Топография - Topography

Топографическая карта с контурными линиями
Этот спутниковый снимок в искусственных цветах иллюстрирует топографию центральной части мегаполиса Нью-Йорка с Манхэттеном в центре.

Топография - это изучение форм и особенностей поверхности земли . Топография области может относиться к самим поверхностным формам и особенностям или к описанию (особенно их изображению на картах).

Топография - это область геонаук и планетологии, которая занимается местными деталями в целом, включая не только рельеф , но также природные и искусственные особенности, и даже местную историю и культуру . Это значение менее распространено в Соединенных Штатах , где топографические карты с контурами высот сделали топографию синонимом рельефа .

Топография в узком смысле включает запись рельефа или местности , трехмерное качество поверхности и идентификацию конкретных форм рельефа ; это также известно как геоморфометрия . В современном использовании это включает создание данных о высоте в цифровой форме ( ЦМР ). Часто считается, что он включает графическое изображение рельефа на карте с помощью различных методов картографического изображения рельефа , включая контурные линии , гипсометрические оттенки и штриховку рельефа .

Этимология

Термин « топография» возник в Древней Греции и продолжился в Древнем Риме как подробное описание места. Слово происходит от греческого τόπος ( топос , «место») и -γραφία ( -graphia , «письмо»). В классической литературе это относится к описанию места или мест, которые сейчас в основном называют « местной историей ». В Великобритании и в Европе в целом слово «топография» все еще иногда используется в его первоначальном значении.

Подробные военные исследования в Великобритании (начиная с конца восемнадцатого века) назывались артиллерийскими съемками , и этот термин использовался в XX веке как общий для топографических съемок и карт. Самые ранние научные исследования во Франции были названы картами Кассини в честь семьи, создавшей их на протяжении четырех поколений. Термин «топографические исследования» имеет американское происхождение. Самые ранние подробные исследования в Соединенных Штатах были выполнены «Топографическим бюро армии», сформированным во время войны 1812 года , которое в 1838 году превратилось в Корпус инженеров-топографов. После того, как работу по составлению национальных карт взяла 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-м веке термин «топография» начал использоваться для описания описания поверхности в других областях, где используется картографирование 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 горизонтальной системы координат, такой как широта, долгота и высота . Выявление (именование) особенностей и распознавание типичных форм рельефа также являются частью поля.

Топографическое исследование может быть сделано по ряду причин: военное планирование и геолого - разведочные работы были первичные мотиваторами для начала программы обследований, но подробная информации о местности и особенности поверхности имеет важное значение для планирования и строительства любого крупного гражданского строительства , коммунальное строительство , или мелиоративные проекты.

Техники

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

Полевое исследование

Геодезический пункт в Германии

Съемка помогает точно определять положение точек в земном или трехмерном пространстве, а также расстояния и углы между ними с помощью нивелирных инструментов, таких как теодолиты , нивелиры и клинометры .

Работа над одной из первых топографических карт была начата во Франции Джованни Доменико Кассини , великим итальянским астрономом.

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, как вручную, так и на основе ГИС .

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

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

Дистанционное зондирование

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

Методологии пассивных датчиков

Помимо их роли в фотограмметрии, аэрофотоснимки и спутниковые снимки могут использоваться для идентификации и обозначения особенностей местности и более общих особенностей земного покрова. Безусловно, они становятся все более и более частью геовизуализации , будь то карты или системы ГИС . Отображение спектров в ложных и невидимых цветах также может помочь в определении рельефа местности за счет более четкого определения растительности и другой информации о землепользовании. Изображения могут быть в видимых цветах и ​​в другом спектре.

Фотограмметрия

Фотограмметрия - это метод измерения, при котором координаты точек в трехмерном изображении объекта определяются измерениями, выполненными на двух фотографических изображениях (или более), снятых с разных позиций, обычно из разных проходов полета аэрофотосъемки. В этой технике общие точки идентифицируются на каждом изображении. Линия обзора (или луч ) может быть построена от места расположения камеры до точки на объекте. Именно пересечение его лучей ( триангуляция ) определяет относительное трехмерное положение точки. Для получения абсолютных значений этих относительных положений можно использовать известные контрольные точки. Более сложные алгоритмы могут использовать другую информацию о сцене, известную априори (например, симметрии в некоторых случаях, позволяющие восстанавливать трехмерные координаты, начиная с одного единственного положения камеры).

