Географиялық координаттар жүйесі - Википедия - Geographic coordinate system

Бойлық сызықтар перпендикуляр, ал ендік сызықтар Экваторға параллель.

A географиялық координаттар жүйесі (GCS) Бұл координаттар жүйесі байланысты позициялар қосулы Жер (географиялық жағдайы). GCS позицияларды бере алады:

Геодезиялық координаттар мен карта координаттарында координат кортеж сандардың бірі а-ны білдіретін етіп ыдырайды тік күй және сандардың екеуі а-ны білдіреді көлденең позиция.[2]

Тарих

The өнертабыс географиялық координаттар жүйесінің негізінен есептеледі Эратосфен туралы Кирен, ол қазір жоғалғандарды жазды География кезінде Александрия кітапханасы б.з.д 3 ғасырда.[3] Бір ғасырдан кейін, Гиппарх туралы Никея бұл жүйеде күн биіктігінен гөрі жұлдыз өлшемдерінен ендік және уақыт бойынша бойлықты анықтау арқылы жетілдірілді Айдың тұтылуы, гөрі өлі есеп. 1 немесе 2 ғасырда, Маринус Тир кең газетті құрастырды және математикалық кескінделген әлем картасы а-дан шығысқа қарай өлшенген координаттарды қолдану негізгі меридиан деп белгіленген батыстағы ең танымал жерде Fortunate Isles, Африканың батыс жағалауынан Канария немесе Кабо-Верде аралдары айналасында және аралдың солтүстігінде немесе оңтүстігінде өлшенген Родос өшірулі Кіші Азия. Птоломей оны ені бойынша өлшеудің орнына бойлық пен ендікті толық қабылдауға сенді жазғы жаз күн.[4]

Птоломейдің 2 ғ География бірдей меридианды қолданған, бірақ ендік өлшемі Экватор орнына. Олардың жұмысы аударылғаннан кейін Араб 9 ғасырда, Әл-Хуаризми Келіңіздер Жерді сипаттау кітабы ұзындығына қатысты Маринус пен Птоломейдің қателіктерін жөндеді Жерорта теңізі,[1 ескерту] тудырады ортағасырлық араб картографиясы Птоломей сызығынан 10 ° шығысқа қарай қарапайым меридианды пайдалану. Математикалық картография Еуропада келесіден бастап қайта жанданды Максимус Планудес 'Птолемейдің мәтінін 1300-ге дейін қалпына келтіру; мәтін аударылды Латын кезінде Флоренция арқылы Якобус Анжелус 1407 шамасында.

1884 ж АҚШ жүргізді Халықаралық меридиан конференциясы, жиырма бес ұлттың өкілдері қатысты. Олардың 22-сі бойлықты қабылдауға келісті Корольдік обсерватория жылы Гринвич, Англия нөлдік сілтеме ретінде. The Доминикан Республикасы ұсынысқа қарсы дауыс берді, ал Франция және Бразилия қалыс қалды.[5] Франция асырап алды Гринвич уақыты бойынша жергілікті анықтамалардың орнына Париж обсерваториясы 1911 жылы.

Геодезиялық деректер

«Тік» бағытта және олар өлшейтін «көлденең» бетте бір мағыналы болу үшін карта жасаушылар сілтеме эллипсоид белгілі бір шығу тегі мен бағытымен олардың картаны кескіндеуге қажеттілігіне сай келеді. Содан кейін олар сәйкес келетін картаны таңдайды сфералық координаттар жүйесі сол эллипсоидқа, жердегі анықтама жүйесі деп аталады немесе геодезиялық көрсеткіш.

