Топографические материалы: Статья 15. Материалы, полученные в результате выполнения картографических работ / КонсультантПлюс

Содержание

Статья 15. Материалы, полученные в результате выполнения картографических работ / КонсультантПлюс

Статья 15. Материалы, полученные в результате выполнения картографических работ

1. В результате выполнения картографических работ создаются карты, планы, единая электронная картографическая основа и иные картографические материалы.

2. В зависимости от содержания и целей использования карты и планы подразделяются на следующие виды:

1) топографические карты и планы;

2) специальные карты и планы;

3) тематические карты и планы;

4) иные карты и планы.

3. Топографическая карта представляет собой карту земной поверхности, позволяющую определять как плановое, так и высотное положение изображенных на ней пространственных объектов в установленных проекциях, системах координат и высот.

4. Топографический план представляет собой топографическую карту, создаваемую в крупном масштабе в отношении ограниченного участка местности без учета кривизны земной поверхности.

5. Специальная карта или специальный план представляет собой карту или план, предназначенные для решения определенных специальных задач и (или) для определенного круга потребителей.

6. Тематическая карта или тематический план представляет собой карту или план, основное содержание которых определяется отображаемой темой.

7. Карты и (или) планы, которые созданы и систематизированы в соответствии с программой картографического атласа, удовлетворяющей требованиям, указанным в части 9 настоящей статьи, представляют собой картографический атлас.

8. Создание картографических атласов вправе организовывать уполномоченные Правительством Российской Федерации федеральные органы исполнительной власти, публично-правовая компания, органы государственной власти субъектов Российской Федерации, органы местного самоуправления, физические и юридические лица.

(в ред. Федерального закона от 30.12.2021 N 449-ФЗ)

9. Требования к программам картографических атласов устанавливаются федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в сфере геодезии и картографии, по согласованию с федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке и реализации государственной политики, нормативно-правовому регулированию в области обороны.

10. Требования к отображению на картографических материалах (за исключением государственных топографических карт и государственных топографических планов) Государственной границы Российской Федерации и территории Российской Федерации, территорий субъектов Российской Федерации и территорий муниципальных образований утверждаются федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в сфере геодезии и картографии, по согласованию с федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке и реализации государственной политики, нормативно-правовому регулированию в области обороны.

(часть 10 введена Федеральным законом от 11.06.2021 N 180-ФЗ)

Открыть полный текст документа

Качественная оперативная топографическая съемка

Основная цель работ

Топосъемка земельного участка имеет целью составление инженерной карты высокой точности или плана крупных и мелких масштабов. Материалы геодезических исследований включают в себя информацию о рельефе местности, имеющихся на территории сооружениях и коммуникациях, включая подземные и т.д. Эта информация необходима специалистам для грамотного проектирования и возведения на данной местности различных жилых или объектов промышленного назначения.

На картографической основе можно составить специализированные планы. В них отображается не полностью ситуация местности, а лишь некоторые требуемые объекты. Так, кадастровый план содержит обобщенные данные, главным из которых являются точные сведения о площади и границах. Оформляется документ на бумажном носителе или в электронном виде. Информация, которая отображается в кадастровом плане, нужна для того, чтобы проводить различные кадастровые работы. Если Вам необходим

кадастровый план, обращайтесь к нам.

Компания «АртГеоПроект» осуществляет комплекс работ по топосъемке с помощью современного оборудования нового поколения в соответствии всем требованиям СНиП.

Этапы топографической съемки

Проведение топосъемки состоит из трех основных этапов:

подготовительный. В это время оформляются все договорные отношения с заказчиком, включая утверждение технического задания. Специалисты изучают все архивные материалы, в которых можно почерпнуть сведения о проводимых ранее на территории геодезических работах;
полевые изыскания. В ходе этого этапа проводится исследования всех объектов непосредственно на территории с проведением съемки;

камеральная обработка данных полевых изысканий. Это последний этап, в ходе которого и составляются топографические карты или специализированные планы (в зависимости от полученного от заказчика тех.задания). Составляется отчет о результатах проделанной работы. На топографические карты или планы наносятся все существующие на момент проведения геодезических исследований надземные и подземные коммуникации.
Топосъемка земельного участка в настоящее время необходима при проведении изысканий для получения разрешения на строительство, а также обновления карт территории и т. д. Специалисты нашей компании выполнят все работы оперативно и с гарантией качества.

Топографическая съемка

Под топографической съемкой принято понимать комплекс геодезических мероприятий, посредством которого можно составить детальный план местности и подробную топографическую карту. Добиться высокой точности при проведении подобных работ можно путем использования передовых методик, в число которых входят и наземные виды съемки, в частности теодолитная, фототеодолитная, тахеометрическая, а также аэрофотосъемка, которая выполняется с летательных аппаратов.

Порядок проведения

топографической съемки

Первым делом специалисты компании ООО «АртГеоПроект» делают выбор в пользу оптимальной технологии съемки. В процессе выбора во внимание принимается целый ряд факторов, в том числе площадь земельного участка, особенности его рельефа, а также количество, располагающихся на его территории построек. При заключении договора с заказчиком в документе прописывается вид проводимых топографических работ.

Они могут носить следующий характер:

быть плановыми и не учитывать особенности рельефа местности;
высотными, основной целью проведения которых может выступать изучение специфики рельефа;
комбинированными.

Когда речь идет про топосъемку, вне зависимости от её типа, то, прежде всего, нужно понимать, что это довольно трудоемкий процесс. Специалисты её производящие должны отличаться высокими профессиональными качествами, внимательностью и ответственным отношением к делу, которое им поручено. Наши специалисты полностью соответствуют перечисленным выше условиям.

ООО «АртГеоПроект» осуществляет работы по проведению крупномасштабной топографической съемки — 1:100; 1:500, 1:1000, 1:2000. Помимо этого они выполняют топографические работы в небольших масштабах 1:10 000.

Этапы топосъемки

Проведение каждой мелко- и крупномасштабной топографической съемки осуществляется нашими специалистами в несколько этапов.

Подготовительный этап включает в себя:

получение заказа на проведение топографических работ;
заключение с заказчиком договора с полным согласованием всех пунктов, содержащихся в нем;
оформление всех разрешений, необходимых для выполнения съемки различного масштаба;
получение разрешения на проведение геодезических и топографических работ;
проведение работ по сбору и обработке материалов, полученных ранее в процессе топографической съемки;
подготовку к работе с составлением подробного плана мероприятий.

Полевой этап включает целый комплекс работ, которые выполняются на местности. В их числе:

тщательное изучение земельного участка;
создание на поверхности участка системы координат с выходящих в неё нужным количеством точек; они являются основой процесса формирования геодезических сетей, различных в плане своего назначения — съемочных, высотных, сгущения и специальных;
проведение необходимых расчетов, связанных с обработкой полученных измерений;
согласование выполняемых работ с организациями, на балансе которых числятся те или иные сети коммуникаций.

Камеральный этап предполагает проведение основательной обработки информации, полученной в ходе мелко- и крупномасштабной топографической съемки. На основании этих данных и происходит формирование полного пакета документов, которые впоследствии передаются заказчику. Вся документация может быть представлена заказчику, как в графическом, так и в электронном виде.

Условия выполнения мелко- и крупномасштабной топографической съемки

Сотрудники ООО «АртГеоПроект», основная специализация которых — профессиональная топографическая съемка, в процессе выполнения работ используют большой набор передовых технологий. Наряду с этим применяется современная техника, например спутниковые (GPS) геодезические приемники, которые обеспечивают более быстрое и в то же время качественное выполнение топосъемки в необходимом объеме.

Мы в состоянии выявить факторы, которые в большей или меньшей степени могут оказывать влияние на процесс проектирования строительных работ, реализацию мероприятий по застройке конкретной территории. Грамотный подход, использование которого в ходе топосъемки практикуют наши специалисты, позволяет избежать нарушений, часто возникающих в ходе возведения сооружений. А это позволяет свести к минимуму вероятность возникновения различных проблем в процессе эксплуатации построек в ближайшем будущем. Кроме того, сокращаются до минимума возможные затраты, которые могут потребоваться на проведение ремонтных работ в зданиях.

Лишь в случае привлечения к проведению топографических работ квалифицированных специалистов можно обеспечить высокое качество составления планов и карт местности. Наши специалисты имеют в своем арсенале широкий набор технологий по проведению съемки и обработке данных. В ходе их проведения используется современное оборудование. Кроме того, для наших специалистов характерен ответственный подход при проведении любых топографических работ.

Цифровые топографические карты | АО «СевКавТИСИЗ»

Топографические карты — это карты высокой точности, используемые при решении различных технических задач. Делаются такие карты на основании съемочных работ различного типа. Создание печатного оттиска топографической карты – это результат длительной, трудоемкой и дорогостоящей работы сложного производственного конвейера, включающего взаимодействие большого числа специалистов разного профиля. Современный этап развития топографии характеризуется широким внедрением компьютерной обработки в процесс создания топографических карт. В связи с этим печатные топографические карты уже не удовлетворяют современным требованиям, и основным продуктом топографии становятся цифровые топографические карты.

Программное обеспечение

В своей работе специалисты используют следующее программное обеспечение:

Bentley Microstation;
ESRI ArcGIS;
AutoDesk Civil 3D;
Pitney Bowes Software MapInfo Professional;
специализированный набор модулей и утилит, созданных на базе вышеперечисленных платформ для решения производственных задач и оптимизации рабочего процесса.

Специалистами организации разработан ряд технологических схем, который успешно применяется при создании и конвертации цифровых топографических планов.

Исходные материалы

Данные воздушного лазерного сканирования
Ортофотопланы
Набор вспомогательных растров(свето-теневая модель рельефа(shade), intensity – растр интенсивности отражения, difference- растр классификации тло по высоте)
Материалы полевого дешифрирования
Обзорные картматериалы

Итоговая продукция

Цифровые инженерные топографические карты и планы масштабов от 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000 до 1:10000, профили.

Преимущества

Цифровая топографическая карта – это набор метрической (числовой), семантической (описательной) и логической информации об участке земной поверхности, хранящийся в закодированном виде на каком-либо носителе, доступном для компьютера.

Большим преимуществом цифровых топографических карт является возможность их оперативного создания и обновления, а широкий набор возможностей применения значительно расширяет сферу использования.

Выполнение топографической съемки с отысканием подземных коммуникаций на сложных технологических объектах

В настоящее время является одним из самых эффективных методов выполнения топографических работ

ФСБ спутала коллекционерам топографические карты – Происшествия – Коммерсантъ

Оперативники Федеральной службы безопасности (ФСБ) пресекли деятельность группы коллекционеров, которая занималась сбором секретных топографических карт Генштаба РФ 1970–1980-х годов на Урале, в Сибири и в Крыму. По версии ФСБ, карты они собирались продать за рубеж. После профилактических бесед все участники группы осознали, что их действия могли повлиять на безопасность страны, и пообещали прекратить эту деятельность.

О выявлении на территории Свердловской, Омской областей и Республики Крым группы картографов, которые занимались сбором секретных карт, сообщили в УФСБ по Свердловской области. «Одновременно по местам проживания трех граждан России и одного гражданина Украины в Екатеринбурге, Симферополе и Омске были проведены оперативные мероприятия, в ходе которых обнаружены и изъяты секретные топографические материалы военного назначения»,— пояснили в пресс-службе УФСБ по Свердловской области, отказавшись от разглашения подробностей операции.

Как следует из оперативной съемки, обыски проводились в квартирах коллекционеров, которые собирали карты Генштаба различных населенных пунктов и островов. Детализированные карты датировались 1970-ми годами и были представлены в масштабе 1:100 тыс. Всего было изъято несколько коробок копий и оригинальных карт. На всех них был обозначен гриф «Секретно». Кроме того, оперативники изъяли несколько планшетов с электронными версиями карт Генштаба. По версии ФСБ, изъятые карты готовились к продаже в другие страны.

Однако сотрудники УФСБ не стали возбуждать уголовное дело, так как члены группы не успели совершить продажу секретных документов. Коллекционеры лишь получили официальное предупреждение о том, что их деятельность может быть квалифицирована как государственная измена (ст. 275 УК РФ) и шпионаж (ст. 276 УК РФ).

Связаться с задержанными не удалось. По сведениям “Ъ”, все они согласились, что их действия могут навредить безопасности страны, и пообещали, что теперь не будут даже бесплатно меняться картами с картографами из других стран.

По мнению сообщества коллекционеров Екатеринбурга, деятельность группы не должна была нанести вред безопасности страны. «Официально в Екатеринбурге, да и вообще в России, нет сообщества по коллекционированию топографических карт, особенно военных. Это неинтересный с точки зрения коллекционера, товар: собирать его можно, а продавать нельзя. Однако он важен для тех, кто занимается так называемым копом (кладоискательством). Для них карты представляют ценность, так как на них, например, нанесены ныне утраченные поселения»,— пояснил “Ъ” один из коллекционеров Екатеринбурга, пожелавший не афишировать свое имя.

Игорь Лесовских, Екатеринбург

«Стройбетон», «Русантон» и «ПИК» тормозят омскую топографию | Последние Новости Омска и Омской области

Из-за того, что компании «Стройбетон», «Русантон» и «ПИК-Регион» прекратили платежи за аренду своих крупнейших в Омске земельных участков, задерживается разработка топографических документов рассказал директор департамента архитектуры и градостроительства мэрии Анатолий Тиль сегодня на пресс-конференции.
В целом проблем с финансированием разработки градостроительных документов нет, исключением является топографические материалы. Эти работы должны были финансироваться за счет поступлений от трех компаний.

Топографические материалы будут разрабатываться только после возобновления поступления денег.
По словам Тиля, на строительство жилья в Омске выдано более 600 разрешений. По действующим сегодня разрешениям можно построить около 2,5 миллионов кв.м. жилья. «Конечно, есть сейчас вопросы финансового характера, но, по крайней мере, с точки зрения земли, разрешений на строительства никаких вопросов нет», — прокомментировал г-н Тиль.
А всего в Омске — около 4 тысяч объектов, которые находятся в разных стадиях строительства, до введения в эксплуатацию. По словам главного архитектора, при разработке правил землепользования и застройки все эти объекты «старались максимально учесть». Проблемными Тиль назвал «не более двух-трех десятков».
Уже в этом году на градостроительном совете будут предварительно рассмотрены проекты планировок некоторых омских территорий — это следующий этап разработки документов после правил землепользования и застройки. По словам Тиля, уже разработана графическая часть на Левобережье, территорию Агроуниверситета, Московку, территорию в границах улиц Красный Путь — Кемеровская — Иртыш — метромост, продолжается разработка документов для исторического центра.

Всего в департаменте архитектуры планируют принять проекты планировок для территории около 36 тысяч гектаров (общая площадь Омска — 55 тысяч), остальные земли будут пока резервными.

Топографические карты и их практическое использование.

Уроки 13-14. Тема: Топографические карты и их практическое использование. Обозначение по картам направлений, расстояний и высот на местности. Объекты топографических карт.

Цели: — сформировать представление о топографических картах и их особенностях; — подчеркнуть особенности топографических карт и научить учащихся обозначать по картам географические координаты, направления, расстояния и высоты, описывать местность; — систематизировать знания учащихся о практическом использовании топографических карт; -углубить навыки работы учащихся с различными источниками информации; -выработать у учащихся определенные умения и навыки, предусмотренные программой; научить определенным приемам работы с топографическими картами; -реализовать корректирующие и контрольные функции урока, способствующие организации учебной деятельности школьников с наибольшей продуктивностью; — ознакомить учащихся с новыми технологиями создания карт – их электронными версиями.

