Карты высот

SRTM

SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) was developed to collect three-dimensional measurements of the Earth’s surface to generate a near-global
digital elevation model (DEM). The mission was a cooperative project between the National Aeronautics and Space Administration (NASA), the National
Geospatial-Intelligence Agency (NGA) of the U.S. Department of Defense (DoD), and the German and Italian space agencies.

SRTM flew on board the Space Shuttle Endeavour in February 2000 and used an interferometric radar system to map the topography of Earth’s surface.
Endeavour was launched in an orbit with an inclination of 57 degrees which allowed to map all of the Earth’s landmass that lies between 60 degrees
North and 56 degrees South.

SRTM data was processed into geographic tiles, each of which represents one by one degree of latitude and longitude. A degree of latitude measures
111 kilometers North South, a degree of longitude measures 111 kilometers East West or less, decreasing away from the equator. Each tile of this
dataset contains 1201×1201 samples which is equipollent to a 90 m grid resolution at equator. All tiles together represent an image sized
432000 x 139200 pixel.

For technical reasons data are available between 60 degrees North and 56 degrees South latitud only. The relative horizontal accuracy is about ±
15 m, the relative vertical accuracy about ± 6 m. The original data came with data voids indicating insufficient contrast in the radar data.
These data voids tend to occur over water bodies (lakes, rivers, coasts, etc.), areas with snow cover and in mountainous regions.

The original SRTM data are available from USGS.

Виды горизонталей

Горизонталь — замкнутая кривая линия на карте, которой соответствует на местности контур, все точки которого расположены на одной и той же высоте над уровнем моря.

Различают следующие горизонтали:

• основные (сплошные) — соответствующие высоте сечение рельефа;
• утолщенные — каждая пятая основная горизонталь; выделяется для удобства чтения рельефа;
• дополнительные горизонтали (полугоризонтали) — проводятся прерывистой линией при высоте сечения рельефа, равной половине основной;
• вспомогательные — изображаются короткими прерывистыми тонкими линиями, на произвольной высоте.

Расстояние между двумя смежными основными горизонталями по высоте называют высотой сечения рельефа. Высоту сечения рельефа подписывают на каждом листе карты под ее масштабом. Например: «Сплошные горизонтали проведены через 10 метров».

Для облегчения счета горизонталей при определении высот точек по карте все сплошные горизонтали, соответствующие пятой кратной высоте сечения, вычерчиваются утолщенно и на ней ставится цифра, указывающая высоту над уровнем моря.

Для того чтобы при чтении карты можно было быстро определить характер неровностей поверхности на картах, применяются специальные указатели направления скатов — бергштрихи — в виде коротких черточек, расставленных на горизонталях (перпендикулярно им) по направлению покатостей. Они помещаются на изгибах горизонталей в наиболее характерных местах, преимущественно у вершин седловин или на дне котловин.

Дополнительные горизонтали (полугоризонтали) применяются для отображения характерных форм и деталей рельефа (перегибов склонов, вершин, седловин и т. п.), если они не выражаются основными горизонталями. Кроме того, применяют для изображения равнинных участков, когда заложения между основными горизонталями очень велики (более 3 — 4 см на карте).

Вспомогательные горизонтали применяют для изображения отдельных деталей рельефа (блюдец в степных районах, западин, отдельных бугров на плоскоравнинной местности), которые не передаются основными или дополнительными горизонталями.

Изображение горизонталями типовых форм рельефа

Рельеф на топографических картах изображается кривыми замкнутыми линиями, соединяющими точки местности, имеющие одинаковую высоту над уровенной поверхностью, принятой за начало отсчета высот. Такие линии называются горизонталями. Изображение рельефа горизонталями дополняется подписями абсолютных высот, характерных точек местности, некоторых горизонталей, а также числовых характеристик деталей рельефа — высоты, глубины или ширины.

Проектирование велоинфраструктуры

За последние годы мэрия Москвы много сделала для появления велоинфраструктуры в городе. Это очень хорошее начинание в сторону экологического и здорового города. Но, к сожалению, есть и обратная сторона. Город строит много велодорожек, но они все появляются в хаотичном порядке, они не связаны друг с другом. То есть они не образуют единую сеть с помощью которой можно добраться из точки А в точку Б. Когда вы едите по городу на велосипеде, вам может попасться несколько велодорожек по пути, но основное время вы будете двигаться по неприспособленным к велодвижению улицам.

