Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Геодезические данные или геодезическая система (также: геодезическая опорная точка или геодезическая система отсчета ) представляет собой систему для точного измерения местоположения на Земле или другого планетарного теле. [1] Датумы имеют решающее значение для любой технологии или техники, основанной на пространственном местоположении, включая геодезию , навигацию , съемку , географические информационные системы , дистанционное зондирование и картографию . Горизонтальный датум используется для измерения местоположения поперек полосы земной поверхности «s, в широтеи долгота или другая система координат; вертикальная опорная используется для измерения высоты или глубины относительно стандартного происхождения, такие как среднее значение уровня моря (MSL). С появлением глобальной системы позиционирования (GPS) эллипсоид и система координат WGS 84, которые она использует, вытеснили большинство других во многих приложениях. WGS 84 предназначен для глобального использования, в отличие от большинства более ранних датумов.

До GPS, не было никакого точным способом измерить положение места , которое было далеко от универсальных ориентиров, таких как от меридиана в Гринвичской обсерватории по долготе, от экватора на широту, или от ближайшего берега на уровень моря . Астрономические и хронологические методы имеют ограниченную точность и точность, особенно на больших расстояниях. Даже для GPS требуется предопределенная структура, на которой будут основываться свои измерения, поэтому WGS 84 по существу функционирует как точка отсчета, даже несмотря на то, что в некоторых деталях он отличается от традиционной стандартной горизонтальной или вертикальной системы отсчета.

Стандартная спецификация датума (горизонтальная или вертикальная) состоит из нескольких частей: модели формы и размеров Земли, такой как опорный эллипсоид или геоид ; происхождения , при котором эллипсоид / геоидом привязан к известному (часто monumented) местоположение на или внутри Земли (не обязательно при 0 широты 0 долготы); и несколько контрольных точек , которые были точно измерены от начала и зафиксированы. Затем координаты других мест измеряются от ближайшей контрольной точки путем съемки.. Поскольку эллипсоид или геоид различаются между датами, а также их начало и ориентация в пространстве, связь между координатами, относящимися к одной системе координат, и координатами, относящимися к другой системе координат, не определена и может быть только приблизительно. При использовании местных баз данных несоответствие на земле между точкой, имеющей одинаковые горизонтальные координаты в двух разных базах данных, может достигать километров, если точка находится далеко от начала одной или обеих точек привязки. Это явление называется сдвигом нулевой точки .

Поскольку Земля представляет собой несовершенный эллипсоид, местные системы координат могут дать более точное представление о некоторой конкретной области покрытия, чем WGS 84. OSGB36 , например, является лучшим приближением к геоиду, покрывающему Британские острова, чем глобальный эллипсоид WGS 84. [2] Однако, поскольку преимущества глобальной системы перевешивают большую точность, глобальные данные WGS 84 становятся все более популярными. [3]

Эталонный ориентир City of Chicago

История [ править ]

Великая тригонометрическая съемка Индии, одна из первых съемок, достаточно всеобъемлющих, чтобы установить геодезические данные.

Сферическая природа Земли была известна древним грекам, которые также разработали концепции широты и долготы и первые астрономические методы их измерения. Этих методов, сохраненных и доработанных мусульманскими и индийскими астрономами, было достаточно для глобальных исследований 15 и 16 веков.

Однако научные достижения эпохи Просвещения принесли признание ошибок в этих измерениях и потребовали большей точности. Это привело к технологическим новшествам , таким как 1735 морского хронометр по Джону Харрисону , но и к пересмотру основных предположений о форме самой Земли. Исаак Ньютон постулировал, что сохранение количества движения должно сделать Землю сплющенной (более широкой на экваторе), в то время как ранние исследования Жака Кассини (1720) привели его к выводу, что Земля была вытянутой (более широкой на полюсах). Последующие французские геодезические миссии (1735-1739) в Лапландиюи Перу подтвердили Ньютон, но также обнаружили вариации силы тяжести, которые в конечном итоге привели к модели геоида .

Современным развитием было использование тригонометрической съемки для точного измерения расстояния и местоположения на больших расстояниях. Начиная с обследований Жака Кассини (1718 г.) и англо-французского обследования (1784–1790 гг.) , К концу 18-го века сети управления обследованиями охватили Францию и Соединенное Королевство . Более амбициозные проекты, такие как Геодезическая дуга Струве в Восточной Европе (1816-1855) и Великая тригонометрическая съемка Индии (1802-1871), заняли гораздо больше времени, но привели к более точным оценкам формы земного эллипсоида.. Первая триангуляция в Соединенных Штатах не была завершена до 1899 года.