Оборудование: глобус, физическая карта Украины и Донецкой области, топографические карты различных масштабов, атласы, тетради для практических работ; чертёжные принадлежности, приборы.

Тип урока: урок формирования знаний и умений и навыков учащихся.

Формы урока: урок деловая игра; практическая работа.

Ценностный компонент урока: основной графический документ о местности, содержащий точное, подробное и наглядное изображение местных предметов и рельефа.

Опорные и базовые понятия: азимут, горизонталь, топографическая карта, магнитное склонение, дирекционный угол, географические и прямоугольные координаты.

ХОД УРОКА

Организационный момент
Актуализация опорных знаний, умений и навыков учащихся

• Какие карты называют общегеографическими?

• Как определить основные стороны горизонта на местности, на плане, географической карте?

• Из курса географии 6 класса вспомните, какие задания вы выполняли по плану местности.

Блиц – опрос: — что такое географическая карта? — что такое масштаб? Какие существуют виды масштабов?

-Чем отличается географическая карта от плана местности?

-По каким признакам классифицируют карты? Для чего это нужно делать? -Как вы представляете себе карты будущего?

-Что такое цифровые и электронные карты?

Защита рефератов:

1.»Технология создания цифровых карт местности» . 2.»Классификация туристических карт». 3.»Первые карты Украины и Донбасса».

III. Мотивация учебной и познавательной деятельности

Говоря о картах, мы заметили, что они обязательно имеют искажения. Даже если не искажаются углы, искажаются формы, расстояния. Как же пользоваться ими когда надо и сориентироваться по карте и определить направление? Можно, пользоваться планом, но как быть, когда территория большая? Для этого создана целая наука — топография, результатом которой являются топографические карты. В картографии существует такое понятие , как топографическая изученность определенной территории. Что же это такое? Оказывается, изученным в топографическом отношении называют такой участок пространства ,систематические топографические съемки которого предоставили возможность создать его крупномасштабную карту. С течением времени сама местность изменяется , повышаются требования к картам, появляются более современные и точные карты, совершенствуется их содержание и способы оформления.

IV. Изучение нового материала

Топографические карты — подробные общегеографические карты большого масштаба(1 : 10 000 — 1 : 1 000 000, меньшего масштаба — планы). Имеют высокую геометрическую точность (обеспечивают высокую точность измерений) и географическое соответствие.
Учитель: для топографических карт установлен масштабный ряд – внесите его в тетради:

Масштаб карты Величина масштаба Название карты

1:10 000 100 м десятитысячная

1:25 000 250 м двадцатипятитысячная. 1:50 000 500 м пятидесятитысячная 1:100 000 1 км стотысячная

1:200 000 2 км двухсоттысячная

1:500 000 5 км пятисоттысячная

1:1000 000 10 км миллионная.

2. Разграфка и номенклатура топографических карт

Топографические карты состоят из отдельных листов, пределами изображения (рамок карт) которых являются отрезки параллелей и меридианов, образующих географическую координатную сетку (для определения географических координат, расстояний в градусах).

Основа — международная карта масштаба 1 : 1 000 000 (трапеция размером 4° по широте, 6° по долготе). Она постепенно разделяется на большие по масштабу карты с меньшими по размерам отрезками параллелей и меридианов. Параллели и меридианы карт подписываются в углах карты. Для удобства определения географических координат расстояние между ними поделена отрезками на минуты и секунды.

3. Километровая сетка

Создана для определения прямоугольных координат, расстояний в метрической системе. Образована вертикальными и горизонтальными линиями, проведенными через целое число километров. Горизонтальные линии параллельные экватору и подписаны на левом и правом полях карты числом, что означает расстояние от экватора. Вертикальные линии параллельны осевому меридиану зоны в 6° долготы, которая образуется во время использования поперечной цилиндрической проекции. Таких зон образуется 60 шт. Вертикальные линии подписываются на верхнем и нижнем полях, где цифры указывают номер зоны и расстояние от осевого меридиана зоны.

4. Условные знаки

Условные знаки топографических карт объясняются в легенде карты и специальных сборниках.

5. Направления на топографической карте

Магнитные и географические полюса не совпадают. Поэтому во время определения направления на карте и местности (по компасу) надо учесть это.

δ — магнитное склонение;

γ — сближение меридианов;

Ам — магнитный азимут;

Ад — азимут истинный;

α — дирекционный угол.

6. Обозначения абсолютных высот местности

Работа в группах: произвести измерение расстояний различными способами: 1-я группа – с помощью линейки и масштаба; 2-я группа – с помощью «шага» циркуля-измерителя; 3-я группа — с помощью курвиметра.

Задание для всех групп: определить расстояние от населенного пункта Ниж.Волково /6710/ до н.п. Ивановка /7310/ по шоссе.

Местность на топографической карте изображается практически без искажений. Это объясняется тем, что поверхность земного шара переносится на топографическую карту не сразу вся, а по отдельным частям – зонам, шириной в 6 градусов по долготе, которые называют колоннами и параллелями делят на ряды через каждые 4 градуса. Счет колонн от 1-ой до 60-й ведут с запада на восток от меридиана 180 градусов, а рядов – от экватора к полюсам. В результате образуются клетки в виде трапеции размером 6 градусов по долготе и 4 градуса по широте. У вас на партах лежат «Схемы разграфки земного шара» для получения одного листа топографической карты масштаба 1:1000 000 . Решение создать карту всей суши в масштабе 1:1000000 было принято на Международном Географическом конгрессе в конце Х1Х века. Эту карту называют «Международная миллионная карта мира». Эта карта состоит из 144 листов масштабом 1:100 000.

При создании карт более крупного масштаба трапецию делят и меридианами на клетки меньшего масштаба. Лист топографической карты, который лежит у вас на столе /масштаб 1:25 000/, имеет размер по долготе 7 минут 30 секунд. Для удобства определения географических координат какого-либо объекта рамка топографической карты разделена на отрезки, равные 1 минуте, на каждом минутном отрезке точками отмечены деления, равные 10 секундам.

Определим, в пределах каких координат расположена местность на карте масштаба 1: 25 000. Ответ: долгота 18 градусов 07 минут 30 секунд в.д. и 18 градусов 00 минут в.д.; широта -54 градуса 40 минут с.ш. и 54 градуса 45 минут с.ш. Таким образом, размеры географических координат – листов 5 /параллели/, рамок карты – 7 минут 30 секунд.

Рассказ учителя, демонстрация и работа совместно с учащимися с картами:

Теперь изучим с вами прямоугольную /километровую/ сетку топографической карты: по топографической карте можно определять не только географические координаты объектов, но также их прямоугольные координаты – расстояние в километрах от экватора – /х/ и /у/ от осевого меридиана колонны /зоны/. С этой целью на топографическую карту нанесена так называемая километровая сетка в виде линий, пересекающихся под прямым углом. Линии проведены через целое число километров, выраженных в масштабе карты. Поэтому их называют километровыми линиями, а сетку – километровой. Все километровые линии у выхода за рамку листа карты подписаны цифрами, которые означают километры. На наших картах это значит: например, 6065 – это расстояние в километрах от экватора; 4311 – это вертикальные линии, которые показывают, что : 4 – карта расположена в 4-й зоне /от нулевого меридиана/, 311 – позволяет определить положение этой линии по отношению к осевому меридиану четвертой зоны.

Самостоятельная работа учащихся: -определить долготу г.Карьерной /6713/; ответ:18 гр.06 мин.44 сек. –Определить истинный азимут от г.Карьерной /6713/ на вершину г.Бол.Михалинская /6812/. Ответ:307 градусов.

Даю подсказку: азимут, магнитный и истинный – угол, образуемый в данной точке на местности или карте направлением на север и на какой-либо предмет. Азимуты по компасу измеряют на местности от направления, указываемого северным концом магнитной стрелки, т.е. указываемого северного направления магнитного меридиана до направления на определенный предмет по часовой стрелке. Но магнитные меридианы не совпадают с истинными /географическими/ меридианами и образуют с ними углы . Азимуты на картах измеряются от истинных меридианов. Угол между северным направлением истинного и магнитного меридиана называют магнитным склонением.

Картографический практикум: цель: применение полученных теоретических знаний на практике.

Задания: 1. В каком квадрате лежит г.Бол.Михалинская? /6812/.

2.Найдите квадрат 6612. Какой здесь расположен населенный пункт? /Вороново/. 3.В каком квадрате расположено озеро Черное? /6512 и 6613/. 4.Определите координаты устья р.Каменки, квадрат 6513. /ход работы:3,9 см х 250 = 975;

2,3 см х 250 = 575; Ответ: х = 65975 м, у = 13575 м. 5.Найти на карте точку с координатами: х = 66800 м , у =12925 м/ход работы:находим квадрат 6612; 800 : 250 =3,2 см; 925 : 250= 3,7 см. Ответ: мост через реку Голубая. 6.Определите координаты отметки 160,6 /г.Андогская/. Ответ:

Х = 66375 м, у = 11825.

7.Ознакомьтесь с условными знаками топографических карт.

А теперь проведем топографический диктант: Изобразите условными знаками местность, описанную А.С.Пушкиным в стихотворении «Деревня»: …Я твой люблю сей темный сад

С его прохладой и цветами,

Сей луг, уставленный душистыми скирдами, Где светлые ручьи в кустарниках шумят;

Везде передо мной подвижные картины:

Здесь вижу двух озер лазурные равнины,

Где парус рыбаря белеет иногда,

За ними ряд холмов и нивы полосаты,

Вдали рассыпанные хаты,

На влажных берегах бродящие стада,

Овины дымные и мельницы крылаты…

V. Закрепление изученного материала

• Что такое топографические карты? Для чего они создаются?

• Какие измерения можно проводить на топографических картах?

• Где используются топографические карты?

VI. Итоги урока

VII. Домашнее задание

1. Проработать §___.

2. Подготовить чертежные принадлежности (линейки, транспортирs, циркули-измерители).

Запомни!

Горизонтальная линия, образующая нижнюю сторону квадрата имеет подпись 6066 т. е. Х = 6066км.

Вертикальная линия, образующая левую сторону квадрата имеет значение

438, т.е. У = 4318 (4 — номер зоны , 318 — значение координаты У в километрах).

Затем определяют расстояние от горизонтальной линии до кургана. Оно

Равно 1,3 см на карте или 650м на местности. Измерив таким же образом расстояние от левой вертикальной линии, получают 300м.

Прибавив полученные расстояния к соответствующим значениям координатных линий , получают полные координаты кургана Бурый:

Х = 6066км + 650м = 6066650м

У = 4318км + 300м = 4318300м

В сокращенном виде координаты записываются так:

Х = 66650м

У = 18300м

Топографическая съемка

Топографическая съемка и геодезические изыскания — это комплекс работ по разработке подробных и достоверных карт местности, целью которых является выявление всех природных факторов, влияющих на проектирование и, как следствие, на строительство объектов на определенном земельном участке.

Топографо-геодезические работы, выполненные нашими специалистами, позволят получить качественный план местности необходимый для проектирования и строительства, создания ландшафтной архитектуры, принятия взвешенных, экономически и технически обоснованных решений, а также исключить финансовые риски на стадии сдачи объектов в эксплуатацию.

Топографическая съемка и геодезические изыскания — это сложный технологический процесс, в котором участвует много специалистов. Специалисты полевой группы компании, обладая богатым опытом в проведении работ, используют современное высокоточное сертифицированное оборудование для съемки участка. Применение полевого кодирования позволяет им полностью автоматизировать данный процесс.

Использование современных коммуникаторов и ноутбуков с беспроводным интернетом, а так же RTK режим, дает возможность обрабатывать данные топографической съемки земельного участка непосредственно на месте проведения полевых работ, а также оперативно их передавать специалистам группы камеральной обработки.

Специалисты группы камеральной обработки, с помощью новейшего программного обеспечения обрабатывают данные съемки и приводят их к стандартизированному виду. В совокупности все вышеперечисленное позволяет гарантировать достоверность и точность результатов проведенных топографо-геодезических работ.

Результаты топографо-геодезических работ имеют самое разнообразное применение, поскольку предоставляют много полезных сведений об определенном земельном участке.

Наиболее часто результаты используются при проектировании в строительстве.

Новые объекты нередко возводятся там, где уже имеются подземные коммуникации, а это значит, что существует риск повредить инженерные сети, жизненно необходимые для населенного пункта.

Для получения необходимой информации о земельном участке проводятся геодезические работы, результатом которых является так называемая геоподоснова.

Этот документ является основным при создании проекта любого строительного объекта и все работы по проектированию выполняются с его учетом.

Геоподоснова — это совокупность топографических планов местности различных масштабов, на которые нанесена точная схема расположения подземных инженерных сетей с указанием их технических параметров.

Имея план с размещением подземных коммуникаций, проектировщики получают возможность определить оптимальное расположение объекта строительства.

При непосредственном проведении земельных работ строители также согласовывают свои действия с результатами топографо-геодезических работ.

Топографическая съёмка выполняется в четыре основных этапа:

Подготовительный этап:

Получение технического задания от Заказчика и подготовка договорной документации. Сбор и анализ материалов ранее выполненных геодезических работ (съемочных сетей, топографических съемок, схемы прохождения инженерных коммуникаций и др.) на заданнyю территорию. Осyществление регистрации (получение разрешения) производства топографо-геодезических работ.

Полевой этап:

Рекогносцировочные обследования территории и создание опорных геодезических сетей и геодезических сетей специального назначения с использованием GPS, создание планово-высотных съемочных геодезических сетей. Топографическая съемка, включая съемку подземных и наземных сооружений. Предварительная обработка и анализ полученных данных.

Камеральный этап:

Составление (обновление) топографического плана — окончательная обработка полевых материалов и данных с оценкой точности полученных результатов.

Согласование (при наличии) нанесенных на топографические планы коммуникаций (линий электропередач, линий связи, магистральных трубопроводов и т. д.) с организациями, в ведении которых находятся данные объекты и согласование с архитектурой.

По окончании всех работ производиться передача Заказчику технического отчета.

Стоимость геодезических изысканий и топографической съёмки для получения топографического плана в частности сильно зависит от особенностей территории и площади участка. А наличие на исследуемой территории различных подземной и наземной инфраструктуры, требующей согласования в надзорных органах, повлечет за собой незначительное увеличение стоимости работ с увеличением сроков ее выполнения.

Топография поверхности – обзор

4.2.1 Модификация топографии поверхности в микро-наномасштабе

Топография поверхности может быть определена широким набором параметров [110], абсолютные значения которых зависят от масштаба анализируемой длины/площади и оборудование, используемое для получения профиля поверхностных элементов (профилометр, атомно-силовой микроскоп, лазерный конфокальный микроскоп или другой оптический микроскоп). Одним из наиболее распространенных параметров, используемых для количественного описания топографии, является среднеарифметическая шероховатость (Ra), определяемая как отклонение профиля поверхности от центральной линии, полученной из двухмерного (2D) изображения (высота против высоты).длина) измерение. Принято считать, что значения Ra ниже 0,8 мкм, измеренные в основном с помощью профилометрии с механическим щупом, идеально подходят для снижения бактериальной адгезии [111]. Однако в настоящее время с появлением новых трехмерных методов измерения, которые могут эффективно определять форму ям и холмов, а не только профиль шероховатости, были получены более глубокие знания о взаимодействии между бактериями и топографией поверхности. Например, исследование, предназначенное для оценки влияния микро- и наномасштабной топографии на адгезию бактерий к оксиду алюминия (наногладкому и пористому) и кремнезему (наногладкому и с заданными геометрическими особенностями), показало, что не только количество прикрепленных бактерий но также форма, ориентация и придатки клеток сильно зависят от топографии [112].Бактериальные клетки могут использовать различные механизмы прикрепления в зависимости от топографии поверхности, что объясняет противоречивые результаты, часто встречающиеся в литературе [113], но также указывает на сложность поиска общей топографии нано/микроповерхности, которая универсально ингибирует бактериальную адгезию в любой среде. окружающие СМИ.

