Nyní sledujme itinerář vývoje kartografie. Zjistíme, že vývoj kartografie jako vědy byl podmíněn jak úrovní rozvoje jiných vědních disciplín - matematiky, geografie, geodézie, tak úrovní znalostí o Zemi a hospodářskou úrovní. Pěstování věd v antickém Řecku umožnilo podat důkazy o kulatosti Země (Aristoteles. Pythagoras), zavést pojem zeměpisných souřadnic a vypracovat první matematicky definované kartografické zobrazení (Tales z Miletu) Ptolemaios považovaný za nejvýznamnějšího řeckého geografa glóbusů, zosystemizoval mapování povrchu Země, naznačil pravidla generalizace, zavedl konvenční kartografické značky. Na poznatky antické vědy navázal až novověk. V historickém vývoji sehrála důležitou roli tvorba map světa. Z celé řady nedokonalých map byla první nejvýznamnější až Toscanelliho mapa, která inspirovala, Kryštofa Kolumba na cestu do Asie západním směrem. S přibýváním geografických poznatků o Zemi začíná v 16. století rozvíjet tvorba velkých atlasů Období od roku 1570 až do poloviny 18. století nazývaný také „Zlatý věk holandské kartografie“ – je však nejen obdobím atlasů. ale také obdobím formování se samostatné disciplíny - matematické kartografie. Tato byla až do druhé světové války jedinou nejucelenější kartografickou teorií. Rozvoj techniky koncem 16. století vedl ke zpřesňování rozměrů Země, k rozvoji podrobného mapování a zavedením triangulace (1533, 1610) a nových přístrojů (teodolit, měřící stůl, sextant...) k rozvoji topografického mapování. Vznik přesných map podnítil rozvoj další samostatné disciplíny – kartometrie. Neměnila se však jen kartografická tvorba, ale také předmět mapového znázorňování. Prostorové rozmístění objektů na fyzickém zemském povrchu postupně nahradily speciální přístupy k vyjádření země. Vznikaly mapy reliéfu, geologické mapy, magnetická mapa atd., a to byl podnět k rozvoji tematické kartografie, která se zformovala v 19. století. Průřez historií nás upozornil na důležité mezníky, když se kartografie vnitřně diferencovala. Odtud byl už jen krůček ke zformování se samostatné vědní disciplíny. Nepřehlédněme však důležitou a na první pohled zřejmou souvislost. Vývoj kartografie jako vědy se ve skutečnosti zakládá na vývoji mapy.
CO JE TO MAPA?
Zatím jen nejobecnější definice: mapa je rovinný, matematicky definovaný obraz určitého prostorového jevu. Všimněme si obou objektů určitého prostorového jevu i jeho obrazu v mapě - blíže. Z množiny prostorových jevů si vybereme libovolnou zemi jako konkrétní prostorový objekt zobrazení. Zemi přesněji charakterizujeme jako libovolný výřez z geografické sféry. Tato je sférou nejintenzivnějších vztahů mezi základními složkami země, a to: atmosféry, hydrosféry, litosféry, pedosféry, biosféry. Proto lze geografickou sféru, a tedy i zemi jako výraz z ní považovat za systém. A protože zemi vnímáme v trojrozměrném prostoru, považujeme ji zároveň za prostorový systém. Vlastnosti země můžeme tedy sledovat v libovolném bodě tohoto prostoru, jehož poloha má z hlediska zobrazení do mapy prvořadý význam. Mluvit o poloze lze však teprve tehdy, když zavedeme souřadnicovou soustavu, ve které chceme změnu polohy sledovat. Pokud složitý zemský povrch, nebo také reálný systém nahradíme jednoduchým povrchem. koulí, lze polohu libovolného bodu A tohoto systému vyjádřit jednak prostorovými pravoúhlými souřadnicemi (X, Y, Z), nebo zeměpisnými souřadnicemi - zeměpisnou šířkou a zeměpisnou délkou λ..
