Topografische kaart

Achtergrond

Een topografische kaart is een tweedimensionale weergave van een driedimensionaal landoppervlak. Topografische kaarten onderscheiden zich van andere kaarten doordat ze zowel de horizontale als de verticale positie van het terrein weergeven. Door een combinatie van contourlijnen, kleuren, symbolen, labels en andere grafische voorstellingen, geven topografische kaarten de vormen en locaties weer van bergen, bossen, rivieren, meren, steden, wegen, bruggen en vele andere natuurlijke en door de mens gemaakte kenmerken. Ze bevatten ook waardevolle referentie-informatie voor landmeters en kaartenmakers, waaronder benchmarks, basislijnen en meridianen, en magnetische declinaties. Topografische kaarten worden gebruikt door civiel ingenieurs, milieumanagers en stedenbouwkundigen, maar ook door buitenenthousiastelingen, hulpdiensten en historici.

Geschiedenis

Enkele van de vroegst bekende kaarten zijn gemaakt in Mesopotamnië, in het gebied dat nu bekend staat als Irak, waar een reeks kaarten met de eigendomsgrenzen werd getekend in ongeveer 2400 v. Chr. met het oog op de grondbelasting. Een Romeinse kaart uit ongeveer 335-366 A.D. toonde topografische kenmerken als wegen, steden, rivieren en bergen. Het woord topografie is afgeleid van de Griekse woorden topos, wat een plaats betekent, en graphien, zin om te schrijven. Topografie is dus de geschreven of getekende beschrijving van een plaats.

Hoewel de grondbeginselen van landmeten al in 1200 v. Chr. bekend waren. , en misschien zelfs eerder, was het gebruik van landmeetkundige technieken bij het maken van kaarten beperkt tot steden en andere kleinschalige gebieden. Kaarten op grotere schaal werden opgesteld op basis van schetsen of dagboeken die door ontdekkingsreizigers werden bijgehouden en gaven soms meer verbeeldingskracht dan observatie weer. Als gevolg hiervan waren de exacte posities van punten op een kaart vaak grove fouten.

In 1539 beschreef de Nederlandse wiskundige en geograaf Reiner Gemma Frisius een methode om een ​​gebied te meten door het in driehoeken te verdelen. Dit concept van triangulatie werd een van de basistechnieken van veldmetingen en wordt nog steeds gebruikt. Een van de eerste grootschalige karteringsprojecten met behulp van triangulatie werd in de jaren 1670 gestart door Giovanni Domenico Cassini, die was overgehaald om een ​​gedetailleerde kaart van Frankrijk te maken. Na de dood van Cassini bleven zijn kinderen en kleinkinderen aan het project werken. Het uiteindelijke resultaat, genaamd de Carte de Cassini, werd gepubliceerd in 1793 en was de eerste nauwkeurige topografische kaart van een heel land. De enige tekortkoming was het algemene gebrek aan hoogtemetingen, afgezien van enkele plaatselijke verhogingen die werden bepaald door de variatie in luchtdruk met de hoogte te meten met behulp van een barometer. Het concept van contourlijnen om verschillende hoogtes op een kaart weer te geven, werd in 1791 ontwikkeld door de Franse ingenieur JL Dupain-Triel. Hoewel deze methode de nauwkeurige weergave van landcontouren en verhogingen op een vlakke, tweedimensionale kaart mogelijk maakte, was het niet op grote schaal gebruikt tot het midden van de 19e eeuw.

In de Verenigde Staten erkende de federale overheid het belang van nauwkeurige topografische kaarten in een snel groeiend land. In 1807 richtte president Thomas Jefferson de Survey of the Coast op om de Atlantische kust in kaart te brengen als hulpmiddel voor reizen en handel. In 1836 werd deze organisatie omgedoopt tot de U.S. Coast Survey en in 1878 veranderde de naam in de U.S. Coast and Geodetic Survey. In de tussentijd viel het in kaart brengen van het binnenland van het land in handen van een verscheidenheid aan individuen en organisaties, waaronder de Lewis en Clark-expeditie in 1804-1806, die hun route van St. Louis, Missouri, naar de Pacific Northwest in kaart brachten. Tijdens de periode van 1838 tot het uitbreken van de burgeroorlog in 1861, leverde het Corps of Topographical Engineers van het leger belangrijke bijdragen aan het in kaart brengen van het westen van de Verenigde Staten, waaronder een gedetailleerde kaart die in 1848 werd gepubliceerd op basis van de verkenningen van John Fremont. Tegen de jaren 1870 hielden zoveel verschillende groepen enquêtes dat hun werk begon te overlappen. Om deze inspanning te consolideren, werd in 1879 de U.S. Geological Survey (USGS) opgericht.