Возможность снижения адгезии бактерий к поверхностям за счет модификации внешней топографии биоматериала явно привлекательна ввиду кажущейся простоты [23].Шероховатость поверхности сыграла жизненно важную роль в разработке зубных имплантатов на основе титана, где были достигнуты две функции: механическое сцепление костного имплантата и улучшенная остеоинтеграция с использованием шероховатых поверхностей Ti в диапазоне 1–1,5 мкм [114–118]. Этот диапазон шероховатости обычно связан с повышенной бактериальной адгезией, в основном из-за большей доступной площади поверхности, что еще более затрудняет использование модификаций топографии поверхности для уменьшения бактериальной адгезии или образования биопленки.Таким образом, было проведено много исследований, направленных на то, чтобы сбалансировать в правильном направлении поверхностную конкуренцию между бактериями и клетками млекопитающих [119].

Недавние отчеты включают исследования, направленные на получение новой информации о механизмах взаимодействия бактерий с топографией и использовании наноразмерных элементов поверх микрошероховатости, которые можно использовать для ограничения адгезии бактерий или уменьшения образования биопленки [120, 121]. Была собрана интересная информация об использовании топографий с высоким соотношением сторон, которые имитируют механизм, с помощью которого некоторые насекомые убивают микроорганизмы; которые были идентифицированы как «механически-бактерицидные наноструктуры» [122–124]. Поверхность таких насекомых состоит из острых наноструктур, имеющих соотношение сторон (отношение ширины к высоте) от 0,2 до 2, с расстоянием между ними, как правило, менее 200 нм. Предполагается, что такие поверхности убивают бактерии в процессе прикрепления, разрушая клеточную стенку. Обзор наноструктурированных поверхностей, созданных для усиления бактерицидного действия на различные материалы, можно найти в недавних обзорных статьях [121, 122, 125, 126]. Материалами, имеющими отношение к тканевой инженерии в этих обзорах, являются титан и полимеры, хотя также представлена информация для других материалов, таких как кремний и алмаз.Диу и др. создали массивы нанопроволок диоксида титана типа Cicada на титановых пластинах с использованием гидротермального метода и показали, что подвижные бактерии (независимо от положительного или отрицательного грамматического характера) были более восприимчивы к топографии поверхности, чем неподвижные, но ни одна из поверхностей титана не ингибировала клетки млекопитающих ( MG-63) пролиферации [127]. Бахдра и др. также используют гидротермическую обработку образцов Ti для создания иерархических поверхностей диоксида титана, демонстрируя 50% эффективность уничтожения бактерий при контакте с поверхностями в течение первых 18 часов по сравнению с 10% без обработки, в то время как клетки фибробластов могли размножаться до 10 дней. [128].

Топографические модификации на полимерных поверхностях легко получают методами литографии или репликации. Ву и др. произвели массивы наностолбиков со средней шероховатостью от 3,1 до 39,1 нм и обнаружили 100% антибактериальную активность для массива, представляющего среднюю плотность столбиков ~ 40 столбцов/мкм ² с шероховатостью поверхности от 28 до 39,1 нм, в отличие от примерно 20% эффективности для плоских поверхности или поверхности с большей или меньшей плотностью столбов [129]. Виела и др. [130] также продемонстрировали бактерицидные свойства против грамотрицательных и грамположительных бактерий с использованием метода наноимпринта на полиметилметакрилате (ПММА). Они воспроизвели морфологию мотылька с хорошо расположенными наноконусами с соотношением сторон 0,23. Результаты показали более значительную долю прикрепленных мертвых клеток на микрорельефных топографиях по сравнению с плоскими поверхностями. Электронно-микроскопические изображения показали, что смерть была вызвана механическим разрывом бактериальной стенки. Чтобы продемонстрировать отсутствие цитотоксичности поверхностей для функций эукариотических клеток, пролиферацию и клеточную морфологию клеток кератиноцитов, выращенных на поверхностях, сравнивали с плоскими поверхностями из ПММА, не обнаружив существенных различий [130].Другой подход использовали Pezzoni et al. [131], которые разработали покрытия из мезопористого кремнезема на стеклянных подложках, используя так называемый метод самосборки, вызванный испарением. Пленки наноструктурированного диоксида кремния имели пористость около 40%, и рост биопленки P. aeruginosa тестировали на двух размерах пор (4 и 9 нм). Через 4 часа не наблюдалось существенных различий в количестве колониеобразующих единиц (КОЕ) между пористой и непористой гладкой контрольной поверхностью диоксида кремния. Однако через 8 и 24 ч снижение количества прикрепленных бактерий на пористых поверхностях было весьма значительным.Хотя механизм действия этих наноструктур не описан в этой статье [131], показанная пористая морфология вполне может имитировать естественные антибактериальные свойства насекомых, описанные Tripathy et al. [122].

Некоторые авторы предположили, что механизм действия заключается в разрыве стенки бактериальной клетки из-за большого соотношения сторон нано-поверхности. Поэтому ожидалось, что грамотрицательные виды с более тонкой клеточной стенкой будут более восприимчивы, чем грамположительные бактерии с толстой пептидогликановой мембраной.Однако результаты, представленные Diu et al. указывают на другой механизм [127]. В этом смысле Погодин с соавт. [132] создали биофизическую теоретико-экспериментальную модель, чтобы продемонстрировать, что бактерицидный эффект в большей степени связан со способностью бактерий растягиваться, когда они подвешены между столбиками. Они пришли к выводу, что убийство не связано с прямым прокалыванием клеточной стенки [132]. Если растяжение бактерий между столбиками велико или превышает пороговое значение, это приведет к разрыву и гибели клеток [126].Таким образом, это также согласуется с результатами, что грамположительные клетки более устойчивы, хотя и не полностью иммунны, из-за их большей жесткости. Ву и др. использовали аналогичную модель для объяснения своих результатов, которые предполагают оптимальную плотность столбиков для антибактериальной активности [129].

Таким образом становится ясно, что биоцидная эффективность зависит как от конкретной пространственной геометрии антимикробной поверхности с высоким соотношением сторон, так и от вида микробов. В недавней статье была прояснена новая информация о механизме, посредством которого топография поверхности влияет на формирование биопленки [133].Авторы создали различные организованные структуры полусферических элементов на жесткой поверхности нетоксичного полимера и измерили подвижность P. aeruginosa в зависимости от размера элементов в диапазоне 1–8 мкм (значения шероховатости от 1,5 до 0,7 нм), обнаружив, что на подвижность клеток влияла микрорельеф поверхности. Выше порогового размера элемента от 1 до 2 мкм смещение бактерий значительно уменьшалось, и такое уменьшение могло препятствовать способности бактерий достигать других бактерий и организовываться в биопленки.Этот эффект также наблюдался на монослойных покрытиях из частиц кремнезема, что позволяет предположить, что создание таких топографических покрытий можно использовать для ингибирования образования биопленки. Несомненно, что для понимания корреляции между бактерицидным эффектом и геометрией, а также для понимания физико-химического механизма процесса по-прежнему необходимы более систематические исследования, проверяющие большее количество и тип микробов, а также топографии поверхности [126].

Помимо титана, были модифицированы поверхности других металлов, имеющих медицинское значение, хотя, вероятно, менее подходящих для тканевой инженерии.Поверхностная модификация нержавеющей стали (SS) с шероховатостью Ra от 0,03 до 0,89 мкм, а не специфическими характеристиками с высоким соотношением сторон, указывала на минимальную бактериальную адгезию для Ra, равную 0,16 мкм, и существенное увеличение адгезии за пределами 0,25 мкм [134]. Тем не менее, с современными знаниями о важности создания регулярных признаков с размерами в диапазоне размеров бактерий, Rodriguez-Contreras et al. В работе [135] методом анодирования на поверхность СС был получен тонкий мезопористый слой кристаллического оксида.Авторы показали, что мезопористый поверхностный слой на СС способствует росту остеобластов, гладкомышечных клеток и фибробластов, в то же время сильно снижая бактериальную адгезию. Более того, эксперименты по совместному культивированию клеток E. coli и остеобластов показали, что последние были способны распространяться на модифицированных поверхностях [135]. Хассан и др. который внес большой вклад в эту область, продемонстрировал, что микро-нано антибактериальные поверхности с различными топографическими параметрами также могут быть получены на алюминиевых сплавах с помощью простого метода жидкостного травления [120].

Селективность между бактерицидной активностью и способностью поверхности стимулировать важные клеточные функции является критическим вопросом, который еще предстоит решить [113, 136], этот вопрос особенно важен для применения костных имплантатов [137, 138]. Действительно, дополнительные исследования с использованием методов совместного культивирования, чтобы продемонстрировать, что антибактериальная активность сохраняется в присутствии клеток млекопитающих, все еще отсутствуют [135].

С другой стороны, появляются новые интеллектуальные подходы, в которых желаемая селективность искусственно повышается за счет прививки интегрин-связывающих пептидных лигандов на поверхностные элементы с высоким соотношением сторон, убивающие контакт, чтобы способствовать прикреплению мезенхимальных клеток человека [139].

27 Идеи для обучения с использованием топографических карт

Геологическая служба США публикует около 57 000 различных топографических карт , покрывающих Соединенные Штаты. На топографических картах показаны изолинии (высота и формы рельефа), гидрография (реки, озера, болота), транспорт (дороги, тропы, железные дороги, аэропорты), растительность, границы, геодезические маркеры, городские районы, здания и множество других объектов. Эти карты чаще всего публикуются в масштабе 1:24 000 (четырехугольник 7,5 минут), хотя существует множество других масштабов карт.

Топографические карты — прекрасный учебный ресурс для преподавателей. Их можно использовать по-разному в учебных программах по естествознанию, математике, географии и истории, от начального до уровня колледжа. Используйте следующие идеи в качестве подспорья при построении учебных уроков или для создания собственных идей по использованию топографических карт в учебной программе.

Материалы

Топографические карты: Загрузите бесплатные цифровые топографические карты Геологической службы США в формате PDF с географической привязкой через Магазин USGS (нажмите « Map Locator and Downloader ») или закажите бумажные копии карт с того же сайта.Выбирайте между современными картами « US Topo », созданными на компьютере, и историческими, сделанными вручную топографическими картами Геологической службы США , которые выпускались примерно до 1992 года. Исторические карты иногда легче читать и студентам легче работать. Оба вида карт доступны в виде бесплатных PDF-файлов или платных бумажных продуктов. Скидки для учителей доступны для бумажных карт.

Символы топографической карты: Загрузите pdf-версию листа символов топографической карты Геологической службы США.

Аэрофотоснимки и спутниковые изображения: (бесплатная цифровая загрузка) Перейдите на GloVis и выберите «Коллекция/Аэрофотосъемка» для аэрофотосъемки или «Коллекция/TerraLook» для спутниковых изображений (или вы можете поиграть с другими вариантами). Выберите область, затем нажмите «Добавить» (внизу слева) и «Отправить в корзину» в нижней части экрана. Вы должны быть зарегистрированным пользователем (бесплатно), чтобы загружать сцены.

Дополнительные ресурсы: Ресурсы Геологической службы США для работы с топографическими картами, масштабами карт, границами карт (PDF), системами координат, координатами UTM, приключениями на картах (классы K-3), что показывают карты? (5–8 классы), Изучение карт (7–12 классы), Плакат Map Projections (бесплатная печатная копия в магазине Геологической службы США).

Каталог образовательных карт Геологической службы США: Просмотрите подборку карт Геологической службы США, популярных среди преподавателей, зайдя в Магазин Геологической службы США и нажав «Продукты для образования».

Системы координат || Системы глобального позиционирования || Датумы || Расположение реперных точек — Съемка || Географическая система координат — Конвергенция || Сравнение систем координат || Точность координат || Абсолютное и относительное местоположение || Проекции карты || История картографии || Современная картография || Интерпретация аэрофотосъемки || Анализ аэрофотоснимков || Создание карт из аэрофотоснимков || Анализ физических объектов на топографических картах || Глядя на ручьи и реки на топографических картах || Анализ изменений на топографических картах || Анализ влияния государственной системы землеустройства (PLSS) на американский ландшафт || Создание профилей || Анализ шкалы || Анализ особенностей культуры на топографических картах || Анализ топонимов на топографических картах || Создание 3D-моделей || Анализ урбанизации во времени || Создать карты аспектов || Анализ человека и гидрография || Сайт по сравнению с ситуацией

1. Системы координат

Уровни : Среднее, Университет
Необходимое время : 1-3 часа
Необходимые материалы : Топографическая карта, GPS-приемник, металлические разделители или пластиковая сетка для интерполяции

Разделите учащихся на команды. Попросите каждую команду учащихся определить широту и долготу школьного здания или кампуса с точностью до секунды, используя топографическую карту USGS в масштабе 1:24 000. Нарисуйте 2,5-минутную сетку внутри карты, используя 2.5-минутные отметки на полях карты в качестве ориентира для интерполяции координат. Обсудите процесс интерполяции. Запишите ответы всех команд на доске. Обсудите необходимость точности. Используйте карты масштаба 1:100 000 и 1:250 000 одной и той же области и обсудите сложность определения местоположения в зависимости от масштаба карты.

Широта и долгота имеют основание 60. Каждый градус содержит 60 минут. Каждая минута содержит 60 секунд. Используйте базовые концепции 60 часов-минут-секунд со временем, чтобы помочь им понять это.Перенесите обсуждение на основание 60 с широтой-долготой в градусах-минутах-секундах, и тот факт, что в широте-долготе градусы относятся к расстоянию, а не к тепловой энергии, а минуты и секунды относятся также к расстоянию, а не ко времени.

||Вверх||

2. Системы глобального позиционирования

Уровни обучения : Начальный, средний, университет
Необходимое время : 1-3 часа
Необходимые материалы : Топографическая карта, приемники GPS

Интерпретируйте широту и долготу вашей школы, используя Идею №1.Разделитесь на команды, выйдите на улицу и запишите координаты с помощью GPS-приемника. Оставайтесь вне дома не менее 10 минут для наиболее точного усреднения. Вернитесь в класс. Сравните свои показания с GPS-приемников с показаниями, которые каждая команда интерполировала с топографической карты. Какая команда была ближе всего к координатам, данным устройством GPS?

Какую систему координат использует ваше устройство GPS?

Повторите описанное выше, используя систему координат Universal Transverse Mercator (UTM). Координаты UTM отображаются на картах Геологической службы США синими делениями или черной сеткой с шагом 1000 метров.Сравните удобство единиц, выраженных в метрах с помощью UTM, по сравнению с единицами, выраженными в градусах, минутах и секундах (с широтой/долготой). Обсудите точность вашего устройства GPS.