Активные сенсорные методики

Спутниковое радиолокационное картирование - один из основных методов создания цифровых моделей рельефа (см. Ниже). Подобные методы применяются в батиметрических съемках с использованием сонара для определения рельефа дна океана. В последние годы, ЛИДАРа ( LI GHT D etection A - й R anging), метод дистанционного зондирования , который использует лазер вместо радиоволн, все чаще используют для комплексного картирования потребностей , таких как навесы графиков и мониторинга ледников.

Формы топографических данных

Рельеф обычно моделируется с использованием векторных ( нерегулярная триангулированная сеть или TIN) или математических моделей с координатной сеткой ( растровое изображение ). 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 геостатистике поверхность земли обычно моделируется как комбинация двух сигналов - гладкого (пространственно коррелированного) и грубого (шумового) сигнала.

На практике геодезисты сначала выбирают высоты на местности, а затем используют их для создания цифровой модели земной поверхности в форме TIN . 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, которые могут быть поверхностями навеса, зданий и подобных объектов. Например, в случае поверхностных моделей, созданных с использованием лидарной технологии, можно иметь несколько поверхностей - от вершины полога до реальной твердой земли. Затем разница между двумя моделями поверхности может быть использована для определения объемных показателей (высота деревьев и т. Д.).

Необработанные данные опроса

Информация топографической съемки исторически основана на записях геодезистов. Они могут получить именование и культурную информацию из других местных источников (например, границы очерчивания может быть получено из местного кадастрового картографирования). 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 сырыми 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.

Топографическое картографирование

Карта Европы с использованием моделирования высот

В современном понимании топографическая карта показывает рельеф. В Соединенных Штатах на топографических картах Геологической службы США рельеф показан контурными линиями . 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 топографические карты 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 изображения (особенно контурные линии) из существующих листов топографических карт в качестве основы для своих собственных специализированных или обновленных топографических карт.

Топографическое картирование не следует путать с геологическим картированием . Последнее связано с нижележащими структурами и процессами на поверхности, а не с идентифицируемыми особенностями поверхности.

Цифровое моделирование высот

Карта рельефа: горы Сьерра-Невада , Испания
3D-рендеринг ЦМР, используемой для топографии Марса

Цифровая модель рельефа (DEM) - это основанный на растре цифровой набор данных топографии ( гипсометрии и / или батиметрии ) всей или части Земли (или теллурической планеты ). В пикселях из набора данных, каждый присваивается значение высоты, и часть заголовка набора данных определяет область охвата, единицы каждого пиксель обложки, а единицы высоты (и нулевая точка). ЦМР могут быть получены из существующих бумажных карт и геодезических данных, или они могут быть созданы из новых спутниковых или других данных дистанционного зондирования радаров или гидролокаторов .

Топологическое моделирование

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

Географическая информационная система (GIS) , может распознавать и анализировать пространственные отношения , которые существуют в цифровом виде хранимых пространственных данных. Эти топологические отношения позволяют выполнять сложное пространственное моделирование и анализ. 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 взгляд на синтезированных изображениях земли,
  • определить траекторию пролета над землей,
  • рассчитывать поверхности или объемы,
  • отслеживать топографические профили,

Топография в других областях

Топография применялась в различных областях науки. В нейробиологии в области нейровизуализации для картирования мозга используются такие методы, как топография ЭЭГ . В офтальмологии , топография роговицы используются в качестве методики для отображения кривизны поверхности на роговице . В тканевой инженерии , атомно - силовая микроскопия используется для отображения nanotopography .

В анатомии человека топография - это 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.

Топографы

Топографы - знатоки топографии.

Смотрите также

использованная литература