6.        ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΟΙ ΧΑΡΤΕΣ

6.6. Απεικόνιση του ανάγλυφου

Το πρόβλημα της απεικόνισης του ανάγλυφου εντοπίζεται στο, πώς οι τρισδιάστατες μορφές του εδάφους θα απεικονιστούν με γραφικά μέσα στο επίπεδο του χάρτη, ώστε η απεικόνιση να είναι γεωμετρικά τέλεια και να επιτρέπει μια έμεση, και κατά το δυνατόν τέλεια, απόδοση της γραμμής του ανάγλυφου.

Η απεικόνιση του ανάγλυφου μπορεί να γίνει με τρεις μεθόδους. Με τη μέθοδο των ισοϋψών καμπύλων, με τη μέθοδο των σκιάσεων και με τη μέθοδο των γραμμοσκιάσεων.

6.6.1. Μέθοδος των ισοϋψών καμπύλων.

Οι ισοϋψείς καμπύλες είναι το βασικότερο στοιχείο της χαρτογραφικής απεικόνισης, και το μοναδικό μέσο το οποίο καθορίζει γεωμετρικά-ποσοτικά τις μορφές του ανάγλυφου.

Ως ισοϋψής καμπύλη χαρακτηρίζεται η ορθογώνια προβολή στο επίπεδο του χάρτη του γεωμετρικού τόπου εκείνων των σημείων της γήινης επιφάνειας, τα οποία έχουν το ίδιο υψόμετρο σε σχέση με το επίπεδο της θάλασσας (Σχ. 69).

Σχ. 69. Απεικόνιση των ισοϋψών καμπύλων ΑΖ, BE, ΓΑ στο έδαφος και η αντίστοιχη προβολή τους στο επίπεδο του χάρτη.

Οι γραμμές των ακτών των θαλασσών και λιμνών αποτελούν χαρακτηριστικά παραδείγματα φυσικών ισοϋψών καμπύλων.

Η κάθετη απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών ισοϋψών είναι, κατά κανόνα, σταθερές για την έκταση που καλύπτει ο χάρτης, και λέγεται ισοδιάσταση.

Είναι δύσκολη η εκλογή της ισοδιάστασης του χάρτη, γιατί αυτή επηρεάζεται όχι μόνο από την κλίμακα του χάρτη, αλλά από την κλίση και την εναλλαγή των απεικονιζόμενων μορφών του ανάγλυφου.

Η χρησιμοποίηση μικρής ισοδιάστασης επιτρέπει ασφαλώς μια λεπτομερέστερη απεικόνιση των μορφών του ανάγλυφου, αλλά η μεγάλη πυκνότητα των ισοϋψών καμπύλων δυσκολεύει την ανάγνωση του χάρτη.

Η ιδανική ισοδιάσταση του χάρτη δίνεται από τη σχέση:

Ι = n.logn.εφα_max

Όπου n =  + 1, a_max = η μέγιστη κλίση του ανάγλυφου που απεικονίζεται στο χάρτη και η οποία δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερη από 45°. k = ο παρονομαστής της κλασματικής κλίμακας.

Παρακάτω δίνεται πίνακας τιμών ισοδιάστασης ανάλογα με την κλίμακα του χάρτη και τη μέγιστη κλίση του ανάγλυφου.

Πίνακας 4. Τιμές ισοδιαστάσεων χαρτών σε m.

Κλίμακα	Ψηλές ορεινές περιοχές αmax = 45°		Λοφώδεις και ημιορεινές περιοχές αmax = 25°	Πεδινές-λοφώδεις περιοχές αmax = 10°	Τιμές ισοδιάστασης ενδιάμεσων ισοϋψών καμπυλών
	Ιδανική ισοδιάσταση	Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη ισοδιάσταση	Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη ισοδιάσταση	Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη ισοδιάσταση
1:1.000	1,5	1	0,5	0,25	0,5
1:2.000	2,7	2	1,0	0,5	1,0
1:5.000	5,7	5	2	1	2,5
1:10.000	10	10	10	2	5
1:20.000	17	10	10	2,5	10
1:25.000	19	10,20	10	2,5	10
1:50.000	29	20, 25, 30, 40	10, 20	5	10, 15
1: 100.000	47	50	25	5, 10	25
1:200.000	75	50, 100	50	10	50
1:250.000	85	100	50	10, 20	50
1:500.000	100, 200	130	100	20	100
1:1.000.000	200	200	100	20, 50	100

Η κατακόρυφη απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών ισοϋψών (η ισοδιάσταση όπως προαναφέραμε), σε ένα χάρτη, παραμένει σταθερή.  Δεν ισχύει όμως το ίδιο και για την οριζόντια απόσταση μεταξύ των ισοϋψών, η οποία καθορίζεται από την κλίση του ανάγλυφου.  Η οριζόντια απόσταση των ισοϋψών είναι μικρή στα τμήματα του ανάγλυφου με μεγάλη κλίση, και μεγάλη στα τμήματα με μικρή κλίση.