По отчетам мэрии в Москве уже более 200 километров велодорожек. И это одна из главных проблем и недопониманий между мэрией и велосипедистами. В мэрии думают, что чем больше дорожек будет построено, тем более велосипедным станет город, но в реальности всё не так. Люди не поедут по велодорожкам как в Амстердаме, пока эти дорожки не будут связаны между собой в единую понятную сеть. Дорожки из ниоткуда в никуда никому не нужны, кроме людей, пишущих отчеты о километрах построенных дорожек в городе.

Москве нужные магистральные велодорожки, которые должны связывать части города между собой, быть максимально выпрямленными и сходиться в центре. А так же нужны второстепенные дорожки, которые будут проникать в кварталы и соединять магистральные линии между собой, образовывая единую непрерывную сеть.

Карта с основными POI.

Вернемся к карте высот. Чем она может помочь в проектировании и обосновании строительства велодорожек? Давайте взглянем на текущее состояние «сети» велодорожек в центре Москвы.

Действующие велодорожки.

Вот так выглядят существующие велодорожки в городе. Да, они помогают строить некоторые маршруты, но они идут из ниоткуда в никуда, да еще и по холмам вверх вниз, а порой просто прерываются парковкой. А следовательно велосипедистов на них не так много, как хотелось бы.

Поэтому люди пока не готовы пересесть из машины или метро на велосипед. Для того чтобы для многих людей велосипед смог стать реальной транспортной альтернативой нужно создать умную сеть велодорожек, которая будет соединена между собой, а так же будет комфортно огибать резкие подъемы рельефа.

Как измеряют относительные высоты?

Теперь вы поняли, чем абсолютная высота отличается от относительной в географии. Для определения относительных высот удобно пользоваться специальным прибором — рейкой. Для этого в начальной точке, относительно которой ищется превышение, ставится рейка. Условно эта точка принимается за высоту с отметкой 0. Далее, как показано на рисунке выше, необходимо двигаться вверх по холму или горе до тех пор, пока вы не достигнете высоты рейки, и самая высокая ее точка не окажется ниже уровня ваших ног.

Тогда необходимо зафиксировать точку на холме, которая соответствует положению самой высокой точки рейки, стоящей на нулевом уровне, и сместить рейку в данную точку. Таким образом, на второй точке относительная высота будет равна 1 высоте рейки. Операцию нужно проделать до тех пор, пока вы не достигнете самой высокой точки холма. В этом случае относительная высота будет равняться сумме всех высот переставляемой рейки.

Вместо рейки можно использовать любой предмет, высота которого известна заранее. Если под рукой нет совсем ничего, относительную высоту можно измерить по своему собственному росту, проделав описанные выше манипуляции. Кроме того, относительную высоту легко можно измерить как разность абсолютных высот, если они заранее известны.

Красная площадь

Сейчас на Красной площади совсем запрещено ездить на велосипеде, никто даже не знает причины этого запрета. Но полиция постоянно пытается останавливать там велосипедистов.

Если внимательно взглянуть на карту высот, то видно, что Красная площадь это низина холма, который можно хорошо объехать по ней, чтобы направится к Новокузнецкой или к Котельнической набережной. Но сейчас там не то что инфраструктуры нет, там просто нелепый запрет на движение велосипедов и запрещающие знаки висят.

Я бы хотел обратиться к мэру города, ФСО и руководству транспортного комплекса с предложением о развитии велотранспорта. Если от Цветного бульвара до Добрынинской (через Красную площадь) проложить прямую магистральную велодорожку, то она соединит две части города. С тех пор как в 30-х годах построили здоровенные мосты для автомобилей (Большой Каменный, Большой Москворецкий и Большой Устьинский) вместо комфортных старых мостов город разорвался на две части, между которыми пешеходу можно передвигаться только на метро нормально. Но если начать развивать велоинфраструктуру и перебросить велодорожки между двумя частями центра столицы, хоть и по этим автомобильным мостам, то велосипедный и пешеходный трафик возрастет.

Магистральная велодорожка через центр города. Белым отмечены существующие велодорожки.