Vlastnosti krajinných prvků (atmosféry, hydrosféry...) se mění z místa na místo. Stačí se podívat kolem sebe někde je teplo, ne kde chladno, někde samá voda, jinde zase sucho. Změna krajinných prvků jako prvků reálného prostorového systému způsobuje změnu země jako celku. Proto rozlišujeme různé typy zemí. Říkáme také, žereálný prostorový systém je diferencován. Prostorovou diferenciaci země lze pozorovat ve větším i menším měřítku všude. Například Podunají nížinu můžeme takto rozdělit na několik krajinných typů: oblast říčních niv, oblast říčních teras, oblast sprašové roviny a pahorkatiny a nakonec oblast prikarpatské deprese. Zemi jako objekt zobrazení můžeme proto v libovolném bodě charakterizovat z hlediska vlastností jednotlivých krajinných prvků iz hlediska vztahů mezi více krajinnými prvky. V obou případech lze každý bod reálného prostoru, určený zeměpisnými souřadnicemi o, λ popsat množinou charakteristik (nebo také parametrů): P (P1, P2, P3...Pn) A to je zatím o zemi jako reálném prostorovém systému vše. Všimněme si nyní další objektmapy jako zobrazovací roviny, protože do ní se zobrazuje objekt zobrazení - reálný prostorový systém. Libovolný bod A', který leží v rovině mapy, lze blíže charakterizovat 1. polohou a, 2. kartografickým znakem, kterým je v mapě graficky znázorněn. Polohu bodu A' určujeme vzhledem k rovinnému pravoúhlému souřadnicovému systému (O, X, Y).POMŮŽE MATEMATIKA
Určitě souhlasíte s tím, že by nám nebyla k ničemu taková mapa, kde bychom měli zakreslené dvě Bratislavy, tři Prahy a podobné nesmysly. Proto musí vždy platit pravidlo, podle kterého každému bodu na zemském povrchu musí odpovídat jediný bod na mapě jako jeho obraz. Samozřejmě platí i opačný vztah. Jinými slovy, poloha bodu na mapě není náhodná, ale zobrazení země jako reálného prostorového systému do mapy se řídí přesnými pravidly jednoznačnosti: A (0, 2) A' (X, Y) Přesná pravidla platí i při grafickém znázornění země na mapě. Kartografické znaky jsou grafickým vyjádřením prvků země. Všimněme si celé množiny kartografických znaků na nějaké mapě a zjistíme, že vyjadřují údaje o jednotlivých prvcích země. Kartografické znaky mají určitou vnitřní skladbu. Proto je důležité znát: 1. z čeho sestává grafická forma kartografických znaků, 2. podle jakých pravidel se grafická forma tvoří. Všechny kartografické znaky sestávají v podstatě z bodových, čárových, plošných nebo barevných prvků, případně jejich kombinací. V každé mapě musí být kartografické znaky ve vzájemné logické souvislosti. Mapu tak považujeme za abstraktní kartografický systém reálného prostorového systému, charakterizovaný množinou prvků (kartografické obrazy krajinných prvků) a množinou závislosti (kartograficky vyjádřená množina vztahů mezi krajinnými prvky). Přiblížili jsme si vlastnosti krajiny jako objektu zobrazení, jakož i vlastnosti zobrazovací roviny – mapy a na základě toho můžeme usuzovat, že zobrazit zemi do mapy vlastně znamená:- určit polohu bodu A na zemském povrchu pomocí zeměpisných souřadnic, λ a přiřadit množinu parametrů (P) charakterizujících vlastnosti země v daném bodě,
- zobrazit bod A (p, 2) do mapy do A' (X, Y) na principu jednoznačnosti a graficky vyjádřit bod pomocí příslušného kartografického znaku. Problém zobrazení, ale také použitá symbolika naznačují, že jsme se dostali do oblasti matematické kartografie. Bude nás zajímat, za jakých podmínek se zobrazovací problémy objevují. Máme dvě možnosti: a) zobrazovací problémy nemáme, b) zobrazovací problémy máme. Pokud si myslíte, že je to slovní hříčka, mýlíte se. První možnost nastává tehdy, zobrazujeme-li malou část zemského povrchu a můžeme proto jeho zakřivení zanedbat (to platí pro území do 200 km2).
