2. Kartat ja paikkatietojärjestelmät

Kartan piirteet

Kart­ta on pie­nen­net­ty ja yk­sin­ker­tais­tet­tu kuva maa­pal­lon pin­nas­ta tai sen osas­ta pai­net­tu­na pa­pe­ril­le tai tie­to­ko­neel­la di­gi­taa­li­ses­sa muo­dos­sa. Di­gi­taa­li­seen kart­taan lii­te­tään usein myös pal­jon oheis­tie­toa, jol­loin pu­hu­taan kar­tan si­jas­ta paik­ka­tie­to­jär­jes­tel­mäs­tä. Maas­to­kar­tan teko aloi­te­taan yleen­sä tul­kit­se­mal­la ilma- tai sa­tel­liit­ti­ku­vaa. Kart­taan va­li­taan ku­vat­ta­vak­si vain sen käyt­tö­tar­koi­tuk­sen kan­nal­ta olen­nai­sia koh­tei­ta ilma­ku­val­ta. Kart­taan li­sä­tään tie­toa myös muis­ta läh­teis­tä, ku­ten esi­mer­kik­si pai­kan­ni­met ja ra­ken­nus­ten käyt­tö­tar­koi­tus.

Hy­väs­sä kar­tas­sa on aina poh­jois­nuo­li, mit­ta­kaa­va ja merk­kien se­li­tys, kos­ka eri kar­tois­sa on näi­den asi­oi­den suh­teen ero­ja. Kar­tas­sa maas­ton ja ih­mi­sen toi­min­nan ku­vaa­mi­seen käy­te­tään mo­nia sym­bo­lei­ta, ku­ten vä­re­jä ja eri­muo­toi­sia ku­vi­oi­ta. Esi­mer­kik­si val­ti­o­kar­tas­sa pin­nan­kor­keut­ta ku­va­taan rus­ke­al­la (ylän­kö), kel­tai­sel­la ja vih­re­äl­lä (alan­ko). Tar­kem­mis­sa maas­to­kar­tois­sa maan­käyt­tö­muo­to­ja voi­daan ku­va­ta esi­mer­kik­si osoit­ta­mal­la kel­tai­sel­la vä­ril­lä pel­toa ja si­ni­sel­lä vet­tä. Vä­rien ja sym­bo­li­nen käyt­tö on aina kart­ta­koh­tais­ta ja ne ker­ro­taan kart­ta­se­lit­tees­sä.

Kar­tas­sa poh­joi­sen suun­ta on vain suun­nil­leen oi­kein: ei­vät­hän suo­ra­kul­mai­sen taso­kar­tan va­sen ja oi­kea sivu voi mo­lem­mat osoit­taa maa­pal­lon maan­tie­teel­li­sen poh­jois­na­paan, sil­lä sa­man­suun­tai­set vii­vat ei­vät kos­kaan koh­taa toi­si­aan. Sa­maan pal­lo­pin­nan ta­sol­la esit­tä­mi­sen on­gel­maan liit­ty­vät myös myö­hem­min esi­tel­tä­vät kart­ta­pro­jek­ti­ot.

Mit­ta­kaa­val­la il­moi­te­taan mat­kan pi­tuus kar­tal­la suh­tees­sa mat­kan pi­tuu­teen luon­nos­sa.

