Географические системы координат кратко

Обновлено: 04.07.2024

Географическая система координат - это метод описания местоположений на поверхности Земли с использованием сферических измерений широты и долготы. Это измерения углов (в градусах) из центра Земли до точки на земной поверхности, когда форма Земли принимается за сферу. Когда используется сфероид (эллипсоид), широта определяется как угол между нормалью к поверхности Земли в точке измерения и плоскостью экватора. Эта линия не пересекает центр Земли, за исключением экватора или полюсов. В промежуточных широтах направление силы притяжения проходит мимо центра и наибольшая величина ее отклонения от направления на центр достигается на широтах +-45° и составляет угол f/2 (f - сжатие Земли), или 5'.7

В географической системе координат сфера делится на равные части, называемые градусами, в некоторых странах используются грады. Окружность разделяется на 360° или 400 градов. Каждый градус делится на 60 минут, каждая из которых состоит из 60 секунд.

Географическая система координат состоит из линий широты и долготы. Каждая линия долготы простирается в направлении "юг-север", определяя число градусов к востоку или западу от нулевого меридиана. Значения находятся в диапазоне от -180° до +180°. Линии широты простираются с востока на запад, определяя число градусов к северу или югу от Экватора. Значения широты находятся в диапазоне от +90° на Северном полюсе до -90° на Южном полюсе.

Экватор - это нулевой градус широты. В северном полушарии значения широты положительные, в южном полушарии значения широты - отрицательные. Угол между меридианом, проходящим через точку, и нулевым меридианом, называется географической долготой. Долгота определяет углы в направлении восток-запад. Измерения долготы традиционно базируются на Главном меридиане, который представлен линией, простирающейся от Северного полюса через Гринвич в Англии к Южному полюсу. Этот угол имеет долготу, равную 0°. К западу от Гринвичского меридиана значения долготы имеют отрицательные значения и к востоку - положительные. Например, Лос-Анджелес в шт. Калифорния расположен примерно на широте "плюс 33 градуса 56 минут" и долготе "минус 118 градусов 24 минуты."

Области использования

Пользователи глобальных данных часто используют географические координаты для хранения и управления данными на глобальной сети, но проецируют данные в локальных плоских системах координат для редактирования и анализа.

Картографические проекции также используют значения долготы и широты для географической привязки таких параметров, как центральный меридиан, стандартные параллели и широта начала координат.

Связанные темы

Картографические проекции служат для представления сферической поверхности Земли на плоскости бумажной или компьютерной карты. Системы координат (СК) определяют, как двумерная спроецированная карта описывает реальные местоположения на Земле с помощью координат. Выбор картографической проекции и системы координат зависит от географической области, которую Вы хотите показать на карте, от задач, стоящих перед будущей картой, и часто от доступности данных.

Подробнее о картографических проекциях:

Традиционный метод представления формы Земли – это глобус. Тем не менее, здесь возникает ряд проблем. Хотя глобусы достаточно точно передают форму Земли и очертания континентов, их невозможно носить с собой в кармане. Также они подходят для использования в очень малых масштабах (примерно 1 к 100 млн). Большинство тематических данных, используемых в картографических приложениях, имеют гораздо более крупный масштаб. Типичные наборы геоданных имеют масштаб 1:250 000 или крупнее, в зависимости от уровня детализации. Глобус подобного масштаба было бы трудно произвести и еще более трудно сдвинуть с места. Поэтому картографы разработали ряд математических техник, называемых картографическими проекциями, разработанных для представления сферической поверхности Земли в двух измерениях.

Смотря на Землю с близкого расстояния, люди воспринимают ее плоской. Тем не менее, из космоса она выглядит шарообразной. Карты, как известно, являются представлением реальности. Они создаются для представления не только самих объектов, но и их формы, размеров и пространственных отношений. Каждая картографическая проекция имеет достоинства и недостатки. Выбор лучшей проекции зависит от масштаба карты и от цели ее создания. Например, проекция, которая будет иметь неприемлемые искажения в случае создания карты на весь африканский континент, может быть отличным решением для составления крупномасштабной (детальной) карты одного из африканских городов. Свойства картографической проекции также воздействуют на визуальные характеристики карты. Некторые проекции хороши для малых областей, некоторые – для территорий с большим протяжением с запада на восток, третьи – с севера на юг.

