4.3. Подготовка картографического материала
Как указывалось во второй главе, для обеспечения успешного проведения работ на местности и создания электронных карт необходима подготовка соответствующего картографического материала. В качестве современной топоосновы были использованы карты Крыма Генерального штаба СССР масштаба 1:100000, доступные неограниченному кругу пользователей благодаря их изданию в Интернете [Карты, 1989]. В дополнение к современным картам для выполнения работ были подобраны печатные картографические материалы по Крыму XVIII-XIX вв. из фондов Российской национальной библиотеки (РНБ) и Библиотеки Российской академии наук (БАН) в Санкт-Петербурге. По материалам этой работы был подготовлен CD [Смекалов С.Л., 2003, (b)], [Смекалов С.Л., 2004], на котором представлены 14 карт Крыма в виде графических файлов с разрешением 300 dpi.
Материалы сканировались с ксерокопий, выполненных в отделе внешнего обслуживания РАН, и непосредственно с оригиналов в отделе электронной доставки документов БАН. Помимо использования в настоящей работе карты, опубликованные на CD, имеют самостоятельное научное значение. Хотя многие из них известны специалистам и имеются "на руках" у археологов, по крайней мере в виде фрагментов, однако их публикации в цифровой форме авторам не встречались. Более того, до недавнего времени некоторые из карт являлись секретными и даже те, кто их использовал, не во всех случаях могли ссылаться на источник. Таким образом, в широкий научный оборот многие из них вводятся впервые.
Приведем перечень указанных карт. Более подробное описание и исторический комментарий содержатся в работе [Смекалов С.Л., 2003 (b)], а ссылки приведены в списке литературы к настоящей монографии.
1. Карта Крыма, 1768-1774, 1:2270000, автор неизвестен;
2. Карта Я.Ф.Шмита, 1777, 1:760000;
3. Карта Федора Черного, 1790, 1:530000;
4. Карты К. И. Габлица, 1787, 1:1100000;
5. Карта С.А. Мухина, 1817, 1:168000;
6. Карта П. И. Кеппена, 1836, 1:168000;
7. Карта Военно-Топографического Депо (ВТД), 1842, 1:210000;
8. Карта ВТД, 1847, 1:630000;
9. Карта ВТД 1857, 1:42000;
10. Карта ВТД, 1865-1876, 1:126000;
11. Карта ВТД, 1890, 1:42000;
12. Карта Е. Манганари, 1836, 1:350000;
13. Карта изд-ва Ильина, 1:840000;
14. Карта Л. Воеводского, 1884, 1:3570000.
4.4. Оценка точности старых карт
Для использования подготовленных картографических материалов в геоинформационной системе была проведена оценка их точности в соответствии с методикой, предложенной в главе 3. Расскажем о полученных результатах на примере трех карт: карты ГШ СССР масштаба 1:100000 1985 г., карты С.А. Мухина 1817 г. [Мухин С.А., 1817] и трехверстовой (в одном английском дюйме три версты) [Карта ВТД, 1876].
В качестве территории для проверки карт был выбран Керченский полуостров, на который приходилась большая часть GPS-измерений.
Первым шагом был отбор из общего массива GPS-измерений точек, которые могли быть обозначены и однозначно читаться на старых и новых картах. К таким точкам мы предположительно относили высшие точки небольших мысов, особенно с геодезическими знаками, колодцы, фортификационные сооружения старой постройки, некоторые наиболее крупные курганы, пересечения дорог между собой и с характерными элементами рельефа, четко выраженные границы элементов рельефа. Хотя были отобраны все объекты, попавшие в этот перечень (всего 63 точки), следует отметить, что наибольшее доверие вызывают высшие точки небольших мысов, если это не обрыв, подмываемый водой, колодцы и фортификационные сооружения. Эти объекты хорошо локализуемы на местности и имеют достаточно большое значение, чтобы быть выделенными. Выделение высших высотных точек в середине полуострова на старых картах не всегда возможно. Выбранная территория носит в целом равнинный характер. На ней отсутствуют значительные горы с острыми вершинами, а на старых картах рельеф обозначен штриховкой и отсутствуют отметки высших точек. Имеется большое количество курганов, однако как точки привязки они не всегда удобны. Если обозначена группа курганов, возникает вопрос о выделении главного, а он вообще может быть не обозначен на карте 1:100000 внемасштабным знаком как курган, а лишь выражен в рельефе. Главные дороги, наверное, проходят примерно там же, где и 100 - 200 лет назад, однако некоторые изменения их положения вполне возможны, границы рельефа также могли перемещаться, как из-за влияния природных сил, так и в результате человеческой деятельности. При помощи ГИС MapInfo мы нанесли указанные точки на карту ГШ 1:100000. Крупномасштабное увеличение карты на экране компьютера показало, что точки, обозначенные на карте по GPS-координатам, отстоят не более чем на 1 мм в масштабе карты (100 м на местности) от соответствующих знаков или точек, обозначенных при изготовлении карты, градусная сетка WGS84 в широтном направлении совпадает с сеткой СК42, в меридиональном – западнее сетки СК42 примерно на 6 угл. с, что соответствует параллельному смещению линии сетки на расстояние около 1 мм. На основании этого был сделан вывод о полном соответствии имеющейся копии карты результатам GPS-измерений в пределах точности, допускаемой масштабом карты. Карта ГШ 1:100000 была взята за топооснову для проведения дальнейших работ.