Esi­mer­kik­si mit­ta­kaa­va 1:20 000 ker­too että 1 cm kar­tal­la on 20 000 cm eli 200 m luon­nos­sa. Täs­tä voi­daan pää­tel­lä että 5 cm kar­tal­la on luon­nos­sa 5 cm * 20 000 = 1 km. Mit­ta­kaa­va voi­daan il­moit­taa myös jana­mit­ta­kaa­va­na, joka on yleen­sä käy­tös­sä skaa­lat­ta­vis­sa di­gi­taa­li­sis­sa kar­tois­sa. Pie­ni­mit­ta­kaa­vai­ses­sa kar­tas­sa, esim. 1:1 000 000, maas­ton koh­teet ku­va­taan kar­tal­la hy­vin pie­ni­nä ja il­man yk­si­tyis­koh­tia, kun taas suu­ri­mit­ta­kaa­vai­ses­sa kar­tas­sa, esim. 1:20 000, koh­teet ku­va­taan suu­rem­pi­na ja yk­si­tyis­koh­tai­sem­min. Di­gi­taa­li­set kar­tat si­säl­tä­vät useim­mi­ten sa­mas­ta kar­tas­ta mon­ta eri mit­ta­kaa­vais­ta ver­si­o­ta, jol­loin kart­taa voi­daan suu­ren­taa ja pie­nen­tää tar­peen mu­kaan.

Alu­et­ta moni­puo­li­ses­ti ku­vaa­vien maas­to- ja yleis­kart­to­jen li­säk­si käy­te­tään tie­tyn maan­tie­teel­li­sen il­mi­ön tar­kas­te­lus­sa vain yhtä asi­aa kar­tal­la esit­tä­viä tee­ma­kart­to­ja. Esi­mer­kik­si val­ti­oi­den vä­es­tön­kas­vun no­peut­ta voi­daan ver­tail­la alu­eel­li­ses­ti tee­ma­kar­tal­la, jos­sa val­ti­on vä­rin mää­rää pel­käs­tään sen vä­es­tön­kas­vu­pro­sent­ti.

Suomalaiset kartat

Pe­rus­kar­tan mit­ta­kaa­va on 1:25 000 (van­hois­sa 1:20 000). Yksi kart­ta­leh­ti kat­taa 12 * 24 kilo­met­rin alu­een. Pe­rus­kar­tal­la nä­ky­vät muun mu­as­sa tiet, ra­ken­nuk­set, ve­det, pel­lot, maas­ton ku­vi­ot ja kor­keus­suh­teet sekä suo­je­lu­a­lu­eet.

Maas­to­kart­ta (1:50 000) on yleis­maas­to­kart­ta, joka ku­vaa maas­toa ylei­sem­min kuin pe­rus­kart­ta. Yksi kart­ta­leh­ti kat­taa 24 km * 48 km alu­een. Kar­tan 1 cm vas­taa 500 met­riä maas­tos­sa, kun pe­rus­kar­tas­sa (1:25 000) 1 cm vas­taa 250 met­riä maas­tos­sa.

Ny­kyi­sin kaik­ki pa­pe­ri­sil­le pe­rus- ja maas­to­kar­toil­le pai­net­tu tie­to on tal­len­net­tu­na Maan­mit­taus­lai­tok­sen paik­ka­tie­to­jär­jes­tel­mään, Maas­to­tie­to­kan­taan. Siel­tä voi­daan tu­los­taa kul­loi­seen­kin tar­pee­seen so­pi­via pa­pe­ri­kart­to­ja va­lit­se­mal­la tar­vit­ta­vat tie­dot ja alue. Maas­to­tie­to­kan­nan tie­to­ja pää­see kuka ta­han­sa se­lai­le­maan yk­sin­ker­tai­sim­mil­laan Kan­sa­lai­sen kart­ta­pai­kas­sa ja moni­puo­li­sem­min Paik­ka­tie­to­ik­ku­nas­sa, jos­sa on saa­ta­vil­la pal­jon muu­ta­kin paik­ka­tie­toa.

Koordinaatisto

Koor­di­naa­tis­to on ma­te­maat­ti­nen jär­jes­tel­mä: paik­ka eli pis­teen si­jain­ti voi­daan il­moit­taa kah­den ak­se­lin (x,y) luku­ar­vo­jen avul­la, ku­ten ma­te­ma­tii­kan tun­nil­la olet op­pi­nut. Kos­ka Maa on pal­lo, sen pin­nal­la koor­di­naat­tien mit­ta­yk­sik­kö­nä on kä­te­vin­tä käyt­tää as­tei­ta.