Три семейства картографических проекций:

Процесс создания картографической проекции может быть наглядно показан путем помещения источника света внутрь прозрачного глобуса с обозначенными параллелями и меридианами. Свет падает на лист бумаги. Различные способы проецирования имитируются оборачиванием глобуса листом в форме цилиндра, конуса, или просто прикладыванием плоского листа. Каждый из этих методов называется семейством картографических проекций. Таким образом, существуют семейства цилиндрических, конических и плоскостных проекций (см. Рисунок 62а, б, в).

Рисунок 62: Три семейства картографических проекций: а) цилиндрические, б) конические и в) плоскостные проекции

Процесс проецирования осуществляется с использованием математических принципов геометрии и тригонометрии. Процесс, показанный выше, моделируется числовыми функциями.

Точность картографических проекций

Картографические проекции по определению не могут передать сферическую поверхность со 100% точностью. В ходе проецирования любая карта будет иметь искажения углов, расстояний или площадей. Картографическая проекция может быть компромиссной, т.е. искажать все три свойства в некоторых допустимых пределах. Примером компромиссной проекции служит проекция Робинсона (см. Рисунок 63), часто используемая для карт мира.

Рисунок 63: Проекция Робинсона является компромиссной проекцией, в которой искажения
площадей, углов и расстояний находятся на приемлемом уровне.

Как уже сказано, при перенесении Земли на плоскость сохранить точность всех характеристик одновременно невозможно. Это означает, что если Вам нужно осуществлять точные аналитические операции по карте, Вы должны выбрать картографическую проекцию, которая наилучшим образом сохраняет точность характеристики, которую Вы будете измерять. Например, если Вы хотите измерять расстояния на Вашей карте, Вам следует выбрать проекцию, которая обеспечивает высокую точность расстояний.

Равноугольные картографические проекции

На глобусе главные направления розы ветров (север, запад, юг и восток) всегда находятся под углом 90 градусов друг к другу. Другими словами, меридианы всегда находятся под прямым углом к параллелям. Такие углы могут быть сохранены на картографической проекции, называемой равноугольной. Также такая проекция называется конформной, или ортоморфической.

Рисунок 64: Проекция Меркатора используется в случаях, когда важно сохранить углы.
В то же время, она сильно искажает площади в высоких широтах.

Подобные проекции используются, когда важно сохранить правильные углы, в частности для навигационных и метеорологических задач. Важно помнить, что сохранение правильных углов на карте ведет к искажению других характеристик и действительно на малых площадях. Так, конформная проекция искажает площади, т.е. если на карте с конформной проекцией будут измерены площади, их значения будут неправильными. Чем больше область, изображенная на карте, тем больше будут искажены площади. Примеры конформных проекций – Проекция Меркатора (см. Рисунок 64) и Конформная Коническая Проекция Ламберта. Подобные проекции используются на многих картах Геологической Службы США.

Равнопромежуточные проекции

Если Вы хотите правильно измерять расстояния, Вам потребуется картографическая проекция, которая хорошо сохраняет расстояния. Такие проекции, называемые равнопромежуточными, поддерживают постоянный масштаб карты. Карта является равнопромежуточной, когда она корректно отображает расстояния от центра проекции до любой другой точки на карте. Равнопромежуточные проекции обеспечивают правильные расстояния от центра проекции вдоль определенных линий. Эти проекции используются для сейсмического картографирования, а также для задач навигации. Цилиндрическая Проекция Плате-Карре (см. Рисунок 65) и Равнопромежуточная проекция относятся к этому типу проекций. Есть и другие проекции, например Азимутальная Равнопромежуточная Проекция используется на эмблеме ООН (см. Рисунок 66).

Рисунок 65: Проекция Плате-Карре используется, когда важно правильное измерение расстояний.

Рисунок 66: На логотипе ООН используется азимутальная равнопромежуточная проекция.