Деректер ғаламдық болуы мүмкін, яғни олар бүкіл Жерді білдіреді немесе олар жергілікті болуы мүмкін, яғни олар Жердің бір бөлігіне ғана сәйкес келетін эллипсоидты білдіреді. Жер бетіндегі нүктелер континентальды пластинаның қозғалысы, шөгуі және тәуліктік есебінен бір-біріне қатысты қозғалады Жер тынысы туындаған қозғалыс Ай және Күн. Бұл күнделікті қозғалыс метрге жетуі мүмкін. Континентальды қозғалыс болуы мүмкін 10 см бір жыл немесе 10 м ғасырда A ауа райы жүйесі жоғары қысымды аймақ суға батып кетуі мүмкін 5 мм. Скандинавия арқылы көтерілуде 1 см мұз қабаттарының еруі нәтижесінде бір жыл соңғы мұз дәуірі, бірақ көрші Шотландия тек жоғарылайды 0,2 см. Егер жергілікті деректер базасы қолданылса, бұл өзгерістер маңызды емес, ал егер ғаламдық деректер базасы пайдаланылса, статистикалық маңызды.[1]

Дүниежүзілік деректер қорының мысалдары жатады Дүниежүзілік геодезиялық жүйе (WGS 84, EPSG деп те аталады: 4326 [6]) үшін пайдаланылатын әдепкі мән Дүниежүзілік позициялау жүйесі,[2 ескерту] және Халықаралық жер үсті анықтамалық шеңбері (ITRF), бағалау үшін қолданылады континенттік дрейф және жер қыртысының деформациясы.[7] Жердің центріне дейінгі қашықтық өте терең позициялар үшін де, кеңістіктегі позициялар үшін де қолданыла алады.[1]

Ұлттық картографиялық ұйым таңдаған жергілікті деректер базасына мыналар жатады Солтүстік Америка Датумы, еуропалық ED50 және ағылшындар OSGB36. Орналасқан жерді ескере отырып, ендік ендік береді және бойлық . Біріккен Корольдікте үш ендік, бойлық және биіктік жүйелері қолданылады. WGS 84 Гринвичте жарияланған карталарда қолданылатыннан ерекшеленеді OSGB36 шамамен 112 м. Әскери жүйе ED50, қолданылған НАТО, шамамен 120-дан ерекшеленеді м-ден 180-ге дейін м.[1]

Жергілікті деректерге қарсы жасалған картадағы ендік пен бойлық GPS қабылдағышынан алынғанмен бірдей болмауы мүмкін. Координаттарды бір саннан екіншісіне ауыстыру үшін a талап етіледі деректерді түрлендіру сияқты а Гельмерт трансформациясы дегенмен, белгілі бір жағдайларда қарапайым аударма жеткілікті болуы мүмкін.[8]

Кеңінен таралған ГАЖ бағдарламалық жасақтамасында ендік / бойлық бойынша жобаланған мәліметтер көбінесе a түрінде ұсынылады Географиялық координаттар жүйесі. Мысалы, егер ендік / бойлықтағы деректер, егер деректердің мәні 1983 жылғы Солтүстік Американдық деректер 'GCS North America 1983' деп белгіленеді.

Көлденең координаттар

Ендік және бойлық

Жер бойынша сызық
Экватор, ендік бойынша 0 ° параллель

«Ендік» (аббревиатурасы: лат., φ, немесе жер бетіндегі нүктенің phi) - бұл экватор жазықтығы мен осы нүктеден өтетін және Жердің центрі арқылы (немесе жақын) өтетін түзу арасындағы бұрыш.[3 ескерту] Жер бетіндегі бірдей ендік шеңберлерінің нүктелерін біріктіретін сызықтар деп аталады параллельдер, өйткені олар Экваторға және бір-біріне параллель. The Солтүстік полюс 90 ° N; The Оңтүстік полюс ендіктің 0 ° параллелі болып белгіленеді Экватор, негізгі жазықтық барлық географиялық координаттар жүйесінің. Экватор жер шарын екіге бөледі Солтүстік және Оңтүстік жарты шарлар.