Asi­aa voi ha­vain­nol­lis­taa it­sel­leen aset­ta­mal­la kart­ta­pal­lon vie­reen läpi­nä­ky­vän ison kol­mi­o­vii­voit­ti­men, jon­ka reu­noil­la on aste­lu­vut 0-180. Kun kol­mi­o­vii­voit­ti­men pit­kä sivu on päi­vän­ta­saa­jan koh­dal­la ja suun­tai­ses­ti, 90 as­tet­ta kär­jes­sä osoit­taa poh­jois­na­paa ja as­tei­kol­ta 0-90 as­tet­ta voi lu­kea le­veys­pii­rit. Vas­taa­vas­ti pi­tuus­pii­rien aste­lu­vut voi lu­kea aset­ta­mal­la kol­mi­o­vii­voi­tin na­val­le ja nol­la­koh­ta Lon­toon koh­dal­le. Tar­kas­ti ot­ta­en kol­mi­o­vii­voi­tin pi­täi­si toki lait­taa kart­ta­pal­lon kes­ki­pis­tee­seen, mut­ta käy­tän­nös­sä se ei on­nis­tu.

Maan­tie­tees­sä koor­di­naa­tis­ton ak­se­lit ovat lon­too­lai­sen täh­ti­tor­nin kaut­ta kul­ke­vak­si so­vit­tu 0-pi­tuus­pii­ri ja 0-le­veys­pii­ri eli päi­vän­ta­saa­ja. Koor­di­naa­tis­ton nol­la­koh­ta eli ori­go on nii­den leik­kaus­pis­tees­sä At­lan­tin val­ta­me­res­sä.

Päi­vän­ta­saa­jan li­säk­si tun­net­tu­ja le­veys­pii­re­jä ovat Kra­vun ja Kau­riin kään­tö­pii­rit sekä napa­pii­rit. 0-pi­tuus­pii­rin li­säk­si mer­kit­tä­vä pi­tuus­pii­ri on Tyy­nel­lä­me­rel­lä ole­va pi­tuus­pii­ri 180 as­tet­ta, jota päi­vä­mää­rän­raja myö­täi­lee.

Kartan piirtämisen ongelmia – erilaisia projektioita

Yri­tä kuo­ria ome­na tai man­da­rii­ni niin, että kuo­ris­ta syn­tyy suo­ra­kai­teen muo­toi­nen ku­vio tai yri­tä lait­taa tii­viis­ti kart­ta­pal­lon pin­nal­le iso pa­pe­ri­ark­ki niin, ett­ei se ry­pis­tyi­si. Huo­maat pian, ett­ei kum­pi­kaan on­nis­tu. Maa­pal­lon piir­tä­mi­nen pa­pe­ril­le ei myös­kään on­nis­tu il­man on­gel­mia: pal­loa ei voi ku­va­ta ta­sol­le il­man vää­ris­ty­miä.

Kart­ta­pro­jek­tio on me­ne­tel­mä, jos­sa maa­pal­lon pin­taa ku­va­taan (pro­ji­soi­daan) pin­nal­le, esi­mer­kik­si pa­pe­ril­le. Taso voi olla myös lie­riö tai kar­tio.

Kart­to­jen lu­ke­mi­sen kan­nal­ta on tär­keä ym­mär­tää, että kart­ta­pro­jek­ti­on seu­rauk­se­na kar­tan jo­kin asia voi olla enem­män to­tuu­den­mu­kai­nen kuin toi­nen asia tai että eri kar­tois­sa sama asia voi näyt­tää ai­van eri­lai­sel­ta.

Oi­ke­a­kul­mai­nen pro­jek­tio

Kuva 2.5. Maa­il­man­kart­ta Mercatorin pro­jek­ti­os­sa.

