Karttaprojektio

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Karttaprojektio on menetelmä, jossa maapallon pinta tai osa siitä projisoidaan kaksiulotteiselle tasolle kartaksi. Koska Maan pinta on pallomainen, ei sitä voi levittää suoraan tasoksi tai kuvata tasopinnalla ilman, että joko välimatkat, pinta-alat, muodot tai suunnat vääristyvät. Vääristymät ovat kaikkein suurimmillaan maailmankartoissa. Siksi on kehitetty useita erilaisia karttaprojektioita, jotka soveltuvat tiettyihin käyttötarkoituksiin näyttäen tarvittavat asiat mahdollisimman totuudenmukaisina. Monet karttaprojektiot eivät ole varsinaisia projektioita sanan todellisessa merkityksessä, sillä ne on laskettu matemaattisten kaavojen mukaan. Karttaprojektiossa tulee ottaa huomioon myös maapallon litistyneisyys.

Projektiot tason mukaan[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kartta voidaan projisoida suoraan tasolle tai tasoksi levitettävälle pinnalle, kuten lieriölle tai kartiolle. Tämän mukaisesti karttaprojektiot jaetaan taso-, kartio- ja lieriöprojektioihin.

Tasoprojektiot[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tasoprojektiossa suunnat ja oikeakeskipituisessa projektiossa etäisyydetkin näkyvät oikein keskipisteestä katsottuna.

Tasoprojektiossa eli atsimutaalisissa projektioissa maanpinta ajatellaan projisoiduksi tasolle, joka sivuaa maapalloa jossakin pisteessä. Tästä keskipisteestä katsottuna kaikki suunnat näkyvät oikeina. Projektiota sanotaan perus- eli normaaliasentoiseksi, jos tämä sivuamispiste on pohjois- tai etelänavalla. Jos se on päiväntasaajalla, on kyseessä poikittaisasentoinen eli transversaali, ja jos se on jossakin muualla, on kyseessä vinoasentoinen projektio.[1] Perusasentoisessa projektiossa pituuspiirit ovat suoria ja leveyspiirit samankeskisiä ympyröitä, ja niitä käytetään varsinkin napaseutujen kartoissa.[1]

Poikittaisasentoinen ortografinen projektio, sivuamispiste päiväntasaajalla 60 astetta itäistä pituutta. Kartassa näkyvä alue ulottuu 30. läntiseltä 150. itäiselle pituuspiirille.

Ns. perspektiivisiä tasoprojektioita ovat ortografinen, stereografinen ja gnomoninen projektio.[1] Jokainen näistä voi olla normaali-, poikittais- tai vinoasentoinen. Orto­grafinen projektio näyttää maapallon sellaisena kuin se näyttäisi kaukaa avaruudesta katsottuna; myös jos valokuvataan karttapallo kameran sijaitessa riittävän kaukana siitä, saadaan ortografisen projektion mukainen kartta. Kartassa voi näkyä enintään puolet maapallon pinnasta. Projektiota käytetään yleisesti myös Kuun kartoissa, koska se näyttää Kuun sellaisena kuin se näkyy Maasta käsin kaukoputkella; Kuustahan on aina sama puoli kääntyneenä maata kohti.

Gnomoninen projektio voidaan ajatella muodostettavan siten, että läpikuultavan karttapallon keskipisteeseen on sijoitettu lamppu, ja kalvomainen taso sivuaa pallon pintaa jossakin pisteessä. Tälle kalvolle kuvastuisi tällöin gnomonisen projektion mukainen kartta. Tällaisella kartalla kaikki maanpinnan isoympyrät, esimerkiksi päiväntasaaja ja pituuspiirit, ovat suoria, minkä vuoksi projektiota käytetään mm. lentoreittien suunnittelussa.[1] Kerralla on mahdollista esittää alle puolet maapallon pinnasta. Gnomonisen projektion uskotaan olevan vanhin karttaprojektio; sen kehitti Thales 500-luvulla eaa.