Обсуждение: Часто учащиеся слишком охотно отказываются от своих интерполяций с топографической карты и готовы принять высокотехнологичное устройство, несмотря на ограничения его точности. Эти ограничения включают в себя погрешность, присущую недорогим устройствам GPS, показания, сделанные вблизи зданий или под деревьями, ограниченную доступность спутников в определенное время дня и многое другое.Во многих случаях интерполяции студентов будут более точными, особенно с чтением Z (высотой). Обсудите, почему это так, и важность понимания топографических карт и GPS.

||Вверх||

3. Базы

Уровни обучения : Среднее, Университет
Необходимое время : От 2 часов до 1 дня
Требуемые материалы : Топографическая карта масштаба 1:24 000, GPS-приемник

На какую датум настроен ваш GPS-приемник? Велика вероятность, что система координат по умолчанию — WGS84 (Всемирная геодезическая система 1984 г.) или NAD83 (североамериканская система координат 1983 г.).В Соединенных Штатах WGS84 и NAD83 практически идентичны. А теперь посмотрите на свою топографическую карту. Какие данные он использует? Это то же самое, что и ваш GPS-приемник? В чем разница между североамериканскими датумами 1927 года (NAD27) и 1983 года (NAD83)? Есть ли на карте информация об этой разнице? Если топографическая карта и GPS-приемник используют разные датумы, какие проблемы это может вызвать? Как вы можете обойти эти проблемы?

Какова дата вашей топографической карты? Если карта была опубликована после 1983 года, на ней должен быть небольшой пунктирный крест, смещенный примерно на 3 миллиметра от каждого из четырех углов карты. Что это?

Эти ресурсы могут оказаться полезными:
Поля карты (pdf)
Сдвиги датумов (pdf)

||Вверх||

4. Расположение реперных точек — съемка

Уровни обучения : Среднее, университет
Необходимое время : от 2 часов до 1 дня
Требуемые материалы : Топографическая карта, ориентир (дополнительно)

Обсудить тесты . Почему они важны в картографировании? Контрольные точки и съемка имеют решающее значение для создания точных карт, которые включают широту (x), долготу (y) и высоту (z).Обсудите, почему люди требуют точности при составлении карт, в том числе об использовании карт и о том, какие пользователи данных требуют наибольшей точности. Укажите, что требования к тому, кто прокладывает трубопроводы, и к тому, кто определяет климатические зоны, совершенно разные. Если возможно, получите эталон в геодезической компании или каталоге и покажите классу, как выглядят эти маркеры .

С помощью листа символов топографической карты попросите учащихся найти на карте как можно больше контрольных точек.По каким функциям проводятся тесты? Обсудите, почему определенные объекты, такие как горные пики и разъезды железнодорожных путей, являются лучшими местами для установки контрольных точек, чем другие. Обсудите постоянный или временный характер этих особенностей и возможные результаты установки эталона в песке или на дереве. Обсудите методы триангуляции и нивелирования. Если возможно, отправьтесь на экскурсию и попытайтесь найти одну или несколько контрольных точек, которые учащиеся нашли на топографической карте. Помните о соображениях безопасности при поиске эталонов.Многие из них находятся на оживленных перекрестках или вдоль железнодорожных путей.

Посмотрите на фотографии топографов Геологической службы США, работающих с реперами и станциями триангуляции.

||Вверх||

5. Географическая система координат – конвергенция

Классы : Среднее, Университет
Необходимое время : 1 час
Необходимые материалы : Топографические карты, глобус

Проиллюстрируйте, как линии долготы сходятся от экватора к полюсам. Сначала проиллюстрируйте концепцию на глобусе. Затем покажите топографические карты северной части США (например, Северной Дакоты) и карты южной части страны (например, Техас или Гавайи). Почему карты Северной Дакоты более узкие в направлении восток-запад, чем карты Техаса и Гавайев? Измерьте различия. Каково расстояние между 7,5-минутными линиями долготы? Вычислите расстояние между каждой минутой долготы, а затем вычислите расстояние между каждым градусом долготы.Измерьте на нескольких разных картах расстояние между линиями широты. Спросите учащихся, почему линии широты не сходятся, и проиллюстрируйте это на глобусе.

||Вверх||

6. Сравнение систем координат

Уровни обучения : Среднее, университет
Необходимое время : 1-3 часа
Требуемые материалы : Топографическая карта, информационный бюллетень USGS UTM, карта с указанием координат на плоскости

Обсудите, как измеряются местоположения на листе миллиметровой бумаги в геометрии с декартовой системой координат. Обсудите, почему места на Земле также необходимо располагать и измерять в соответствии с системой координат. Тремя широко используемыми системами координат являются широта/долгота (географическая система координат), универсальная поперечная система Меркатора (UTM) и система координат государственной плоскости. Все три из этих систем координат показаны на топографических картах Геологической службы США ( Поля карты ). Попросите учащихся определить, где находится исходная точка для каждой из используемых систем координат. Соедините карту Геологической службы США с картой автомагистралей штата или другими картами штата, картами округов или картами участков, которые имеют координаты на плоскости штата.Спросите, почему используются картографические проекции. Спросите о взаимосвязи между картографическими проекциями и системами координат. Объясните, почему разные системы координат используются для разных целей. Обсудите, какие пользователи данных предпочтут одну систему другой, в том числе упомяните о потребностях местных органов власти по сравнению с глобальными потребностями. Когда система координат имеет преимущество перед другой?

Эти ресурсы могут быть полезны:
Сравнение картографических проекций
Обучение и использование систем координат

||Вверх||

7.Точность координат

Уровни обучения : Среднее
Необходимое время : 1-2 часа
Требуемые материалы : Топографическая карта

Обсудите точность показаний широты и долготы на топографической карте Геологической службы США. В качестве аналогии начните с вопроса, почему часы должны быть разделены на минуты и секунды для большей точности. Если бы два человека встретились после школы в 4:00, и если бы один появился в 15:58, а другой прибыл в 4:02, разница во времени не была бы такой важной.Мы понимаем, что не имеем в виду «точно» в 4:00, а скорее около, но достаточно близко к 4:00. Однако, если вы запускаете космический корабль, очень важно указать, что запуск будет точно в 4:00:0355. Таким образом, некоторые события запланированы на приблизительное время, а другие требуют большей точности. Точно так же и с местоположениями на Земле иногда достаточно приблизительного местоположения, например, «перед библиотекой». Однако, если вы прокладываете высокоскоростные интернет-линии перед библиотекой, вам нужно точно знать, где копать и прокладывать линии.Вам понадобится больше, чем градусы широты и долготы. До 60 миль могут разделять градус широты или долготы. Для повышения точности вам потребуются показания до десятых долей секунды широты и долготы его местоположения. Вот почему люди разделили градусы широты и долготы на минуты, а минуты на секунды.

||Вверх||

8. Абсолютное и относительное местоположение

Уровни обучения : Среднее
Необходимое время : 1 час
Требуемые материалы : Топографическая карта

Обсудите разницу между абсолютным и относительным местоположением. В чем разница между «42 градуса 7 минут и 31 секунда северной широты, 101 градус 15 минут и 44 секунды западной долготы» и фразой «к северо-востоку от Плезант-Гроув»? Когда важно абсолютное местоположение, а когда важно относительное местоположение? Можете ли вы вспомнить случаи, когда они оба важны? Какой из них измеряет GPS? Какие из них вы можете определить с помощью топографической карты Геологической службы США?

||Вверх||

9. Картографические проекции

Уровни обучения : Среднее, Университет
Необходимое время : 1-3 часа
Требуемые материалы : Топографическая карта, глобус, Геологическая служба США заказ)

Попросите учащихся сравнить картографическую проекцию выбранной топографической карты Геологической службы США с другими картами.Покажите, что каждая карта нарисована в соответствии с определенной картографической проекцией. Обсудите преимущества и недостатки различных картографических проекций. Почему Гренландия и Канада выглядят такими большими в проекции Меркатора? Вы можете использовать низкотехнологичные инструменты для иллюстрации, такие как чистка апельсина и попытка разровнять кожуру на плоской поверхности. Вы можете воспользоваться такими высокотехнологичными инструментами, как Географическая информационная система (ГИС), следующим образом. Нарисуйте круг на карте Земли, а затем меняйте проекцию, наблюдая, как она искажается при разных проекциях.Определите, как и почему меняется расстояние от Гонолулу до Лос-Анджелеса и как меняется угол с экватором. Проиллюстрируйте глобусом и топографическими картами. Обсудите, почему процесс рисования Земли на двухмерном листе бумаги приводит к искажению расстояния, направления, площади и углов.

Используйте плакатные проекции карты Геологической службы США, а также картографические тексты, чтобы проиллюстрировать, как должны быть искажены расстояние, направление, угол или площадь. Когда лучше искажать расстояние/направление/угол или угол? Если бы вам пришлось выбрать 3 из 4 атрибутов, чтобы сохранить точность, какие бы они были?

Проиллюстрируйте, как выбор проекции карты зависит от приложения. Покажите, как проекция карты более заметна на мелкомасштабной, чем на крупномасштабной карте.

||Вверх||

10. История картографии

Уровни обучения : Среднее, Университет
Необходимое время : 1–4 часа
Требуемые материалы : Топографическая карта, другие карты, Геологическая служба США Exploring Maps Package Teacher Pack

Узнайте, как создавались карты в прошлом и настоящем. Получите несколько негативов и материалов для разметки в кинокомпании или компании по разработке чертежей.Получить писчий инструмент; острого гвоздя или конца циркуля будет достаточно. Нарисуйте карандашом несколько контурных линий на пленке и попросите учеников повторить их с помощью инструмента для рисования. В качестве альтернативы используйте карандаши и кальку, разложенную поверх топографических карт Геологической службы США. Обсудите тот факт, что большинство топографических карт было подготовлено с использованием ручных инструментов и трассировки. Обсудите, почему была использована пленка, а не бумага: пленка не сжимается и не набухает так сильно, как бумага, при изменении температуры и влажности, что обеспечивает соблюдение национальных стандартов точности карт.

Используйте пакет для учителей Геологической службы США «Изучение карт». Этот пакет содержит два плаката, иллюстрирующих исторические карты от вавилонян, средневековья до современных карт.

Проиллюстрируйте образцами из Библиотеки Конгресса Коллекции карт .

||Вверх||

11. Современная картография

Уровни обучения : Среднее, университет
Необходимое время : 1-3 часа
Требуемые материалы : Топографическая карта, программное обеспечение ГИС (дополнительно)

Обсудить Географические информационные системы (ГИС) и возможность рисования всех точек, линий и областей на компьютере.Попросите учащихся описать преимущества создания карт на компьютере по сравнению с ручным. Преимущества включают возможность легко изменить символы, проекцию, масштаб, а затем сделать слои карты доступными для анализа в ГИС.

Посетите веб-сайты с программным обеспечением картографического сервера Интернета, где учащиеся могут создать карту с помощью веб-браузера. National Map Viewer — хороший вариант.

||Вверх||

12. Интерпретация аэрофотосъемки

Уровни обучения : Среднее, университет
Необходимое время : 1-4 часа
Требуемые материалы : Топографическая карта, Геологическая служба США или другие аэрофотоснимки

Получите аэрофотоснимок области от Геологической службы США (используйте GloVis и выберите опцию сбора «Аэрофотосъемка».Выберите область на карте, затем нажмите «Добавить» и «Загрузить» внизу страницы для бесплатных цифровых загрузок), а также топографическую карту Геологической службы США (используйте Магазин USGS и нажмите «Локатор карт»), охватывающую тот же район. Спросите учащихся, как они могут идентифицировать стадион, озеро, поле для гольфа, школу, офисное здание, больницу, церковь, ручей, гору и другие объекты на аэрофотоснимке. Мир сложнее, чем кажется на первый взгляд. В школе может быть спортивная дорожка, но как насчет школ в густонаселенных городских районах? У них всегда есть трек? В некоторых школах может быть характерный «вытягивающий» привод для высадки, но есть ли он в вашей школе?

Попросите учащихся определить время года, когда была сделана фотография.Каковы подсказки? Дают ли листья на деревьях какие-нибудь подсказки? Попросите учащихся определить время суток, когда была сделана фотография. Каковы подсказки? Что говорит вам о дне недели и времени суток наличие или отсутствие автомобилей на школьной парковке? В какое время лучше всего фотографировать, если вы собираетесь сделать карту из фотографии? Около солнечного полудня лучше всего минимизировать тень. В период летнего солнцестояния также лучше всего свести к минимуму тень, за исключением районов с густым лесным массивом, когда время «листвы» лучше всего приходится на март и ноябрь.

||Вверх||

13. Анализ аэрофотоснимков

Уровни обучения : Среднее
Необходимое время : 1-4 часа
Требуемые материалы : Топографическая карта, Геологическая служба США или другие аэрофотоснимки, стереоскоп

Обсудите необходимость видеть мир в трех измерениях для создания контурных линий. Показать изображения «волшебный глаз». Могут ли учащиеся увидеть их в трех измерениях? Получите стереозритель и получите пары стереоантенн.Hubbard Scientific является одним из издателей этих книг в печатном виде. В сети также много стереопар. Если у учащихся возникают трудности, прикрепите фотографии к столу в правильном месте наложения.

||Вверх||

14. Создание карт из аэрофотоснимков

Уровни обучения : Среднее
Необходимое время : 1-3 часа
Требуемые материалы : Топографическая карта, другие типы тематических карт, аэрофотоснимки

Распечатайте аэрофотоснимок вашей школы или другого места Геологической службы США (используйте GloVis и выберите опцию сбора «Аэрофотоснимок». Выберите область на карте, затем нажмите «Добавить» и «Загрузить» внизу страницы для бесплатных цифровых загрузок). Наложите лист кальки на фотографию и приклейте ее скотчем. На кальке решите, какие функции вы будете классифицировать, а затем наносить на карту. Это могут быть улицы, тротуар, здание школы, деревья, ручьи, детская площадка, дорожка, флагшток и другие объекты. Определите цвет и символы, которые вы будете использовать для рисования объектов каждого типа. Как следует отображать каждую функцию, чтобы карта не стала слишком сложной или загроможденной? Используйте лист символов топографической карты Геологической службы США в качестве руководства.Создавайте карты, включающие все элементы «TODALSIGS» — T itle, A uthor, D ate, A uthor, L egend, S cale, 90 40 40 Gndex, I 900 избавиться, S наш. Как учащиеся могут решить, какие объекты должны быть нанесены на карту? Обсудите, почему реальный мир необходимо упростить для создания карты. Для каждой темы, нарисованной на карте, есть темы, которые пропущены (например, почвы). Как определить масштаб карты? Выйдите на улицу и измерьте объект, например, одну сторону школьного здания, и сравните его с расстоянием на карте.Используйте два числа, чтобы определить коэффициент масштабирования.

||Вверх||

15. Анализ физических объектов на топографических картах

Уровни обучения : Среднее, университет
Необходимое время : Расширяется от 1 часа до нескольких недель
Требуемые материалы : Топографические карты в различных масштабах

Посетите интерактивный веб-сайт , на котором представлены топографические карты, иллюстрирующие такие географические объекты, как озы, друмлины, ледники, пляжи, каньоны, плоскогорья, песчаные дюны, болота, поймы, вулканы, аллювиальные конусы выноса, лавовые пласты, карст и т. д.Как эти объекты идентифицируются на топографических картах? Каковы размеры каждой из этих функций? Какова наиболее подходящая шкала для изучения всей физической характеристики? Какова национальная или региональная модель этих физических особенностей? Как физические особенности влияют на количество и характер расселения населения?

||Вверх||

16. Наблюдение за ручьями и реками на топографических картах

Классы : Среднее, Университет
Необходимое время : 1-3 часа
Требуемые материалы : Одна или несколько топографических карт с изображением длинных ручьев и/или рек

Посмотрите на ручей или реку на топографической карте, желательно на ту, которая пересекает карту по длине или ширине.В каком направлении она течет? Откуда вы знаете? Оцените высоту реки, где она входит в карту и где она выходит из карты. На каком примерном расстоянии протекает река на карте? Градиент выражается как расстояние по вертикали, деленное на расстояние по горизонтали. Он также может быть выражен в процентах. Какой уклон реки на карте? Вы ожидаете, что уклон реки будет больше у ее истока или у ее устья?