Желтым цветом выделена предлагаемая мною первая магистральная велодорожка через центр. На всем её протяжении перепады высот незначительные, во всяком случае не сильно усложняющие кручение педалей велосипеда.

Половина этой велодорожки уже существует, нужно лишь соединить куски действующих дорожек вместе, а так же соединить её с набережными. Набережные очень подходящее место для велодорожек, потому что перепадов высот нет да и движение почти бессветофорное. Но на них не хватает инфраструктуры и велосипедисты, развивая большую скорость, мешают гуляющим пешеходам. А так же нет наземных переходов из-за чего на набережные тяжело съехать.

Для реализации такой велодорожки нужна лишь политическая воля. На автомобильное движение эта велодорожка почти не повлияет. На юг она может продолжаться по Люсиновской улице к Тульской, где уже существует односторонняя велодорожка, а на север по Олимпийскому проспекту к Фестивальному парку.

После появления такой велодорожки логичным будет ответвление новых магистральных дорожек на запад и восток от Кремлевского кольца.

Цвета

Карта высот должна быть выполнена в полутонах (черно-белое изображение)

При этом стоит обратить внимание на значения каждого цвета для редактора:

• Черный и Белый цвета. С помощью карты высот редактор получает информацию о высоте ландшафта. Черный (Значение RGB – 0) показывает самую низкую точку карты, где значение Y также будет ровняться нулю. Белый цвет ((Значение RGB – 256) показывает наивысшую точку на карте. Значение Y будет равняться в зависимости от выбранной в Редакторе максимальной высоты – 100, 200 или 300.

• Серые тона. Любые серые цвета (тона между черным и белым) показывают о наличии других высот. Для примера, 50% серого (Значение RGB – 128, ровно ? между черным и белым цветами) будет обозначать среднюю высоту ландшафта между минимальными и максимальными значениям высоты мира.

Вот так выглядят создаваемые карты высот:

Определение на карте абсолютных высот и относительных превышений точек местности

Рис. 8. Определение на карте абсолютных высот и относительных превышений точек местности

Абсолютная высота — высота точки земной поверхности над уровнем моря; определяется по отметкам высот и горизонталей (на рис. 8 это высоты с отметками 33,1 и 49,8).

Высота сечения рельефа — расстояние по высоте между двумя смежными секущими плоскостями.

Относительная высота (взаимное превышение точек) — высота точки местности над другой, она определяется как разность абсолютных высот этих точек (на рис. 8 относительная высота равна 16,7 (49,8-33,1)).

Определение на карте подъемов и спусков на маршруте движения.

Профиль — чертеж, изображающий разрез местности вертикальной плоскостью.

Для большей выразительности рельефа местности вертикальный масштаб профиля принимается в 10 или более раз крупнее горизонтального. В связи с этим профиль, передавая взаимное превышение точек, искажает (увеличивает) крутизну скатов.

Для построения профиля нужно (рис. 9,11):

1. прочертить на карте профильную линию (маршрут движения), приложить к ней лист разграфленной (миллиметровой) бумаги, перенести на ее край короткими черточками места горизонталей, точки перегиба скатов и местные предметы, которые сечет профильная линия, и подписать их высоты;

2. подписать на листе разграфленной бумаги у горизонтальных линий высоты, соответствующие высотам горизонталей на карте, приняв условно промежутки между этими линиями за высоту сечения (установить вертикальный масштаб);

3. от всех черточек, обозначающих места пересечения профильной линии с отметками высот горизонталей, точек перегиба скатов и местных предметов, опустить перпендикуляры до пересечения их с соответствующими по отметкам параллельными линиями и отметить полученные точки пересечения;

4. соединить точки пересечения плавной кривой, которая и изобразит профиль местности (подъемы и спуски на маршруте движения).

Рис. 11 — Построение профиля по карте с горизонталями

Рис. 9. Определение на карте подъемов и спусков на маршруте движения (профиля маршрута).

Задание 1.По изображению рельефа на рисунке определить высоту сечения, масштабы карт, а также формы, характерные точки и линии рельефа (рис. 10).