Στους τοπογραφικούς χάρτες χρησιμοποιούνται τέσσερα διαφορετικά είδη ισοϋψών καμπύλων (Σχ. 70).

1. Οι συνήθεις ισοϋψείς που αντιστοιχούν στην ισοδιάσταση του χάρτη και που απεικονίζονται με ανοιχτό καφέ χρώμα.

2. Οι κύριες ή αριθμημένες ισοϋψείς που αντιστοιχούν σε κάθε πέμπτη συνήθη ισοϋψή.  Είναι εντονότερα σχεδιασμένες και χαρακτηρίζονται από έναν αριθμό που εκφράζει το υψόμετρο τους.

3. Επειδή στο ίδιο τοπογραφικό φύλλο είναι δυνατό να απεικονίζονται τμήματα της γήινης επιφάνειας με πολύ διαφορετικές κλίσεις, για την καλύτερη απόδοση των επίπεδων περιοχών χρησιμοποιούνται οι ενδιάμεσες ή βοηθητικές ισοϋψείς.  Σχεδιάζονται με διακεκομμένες ή στικτές γραμμές και αντιστοιχούν στο ½  ή ¼ της ισοδιάστασης του χάρτη.

4. Κλειστές κοιλότητες στην επιφάνεια της Γης απεικονίζονται στους χάρτες με τις ισοϋψείς καταπτώσεων.  Είναι συνεχείς, ή διακεκομμένες, κλειστές γραμμές και διακρίνονται από τις συνήθεις ισοϋψείς, από τις μικρές κάθετες γραμμές προς την εσωτερική επιφάνεια που καθορίζουν.

Το υψόμετρο των ισοϋψών κατάπτωσης είναι μικρότερο κατά μια ισοδιάσταση, από το υψόμετρο της συνήθους ισοϋψούς που τις περιβάλλει.

Σχ. 70. Ισοϋψείς καμπύλες που χρησιμοποιούνται στους τοπογραφικούς χάρτες μεγάλης κλίμακας.

Οι ισοϋψείς καμπύλες χαρακτηρίζονται από τις παρακάτω ιδιότητες:

α) Είναι πάντοτε κλειστές καμπύλες γραμμές.

β) Τείνουν να γίνουν παράλληλες μεταξύ τους και ουδέποτε τέμνονται ή συμπίπτουν, εκτός αν απεικονίζουν πολύ απότομα τμήματα της γήινης επιφάνειας.

γ) Η οριζόντια απόσταση τους, όπως προαναφέραμε, καθορίζεται από την κλίση του ανάγλυφου.

δ) Η μορφολογία τους στις κοιλάδες είναι διαφορετική απ' ότι στις ράχες.  Στις κοιλάδες έχουν σχήμα ανάποδου V, με την κορυφή στραμμένη προς τα μεγαλύτερα υψόμετρα, ενώ στις ράχες έχουν σχήμα U, με την κορυφή στραμμένη προς τα μικρότερα υψόμετρα (Σχ. 71).

Σχ. 71. Η μορφολογία των ισοϋψών καμπυλών είναι διαφορετική στις κοιλάδες και διαφορετική στις ράχες.

Οι ισοϋψείς καμπύλες στη γήινη επιφάνεια καθορίζονται συνήθως με όργανα και μεθόδους της τοπογραφίας.  Καθορίζονται, αρχικά, τα ακριβή υψόμετρα πολλών σημείων και, στη συνέχεια, γίνεται η σύνδεση αυτών που έχουν το ίδιο υψόμετρο.

Σήμερα ο καθορισμός των ισοϋψών καμπύλων της γήινης επιφάνειας και η απεικόνιση τους στο επίπεδο χάρτη γίνεται με τη βοήθεια των αεροφωτογραφιών.

Οι ισοβαθείς, που είναι γραμμές που συνδέουν σημεία με το ίδιο βάθος από την επιφάνεια της θάλασσας ή λίμνης, καθορίζονται με ηχοβολιστικές μεθόδους.