Найдите стока в режиме реального времени для основных ручьев и рек на веб-сайте поверхностных вод Геологической службы США.на широкой реке, как Миссисипи на топографической карте. Назначьте ему произвольную глубину. Чему равна площадь поперечного сечения реки в конкретном месте (ширина х глубина). Назначьте произвольную скорость, например 5 футов в секунду. Какой расход у реки? (скорость х ширина х глубина). Что является наиболее важным фактором в определении того, сколько материала вымывается и переносится рекой — градиент или сток?

Этот ресурс может быть полезен:
Коса из Национальная карта

||Вверх||

17.Анализ изменений на топографических картах

Уровни обучения : Начальный, средний, университет
Необходимое время : Расширяется от 1 часа до 1 недели
Требуемые материалы : Исторические топографические карты и топографические карты США

Вы можете бесплатно загрузить весь исторический набор топографических карт для большинства мест в Соединенных Штатах с помощью Map Locator and Downloader в магазине USGS Store . Загрузите карты US Topo на том же сайте.

Спросите учащихся, как часто нужно обновлять карты Луны и Марса. Ответ: не очень часто! Карты Земли, напротив, часто безнадежно устаревают, как только они публикуются. Земля — динамичная планета: у нас есть не только вулканы, оползни, землетрясения, наводнения, эрозия и другие факторы, формирующие ландшафт, но и более 6 миллиардов человек, строящих здания, каналы, водохранилища, транспортные системы и иным образом влияющих на окружающую среду. поверхность планеты.

Получите исторические топографические карты и сравните их с текущими (US Topo) изданиями для тех же областей. Попробуйте получить их для вашего местоположения. Посмотрите на самую старую карту. Какие топонимы использовались в ландшафте и каково их происхождение? Какие имена больше не используются сегодня, и какие новые имена существуют? Почему ваше сообщество находится именно там? С чего началось ваше сообщество, в каком направлении оно расширилось и почему? Будет ли он расти в будущем и как? Как ваше сообщество будет выглядеть на карте, сделанной через десять лет? Через пятьдесят лет? Каким было историческое землепользование в данном регионе и как оно изменилось за десятилетия? Какое влияние оказали физические особенности, такие как реки и горы, на развитие сообществ и регионов? Какое влияние на развитие городов оказали первые дороги, а затем автострады? Почему некоторые районы городов развивались как промышленные, коммерческие или жилые? Как изменились городские кварталы с течением времени? Как такие силы, как туризм, добыча полезных ископаемых и сельское хозяйство, формируют землепользование, изображенное на картах?

Обсудите физические изменения и изменения, вызванные деятельностью человека. Примеры карт с физическими изменениями включают Землетрясение на озере Монтана, Южный перевал в Луизиане и гору Сент-Хеленс в Вашингтоне. Примеры карт с изменениями, вызванными деятельностью человека, включают любую карту, содержащую водохранилище или городскую территорию. Посмотрите уроки Загадки карты , чтобы найти больше идей.

Этот ресурс может быть полезен:
Информационная система географических названий Геологической службы США (нажмите «Поиск внутренних имен»)

||Вверх||

18. Анализ воздействия государственной системы землеустройства (PLSS) на американский ландшафт

Уровни обучения : Среднее, университет
Необходимое время : 1-3 часа
Требуемые материалы : Топографические карты штатов PLSS и не-PLSS; карта, показывающая состояния PLSS

Государственная система землеустройства (PLSS) представляет собой способ подразделения и описания земли в Соединенных Штатах. Обсудите Закон об артиллерийском оружии 1785 года, подписанный президентом Джефферсоном и предусматривающий систематическое обследование и монументализацию земель общественного достояния. Использование карты Public Land Surveys , которая показывает распространение системы поселков и пастбищ для разделения земли для поселения, начиная с Огайо и продвигаясь на запад. Дороги в этих штатах часто прокладывались прямо на север, юг, восток и запад. В штатах, которые были заселены до подписания этого Закона, имеется дорожная сеть «метры и границы», где дороги проходят в разных направлениях, но редко на север, юг, восток или запад.Карта основных меридианов и базовых линий является хорошим дополнением.

Обсудите, почему в Техасе нет PLSS (некоторое время он был отдельной страной). Каково влияние этой системы на сельский ландшафт? Сравните искусственный ландшафт Вирджинии — дороги и границы — с «прямоугольным» ландшафтом Канзаса. Каково влияние этой системы на городской ландшафт? Показать карты городов в штатах PLSS и городов в штатах, не входящих в PLSS. Обратите внимание, например, на регулярную сетку в узоре улиц Феникса по сравнению с нерегулярным рисунком улиц в Атланте.Подчеркните, как акт 1785 года продолжает влиять на то, как мы каждый день добираемся до школы! Вы ехали сегодня по узкой дороге, чтобы добраться до школы? Сравните системы «метры-и-границы» и PLSS с системой длинных участков в нижней части поймы реки Миссисипи. Почему и как возникла система длинных лотов?

||Вверх||

19. Создание профилей

Классы : Среднее, Университет
Необходимое время : 2-4 часа
Необходимые материалы : Топографическая карта, линейки

Нарисуйте несколько линий, называемых трансектами, на топографической карте Геологической службы США.Создайте поперечные сечения (профили) вдоль этих разрезов, используя изолинии, чтобы определить высоту в каждой позиции вдоль разреза. Где рельеф самый крутой? Самый плоский? Почему?

Какие силы наиболее активно воздействуют на ландшафт в этой области? Оползни? Наводнения? Эрозия? Тектонизм? Прибрежные штормы? Какие силы были наиболее активны в прошлом? Оледенение? Были ли силы прошлого такими же, как силы сегодня?

Вычислить наклон как в процентах, так и в градусах. Предложите учащимся спланировать железную дорогу и дорогу из пункта А в пункт Б через горный район.Дайте учащимся ограничение в 8% для максимального уклона дороги и 2% для максимального уклона железной дороги. Сравните маршруты учеников. Покажите карту с железной дорогой в другом районе и попросите учащихся сравнить количество изгибов и поворотов и подсчитать общее расстояние между дорогами и железными дорогами. Почему автомобильные и железные дороги имеют разные критерии строительства?

||Вверх||

20. Анализ накипи

Уровни обучения : начальный, средний, университетский
Необходимое время : 1–5 часов
Необходимые материалы : Топографические карты в различных масштабах (бесплатная загрузка через магазин USGS Store Map Locator & Downloader)

5

Масштаб карты представляет собой соотношение между расстоянием на карте и расстоянием на местности и обычно выражается в виде дроби или отношения, например, 1/10 000 или 1:10 000, что означает, что одна единица измерения на карта представляет 10 000 одинаковых юнитов на земле. Изучите отличия карт с разным масштабом. Получите разные карты USGS одной и той же области. Насколько велик ваш город в масштабе 1:24 000, в масштабе 1:100 000, в масштабе 1:250 000, в сравнении с базовой картой штата в масштабе 1:500 000? Чем объясняется эта разница? Каков «оптимальный» масштаб карты? Разве это не зависит от того, для чего он будет использоваться и кто будет его использовать?

Как будет выглядеть карта вашего класса в масштабе 1:1? Насколько велика она будет? Сделает ли изменение масштаба карту более удобной для пользователя? Попросите учеников нарисовать карту классной комнаты на листе бумаги, а затем рассчитайте приблизительный масштаб карты.И наоборот, попросите учащихся нарисовать карту в заданном вами масштабе.

Спросите учащихся, летал ли кто-нибудь из них на самолете. Обсудите, как изменяется размер видимой области по мере набора высоты самолета. Эта концепция дополнительно исследуется в USGS Map Adventures для учителей K-3.

Обсудите довольно запутанную концепцию мелкомасштабных карт по сравнению с крупномасштабными. Карта крупного масштаба (например, 1:24 000) представляет собой большее число или дробь, чем карта мелкого масштаба (например, 1:100 000), и показывает большее количество деталей.Карта мелкого масштаба показывает большую площадь, но меньшее количество деталей. Сравните это с более часто используемыми дробями. 1/10 пиццы больше или меньше 1/100 пиццы? 1/10 больше и соответствует карте большего масштаба. Глобус может представлять собой идеальную карту небольшого масштаба.

Обсудите поездку из вашего города в другой город, находящийся за несколько тысяч километров. Начните с использования глобуса. Когда вам понадобится карта в крупном масштабе, а когда в мелком? Вам может понадобиться карта небольшого масштаба, чтобы добраться из вашего города в другой город, но затем, когда вы доберетесь до другого города, вам понадобится карта большого масштаба, чтобы добраться до квартала вашего конечного пункта назначения в этом городе.Это также можно проиллюстрировать с помощью веб-сайта с картами, имеющими функцию градуированного масштабирования, например Google Maps или Yahoo Maps.

||Вверх||

21. Анализ культурных особенностей на топографических картах

Уровни обучения : начальный, средний, университет
Необходимое время : можно увеличить от 1 часа до нескольких недель
Требуемые материалы : топографические карты различных районов, городских и сельских, в масштабе 1:24 000

Какова основная коммерческая деятельность района, показанного на выбранной топографической карте? Как эта деятельность отражена в культурных или созданных человеком объектах на карте?

Люди хотят переехать в этот район? Почему? Является ли это быстрорастущей или медленнорастущей или сокращающейся областью и почему? Какие силы ограничивают или стимулируют рост? Силы местного, регионального, национального или международного масштаба?

Почему некоторые виды землепользования сосредоточены в определенных районах? Например, что за здания рядом с железнодорожными путями? Рядом со стадионами? Рядом с университетами? Рядом с шоссе между штатами? Почему?

||Вверх||

22. Анализ топонимов на топографических картах

Как природные и культурные объекты получили свои названия? Какая организация в каждой стране признает эти имена «действительными»? Изучите веб-сайт Совета по географическим названиям США , чтобы узнать об их процедурах и истории.Можно ли когда-нибудь изменить имена? Как?

Какое происхождение и национальность имеют географические названия на выбранной вами топографической карте Геологической службы США? Сравните названия с названиями на другой топографической карте. Что вы знаете о людях и событиях, которые изображают эти имена? Сколько лет именам на вашей карте?

Ищите имена на своей карте в Информационной системе географических названий Геологической службы США , базе данных, содержащей более 2 миллионов имен на топографических картах Геологической службы США. Изучайте книги по топонимам (названиям мест), такие как « имен на земле » Джорджа Стюарта.

||Вверх||

23. Построить 3D-модели

Классы : Начальный, Средний, Университет
Необходимое время : 1-3 часа
Необходимые материалы : Топографическая карта, гипс или другой материал для лепки, вода, поднос ИЛИ Топографическая карта и 7-8 прозрачные пластиковые контейнеры для салата, крышки для пирогов или аналогичные предметы

Создание гипсовых моделей местности на топографических картах. Залейте один дюйм, нарисуйте контурную линию маркером, залейте еще один дюйм, нарисуйте еще одну линию и т. д.Удалите воду, посмотрите на линии сверху, чтобы проиллюстрировать концепцию контурных линий.

В качестве альтернативы можно использовать прозрачные подносы для салата из продовольственных магазинов. Проследите одну контурную линию на каждом лотке. По завершении у вас будет прозрачная 3D-модель вашего ландшафта. См. наши полные инструкции по сборке модели лотка для салата Topo.

||Вверх||

24. Анализ урбанизации во времени

Уровни обучения : начальный, средний, университет
Необходимое время : 1–5 часов
Необходимые материалы : Топографические карты городской местности в масштабе 1:24 000 и 1:100 000

Используя топографические карты мегаполисов Геологической службы США, изучите городскую территорию.Сравните старую и новую урбанизацию. Как узнать, кто старше? Каковы различия в уличном образце и почему? Обсудите, как и почему возникла выбранная городская территория и как и почему она распространилась. В каком направлении он растет и почему? Была ли река или другая физическая особенность, которая помогла зародиться городскому району?

Почему старая урбанизация обычно представляет собой прямые улицы и дома меньшего размера, а не более новая урбанизация? Обсудите популярную культуру и потребительские предпочтения.

Насколько сильно происходит урбанизация в выбранном вами городе? Это больше или меньше, чем в других городах сопоставимого размера? Почему? Какие местные, региональные, национальные и международные силы воздействуют на город, чтобы заставить его измениться?

||Вверх||

25. Создание карт аспектов

Классы : Среднее, Университет
Необходимое время : 1-3 часа
Требуемые материалы : Топографическая карта, листы бумаги для постеров

Экспозиция относится к направлению (север, восток, юг, запад), к которому обращен склон.Создавайте карты аспектов, исследуя контурные линии на топографических картах Геологической службы США. Обсудите, кого может заинтересовать направление склонов.

Сравните растительность на северных и южных склонах. Какое влияние оказывает аспект на влажность почвы, растения и среду обитания животных? На каких аспектах обычно строятся горнолыжные курорты? Расскажите о микроклимате склонов. Почему горнолыжные курорты обычно располагаются на склонах, обращенных на север? Где будут расположены горнолыжные курорты в южном полушарии? Обсудите отношения земли и солнца.

||Вверх||

26. Анализ человека и гидрография

Уровни обучения : Среднее, Университет
Необходимое время : 1-3 часа
Необходимые материалы : Топографическая карта, GPS-приемник, металлические разделители для интерполяции (дополнительно)

Обсудить поймы , реки и поселения. Каким образом реки способствуют (торговле и движению) и препятствуют (затоплению) заселению? Почему один берег большой реки способствует росту большого города, а другой берег малонаселен? Это может произойти, если один берег выше и незатопляем, а другой исторически подвержен затоплению.

Одним из примеров является Омаха, штат Небраска, на высоком западном берегу реки Миссури, и Каунсил-Блаффс, штат Айова, на подверженном наводнениям восточном берегу. Омаха росла быстрее, чем Каунсил-Блаффс, и по сей день остается главным городом региона. Какова высота обоих выбранных вами берегов? Обсудите важность того, чтобы участок города находился на участке, не затопляемом водой, выше уровня поймы.

||Вверх||

27. Сайт в сравнении с ситуацией

Классы : Среднее, Университет
Необходимое время : 1-3 часа
Необходимые материалы : Топографическая карта Западного Нового Орлеана и других мест

«Участок» относится к физическим характеристикам местоположения, таким как почва, дренаж, климат и т. д.«Ситуация» относится к преимуществам и недостаткам одного места по сравнению с другим, учитывая торговые пути, транспорт и другие региональные, национальные и международные связи.

Обсудите местонахождение и ситуацию с топографическими картами Геологической службы США в разных масштабах.

