Важным требованием, предъявляемым к топографическим картам, является установление единой картографической проекции, в которой должны составляться по возможности топографические карты всех масштабов. Это связано с тем, что использование топографических карт, составленных в разных проекциях, создает большие неудобства в работе. Выбор картографической проекции для топографических карт зависит от размеров картографируемой территории и ее географического положения.

Большинство стран мира для составления топографических карт используют равноугольные проекции, сохраняющие равенство углов между направлениями на карте и на местности и подобие бесконечно малых фигур.

Еще со времен СССР для топографических карт масштабов 1:25 000–1:1 000 000 принята единая равноугольная поперечно-цилиндрическая проекция Гаусса.

Геометрическую сущность единой равноугольной поперечно-цилиндрической проекции Гаусса можно представить следующим образом. Весь земной эллипсоид делят на зоны и для каждой зоны в отдельности составляют карты. При этом устанавливают такие размеры зон, чтобы можно было каждую из них развернуть в плоскость, то есть изобразить на карте, практически без заметных искажений.

Для получения картографической сетки и составления карты в проекции Гаусса поверхность земного эллипсоида разбивают по меридианам на 60 зон по 6° каждая (рис. 1). Более подробно про разграфку и номенклатуру топографических карт можно прочитать здесь.

Деление поверхности Земли на шестиградусные зоны
Рис. 1. Деление поверхности Земли на шестиградусные зоны

Чтобы представить, как получается на плоскости изображение зон,вообразим цилиндр, который касается осевого меридиана одной из зон глобуса (рис. 2).

Проекция зоны на цилиндр, касательный к земному эллипсоиду по осевому меридиану
Рис. 2. Проекция зоны на цилиндр, касательный к земному эллипсоиду по осевому меридиану

Зону спроектируем по законам математики на боковую поверхность цилиндра так, чтобы при этом сохранилось свойство равноугольности изображения (равенство всех углов на поверхности цилиндра их величине на глобусе). Затем спроектируем на боковую поверхность цилиндра все остальные зоны, одну рядом с другой. Разрезав далее цилиндр по образующей АА1 или ВВ1 и развернув его боковую поверхность в плоскость, получим изображение земной поверхности на плоскости в виде отдельных зон (рис. 3).

Изображение зон земного эллипсоида
Рис.3. Изображение зон земного эллипсоида

Осевой меридиан и экватор каждой зоны изображаются прямыми линиями, перпендикулярными друг к другу. Все осевые меридианы зон изображаются без искажения длин и сохраняют масштаб на всем своем протяжении. Остальные меридианы в каждой зоне изображаются в проекции кривыми линиями, поэтому они длиннее осевого меридиана, т.е. искажены. Все параллели также изображаются кривыми линиями с некоторым искажением. Искажения длин линий увеличиваются по мере удаления от осевого меридиана на восток или запад и на краях зоны становятся наибольшими, достигая величины порядка 1/1000 длины линии, измеряемой по карте. Например, если вдоль осевого меридиана, где нет искажений, масштаб равен 500 м в 1 см, то на краю зоны он будет равен 499,5 м в 1 см.

Отсюда следует, что топографические карты имеют искажения и переменный масштаб. Однако эти искажения при измерениях на карте очень незначительны, и потому считают, что масштаб любой топографической карты для всех ее участков является постоянным.

Благодаря единой проекции все наши топографические карты имеют единую систему плоских прямоугольных координат, в которой определяется положение геодезических пунктов, что позволяет получать координаты всех точек и объектов в одной и той же системе координат как по карте, так и при измерениях на местности.