Пространственная система отсчета

Пространственная система отсчета ( SRS ) или система отсчета координат ( CRS ) — это структура, используемая для точного измерения мест на поверхности Земли в качестве координат. Таким образом, это применение абстрактной математики систем координат и аналитической геометрии к географическому пространству. Конкретная спецификация SRS (например, « Универсальная поперечная Меркатора WGS 84, зона 16N») включает выбор земного эллипсоида , горизонтальной точки отсчета , картографической проекции (за исключением географической системы координат ), исходной точки и единицы измерения. Были определены тысячи систем координат для использования по всему миру или в определенных регионах и для различных целей, что требует преобразований между различными SRS.

Хотя они относятся к эллинскому периоду, системы пространственной отсчета в настоящее время являются важнейшей основой для наук и технологий геоинформатики , включая картографию , географические информационные системы , геодезию , дистанционное зондирование и гражданское строительство . Это привело к их стандартизации в международных спецификациях, таких как коды EPSG. ^{[ 1 ]} и ISO 19111:2019 Географическая информация — Пространственная привязка по координатам , подготовленная ISO/TC 211 , также опубликованная Открытым геопространственным консорциумом в качестве абстрактной спецификации, Тема 2: Пространственная привязка по координатам . ^{[ 2 ]}

Типы систем

Центрированные по Земле, фиксированные координаты Земли — Центр Земли, фиксированные координаты Земли относительно широты и долготы.

Тысячи систем пространственной привязки, используемые сегодня, основаны на нескольких общих стратегиях, которые определены в стандартах EPSG, ISO и OGC: ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Географическая система координат (или геодезическая): Сферическая система координат, измеряющая местоположения непосредственно на Земле (смоделированная в виде сферы или эллипсоида ) с использованием широты (градусы к северу или югу от экватора ) и долготы (градусы к западу или востоку от нулевого меридиана ).
Геоцентрическая система координат (или геоцентрическая, фиксированная на Земле): Трехмерная декартова система координат , которая моделирует Землю как трехмерный объект, измеряя местоположения от центральной точки, обычно центра масс Земли, вдоль осей x, y и z, совмещенных с экватором и нулевым меридианом. . Эта система обычно используется для отслеживания орбит спутников , поскольку они основаны на центре масс. Таким образом, это внутренняя система координат, используемая системами спутниковой навигации , такими как GPS, для вычисления местоположения с использованием мультилатерации .
Система координат проекции (или плоская, сетка) Схема системы координат UTM.: Стандартизированная декартова система координат , которая моделирует Землю (или, чаще, большую ее область) как плоскость, измеряя местоположения от произвольной исходной точки по осям X и Y, более или менее совмещенным со сторонами света. Каждая из этих систем основана на определенной Картографической проекции для создания плоской поверхности из искривленной поверхности Земли. Обычно они определяются и используются стратегически, чтобы свести к минимуму искажения, присущие прогнозам. Общие примеры включают универсальный поперечный меркатор (UTM) и национальные системы, такие как Британская национальная сетка и система координат государственной плоскости (SPCS).
Инженерная система координат (или локальная, пользовательская): Декартова система координат (2-D или 3-D), созданная специально для небольшой территории, часто для одного инженерного проекта, в рамках которой кривизну Земли можно безопасно аппроксимировать как плоскую без значительных искажений. Местоположение обычно измеряется непосредственно из произвольной исходной точки с использованием методов съемки . Они могут быть совмещены или не совмещены со стандартной системой координат проекции. Координаты локальной касательной плоскости — это тип локальной системы координат, используемый в авиации и морских транспортных средствах.

Эти стандарты признают, что также существуют стандартные системы отсчета для измерения высоты с использованием вертикальных данных и времени (например, ISO 8601 ), которые могут быть объединены с пространственной системой отсчета для формирования сложной системы координат для представления трехмерных и/или пространственно-временных местоположений. . Существуют также внутренние системы для измерения местоположения в контексте объекта, такие как строки и столбцы пикселей в растровом изображении , измерения линейной привязки вдоль линейных объектов (например, дорожных столбов) и системы для определения местоположения внутри движущихся объектов, такие как как корабли. Последние две часто относят к подкатегориям инженерных систем координат.

