Из Википедии, свободной 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, хотя в некоторых деталях она 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 в разных датумах, а также их начало и ориентация в пространстве, связь между координатами, относящимися к одному элементу данных, и координатами, относящимися к другому элементу данных, не определена и может быть только приближена. 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 линейный сегмент OP 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 . [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 можно рассматривать как местную систему 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 конвертирует 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