Равновеликая проекция

Когда площади объектов на карте имеют те же пропорциональные отношения, что и площади объектов на Земле, это означает, что использована равновеликая проекция. Такие проекции широко используют на картах общего назначения, а также на образовательных картах. Как подсказывает название, эти карты лучше всего подходят для расчетов площадей. Например, если Вам нужно проанализировать конкретный район города, чтобы определить, достаточно ли там свободного места для нового супермаркета, лучшим выбором для карты будет равновеликая проекция. С одной стороны, чем больше будет территория покрытия Вашей карты, тем более точными будут Ваши измерения площадей в случае использования равновеликой проекции по сравнению с другими типами. С другой стороны, равновеликая проекция приводит к искажению углов при больших территориях охвата. На малых площадях искажения углов будут незначительными. Примеры равновеликих проекций, часто используемых в ГИС: Равновеликая Проекция Альберса, Равновеликая Проекция Ламберта и Равновеликая Цилиндрическая Проекция Мольвейде (см. Рисунок 67).

Помните, что картографические проекции – это очень сложная тема. Существуют сотни различных проекций, каждая из которых подходит для определенных территорий и задач. Чаще всего выбор правильной проекции лежит на ГИС-специалисте. Во многих странах есть свои популярные проекции, и в случае обмена данными люди просто следуют национальным тенденциям.

Рисунок 67: Равновеликая Цилиндрическая Проекция Мольвейде обеспечивает правильные пропорции площадей.

Подробнее о системах координат (СК)

С помощью систем координат (СК) каждое место на Земле может быть описано набором из трех цифр, называемых координатами. В общем, СК делят на системы географических координат и системы проекционных координат (также называются картезианскими, или прямоугольными).

Системы Географических Координат

Использование географических координат широко распространено. Системы географических координат основаны на широте и долготе, а также дополнительном значении высоты для описания местоположений на Земле. Самая популярная в наше время называется WGS 84.

Линии широты (параллели) идут параллельно экватору и разделяют Землю на 180 равных частей с севера на юг. Точкой отсчета широты является экватор, и каждое полушарие разделено на девяносто частей, каждая из которых представляет собой один градус широты. Градусы широты измеряются от 0 на экваторе до 90 на полюсах (Северный полюс располагается на 90° северной широты, Южный полюс – на 90° южной широты). Для упрощения математического представления, градусы широты в Южном полушарии представляют со минусовым знаком (от 0 до -90°). В любой точке Земли расстояние между параллелями одинаково – 60 морских миль (см. Рисунок 68).

Рисунок 68: Система географических координат, состоящая из параллелей и меридианов.

Линии долготы (меридианы), с другой стороны, не являются регулярными. Они пересекают экватор под прямым углом, а потом сходятся на полюсах. Линия нулевой долготы (нулевой меридиан) идет от Северного полюса к Южному полюсу через Гринвич, Англия. Долгота измеряется от 0 до 180 градусов к западу или востоку от нулевого меридиана. Стоит заметить, что в ГИС-приложениях значения к западу от нулевого меридиана имеют негативные значения (см. Рисунок 68).

На экваторе, и только на экваторе, расстояние между соседними меридианами, равно расстоянию между соседними параллелями. По мере приближения к полюсам, расстояние между меридианами уменьшается до тех пор, пока все 360 градусов долготы не сходятся в одной-единственной точке полюса. Используя систему географических координат, мы имеем сетку линий, разделяющую Землю на фигуры, покрывающие примерно 12363.365 кв. км на экваторе. хорошее начало, но не очень полезное для точного определения местоположения.

Чтобы быть по-настоящему полезной, градусная сетка делится на более мелкие участки, которые способны определить местоположение объекта с допустимым уровнем точности. Для этого градусы разделены на минуты (') и секунды ("). В градусе 60 минут, в минуте 60 секунд, соответственно в градусе 3600 секунд. Значит, на экваторе одна секунда широты или долготы примерно равна 30.87624 м

Системы проекционных координат

Двумерная координатная система обычно определяется двумя осями. Располагаясь под прямым углом друг к другу, они формируют так называемую XY-плоскость (см. Рисунок 69, слева). Горизонтальная ось обычно подписывается как X, вертикальная – как Y. В случае трехмерной системы координат добавляется третья ось Z. Она также располагается под прямым углом к двум первым осям (см. Рисунок 69, справа). Представьте себе, что внутри этой системы расположена сфера. Каждая точка на этой сфере, имеющая сферические координаты, может быть выражена в координатах XYZ.