В результате исследования в США были получены Североамериканские датум (горизонтальный) 1927 года (NAD27) и вертикальный датум 1929 года (NAVD29), первые стандартные системы координат, доступные для общего пользования. За этим последовала публикация национальных и региональных данных в течение следующих нескольких десятилетий. Улучшение измерений, включая использование первых спутников , позволило получить более точные данные в конце 20-го века, такие как NAD83 в Северной Америке, ETRS89 в Европе и GDA94 в Австралии. В то время глобальные датумы были также впервые разработаны для использования в системах спутниковой навигации , особенно во Всемирной геодезической системе (WGS 84), используемой в глобальной системе позиционирования США.(GPS) и Международной наземной системы отсчета и кадра (ITRF), используемой в европейской системе Galileo .

Горизонтальная база [ править ]

Горизонтальная система координат - это модель, используемая для измерения положения на Земле. Определенная точка может иметь существенно разные координаты, в зависимости от системы координат, использованной для измерения. Есть сотни местных горизонтальных датумов во всем мире, как правило , ссылается на какую - то удобную местную опорной точку. Современные датумы, основанные на все более точных измерениях формы Земли, предназначены для охвата больших площадей. Система координат WGS 84 , которая почти идентична системе координат NAD83, используемой в Северной Америке, и системе координат ETRS89, используемой в Европе, является общей стандартной системой координат. [ необходима цитата ]


Вертикальная точка отсчета [ править ]

Вертикальные опорный является эталонной поверхностью для вертикальных положений , таких как возвышения Земли функций , включая местности , батиметрию , уровень воды и искусственные сооружения.

Приближенное определение уровня моря является точка привязки WGS - 84 , в эллипсоид , в то время как более точное определение Земли Гравитационное Модель 2008 (EGM2008), с использованием по меньшей мере , 2,159 сферические гармоники . Другие точки отсчета определены для других областей или в другое время; ED50 был определен в Европе в 1950 году и отличается от WGS 84 на несколько сотен метров, в зависимости от того, где в Европе вы посмотрите. На Марсе нет океанов и, следовательно, уровня моря, но по крайней мере две марсианские системы координат были использованы для определения местоположения там.

Геодезические координаты [ править ]

Же положение на сфероиде имеет различный угол для широты , в зависимости от того , измеряются угол от нормального отрезка СРА на эллипсоид (угол & alpha ; ) или линию сегмент AP от центра (угла р ). Обратите внимание, что « плоскостность» сфероида (оранжевый) на изображении больше, чем у Земли; в результате соответствующая разница между «геодезическими» и «геоцентрическими» широтами также преувеличена.

В геодезических координатах поверхность Земли аппроксимируется эллипсоидом , а местоположения вблизи поверхности описываются в терминах широты ( ), долготы ( ) и высоты ( ). [примечание 1]

Геодезическая и геоцентрическая широта [ править ]

Геодезическая широта и геоцентрическая широта представляют собой аналогичные величины с разными определениями. Геодезическая широта определяется как угол между экваториальной плоскостью и нормалью к поверхности в точке эллипсоида, тогда как геоцентрическая широта определяется как угол между экваториальной плоскостью и радиальной линией, соединяющей центр эллипсоида с точкой на поверхности. (см. рисунок). При использовании без уточнения термин широта относится к геодезической широте. Например, широта, используемая в географических координатах, - это геодезическая широта. Стандартное обозначение геодезической широты - φ . Стандартных обозначений геоцентрической широты не существует; примеры включают θ ,ψ , φ ′ .

Точно так же геодезическая высота определяется как высота над поверхностью эллипсоида, перпендикулярно эллипсоиду; тогда как геоцентрическая высота определяется как высота над поверхностью эллипсоида вдоль линии, ведущей к центру эллипсоида (радиус). При использовании без уточнения термин высота относится к геодезической высоте; как используется в авиации. Геоцентрическая высота обычно используется в орбитальной механике .

Эллипсоид Земли [ править ]

Определение и производные параметры [ править ]

Эллипсоид полностью параметризован большой полуосью и уплощением .