Gnomonisessa projektiossa maanpinnan isoympyrät kuvautuvat suoriksi. Kaukana sivuamispisteestä olevien alueiden muoto kuitenkin vääristyy suuresti.
stereografinen projektio on oikeakulmainen ja perspektiivinen mutta ei oikeapintainen.
Stereografisen projektion periaate

Stereografinen projektio voidaan muodostaa vastaavalla tavalla; kuitenkin lampun on ajateltava sijaitsevan maapallon pinnalla vastakkaisessa pisteessä kuin kuvaustason sivuamispiste (siis esimerkiksi etelänavalla, jos sivuamispiste on pohjoisnavalla). Projektio on oikeakulmainen eli kulmatarkka (ks. jäljempänä). Varsinkin aikaisemmin projektiota on yleisesti käytetty myös poikittaisasentoisena kaksiosaisissa maailmankartoissa, joissa itäinen ja läntinen pallonpuolisko on kuvattu kahdelle erilliselle ympyränmuotoiselle kartalle. Tällöin sivuamispisteet sijaitsevat vastakkaisissa pisteissä päiväntasaajalla.

Nämä projektiot lienee helpointa ymmärtää tällaisten geometris-optisten konstruktioiden avulla, mutta ne voidaan määritellä myös matemaattisilla kaavoilla. Perusasentoisessa ortografisessa projektiossa leveyspiiriä φ vastaa ympyrä, jonka säde on R · k ·  cos \phi, gnomonisessa taas R ·k · \cot \phi ja stereografisessa 2 · R · k ·  \frac{\cos \phi}{1 + \sin \phi} , missä R on maapallon säde ja k kartan mittakaava navan kohdalla. Jos sivuamispiste ei ole navalla, muodostuvat kaavat monimutkaisemmiksi.

Lisäksi on olemassa oikeakeskipituinen tasoprojektio, jossa etäisyydet sivuamispisteestä ovat oikeassa suhteessa. YK:n lipussa on kuvattuna maapallo tällaisessa projektiossa pohjoisnapa keskipisteenä.

Lieriöprojektiot[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Mercatorin projektio on oikeakulmainen lieriöprojektio.

Lieriöprojektiossa maapallo sijoitetaan kuvitteellisen lieriön sisään, jolle pinta projisoidaan. Maailmankartoissa sivuamislinjaksi valitaan tavallisesti päiväntasaaja. Sen jälkeen lieriö levitetään tasoksi. Sekä leveys- että pituuspiirit näkyvät tällöin suoraviivaisina[1], ja muotojen tai pinta-alojen vääristyminen kasvaa sivuamislinjasta poispäin mentäessä.

Eri lieriöprojektiot eroavat toisistaan siinä, mille etäisyydelle päiväntasaajasta eri leveyspiirit sijoitetaan kartalle. Matemaattisesti yksinkertaisin on ns. neliökartta, jossa etäisyydet päiväntasaajasta ovat oikeassa suhteessa eli pituuspiirit on kuvattu oikeapituisesti. Projektio ei ole oikeakulmainen eikä -pintainen.

Yleisimmin käytetty lieriöprojektio on kuitenkin vanhastaan ollut Mercatorin projektio, joka oikakulmaisuutensa vuoksi soveltuu varsinkin merikarttoihin.[1] Varsinkin 1900-luvun alkupuolella se oli myös tavallisissa maailmankartoissa ehkä yleisimmin käytetty projektio siitä huolimatta, että pinta-alat ovat hyvin virheellisiä ja kaukana päiväntasaajasta sijaitsevat alueet näkyvät suhteettoman suurina. Siinä sekä leveys- että pituusmittakaava kasvavat päiväntasaajalta poispäin mentäessä.

Gall-Petersin projektio on oikeapintainen lieriöprojektio

Oikeapintaisissa lieriöprojektioissa sitä vastoin leveyspiirien etäisyydet pienenevät napoja kohti siten, että pinta-alat kuvautuvat oikeassa suhteessa. Tämä edellyttää, että leveyspiirin etäisyys päiväntasaajasta on verrannollinen leveysasteen siniin. Alueiden muodot kuitenkin vääristyvät huomattavasti, paitsi jonkin valitun leveyspiirin läheisyydessä, jossa mittakaava on sama kaikissa suunnissa. Viime vuosikymmeninä melkoisesti keskustelua herättänyt Petersin projektio (Gall-Petersin projektio) on oikeapintainen lieriöprojektio, jossa tällaiseksi leveyspiireiksi on valittu 45 astetta pohjoista ja eteläistä leveyttä. Näiden leveyspiirien läheisyydessä olevien alueiden muodot kuvautuvat oikein, mutta päiväntasaajan seudut venyvät pohjois-eteläsuunnassa, napoja lähellä olevat seudut taas itä-länsisuunnassa.