Druhá možnost se vyskytuje vždy u větších územních celků. Tehdy je třeba zakřivenou plochu Země nahradit jednodušší geometrickou plochou a zobrazit do roviny mapy. Jelikož kulovou plochu nelze rozvinout do roviny, jako například plochu válce či kužele, umisťují se tyto plochy (nazývají se zobrazovací) na referenční kouli a na nich se uskutečňuje zobrazovací proces. V nejjednodušším případě si jej lze představit jako promítání, jsou však i jiné, na představivost náročnější postupy, kdy se pravidla zobrazení odvodí z požadovaných vlastností mapy. V každém případě jsou však pravidla zobrazení předurčena typem zobrazovací plochy, a podle toho se i kartografická zobrazení dělí na rovinná, válcová a kuželová. Jak se mění pravidla zobrazení v těchto případech, mění se i geometrické vlastnosti odpovídajících kartografických zobrazení – map. Na první pohled se přesvědčíme třeba i na školních mapách světa o tom, že zemský povrch se nejeví vždy stejně. Jinak řečeno, totéž místo je v mapách různě deformováno vzhledem ke skutečnosti. Není to důkaz o nejednoznačnosti zobrazení? Není, právě naopak. Protože deformační vlastnosti mapy jsou jednoznačně určeny typem zobrazovací plochy (rovinná, válcová, kuželová) a způsobem zobrazení reálného prostorového systému země do mapy. Odborníci kartografové musí proto dobře ovládat teorii deformace kartografických zobrazení a každou mapu, která se nám dostane do rukou, musí vybavit informacemi o zkreslení délek, úhlů nebo ploch vzhledem ke skutečnosti. Na mapě totiž provádíme různá měření a bez zvážení jejích deformačních vlastností by tato neměla žádný význam. Kartografická zobrazení proto třídíme iz hlediska deformačních vlastností. Stejnoúhlá zobrazení jsou taková, ve kterých se nezkreslují úhly, stejnoplošné a stejnodélkově zase nemají deformované plochy nebo délky. Existují také tzv. vyrovnávací zobrazení, která vyrovnávají přílišná zkreslení. V kartografii byla vyčleněna samostatná disciplína - kartometrie - která využívajíc těchto poznatků zabývá se odměřováním délek, úhlů, ploch, morfometrických charakteristik atp. Přibližme si problém zobrazení na příkladu: zobrazme zemský povrch na kuželovou plochu, která se jej dotýká v rovnoběžce po. Vlastnosti tohoto kartografického zobrazení definoval již Ptolemaios, a proto se také nazývá Ptolemaiovo kuželovo stejnodélkové zobrazení. Princip jednoznačného zobrazení vyjadřují tvz. zobrazovací funkce: x= [Rcotg 40+ Rarc (-40)] cos >. y=[Rcotg po+Rarc (0-0)] sin >. Dosazením hodnot R (poloměr ref. koule) ., 90 do těchto funkcí vypočítáme hodnoty souřadnic x, y bodu A' jako obrazu bodu A (9, λ). Kromě toho už název zobrazení zdůrazňuje, že délky se v určitém směru nezkreslují. To znamená, že skutečnou vzdálenost dvou bodů určíme z délkového úseku v mapě pouze přepočtem na danou měrku zmenšení. Pojem měřítko informuje o míře zmenšení zobrazovaného prostoru v mapě vzhledem k jeho skutečným rozměrům na zemském povrchu. Čím větší je míra zmenšení, tím menší je měřítko. Mapy lze třídit také podle měřítka na: mapy malých měřítek (M 1.1 000 000 a menší), mapy středních měřítek (M 1:500 000 až 1:25 000), mapy velkých měřítek (M 1:10 000 a větší).
Možnost vymezit další typy map vyplývá ze samotného přístupu k objektu zobrazení - zemi. Komplexní charakteristiku geografickou země zobrazují mapy obecně geografické. Na rozdíl od nich tematické mapy vyjadřují prostorovou strukturu pouze některého z krajinných prvků. Patří sem například mapy klimatické, hydrologické, pedologické, geologické, geomorfologické, ale i mapy obyvatelstva a sídel, mapy fyzickogeografické atp. Podle toho, zda se zobrazuje pouze prostorové rozšíření nějakého prvku nebo i jiné prostorové vztahy, se mapy dělí na analytické, komplexní, syntetické. Analytické mapy zobrazují jednotlivé jevy zvlášť, například mapa srážek, mapy naftových ložisek atp. Komplexní mapy interpretují současně několik vzájemně úzce souvisejících jevů, například synoptické mapy, topografické mapy atp. Syntetické mapy zobrazují složité jevy, například mapy klimatických, pedogeografických, průmyslových a jiných regionů atp. Z hlediska vystižení časového faktoru existují mapy statické, dynamické, prognostické. V praxi se zažívalo rozlišování map i podle účelu pro odvětvové, školní, pro veřejnost (turistické, automapy, orientační plány), pro vojenské účely, politicko-agitační účely a jiné.