Задание 2. Изобразить схематически горизонталями:

a) Холм, отметка высшей точки которого 184 м, относительная высота холма 24 м, масштаб 1: 25 000

б) Котловину глубиной 50 м, отметка дна 80 м, масштаб 1: 50 000

в) Остров в море высотой 21 м, масштаб 1: 25 000

г) Овраг с крутыми обрывистыми склонами;

д) Хребет с тремя вершинами, вытянутый с запада на восток;

е) Седловину с отметкой перевала 810 м, масштаб 1: 100 000;

ж) Речную долину с судоходной р. Велей, простирающуюся с севера на юг; главная река имеет два притока справа, один слева;

з) Речную долину с террасами;

и) Речную долину; правый берег крутой, обрывистый, левый – имеет две террасы и пляж;

к) Хребет с двумя вершинами, вытянутый с северо-запада на юго-восток; в районе перевала начинаются две реки, стекающие в разных направлениях (показать их на карте);

л) Котловину; отметка дна 117 м, глубина около 30 м, масштаб 1: 25 000;

м) Остров в море высотой 22 м; западный берег пологий, восточный – крутой, масштаб 1: 25 000;

н) Седловину с отметкой перевала 612 м, масштаб 1: 25 000.

При выполнении этой работы должны соблюдаться правила изображений горизонталей на карте ( каждая пятая горизонталь рисуется утолщенной, основания цифр подписей горизонталей указывают направление падения склона и т.д.).Должны быть показаны все горизонтали от нулевой до последней.

Рис. 10. Изображение форм рельефа с помощью горизонталей

Типы и формы рельефа местности

Рельеф — совокупность неровностей суши, дна океанов и морей, разнообразных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития. Слагается из положительных (выпуклых) и отрицательных (вогнутых) форм. Основными формамирельефа являются: гора, котловина, хребет, лощина и седловина. 

Кроме перечисленных форм рельеф имеет детали. К деталям рельефа относятся: овраги, промоины, курганы, насыпи, выемки, уступы, каменоломни и т. д. Все разновидности форм и деталей рельефа состоят из элементов. Основными элементами рельефа являются: основание (подошва), склон (скат), вершина (дно), высота (глубина), крутизна и направление ската, линии водораздела и водосбора (тальвег).

В военном деле под местностью понимают участок земной поверхности, на котором предстоит вести боевые действия. Неровности земной поверхности называются рельефом местности, а все расположенные на ней объекты, созданные природой или трудом человека (реки, населенные пункты, дороги и т. п.) — местными предметами.

Рельеф и местные предметы являются основными топографическими элементами местности, влияющими на организацию и ведение боя, применение боевой техники в бою, условия наблюдения, ведения огня, ориентирования, маскировки и проходимость, т. е. определяющими ее тактические свойства.

Топографическая карта является точным отображением всех наиболее важных в тактическом отношении элементов местности, нанесенных во взаимно точном расположении относительно друг друга. Она дает возможность изучить любую территорию в относительно короткий срок. Предварительное изучение местности и принятие решения для выполнения подразделением (частью, соединением) той или иной боевой задачи обычно производят по карте, а затем уже уточняют на местности.

Местность, оказывая влияние на боевые действия, в одном случае может способствовать успеху войск, а в другом оказывать отрицательное воздействие. Боевая практика убедительно показывает, что одна и та же местность может больше преимуществ дать тому, кто лучше ее изучит и более умело использует.

По характеру рельефа местность делится на равнинную, холмистую и горную.

Равнинная местность характеризуется небольшими (до 25 м) относительными превышениями и сравнительно малой (до 2°) крутизной скатов. Абсолютные высоты обычно небольшие (до 300 м).

Тактические свойства равнинной местности зависят главным образом от почвенно-растительного покрова и от степени пересеченности. Глинистые, суглинистые, супесчаные, торфяные грунты ее допускают беспрепятственное движение боевой техники в сухую погоду и значительно затрудняют движение в период дождей, весенней и осенней распутицы. Она может быть изрезана руслами рек, оврагами и балками, иметь много озер и болот, значительно ограничивающих возможности маневра войск и снижающих темпы наступления.

Холмистая местность характеризуется волнистым характером земной поверхности, образующей неровности (холмы) с абсолютными высотами до 500 м, относительными превышениями 25 — 200 м и преобладающей крутизной 2-3° (рис. 3, 4). Холмы обычно сложены твердыми породами, вершины и склоны их покрыты толстым слоем рыхлых пород. Понижения между холмами представляют собой широкие, ровные или замкнутые котловины.