Gauss-Krüger-projektio

Suomen kartoissa on käytetty yleisesti Gauss-Krüger-projektiota, joka muodostetaan periaatteessa samoin kuin Mercatorin projektio, mutta jossa lieriön sivuamislinja kulkeekin jotakin pituuspiiriä myöten,[1] Suomessa tavallisimmin 27° itään Greenwichistä, mutta myös pituuspiirejä 21° , 24° ja 30° on käytetty pienempien alueiden kartoissa. Koska Suomi on itä-länsisuunnassa kapeahko, pinta-alat eivät vielä Suomen alueella sanottavasti vääristy, mutta joissakin osissa maata karttapohjoinen eli suunta kohti kartan yläreunaa poikkeaa jo merkityksellisesti napa­pohjoisesta eli suunnasta suoraan pituuspiiriä myöten kohti pohjoisnapaa.

Kaistoille 18°, 21°, 24°, 27° ja 30° käytetään Suomessa myös vastaavia tunnuksia KKJ0, KKJ1, KKJ2, KKJ3 ja KKJ4, missa KKJ tulee sanasta kartastokoordinaattijärjestelmä.

Viime vuosina Suomen kartoissa on siirrytty käyttämään UTM-projektiota.

Kartioprojektiot[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Albersin projektio on oikeapintainen kartioprojektio.

Kartioprojektiossa maapallo kuvitellaan kartion sisään, joka sivuaa maan pintaa jonkin leveyspiirin kohdalla.[1] Kartio voi myös leikata Maan pinnan kahta eri linjaa pitkin, jolloin mittakaavavääristymä ei kasva kovin suureksi. Kartioprojektiot sopivat varsinkin sellaisten alueiden karttoihin, jotka sijaitsevat jokseenkin kaukana päiväntasaajasta[1] ja ovat pitkiä itä-länsisuunnasta, esimerkiksi Euroopan karttoihin.

Projektiot määreen oikeellisuuden mukaan[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Missään karttaprojektiossa eivät kaikki välimatkat näy oikeassa suhteessa. On kuitenkin olemassa projektioita, joissa suuntien väliset kulmat, pinta-alat tai etäisyydet jostakin keskuksesta on kaikkialla kuvattu oikein. Sen mukaisesti monet tärkeimmät projektiot voidaan luokitella seuraavasti:[1]

Oikeakulmaiset projektiot näyttävät ilmansuuntien väliset kulmat oikein. Niissä pituusmittakaava tosin vaihtelee kartan eri osissa, mutta paikallisesti, tietyssä kohdassa karttaa, mittakaava on kaikkiin suuntiin sama ja siten pienet alueet näkyvät oikean muotoisina. Oikeakulmaisia projektioita käytetään esimerkiksi merenkulussa.

Esimerkkejä:

Oikeapintaiset projektiot näyttävät alueiden pinta-alat totuudenmukaisina. Niitä käytetään esimerkiksi alueisiin suhteutetun tiedon esittämisessä eri­laisissa teema­kartoissa.

Oikeapintainen Mollweiden projektio

Esimerkkejä:

Oikeakeskipituisissa projektioissa etäisyydet kartalla jostakin keskuksesta taikka jostakin leveys- tai pituuspiiristä (esimerkiksi päiväntasaajasta) pysyvät oikeassa suhteessa todellisiin etäisyyksiin.

Esimerkkejä:

On olemassa myös projektioita, joissa yksikään määreistä ei ole täysin oikein. Tuloksena on kompromissi, jossa pyritään saavuttamaan tasapaino eri vääristymien välillä tai saamaan kartta yksinkertaisesti näyttämään hyvältä.

Esimerkkejä:

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • CD-Facta 2005
  • [1]

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c d e f g h i j Spectrum tietokeskus, 16-osainen tietosanakirja, 5. osa (Kal-Koo), s. 165-166, art. Karttaprojektiot sekä siihen liittyvä kuva ja kuvateksti, WSOY 1977, ISBN 951-0-07244-3