Oi­ke­a­kul­mai­sis­sa kar­tois­sa il­man­suun­tien vä­li­set kul­mat ovat oi­kein.  Oi­ke­a­kul­mais­ta Mercatorin pro­jek­ti­o­ta käy­tet­tiin me­ren­ku­lus­sa jo kes­ki­a­jal­la. Sen avul­la oli hyvä suun­nis­taa, sil­lä kom­pas­si­suun­nan saat­toi ot­taa vaik­ka val­ta­me­ren yli. Suun­nis­ta­mi­ses­sa piti kui­ten­kin huo­mi­oi­da, että mit­ta­kaa­va vaih­te­lee Mercatorin pro­jek­ti­on mu­kai­sen kar­tan eri osis­sa: lä­hel­lä päi­vän­ta­saa­jaa kar­tan 1 cm on luon­nos­sa pal­jon pi­dem­pi mat­ka kuin lä­hel­lä poh­jois­na­paa mi­tat­tu kar­tan 1 cm. Tämä se­lit­tää sen, mik­si ”Mercatorin kar­tas­sa” esi­mer­kik­si Grön­lan­ti tai Suo­mi näyt­tä­vät suh­teet­to­man suu­ril­ta alu­eil­ta ja Af­rik­ka suh­teet­to­man pie­nel­tä.

Oi­ke­a­pin­tai­nen pro­jek­tio

Kuva 2.6. Maa­il­man­kart­ta Pe­ter­sin pro­jek­ti­os­sa eli Gall-Pe­ter­sin pro­jek­ti­os­sa.

Oi­ke­a­pin­tai­sis­sa kar­tois­sa alu­ei­den, esi­mer­kik­si maan­o­sien pin­ta-alat esi­te­tään oi­ke­an­lai­si­na. Oi­ke­a­pin­tai­sia kart­to­ja käy­te­tään mm. maa­pal­lon eri osien esit­tä­mi­ses­sä. Oi­ke­a­pin­tai­sen kar­tan käy­tön on­gel­ma­na on se, että esi­mer­kik­si val­ti­oi­den muo­dot ei­vät vas­taa to­del­li­suut­ta eli sitä mil­tä ne näyt­täi­si­vät ava­ruu­des­ta kat­sot­tu­na tai kart­ta­pal­los­sa.

Eri pro­jek­ti­oi­ta yh­dis­tä­vät kar­tat

Kuva 2.7. Maa­il­man­kart­ta Robinsonin pro­jek­ti­os­sa.

Mo­nis­sa kar­tois­ta on yh­dis­tet­ty eri­lais­ten pro­jek­ti­oi­den omi­nai­suuk­sia.  Toi­sin sa­no­en täl­lai­nen kart­ta ei ole min­kään asi­an suh­teen ai­van oi­kein, mut­ta esi­mer­kik­si pin­ta-alo­jen ja il­man­suun­tien vää­ris­ty­mät ei­vät ole hait­taa­van suu­ria. Esi­merk­ki täl­lai­ses­ta pro­jek­ti­os­ta on ny­kyi­sin maa­il­man­kar­tois­sa ylei­ses­ti käy­tet­ty Robinsonin pro­jek­tio.

Paikkatietojärjestelmät

Kar­tat ovat ol­leet vuo­si­sa­to­jen ajan maan­tie­teen tär­kein tut­ki­mus­tu­los­ten esit­tä­mis­tapa. Kun koor­di­naa­tis­ton käyt­töä ke­hi­tet­tiin, voi­tiin ker­toa pai­kan si­jain­ti koor­di­naa­teil­la. Esi­mer­kik­si Hel­sin­gin tuo­mi­o­kir­kon si­jain­ti voi­daan il­moit­taa koor­di­naat­tien avul­la: 60°10.226′ poh­jois­ta le­veyt­tä, 24° 57.138′ itäis­tä pi­tuut­ta.