Рисунок 69: Система проекционных координат. Двумерная система с координатами X и Y (слева) и трехмерная система с координатами X, Y и Z (справа).

Система проекционных координат в Южном полушарии (к югу от экватора) берет отсчет на экваторе от определенной долготы. Это значит, что значения Y повышаются на юг, а значения X растут в сторону запада. В Северном полушарии (к северу от экватора) проекционная СК также берет начало от экватора на определенной долготе. При этом значения Y растут в сторону севера, а значения X увеличиваются на восток. Дальше мы опишем систему проекционных координат, называемую Универсальной Поперечной Проекцией Меркатора (UTM), часто используемую для территории ЮАР.

Подробнее об Универсальной Поперечной Проекции Меркатора

Точка отсчета системы координат UTM находится на экваторе на определенной долготе. Значения Y повышаются на юг, а значения X растут в сторону запада. UTM является глобальной картографической проекцией. Это означает, что она используется по всему миру. Но, как описано выше, с увеличением площади использования растет степень искажения геометрических параметров. Для того, чтобы избежать повышения искажений, Землю поделили на 60 одинаковых зон, каждая из которых занимает 6 градусов долготы. Зоны UTM пронумерованы от 1 до 60, и номера растут с запада на восток. Нумерация начинается от линии перемены дат (зона 1 находится на 180 градусах Западной долготы) и увеличивается на восток (зона 60 примыкает к 180 градусами Восточной долготы), как показано на Рисунке 70.

Рисунок 70: Зоны Универсальной Поперечной Проекции Меркатора. Для Южной Африки используются зоны 33S, 34S, 35S и 36S.

Как можно видеть на Рисунках 70 и 71, Южная Африка покрыта четырьмя зонами UTM для минимизации искажений. Зоны называются 33S, 34S, 35S и 36S. Буква S после зоны означает положение к югу от экватора.

Рисунок 71: Зоны 33S, 34S, 35S и 36S, используемые для высокоточного проецирования территории ЮАР, и их центральные меридианы.
Красным крестом помечена область интереса.

Например, мы хотим определить координаты в области интереса, помеченной красным крестиком на Рисунке 71. Как Вы можете видеть, область находится в зоне 35S. Это означает: для того, чтобы минимизировать искажения и получить корректный результат, нужно использовать UTM, зону 35S в качестве системы координат. Позиция координаты в системе UTM к югу от экватора описывается номером зоны (35) и северным (y) и восточным (x) смещением. Северное смещение – это расстояние от экватора в метрах. Восточное смещение – это расстояние от центрального меридиана используемой зоны UTM. Для зоны 35S центральный меридиан проходит по линии 27° в.д., как показано на Рисунке 71. Кроме того, в UTM используются только положительные значения, потому ко всем значениям y прибавляют 10 000 000 м, а ко всем значениям х прибавляют 500 000 м. Это может показаться трудным, поэтому мы проиллюстрируем на примере, как найти правильную координату для области интереса в системе UTM 35S.

Северное смещение (y)

Если интересующее нас место находится в 3 550 000 метрах к югу от экватора, северное смещение приобретает негативное значение и равняется -3 550 000 м. В соответствии с правилами UTM, нам необходимо прибавить ложное смещение на 10 000 000 м. Соответственно, значение северного смещения для координаты будет 6 450 000 м (-3 550 000 м + 10 000 000 м).

Восточное смещение (х)

Сначала нам необходимо найти центральный меридиан зоны UTM 35S. Как можно видеть из Рисунка 71, он находится на 27° в.д. Интересующее нас место находится в 85 000 метрах к западу от центрального меридиана, поэтому значение приобретает отрицательный знак, в результате получается -85 000 м. По правилам UTM мы добавляем ложное смещение на восток в 500 000 м. Значит, восточное смещение (х) для нашей координаты равно 415 000 м (т. е. -85 000 + 500 000 м).

В результате, координата для нашей точки интереса (POI), проецированная в системе UTM 35S, будет записываться как 35 415000 mE / 6450000mN. В некоторых ГИС, когда определена правильная зона и единицы измерения карты установлены на метры, координаты могут отображаться просто как 415000; 6450000.