6.6.2. Μέθοδος των σκιάσεων

Σε αντίθεση με τη μέθοδο των ισοϋψών καμπύλων, η μέθοδος των σκιάσεων δεν μπορεί να αποδώσει τις μορφές του ανάγλυφου με γεωμετρική ακρίβεια.  Από τις οπτικές όμως διαφορές, που προκύπτουν με τη χρησιμοποίηση σκιών διαφορετικού τόνου, μπορεί να εκφραστεί σε ικανοποιητικό βαθμό η τρίτη διάσταση.

Η σκίαση ενός τμήματος της γήινης επιφάνειας μπορεί να γίνει με δύο τρόπους:

α) Με κατακόρυφο φωτισμό. Στην περίπτωση αυτή γίνεται δεκτό ότι οι ακτίνες μιας φωτεινής πηγής προσπίπτουν κάθετα στη γήινη επιφάνεια. Τα οριζόντια τμήματα θα φωτίζονται περισσότερο απ' ότι τα τμήματα με κλίση.  Όσο μεγαλύτερη μάλιστα είναι η κλίση μιας επιφάνειας, τόσο πιο σκοτεινός θα είναι ο τόνος της σκιάς.  Δηλαδή, ο κατακόρυφος φωτισμός, με τη χρησιμοποίηση σταθερών τόνων σκιάς, παρέχει τη δυνατότητα υπολογισμού των κλίσεων των διάφορων τμημάτων της επιφάνειας που απεικονίζουν οι χάρτες.

Σχ. 72. Σχέση μεταξύ της απόστασης των ισοϋψών καμπύλων και των τόνων της σκιάς, (Imhof 1965).

β) Με πλάγιο φωτισμό.  Οι φωτεινές ακτίνες στην περίπτωση αυτή θεωρούνται ότι προσπίπτουν πλάγια, οπότε οι επιφάνειες του ανάγλυφου θα φωτίζονται ή θα σκιάζονται, ανάλογα με τον προσανατολισμό τους, ως προς την διεύθυνση των φωτεινών ακτινών.  Με τον πλάγιο φωτισμό, οι διάφοροι τόνοι σκιάς που παρατηρούνται στους χάρτες είναι ανάλογοι με αυτούς που παρατηρούνται στην επιφάνεια της Γης, μετά την ανατολή ή πριν από τη δύση του Ήλιου.

Το πλεονέκτημα της μεθόδου των σκιάσεων εντοπίζεται στο γεγονός ότι, με τη σκίαση σε αντίθεση με τις γραμμές των ισοϋψών, δεν υπεισέρχεται το πρόβλημα αναγνωσιμότητας των χαρτών.  Για να εξασφαλιστεί όμως και η γεωμετρική ακρίβεια του ανάγλυφου, γίνεται συνδυασμός της μεθόδου των σκιάσεων και των ισοϋψών καμπυλών.  Στην περίπτωση αυτή, ως βάση για την σκίαση χρησιμοποιούνται τοπογραφικοί χάρτες μεγάλης κλίμακας με ισοϋψείς καμπύλες.  Στη συνέχεια, οι διάφοροι τόνοι σκιάς τοποθετούνται στους χάρτες με βάση την κλίμακα που δίνεται από το Σχ. 72.  Το επάνω τμήμα του σχήματος, δίνει την οριζόντια απόσταση των ισοϋψών καμπύλων ανάλογα με την κλίση της απεικονιζόμενης επιφάνειας, ενώ το κάτω τμήμα την κλίμακα με τους αντίστοιχους τόνους σκιάς.

Η απεικόνιση του ανάγλυφου μπορεί επίσης να επιτευχθεί σε ικανοποιητικό βαθμό, με τη χρησιμοποίηση διάφορων χρωμάτων.  Τελευταία, για χάρτες υψομετρικών ζωνών χρησιμοποιείται η παρακάτω κλίμακα χρωμάτων.

Υψομετρική ζώνη	Χρώμα	Υψομετρική ζώνη	Χρώμα
0- 100 m	Κυανοπράσινο	500- 1000 m	Ανοιχτό καφέ
100-200m	Κιτρινοπράσινο	1000-2000m	Καφέ
200-500 m	Κίτρινο	2000-4000 m	Ανοιχτό κόκκινο
		5000 m	Σκούρο κόκκινο

Για την απεικόνιση των ωκεανών χρησιμοποιούνται διάφορες αποχρώσεις του κυανού χρώματος.  ΄Οσο μεγαλύτερο γίνεται το βάθος των ωκεανών, τόσο σκοτεινότερη γίνεται και η απόχρωση του κυανού χρώματος.

