Географическая система координат

Географическая система координат ( GCS ) представляет собой сферическую или геодезическую систему координат для измерения и передачи позиций непосредственно на Земле как широта и долгота . ^{[ 1 ]} Это самый простой, самый старый и наиболее широко используемый из различных пространственных контрольных систем , которые используются, и образует основу для большинства других. Хотя широта и долгота образуют координатный кортеж , такой как картеатическая система координат , система географической координат не является декартовой, потому что измерения представляют собой углы и не находятся на плоской поверхности. ^{[ 2 ]}

Полная спецификация GCS, такая как перечисленная в стандартах EPSG и ISO 19111, также включает в себя выбор геодетической базы (включая эллипсоид Земли ), поскольку различные датумы будут давать различные широты и долготу для одного и того же местоположения. ^{[ 3 ]}

История

Изобретение системы географической координат , как правило, приписывается Эратостенесу из Сирена , которая составила его ныне упущенную географию в библиотеке Александрии в 3-м веке до нашей эры. ^{[ 4 ]} Спустя столетие Гиппарх Никей лунных улучшил эту систему, определяя широту от звездных измерений, а не на солнечной высоте и определяя долготу по времени затмений , а не мертвых расчетов . В 1 -м или 2 -м веке маринус шин составил обширную карту мира и математически настроенной настроенной картой , используя координаты, измеренные на восток от главного меридиана на самой западной известной земле, обозначал « Удачливые острова» , у побережья Западной Африки вокруг Канарии или мыса. Острова и измерены к северу или югу от острова Родос у Малой Азии . Птолемей приписывал ему полное внедрение долготы и широты, а не измеряя широту с точки зрения длины дня в середине лета . ^{[ 5 ]}

Птолемея 2-го века География использовала тот же самый главный меридиан, но вместо этого измеряла широту из экватора . После того, как их работа была переведена на арабский язык в 9-м веке, книга Аль-Хваризми о описании Земли исправившихся маринуса и ошибок Птолемея относительно продолжительности Средиземного моря , ^{[ Примечание 1 ]} вызывая средневековую арабскую картографию использовать главный меридиан примерно в 10 ° к востоку от линии Птолемея. Математическая картография возобновилась в Европе после восстановления Maximus Planudes текста Птолемея чуть до 1300 года; Текст был переведен на латынь во Флоренции Якопо Д'Анджело около 1407 года.

В 1884 году в Соединенных Штатах состоялась Международная конференция меридиана , в которой присутствовали представители двадцати пяти стран. Двадцать два из них согласились принять долготу Королевской обсерватории в Гринвиче , Англия, в качестве линии нулевой ссылки. Доминиканская республика проголосовала против ходатайства, в то время как Франция и Бразилия воздержались. ^{[ 6 ]} Франция приняла Гринвичское среднее время вместо местных определений Парижской обсерваторией в 1911 году.

Широта и долгота

Широта точки $ϕ$ на поверхности Земли - это угол между экваториальной плоскостью и прямой линией, которая проходит через эту точку и через (или близко) центр Земли. ^{[ Примечание 2 ]} Линии соединяют точки одинаковых кружок следов широты на поверхности Земли, называемые параллелями , так как они параллельны экватору и друг с другом. Северный полюс составляет 90 ° с. Южный полюс ° С. Параллель широты 0 . ° составляет 90 Экватор делит земной шар на северные и южные полушарии .

Долгота . $λ$ точки на поверхности Земли - угол к востоку или к западу от эталонного меридиана к другому меридиану, который проходит через эту точку Все меридианы представляют собой половинки великих эллипсов (часто называемых великими кругами ), которые сходятся на северных и южных полюсах. Меридиан Британской Королевской обсерватории в Гринвиче , на юго -востоке Лондона, Англия, является международным первичным меридианом , хотя некоторые организации, такие как Французский институт национального института De L' -Information Géographique et Forestière , используют другие меридианы для внутренних целей. Prime Meridian определяет надлежащие восточные и западные полушарии , хотя карты часто делят эти полушария дальше на запад, чтобы держать старый мир на одной стороне. меридиан Антиподальный Гринвича составляет 180 ° С. и 180 ° E. Это не должно быть связано с международной линией свиданий , которая расходится от нее в нескольких местах по политическим и удобным причинам, в том числе между Дальневосточной Россией и Алеутскими островами на крайне западных .