Жер бойынша сызық
Пример меридиан, бойлық 0 °

«Бойлық» (аббревиатурасы: Long., λ, немесе Жер бетіндегі нүктенің лямбда) анықтамадан шығысқа немесе батысқа бұрышы меридиан сол нүктеден өтетін басқа меридианға. Барлық меридиандар - үлкендердің жартысы эллипс (жиі шақырылады үлкен үйірмелер ), олар Солтүстік және Оңтүстік полюстерде шоғырланады. Меридианы Британдықтар Корольдік обсерватория жылы Гринвич, оңтүстік-шығысында Лондон, Англия, халықаралық болып табылады негізгі меридиан, бірақ кейбір ұйымдар - мысалы, француздар Institut Géographique National - басқа меридиандарды ішкі мақсаттарға пайдалануды жалғастырыңыз. Басты меридиан дұрысын анықтайды Шығыс және Батыс жарты шарлар дегенмен, карталар бұл жарты шарларды батысқа қарай бөліп тұрса да Ескі әлем бір жағынан. The антиподальды Гринвич меридианы - 180 ° W және 180 ° E. Мұнымен келісуге болмайды Халықаралық күндер сызығы саяси және ыңғайлы себептер бойынша одан бірнеше жерде, оның ішінде Ресейдің қиыр шығысы мен батыс арасында да алшақтайды Алеут аралдары.

Осы екі компоненттің тіркесімі кез-келген жердің орналасуын ескерусіз анықтайды биіктік немесе тереңдік. Ендік пен бойлық сызықтарынан пайда болған тор «гратикула» деп аталады.[9] Бұл жүйенің шығу / нөл нүктесі Гвинея шығанағы оңтүстіктен шамамен 625 км (390 миль) Тема, Гана.

Дәреженің ұзындығы

GRS80 немесе WGS84 сфероид теңіз деңгейі экваторда бір ендік секунд 30.715 құрайды метр, бір ендік минут 1843 метр және ендік градус 110,6 километр. Бойлық шеңберлер, меридиандар географиялық полюстерде тоғысады, ендік ұлғайған сайын батыс-шығыс ені секундына табиғи түрде азаяды. Үстінде Экватор теңіз деңгейінде бір бойлық секунд 30.92 метр, бойлық минут 1855 метр және бойлық градус 111.3 километр. 30 ° -та бойлық секунд 26,76 метр, Гринвичте (51 ° 28′38 ″ N) 19,22 метр, ал 60 ° -та 15,42 метр.

WGS84 сфероидында latitude ендік бойынша ендік метрінің ұзындығы (яғни ендік бойынша ендік бойынша 1 градус жылжу үшін солтүстік-оңтүстік сызық бойымен жүру керек болатын метрлердің ұзындығы) тең болады. туралы

[10]

Бір градустық ендік бойынша қайтарылған метрлер ендікке байланысты әрдайым өзгеріп отырады.

Ұзындықтың метрлік ұзындығын дәл осылай есептеуге болады

[10]

(Бұл коэффициенттерді жақсартуға болады, бірақ олардың арақашықтығы сантиметрге сәйкес келеді.)

Формулалардың екеуі де градусқа метр өлшем бірліктерін қайтарады.

Ендік бойынша бойлық градус ұзындығын бағалаудың балама әдісі сфералық Жерді қабылдау (минутына және секундына енін алу үшін, сәйкесінше 60 және 3600-ге бөлу керек):

қайда Жердің орташа меридианалық радиусы болып табылады 6 367 449 м. Жер ан қатпарлы сфероид, сфералық емес, бұл нәтиже пайыздың оннан бір бөлігімен өшірілуі мүмкін; ендік бойынша бойлық градусқа жақындау болып табылады

мұнда Жердің экваторлық радиусы тең 6 378 137 м және ; GRS80 және WGS84 сфероидтары үшін б / а 0,99664719 құрайды. ( ретінде белгілі төмендетілген (немесе параметрлік) ендік ). Дөңгелектен басқа, бұл ендік параллелі бойынша дәл қашықтық; ең қысқа маршрут бойынша қашықтықты алу үлкен жұмыс болады, бірақ егер екі нүкте бір бойлық дәрежесінде болса, бұл екі қашықтық әрқашан бір-бірінен 0,6 метр қашықтықта болады.

