Карта изолиний показывает величину, которая плавно меняется в пространстве, и проводит линии через точки, где она принимает одно и то же значение. Классические примеры связаны с высотой, атмосферным давлением, температурой и осадками. Получается одна из самых старых и удобных для чтения форм тематической карты.
В руководстве разобраны основные виды изолиний, способы их построения по измерениям и правила чтения. Изохронам времени в пути, особому случаю, который строится по дорожной сети, посвящено отдельное руководство: что такое изохрона.
Определение
Изолинией называют линию на карте, вдоль которой непрерывная величина сохраняет постоянное значение. Карта изолиний рисует набор таких линий с равным шагом величины, поэтому расстояние между линиями и их форма показывают, где поверхность поднимается и где опускается.
Название происходит от греческого isos, «равный». Для каждой величины есть свой термин, образованный по тому же принципу.
Основные виды изолиний
| Изолиния | Соединяет точки с одинаковым значением | Где встречается |
|---|---|---|
| Горизонталь | Высота | Топографические и туристские карты |
| Изобата (батиметрическая изолиния) | Глубина воды | Морские навигационные карты |
| Изобара | Атмосферное давление | Синоптические карты |
| Изотерма | Температура | Климатические и погодные карты |
| Изогиета | Осадки за период | Карты осадков и гидрологии |
| Изохрона | Время в пути от исходной точки | Анализ зон охвата и доставки |
Первые пять описывают физическое поле, которое существует во всей области карты. Изохрона устроена иначе: её рассчитывают по дорожной сети от исходной точки, поэтому у неё отдельная статья.
Как строятся изолинии
Карта изолиний начинается с измерений, а измерения редко лежат на аккуратной сетке. Метеостанции, геодезические пункты и промеры глубин разбросаны неравномерно. Линии получают в два шага.
1. Интерполяция поверхности. Разрозненные значения переносят на регулярную сетку. Распространены метод обратных взвешенных расстояний, в котором близкие точки весят больше дальних, и линейная интерполяция по триангуляции точек. Утилита gdal_grid из GDAL реализует эти методы, включая обратное расстояние в степени, ближайшего соседа, скользящее среднее и линейную интерполяцию по триангуляции Делоне. Для высот этот шаг часто не нужен, потому что цифровые модели рельефа уже хранятся в виде растровой сетки.
2. Проведение линий. Затем алгоритм построения контуров проходит по сетке. Стандартный метод для двумерных сеток называется marching squares. В каждой ячейке он проверяет, какие углы лежат выше выбранного значения, а какие ниже, и проводит отрезок там, где значение пересекается. Отрезки соединяются в непрерывные линии. Утилита gdal_contour из GDAL делает это для растровой модели рельефа с заданным шагом и сохраняет результат как векторные линии.
Шаг определяет степень детализации. В справочнике USGS по условным знакам топографических карт сказано, что для равнинной местности сечение рельефа может составлять 10 футов и меньше, а для гор 100 футов и больше. Для изобар урок JetStream от NOAA о картах приземного давления предлагает проводить линии через каждые 4 миллибара, начиная с 1000 миллибар, после того как давление каждой станции приведено к уровню моря, чтобы станции на разной высоте можно было сравнивать.
Интерполяция остаётся оценкой. Там, где измерений мало, линии между ними описывают модель поверхности, и карта надёжна ровно настолько, насколько надёжны исходные данные.
Как читать карту изолиний
Для любой карты изолиний действуют одни и те же правила. Справочник USGS формулирует их для горизонталей:
- Линии никогда не пересекаются. Каждая линия соединяет точки одного значения, поэтому две линии с разными значениями встретиться не могут.
- Расстояние между линиями показывает крутизну. Частые горизонтали означают крутой склон. Редкие горизонтали или их отсутствие указывают на почти ровную местность. На синоптической карте густые изобары означают сильный градиент давления и более сильный ветер.
- Шаг постоянен. Разница между соседними линиями одинакова по всей карте, а на картах USGS она указана на полях.
- Утолщённые горизонтали несут подписи высот. Через определённое число линий проходит более широкая линия с подписанной высотой для ориентирования. Тонкие промежуточные горизонтали между ними добавляют детали.
- Замкнутые кольца отмечают вершину или впадину. Замкнутая горизонталь обычно отмечает холм или вершину. Горизонтали понижений с короткими штрихами, направленными внутрь, отмечают впадину.
Чтобы проверить отдельную точку, а не считывать её по линиям, воспользуйтесь нашим инструментом высот. Он показывает высоту любого адреса или точки на карте и умеет строить профиль высот вдоль маршрута.
Изолинии и изохроны
Изохрона соединяет точки одинакового времени в пути, но строится по-другому. Вместо интерполяции измерений маршрутизатор расходится от исходной точки по дорожной сети и записывает, сколько времени нужно, чтобы добраться до каждого места. Граница на 10, 20 или 30 минутах и становится изохроной. Поэтому изохрона зависит от способа передвижения, дорожной сети и исходной точки, а горизонталь зависит только от рельефа.
Если вопрос звучит как «куда я доберусь за 15 минут», читайте что такое изохрона. Если нужно понять высоту, крутизну, температуру или количество осадков, вам нужна карта изолиний, описанная здесь.
Что почитать дальше
- Руководство по тематическим картам: место карт изолиний среди картограмм, точечных карт и других тематических карт.
- Картограмма: обычный выбор, когда данные относятся к территориям, например регионам или почтовым зонам, а не к непрерывной поверхности.
- Инструмент высот: узнайте высоту точки или профиль маршрута.
Часто задаваемые вопросы
Что такое карта изолиний?
Карта изолиний показывает непрерывную величину, например высоту, атмосферное давление или температуру, линиями, каждая из которых соединяет точки с одинаковым значением. Самый известный пример даёт топографическая карта с горизонталями. Ещё один пример встречается на синоптической карте с изобарами.
Какие бывают изолинии?
Горизонтали соединяют точки с одинаковой высотой, изобары с одинаковым давлением, изотермы с одинаковой температурой, а изогиеты с одинаковым количеством осадков. Изобаты, или батиметрические изолинии, соединяют точки с одинаковой глубиной воды. Изохрона соответствует изолинии одинакового времени в пути.
Как изолинии строят по данным?
Сначала разрозненные измерения интерполируют на регулярную сетку, например методом обратных взвешенных расстояний или линейной интерполяцией по триангуляции. Затем алгоритм построения контуров, например marching squares, проходит по сетке и отмечает места, где поверхность пересекает каждое выбранное значение. Инструменты gdal_grid и gdal_contour из GDAL выполняют оба шага.
Как читать горизонтали?
Каждая линия соединяет точки одной высоты, поэтому горизонтали никогда не пересекаются. Частые линии означают крутой склон, редкие указывают на ровную местность. Сечение рельефа задаёт разницу высот между соседними линиями, а на утолщённых горизонталях подписаны отметки высоты.
Чем изолиния отличается от изохроны?
Изолинией называют любую линию одинакового значения. Изохрона представляет собой частный случай изолинии: она соединяет точки с одинаковым временем в пути от исходной точки и рассчитывается по дорожной сети, а не по сетке измерений. Этому случаю посвящено наше отдельное руководство об изохронах.