Комбинация этих двух компонентов определяет положение любого места на поверхности Земли, без учета высоты или глубины. Визуальная сетка на карте, сформированной линиями широты и долготы, известна как громкость . ^{[ 7 ]} Происхождение/нулевая точка этой системы расположена в Гвинейском заливе примерно в 625 км (390 миль) к югу от Тема , Гана , место, которое часто оборачиваемо называют Нуль Остров .

Геодезическая база

Чтобы использовать теоретические определения широты, долготы и высоты, чтобы точно измерить фактические местоположения на физической Земле, геодетическую датум необходимо использовать . Горизональная база используется для точного измерения широты и долготы, в то время как вертикальная база используется для измерения высоты или высоты. Оба типа данных связывают математическую модель формы Земли (обычно эталонный эллипсоид для горизонтальной датума и более точный геоид для вертикальной датума) с Землей. Традиционно это связывание было создано сетью контрольных точек , обследованных мест, в которых установлены памятники, и было точным только для области поверхности Земли. Некоторые новые датумы связаны с центром массы Земли.

Эта комбинация математической модели и физического привязки означает, что любой, кто использует один и тот же бака, получит то же измерение местоположения для того же физического местоположения. Тем не менее, два разных данных обычно дают разные измерения местоположения для одного и того же физического местоположения, что может показаться, что на несколько сотен метров; Это не потому, что место переместилось, а потому, что эталонная система, используемая для измерения, изменилась. Поскольку любая пространственная справочная система или проекция карты в конечном итоге рассчитывается по широте и долготе, крайне важно, чтобы они четко указывали базовую дату, на которой они основаны. Например, координата UTM на основе WGS84 будет отличаться от координаты UTM на основе NAD27 для одного и того же места. Преобразование координат из одной даты в другую требует преобразования данных, например, преобразования Helmert простого перевода . , хотя в определенных ситуациях может быть достаточно ^{[ 8 ]}

Данные могут быть глобальными, что означает, что они представляют всю землю, или они могут быть локальными, что означает, что они представляют собой эллипсоидную лучшую подготовку только к части земли. Примеры глобальных данных включают Всемирную геодезическую систему (WGS 84, также известная как EPSG: 4326 ^{[ 9 ]}), дата по умолчанию, используемый для системы глобального позиционирования , ^{[ Примечание 3 ]} и международная наземная справочная система и рама (ITRF), используемая для оценки континентального дрейфа и деформации коры . ^{[ 10 ]} Расстояние до центра Земли можно использовать как для очень глубоких положений, так и для позиций в космосе. ^{[ 11 ]}

Местные базы данных, выбранные национальной картографической организацией, включают в себя североамериканскую датум , европейский ED50 и британский OSGB36 . Учитывая местоположение, Datum предоставляет широту $\phi$ и долгота $\lambda$ Полем В Великобритании используются три общие системы широты, долготы и высоты. WGS 84 отличается в Гринвиче от той, которая используется на опубликованных картах OSGB36 примерно на 112 м. Военная система ED50 , используемая НАТО , отличается от 120 до 180 м. ^{[ 11 ]}

Точки на поверхности Земли движутся относительно друг друга из -за движения континентальной плиты, оседания и суточного приливного движения Земли, вызванного луной и солнцем. Это ежедневное движение может быть столько же, как метр. Континентальное движение может составлять до 10 см в год или 10 м за столетие. Площадь высокого давления в системе погоды может вызвать погружение в 5 мм . Скандинавия растет на 1 см в год в результате таяния ледниковых щитов последнего ледникового периода , но соседняя Шотландия растет только на 0,2 см . Эти изменения незначительны, если используется локальная база, но является статистически значимым, если используется глобальная база. ^{[ 11 ]}