Компоненты

Целью любой системы пространственной привязки является создание общей системы отсчета, в которой местоположения можно будет точно и последовательно измерять в виде координат, которые затем можно будет однозначно использовать совместно, чтобы любой получатель мог идентифицировать то же местоположение, которое изначально было задумано отправителем. ^{[ 3 ]} Для этого любое определение системы координат должно состоять из нескольких спецификаций:

Система координат , абстрактная основа для измерения местоположений. Как и любая математическая система координат, ее определение состоит из измеримого пространства (будь то плоскость, трехмерная пустота или поверхность объекта, такого как Земля), исходной точки, набора осей-векторов, исходящих из начала координат. и единица измерения.
Горизонтальная база данных , которая привязывает абстрактную систему координат к реальному пространству Земли. Горизонтальную датум можно определить как точную опорную систему для измерения географических координат (широты и долготы). Примеры включают Мировую геодезическую систему и Североамериканские датумы 1927 и 1983 годов . Базовые данные обычно состоят из оценки формы Земли (обычно эллипсоида) и одной или нескольких опорных точек или контрольных точек , установленных мест (часто отмеченных физическими памятниками), для которых документируются измерения.
Определение проецируемой CRS должно также включать выбор картографической проекции для преобразования сферических координат, заданных базой данных, в декартовы координаты на плоской поверхности.

Таким образом, определение CRS обычно состоит из «набора» зависимых спецификаций, как показано в следующей таблице:

Кодекс EPSG	Имя	Эллипсоид	Горизонтальная дата	Тип CS	Проекция	Источник	Топоры	Единица измерения
4326	ГКС WGS 84	ГРС 80	ВГС 84	эллипсоидный (широта, долгота)	Н/Д	экватор/нулевой меридиан	экватор, нулевой меридиан	степень дуги
26717	UTM 17N NAD 27 Зона	Кларк 1866 г.	НАД 27	декартово (x,y)	Поперечный Меркатор: центральный меридиан 81° з.д., масштаб 0,9996.	500 км к западу от (81 ° з.д., 0 ° с.ш.)	экватор, меридиан 81° з.д.	метр
6576	SPCS Зона Теннесси NAD 83 (2011) футов США	ГРС 80	NAD 83 (2011 epoch)	декартово (x,y)	Равноугольная коническая Ламберта: центр 86° з.д., 34°20' с.ш., стандартные параллели 35°15' с.ш., 36°25' с.ш.	Сетка 600 км к западу от центральной точки	восток сетки в центральной точке, меридиан 86 ° з.д.	Геодезический фут США

Примеры по континентам

Примеры систем по всему миру:

По всему миру

Идентификаторы

Идентификатор пространственной системы координат ( SRID ) — это уникальное значение, используемое для однозначной идентификации определений проецируемой, непроецируемой и локальной пространственной системы координат. Эти системы координат составляют основу всех ГИС- приложений.

Практически все крупные поставщики пространственных данных создали свою собственную реализацию SRID или ссылаются на реализации авторитетных организаций, таких как набор данных геодезических параметров EPSG .

SRID являются первичным ключом для Открытого геопространственного консорциума (OGC) пространственных_ref_sys таблицы метаданных для спецификации Simple Features for SQL версий 1.1 и 1.2 , которая определяется следующим образом:

CREATE TABLE SPATIAL_REF_SYS
(
    SRID      INTEGER   NOT NULL PRIMARY KEY,
    AUTH_NAME CHARACTER VARYING(256),
    AUTH_SRID INTEGER,
    SRTEXT    CHARACTER VARYING(2048)
)

