Географическая система координат

геодезия
Основы геодезия Геодинамика Геоматика История
Концепции Географическое расстояние геоид Фигура Земли ( радиус и окружность ) Геодезические координаты Геодезические данные геодезический Представление горизонтального положения Широта  / долгота Картографическая проекция Справочный эллипсоид Спутниковая геодезия Пространственная система отсчета Пространственные отношения Вертикальные положения
Технологии Глобальная нав. Сидел. Системы (ГНСС) Глобальный поз. Система (GPS) ГЛОНАСС (Россия) Бейдоу (BDS) (Китай) Галилей (Европа) НАВИК (Индия) Квази-Зенит Сб. Сис. (QZSS) (Япония) Дискретная глобальная сетка и геокодирование
Стандарты (история) НГВД 29 Уровень моря 1929 г. ОСГБ36 Обзор артиллерийского вооружения Великобритании, 1936 г. СК-42 Система Координат 1942 года ЕД50 Европейская дата 1950 г. САД69 Южноамериканский датум 1969 г. 80 гривен Геодезическая система отсчета 1980 г. ИСО 6709 Координата географической точки. 1983 г. НАД 83 Североамериканский датум 1983 г. ВГС 84 Всемирная геодезическая система 1984 г. НАВД 88 Североамериканская вертикальная система отсчета 1988 г. ETRS89 Европейская наземная связь Сис. 1989 г. GCJ-02 Китайские запутанные данные 2002 г. Географический URI Интернет-ссылка на точку 2010 г. Международная наземная система отсчета Идентификатор системы пространственной привязки (SRID) Универсальная поперечная Меркатора (UTM)
в т е

Географическая система координат ( ГСК ) представляет собой сферическую или эллипсоидальную систему координат для измерения и передачи положений непосредственно на Земле в виде широты и долготы . ^[1] Это самая простая, самая старая и наиболее широко используемая из различных систем пространственной отсчета , которые используются, и формирует основу для большинства других. Хотя широта и долгота образуют кортеж координат, подобный декартовой системе координат ., географическая система координат не является декартовой, поскольку измерения являются углами, а не плоской поверхностью. ^{[2] [ самопубликованный источник? ]}

Полная спецификация GCS, такая как те, что перечислены в стандартах EPSG и ISO 19111, также включает выбор геодезических данных (включая земной эллипсоид ), поскольку разные датумы будут давать разные значения широты и долготы для одного и того же местоположения. ^[3]

History

Изобретение географической системы координат обычно приписывают Эратосфену из Кирены , который составил свою ныне утерянную « Географию » в Александрийской библиотеке в 3 веке до нашей эры. ^[4] Спустя столетие Гиппарх Никейский усовершенствовал эту систему, определив широту по звездным измерениям, а не по высоте Солнца, и определив долготу по времени лунных затмений , а не по точному счислению . В 1-м или 2-м веке Маринус Тирский составил обширный географический справочник и математически построенную карту мира .используя координаты, измеренные к востоку от нулевого меридиана на самой западной известной земле, обозначенной как Острова Удачи , у побережья Западной Африки вокруг Канарских островов или островов Зеленого Мыса , и измеренные к северу или югу от острова Родос у берегов Малой Азии . Птолемей приписывал ему полное принятие долготы и широты, а не измерение широты с точки зрения продолжительности летнего дня. ^[5]

В географии Птолемея 2-го века использовался тот же нулевой меридиан, но вместо этого измерялась широта от экватора . После того, как их работа была переведена на арабский язык в 9 веке, в « Книге описания Земли » Аль-Хорезми были исправлены ошибки Маринуса и Птолемея относительно длины Средиземного моря [ ^{примечание 1]} , в результате чего в средневековой арабской картографии использовалось простое меридиана около 10 ° к востоку от линии Птолемея. Математическая картография возобновилась в Европе после того, как Максимус Планудес восстановил текст Птолемея незадолго до 1300 года; текст был переведен на латынь вФлоренция Якоба Ангелуса около 1407 года .

В 1884 году в Соединенных Штатах состоялась Международная конференция по меридианам , на которой присутствовали представители двадцати пяти стран. Двадцать два из них согласились принять долготу Королевской обсерватории в Гринвиче, Англия, в качестве нулевой линии отсчета. Доминиканская Республика проголосовала против предложения, а Франция и Бразилия воздержались . ^[6] Франция приняла среднее время по Гринвичу вместо местных определений Парижской обсерватории в 1911 году.