Как Вы могли уже подумать, довольно распространены ситуации, когда данные, которые Вы хотите использовать в ГИС, находятся в разных системах координат. Например, у Вас может быть векторный слой границ в проекции UTM 35S и точечный слой с метеорологической информацией, записанный в географической системе WGS84. Если открыть эти слои в ГИС, мы увидим, что они отображаются в абсолютно разных местах, хотя по факту информация относится к одной и той же территории.

О чем стоит помнить:

Что мы узнали?

Закрепим изученный материал:

Попробуйте сами!

Ниже приведено несколько примеров практических заданий для Ваших учеников:

Если у Вас нет компьютера:

Вы можете показать Вашим ученикам принципы трех семейств картографических проекций. Возьмите глобус и карту и продемонстрируйте общие принципы работы цилиндрических, конических и плоскостных проекций. С помощью кальки Вы можете нарисовать двумерную систему координат, состоящую из осей X и Y. Затем, позвольте Вашим ученикам определить координаты для различных мест.

Дополнительные материалы:

Chang, Kang-Tsung (2006): Introduction to Geographic Information Systems. 3rd Edition. McGraw Hill. (ISBN 0070658986)
DeMers, Michael N. (2005): Fundamentals of Geographic Information Systems. 3rd Edition. Wiley. (ISBN 9814126195)
Galati, Stephen R. (2006): Geographic Information Systems Demystified. Artech House Inc. (ISBN 158053533X)

Руководство пользователя QGIS также содержит более детальную информацию о работе с картографическими проекциями в QGIS.

В следующем разделе мы познакомимся с подготовкой карт.

Для решения большинства задач в прикладных науках необходимо знать местоположение объекта или точки, которое определяется с помощью применения одной из принятых систем координат. Кроме того, имеются системы высот, которые также определяют высотное местонахождение точки на поверхности Земли.

Что такое координаты

Координаты – числовые или буквенные значения, с помощью которых можно определить место, где расположена точка на местности. Как следствие, система координат – это совокупность однотипных значений, имеющих одинаковый принцип нахождения точки или объекта.

Нахождение местоположения точки требуется для решения многих практических задач. В такой науке, как геодезия, определение местонахождения точки в заданном пространстве – главная цель, на достижении которой строится вся последующая работа.

Большинство систем координат, как правило, определяют расположение точки на плоскости, ограниченной только двумя осями. Для того чтобы определить позицию точки в трехмерном пространстве, применяется также система высот. С ее помощью можно узнать точное местонахождение искомого объекта.

Кратко о системах координат, применяемых в геодезии

Системы координат определяют местоположение точки на территории земной поверхности, задавая ей три значения. Принципы их расчета различны для каждой координатной системы.

Основные пространственные системы координат, применяемые в геодезии:

Геодезические.
Географические.
Полярные.
Прямоугольные.
Зональные координаты Гаусса-Крюгера.

Все системы имеют свою начальную точку отсчета, величины для местонахождения объекта и области применения.

Геодезические координаты

Основной фигурой, применяемой для отсчета геодезических координат, является земной эллипсоид.

Эллипсоид – трехмерная сжатая фигура, которая наилучшим образом представляет собой фигуру земного шара. Ввиду того что земной шар – математически неправильная фигура, вместо нее для определения геодезических координат используют именно эллипсоид. Это облегчает осуществление многих расчетов для определения положения тела на поверхности.

Геодезические координаты определяются тремя значениями: геодезической широтой, долготой и высотой.

Геодезическая широта – это угол, начало которого лежит на плоскости экватора, а конец - у перпендикуляра, проведенного к искомой точке.
Геодезическая долгота – это угол, который отсчитывают от нулевого меридиана до меридиана, на котором находится искомая точка.
Геодезическая высота – величина нормали, проведенной к поверхности эллипсоида вращения Земли от данной точки.

Географические координаты

Для решения высокоточных задач высшей геодезии необходимо различать геодезические и географические координаты. В системе, применяемой в инженерной геодезии, таких различий, ввиду небольшого пространства, охватываемого работами, как правило, не делают.