Длина степени

GRS 80 или WGS 84 На сфероиде на уровне моря на экваторе один широкий второй измеряет 30,715 м , одна широтная минута составляет 1843 м, а одна широтная степень - 110,6 км. Круги долготы, меридианы, встречаются на географических полюсах, с шириной запада -востока второго естественного уменьшения с увеличением широты. На экваторе на уровне моря один продольный второй измеряет 30,92 м, продольная минута составляет 1855 м, а продольная степень составляет 111,3 км. При 30 ° продольная секунда составляет 26,76 м, у Гринвича (51 ° 28′38 ″ с.ш.) 19,22 м, а при 60 ° он составляет 15,42 м.

На WGS 84 сфероид, длина в метрах степени широты на широте $ϕ$ (то есть количество метров, которые вам придется перемещаться вдоль север -южной линии, чтобы перемещать 1 градус в широте, когда в широте $ϕ$ ), около

111132.92-559.82\,\cos 2\phi +1.175\,\cos 4\phi -0.0023\,\cos 6\phi

^{[ 12 ]}

Возвращенная мера метров на степень широта непрерывно варьируется в зависимости от широты.

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

111412.84\,\cos \phi -93.5\,\cos 3\phi +0.118\,\cos 5\phi

^{[ 12 ]}

(Эти коэффициенты могут быть улучшены, но по мере того, как они стоят, расстояние, которое они дают, верно в сантиметре.)

Формулы возвращают единицы метров на степень.

Альтернативный метод оценки длины продольной степени в широте $\phi$ состоит в том, чтобы принять сферическую землю (чтобы получить ширину в минуту, а второе - делить на 60 и 3600 соответственно):

{\frac {\pi }{180}}M_{r}\cos \phi \!

где средний меридиональный радиус Земли $\textstyle {M_{r}}\,\!$ 6 367 449 м . Поскольку Земля является сплоченным сферическим , а не сферическим, этот результат может быть отключен на несколько десятых процентов; лучшее приближение продольной степени в широте $\phi$ является

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

где экваториальный радиус Земли $a$ равно 6 378 137 м и $\textstyle {\tan \beta ={\frac {b}{a}}\tan \phi }\,\!$ ; для GRS 80 и WGS 84 сфероидов, ${\textstyle {\tfrac {b}{a}}=0.99664719}$ . ( $\textstyle {\beta }\,\!$ известен как уменьшенная (или параметрическая) широта ). Помимо округления, это точное расстояние вдоль параллели широты; Получение расстояния по кратчайшему маршруту будет больше работы, но эти два расстояния всегда находятся в пределах 0,6 м друг от друга, если две точки находятся в одной степени долготы друг от друга.

Эквиваленты продольной длины при выбранных широтах
Широта	Город	Степень	Минута	Второй	±0.0001°
60°	Сент -Петербург	55,80 км	0,930 км	15,50 м	5,58 м
51 ° 28 ′ 38 ″ с.	Гринвич	69,47 км	1,158 км	19.30 м	6,95 м
45°	Бордо	78,85 км	1,31 км	21,90 м	7,89 м
30°	Новый Орлеан	96,49 км	1,61 км	26,80 м	9,65 м
0°	Кито	111,3 км	1,855 км	30,92 м	11,13 м

Альтернативные кодирования

Как и любая серия нескольких цифр, пары широты длительности могут быть сложными для общения и запоминания. Следовательно, альтернативные схемы были разработаны для кодирования координат GCS в буквенно -цифровые строки или слова:

Система локаторов Maidenhead , популярная у радио -операторов.
Всемирная географическая справочная система (GEOREF), разработанная для глобальных военных операций, заменена текущей мировой справочной системой области (GARS).
Открытый код местоположения или «плюс коды», разработанный Google и выпущенный в общественном достоянии.
Geohash , система общественного достояния, основанная на кривой Morton Z-Order .
MapCode , система с открытым исходным кодом, первоначально разработанную в TomTom.
What3words , проприетарная система, которая кодирует GCS координаты как псевдорандомы слов, разделив координаты на три числа и изучая слова в индексированном словаре.