Tie­to­kone­oh­jel­mien ke­hit­ty­mi­sen myö­tä voi­daan sa­maan paik­ka­tie­to­jär­jes­tel­mään tal­len­taa lu­kuis­ten eri asi­oi­den koor­di­naat­ti­tie­to­ja eli si­jain­ti­tie­to­ja. Uu­te­na mah­dol­li­suu­te­na ver­rat­tu­na pa­pe­ri­kart­toi­hin paik­ka­tie­to­jär­jes­tel­män di­gi­taa­li­seen kar­tan jo­kai­seen koh­tee­seen voi­daan liit­tää myös mui­ta tie­to­ja, omi­nai­suus­tie­to­ja. Edel­lä mai­ni­tun Hel­sin­gin tuo­mi­o­kir­kon ta­pauk­ses­sa tar­kat x,y -koo­di­naa­tit ovat sen si­jain­ti­tie­to ja esi­mer­kik­si kir­kon nimi, ra­ken­nus­vuo­si, käyt­tö­tar­koi­tus jne. ovat sen omi­nai­suus­tie­to­ja.

Kar­tan koh­tei­den omi­nai­suus­tie­dot tal­len­ne­taan paik­ka­tie­to­jär­jes­tel­mäs­sä eri­tyi­seen tie­to­kan­taan, joka voi­daan esit­tää ri­veis­tä ja sa­rak­keis­ta koos­tu­va­na tau­luk­ko­na. Tau­lu­kon jo­kai­nen rivi edus­taa tiet­tyä paik­kaa ja sa­ra­ke paik­ko­jen eri­lai­sia omi­nai­suuk­sia. Kun omi­nai­suus­tie­to-tie­to­kan­ta geokoodataan, jo­kai­nen sen rivi yh­dis­te­tään tiet­tyyn si­jain­ti­tie­toon ja saa­daan paik­ka­tie­toa.

Ha­lu­tut tie­dot koo­taan yh­teen kart­ta­poh­jaan omik­si ta­soik­seen. Näi­tä ta­so­ja so­pi­vas­ti yh­dis­te­le­mäl­lä voi­daan koos­taa tiet­tyyn tar­koi­tuk­seen so­pi­va kart­ta tai ana­ly­soi­da vi­su­aa­li­ses­ti alu­eel­li­sia il­mi­öi­tä. Voi­daan esi­mer­kik­si tar­kas­tel­la, mi­ten maas­ton kor­keus me­ren­pin­nas­ta vai­kut­taa alu­een asu­kas­ti­hey­teen.

Käy­tät paik­ka­tie­to­jär­jes­tel­miä ny­kyi­sin mo­nin eri ta­voin, vaik­ka ehkä et ole­kaan poh­ti­nut mi­ten jär­jes­tel­mä on ra­ken­net­tu tai mi­ten se toi­mii. Paik­ka­tie­to­jär­jes­tel­mien eli GIS:n (Geographical Information Systems) hyö­dyn­tä­mi­nen on yksi no­peim­min kas­va­vis­ta tie­to­tek­nii­kan alois­ta. Muun mu­as­sa pu­he­li­mien val­mis­ta­jat ja haku­kone­yh­ti­öt tar­jo­a­vat paik­ka­tie­to­jär­jes­tel­miin pe­rus­tu­via so­vel­luk­sia: esi­mer­kik­si auto­na­vi­gaa­tio ja ne­tin kart­ta­pal­ve­lut (Goog­le maps, Bing maps, Fonecta jne.).

Suo­men paik­ka­tie­to­ja pää­set käyt­tä­mään ke­hit­ty­väs­sä Paik­ka­tie­to­ik­ku­nas­sa. Jos ha­lu­at pe­reh­tyä li­sää paik­ka­tie­to­jär­jes­tel­miin, se on­nis­tuu kä­te­väs­ti Ope­tus­hal­li­tuk­sen Paik­ka­Oppi-verk­ko­pal­ve­lus­sa. Kan­sain­vä­lis­tä paik­ka­tie­toa taas pää­set tut­ki­maan Goog­le Earthissa tai ArcGIS Explorer Onlinessa.

