Масштаб карты (Map scale)
Масштаб карты – это отношение расстояния на карте к соответствующему реальному расстоянию на местности. Например, если масштаб карты равен 1:50 000, это означает, что 1 см на карте равен 50 000 см (или 500 м) в реальности. Чем меньше знаменатель – тем крупнее масштаб и тем больше деталей отображает карта. Крупномасштабные карты (1:10 000, 1:5 000) показывают отдельные здания и дороги, а мелкомасштабные (1:1 000 000 и меньше) – целые регионы, страны, континенты.
Уровень увеличения (Zoom level)
Понятие, используемое в веб-GIS (Яндекс Карты, 2ГИС, Google Maps и других).
Zoom level – это числовой параметр, определяющий уровень приближения карты в веб-картографии. Чем больше zoom – тем больше деталей на карте и меньше ее охват. Нумерация уровней зума начинается с нуля, и нулевой уровень означает, что карта мира отображается с минимальной детализацией и помещается в пределах одного или нескольких тайлов.
Tile – это квадратный элемент онлайн-карты (обычно 256×256 пикселей). При просмотре карт вы видите одно большое изображение, но внутренне оно состоит из набора тайлов, которые собираются в единую карту, как элементы мозаики.
Как связаны масштаб и уровень увеличения
Каждый новый уровень зума примерно в два раза уменьшает знаменатель масштаба карты, тем самым увеличивая детализацию.
Это значит, что карта показывает в два раза более детализированное изображение, а площадь, видимая на экране, уменьшается в четыре раза (в два раза по ширине и в два раза по высоте).
Таким образом, начиная с масштаба около 1:500 млн на уровне zoom = 0, мы приходим к масштабу 1:250 при уровне zoom = 21. Такой масштаб позволяет достаточно крупно видеть дороги, здания и сооружения на местности.
Необходимо учесть, что значение масштаба в GIS может быть не абсолютно точным, а приблизительным, в зависимости от DPI и других технических характеристик изображения, в проекции Web Mercator вблизи экватора.
Примерная зависимость масштаба от уровня зума
| Zoom | Примерный масштаб | Видимая детализация |
|---|---|---|
| 0 | 1 : 500 000 000 | Вся Земля |
| 5 | 1 : 15 000 000 | Континенты и страны |
| 10 | 1 : 500 000 | Города и дороги |
| 15 | 1 : 20 000 | Кварталы и улицы |
| 21 | 1 : 250 | Отдельные здания и сооружения |
Разрешение карты (Resolution)
Разрешение – это характеристика, определяющая, насколько подробно карта или снимок отображают поверхность Земли. В контексте растровых данных это размер участка местности, который соответствует одному пикселю изображения. Например, снимок с разрешением 10 м/пиксель показывает объекты размером не менее 10×10 метров, а при 0.5 м/пиксель можно различать автомобили и дорожную разметку. Чем меньше размер пикселя, тем выше разрешение и тем больше деталей можно увидеть на карте.
Связь понятий масштаба, зума и разрешения
Понятия масштаба, уровня увеличения (zoom) и разрешения (resolution) являются разными способами измерения охвата и детализации карты.
Масштаб – классический картографический способ выразить, во сколько раз уменьшены реальные размеры.
Zoom level – цифровой аналог масштаба в веб-картах: чем выше зум, тем меньше охват и больше деталей.
Resolution – технический параметр качества данных: чем меньше размер пикселя, тем выше точность изображения.
Эти параметры определяют, что именно мы видим на карте – континенты, страны, города или отдельные здания – и насколько точно можно анализировать пространственные объекты.
Координатная система (Coordinate system)
Координатная система — это математический способ однозначного определения положения точек, линий и объектов на поверхности Земли. Каждая точка описывается набором численных координат, которые задаются относительно выбранной системы отсчёта.
Основные типы координатных систем
Географическая координатная система (Geographic Coordinate System, GCS)
Основана на сферической или эллипсоидальной модели Земли. Положение точки в ней задаётся двумя угловыми координатами:
Широтой (latitude) – углом между экватором и направлением на точку.
Долготой (longitude) – углом между нулевым меридианом и меридианом точки.
Единицами измерения обеих величин являются градусы.
Например, точка с координатами 56.1234° северной широты, 35.6789° восточной долготы соответствует деревне Кукуево в Тверской области.
