штаты, где топографические карты с высота контуры сделали топография синоним облегчение.

Топография в узком смысле подразумевает запись рельефа или местность, трехмерное качество поверхности и идентификация конкретных формы рельефа. Это также известно как геоморфометрия. В современном использовании это включает в себя создание данных о высоте в цифровой форме (DEM ). Часто считается, что включают графическое изображение рельефа на карта по разнообразие техник, включая контурные линии, гипсометрические оттенки, и штриховка рельефа.[1][2][3]

Этимология

Смотрите также: Топографическая карта § История

Период, термин топография возник в древняя Греция и продолжил в древний Рим, как подробное описание места. Слово происходит от Греческий τόπος (топос, "место") и -γραφία (-графия, "письмо").[4] В классической литературе это относится к описанию места или мест, которые сейчас в основном называют 'местная история '. В Великобритании и в Европе в целом слово «топография» все еще иногда используется в его первоначальном значении.[5]

Подробные военные исследования в Британия (начиная с конца восемнадцатого века) назывались Обзоры боеприпасов, и этот термин использовался в 20 веке как общий для топографических съемок и карт.[6] Самые ранние научные исследования во Франции были названы Карты Кассини в честь семьи, которая производила их в течение четырех поколений.[нужна цитата ] Термин «топографические исследования» имеет американское происхождение. Самые ранние подробные исследования в Соединенных Штатах были сделаны «Топографическим бюро армии», сформированным во время Война 1812 года,[7] который стал Корпус инженеров-топографов в 1838 г.[8] После того, как работу национального картографирования взяли на себя Геологическая служба США в 1878 году термин «топографический» оставался общим термином для детальных съемок и картографических программ и был принят большинством других стран в качестве стандарта.

В 20 веке термин топография начал использоваться для описания описания поверхности в других областях, где отображение в более широком смысле, особенно в таких областях медицины, как неврология.

Цели

Цель топографии - определить положение любого объекта или, в более общем смысле, любой точки с точки зрения как горизонтального, так и горизонтального положения. система координат такие как широта, долгота и высота. Выявление (именование) особенностей и распознавание типичных структур рельефа также являются частью поля.

А топографическое исследование могут быть сделаны по разным причинам: военное планирование и геологоразведочные работы были основными мотивами для начала исследовательских программ, но подробная информация о местность и особенности поверхности важны для планирование и строительство любого крупного гражданское строительство, общественные работы, или мелиоративные проекты.

Методы

Существует множество подходов к изучению топографии. Какой метод (ы) использовать, зависит от масштаба и размера исследуемой территории, ее доступности и качества существующих исследований.

Полевое исследование

Пункт съемки в Германия
Основная статья: Геодезия

Съемка помогает точно определить наземные или трехмерное пространство положение точек и расстояния и углы между ними, используя нивелирные инструменты Такие как теодолиты, неровные уровни и клинометры.

Работа над одной из первых топографических карт была начата во Франции Джованни Доменико Кассини, великий итальянский астроном.

Несмотря на то, что дистанционное зондирование значительно ускорило процесс сбора информации и позволило повысить точность контроля на больших расстояниях, прямая съемка по-прежнему обеспечивает основные контрольные точки и основу для всех топографических работ, будь то ручные или ручные. ГИС -основан.

В районах, где проводилась обширная программа прямой съемки и картографии (например, большая часть Европы и континентальной части США), скомпилированные данные составляют основу базовых цифровых наборов данных о высотах, таких как USGS DEM данные. Эти данные часто необходимо «очищать», чтобы устранить расхождения между опросами, но они по-прежнему представляют собой ценный набор информации для крупномасштабного анализа.

Первоначальная американская топографическая съемка (или британская «съемка боеприпасов») включала не только регистрацию рельефа, но и определение характерных особенностей и растительного покрова земли.

Дистанционное зондирование

Основная статья: Дистанционное зондирование

Дистанционное зондирование - общий термин для сбора геоданных на удалении от предметной области.