Het grootste deel van het vroege maken van kaarten werd gedaan door moeizaam veldonderzoek. Vanaf de jaren dertig begon de USGS luchtfotografietechnieken te gebruiken om kaarten te produceren en bij te werken. In de jaren tachtig verminderde het gebruik van computers om bestaande kaarten te scannen en opnieuw te tekenen de tijd die nodig was om kaarten bij te werken in snelgroeiende gebieden aanzienlijk.

Tegenwoordig heeft de USGS meer dan 56.000 topografische kaarten van de Verenigde Staten in verschillende schalen, plus kaarten van de maan en planeten. Ze publiceren ook speciale kaarten, waaronder geologische, hydrologische en fotokaarten voor verschillende doeleinden.

Kaartschalen, symbolen,
en kleuren

Om bruikbaar te zijn, moeten topografische kaarten voldoende informatie weergeven op een kaartformaat dat gemakkelijk te gebruiken is. Dit wordt bereikt door een kaartschaal te selecteren die niet te groot en niet te klein is en door de kaartdetails te verbeteren door het gebruik van symbolen en kleuren.

De meest voorkomende USGS topografische kaartschaal is 1:24.000. Op deze schaal vertegenwoordigt 1 inch op de kaart 24.000 in, of 2.000 ft. (1 cm staat voor 240 m) op de grond. Deze kaarten worden vierhoekige kaarten van 7,5 minuten genoemd omdat elke kaart een vierzijdig gebied op het aardoppervlak beslaat dat 7,5 minuten lang en 7,5 minuten hoog is, waarbij 60 minuten gelijk is aan één hoekgraad. Omdat de afstand tussen lengtegraden smaller wordt naarmate je van de evenaar naar de polen gaat, variëren ook de breedtes van de kaarten. Voor kaarten van de Verenigde Staten zijn de kaarten ongeveer 23 inch (58,4 cm) breed en 27 inch (68,6 cm) hoog voor locaties onder een breedtegraad van 31 graden en ongeveer 22 inch (55,9 cm) breed en 27 inch (68,6 cm hoog). ) voor locaties boven die breedtegraad. Andere veelgebruikte USGS-kaartschalen zijn 1:63.360, 1:100.000 en 1:250.000. Deze schalen bestrijken grotere gebieden dan de 1:24.000 kaarten, maar met minder detail.

Om de topografische kaarten gemakkelijker te interpreteren te maken, worden symbolen en kleuren gebruikt om verschillende natuurlijke en door de mens gemaakte kenmerken weer te geven. Sommige symbolen zijn zo ontworpen dat ze eruitzien als de functie wanneer ze van bovenaf worden bekeken. Gebouwen worden bijvoorbeeld weergegeven als vaste objecten in de vorm van de gebouwomtrek. Andere symbolen zijn universeel erkende voorstellingen, zoals een lange lijn met kleine kruismarkeringen om een ​​spoorweg weer te geven. Kleuren spelen een nog belangrijkere rol. Rivieren, meren en andere wateren zijn in blauw weergegeven. Bossen en sterk begroeide gebieden zijn groen weergegeven. Kleine wegen en snelwegen worden in het zwart weergegeven, terwijl grote snelwegen in het rood worden weergegeven. Contourlijnen, die de vorm van de grond zelf vertegenwoordigen, zijn in bruin weergegeven. Recente herzieningen van de kaart worden in paars weergegeven.

Het fabricageproces

De productie van een nauwkeurige topografische kaart is een lang en complex proces dat van begin tot eind wel vijf jaar kan duren. Er is een bekwaam team van landmeters, graveurs, factcheckers, drukkers en anderen nodig om een ​​goede kaart te maken. Hier is een typische reeks operaties die door de U.S. Geological Survey wordt gebruikt om een ​​topografische kaart met vierhoekige vierhoeken van 7,5 minuten te produceren.