Таңдалған ендіктердегі бойлық ұзындық эквиваленттері
ЕндікҚалаДәрежесіМинутЕкінші±0.0001°
60°Санкт-Петербург55,80 км0,930 км15.50 м5,58 м
51 ° 28 ′ 38 ″ сГринвич69,47 км1,158 км19.30 м6,95 м
45°Бордо78,85 км1,31 км21.90 м7,89 м
30°Жаңа Орлеан96,49 км1,61 км26.80 м9,65 м
Кито111,3 км1,855 км30.92 м11,13 м

Картаны проекциялау

Географиялық орналасу жағдайын a карта, карта проекциясы геодезиялық координаталарды картадағы жазықтық координаталарына түрлендіру үшін қолданылады; ол эллипсоидтық координаталар мен биіктіктерді картаның тегіс бетіне шығарады. Деректер анықтамалық орындар торына қолданылатын карта проекциясымен бірге a орнатады тор жүйесі орналасуды жоспарлау үшін. Ағымдағы қолданыстағы жалпы карта проекцияларына: Әмбебап көлденең меркатор (UTM), Әскери торға сілтеме жүйесі (MGRS), Америка Құрама Штаттарының ұлттық торабы (USNG), Ғаламдық анықтамалық жүйе (GARS) және Дүниежүзілік географиялық анықтама жүйесі (ГЕОРЕФ).[11]Картадағы координаттар әдетте термин түрінде болады солтүстік N және шығыс Белгіленген шығу тегі бойынша E ығысулары.

Картаны проекциялау формулалары проекцияның геометриясына, сондай-ақ карта жобаланатын нақты орынға тәуелді параметрлерге байланысты. Параметрлер жиыны жоба түріне және проекциялау үшін таңдалған шартты белгілерге байланысты өзгеруі мүмкін. Үшін көлденең Меркатор проекциясы UTM-де қолданылатын параметрлер - ендік пен бойлық табиғи шығу тегі, жалған солтүстік пен жалған шығыс және масштабтың жалпы коэффициенті.[12] Белгілі бір орынға немесе күлімсіреуге байланысты параметрлерді ескере отырып, көлденең Меркатордың проекция формулалары алгебралық және тригонометриялық функциялардың күрделі қоспасы болып табылады.[12]:45-54

UTM және UPS жүйелері

The Әмбебап көлденең меркатор (UTM) және Әмбебап полярлық стереографиялық (UPS) координаттар жүйесінде екеуінде де орнатылған метрикалық негізделген декарттық тор қолданылады сәйкесінше жобаланған Жер бетіндегі позицияларды табу үшін жер беті. UTM жүйесі - бұл картаның бір проекциясы емес, әрқайсысы бойлықтың 6 градустық жолағын қамтитын алпыс серия. UPS жүйесі UTM жүйесімен қамтылмаған полярлық аймақтар үшін қолданылады.

Стереографиялық координаттар жүйесі

Орта ғасырларда стереографиялық координаттар жүйесі навигация мақсатында қолданылған.[дәйексөз қажет ] Стереографиялық координаттар жүйесін ендік-бойлық жүйесі алмастырды. Енді навигацияда қолданылмаса да, стереографиялық координаттар жүйесі қазіргі кезде де өрістердегі кристаллографиялық бағдарларды сипаттауда қолданылады. кристаллография, минералогия және материалтану.[дәйексөз қажет ]

Тік координаттар

Тік координаттарға биіктік пен тереңдік жатады.

3D декарттық координаттар

Эллипсоидтық координатада көрсетілген әрбір нүктені түзу сызық түрінде көрсетуге болады x y z (Декарттық ) үйлестіру. Декарттық координаттар көптеген математикалық есептеулерді жеңілдетеді. Әр түрлі деректердің декарттық жүйелері баламалы емес.[2]

Жерге бағытталған, жерге бекітілген

Жер центрленген, жер бекітілген координаттар
Жер центрленген, Жер ендік пен бойлыққа қатысты бекітілген координаттар.

The Жерге бағытталған Жер бекітілген (ECEF, ECF немесе кәдімгі жердегі координаттар жүйесі деп те аталады) Жермен бірге айналады және оның пайда болуы Жердің ортасында болады.

