Kartoitus

Kartoitus tai kartografia (kreikan sanoista chartis ’kartta’ ja graphein ’kirjoittaa’) tarkoittaa kartan avulla esittämistä, yleisimmin maan pinnan tai sen tietyn osa-alueen kuvaamista kartalle. Kartoituksella voidaan tarkoittaa myös minkä tahansa asian järjestelmällistä ja kattavaa dokumentointia.
Kartografia tarkoittaa myös karttojen tuottamista tutkivaa tieteenalaa, karttaoppia. Kartografia lasketaan yleisesti maantieteen osa-alueeksi.
Kartat on perinteisesti valmistettu kynän ja paperin avulla, mutta nykyisin tietokoneet ovat mullistaneet kartografian. Karttoja on hyvin erityyppisiä, ja ne voidaan jaotella esimerkiksi pieni- ja suurimittakaavaisiin.

Karttaprojektio ja mittakaava

Maapallo voidaan kuvata oikein suhtein vain ellipsoidin muotoiselle kartalla, joten tasolla olevat kartat ovat aina vääristyneitä. Ellipsoidi (erikoistapauksenaan pallo) on mahdollista kuvata tasolle eri tavoin. Kaikkia matemaattisia funktio, joilla kaarevan pinnan koordinaatit muunnetaan tasolle kutsutaan projektioiksi. Karttaprojektioiden ymmärtämistä varten kuvaus on mahdollista esittää siten, että se tapahtuu tasolle, lieriölle ja kartiolle. Tällöin puhutaan muun muassa taso-, lieriö- ja kartioprojektioista. Tämä ei kuitenkaan riitä kuvaamaan kuin osan karttaprojektioista.
Kuten Gauss todisti, niin pallolta tasoon kuvattu maapallon pinta on aina vääristynyt. Vääristymä näkyy joko pinta-alojen, kulmien tai etäisyyksien suhteen. Tämän takia projektiot pyrkivät usein pitämään yhden tai kaksi näistä todellisena tai vain vähän vääristyneenä. Projektiotavan mukaan kartta voikin olla joko oikeapituinen, oikeakulmainen tai oikea-alainen. Tarkoissa kartoissa virhe on käytännössä huomaamaton, mutta etenkin maailmankartoissa kaukana päiväntasaajasta sijaitsevat alueet ovat usein vääristyneitä.
Suomen viimeisin terrestrinen vertauskehys on EUREF-FIN. Julkisen hallinnon suosituksessa määrätään, että tämän kanssa valtakunnallisissa kartastotöissä ja paikkatietopalveluissa pitää olla tuettuna poikittainen Mercatorin projektio. Vastaavasti, sovelluksissa, joissa pinta-alojen pitää säilyä vääristymättöminä, kuten yleensä tilastotiedon kuvauksissa, pitäisi käyttää Lambertin atsimutaalista pinta-alatarkkaa karttaprojektiota, ja kuvauksissa, joissa mittakaava on pienempi kuin 1:500 000, pitäisi käyttää Lambertin kulmatarkkaa kartioprojektiota.Merikarttojen käytössä on sinisen värisissä merikartta EUREF-FIN (vaikka julkaisuissa lukisi virheellisesti WGS 84) ja vanhoissa vihreän värisissä merikartoissa Kartastokoordinaattijärjestelmä. Kummassakin tapauksessa merikarttojen karttaprojektio on Mercatorin projektio.