В базах данных с пространственной поддержкой (таких как IBM Db2 , IBM Informix , Ingres , Microsoft SQL Server , MonetDB , MySQL , Oracle RDBMS , Teradata , PostGIS , SQL Anywhere и Vertica ) SRID используются для уникальной идентификации систем координат, используемых для определения столбцов данных. пространственные данные или отдельные пространственные объекты в пространственном столбце (в зависимости от пространственной реализации). SRID обычно связаны со строковым определением общеизвестного текста (WKT) системы координат (SRTEXT, выше). Вот две распространенные системы координат со значением EPSG SRID, за которым следует WKT:

UTM, зона 17N, NAD27 — SRID 2029:

PROJCS["NAD27(76) / UTM zone 17N",
    GEOGCS["NAD27(76)",
        DATUM["North_American_Datum_1927_1976",
            SPHEROID["Clarke 1866",6378206.4,294.9786982138982,
                AUTHORITY["EPSG","7008"]],
            AUTHORITY["EPSG","6608"]],
        PRIMEM["Greenwich",0,
            AUTHORITY["EPSG","8901"]],
        UNIT["degree",0.01745329251994328,
            AUTHORITY["EPSG","9122"]],
        AUTHORITY["EPSG","4608"]],
    UNIT["metre",1,
        AUTHORITY["EPSG","9001"]],
    PROJECTION["Transverse_Mercator"],
    PARAMETER["latitude_of_origin",0],
    PARAMETER["central_meridian",-81],
    PARAMETER["scale_factor",0.9996],
    PARAMETER["false_easting",500000],
    PARAMETER["false_northing",0],
    AUTHORITY["EPSG","2029"],
    AXIS["Easting",EAST],
    AXIS["Northing",NORTH]]

WGS84 — SRID 4326

GEOGCS["WGS 84",
    DATUM["WGS_1984",
        SPHEROID["WGS 84",6378137,298.257223563,
            AUTHORITY["EPSG","7030"]],
        AUTHORITY["EPSG","6326"]],
    PRIMEM["Greenwich",0,
        AUTHORITY["EPSG","8901"]],
    UNIT["degree",0.01745329251994328,
        AUTHORITY["EPSG","9122"]],
    AUTHORITY["EPSG","4326"]]

Значения SRID, связанные с пространственными данными, могут использоваться для ограничения пространственных операций — например, пространственные операции не могут выполняться между пространственными объектами с разными SRID в одних системах или запускать преобразования систем координат между пространственными объектами в других.

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б «Использование набора данных геодезических параметров EPSG, Инструкция 7-1» . Набор данных геодезических параметров EPSG . Геоматические решения. Архивировано из оригинала 15 декабря 2021 года . Проверено 15 декабря 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Тема 2 абстрактной спецификации OGC: Исправление ссылок по координатам» . Открытый геопространственный консорциум . Архивировано из оригинала 30 июля 2021 г. Проверено 25 декабря 2018 г.
^ Руководство по системам координат в Великобритании (PDF) , D00659 v2.3, Ordnance Survey, 2020, стр. 11, заархивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2015 г. , получено 16 декабря 2021 г.

Внешние ссылки

пространственная референция.org – веб-сайт с более чем 13 000 системами пространственной привязки в различных форматах.
Спецификации (стандарты) OpenGIS. Архивировано 13 декабря 2004 г. на Wayback Machine.
Спецификация простых функций OpenGIS для CORBA (99-054)
Спецификация простых функций OpenGIS для OLE/COM (99-050)
Спецификация простых функций OpenGIS для SQL (99-054, 05-134, 06-104r3)
OGR. Архивировано 22 апреля 2006 г. в Wayback Machine — библиотеке, реализующей соответствующие стандарты OGC.
EPSG.org — официальная веб-страница набора данных геодезических параметров EPSG. Поисковая система для систем отсчета, определенных EPSG.
EPSG.io/ — Полнотекстовый поиск, индексирующий более 6000 систем координат.
Реестр INdicio CRS Galdos Systems

[epsg-1] Перейти обратно: ^а ^б «Использование набора данных геодезических параметров EPSG, Инструкция 7-1» . Набор данных геодезических параметров EPSG . Геоматические решения. Архивировано из оригинала 15 декабря 2021 года . Проверено 15 декабря 2021 г.