ZOBRAZENÍ RELIÉFU V MAPE
Reliéf je neodmyslitelný prvek země, bez kterého si jen těžko umíme představit běžnou orientaci v ní. Nejprve několik základních informací. Zemní reliéf je myšlena plocha zemského povrchu, tvořící rozhraní mezi horninovým obalem a atmosférou, případně hydrosférou. Každý bod této myšlené plochy lze blíže popsat ve formě A [(p. 2), h], kde pisná délka, h, zeměpisná šířka, λ=země- nadmořská výška měřená od hladiny moře ve směru normály k zemskému povrchu. Pohybujeme-li se po reliéfu tak, aby se výška neměnila, pohybujeme se po vrstevnici. Přesněji: vrstevnice je spojnice bodů se stejnou nadmořskou výškou. Bodu A odpovídá v mapě jeho obraz A' (x, y). Pomocí množiny více obrazů můžeme reliéf v mapě modelovat. Pokud spojíme v mapě body se stejnou nadmořskou výškou, dostaneme vrstevnicovou mapu, která je podkladem pro určení dalších významných (morfometrických) paametrů krajinného reliéfu. Jsou to: klon reliéfu ve směru spádových křivek, orientace reliéfu vůči světovým stranám a různé geometrické formy. Prostorové rozložení jednotlivých morfometrických parametrů samostatně ve formě map sklonů, orientace a geometrických tvarů má široké uplatnění. Například při vytyčování trasy dálnic se zadanými parametry se výrazně uplatňuje mapa sklonů. Mapa orientace spolu s mapou sklonů jsou zase podklady pro získání informací o oslunění reliéfu, pro výpočet intenzity oslnění a určení celkové energetické potence vybrané oblasti atp. Reliéf je součástí obsahové náplně mnoha druhů map, je však nezbytnou součástí map topografických. Jsou to mapy měřítek 1:10 000, 1:25 000, 1:50 000, které obsahují důležité údaje o rozložení a vzájemném zastoupení jednotlivých složek geografické země. Jejich obsah tvoří tzv. výškopis a polohopis. Výškopis je vrstevnicové vyobrazení reliéfu s výškovými rozdíly Ah 5 m (základní interval). Polohopis je zobrazením vybraných krajinných prvků, přičemž současně obsahuje i vybrané kvantitativní údaje těchto prvcích. Jsou to zobrazené komunikace, tzn. j. silnice všech druhů, železnice, mosty, budovy, sídla, továrny, elektrická vedení, vodní toky, jezera (s údaji o šířce, hloubce, případně rychlosti toku). Je třeba si ještě uvědomit, že topografické mapy poskytují všechny základní údaje důležité pro bojovou činnost. Vrstevnice, zobrazené hnědou barvou jsou z hlediska dané měřítka matematicky přesné izočiary nadmořských výšek a lze z nich změřit různé důležité údaje. Parametry sklonu a orientace reliéfu jsou významné při určení oblasti nejintenzivnějšího účinku jaderných zbraní, dále při vykrytí území optimální sítí radarů. Na základě podrobně vypracované mapy sklonitosti se zvolenou stupnicí sklonů a zadaných parametrů lze konstruovat mapu průchodnosti terénu pro jednotlivé druhy bojové (kolové i pásové) techniky. Určité druhy map tedy plní významnou úlohu z hlediska obrany státu, a proto je třeba některé důležité informace v mapách utajovat.
JAK SE MAPUJE RELIÉF
Když ve vašem městě či vesnici zastane terénní vůz a vystoupí z něj pracovníci - geodéti s nivelačními latěmi a různými přístroji, signalizuje to, že ve vašem okolí se bude budovat cosi významného. Na zvědavé dotazy domorodců geodéti odpovídají jen tolik, že podrobně mapují terén. Pracovníci u přístrojů nemilosrdně přehánějí pomocníky s latěmi, hlásí zapisovateli nějaká čísla a kdesi dále možná spatříte i zakreslovače, což manipuluje s pravítky a usilovně graficky zaznamenává informace od zapisovatele.
VÍTE, CO DĚLÁ?