Suo­mes­sa paik­ka­tie­to­jär­jes­tel­miä hyö­dyn­ne­tään te­hok­kaas­ti esi­mer­kik­si met­sä­ta­lou­des­sa. Met­sän­hoi­ta­ja te­kee tie­to­ko­neen­sa paik­ka­tie­to­jär­jes­tel­mäl­lä met­sän hak­kuu­suun­ni­tel­man pe­rus­tu­en tie­toi­hin kas­vu­pai­kas­ta, puus­ton ikä­ra­ken­tees­ta, mää­räs­tä ja la­jeis­ta sekä alu­eel­la si­jait­se­vis­ta suo­je­lua vaa­ti­vis­ta eri­tyis­koh­teis­ta ku­ten esi­mer­kik­si läh­teis­tä. Met­sä­ko­neen kul­jet­ta­ja suo­rit­taa hak­kuun suun­ni­tel­man mu­kai­ses­ti sa­maan paik­ka­tie­to­jär­jes­tel­mään lan­gat­to­mas­ti yh­dis­te­tyn sa­tel­liit­ti­pai­kan­nuk­sel­la va­rus­te­tun kart­ta­tie­to­ko­neen­sa opas­tuk­sel­la. Tuk­ki­re­kan kul­jet­ta­ja taas löy­tää kone­u­ra­koit­si­jan te­ke­mät puu­pi­not ja oi­ke­an ajo­rei­tin rek­kan­sa paik­ka­tie­to­jär­jes­tel­män avul­la.

Kuva 2.1. Maa­il­man kart­ta.

Kuva 2.2. Maas­to­kart­ta (1:50 000) on yleis­maas­to­kart­ta, joka ku­vaa maas­toa ylei­sem­min kuin pe­rus­kart­ta.

Kuva 2.3. Maa­il­man­kart­ta. Pu­nai­nen pis­te osoit­taa Tur­kis­sa ole­van Is­tan­bu­lin si­jain­nin. Se on suun­nil­leen 40 as­tet­ta poh­jois­ta le­veyt­tä (40° N) ja 30 as­tet­ta itäis­tä pi­tuut­ta (30° E).

Kuva 2.4. Il­man­suun­nat osoit­ta­va ku­vio, kart­ta­pal­lo­ja ja maa­il­man­kart­ta. Huo­maat­ko, että maa­il­man­kar­tan piir­tä­mi­nen kart­ta­pal­los­ta on vai­ke­aa?

Kuva 2.8. Paik­ka­tie­to-oh­jel­mis­to, jos­sa va­sem­mal­la lu­et­te­lo kar­tan ta­sois­ta ja oi­ke­al­la kart­ta­nä­ky­mä.

Kuva 2.9. Paik­ka­tie­to­jär­jes­tel­mä koos­tuu käyt­tä­jäs­tä, paik­ka­tie­to-oh­jel­mis­tos­ta, kä­si­tel­tä­väs­tä ai­neis­tos­ta sekä lait­teis­tos­ta.

Kuva 2.10. Ny­kyi­sin paik­ka­tie­to­so­vel­luk­set ovat kes­kei­nen osa mm. kän­ny­köi­tä.

Kuva 2.11. Paik­ka­tie­to­jär­jes­tel­miä hyö­dyn­ne­tään met­sä­ta­lou­des­sa tuk­ki­rek­ko­jen reit­tien suun­nit­te­lus­sa.

Kuva 2.12. GPS-lai­te mää­rit­tää tar­kat koor­di­naa­tit sa­tel­liit­tien avul­la.

Kuva 2.13. Me­ren poh­jan muo­to­jen mal­lin­nus­ta paik­ka­tie­to­jär­jes­tel­män avul­la.