Из и можно получить малую полуось , первый и второй эксцентриситет эллипсоида.

Параметры для некоторых геодезических систем [ править ]

Два основных справочных эллипсоида, используемых во всем мире, - это GRS80 [4] и WGS 84. [5]

Более полный список геодезических систем можно найти здесь .

Геодезическая справочная система 1980 г. (GRS80) [ править ]

Мировая геодезическая система 1984 (WGS 84) [ править ]

Глобальная система позиционирования (GPS) использует Мировую геодезическую систему 1984 (WGS 84) для определения местоположения точки у поверхности Земли.

Преобразование датума [ править ]

Разница в координатах между датами обычно называется сдвигом нулевой точки . Сдвиг датума между двумя конкретными датумами может варьироваться от одного места к другому в пределах одной страны или региона и может составлять от нуля до сотен метров (или нескольких километров для некоторых удаленных островов). Северный полюс , Южный полюс и экватор будут находиться в разных местах на разных системах координат, поэтому True North будет немного отличаться. В разных системах отсчета используются разные интерполяции для точной формы и размера Земли ( опорные эллипсоиды). Например, в Сиднее существует разница в 200 метров (700 футов) между координатами GPS, настроенными в GDA (на основе глобального стандарта WGS 84) и AGD (используется для большинства локальных карт), что является неприемлемо большой ошибкой для некоторых приложений, таких как в качестве места съемки или места для подводного плавания с аквалангом . [6]

Преобразование датума - это процесс преобразования координат точки из одной системы датума в другую. Поскольку геодезические сети, на которых традиционно основывались данные, нерегулярны, а ошибка в ранних съемках распределяется неравномерно, преобразование датумов не может быть выполнено с использованием простой параметрической функции. Например, преобразование из NAD27 в NAD83 выполняется с помощью NADCON (позже усовершенствованного как HARN), растровой сетки, охватывающей Северную Америку, со значением каждой ячейки, являющимся средним расстоянием корректировки для этой области по широте и долготе. Преобразование датума часто может сопровождаться изменением проекции карты .

Обсуждение и примеры [ править ]

Геодезическая базовая система координат - это известная и постоянная поверхность, которая используется для описания местоположения неизвестных точек на Земле. Поскольку опорные точки отсчета могут иметь разные радиусы и разные центральные точки, конкретная точка на Земле может иметь существенно разные координаты в зависимости от системы отсчета, использованной для измерения. Есть сотни локально разработанных справочных датумами во всем мире, как правило , ссылаются на какой - то удобной местной опорной точки. Современные датумы, основанные на все более точных измерениях формы Земли, предназначены для охвата больших площадей. Наиболее распространенными эталонными датами, используемыми в Северной Америке, являются NAD27, NAD83 и WGS 84 .

Североамериканский Datum 1927 (NAD 27) является «горизонтальный контроль датум для Соединенных Штатов , которое было определено местоположение и азимута на Кларка сфероида 1866 г., с началом в точке (обследования станции) Мидс Ranch (штат Канзас) .» ... Геоидальная высота на ранчо Мидес была принята равной нулю, поскольку не было достаточных данных о гравитации, и это было необходимо, чтобы связать измерения поверхности с датумом. «Геодезические позиции на североамериканском датуме 1927 года были получены из (координат и азимута ранчо Мидс) путем корректировки триангуляции всей сети, в которой были введены азимуты Лапласа, и был использован метод Боуи». ( http://www.ngs.noaa.gov/faq.shtml#WhatDatum ) NAD27 - это местная справочная система, охватывающая Северную Америку.

Североамериканская система отсчета 1983 года (NAD 83) - это «горизонтальная контрольная точка отсчета для Соединенных Штатов, Канады, Мексики и Центральной Америки, основанная на геоцентрическом происхождении и Геодезической системе отсчета 1980 года ( GRS80 )». NAD 83 ... основан на корректировке 250 000 точек, включая 600 спутниковых доплеровских станций, которые ограничивают систему геоцентрическим происхождением. "NAD83 может считаться местной системой привязки.