Nezřeme do zápisníku zapisovatele. Není to obyčejný zápisník, ale tvz. tachymetrický. Vidíme záplavu čísel, ale když se lépe přihlédneme, objevíme mezi nimi pořádek. Jsou to čísla, která nás podrobně informují o každém zaměřovaném bodě. Přesněji řečeno o jeho poloze v prostoru (O, X, Y, Z), přičemž rovina (X, Y) je průmětna, do které zobrazujeme terén (zakřivení zemského povrchu zanedbáváme). Každý bod je určen pořadovým číslem a souřadnicemi x, y, z, kde z je jeho nadmořská výška. Zakreslovač zaznamenává všechny body na výkres. Ten bude nakonec pokryt sítí trojúhelníků, jejichž vrcholy jsou popsány pořadovým číslem zaměřených bodů. Ramena trojúhelníků znázorňují směr měření. Z jednoho stanoviska lze zaměřit více bodů. Hustota bodů, podle kterých se reliéf popisuje, závisí na podrobnosti budoucí mapy, tedy na měřítku. Čím je větší měřítko, tím je zapotřebí hustší síť bodů. Hustota bodů však závisí i na členitosti reliéfu: čím je reliéf členitější, tím hustěji je třeba volit body. Práce v terénu je ovšem jen první etapou tvorby mapy. Práce pokračuje v kartografické laboratoři. Tady se všechny údaje z tachymetrického zápisníku znovu velmi přesně vynesou na papír. Rovina papíru představuje zároveň zobrazovací rovinu (0,X,Y). Údaj s příslušným pořadovým číslem se vynesením souřadnic zobrazí ve formě bodu, ke kterému se připíše i hodnota souřadnice z nadmořská výška. Z připravené sítě bodů se pak podle připraveného náčrtu konstruuje trojúhelníková síť. A to je už přímý podklad pro tvorbu vrstevnicové mapy. K okrajovým bodům každé strany trojúhelníku jsou přiřazeny nadmořské výšky. Víme, že vrstevnice jsou konstruovány podle určitého výškového intervalu Ah-1, 2, ...m. Proto na straně každého trojúhelníku hledáme body, ve kterých nadmořská výška dosahuje určité násobky výškového intervalu Ah (ve výškovém rozpětí, daném koncovými body trojúhelníkové strany). Jedná se o tzv. interpolaci výšek. Nakonec přistoupíme k poslední etapě konstrukci vrstevnic. Víme už, že vrstevnice jsou čáry, které spojují místa se stejnou nadmořskou výškou. Proto nainterpolované body na stranách trojúhelníků se stejnou hodnotou nadmořské výšky spojujeme přímkou nebo plynulou křivkou - vrstevnicí. Každá vrstevnice má svoji hodnotu, kterou vyjadřujeme číselně. Hlavička čísla musí být přitom orientována ve směru rostoucí nadmořské výšky. Tento postup tvorby vrstevnicové mapy však není jediný. Většinu lidské práce i zde mohou nahradit počítače od pořízení základních údajů o území z leteckých či družicových snímků až po samotné pořízení mapy automatickým koordinátografem.
POČÍTAČ VYRÁBÍ MAPY
Zavedení výpočetní techniky mělo iv kartografické vědě velký význam. Nové odvětví dálkový průzkum Země - totiž zajišťuje prostřednictvím pravidelně získávaných snímků libovolné oblasti na Zemi dosud nepředstavitelné množství kvalitních a aktuálních informací o území. Bez počítačů, které umožňují jejich uchovávání v operativním stavu, by tyto informace byly pro nás ztraceny. K tomu, aby počítač vyhotovil mapu, potřebuje znát údaje o území a postup práce. Údaje o území mu můžeme zadat na děrných štítcích: pracovní postup zase zajistí řídící algoritmy, které usměrňují práci se získanými údaji v jednotlivých etapách: při tvorbě trojúhelníkové sítě, interpolaci nadmořských výšek a konstrukci vrstevnic. Jen pro ilustraci: oblast, která obsahuje zhruba 200 bodů, zpracuje počítač se střední operační rychlostí asi za 1 hodinu. Rozvoj kartografie dnes spočívá ve vydávání nových druhů map a v jejich využití ve vědě a praxi. Základním úkolem kartografické produkce nadále zůstává doplňování fondu základních map odpovídajících skutečnosti. Růst vzdělanostní a kulturní úrovně obyvatelstva, potřeba podrobné a přesné prostorové informace o přírodním prostředí, o osídlení, výrobních silách, ale i potřeba ochrany a tvorby životního prostředí jsou však určující faktory, které podporují i rozvoj komplexních a tematických map. V letošním roce se veřejnosti dostane do rukou významné kartografické dílo, které je svědectvím vysoké úrovně kartografické vědy a kartografické tvorby – ATLAS SSR. Množství tematických map, vytvořených z přesných podkladů o půdách, vodách, klimatu, biosféře, sociosféře atd., bude významným zdrojem informací o přírodních a společenských jevech a jejich vazbách.
Zdroj: Časopis Elektron