Изучите карту Западного Нового Орлеана, штат Луизиана, в масштабе 1:24 000. Оцените площадь суши ниже уровня моря. Какие района из были затоплены ураганом Катрина в 2005 году? Обсудите устойчивость осушения земли для городского участка в дельте реки.Обсудите сайт и ситуацию здесь и в других местах. Новый Орлеан — плохое место (подвержено наводнениям), но хорошее положение (рядом с устьем большой реки). Обсудите воздействие глобального повышения уровня моря на Новый Орлеан. Обсудите другое место, которое является хорошим, но неблагоприятным (например, хорошо дренируемое место посреди равнины, вдали от сухопутной дороги или реки).

||Вверх||

Дизайн топографии поверхности в микронном масштабе, снижающий адгезию клеток к имплантированным материалам

Создание антиадгезивных топографий

Топографические особенности в субмикронном и микронном диапазоне физически препятствуют установлению и созреванию фокальных спаек, тем самым влияя на процессы распространения клеток и адгезия к подложке ²⁴ . В частности, анизотропная геометрия (например, решетки) способствует поляризации клеток ²⁵ , в то время как изотропные массивы снижают адгезию и дифференцировку клеток млекопитающих ^19,26 .

Для установления универсальной антиадгезивной топографии в исследовании исследовали ряд топографических закономерностей. Критерии выбора включали биологический эффект, возможность переноса топографических элементов на целевые материалы (например, силиконы и биоцеллюлозу) с помощью установленных протоколов литографии и возможность масштабирования процесса на большие поверхности.Чтобы максимизировать полученный биологический эффект, отдельные топографические элементы были выбраны в микронном масштабе, чтобы препятствовать установлению и созреванию фокальных спаек. Поверхностное расположение этих элементов должно быть полностью симметричным и изотропным, что устраняет любое предпочтительное направление установления фокальной адгезии ²⁷ . Основываясь на этом соображении, параметрическое пространство было адаптировано к ограничениям изготовления, в целом установив расстояние между топографическими элементами до 3 мкм.

Протестированные геометрические формы имели шестиугольные ямки и определялись тремя топографическими параметрами: во-первых, диаметром d ямок, который варьировался от 3 до 20 мкм (рис. 1). Во-вторых, межэлементное расстояние и , которое колебалось от 6 до 23 мкм. В-третьих, форма элементарной ячейки, выбираемая как идеально изотропная (шестиугольная с центром, «Гекса») или квазиизотропная (квадратная, «Квадратная»). Всего было изготовлено 12 различных моделей. Параметры d и i могут использоваться для определения дескриптора формы поверхности, называемого коэффициентом контакта, который определяет количество плоской поверхности, доступной для контакта с ячейками в каждой конфигурации.{2}}\,\sin (60)\cos (60)$$