Проекционная координатная система (Projected Coordinate System, PCS)
В отличие от географической системы, которая использует широту и долготу, проекционная координатная система переводит поверхность Земли на плоскую карту с помощью картографической проекции.
В такой системе координаты задаются в линейных единицах – метрах, футах и других, что удобно для точного измерения расстояний и площадей, использования в инженерном проектировании.
Таким образом, в PCS можно непосредственно измерять расстояния в метрах, строить карты и выполнять расчёты без необходимости переводить углы в линейные размеры.
Понятие датума (Datum)
Датум – это модель, задающая форму Земли и способ привязки координат к её поверхности. Датум необходим потому, что Земля имеет неровную форму, и без общей математической модели невозможно однозначно задавать положение точки. Разные датумы используют разные эллипсоиды и способы привязки, поэтому координаты одной и той же точки в разных датумах могут быть разными.
Наиболее распространённый датум – WGS84, применяемый в GPS и большинстве онлайн-карт. Эллипсоид размещён так, что его центр совпадает с центром масс Земли, а ориентация осей связана с вращением планеты. Благодаря этому координаты, вычисленные в WGS84, согласованы по всему миру и могут использоваться в глобальных навигационных сервисах.
Датумы на основе эллипсоида используют математическую фигуру – эллипсоид, чтобы аппроксимировать форму Земли. Эллипсоид задаёт гладкую поверхность, удобную для вычислений координат. В таких датумах координаты точек определяются относительно этого эллипсоида. Пример — большинство локальных датумов, где эллипсоид подгоняют под поверхность Земли в конкретном регионе (например, СК-42 для России). Преимущество – точность в ограниченной области. Недостаток — ошибки при использовании вне региона.
Датумы, учитывающие геоид, привязываются к реальной физической поверхности Земли с учётом её неровностей и локальных вариаций гравитационного поля. Геоид представляет собой воображаемую поверхность, к которой условно приравнивается средний уровень моря. Такие модели позволяют корректно описывать высоты и рельеф, однако они сложны для прямого использования в глобальных расчётах координат.
На практике геоид применяется совместно с эллипсоидом: координаты точек вычисляются относительно эллипсоида, а затем с помощью геоидной модели преобразуются в физические высоты над уровнем моря. Геоид не является идеальной математической фигурой — это эмпирическая модель поверхности Земли, построенная на основе большого объёма геодезических, спутниковых и гравиметрических измерений.
Проблемы согласования координатных и проекционных систем
При работе с GIS часто используются данные из разных источников: спутниковые снимки, кадастровые карты, результаты геодезических измерений, данные из веб-карт. Эти данные могут быть созданы в разных координатных системах, проекциях и датумах, что приводит к ряду типичных проблем.
Для корректной работы в ГИС все данные должны быть приведены к одной координатной системе и проекции. Если этого не сделать, объекты на карте смещаются, искажаются измерения расстояний и площадей, а результаты анализа становятся недостоверными. Конвертация и согласование систем координат обеспечивают точное совмещение слоёв и корректные расчёты.
Иллюстрации показывают, как попытка отобразить проекционную координатную систему в географических координатах приводит к сильным искажениям карты. В верхней части изображена привычная прямоугольная карта мира, где широта и долгота представлены как равномерная сетка. При переходе к нижнему изображению видно, что при «обратном» отображении проекции в географическое пространство поверхность Земли перестаёт корректно укладываться в плоскость: меридианы сходятся, параллели искривляются, а форма и взаимное положение континентов заметно искажаются. Это наглядно демонстрирует, что проекционные системы предназначены для работы в плоских координатах, а их использование или интерпретация как географических координат приводит к геометрическим ошибкам и визуальным искажениям карты.
Заключение
Геоинформационные системы оперируют пространственными данными, точность и корректность которых напрямую зависят от выбранного масштаба, уровня увеличения, разрешения, координатной системы, проекции и датума. Эти понятия описывают одну и ту же реальность с разных сторон и должны рассматриваться в комплексе.
Непонимание различий между географическими и проекционными координатами, а также игнорирование согласования систем координат приводит к искажениям карт, смещению объектов и ошибкам в измерениях. Поэтому приведение всех данных к единой и корректно выбранной системе координат является обязательным этапом любой работы в ГИС.
Осознанный выбор проекции и датума позволяет не только правильно визуализировать карту, но и получать достоверные результаты пространственного анализа, что делает ГИС надёжным инструментом для навигации, анализа и принятия решений.