Широта и долгота

«Широта» (аббревиатура: лат., φ или фи) точки на поверхности Земли — это угол между плоскостью экватора и прямой линией, проходящей через эту точку и через (или близко к) центр Земли. ^{[примечание 2]} Линии, соединяющие точки одной и той же широты, описывают окружности на поверхности Земли, называемые параллелями , так как они параллельны экватору и друг другу. Северный полюс находится на 90° северной широты; Южный полюс находится на 90° южной широты. Параллель 0° широты обозначается экватором , фундаментальной плоскостью всех географических систем координат. Экватор делит земной шар на Северное и Южное полушария.

«Долгота» (аббревиатура: долгота, λ или лямбда) точки на поверхности Земли — это угол к востоку или западу от исходного меридиана к другому меридиану, проходящему через эту точку. Все меридианы представляют собой половины больших эллипсов (часто называемых большими кругами ), которые сходятся на Северном и Южном полюсах. Меридиан Британской Королевской обсерватории в Гринвиче , на юго-востоке Лондона, Англия, является международным нулевым меридианом , хотя некоторые организации, такие как Французский национальный институт географической и лесной информации— продолжать использовать другие меридианы для внутренних целей. Нулевой меридиан определяет правильное Восточное и Западное полушария , хотя карты часто делят эти полушария дальше на запад, чтобы сохранить Старый Свет на одной стороне. Противоположный меридиан Гринвича составляет 180 ° западной долготы и 180 ° восточной долготы. Ее не следует путать с Международной линией перемены дат , которая расходится от нее в нескольких местах по политическим причинам и соображениям удобства, в том числе между Дальним Востоком России и Дальними западными Алеутскими островами .

Комбинация этих двух компонентов определяет положение любого места на поверхности Земли без учета высоты или глубины. Визуальная сетка на карте, образованная линиями широты и долготы, называется масштабной сеткой . ^[7] Исходная/нулевая точка этой системы расположена в Гвинейском заливе примерно в 625 км (390 миль) к югу от Темы , Гана , место, которое часто в шутку называют Нулл-Айленд .

Геодезические данные

Чтобы быть однозначным в отношении направления «вертикальной» и «горизонтальной» поверхности, над которой они измеряют, составители карт выбирают опорный эллипсоид с заданным началом и ориентацией, который лучше всего соответствует их потребностям для области, подлежащей нанесению на карту. Затем они выбирают наиболее подходящее отображение сферической системы координат на этот эллипсоид, называемое наземной системой отсчета или геодезической системой отсчета .

Датумы могут быть глобальными, что означает, что они представляют всю Землю, или они могут быть локальными, что означает, что они представляют собой эллипсоид, наиболее подходящий только для части Земли. Точки на поверхности Земли перемещаются относительно друг друга из-за движения континентальной плиты, опускания и суточного приливного движения Земли, вызванного Луной и Солнцем. Это ежедневное движение может достигать метра. Континентальное движение может достигать 10 см в год или 10 м в столетие. Зона высокого давления погодной системы может вызвать погружение на 5 мм . Скандинавия поднимается на 1 см в год в результате таяния ледяных щитов последнего ледникового периода ., а соседняя Шотландия приподнялась всего на 0,2 см . Эти изменения незначительны, если используются локальные данные, но статистически значимы, если используются глобальные данные. ^[8]

Примеры глобальных датумов включают Всемирную геодезическую систему (WGS 84, также известную как EPSG:4326 ^[9] ), датум по умолчанию, используемый для Глобальной системы позиционирования , ^{[примечание 3]} и Международную наземную систему отсчета и систему координат (ITRF), используемую для оценки дрейфа континентов и деформации земной коры . ^[10] Расстояние до центра Земли можно использовать как для очень глубоких позиций, так и для позиций в космосе. ^[8]

Местные датумы, выбранные национальной картографической организацией, включают Североамериканскую датум , европейскую ED50 и британскую OSGB36 . Учитывая местоположение, датум обеспечивает широту и долготу . В Соединенном Королевстве используются три общепринятые системы широты, долготы и высоты. WGS 84 отличается в Гринвиче от используемой на опубликованных картах OSGB36 примерно на 112 м. Военная система ED50 , используемая НАТО , отличается примерно от 120 м до 180 м. ^[8]${\ Displaystyle \ фи}$${\ Displaystyle \ лямбда}$    

Широта и долгота на карте, составленной относительно местной точки отсчета, могут не совпадать с данными, полученными с помощью приемника GPS. Преобразование координат из одной системы отсчета в другую требует преобразования системы отсчета , такого как преобразование Гельмерта , хотя в некоторых ситуациях может быть достаточно простого преобразования . ^[11]

В популярном программном обеспечении ГИС данные, проецируемые по широте/долготе, часто представляются в виде географической системы координат . Например, данные по широте/долготе, если исходная точка является североамериканской датумом 1983 года, обозначаются как «GCS North American 1983».