Методологии пассивных датчиков

Основные статьи: Аэрофотосъемка и Спутниковые снимки

Помимо своей роли в фотограмметрии, аэрофотоснимки и спутниковые снимки могут использоваться для идентификации и определения деталей местности и более общих особенностей земного покрова. Конечно, они все больше и больше становятся частью геовизуализация, ли карты или же ГИС системы. Ложный цвет и невидимый спектры визуализация также может помочь определить рельеф местности путем более четкого определения растительности и другой информации о землепользовании. Изображения могут быть в видимых цветах и ​​в другом спектре.

Фотограмметрия

Основная статья: Фотограмметрия

Фотограмметрия - это метод измерения, для которого координаты точек в 3D объекта определяются измерениями в двух фотографический изображений (или более) снятые, начиная с разных позиций, обычно с разных проходов аэрофотосъемки. В этой технике общие точки идентифицируются на каждом изображении. Прямая видимость (или луч ) можно построить от места расположения камеры до точки на объекте. Это пересечение его лучей (триангуляция ), который определяет относительное трехмерное положение точки. Для получения абсолютных значений этих относительных положений можно использовать известные контрольные точки. Более сложный алгоритмы может использовать другую информацию о сцене, известную априори (например, симметрии в некоторых случаях, позволяющие восстанавливать трехмерные координаты, начиная с одной единственной позиции камеры).

Активные сенсорные методики

спутник РАДАР картографирование - один из основных методов создания цифровых моделей рельефа (см. ниже). Подобные техники применяются в батиметрический опросы с использованием сонар для определения рельефа дна океана. В былые времена, ЛИДАР (LIght Dобнаружение Аnd рanging), метод дистанционного зондирования, использующий лазер вместо радиоволн, все чаще применяется для сложных картографических задач, таких как картографирование пологов и мониторинг ледников.

Формы топографических данных

Рельеф обычно моделируется либо векторным (триангулированная нерегулярная сеть или ИНН) или с сеткой (Растровое изображение ) математические модели. В большинстве приложений в области наук об окружающей среде поверхность суши представлена ​​и моделируется с использованием моделей с координатной привязкой. В сфере гражданского строительства и индустрии развлечений для большинства изображений земной поверхности используются различные варианты моделей TIN. В геостатистика поверхность земли обычно моделируется как комбинация двух сигналов - гладкого (пространственно коррелированного) и грубого (шумового) сигнала.

На практике геодезисты сначала выбирают высоты в районе, а затем используют их для создания цифровой модели земной поверхности в виде БАНКА. Затем DLSM можно использовать для визуализации местности, драпировки изображений дистанционного зондирования, количественной оценки экологических свойств поверхности или извлечения объектов земной поверхности. Обратите внимание, что данные изолиний или любые другие выборочные наборы данных высот не являются DLSM. DLSM подразумевает, что отметка доступна постоянно в каждом месте изучаемой области, т.е. что карта представляет собой всю поверхность. Цифровые модели поверхности земли не следует путать с цифровыми моделями поверхности, которыми могут быть поверхности навеса, зданий и подобных объектов. Например, в случае поверхностных моделей, созданных с использованием лидарной технологии, можно иметь несколько поверхностей - от вершины купола до реальной твердой земли. Затем разница между двумя моделями поверхности может быть использована для получения объемных показателей (высота деревьев и т. Д.).

Необработанные данные опроса

Информация топографической съемки исторически основана на записях геодезистов. Они могут получать названия и культурную информацию из других местных источников (например, граница разграничение может быть получено из местных кадастровый отображение). Хотя эти полевые заметки представляют исторический интерес, они по своей сути содержат ошибки и противоречия, которые разрешаются на более поздних этапах создания карты.

Данные дистанционного зондирования

Как и в случае с полевыми заметками, данные дистанционного зондирования (например, аэрофотосъемка и спутниковая фотография) являются необработанными и не интерпретируются. Он может содержать дыры (например, из-за облачного покрова) или несоответствия (из-за времени захвата определенных изображений). Большинство современных топографических карт включает в себя большой компонент данных дистанционного зондирования в процессе компиляции.