Het gebied fotograferen

• 1 Het in kaart te brengen gebied moet eerst vanuit de lucht worden gefotografeerd. Elk stuk grond wordt vanuit twee verschillende hoeken gefotografeerd om een ​​stereoscopisch driedimensionaal beeld te krijgen dat kan worden omgezet in contourlijnen. De lucht moet helder zijn en de zon moet in de juiste hoek staan ​​voor het soort terrein dat wordt gefotografeerd. Seizoensgebonden Elk stuk grond wordt vanuit twee verschillende hoeken gefotografeerd om een ​​stereoscopisch driedimensionaal beeld te krijgen dat kan worden omgezet in Contour lijnen. factoren moeten ook in aanmerking worden genomen. In gebieden met loofbomen worden de foto's bijvoorbeeld meestal gemaakt tussen de late herfst en het vroege voorjaar, wanneer de bomen kaal zijn en de onderliggende grondkenmerken beter zichtbaar zijn.
• 2 Het vliegtuig wordt op een constante hoogte in noord-zuid richting over het gebied gevlogen langs zorgvuldig vastgestelde vliegroutes terwijl speciale camera's 10 nauwkeurig gepositioneerde foto's maken van elke vierhoek. Elke camera kan $ 250.000 of meer kosten.

Inmeten van de controlepunten

• 3 Om de nauwkeurigheid van een kaart te garanderen, moet de exacte locatie van verschillende controlepunten worden vastgesteld door veldonderzoek. Typische controlepunten kunnen de kruising zijn van twee wegen of andere opvallende kenmerken binnen het kaartgebied. Horizontale controlepunten worden onderzocht om de lengte- en breedtegraad te bepalen, terwijl verticale controlepunten afzonderlijk worden onderzocht om hoogtes te bepalen. De locatie en hoogte van deze controlepunten helpen de kaartmakers om de luchtfoto's correct te positioneren en waarden toe te kennen aan de contourlijnen.
• 4 Terwijl de landmeters in het veld zijn, zoeken ze ook naar kenmerken die mogelijk nader moeten worden gecontroleerd, zoals wegen of beekjes die verborgen zijn onder overhangend gebladerte, of gebouwen die mogelijk zijn gebouwd of afgebroken sinds de luchtfoto's werden gemaakt.

De kaartfuncties verifiëren

• 5 Voor sommige kaartfuncties is mogelijk aanvullende verificatie vereist. Sommige streams kunnen bijvoorbeeld slechts met tussenpozen worden uitgevoerd, in welk geval ze op de kaart worden weergegeven door een streepjespunt of lichter in plaats van een ononderbroken lijn. Bepaalde wegen kunnen privéwegen blijken te zijn in plaats van openbare wegen, en deze moeten worden gemarkeerd. Fieldcheckers gaan het gebied in en verifiëren deze kenmerken door met lokale bewoners te praten of lokale eigendomsgegevens te raadplegen. Alle twijfelachtige kenmerken die door de onderzoeksteams zijn opgemerkt, moeten ook worden geverifieerd. De juiste spelling van plaatsnamen moet worden bepaald.

Het kaartmanuscript samenstellen

• 6 Nadat het gebied in kaart is gebracht en alle kenmerken zijn gecontroleerd, worden de paren overlappende luchtfoto's in een stereoscopische projector geplaatst. Het ene beeld wordt geprojecteerd op het linkeroog van de operator en het andere beeld op zijn rechteroog. Het resultaat is een driedimensionaal beeld van het terrein. Twee kleine lichtbundels zijn verbonden met een aanwijzer en zijn zo afgesteld dat ze elkaar snijden in een kleine witte stip die overeenkomt met een bepaalde hoogte op het driedimensionale terreinbeeld. Door Om de nauwkeurigheid van een kaart te garanderen, moet de exacte locatie van verschillende controlepunten per veld worden bepaald enquêtes. Voor elke gebruikte kleur wordt een aparte scribecoat gemaakt. door de aanwijzer te bewegen terwijl de twee stralen gefocust blijven in een punt, volgt de operator elke contourlijn van de grond en de locatie van verschillende functies. De aanwijzer is verbonden met een pen op de overtrektafel die de contour of het te traceren kenmerk tekent. Alle contouren en functies zijn op dit punt in het zwart getekend. Dit proces wordt het compileren van het kaartmanuscript genoemd.
• 7 Wanneer het traceren is voltooid, wordt het voltooide kaartmanuscript gefotografeerd en wordt een filmnegatief op kaartformaat gemaakt. Dit negatief wordt fotochemisch gereproduceerd op verschillende dunne plastic vellen die zijn gecoat met een zachte, doorschijnende coating die een scribecoat wordt genoemd.