[ogc_as-2] Перейти обратно: ^а ^б «Тема 2 абстрактной спецификации OGC: Исправление ссылок по координатам» . Открытый геопространственный консорциум . Архивировано из оригинала 30 июля 2021 г. Проверено 25 декабря 2018 г.

[OSGB-3] Руководство по системам координат в Великобритании (PDF) , D00659 v2.3, Ordnance Survey, 2020, стр. 11, заархивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2015 г. , получено 16 декабря 2021 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

v т и ISO Стандарты по номеру стандарта
List of ISO standards – ISO romanizations – IEC standards
1–9999	1 2 3 4 6 7 9 16 17 31 -0 -1 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 68-1 128 216 217 226 228 233 259 261 262 302 306 361 500 518 519 639 -1 -2 -3 -5 -6 646 657 668 690 704 732 764 838 843 860 898 965 999 1000 1004 1007 1073-1 1073-2 1155 1413 1538 1629 1745 1989 2014 2015 2022 2033 2047 2108 2145 2146 2240 2281 2533 2709 2711 2720 2788 2848 2852 2921 3029 3103 3166 -1 -2 -3 3297 3307 3601 3602 3864 3901 3950 3977 4031 4157 4165 4217 4909 5218 5426 5427 5428 5725 5775 5776 5800 5807 5964 6166 6344 6346 6373 6385 6425 6429 6438 6523 6709 6943 7001 7002 7010 7027 7064 7098 7185 7200 7498 -1 7637 7736 7810 7811 7812 7813 7816 7942 8000 8093 8178 8217 8373 8501-1 8571 8583 8601 8613 8632 8651 8652 8691 8805/8806 8807 8820-5 8859 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -8-I -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 -16 8879 9000/9001 9036 9075 9126 9141 9227 9241 9293 9314 9362 9407 9496 9506 9529 9564 9592/9593 9594 9660 9797-1 9897 9899 9945 9984 9985 9995
10000–19999	10006 10007 10116 10118-3 10160 10161 10165 10179 10206 10218 10279 10303 -11 -21 -22 -28 -238 10383 10585 10589 10628 10646 10664 10746 10861 10957 10962 10967 11073 11170 11172 11179 11404 11544 11783 11784 11785 11801 11889 11898 11940 (-2) 11941 11941 (TR) 11992 12006 12052 12182 12207 12234-2 12620 13211 -1 -2 13216 13250 13399 13406-2 13450 13485 13490 13567 13568 13584 13616 13816 13818 14000 14031 14224 14289 14396 14443 14496 -2 -3 -6 -10 -11 -12 -14 -17 -20 14617 14644 14649 14651 14698 14764 14882 14971 15022 15189 15288 15291 15398 15408 15444 -3 -9 15445 15438 15504 15511 15686 15693 15706 -2 15707 15897 15919 15924 15926 15926 WIP 15930 15938 16023 16262 16355-1 16485 16612-2 16750 16949 (TS) 17024 17025 17100 17203 17369 17442 17506 17799 18004 18014 18181 18245 18629 18916 19005 19011 19092 -1 -2 19114 19115 19125 19136 19407 19439 19500 19501 19502 19503 19505 19506 19507 19508 19509 19510 19600 19752 19757 19770 19775-1 19794-5 19831
20000–29999	20000 20022 20121 20400 20802 20830 21000 21001 21047 21122 21500 21827 22000 22275 22300 22301 22395 22537 23000 23003 23008 23009 23090-3 23092 23094-1 23094-2 23270 23271 23360 23941 24517 24613 24617 24707 24728 25178 25964 26000 26262 26300 26324 27000 series 27000 27001 27002 27005 27006 27729 28000 29110 29148 29199-2 29500
30000+	30170 31000 32000 37001 38500 39075 40500 42010 45001 50001 55000 56000 80000
Category