Maastokartoitus

Maastokartoitus on maastokohteiden ja -muotojen tallentamista takymetrillä, laserskannauksella tai vaihtoehtoisesti GPS-laitteistolla.
Ennen kartoittamisen alkua takymetri täytyy orientoida tiettyyn koordinaatistoon maastossa sijaitsevien pisteiden avulla. Takymetri voidaan tasata tunnetun pisteen päälle (tunnettu asemapiste) tai vapaasti maastoon (vapaa asemapiste). Tasauksen jälkeen takymetriltä tähdätään ensimmäiselle tunnetulle pisteelle, jossa toinen mittamies seisoo prisman kanssa. Nykyaikaisissa takymetreissä on seurantalaite joka hakee prisman monen sadan metrin päästä. Samoin radio-ohjattava robottitakymetri tekee käytännössä toisen mittamiehen tarpeettomaksi, koska sama henkilö voi kantaa mukanaan prismasauvaa ja takymetrin ohjaamiseen tarvittavaa laitteistoa maastotietokoneineen. Takymetri mittaa prismaan etäisyyden ja vaaka- sekä pystykulman. Tämän jälkeen suoritetaan toinen mittaus toiselle tunnetulle pisteelle, jonka jälkeen takymetri pystyy jo laskemaan itsellensä koordinaatit sekä tietämään pohjoissuunnan. Nyt takymetri on valmis kartoitukseen ja toinen mittamies voi mennä osoittamaan prismalla kartoitettavan maastokohteen. Takymetriä käyttävä mittamies määrittelee tarvittaessa kartoitettavalle maastokohteelle tyypin, tunnuksen, pistenumeron (yleensä automaattinen) ja viivatunnuksen, jos kohde on viivamainen. Tarvittaessa apuna voidaan käyttää mittanauhaa. Lopuksi kartoitukset puretaan tietokoneelle ja niitä editoidaan hieman.
Orientoinnissa käytettävät pisteet ovat yleensä olemassa olevia kiintopisteitä (esimerkiksi pultti kalliossa, naula asfaltissa) pistekorteista ilmenevine koordinaattitietoineen. Takymetrin orientointia varten voidaan myös tehdä väliaikaisia apupisteitä joko GPS-laitteistolla tai sitten tallentamalla piste edellisestä orientoidusta asemapisteestä käsin. Tällaisia mittamiesten rakentamia apupisteitä voidaan toisinaan havaita muun muassa teiden reunamilta.
GPS-laitteistolla voidaan myös saada xyz-koordinaattitiedot pisteelle suoraan ilman takymetrin käyttöäkin, tämä tosin vaatii varsin avointa maastoa jossa näkyvyys satelliitteihin on hyvä. Myös virhemarginaalissa voi olla muutamien millien heittoja mittaustekniikasta ja olosuhteista johtuen. GPS tarjoaa kuitenkin monesti takymetriä nopeamman mittaustavan etenkin projekteissa joissa ei vaadita tiheää pistepilveä maastomallin rakentamiseksi tai joissa absoluuttisesta mittaustarkkuudesta voidaan joustaa.

Tieteellinen kartografia ja geoinformatiikka

Tieteenalaa joka tutkii kartoituksen tehtäviä, menetelmiä ja ongelmia kutsutaan kartografiaksi tai karttaopiksi. Perinteisen kartografian lisäksi, joka tutkii lähinnä paikkatietojen visualisointia paperikarttojen muodossa, on viime aikoina vahvasti kehittynyt geoinformatiikka, ala, joka tutkii digitaalisessa muodossa olevien paikkatietojen valmistusta ja käyttöä. Kartografian tärkeät tutkimusaiheet ovat yleistys ja metadata.

Käytännön kartoitus

Kartoituksessa käytettyjen koordinaattien oikeellisuutta varmistetaan geodesian menetelmien avulla. Kartoitettavan alueen yli on ensin mitattava runkoverkko, jolla riittävä geometrinen oikeellisuus varmistetaan. Eritasoisten runkoverkkojen hierarkian alapäässä löytyy kartoitusmittaus, lukuisten kartoitettavien yksityiskohtien mittausta maastossa.
Nykyisin käytetyin runkomittaustekniikka on GPS, mutta suosittu kartoitusmittaustekniikka on edelleen stereokartoitus, jolloin yksityiskohtien mittaus tapahtuu stereokuvaparien muodostamassa ns. stereomallissa. Jälkirekognosointi on silloin aina tarpeen, koska kaikki yksityiskohdat eivät näy ilmakuvista.