6.6.3. Μέθοδος των γραμμοσκιάσεων

Με τη μέθοδο αυτή, το ανάγλυφο της γήινης επιφάνειας αποδίδεται επίσης σε ικανοποιητικό βαθμό.  Η μέθοδος βασίζεται στην απεικόνιση του ανάγλυφου με λεπτές, μικρού μήκους, κατά οριζόντιες ομάδες γραμμές, των οποίων η διεύθυνση συμπίπτει με τη διεύθυνση της κλίσης της επιφάνειας (Σχ. 73, 74).

Σχ. 73. Ισοϋψείς καμπύλες και η διεύθυνση κλίσεως.

Σχ. 74. Ομάδες γραμμών προσανατολισμένες παράλληλα προς την διεύθυνση κλίσης του εδάφους.

Η γραμμοσκίαση μπορεί να γίνει κατά δύο τρόπους:

α) Με κατακόρυφο φωτισμό.  Στην περίπτωση αυτή η επιφάνεια του ανάγλυφου φωτίζεται τόσο λιγότερο, όσο μεγαλύτερη είναι η κλίση της.  Οι διαφορές των κλίσεων εκφράζονται από το διαφορετικό μήκος και πάχος των γραμμάτων. (Σχ. 75).

Σχ. 75. Με κατακόρυφο φωτισμό όσο μεγαλύτερο είναι το πάχος των γραμμών τόσο μεγαλύτερη είναι η κλίση της αντίστοιχης επιφάνειας.

Ως μέθοδος καθιερώθηκε από τον J. G. Lehmann το 1799 και εξυπηρετούσε αρχικά στρατιωτικούς σκοπούς.  Χρησιμοποιήθηκε σε πολύ μεγάλη έκταση, στους χάρτες του 19^ου αιώνα.

Σύμφωνα με τη μέθοδο αυτή, το πάχος των γραμμών είναι συνάρτηση της γωνίας κλίσεως των επιφανειών του ανάγλυφου.  Σε επιφάνειες με κλίση 45°, το πάχος των γραμμών γίνεται τέτοιο, ώστε να ενώνονται μεταξύ τους και να σχηματίζουν μια ενιαία μαύρη επιφάνεια.  Για κλίσεις από 45° μέχρι 0°, οι γραμμές λεπτύνονται προοδευτικά κάθε 5° και τοποθετούνται σε μεγαλύτερες αποστάσεις (Σχ. 76).  Έτσι, με τη μέθοδο αυτή οι μεταβολές των κλίσεων των επιφανειών του ανάγλυφου εντοπίζονται εύκολα από τη διαφορετική αναλογία του μαύρου και άσπρου χρώματος, που παρατηρείται στα διάφορα τμήματα του χάρτη.

Σήμερα, ως βάση για την κατασκευή χαρτών με τη μέθοδο αυτή χρησιμοποιούνται οι αντίστοιχοι χάρτες με ισοϋψείς καμπύλες, ώστε, με την αναγραφή των υψόμετρων ορισμένων χαρακτηριστικών σημείων, να είναι δυνατή η συσχέτιση της κλίσης και του υψόμετρου.

Σχ. 76. Γραμμές κλίσεως κατά Lehmann I = Γωνία κλίσεως, II = Σχέση μεταξύ μαύρου και άσπρου χρώματος ανάλογα με τη γωνία κλίσης. III. Πάχος των γραμμών ανάλογα με τη γωνία κλίσης.

Σχ. 77. Με πλάγιο φωτισμό οι γραμμές των πλευρών που σκιάζονται έχουν μεγαλύτερο πάχος.

β) Με πλάγιο φωτισμό.  Στην περίπτωση αυτή δεχόμαστε έναν, κατά κανόνα από πάνω και αριστερά, πλάγιο φωτισμό της απεικονιζόμενης επιφάνειας.  Οι γραμμές των κλίσεων των φωτιζόμενων πλευρών σχεδιάζονται λεπτότερες από τις αντίστοιχες των μη φωτιζόμενων πλευρών (Σχ. 77).

Με τη μέθοδο των γραμμοσκιάσεων, όπως και με τη μέθοδο των σκιάσεων, δεν είναι δυνατός ο ακριβής προσδιορισμός των κλίσεων μεταξύ διάφορων σημείων της γήινης επιφάνειας.  Αντίθετα, όπως θα δούμε σε επόμενο κεφάλαιο, η κλίση μεταξύ διάφορων σημείων μπορεί να υπολογιστεί με ικανοποιητική ακρίβεια από τοπογραφικούς χάρτες με ισοϋψείς καμπύλες.