Следующая из рассматриваемых карт – карта генерала С.А. Мухина, созданная в 1817 г. (рис. 4.4). По-видимому, это
Рис. 4.4. Керченский полуостров. Фрагмент карты Мухина 1817 г.
первая карта Крыма, подготовленная на основе планомерных топографических съемок и самая ранняя из известных авторам карт, которую можно применять для работы в полевых условиях и в настоящее время. Издание карты включает сводную таблицу и 10 листов собственно карты. Каждый лист карты состоит из восьми бумажных листов размером 16,5х23 см, наклеенных на общую тканевую основу. На одном из листов, кроме картографической информации, помещено "Заглавие карты", на другом "Изъяснение Карты". Карта многоцветная, масштаб – в 1 дюйме четыре версты (1:168000). Имеется координатная сетка с шагом 30 минут и отметки через 5 минут по периметру рамки, отсчет долготы от острова Ферро (Канарские острова). Карта Мухина служила основой для описания древностей многим исследователям Крыма в первой половине XIX в., например Е.Е. Келеру, П.И. Кеппену [Тункина И.В., 2002, с. 79, 96, 155-58].
Сначала градусная сетка на карте Мухина была сопоставлена с современной градусной сеткой для геоида WGS84. С этой целью была проведена привязка карты Мухина к системе координат WGS84 по трем точкам из ранее выбранных 63: северная оконечность Узунларского вала, тригонометрический пункт (высшая точка) мыса Зюк, высшая точка мыса на озере Тобечик (поселение Костырино-1) [Кругликова И.Т., 1975, с. 226]. Сопоставление полученных координатных систем показывает, что длина дуги градуса вдоль меридиана у Мухина примерно на 4,5 км меньше современного значения, то есть расстояние вдоль меридиана у Мухина меньше истинного (по современной карте) примерно на 4 %. Длина дуги градуса вдоль параллели (на северной широте 45˚ 30΄) на карте Мухина примерно на 3 км больше, то есть расстояние вдоль параллели на 4 % больше, чем на современной карте. Поскольку ошибки имеют близкую величину, но разные знаки, можно ожидать, что при измерении расстояний под углами 30-60 к меридиану либо параллели карта Мухина будет давать значение, близкое к современному.
Сопоставление координатных сеток характеризует искажение картой Мухина масштаба в целом, но не позволяет судить о пропорциональности воспроизведения расстояний на местности при малых дальностях 0-50 км. Для исследования этого вопроса было выбрано семь точек из 63, однозначно идентифицируемых на карте Мухина: пересечение Узунларского вала с шоссе Керчь-Феодосия, обрыв на северной оконечности Узунларского вала, мыс на озере Чокрак, тригонометрический знак на мысе Зюк, крепость Ени-Кале, вершина мыса на озере Тобечик, тригонометрический знак на мысе Такиль. Эти точки распределены по границе рассматриваемой территории, и линии, их соединяющие, пересекают полуостров во всех направлениях, причем длина их лежит в пределах от 4 до 40 км. Для указанных семи точек была построена таблица расстояний, содержащая 21 элемент, 11 из которых являются независимыми (рис. 4.5).
Рис. 4.5. Схема расположения контрольных точек для оценки точности
карты Мухина
Далее были сопоставлены результаты определения отмеченных 11 расстояний при помощи GPS и по карте Мухина. Полученные данные, а также величины составляющих расстояний вдоль меридиана и параллели и величины абсолютных и относительных ошибок представлены в табл. 4.4. На рис. 4.6 показан
 Рис. 4.6. Величина относительных ошибок карты Мухина на малых расстояниях
Т а б л и ц а 4.4
Данные о расстояниях между контрольными точками и ошибках карты С.А. Мухина
Номер отрезка на рис. 3.7
|
Расстояние L по GPS
|
Расстояние Lм по Мухину
|
Расстояние Х по GPS по широте
|
Расстояние Хм по Мухину по широте
|
Расстояние Y по GPS по долготе
|
Расстояние Yм по Мухину по долготе
|
Абсолютная ошибка по широте
dX=X-Xм
|
Абсолютная ошибка по дол-готе
dY=Y-Yм
|
Общая абсолютная ошибка dL=L-Lм
|
Относительная ошибка по широте dX/Х
|
Относительная ошибка по долготе dY/Y
|
Общая относительная ошибка
dL/L
|
м
|
10
|
4460
|
4360
|
2640
|
2810
|
3600
|
3330
|
-170
|
270
|
110
|
-0,063
|
0,075
|
0,024
|
8
|
13120
|
12110
|
5080
|
5450
|
12100
|
10820
|
-370
|
1290
|
1010
|
-0,073
|
0,106
|
0,077
|
11
|
23480
|
23050
|
14610
|
14800
|
18380
|
17670
|
-190
|
710
|
430
|
-0,013
|
0,039
|
0,018
|
5
|
24420
|
25210
|
22340
|
23060
|
9880
|
10180
|
-730
|
-310
|
-790
|
-0,033
|
-0,031
|
-0,032
|
4
|
25370
|
24210
|
20250
|
19910
|
15280
|
13770
|
340
|
1510
|
1170
|
0,017
|
0,099
|