Холмистая местность обеспечивает скрытое от наземного наблюдения противника передвижение и развертывание войск, облегчает выбор мест для огневых позиций ракетных войск и артиллерии, обеспечивает хорошие условия для сосредоточения войск и боевой техники. В целом она благоприятна как для наступления, так и для обороны.

Горная местность представляет собой участки земной поверхности, значительно приподнятые над окружающей местностью (имеющей абсолютные высоты 500 м и более). Она отличатся сложным и разнообразным рельефом, специфическими природными условиями. Основные формы рельефа — горы и горные хребты с крутыми скатами, часто переходящими в скалы и скалистые обрывы, а также лощины и ущелья, расположенные между горными хребтами. Горная местность характеризуется резкой пересеченностью рельефа, наличием труднодоступных участков, редкой сетью дорог, ограниченным количеством населенных пунктов, бурным течением рек с резкими колебаниями уровня воды, разнообразием климатических условий, преобладанием каменистых грунтов.

Боевые действия в горной местности рассматриваются, как действия в особых условиях. Войскам часто приходится использовать горные проходы, затрудняется наблюдение и ведение огня, ориентирование и целеуказание, в то же время она способствует скрытности расположения и передвижения войск, облегчает устройство засад и инженерных заграждений, организацию маскировки.

Как определяют абсолютную высоту в разных странах?

Россия и многие другие страны, которые раньше входили в состав СССР, используют в качестве точки отсчета среднемноголетний уровень Балтийского моря. Определяется он при помощи специального прибора – футштока, расположенного в городе Кронштадт. Измерения осуществляются в рамках Балтийской системы нормальных высот.

США и Канада ориентируются на водную поверхность в заливе Святого Лаврентия вблизи города Римуски. В Великобритании уровнем моря является гавань Ньюлин в южно-западной части Англии. В Северной Ирландии – водная гладь возле Белфаста. В Швеции, Дании точка отсчета – море вблизи Амстердама. Китай ведет отсчет от водной поверхности рядом с городом Циндао.

Франция использует в качестве нулевой точки средние показатели Марсельского мареографа, взятые за промежуток с 1885 по 1897 год. С тех пор уровень вод здесь поднялся на 16 см, но данные не обновлялись.

Интересный факт: поскольку каждая страна имеет свое представление об уровне моря, на картах указываются разные данные относительно высоты тех или иных объектов.

Эта особенность использования разных систем высот и уровней моря должна вызывать немало трудностей. Например, каким образом осуществляется проектирование и возведение крупных объектов, если страны ориентируются на разные показатели?

Здание мареографа кронштадтского футштока

В таких случаях, прежде чем приступать к работам, приходят к какому-то соглашению. Все стороны выбирают определенную систему высоты и уровень моря, в соответствии с которым проводятся расчеты.

Возникает мысль о том, что было бы проще всему миру выбрать единую систему измерения абсолютной высоты. Тогда не возникали бы расхождения в картах и других сферах, где необходима данная информация.

Не так сложно найти компромисс, как переделывать огромное количество карт, а также менять информацию в документах. Да и поверхность планеты не дает возможности вычислить среднюю абсолютную высоту – слишком велики различия.

Множеством природных факторов обусловлен неодинаковый уровень вод Мирового океана. В мире нет единого моря для отсчета абсолютных высот. Каждая страна придерживается определенной системы и ведет измерения, ориентируясь на наиболее удобный водоем. Из-за этого обозначения высот и впадин на картах могут отличаться. В России и странах бывшего СССР за нулевой показатель принимают среднемноголетний уровень Балтийского моря.

Относительная высота

Относительная высота по определению представляет собой превышение двух любых точек земной поверхности относительно друг друга. Сразу следует отметить, что в отличие от абсолютной высоты, относительная всегда принимает строго положительные значения, поскольку численно равняется разности точек с большей и меньшей абсолютными высотами.