WGS 84 - это всемирная геодезическая система 1984 года. Это система отсчета, используемая Министерством обороны США (DoD) и определенная Национальным агентством геопространственной разведки (NGA) (ранее - Агентство картографирования обороны, затем Национальное агентство изображений и Картографическое агентство). WGS 84 используется Министерством обороны для всех его картографических, картографических, геодезических и навигационных нужд, включая GPS."широковещательные" и "точные" орбиты. WGS 84 был определен в январе 1987 года с использованием методов доплеровской спутниковой съемки. Он был использован в качестве опорного кадра для широковещательной передачи GPS - эфемерид (орбиты) , начинающийся 23 января 1987. В 0000 по Гринвичу 2 января 1994, WGS 84 была модернизирована в измерениях GPS точности с помощью. Официальное название затем стало WGS 84 (G730), так как дата обновления совпало с началом GPS Week 730. Она стала отсчетом для широковещательных орбит 28 июня 1994 года В 0000 по Гринвичу 30 сентября 1996 года (начало GPS Неделя 873), WGS 84 был снова переопределен и более точно соответствовал кадру ITRF 94 Международной службы вращения Земли (IERS) . Тогда он официально назывался WGS 84 (G873). WGS - 84 (G873) был принят в качестве опорного кадра для широковещательной передачи орбит 29 января,1997 г.[7] Другое обновление принесло его в WGS84 (G1674).

Система координат WGS 84, расположенная в пределах двух метров от системы координат NAD83, используемой в Северной Америке, является единственной действующей мировой системой координат. WGS 84 - это стандартная система координат по умолчанию для координат, хранящихся в развлекательных и коммерческих устройствах GPS.

Предупреждаем пользователей GPS, что они всегда должны проверять датум карт, которые они используют. Чтобы правильно ввести, отобразить и сохранить координаты карты, привязанные к карте, датум карты должен быть введен в поле датума карты GPS.

Примеры [ править ]

Примеры датумов карты:

  • WGS 84 , 72, 66 и 60 Мировой геодезической системы
  • NAD83 , североамериканский датум, очень похожий на WGS 84.
  • NAD27 , более старый североамериканский датум , из которого NAD83 был в основном переделан [1]
  • OSGB36 из Картографического в Великобритании
  • ETRS89 , европейский датум , связанный с ITRS
  • ED50 , более старый европейский датум
  • GDA94 , австралийский датум [8]
  • JGD2011 , японский датум , скорректированный с учетом изменений, вызванных землетрясением Тохоку и цунами 2011 года [9]
  • Tokyo97 , старый японский датум [10]
  • KGD2002 , корейский датум [11]
  • TWD67 и TWD97 , разные данные в настоящее время используются на Тайване. [12]
  • BJS54 и XAS80 , старые геодезические данные, используемые в Китае [13]
  • GCJ-02 и BD-09 , китайские зашифрованные геодезические данные.
  • ПЗ-90.11 , текущая геодезическая база , используемая ГЛОНАСС [14]
  • GTRF , геодезическая привязка, используемая Галилео ; в настоящее время определяется как ITRF2005 [15]
  • CGCS2000 или CGS-2000 , геодезическая привязка, используемая навигационной спутниковой системой BeiDou ; на основе ITRF97 [15] [16] [17]
  • Международные наземные системы отсчета (ITRF88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 96, 97, 2000, 2005, 2008, 2014), различные реализации ITRS . [18] [19]
  • Hong Kong Principal Datum , вертикальная система координат, используемая в Гонконге. [20] [21]

См. Также [ править ]

  • Соглашения об осях
  • ECEF
  • ECI (координаты)
  • Инженерные данные
  • Фигура Земли
  • Преобразование географических координат
  • Ссылка на сетку
  • Международная наземная система отсчета
  • Артиллерийский Datum
  • Мировая геодезическая система

Сноски [ править ]

  1. ^ О порядке расположения координат вправо / влево, т. Е.Илисм. Сферическая система координат # Соглашения .

Ссылки [ править ]