Кәдімгі оң жақ координаттар жүйесі:

  • Жердің масса центріндегі шығу тегі, Жерге жақын нүкте фигура орталығы
  • Z мәні осьтері солтүстік пен оңтүстік полюстер арасындағы түзуде, оң мәндер солтүстікке қарай өседі (бірақ Жердің айналу осімен дәл сәйкес келмейді)[13]
  • Экватор жазықтығындағы Х және У осьтері
  • X осі Экватор бойындағы бойлықтан 180 градусқа дейін (теріс) 0 градус бойлыққа дейін созылады (негізгі меридиан ) Экваторда (оң)
  • Y осі Экватордағы батыс бойлықтан 90 градусқа дейін (теріс) Экватордағы шығыс бойлық бойынша 90 градусқа дейін созылады (оң)

Мысал ретінде NGS деректері Калифорниядағы Доннер Саммит маңындағы жез диск үшін. Эллипсоид өлшемдерін ескере отырып, лат / лон / биіктіктен эллипсоидтық координаттардан XYZ-ге айналу тікелей болады - эллипсоид бетіндегі берілген лат-лон үшін XYZ есептеп, перпендикуляр XYZ векторын қосыңыз. ұзындығы эллипсоидтың үстіндегі нүктенің биіктігіне тең болады. Кері түрлендіру қиынырақ: X-Y-Z берілген жағдайда біз бойлықты бірден ала аламыз, бірақ ендік пен биіктіктің жабық формуласы жоқ. Қараңыз «Геодезиялық жүйе. «1976 жылы Bowring формуласын қолдану Сауалнамаға шолу бірінші итерация ендікті 10 шегінде дұрыс береді-11 нүкте эллипсоидтан 10000 метр немесе 5000 метр төмен болғанша, дәреже.

Тангенс жазықтығы

Жер координаттары бойынша Жерді және Шығыс, Солтүстік бағытта орналасқан.

Жергілікті жанама жазықтықты тік және көлденең өлшемдер. The тік координат не жоғары, не төмен көрсете алады. Фреймдерге арналған конвенциялардың екі түрі бар:

  • Шығыс, солтүстік, жоғары (ЕҰУ), географияда қолданылады
  • Солтүстік, Шығыс, төмен (NED), аэроғарышта арнайы қолданылады

Бағдарлау мен бақылаудың көптеген қосымшаларында жергілікті ЕҰУ декарттық координаттар жүйесі ECEF немесе геодезиялық координаттарға қарағанда әлдеқайда интуитивті және практикалық болып табылады. ЕНУ-дің жергілікті координаттары белгілі бір жерге бекітілген Жер бетіне жанасатын жазықтықтан түзіледі, сондықтан оны кейде жергілікті тангенс немесе жергілікті геодезиялық ұшақ. Шарт бойынша шығыс осі белгіленеді , солтүстік және жоғары .

Ұшақта көптеген қызығушылық тудыратын заттар әуе кемесінен төмен орналасқан, сондықтан оң сан ретінде анықтауға болады. NED координаттары бұған ЕҰУ-ге балама ретінде мүмкіндік береді. Шарт бойынша солтүстік ось таңбаланған , шығыс және төмен . Арасында шатаспас үшін және және т.б. осы мақалада біз жергілікті координаттар шеңберін ЕҰУ-мен шектейміз.

Басқа аспан денелерінде

Ұқсас координаттар жүйелері басқа аспан денелері үшін де анықталады:

Сондай-ақ қараңыз

Ескертулер

  1. ^ Жұптың Жерорта теңізі шегінде нақты абсолюттік арақашықтықтары болған, бірақ оларды жете бағаламаған Жердің айналасы, олардың дәрежелерін өлшеу, сәйкесінше, Родос немесе Александриядан батысқа қарай оның ұзындығын асыра көрсетеді.
  2. ^ WGS 84 - бұл GPS жабдықтарының көпшілігінде қолданылатын стандартты деректер, бірақ басқа дерекқорларды таңдауға болады.
  3. ^ Ендік пен бойлықтың альтернативті нұсқаларына геоцентрлік координаттар жатады, олар Жердің центріне қатысты өлшенеді; геодезиялық координаттар, олар Жерді модель ретінде модельдейді эллипсоид; және географиялық координаттар, олар координаттар берілген жердегі сызық сызығына қатысты өлшенеді.