De kaart schrijven en bewerken

• 8 De plastic platen worden één voor één genomen en op een lichttafel geplaatst, waar een zacht licht door een wit plastic oppervlak schijnt. Deze verlichting van onderaf maakt de lijnen van het kaartmanuscript zichtbaar door de scribecoat. Een graveur snijdt voorzichtig de scribecoat weg langs de lijnen en gebieden die een bepaalde kleur op de voltooide kaart moeten hebben. Op één blad staan ​​bijvoorbeeld alle lijnen voor rivieren, meren en andere wateren die blauw moeten zijn. Dit proces wordt herhaald voor elke kleur.
• 9 Afzonderlijke vellen voor de belettering worden voorbereid door een doorzichtig plastic vel over elk beschreven vel te leggen en de belettering zorgvuldig uit te lijnen met de kenmerken die moeten worden gelabeld. Lettergroottes, stijlen en lettertypen worden geselecteerd volgens standaarden, die zorgen voor consistentie en leesbaarheid van de ene kaart naar de andere. Van elk afgewerkt typeblad wordt vervolgens een filmnegatief gemaakt.
• 10 Nadat de bekraste vellen verschillende keren zijn bekeken en bewerkt, wordt een kleurproefvel gemaakt door elk vel onder verschillende kleuren licht te belichten om een ​​kleurenafdruk te produceren die erg veel lijkt op de voltooide kaart. Na verdere beoordeling en bewerking is de kaart klaar om te worden afgedrukt.

De kaart afdrukken

• 11 Voor elke kaartkleur wordt een persplaat gemaakt door de bekraste vellen en de beletteringnegatieven te belichten. Het papier wordt in een lithografische drukpers geladen en de eerste kleur wordt afgedrukt. De persplaat en inkt worden verwisseld en het papier wordt een tweede keer door de pers gehaald om de tweede kleur af te drukken. Dit proces wordt herhaald totdat alle kleuren zijn afgedrukt. Sommige van de grootste persen kunnen tot vijf kleuren achter elkaar afdrukken zonder van plaat te wisselen of het papier opnieuw te laden.

Kwaliteitscontrole

De USGS gebruikt de National Map Accuracy Standards die in 1947 zijn opgesteld. Vanaf 1958 begon de USGS met het testen van de nauwkeurigheid van hun kaarten door 20 of meer goed gedefinieerde punten te controleren op ongeveer 10% van de kaarten die elk jaar worden geproduceerd.

Voor een kaart van 7,5 minuten op een schaal van 1:24.000 vereist de horizontale nauwkeurigheidsnorm dat de locaties die op de kaart worden weergegeven voor ten minste 90% van de gecontroleerde punten nauwkeurig moeten zijn tot binnen 40 ft (12,2 m) van de werkelijke locaties op de grond . De verticale nauwkeurigheidsnorm vereist dat de hoogten die op de kaart worden weergegeven voor ten minste 90% van de gecontroleerde punten nauwkeurig moeten zijn tot op de helft van het contourinterval op de grond. Voor een kaart met contourintervallen van 10 ft (3 m) betekent dit dat de op de kaart getoonde hoogten nauwkeurig moeten zijn tot op 1,5 m van de werkelijke hoogten op de grond. Om u een idee te geven van wat deze normen voor kaartenmakers betekenen, vereist de horizontale nauwkeurigheidsnorm dat de locatie van ten minste 90% van de controlepunten op de kaart moet worden getekend tot binnen 0,02 inch (0,05 cm) van de juiste positie.

De Toekomst

De meeste topografische kaarten die momenteel in gebruik zijn, zijn met de hand gemaakt. Voor kaartenmakers is de toekomst er echter vandaag. Een goed ontwikkeld netwerk van navigatiesatellieten vormt de basis van het Global Positioning System (GPS). Met dit systeem kunnen landmeters nauwkeurig horizontale posities bepalen binnen een paar voet, zelfs op het meest afgelegen terrein waar conventionele landmeetkundige technieken onmogelijk zijn.

Andere satellieten die een verscheidenheid aan sensoren dragen, kunnen binnenkort de luchtfotografiemethode voor het maken van kaarten vervangen. De eerste van een reeks Landsat-satellieten werd gelanceerd in 1972 en in 1984 konden ze objecten op het aardoppervlak detecteren van ongeveer 30 m groot. In 1998 bereidde een Amerikaans bedrijf de lancering voor van een satelliet die objecten van slechts 1 meter (3 ft) zou kunnen detecteren, die beelden zou produceren met net zoveel details als de huidige USGS-kaarten van 7,5 minuten. Wat nog belangrijker is, deze afbeeldingen zouden worden vastgelegd en verzonden als digitale gegevens, die vervolgens door computers zouden kunnen worden verwerkt en afgedrukt. Dit zou de tijd die nodig is om kaarten te produceren of bij te werken aanzienlijk verkorten en zou ook de algehele nauwkeurigheid verbeteren.