  1. ^ Дженсен, Джон Р .; Дженсен, Райан Р. (2013). Вводные географические информационные системы . Пирсон. п. 25.
  2. ^ «Геоид — Справка | ArcGIS for Desktop» . desktop.arcgis.com . Архивировано 02 февраля 2017 года . Проверено 23 января 2017 .
  3. ^ «Датумы — Справка | ArcGIS for Desktop» . desktop.arcgis.com . Архивировано 02 февраля 2017 года . Проверено 23 января 2017 .
  4. ^ "Техническое руководство GDA" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 20 марта 2018 года . Проверено 20 февраля 2017 .
  5. ^ Официальная мировая геодезическая система 1984
  6. ^ McFadyen, GPS и дайвинг архивации 2006-08-19 в Wayback Machine
  7. ^ Обзор, Министерство торговли США, NOAA, National Geodetic. «Национальная геодезическая служба - Часто задаваемые вопросы FAQ» . www.ngs.noaa.gov . Архивировано 19 октября 2011 года.
  8. ^ [email protected], Алекс Крейвен (RMM Design). «GDA94: часто задаваемые вопросы» . www.geoproject.com.au . Архивировано 15 августа 2016 года.
  9. ^ «日本 測 地 系 2011 (JGD2011) と は? - 空間 情報 ク ラ ブ» . club.informatix.co.jp . 2015-08-20. Архивировано 20 августа 2016 года.
  10. ^ "座標 変 換 ソ フ ト ウ ェ ア TKY2JGD | 国土 地理 院" . www.gsi.go.jp . Архивировано 5 ноября 2017 года.
  11. ^ Ян, H .; Lee, Y .; Choi, Y .; Kwon, J .; Lee, H .; Чон, К. (2007). «Переход корейского датума в мировую геодезическую систему». Тезисы весеннего собрания AGU . 2007 : G33B – 03. Bibcode : 2007AGUSM.G33B..03Y .CS1 maint: uses authors parameter (link)
  12. ^ 台灣 地圖 夢想家 -SunRiver. «大地 座標 系統 與 二度 分 帶 座標 解讀 - 上 河 文化» . www.sunriver.com.tw . Архивировано 20 августа 2016 года.
  13. ^ Анализ метода преобразования и слияния карт из результатов съемки и картирования BJS54 XA80 в CGCS2000. Архивировано 18 сентября 2016 г. на Wayback Machine.
  14. ^ «Осуществлен переход к использованию наземной геоцентрической системы координат« Параметры Земли 1990 »(ПЗ-90.11) в работе Глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС)» . www.glonass-iac.ru . Архивировано 07 сентября 2015 года.
  15. ^ a b «Использование международных справочных материалов для операций и приложений GNSS» (PDF) . unoosa.org . Архивировано (PDF) из оригинала 22 декабря 2017 года.
  16. ^ Справочник по спутниковым орбитам: от Кеплера до GPS, таблица 14.2.
  17. ^ BeiDou Navigation Satellite System Signal In Space Interface Control Document, Open Service Signal (Version 2.0) Архивировано 8 июля 2016 г. вразделе 3.2 Wayback Machine
  18. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 26 января 2017 года . Проверено 19 августа 2016 . CS1 maint: archived copy as title (link)
  19. ^ «Общие понятия» . itrf.ensg.ign.fr . Архивировано 4 декабря 2008 года.
  20. ^ "Вертикальный базис, используемый в Китае - Гонконг - на суше" . Архивировано 13 ноября 2012 года.
  21. ^ «Пояснительные записки по геодезическим базам в Гонконге» (PDF) . geodetic.gov.hk . Архивировано из оригинального (PDF) 09 ноября 2016 года . Проверено 19 августа 2016 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  1. Список геодезических параметров для многих систем от Университета Колорадо
  2. Гапошкин, Е.М. и Колачек, Барбара (1981) Справочные системы координат для динамики Земли Тейлор и Фрэнсис ISBN 9789027712608 
  3. Каплан, Понимание GPS: принципы и приложения , 1-е изд. Норвуд, Массачусетс 02062, США: Artech House, Inc., 1996.
  4. Примечания к GPS
  5. П. Мисра и П. Энге, Сигналы, измерения и характеристики глобальной системы позиционирования . Линкольн, Массачусетс: Ganga-Jamuna Press, 2001.
  6. Питер Х. Дана: Обзор геодезических данных - большой объем технической информации и обсуждения.
  7. Национальная геодезическая служба США

Внешние ссылки [ править ]

  • GeographicLib включает утилиту CartConvert, которая преобразует между геодезическими и геоцентрическими ( ECEF ) или местными декартовыми (ENU) координатами. Это обеспечивает точные результаты для всех входных данных, включая точки, близкие к центру Земли.
  • Сборник геодезических функций, решающих самые разные задачи геодезии в Matlab .
  • NGS FAQ - Что такое геодезические данные?
  • О поверхности Земли на kartoweb.itc.nl