Әдебиеттер тізімі

Дәйексөздер

  1. ^ а б c г. e Ұлыбританиядағы координациялық жүйелерге арналған нұсқаулық (PDF), D00659 v2.3, Ordnance Survey, наурыз 2015, мұрағатталған түпнұсқа (PDF) 2015 жылғы 24 қыркүйекте, алынды 22 маусым 2015
  2. ^ а б Тейлор, Чак. «Жердегі нүктені табу». Алынған 4 наурыз 2014.
  3. ^ Макфейл, Кэмерон (2011), Эратосфеннің әлем картасын қалпына келтіру (PDF), Дунедин: Отаго университеті, 20–24 б.
  4. ^ Эванс, Джеймс (1998), Ежелгі астрономияның тарихы мен практикасы, Оксфорд, Англия: Oxford University Press, 102–103 б., ISBN  9780199874453.
  5. ^ Greenwich 2000 Limited (9 маусым 2011). «Халықаралық меридиан конференциясы». Wwp.millennium-dome.com. Архивтелген түпнұсқа 2012 жылғы 6 тамызда. Алынған 31 қазан 2012.
  6. ^ «WGS 84: EPSG проекциясы - кеңістіктік анықтама». spatialreference.org. Алынған 5 мамыр 2020.
  7. ^ Болстад, Пол. ГАЖ негіздері (PDF) (5-ші басылым). Атлас кітаптар. б. 102. ISBN  978-0-9717647-3-6.
  8. ^ «GPS карталарымен үйлесімді карталар жасау». Ирландия үкіметі 1999. мұрағатталған түпнұсқа 2011 жылғы 21 шілдеде. Алынған 15 сәуір 2008.
  9. ^ Американдық құрылыс инженерлері қоғамы (1 қаңтар 1994 ж.). Картографиялау ғылымдарының сөздігі. ЕҚЫК басылымдары. б. 224. ISBN  9780784475706.
  10. ^ а б [1] Геоақпараттық жүйелер - Stackexchange
  11. ^ «Торлар мен анықтамалық жүйелер». Ұлттық гео-кеңістіктік-барлау агенттігі. Алынған 4 наурыз 2014.
  12. ^ а б «Геоматика бойынша нұсқаулық №7, 2 бөлім, формулаларды қосқандағы түрлендірулер мен түрлендірулер» (PDF). Халықаралық мұнай және газ өндірушілер қауымдастығы (OGP). 9-10 бет. Архивтелген түпнұсқа (PDF) 6 наурыз 2014 ж. Алынған 5 наурыз 2014.
  13. ^ BIRD ACS анықтамалық шеңберлеріне ескерту Мұрағатталды 18 шілде 2011 ж Wayback Machine
  14. ^ Дэвис, М.Э., «Сынаптың координаттары және картографиясы», Геофизикалық зерттеулер журналы, т. 80, No 17, 10 маусым 1975 ж.
  15. ^ Дэвис, М.Е., С.В.Дворник, Д.Э.Гоулт және Р.Г.Стром, НАСА-ның Меркурий атласы, NASA ғылыми-техникалық ақпарат кеңсесі, 1978 ж.
  16. ^ Дэвис, М.Е., Колвин, П.Г. Роджерс, П.Г. Чодас, В.Л. Сьогрен, Дүниежүзілік Әкім, Э.Л. Степанянц, З.П. Власова және А.И. Захаров, «Айналу кезеңі, Солтүстік полюстің бағыты және Венераның геодезиялық басқару желісі» журналы Геофизикалық зерттеулер, т. 97, £ 8, 13,14 беттер 1-13,151, 1992 ж.
  17. ^ Дэвис, М.Е., және Р.А.Берг, «Марсты алдын-ала басқару желісі», Геофизикалық зерттеулер журналы, т. 76, № 2, б. 373-393, 10 қаңтар 1971 ж.
  18. ^ Мертон Э. Дэвис, Thomas A. Hauge және т.б. ал .: Галилея жерсеріктерін басқару желілері: қараша 1979 R-2532-JPL / NASA
  19. ^ Дэвис, М.Е., П.Г. Роджерс және Т.Р.Колвин, «Тритонның басқару желісі», Геофизикалық зерттеулер журналы, т. 96, E l, 15-бет, 675-15, 681, 1991 ж.

Дереккөздер

Сыртқы сілтемелер