Рисунок 1
Формование реплик и характеристика микрошаблонов. ( a ) СЭМ-микрофотография эластомерной микроструктурированной подложки, изготовленной с использованием мягкой литографии и покрытой фибронектином. Масштабная линейка: 10 мкм. Вставка, масштабная линейка: 5 мкм. ( b ) Расположение узоров на эластомерной микроструктурированной подложке для экспериментов по клеточной адгезии. ( c ) Элементарные клетки исследуемых образцов для снижения клеточной адгезии.Пространство параметрического дизайна для эластомерной микроструктурированной подложки в шестиугольной ( d ) и квадратной ( e ) формах с учетом производственных ограничений и обоснования механобиологических принципов проектирования.
Эти уравнения порождают два параметрических пространства, в которых выбор практически ограничен геометрическими и производственными ограничениями (рис. 1d,e). Эффекты предполагаемых антиадгезионных рельефов сравнивались с эффектами, полученными на идентичных плоских подложках и на решетках с шириной гребня и канавки 5 мкм и глубиной канавки 1.4 мкм.
Геометрия поверхности изначально была перенесена на силикон (например, PDMS) с помощью мягкой литографии. Полученная морфология поверхности была систематически охарактеризована после изготовления (рис. 1 и 2 в приложении) с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Образцы покрывали желатином или фибронектином ²⁸ для экспериментов с клетками. Важно отметить, что процедуры нанесения покрытия не изменили геометрию топографических элементов. В частности, на подложках из ПДМС не было обнаружено фибриллярных структур (рис.1а), а покрытие оказалось конформным и равномерно распределенным по всей подложке, включая боковые стенки и дно ямок (приложение, видео 1).
Скрининг антиадгезионных свойств при взаимодействии с HDF
Первоначальный скрининг был нацелен на адгезию фибробластов кожи человека (HDF). In vivo этот процесс способствует отложению фиброзной ткани на поверхности имплантата и приводит к фиброзу ²⁹ . Чтобы оценить эффективность потенциальных антиадгезивных топографий, свежевыделенные первичные HDF от здоровых доноров высевали на структурированный PDMS (рис.1). Выбранными параметрами оценки были плотность клеток и округлость. Средние значения были определены количественно для каждого экспериментального условия через 72 часа в культуре, и результаты представлены в виде графиков на рис. 2. Плотность HDF ( a ), округлость ( b ) и площадь ( c ) на различных шаблонах, нормализованных к значениям HDF, измеренным на неструктурированных плоских поверхностях PDMS. ( d ) Репрезентативное флуоресцентное изображение HDF на плоской эластомерной подложке, показывающее f-актин (красный) и винкулин (зеленый).Масштабная линейка: 50 мкм. ( e ) HDF на образце Hexa _d20,i23 PMDS. Масштабная линейка: 50 мкм. Деталь: фокальные спайки (зеленые) устанавливались преимущественно на верхней поверхности стенок, разделяющих лунки, с короткими мостиками актиновых волокон (красные). Полупрозрачные шестиугольные структуры искусственно наложены друг на друга для наглядности. Масштабная линейка: 10 мкм. ( f ) Репрезентативные флуоресцентные изображения HDF на разных рисунках, показывающие F-актин (красный) и ядра (синий). Масштабная линейка: 80 мкм.
Плотность слипшихся клеток была значительно снижена на большинстве структурированных поверхностей по сравнению с идентичными плоскими аналогами. Единственным исключением были поверхности с гексагональной или квадратной решеткой с d = 10 мкм и i = 13 мкм, которые дали противоположные результаты (рис. 2a и рис. 3 и 13 в приложении). В частности, изотропная и квазиизотропная топографии уменьшали адгезию HDF, приводя к уменьшению на 60%. Узоры оценивались по их антиадгезионным характеристикам, масштабируемости для покрытия больших поверхностей и простоте изготовления как на эластомерах, так и на биоцеллюлозе.На основе этих элементов для дальнейшего тестирования были выбраны шестиугольные и квадратные узоры с ямками диаметром 5 мкм. В частности, эти геометрические формы могли быть созданы с высокой точностью на целевых подложках и привели к максимальному снижению адгезии HDF (65%, рис. 2a).
Затем была рассмотрена округлость клеток (рис. 2b). Округлость значительно увеличилась (т. е. клетки были более округлыми) на изотропных и квазиизотропных образцах (рис. 2б). Здесь округлая форма клеток указывает на то, что процесс распространения и созревания фокальной адгезии, приводящий к типичному веретенообразному контуру слипшихся HDF, затруднен взаимодействием с топографией (рис.2б). Постоянно клетки были более вытянутыми на решетках, что приводило к низкой круглости в соответствии с предыдущими отчетами ^30,31,32 .
На анизотропных топографиях подавляющее большинство ячеек (доп. рис. 4, 90%) выровнены в пределах 15° к направлению, определяемому решетками. На плоских подложках, а также на всех других узорчатых образцах (изотропных и квазиизотропных) преимущественного выравнивания обнаружено не было (см. рис. 4).
В совокупности этот анализ показывает, что большинство испытанных изотропных и квазиизотропных структур ямок микронного размера значительно снижают адгезию HDF к подложкам из PDMS.(Приложение, рис. 5). Кроме того, они указывают, что этот эффект опосредуется ингибированием распространения клеток и созревания фокальной адгезии при взаимодействии клеток с регулярными массивами топографических признаков.
адгезия HDFS на биоцеллюлозе
Анализ параметров, описывающих адгезию HDFS к топографии в соответствии с исследованием, указанные в шестиугольниках и квадратных узорах с участием ямы с 3 мкм < D <10 мкм и 6 мкМ < I <20 мкм придают поверхности ПДМС наиболее эффективные антиадгезионные свойства (рис.2). Чтобы распространить достоверность этих результатов на биоцеллюлозу, затем была исследована возможность переноса выбранной геометрии с помощью управляемой вспомогательной биолитографии (GAB).
В GAB структурированные подложки из полидиметилсилоксана используются в качестве форм для получения негативной копии характерной геометрии поверхности ¹⁷ . В частности, размер вертикальных элементов силиконовых форм был откалиброван для получения элементов с желаемой глубиной углубления (Методы). Биоцеллюлозные субстраты производства GAB имели типичную матричную структуру с переплетенными и плотно упакованными нанолентами, формирующими отпечатки (рис. 3). Микрофотографии СЭМ на рис. 3а отображают качество переданных изображений. Точность процесса формования реплики GAB имела отклонение от номинальных значений в диапазоне от 0,2% до 10% (таблица 1), как сообщалось ранее ¹⁷ . В эти испытания были включены 3 изотропные и 3 квазиизотропные геометрии ямок. Здесь адгезия HDF изначально оценивалась по сравнению с идентичными плоскими подложками и решетками (рис. 3 и рис. 6 и 7 приложения).
Рисунок 3
Морфология клеток на поверхностно-структурированной биоцеллюлозе.( a ) Первый ряд: шестиугольные узоры с диаметром лунок от 3 до 10 мкм. Второй ряд: квадратные паттерны с диаметром микролунок от 3 мкм до 10 мкм. Масштабная линейка: 10 мкм. ( b ) Плотность HDF на различных рисунках на биоцеллюлозе, нормализованная по плотности HDF, измеренной на неструктурированных биоцеллюлозных подложках. ( c ) Округлость HDF на разных рисунках. Репрезентативные изображения сканирующей электронной микроскопии HDFs на ( d ) решетках и на ( e ) Hexa10 (d = 10 мкм, i = 20 мкм) микроструктуры. Масштабная линейка: 10 мкм. Поверхность клеток окрашена для наглядности.
Таблица 1 Точность биолитографического процесса управляемой сборки.
Плотность и округлость клеток использовали в качестве дескрипторов адгезии HDFs к биоцеллюлозе после посева и инкубации в течение 72 часов. Полученные результаты воспроизводят результаты, полученные для аналогичных образцов PDMS. В частности, все образцы снижали плотность клеток по сравнению с плоским контролем с максимальным снижением на 65% (рис. 3b, Hexa-3, Hexa-10, Sq-10).Округлость клеток постоянно увеличивалась, при этом клетки выглядели более круглыми при всех изотропных и квазиизотропных геометриях (рис. 3c, d, e и рис. 6 и 7 в приложении). Интересно, что решетки на биоцеллюлозе не поддерживали удлинение клеток до степени, измеренной на PDMS, что указывает на общее снижение взаимодействия с материалом. В целом эти результаты подтверждают, что антиадгезионные свойства выбранных изотропных и квазиизотропных моделей ямок не зависят от объемного материала, на котором они реализованы.
Пролиферация и дифференцировка HDF на антиадгезивных топографиях
Для получения более подробной информации о клеточной дифференцировке и колонизации субстрата была исследована долговременная судьба HDF, взаимодействующих с биоцеллюлозой. После 1 недели культивирования клеток начальное снижение плотности клеток, обнаруженное на изотропных и квазиизотропных паттернах, дополнительно увеличилось до 75% по сравнению с плоским контролем (приложение, рис. 8). HDFs требуют установления зрелых фокальных адгезий к субстрату, чтобы продолжить клеточный цикл ³³, поэтому измеренный эффект может быть связан со снижением скорости пролиферации на антиадгезивных топографиях.Селективное включение и последующее флуоресцентное мечение EdU в ДНК пролиферирующих клеток обеспечивает легкую количественную оценку клеточного деления. Эти данные демонстрируют, что длительное взаимодействие с антиадгезивными топографиями значительно тормозит пролиферацию клеток (на 90%), тем самым устанавливая связь между ингибированием адгезии и распластывания и остановкой клеточного цикла (приложение, рис. 9 и 10). ).
Адгезия и пролиферация HDFs на границе с биоматериалами являются необходимыми предпосылками для возникновения фиброза.Однако их самих по себе недостаточно для выполнения сложных последующих фаз отложения и сокращения фиброзного матрикса. Эти специализированные действия требуют дифференцировки фибробластов в сократительные миофибробласты, процесс, который активируется взаимодействием с чужеродными материалами. Для выявления дифференцировки миофибробластов при контакте с исследуемыми субстратами была выявлена экспрессия хорошо зарекомендовавшего себя репортера (α-Smooth Muscle Actin, α-SMA) ^34,35 .Кроме того, дифференциация HDFs, контактирующих с полистиролом культуры тканей (TCPS) и силиконами (MED 6015), оценивалась как положительный (т.е. профиброзный) контроль. На этих субстратах мечение α-SMA давало интенсивный сигнал от хорошо разрешаемых актиновых стрессовых волокон, все признаки сократительных миофибробластов (приложение, рис. 11) ³⁵ .
Взаимодействие между HDFs и биоцеллюлозой привело к низким уровням дифференцировки миофибробластов, что указывает на то, что свойства объемного материала не поддерживают активацию необходимых сигналов.Важно отметить, что внедрение антиадгезивных топографий привело к значительному дополнительному ингибированию дифференцировки, на что указывает постоянное снижение экспрессии α-SMA (Дополнение, рис. 11).
В целом, эти результаты доказывают, что антиадгезивные топографии являются эффективными ингибиторами пролиферации фибробластов и дифференцировки в сократительные клетки, что еще больше подтверждает их роль в предотвращении фиброза.
Взаимодействие макрофагов с антиадгезивными топографиями
Сигналы, ведущие к фиброзу, инициируются при ранней адгезии предшественников воспаления к поверхности имплантированных биоматериалов.Их последующая дифференцировка в провоспалительные клетки ³⁶ требует экспрессии набора генов, которые управляют их дифференцировкой и поддерживают секрецию хемокинов, что в целом способствует воспалительному процессу. В этом сложном сценарии ключевую роль играют макрофаги, которые дифференцируются из моноцитов при передаче сигналов нейтрофилами ¹ .
Таким образом, следующая серия экспериментов была направлена на оценку эффективности антиадгезивных топографий в снижении адгезии и активации макрофагов.В этих экспериментах использовали клетки THP-1, хорошо зарекомендовавшую себя клеточную линию для исследования активности макрофагов человека ³⁷, и сравнивали их адгезию и дифференцировку при взаимодействии с TCPS, силиконами и биоцеллюлозными субстратами.
Клетки THP-1 хорошо прикреплялись к поверхности TCPS, который был выбран в качестве положительного контроля. Адгезия к силиконам (включая PDMS, MED 6015 и MED 6033) была относительно менее эффективной, демонстрируя снижение плотности клеток на 40–60 % (рис.4а). Однако наиболее выраженный эффект был обнаружен на биоцеллюлозе, на которой плотность клеток снижалась на 90% и более. В целом, эти данные показывают, что адгезия макрофагов сильно варьируется в зависимости от интерфейса представленного материала, и делают биоцеллюлозу субстратом с низким сродством.
Рисунок 4
Адгезия макрофагов к различным материалам. ( a ) Плотность клеток THP-1 на различных материалах нормализована по плотности клеток THP-1, измеренной на пластике для тканевых культур.( b ) Плотность клеток THP-1 на различных рисунках на биоцеллюлозе, нормированная по плотности клеток THP-1, измеренная на неструктурированных биоцеллюлозных субстратах. Репрезентативные широкоугольные изображения макрофагов THP-1 на ( c ) микроструктурированной биоцеллюлозе и на ( d ) MED 6015. Масштабная линейка: 100 мкм.
Чтобы отделить эффект антиадгезивной топографии, было проведено прямое сравнение между плоской биоцеллюлозой и соответствующими субстратами, структурированными с выбранными изотропными и квазиизотропными узорами ямок (рис.4б). Присутствие антиадгезивных топографий ингибировало адгезию клеток, что приводило к дальнейшему снижению средней плотности на 75% по сравнению с плоской биоцеллюлозой. Наилучший образец представлял собой массив гексагональных ямок с d = 3 мкм и i = 3 мкм и давал снижение плотности клеток на 82%.
В целом эти результаты показывают, что состав основного материала и геометрия его поверхности независимо друг от друга взаимодействуют, определяя сродство субстрата к адгезии макрофагов.
Наконец, чтобы определить, оказывает ли взаимодействие с исследуемыми субстратами прямое влияние на паттерн экспрессии генов клеток THP-1, был проведен анализ количественной ПЦР. Лизат клеток, прилипших к силиконам или биоцеллюлозе, обрабатывали для выделения РНК и количественного сравнения экспрессии генов. Относительная экспрессия группы генов, определяющих провоспалительную активацию макрофагов, представлена на рис. 5.
Рисунок 5
Уровни экспрессии выбранных про- и противовоспалительных генов.Уровни экспрессии выбранных генов-мишеней рассчитывали по кратности изменения (2-ddCt) и отображали на графиках (антилогарифмическая шкала). n = 5 были использованы для анализа. ( a , b ) Дополнительная ось x при y = 0 указывает уровни экспрессии каждого конкретного маркера в клетках THP-1, культивируемых на планшетах с силиконовым покрытием. CCL17 значительно активируется клетками, высеянными на плоскую поверхность (p < 0,001) и на микроструктурированную (Hexa5, d = 5 мкм, i = 10 мкм) целлюлозу (p = 0,02) по сравнению с уровнями экспрессии того же маркеры на силикон.PTGS1, по-видимому, значительно снижается (p = 0,03) в клетках THP-1, культивируемых на плоских поверхностях. ( c ) По оси x при y = 0 указаны уровни экспрессии каждого маркера в клетках THP-1, культивируемых на плоских поверхностях. CCL17 представляет собой низкорегулируемую (p < 0,001) микроструктурированную (Hexa5, d = 5 мкм, i = 10 мкм) целлюлозу по сравнению с неструктурированной целлюлозой.
Единственная существенная разница в экспрессии выбранных генов была обнаружена для CCL17, который поддерживает секрецию хемокина, который, как известно, привлекает иммунные Т-клетки ³⁸ . Экспрессия гена CCL17 значительно повышалась при взаимодействии с биоцеллюлозой, однако наличие антиадгезивной топографии вызывало снижение экспрессии по отношению к неструктурированной биоцеллюлозе. В частности, белок CCL17/TARC способствует миграции Т-клеток посредством специфического связывания с рецептором CCR4 ³⁹ . Поэтому его сверхэкспрессия связана с повышенной иммунологической активностью и обычно встречается как часть иммунного ответа на местные инфекции.В конкретном случае, описанном в наших тестах in vitro , индукция CCL17 указывает на более высокое содержание LPS в образцах биоцеллюлозы по сравнению с другими субстратами. Этот параметр (т.е. остаточное содержание ЛПС) может сильно варьироваться в зависимости от субстрата из биоцеллюлозы из-за ряда факторов, влияющих на стадию очистки. Поэтому мы не можем исключить, что эти специфические результаты (хотя и незначительные) могут быть сигналом остаточного загрязнения LPS в наших зондах. Это, однако, не следует приписывать биоцеллюлозе как таковой. В совокупности эти результаты указывают на то, что взаимодействие с поверхностно-микроструктурированной биоцеллюлозой не вызывает провоспалительной активации макрофагов. Отличительный эффект антиадгезивной топографии не может быть решен проведенным анализом.
Разлагаемость материала
Биоцеллюлозные субстраты с антиадгезивной геометрией были изготовлены для in vivo испытаний их антифибротического эффекта ⁴⁰ . Для этого исследования процедура формования GAB была увеличена с получением больших биоцеллюлозных фольг размером 200 см ² , которые представляли собой выбранный массив гексагональных ямок (Hexa10) на всей внешней поверхности.Для этих испытаний рисунок поверхности Hexa10 был выбран на основании его хороших характеристик в тестах in vitro (рис. 2 и рис. 13 в приложении) и оптимальной совместимости с процессом формования GAB на больших подложках, обеспечивающим надежную передачу топографических изображений. характеристики ¹⁷ . Слой биоцеллюлозы имплантировали в хирургический карман, непосредственно контактирующий с интерстициальными тканями взрослых свиней. Результаты и подробности этого доклинического исследования представлены в отдельной специальной публикации ⁴⁰.
Имплантированные материалы извлекали через 6 недель и оценивали деградацию биоцеллюлозы. Особое внимание уделялось ухудшению импринтированных топографических признаков, что прямо указывает на стойкость их антиадгезионного действия. СЭМ-микрофотографии эксплантированных биоцеллюлозных субстратов (Дополнение, рис. 12) показывают, что изотропный массив в значительной степени сохранялся in vivo , что подтверждает его применение для защиты имплантируемых биоматериалов.
(PDF) Как топография поверхности связана со свойствами материалов
где R — коэффициент отражения образца, ␶ —
расстояние на поверхности между двумя точками, ␻ —
угловая частота, k — волновое число , f —
фокусное расстояние падающего излучения, а ␴
— среднеквадратичная высота поверхности. Двухмерный анализ
оптики был выполнен Огилви (35).
Уайтхаус пришел к выводу (34) (для неровностей
с масштабом длины больше, чем длина волны
падающего излучения), что поверхность выглядела
глянцевой, если плотность вероятности наклонов на
поверхности была строго ограничена узкий
угол.
Биосовместимость. Наконец, установлено, что биологические взаимодействия с поверхностью также зависят от ее рельефа. Хороший обзор
топологического контроля адгезии клеток и активности
на поверхности был сделан Кертисом и
Уилкинсоном (36), а более общий обзор
роль полимерных биоматериалов также может быть
найдено (37 ). Такие соображения актуальны для
ряда применений in vivo и in vitro,
, таких как биологические датчики, замена тазобедренного сустава
(38), и более сложных тканевых имплантатов, таких как
замена кости, где рост клеток
внутри искусственного сооружения поощряется. Например, было показано, что размер и морфология кристаллов
на поверхности коллагена, покрытого
фосфатом октакальция, влияют на взаимодействие клеток с поверхностью, как
показано на рис. 4. Было обнаружено, что топография большего масштаба
приводит к менее благоприятным сфероидальным клеткам
, которые образуют меньше межклеточных связей
(39). В некоторых случаях топографию поверхности
можно тщательно контролировать, чтобы способствовать адгезии клеток
(40, 41).
Заключение
Топография поверхности является прямым результатом
природы материала, который ее определяет.
Анализ топографии образца,
ставший возможным на наноуровне благодаря развитию методов АСМ, должен быть тщательно
рассмотрен, чтобы соотнести сложность
2D-поверхность со свойствами материала
. Результатом будет лучший контроль ряда свойств, таких как оптическая
отделка и взаимодействие поверхности с
вторичным материалом, будь то адгезив,
вторичный материал. компонент композита
или биологического вида.
Ссылки и примечания
1. J.D. Affinito et al., Thin Solid Films 291, 63 (1996).
2. J.A.DeAro, K.D.Weston, S.K.Buratto, U.Lemmer,
Chem. физ. лат. 277, 532 (1997).
3. Ю. Набетани, М. Ямасаки, А. Миура, Н. Тамаи, Тонкие
Твердые пленки 393, 329 (2001).
4. M. Sferrazza et al., Phys. Преподобный Летт. 78, 3693 (1997).
5. E. Schäffer, T. Thurn-Albrecht, T. P. Russell, U. Steiner,
Europhys.лат. 53, 218 (2001).
6. D.G. Bucknall, G.A.D. Briggs, MRS Symp. Сер.:
Нанопаттернирование: Сверхбольшая интеграция Био-
technol. 705, 151 (2002), L. Merhari, K.E. Gonsalves,
E.A. Dobisz, M. Angelopulss, D. Herr, Eds.
7. S. Walheim, E. Schaffer, J. Mlynek, U. Steiner, Science
283, 520 (1999).
8. J. Heier, E. Sivaniah, E.J. Kramer, Macromolecules 32,
9007 (1999).
9. Т. Турн-Альбрехт, Дж.DeRouchey, T.P. Russell, Mac-
romolecules 33, 3250 (2000).
10. А. Карим и др., Macromolecules 31, 857 (1998).
11. X. P. Jiang, H. P. Zheng, S. Gourdin, PT Hammond,
Langmuir 18, 2607 (2002).
12. G. Goldbeck-Wood et al., Macromolecules 35, 5283
(2002).
13. Близнюк В.Н., Киров К., Ассендер Х.Е., Бриггс Г.А.Д.,
Полим. Препринты 41, 1489 (2000).
14. Ф. Динелли, Е. Э. Ассендер, К.Киров, О.В. Колосов,
—
Полимер 41, 4285 (2000).
15. C. Rauwendaal, Polymer Extrusion (Hanser, Munich,
1985).
16. С.-Ж. Лю, Пласт. Резиновые композиты 30, 170 (2001).
17. B. Monasse et al., Plast. Эластомеры Маг. 53,29
(2001).
18. Ю. Оянаги, Междунар. Полим. науч. Технол. 24, Т38 (1997).
19. Гинье А. Дифракция рентгеновских лучей в кристаллах, несовершенных кристаллах
и аморфных телах (W. H. Freeman, San
Francisco, 1963).
20. Близнюк В.Н., Бурлаков В.М., Ассендер Х. Е., Г.А.Д.
Briggs, Y. Tsukahara, Macromol. Симп. 167,89
(2001).
21. W. M. Tong, R. S. Williams, Annu. Преподобный физ. хим.
45, 401 (1994).
22. П. Микин, Фракталы, масштабирование и рост вдали от равновесия
(Cambridge Univ. Press, Cambridge,
1998).
23. C.M.Chan, T.M.Ko, H.Hiraoka, Surf. науч. Респ. 24,3
(1996).
24.Э. М. Листон, Л. Мартину, М. Р. Вертхаймер, Дж. Адгезия
Sci. Технол. 7, 1091 (1993).
25. Q.C. Sun, D.D. Zhang, L.C. Wadsworth, Tappi J. 81,
177 (1998).
26. В. Близнюк и др., Macromolecules 32, 361 (1999).
27. Н. Зетцу, Т. Убуката, Т. Секи, К. Ичимура, Adv. Матер.
13, 1693 (2001).
28. Хантер Р.С., Гарольд Р.В. Измерение внешнего вида
(Wiley, New York, ed. 2, 1987).
29.Х. Дэвис, Proc. Инст. электр. англ. 101, 209 (1954).
30. F. M. Willmouth, Optical Properties of Polymers,
G. H. Meeten, Ed. (Эльзевир, Амстердам, 1986).
31. Д. Портер, Моделирование группового взаимодействия свойств полимера
(Марсель Деккер, Нью-Йорк, 1995).
32. Бекманн П., Спиццичино А. Рассеяние электромагнитных волн от шероховатых поверхностей.
33. К. Порфиракис, Н.Марстон, Х. Э. Ассендер, подготовка
.
34. Д. Дж. Уайтхаус, Proc. Инст. мех. англ. B: Дж. Инж.
Производ. 207, 31 (1993).
35. Дж. А. Огилви, Теория рассеяния волн на случайных
шероховатых поверхностях (Адам Хилгер, Бристоль, Великобритания, 1991).
36. A. Curtis, C. Wilkinson, Biomaterials 18, 1573 (1997).
37. L. G. Griffith, Acta Mater. 48, 263 (2000).
38. T.M.McGloughlin, A.G.Kavanagh, Proc. Инст. мех.
англ.Часть H–J. англ. Мед. 214, 349 (2000).
39. A.C. Lawson et al., MRS Symp. Сер.: Биомед. Материал:
Доставка лекарств, Имплантаты тканей Eng. 550, 235 (1999),
T. Neenan, M. Marcolongo, R.F. Valentini, Eds.
40. C.S. Ranucci, P. V. Moghe, J. Biomed. Матер. Рез. 54,
149 (2001).
41. P. Banerjee, D.J. Irvine, A.M. Mayes, L.G. Griffith,
J. Biomed. Матер. Рез. 50, 331 (2000).
42. Авторы признательны за вклад в эту работу
А.Briggs, D. Bucknall, V. Burlakov, J. Czernuska,
и S. Wilkinson из Оксфордского университета; Н. Марстон
и И. Робинсон из Lucite International; и Y.
Tsukahara из Toppan Printing Company.
ТОЧКА ЗРЕНИЯ
Технологии 20–21 веков
Проблемы мягких покрытий
Роберт Р. Мэтисон мл.
Покрытия являются одной из древнейших технологий человечества.
Относительно мягкие покрытия, состоящие из органических материалов, таких как кровь, яйца и
экстракты растений, использовались более 20 000 лет назад, и с тех пор деятельность по нанесению покрытий
постоянно практиковалась с постепенным улучшением материалов. и техники нанесения.Фундаментальные цели
защиты и/или украшения подложек оставались повсеместными на протяжении
всех веков и культур цивилизации. В этой статье делается попытка экстраполировать длинный рассказ об изменениях в технологии мягких покрытий с ее текущего состояния путем выявления некоторых ключевых проблем, которые привлекают усилия исследователей и разработчиков в начале 21-го века.
Люди украшают и защищают
различных поверхностей на протяжении многих тысячелетий.
Одним из очень полезных способов выполнения
или обеих этих задач является нанесение тонкого слоя
какого-либо нового материала с соответствующими
характеристиками (внешний вид, долговечность, адгезия и требования к нанесению). ) непосредственно
на интересующую поверхность. Этот новый материал
представляет собой покрытие. Понятно, что ранняя история
покрытий — это история очень специализированных,
часто уникальных комбинаций материалов, поскольку пробы и ошибки достигали цели, используя только материалы, имеющиеся в природе.Это наследие индивидуальной
лакокрасочной индустрии все еще можно обнаружить в современном мире покрытий, который требует огромного количества
материалов — часто синтетических
, но некоторые все еще содержат или изготовлены из натуральных
продуктов — для тонкого нанесения. на поверхности.
Они должны легко и равномерно наноситься;
настроить в разумные сроки и
ограничения процесса; имеют минимальное воздействие на окружающую среду при их синтезе, комбинация
DuPont Performance Coatings, 950 Stephenson High-
way, Troy, MI 48083, USA.Электронная почта: robert.r.matheson@
usa.dupont.com
9 АВГУСТА 2002 ТОМ 297 НАУКА www.sciencemag.org976
НАУКА МАТЕРИАЛОВ: МЯГКИЕ ПОВЕРХНОСТИ
Как топография поверхности связана со свойствами материалов на JSTOR
Абстрактный
Известно, что топография поверхности существенно влияет на объемные свойства материала. Несмотря на зачастую наноразмерный характер волнистости поверхности, их влияние можно наблюдать с помощью макроскопических измерений.В этом обзоре исследуются многие области, в которых влияние топографии имеет макроскопическое значение, а также представлены некоторые последние разработки в топографическом анализе и управлении.
Информация о журнале
Science, основанный Томасом А. Эдисоном в 1880 году и издаваемый AAAS, сегодня считается журналом общей науки с самым большим тиражом в мире. Публикуемый 51 раз в год журнал Science известен своими высоко цитируемыми, рецензируемыми исследовательскими работами, особой силой в медико-биологических дисциплинах и отмеченным наградами освещением последних научных новостей.Онлайн-издание включает не только полные тексты текущих выпусков, но и научные архивы, относящиеся к первому изданию Эдисона в 1880 году. Научные карьеры, которые можно найти в печати и в Интернете, содержат соответствующие статьи о карьере, публикуемые еженедельно, тысячи объявлений о вакансиях обновляются несколько раз в неделю. неделя и другие услуги, связанные с карьерой. В интерактивном научном мультимедийном центре представлены научные подкасты, изображения и слайд-шоу, видео, семинары и другие интерактивные функции. Для получения дополнительной информации посетите сайт www. sciencemag.org.
Информация об издателе
AAAS, основанная в 1848 году, превратилась в крупнейшее в мире междисциплинарное научное общество, насчитывающее почти 130 000 членов и подписчиков. Миссия «продвигать науку, технику и инновации во всем мире на благо всех людей» вывела организацию на передний план национальных и международных инициатив. Глобальные усилия включают программы и партнерства по всему миру, от Азии до Европы и Африки, а также обширную работу в области прав человека с использованием геопространственных технологий для подтверждения нарушений.Научные и политические программы включают крупный ежегодный форум по политике в области науки и техники, стипендии по политике в области науки и техники в Конгрессе США и государственных учреждениях, а также отслеживание финансирования США исследований и разработок. Инициативы в области естественнонаучного образования заложили основу для обучения на основе стандартов и предоставили учителям веб-инструменты поддержки. Деятельность по привлечению общественности способствует открытому диалогу с учеными по таким социальным вопросам, как глобальное изменение климата. AAAS также действует как зонтичная организация для федерации более чем 270 дочерних научных групп.Расширенная серия веб-сайтов включает исчерпывающие ресурсы по развитию карьеры. Для получения дополнительной информации посетите сайт www.aaas.org.
Топографические исследования в области консервации скульптурных материалов
Совместный проект
Виктория и Альберт, RCA, Имперский колледж
Педро Гаспар, RCA/V&A Conservation, Очистка неорганических материалов, аспирант, Алан Каммингс, проректор Королевского колледжа искусств, Дэвид Макфейл, старший преподаватель Имперского колледжа, Шарлотта Хаббард, старший реставратор скульптуры