Для определения геодезических координат в качестве плоскости отсчета используют эллипсоид, а для определения географических – геоид. Геоид является математически неправильной фигурой, более приближенной к фактической фигуре Земли. За его уровненную поверхность принимают ту, что продолжена под уровнем моря в его спокойном состоянии.

Географическая система координат, применяемая в геодезии, описывает позицию точки в пространстве с указанием трех значений. Определение географической долготы совпадает с геодезической, так как точкой отсчета также будет нулевой меридиан, называемый Гринвичским. Он проходит через одноименную обсерваторию в городе Лондоне. Географическая широта определяется от экватора, проведенного на поверхности геоида.

Высота в системе местных координат, применяемой в геодезии, отсчитывается от уровня моря в его спокойном состоянии. На территории России и стран бывшего Союза отметкой, от которой производят определение высот, является Кронштадтский футшток. Он расположен на уровне Балтийского моря.

Полярные координаты

Полярная система координат, применяемая в геодезии, имеет другие нюансы произведения измерений. Она применяется на небольших участках местности для определения относительного местоположения точки. Началом отсчета может являться любой объект, отмеченный как исходный. Таким образом, с помощью полярных координат нельзя определить однозначное местонахождение точки на территории земного шара.

Полярные координаты определяются двумя величинами: углом и расстоянием. Угол отсчитывается от северного направления меридиана до заданной точки, определяя ее положение в пространстве. Но одного угла будет недостаточно, поэтому вводится радиус-вектор – расстояние от точки стояния до искомого объекта. С помощью этих двух параметров можно определить местоположение точки в местной системе.

Как правило, эта система координат используется для выполнения инженерных работ, проводимых на небольшом участке местности.

Прямоугольные координаты

Прямоугольная система координат, применяемая в геодезии, также используется на небольших участках местности. Главным элементом системы является координатная ось, от которой происходит отсчет. Координаты точки находятся как длина перпендикуляров, проведенных от осей абсцисс и ординат до искомой точки.

Северное направление оси Х и восточное оси У считаются положительными, а южное и западное – отрицательными. В зависимости от знаков и четвертей определяют нахождение точки в пространстве.

Координаты Гаусса-Крюгера

Координатная зональная система Гаусса-Крюгера схожа с прямоугольной. Различие в том, что она может применяться для всей территории земного шара, а не только для небольших участков.

Прямоугольные координаты зон Гаусса-Крюгера, по сути, являются проекцией земного шара на плоскость. Она возникла в практических целях для изображения больших участков Земли на бумаге. Искажения, возникающие при переносе, считаются незначительными.

Согласно этой системе, земной шар делится по долготе на шестиградусные зоны с осевым меридианом посередине. Экватор находится в центре по горизонтальной линии. В итоге насчитывается 60 таких зон.

Каждая из шестидесяти зон имеет собственную систему прямоугольных координат, отсчитываемую по оси ординат от осевого меридиана Х, а по оси абсцисс – от участка земного экватора У. Для однозначного определения местоположения на территории всего земного шара перед значениями Х и У ставят номер зоны.

Значения оси Х на территории России, как правило, являются положительными, в то время как значения У могут быть и отрицательными. Для того чтобы избежать знака минус в величинах оси абсцисс, осевой меридиан каждой зоны условно переносят на 500 метров на запад. Тогда все координаты становятся положительными.

Система координат была предложена Гауссом в качестве возможной и рассчитана математически Крюгером в середине двадцатого века. С тех пор она используется в геодезии в качестве одной из основных.

Система высот

Системы координат и высот, применяемые в геодезии, используются для точного определения положения точки на территории Земли. Абсолютные высоты отсчитываются от уровня моря или другой поверхности, принятой за исходную. Кроме того, имеются относительные высоты. Последние отсчитываются как превышение от искомой точки до любой другой. Их удобно применять для работы в местной системе координат с целью упрощения последующей обработки результатов.

Применение систем координат в геодезии

Помимо вышеперечисленных, имеются и другие системы координат, применяемые в геодезии. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. Есть также свои области работы, для которых актуален тот или иной способ определения местоположения.