Если обратиться, к примеру, к рисунку выше, можно заметить, что абсолютная высота холма составляет 5 метров, при этом относительная высота того же самого холма равняется уже 6 метрам. Как так вышло? Все довольно просто и следует из понятия относительной высоты. Так, авторы данного рисунка решили измерить относительное превышение холма (положительной формы рельефа с положительной величиной высоты) над котловиной (отрицательной формой рельефа с отрицательными значениями абсолютной высоты). Для этого они вычли из абсолютной высоты самой высокой точки (холма, 5 м) абсолютную высоту самой низкой точки, над которой искали превышение холма (-1 м). По правилу сложения и вычитания, 5 — (-1) = 6. Именно 6 метров составляет превышение холма над котловиной, и этому значению равняется абсолютная высота.

Строго говоря, у холма может быть бесконечно большое количество относительных высот, все зависит от того, относительно чего мы будем ее измерять. Для примера найдем относительную высоту самого высокого холма (на рисунке справа) от холма пониже, он показан в левой части. Из разницы абсолютных высот этих положительных форм рельефа (5 метров для высокого и 2,5 метра для низкого холмов) получаем, что относительная высота самого большого холма от низкого холма составляет 5-2,5=2,5 метра. По аналогии с данным примером можно найти относительные высоты чего угодно. Теперь можно ответить на вопрос, как определить абсолютную и относительную высоты.

А дальше?

Что, если красивое место хочется не только посмотреть в Google Maps, но и посетить лично (а это, как правило, стоит сделать)? В этом может помочь слой уклонов рельефа, включающийся одной из кнопок слева вверху. Цвета означают примерно следующее (в условиях сухой погоды и благоприятной для движения поверхности):

• Синий-зелёный: угол менее 15 градусов, уклон менее 25%. Скорее всего, можно подняться на машине.
• Фиолетовый: от 36 градусов.

Режим редактирования маршрута

включается и выключается нажатием кнопки «Маршрут». В режиме редактирования клики по карте добавляют точки к маршруту, удаляются точки правым кликом. Построив маршрут, можно появившейся кнопкой выгрузить его в формате gpx или переслать, просто скопировав целиком адрес из адресной строки браузера.

Режим расстановки маркеров

включается и выключается клавишей «m». Как и маршрут, маркеры сохраняются в адресе страницы.

GTOPO30

GTOPO30 is another free geographic dataset with a resolution of 43200 x 21600 pixel used to cover regions where SRTM data are not available. Streaky regions denote areas
where data voids were extrapolated or where SRTM data were replaced by the lower resolution GTOPO30 data.

The relief maps are elevation maps, i.e. the coloring does not reflect the natural colors of scenic objects. Because one color is used for each ground level,
some rivers and other objects may appear in unnatural colors. Lowland areas containing only few elevation information appear most likely single-colored.

In some cases the SRTM or GTOPO30 dataset failed to include small islands, and in other cases the islands are slightly mispositioned.

The GTOPO data are also available from USGS.

Семь холмов Москвы

Более светлые участки это вершины, темные – низины. Частая лесенка горизонталей – резкие перепады высот. Эта визуализация помогла мне быстро разобраться самому в некоторых местах города и различить основные холмы и способы на них въехать на велосипеде с минимальными усилиями.

Кстати о холмах. До сих пор многие любят повторять, что Москва это город на семи холмах, но мало кто знает где эти холмы находятся.

В действительности это всё не правда, где-то с 16 века стали про семь холмов упоминать, да и то лишь для того чтобы подчеркнуть связь Москвы и Рима. Я отметил на карте места, где находятся эти холмы. Легко заметить, что большинство из них это лишь части более крупных холмов.

Семь холмов Москвы.

Мне лично интересно, что в действительности на самых высоких точках основных холмов внутри Садового кольца находятся два архитектурных памятника. Самой высокой точкой является внутренняя сторона Сретенского бульвара, в этом месте стоят здания страхового общества “Россия”, знаменитые не только своей архитектурой и жильцами, а тем, что здание строилось как автономное со своей собственной электростанцией в подвале, прототипом кондиционера, отоплением и даже с артезианским колодцем глубиной 45 метров. И при этом для строительства выбрали самую высокую точку. Может на случай полного затопления всего города? Не знаю. Но интересное совпадение. А на втором самом высоком холме находится конторский дом Сытина, который пережил нашествие Наполеона, а в 1979 году даже был передвинут на 33 метра в сторону.