Топографические карты

Основная статья: Топографическая карта
Карта Европа с помощью моделирование высот

В современном понимании топографические карты показывают рельеф. В Соединенных Штатах, USGS топографические карты показывают рельеф с помощью контурные линии. Геологическая служба США называет карты, основанные на топографических съемках, но без контуров, «планиметрическими картами».

На этих картах показаны не только контуры, но и любые значительные потоки или другие водоемы, лесной покров, застроенные территории или отдельные здания (в зависимости от масштаба), а также другие особенности и достопримечательности.

Хотя это официально не «топографические» карты, национальные обзоры других стран обладают многими схожими характеристиками, поэтому их часто называют «топографическими картами».

Существующие карты топографической съемки из-за их всеобъемлющего и энциклопедического охвата составляют основу для многих производных топографических работ. Например, цифровые модели рельефа часто создаются не на основе новых данных дистанционного зондирования, а на основе существующих бумажных топографических карт. Многие государственные и частные издатели используют иллюстрации (особенно контурные линии) из существующих листов топографических карт в качестве основы для своих собственных специализированных или обновленных топографических карт.[9]

Топографическое картирование не следует путать с геологическое картирование. Последнее связано с нижележащими структурами и процессами на поверхности, а не с идентифицируемыми элементами поверхности.

Цифровое моделирование высот

Основная статья: Цифровая модель рельефа
Карта рельефа: Горы Сьерра-Невада, Испания
3D-рендеринг DEM используется для топография Марса

Цифровая модель рельефа (ЦМР) - это растр -основан цифровой набор данных топографии (гипсометрия и / или батиметрия ) всей или части Земли (или теллурическая планета ). В пиксели набора данных каждому назначается значение высоты, а часть заголовка набора данных определяет область покрытия, единицы, покрываемые каждым пикселем, и единицы высоты (и нулевую точку). ЦМР могут быть получены из существующих бумажных карт и данных съемки, или они могут быть созданы с нового спутника или другого источника дистанционного зондирования. радар или же сонар данные.

Топологическое моделирование

STL 3D модель Земли без жидкой воды с 20-кратным увеличением высоты

А географическая информационная система (ГИС) может распознавать и анализировать пространственные отношения, существующие в пространственных данных, хранящихся в цифровом виде. Эти топологические отношения позволяют сложные пространственные моделирование и анализ, который необходимо провести. Топологические отношения между геометрическими объектами традиционно включают смежность (что к чему примыкает), включение (что что окружает) и близость (насколько близко одно к чему-то другому).

  • воссоздать вид на синтезированных изображениях земли,
  • определить траекторию пролета над землей,
  • рассчитывать поверхности или объемы,
  • отслеживать топографические профили,

Топография в других областях

Основная статья: Топография (значения)

Топография применялась в различных областях науки. В нейробиология, то нейровизуализация дисциплина использует такие методы, как топография ЭЭГ для картирование мозга. В офтальмология, топография роговицы используется в качестве метода для отображения кривизны поверхности роговица. В тканевая инженерия, атомно-силовая микроскопия используется для отображения нанотопография.

В Анатомия человека, топография поверхностная анатомия человека.

В математике понятие топографии используется для обозначения паттернов или общей организации объектов на карте или как термин, относящийся к паттерну, в котором переменные (или их значения) распределены в пространстве.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Что такое топография? - Центр географической информации
  2. ^ Определение из поиска WordNet - princeton.edu
  3. ^ Определение Федерального информационного центра для граждан - pueblo.gsa.gov
  4. ^ Интернет-словарь этимологии - etymonline.com
  5. ^ Например, см. Сайт Лондонское топографическое общество
  6. ^ Оксфордский словарь английского языка - «Обыск»
  7. ^ Инженеры-топографы - история и персонал В архиве 2014-09-26 в Wayback Machine
  8. ^ Картографирование внутренних морей: история исследования озер США, Артур М. Вудфорд, 1991
  9. ^ См., Например, публикации Иллюстрированные карты National Geographic Trails В архиве 2006-11-16 на Wayback Machine и ДеЛорм товары.