0,046
|
6
|
28040
|
27500
|
18270
|
17440
|
21280
|
21260
|
820
|
20
|
550
|
0,045
|
0,001
|
0,020
|
2
|
30380
|
29910
|
13750
|
13170
|
27090
|
26850
|
580
|
240
|
480
|
0,042
|
0,009
|
0,016
|
7
|
36620
|
35110
|
1990
|
2470
|
36560
|
35030
|
-480
|
1530
|
1500
|
-0,242
|
0,042
|
0,041
|
9
|
38100
|
38210
|
37510
|
37520
|
6700
|
7230
|
-10
|
-530
|
-110
|
0,000
|
-0,080
|
-0,003
|
1
|
42930
|
43120
|
42590
|
42970
|
5410
|
3590
|
-380
|
1820
|
-190
|
-0,009
|
0,337
|
-0,004
|
3
|
43450
|
42600
|
28840
|
29810
|
32500
|
30440
|
-960
|
2060
|
850
|
-0,033
|
0,063
|
0,020
|
|
|
|
|
|
|
Средние относительные ошибки
|
-0,033
|
0,060
|
0,020
|
.
разброс относительных ошибок измерений расстояния и средняя относительная ошибка. Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы: для малых расстояний 4-40 км карта Мухина по долготе дает в среднем меньшее значение, а для измерений по широте – большее. Хотя усредненная величина относительной ошибки невелика (около 2 %), разброс ошибок измере-ния расстояний показывает, что для отдельного измерения относительная ошибка может достигать величины 10%, причем при измерениях вдоль меридиана карта Мухина в большинстве случаев дает значение больше, а вдоль параллели меньше истинного. Таким образом, при использовании данной карты необходимо проверять результаты измерения по ней при помощи современных карт либо GPS, а при невозможности это сделать - учитывать вероятность значительной ошибки. Для корректного использования данной карты в ГИС необходимо разбивать ее на отдельные участки и осуществлять привязку каждого из участков отдельно. Размеры участков следует выбирать сообразно с величинами ошибок, которые имеют место в различных частях карты. Поскольку относительная ошибка связана как с локальными искажениями масштаба, так и с ошибкой граничных точек, по которым производится привязка участка, можно ожидать, что с уменьшением размеров привязываемого участка будет уменьшаться и относительная ошибка. Если считать, что оба эти фактора (локальные искажения и ошибка крайних точек) одинаково влияют на относительную ошибку, можно ожидать, что для данной карты при выборе участка размером 20х20 км средняя относительная ошибка уменьшится до 1%. То есть для получения точности около 100 м на местности необходимо ограничить размер участка, требующего независимой отдельной привязки до
10-20 км.
Третья карта, про оценки точности для которой мы упомянем, - трехверстовая карта ВТД 1865-1876 гг. Во второй половине XIX в. были созданы трехверстовые карты для большей территории Европейской части России. Это был один из главных результатов работы ВТД на протяжении нескольких десятилетий. Карты Крыма входят в альбом карт Таврической губернии. Территория полуострова отображена на 15 листах с размером рамки 60х45 см (рис. 4.7). Карта черно-белая, на нее нанесена сетка координат с шагом 20 минут с поминутной разбивкой по периметру рамки. Отсчет долготы ведется от Пулково и от Парижа. Рельеф местности изображен штриховкой по методу Лемана (подробное описание этого метода см. [Зондерван Г., 1909]). Карта отражает состояние местности по рекогносцировке 1865 г. и состояние железных дорог на 1876 г.
Рис. 4.7. Фрагмент трехверстовой карты Крыма с участком побережья
Азовского моря западнее г. Керчи
Для оценки точности были использованы те же семь контрольных точек, что и для карты Мухина. Проведенные оценки дают усредненную величину относительной ошибки измерения расстояний менее 0,2 %, величины ошибок отдельных измерений до 4%. Ошибка длины дуги градуса по градусной сетке карты менее 0,5%.
Подводя итоги данной главы, отметим следующее. Использование предложенных методик проведения GPS-картирования археологических памятников позволило за короткое время (хотя работы охватывали четыре сезона, время полевых работ не превышало трех календарных месяцев) получить большой фактический материал, без которого невозможно создание информационной базы и карт археологических памятников. Проведенные оценки точности выполненных работ показали, что GPS-съемка с использованием одночастотных фазовых приемников может быть использована для составления планов масштаба до 1:3000 при существенно меньших трудозатратах, чем съемка обычными геодезическими приборами.
Выполненные оценки точности некоторых карт XIX в. показывают необходимость при работе с ними учитывать ошибки, величина которых выходит за пределы погрешностей, связанных с масштабом карты.
|