Это не отдельные системы координат, только альтернативные методы выражения широты и измерений долготы.

Смотрите также

Десятичные степени - угловые измерения, обычно для широты и долготы
Географическое расстояние - расстояние, измеренное вдоль поверхности земли
Географическая информационная система - система для захвата, управления и представления географических данных
Геори -схема - система идентификаторов географического местоположения
ISO 6709 , Стандартное представление о местоположении географического пункта по координатам
Линейные ссылки - метод пространственных
Первичное направление - Небесная система координат, используемая для указания позиций небесных объектов
Планетарная система координат
- Селенографическая система координат
Пространственная справочная система - система для указания местоположений на Земле
Ян Смит (2015). Математические данные для библиографических описаний картографических материалов и пространственных данных . Географические координаты . Комиссия ICA по прогнозам карты.

Примечания

^ Пара имела точные абсолютные расстояния в Средиземноморье, но недооценивали окружность Земли , что привело к тому, что их измерения преувеличивают свою длину на запад от Родоса или Александрии, соответственно.
^ Альтернативные версии широты и долготы включают геоцентрические координаты, которые измеряют в отношении центра Земли; геодезические координаты, которые моделируют Землю как эллипсоид ; и географические координаты, которые измеряют в отношении линии отваров в месте, для которого приведены координаты.
^ WGS 84 - это дата по умолчанию, используемую в большинстве оборудования GPS, но могут быть выбраны другие данные.

Ссылки

^ Чанг, Кан-Зунг (2016). Введение в географические информационные системы (9 -е изд.). МакГроу-Хилл. п. 24. ISBN 978-1-259-92964-9 .
^ Дибиас, Дэвид. «Характер географической информации» . Архивировано из оригинала 19 февраля 2024 года . Получено 18 февраля 2024 года .
^ «Используя набор данных Geodetic Geodetic EPSG, примечание 7-1 . Набор данных геодезических параметров EPSG . Геоматические решения. Архивировано из оригинала 15 декабря 2021 года . Получено 15 декабря 2021 года .
^ McPhail, Cameron (2011), Реконструкция карты мира Эратостенеса (PDF) , Данидин : Университет Отаго, стр. 20–24, архивировав (PDF) с оригинала 2 апреля 2015 года , извлеченного 14 марта 2015 года .
^ Эванс, Джеймс (1998), История и практика древней астрономии , Оксфорд, Англия: издательство Оксфордского университета, с. 102–103, ISBN 9780199874453 , архивировано с оригинала 17 марта 2023 года , извлечен 5 мая 2020 года .
^ «Международная конференция меридиана» . Миллениум Купол: O2 в Гринвиче . Greenwich 2000 Limited. 9 июня 2011 года. Архивировано с оригинала 6 августа 2012 года . Получено 31 октября 2012 года .
^ Американское общество инженеров -строителей (1 января 1994 г.). Глоссарий картирования наук . Публикации ASCE. п. 224. ISBN 9780784475706 .
^ «Создание карт совместимы с GPS» . Правительство Ирландии 1999. Архивировано из оригинала 21 июля 2011 года . Получено 15 апреля 2008 года .
^ «WGS 84: Проекция EPSG - пространственная ссылка» . SpatialReference.org . Архивировано из оригинала 13 мая 2020 года . Получено 5 мая 2020 года .
^ Болстад, Пол (2012). ГИС Фураменты (PDF) (5 -е изд.). Атлас книги. П. 102. ISBN 978-0-9717647-3-6 Полем Архивировано из оригинала (PDF) 15 октября 2020 года . Получено 27 января 2018 года .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Руководство по координатным системам в Великобритании (PDF) , D00659 v3.6, Обследование боеприпасов, 2020 г., архивировано (PDF) с оригинала 2 апреля 2020 года , извлеченной 17 декабря 2021 года.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} [1] Архивировано 29 июня 2016 года в Wayback Machice Geographic Information Systems - Stackexchange