Длина степени

На сфероиде GRS80 или WGS84 на уровне моря на экваторе одна секунда широты составляет 30,715 метра , одна минута широты — 1843 метра, а один градус широты — 110,6 километра. Круги долготы, меридианы, встречаются на географических полюсах, при этом ширина секунды с запада на восток естественным образом уменьшается по мере увеличения широты. На экваторе на уровне моря одна продольная секунда составляет 30,92 метра, долготная минута — 1855 метров, а долготный градус — 111,3 километра. При 30° продольная секунда составляет 26,76 метра, по Гринвичу (51°28′38″ с. ш.) 19,22 метра, а при 60° — 15,42 метра.

На сфероиде WGS84 длина в метрах градуса широты на широте φ (то есть количество метров, которое вам пришлось бы пройти по линии север-юг, чтобы переместиться на 1 градус широты, когда на широте φ) равна о

${\ displaystyle 111132,92-559,82 \, \ cos 2 \ varphi +1,175 \, \ cos 4 \ varphi -0,0023 \, \ cos 6 \ varphi}$^[12]

Возвращаемая мера в метрах на градус широты постоянно меняется в зависимости от широты.

Точно так же длина градуса долготы в метрах может быть рассчитана как

${\displaystyle 111412.84\,\cos \varphi -93.5\,\cos 3\varphi +0.118\,\cos 5\varphi }$^[12]

(Эти коэффициенты можно улучшить, но, поскольку они стоят, расстояние, которое они дают, верно в пределах сантиметра.)

Обе формулы возвращают метры на градус.

Альтернативный метод оценки длины градуса долготы на широте состоит в том, чтобы предположить, что Земля сферическая (чтобы получить ширину в минуту и ​​секунду, разделите на 60 и 3600 соответственно):${\displaystyle \textstyle {\varphi }\,\!}$

${\displaystyle {\frac {\pi }{180}}M_{r}\cos \varphi \!}$

где средний меридиональный радиус Земли равен 6 367 449 м . Поскольку Земля представляет собой сплюснутый сфероид , а не сферическую форму, результат может отличаться на несколько десятых процента; лучшее приближение долготного градуса на широте${\displaystyle \textstyle {M_{r}}\,\!}$${\displaystyle \textstyle {\varphi }\,\!}$

${\displaystyle {\frac {\pi }{180}}a\cos \beta \,\!}$

где экваториальный радиус Земли равен 6 378 137 м и ; для сфероидов GRS80 и WGS84 b/a вычисляется как 0,99664719. ( известна как приведенная (или параметрическая) широта ). Помимо округления, это точное расстояние вдоль параллели широты; получить расстояние по кратчайшему маршруту будет сложнее, но эти два расстояния всегда находятся в пределах 0,6 метра друг от друга, если две точки находятся на расстоянии одного градуса долготы друг от друга.${\displaystyle a}$${\displaystyle \textstyle {\tan \beta ={\frac {b}{a}}\tan \varphi }\,\!}$${\displaystyle \textstyle {\beta }\,\!}$

Альтернативные кодировки

Как и любой ряд многозначных чисел, пары широта-долгота могут быть сложными для общения и запоминания. Поэтому были разработаны альтернативные схемы кодирования координат ГСК в буквенно-цифровые строки или слова:

• система Maidenhead Locator System , популярная среди радистов.
• Всемирная географическая справочная система ( GEOREF), разработанная для глобальных военных операций, заменена нынешней Глобальной территориальной справочной системой (GARS).
• Открытый код местоположения или «плюс-коды», разработанный Google и опубликованный в открытом доступе.
• Geohash — общедоступная система, основанная на кривой Z-порядка Мортона .
• What3words , запатентованная система, которая кодирует координаты GCS как псевдослучайные наборы слов, разделяя координаты на три числа и просматривая слова в индексированном словаре.

Смотрите также

• Десятичные градусы  - угловые измерения, обычно для широты и долготы.
• Географическое расстояние  - расстояние, измеренное вдоль поверхности земли.
• Географическая информационная система  - система для сбора, управления и представления географических данных.
• Схема географического URI
• ISO 6709 , стандартное представление местоположения географической точки по координатам
• Линейная привязка
• Основное направление  - небесная система координат.
• Планетарная система координат
  • Селенографическая система координат
• Пространственная система отсчета  - система для указания местоположений на Земле.

Заметки

использованная литература

Источники

внешние ссылки

• СМИ, связанные с географической системой координат, на Викискладе?