Рис. 1.Иллюстрация различных типов текстуры и ее происхождения (щелкните изображение, чтобы увеличить его)
Введение
Текстура поверхности является ключевым параметром в скульптурных материалах, где ее изучение и сохранение занимают центральное место в исследованиях по консервации. Характеристики интерферометрии белого света делают этот метод потенциальным ресурсом для топографических исследований в этой области. В этой статье оцениваются потенциальные возможности применения анализатора поверхности трехмерного изображения ZYGO — Newview 100 ¹ для исследований по сохранению.Представлено значение текстуры поверхности в скульптуре, а также основы этой аналитической техники, демонстрирующие ее пригодность для топографических исследований. Предлагается методология, основанная на нескольких параметрах, полученных из статистических моделей, которые характеризуют топографию поверхности, и, кроме того, представлены два примера, посвященные характеристике скульптурных материалов и оценке обработки поверхности, используемой при консервации.
Топография в исследованиях поверхности для сохранения
Концепция поверхности всегда присутствует при работе с произведениями искусства.Его часто считают наиболее важной и репрезентативной частью объекта, главным образом из-за определения внешней границы, через которую достигается отклик на характеристики произведения искусства и устанавливается эстетическое взаимодействие. С поверхностью объекта связаны свойства, описывающие его характеристики и занимающие центральное место в его интерпретации. Текстура является одним из таких свойств, и ее значение в скульптуре имеет фундаментальное значение. Текстура поверхности либо как выражение гладкости (явно присутствующая в неоклассической скульптуре), либо в виде более шероховатой поверхности (напр.г. поверхности, текстурированные тонкими следами чеканки, в древнегреческой скульптуре) имеет непосредственное отношение к восприятию объекта, как к тактильному или оптическому опыту. Текстура — это концепция, которая естественным образом следует понятию формы, определяющей скульптурные объекты. Восприятие этой формы в первую очередь достигается путем восприятия поверхности и реакции на ее текстуру.
Одним из направлений консервации является изучение и сохранение внутренних свойств объекта. Одним из аспектов этой деятельности является сохранение и уважение первоначальной поверхности.Что касается формы и текстуры, то, хотя их качественная оценка важна, реставраторы в идеале должны иметь возможность количественно определить эти параметры. Это вводит понятие топографии как измеряемого параметра для исследований поверхности и налагает необходимость получения точных измерений топографии поверхности, которые будут иметь центральное значение в методологии анализа, мониторинга и оценки модификаций поверхности.
Измерения топографии поверхности
Измерения топографии поверхности предоставляют информацию о характеристиках поверхности, которые количественно определяются с точки зрения высоты ординат неровностей поверхности (пиков и впадин).Существует несколько методов измерения топографии поверхности:
Они имеют несколько недостатков, которые делают их непригодными для использования в консервации. Движение стилуса при контакте с поверхностью может вызвать искажение или повреждение поверхности, что ограничивает применимость этого метода к произведениям искусства. Кроме того, анизотропный характер этих поверхностей раскрывает важную историческую и техническую информацию. Использование двумерного анализа представляет фундаментальное ограничение для оценки этих трехмерных поверхностей.
Бесконтактный анализ, основанный на трехмерных измерениях, представляет собой более реалистичный подход к анализу поверхности при консервации. Чтобы преодолеть ограничения механических топографических измерений при консервации, можно использовать бесконтактные оптические методы для создания трехмерных топографических карт. Интерферометрия белого света обеспечивает измерения путем регистрации интерференционных картин, образованных светом, отраженным от поверхности образца и эталонной поверхности. Оптическая интерференция между двумя отраженными лучами связана с высотой поверхности (z) и определяется как функция интенсивности света.

ZYGO — Newview 100 3D Imaging Surface Analyzer представляет собой прибор, в котором топографические измерения выполняются с помощью сканирующей интерферометрии белого света. Его характеристики делают его ценным инструментом для топографического анализа при изучении поверхности в рамках консервации. Среди наиболее важных особенностей — тот факт, что создаются данные трехмерного изображения, и это бесконтактный метод с высоким вертикальным разрешением (1 нм). Программное обеспечение позволяет сшивать несколько изображений вместе, чтобы можно было оценить большие площади (несколько мм2).
Параметры для характеристики поверхностей
Топографию поверхности можно оценить с помощью трехмерной цифровой записи высот с использованием статистических моделей, которые оценивают распределение высот поверхности. Из этих моделей выводятся практические статистические параметры, зависящие от масштаба, которые будут использоваться для характеристики свойств поверхности. Любая методология анализа топографии поверхности в этом случае основывается на топографических картах, иллюстрирующих распределение высот поверхности, подкрепленных количественными параметрами.Они определяются в соответствии со свойствами, предназначенными для анализа.
Параметры, наиболее важные для изучения консервации, представлены следующим образом:
а) Амплитудные параметры
i) Среднеквадратичное отклонение поверхности Sq — параметр дисперсии, определяемый как среднеквадратичное значение высот поверхности. Это дает представление о средних значениях высоты поверхности, иллюстрирующее среднюю текстуру поверхности поверхности.
ii) Высота поверхности по десяти точкам Sz — параметр Экстремальный, определяемый как среднее значение абсолютных высот пяти самых высоких пиков и глубин пяти самых глубоких долин.Это параметр, иллюстрирующий ярко выраженные топографические особенности.
iii) Асимметрия распределения высот топографии Ssk — Мера асимметрии отклонений поверхности относительно средней плоскости. Этот параметр используется для описания формы топографического распределения высот. Для симметричной формы распределения высоты поверхности Ssk=0.
б) Пространственные параметры
i) Соотношение сторон текстуры поверхности Str- Этот параметр используется для описания узоров текстуры (S 0.5 для прочной однородной текстуры, тогда как Str < 0,3 определяет сильный длинный гребень).
ii) Направление текстуры поверхности Std — этот параметр определяет ярко выраженное направление текстуры поверхности:
c) Параметры площади и объема
i) Объемное отношение материала поверхностей (Smr) — этот параметр определяется как часть материала, заключенная в плоскости, параллельной средней плоскости и поверхности раздела. Это может быть дополнено коэффициентом объема пустоты поверхности (Svr), представляющим собой объем воздуха, заключенный между плоскостью усечения на заданном уровне, параллельной средней плоскости, и материалом под плоскостью.Оба параметра используются для понимания размеров впадин и пор на поверхностях.
г) Функциональные параметры
Эти параметры характеризуют функциональные свойства поверхностей. Соответствующим примером является способность поверхности удерживать жидкость. Анализ этого параметра иллюстрирует способность поверхности удерживать флюид и зоны, наиболее вероятно подверженные его влиянию.
Пример 1: мониторинг поверхностей объектов
Изучение музейных предметов является одним из потенциальных применений световой интерферометрии, которая позволяет отслеживать постепенные изменения топографии поверхности или обнаруживать резкие изменения в результате консервационных обработок.Возможность измерения областей заранее заданных размеров и местоположения также позволяет охарактеризовать элементы на поверхности объектов, что способствует развитию наших технических знаний в области методов обработки поверхности.
Рис. 2. Мониторинг поверхностей объектов. (Фрагмент медали из золотого сплава, дата неизвестна) (щелкните изображение, чтобы увеличить его)
В этом примере основное внимание уделяется анализу вырезанной области объекта, показанного на рис. 2, с установлением начальной характеристики детализированной области.Разделение волнистости и шероховатости позволяет проводить топографические измерения в длинноволновой и коротковолновой областях. Первый предоставляет информацию о форме с четким указанием размеров вырезанной области, техники резьбы и типа используемых инструментов, а второй фокусируется на шероховатости поверхности и может использоваться для получения дополнительной информации о тонкой текстуре и отделке. методы.
Мониторинг поверхностей может быть достигнут путем сравнения топографических карт одной и той же области и/или использования значений шероховатости в качестве количественных параметров (для профиля, показанного на рисунке 2, Sq=73. 8 мкм). Обнаружение локализованных изменений может помочь предотвратить дальнейшее повреждение. Распознавание различных типов и степеней модификации поверхности можно использовать для прогнозирования и понимания механизмов износа объекта, а также для анализа влияния окружающей среды и условий демонстрации на музейные объекты.
Пример 2: оценка обработки поверхности
Оценка влияния интервенционных обработок на топографию поверхности скульптурных материалов — еще одно потенциальное применение интерферометрии белого света.Природа этого метода делает его подходящим для идентификации и анализа изменений, вызванных поверхностями в результате очистки, используемой при консервации скульптуры.
Рисунок 3. Топографические карты, иллюстрирующие повреждения поверхности в результате очистки мрамора (щелкните изображение, чтобы увеличить его)
Лазерная очистка, абразивная очистка, химическая очистка и очистка паром — это методы, используемые при консервации для очистки скульптур. Основы этих методов различаются по своей природе, и взаимодействие с поверхностями зависит от используемой обработки.Это показано на Рисунке 3 и показывает преднамеренное повреждение скульптурных материалов после обработки очисткой и иллюстрирует потенциальные области для исследования. Сравнение обработанных и необработанных участков дает информацию о взаимодействии различных методов очистки с твердыми поверхностями.
Технологии очистки вызывают изменения в топографии поверхности, и в различных ситуациях проявляются различные модели повреждения поверхности. Эти карты поверхности и параметры, связанные с количественным определением топографической информации, используются для прогнозирования поведения обрабатываемых поверхностей и помогают предотвратить любые повреждения.При достижимом разрешении изменения могут быть обнаружены на субмикронном уровне. Таким образом, мониторинг поверхности может обеспечить определенную степень контроля при повторном использовании чистящих средств. Поверхностные изменения произойдут, но этот метод поможет консерваторам избежать видимых и необратимых повреждений. Конечно, необходимо решить вопрос о том, в какой степени допустима модификация поверхности.
Использование интерферометрии белого света для изучения методов очистки и их влияния на топографию поверхности поможет установить пороговые значения, определяющие приемлемые и поддающиеся количественной оценке степени изменения поверхности.Наше понимание механизмов, связанных с обработкой поверхности, будет расширено. Будет установлена относительная пригодность различных консервационных обработок для различных целей, и станет возможным более высокий уровень контроля во время обработок.
Мониторинг поверхностей в практике консервации в настоящее время во многом основан на визуальном осмотре. Предлагаемое исследование, основанное на оценке топографии поверхности, приведет к улучшению методов обработки при консервации скульптуры и расширит наши знания об используемых материалах и методах.
Ссылки
1. www.zygo.com
Библиография
Зал,. Дж., Мир как скульптура — изменение статуса скульптуры от эпохи Возрождения до наших дней, Chatto & Windus, Лондон, 1999.
Брандл, К., Эванс-младший, К., Уилсон, С. (редактор) Энциклопедия характеристик материалов — поверхности, интерфейсы и тонкие пленки, Баттерворт — Хайнеманн, 1992.
Стаут К., Салливан П., Донг В., Мацуса Э., Луо Н., Матиа Т., Zahouani, H.. Разработка методов характеристики шероховатости в трех измерениях. Опубликовано от имени комиссии Европейского сообщества, Великобритания, 1993 г.
С автором можно связаться по телефону:
[email protected]
Благодарности
Pedro Gaspar финансируется «Fundação para a Ciência e para a Tecnologia», Португалия.
Чтение/понимание топографических карт — Департамент наук об экосистемах и управлении ими
Цели урока
Учащиеся получат представление о топографических картах.
Учащиеся продемонстрируют базовые знания о том, как читать топографическую карту.
Материалы, необходимые
Государственные стандарты Адрес: E & E Стандарты: Ударные и водно-болотные угодья (4.1)
Крытые предметы: Земля Наука, География
Темы: Введение в топографические карты
Учебная модель : Система 4MAT: мотивация, информация, практика, применение.
Подготовка
Подготовить раздаточный материал.Может захотеть нарезать картофель перед презентацией в классе.
Проведение урока
В рамках текущего раздела по естествознанию/географии спросите учащихся, как нарисовать плоскую двухмерную карту трехмерной поверхности, подобной поверхности Земли. Как карты показывают разные высоты?
Если кто-то не упоминает топографические карты, ведите разговор в тему.
Используя информацию из Приложения A, продемонстрируйте, как трехмерный картофель можно отобразить в двухмерном виде.
Раздайте копии раздаточного материала «Чтение топографической карты А».
Прочитайте и обсудите информацию, представленную в раздаточном материале.
Предложите учащимся работать в парах, чтобы ответить на четыре вопроса из раздаточного материала.
Просмотрите ответы, чтобы убедиться в точности ответов.
Раздайте копии раздаточного материала «Чтение топографической карты B». Назначьте часть 1 и часть 2 для выполнения в качестве домашнего задания.
Оценка
Качество выполнения учащимися задания «Чтение топографической карты B» покажет их понимание концепции топографических карт.
Добавочный номер
Этот урок продолжается тем, что учащиеся работают с реальными топографическими картами, определяя различные аспекты ландшафта.
Ссылки
Хансен, Роберт (1996). Деревья + Я = Лесное хозяйство . Юниверсити-Парк, Пенсильвания: Университет штата Пенсильвания.
Автор
Джордж Несс, BLaST IU17; Альтернативная образовательная программа LaSaQuik
Язык карт (1983).