Источники

Части этой статьи из «Astoinfo» Джейсона Харриса, который распространяется с KSTARS , настольным планетарием для Linux / KDE . См. Образовательный проект KDE - KSTARS Архивировал 17 мая 2008 года на машине Wayback

Внешние ссылки

СМИ, связанные с географической системой координат в Wikimedia Commons

[6] Пара имела точные абсолютные расстояния в Средиземноморье, но недооценивали окружность Земли , что привело к тому, что их измерения преувеличивают свою длину на запад от Родоса или Александрии, соответственно.

[8] Альтернативные версии широты и долготы включают геоцентрические координаты, которые измеряют в отношении центра Земли; геодезические координаты, которые моделируют Землю как эллипсоид ; и географические координаты, которые измеряют в отношении линии отваров в месте, для которого приведены координаты.

[12] WGS 84 - это дата по умолчанию, используемую в большинстве оборудования GPS, но могут быть выбраны другие данные.

[chang2016-1] Чанг, Кан-Зунг (2016). Введение в географические информационные системы (9 -е изд.). МакГроу-Хилл. п. 24. ISBN 978-1-259-92964-9 .

[DiBiase-2] Дибиас, Дэвид. «Характер географической информации» . Архивировано из оригинала 19 февраля 2024 года . Получено 18 февраля 2024 года .

[epsg-3] «Используя набор данных Geodetic Geodetic EPSG, примечание 7-1 . Набор данных геодезических параметров EPSG . Геоматические решения. Архивировано из оригинала 15 декабря 2021 года . Получено 15 декабря 2021 года .

[4] McPhail, Cameron (2011), Реконструкция карты мира Эратостенеса (PDF) , Данидин : Университет Отаго, стр. 20–24, архивировав (PDF) с оригинала 2 апреля 2015 года , извлеченного 14 марта 2015 года .

[5] Эванс, Джеймс (1998), История и практика древней астрономии , Оксфорд, Англия: издательство Оксфордского университета, с. 102–103, ISBN 9780199874453 , архивировано с оригинала 17 марта 2023 года , извлечен 5 мая 2020 года .

[7] «Международная конференция меридиана» . Миллениум Купол: O2 в Гринвиче . Greenwich 2000 Limited. 9 июня 2011 года. Архивировано с оригинала 6 августа 2012 года . Получено 31 октября 2012 года .

[9] Американское общество инженеров -строителей (1 января 1994 г.). Глоссарий картирования наук . Публикации ASCE. п. 224. ISBN 9780784475706 .

[Irish-10] «Создание карт совместимы с GPS» . Правительство Ирландии 1999. Архивировано из оригинала 21 июля 2011 года . Получено 15 апреля 2008 года .

[11] «WGS 84: Проекция EPSG - пространственная ссылка» . SpatialReference.org . Архивировано из оригинала 13 мая 2020 года . Получено 5 мая 2020 года .

[Bolstad-13] Болстад, Пол (2012). ГИС Фураменты (PDF) (5 -е изд.). Атлас книги. П. 102. ISBN 978-0-9717647-3-6 Полем Архивировано из оригинала (PDF) 15 октября 2020 года . Получено 27 января 2018 года .

[OSGB-14] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Руководство по координатным системам в Великобритании (PDF) , D00659 v3.6, Обследование боеприпасов, 2020 г., архивировано (PDF) с оригинала 2 апреля 2020 года , извлеченной 17 декабря 2021 года.

[GISS-15] Jump up to: ^а ^{беременный} [1] Архивировано 29 июня 2016 года в Wayback Machice Geographic Information Systems - Stackexchange

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ Примечание 1 ]

[ 6 ]

[ Примечание 2 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ Примечание 3 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]