Именно цель работы определяет, какие системы координат, применяемые в геодезии, лучше использовать. Для работы на небольших территориях удобно использовать прямоугольную и полярную системы координат, а для решения масштабных задач необходимы системы, позволяющие охватить всю территорию земной поверхности.

Географи́ческие координа́ты определяют положение точки на земной поверхности или, более широко, в географической оболочке.

Географические координаты строятся по принципу сферических. Аналогичные координаты применяются на других планетах, а также на небесной сфере [1] .

Содержание

Широта

Широта́ — угол φ между местным направлением зенита и плоскостью экватора, отсчитываемый от 0° до 90° в обе стороны от экватора. Географическую широту точек, лежащих в северном полушарии, (северную широту) принято считать положительной, широту точек в южном полушарии — отрицательной. О широтах, близких к полюсам, принято говорить как о высоких, а о близких к экватору — как о низких.

От широты места, как и от времени года, зависит продолжительность дня.

Из-за отличия формы Земли от шара географическая широта точек несколько отличается от их геоцентрической широты, т. е. от угла между направлением на данную точку из центра Земли и плоскостью экватора.

Широту места можно определить с помощью таких астрономических инструментов как секстант или гномон (прямое измерение), также можно воспользоваться системами GPS или ГЛОНАСС (косвенное измерение).

Долгота

Долгота́ — угол λ между плоскостью меридиана, проходящего через данную точку, и плоскостью начального нулевого меридиана, от которого ведётся отсчёт долготы. Долготы от 0° до 180° к востоку от нулевого меридиана называют восточными, к западу — западными. Восточные долготы принято считать положительными, западные — отрицательными.

Выбор нулевого меридиана произволен и зависит только от соглашения. Сейчас за нулевой меридиан принят Гринвичский меридиан, проходящий через обсерваторию в Гринвиче, на юго-востоке Лондона. В качестве нулевого ранее выбирались меридианы обсерваторий Парижа, Кадиса, Пулково и т. д.

От долготы зависит местное время.

Высота

Чтобы полностью определить положение точки трёхмерного пространства, необходима третья координата — высота. Расстояние до центра планеты не используется в географии: оно удобно лишь при описании очень глубоких областей планеты или, напротив, при расчёте орбит в космосе.

Расстояние от земной поверхности (ввысь или вглубь) часто используется для описания места, однако не служит координатой

Географическая система координат

В навигации в качестве начала системы координат выбирается центр масс транспортного средства (ТС). Переход начала координат из инерциальной системы координат в географическую (т.е из в ) осуществляется исходя из значений широты и долготы. Координаты центра географической системы координат в инерциальной принимают значения (при расчёте по шарообразной модели Земли):

=(R+h) cos(\varphi) cos(Ut+\lambda)" width="" height="" />
=(R+h) cos(\varphi) sin(Ut+\lambda)" width="" height="" />
=(R+h) sin(\varphi)" width="" height="" />
где R — радиус земли , U — угловая скорость вращения Земли, h — высота над уровнем моря.

Ориентация осей в географической системе координат (ГСК) выбирается по алгоритму.

Ось X (другое обозначение — ось E) — ось, направленная на восток. Ось Y (другое обозначение — ось N) — ось, направленная на север. Ось Z (другое обозначение — ось Up) — ось, направленная на вертикально вверх.

Ориентация трёхгранника XYZ,из-за вращения земли и движения ТС постоянно смещается с угловыми скоростями [2] .

=\fractg(\varphi)+U sin(\varphi)" width="" height="" />

Основным недостатком в практическом применении ГСК в навигации является большие величины угловой скорости этой системы в высоких широтах, возрастающие вплоть до бесконечности на полюсе. Поэтому вместо ГСК используется полусвободная в азимуте СК.

Полусвободная в азимуте система координат

Полусвободная в азимуте СК отличается от ГСК только одним уравнением, которое имеет вид:

$\omega_<Up></p> <p>=Usin(\varphi)$

Соответственно, система имеет тоже начальное положение, что ГСК и их ориентация также совпадает с одной лишь разницей, что её оси и отклонены от соответствующих осей ГСК на угол для которого справедливо уравнение

$d \varepsilon/dt=-\frac<V_E></p> <p>tg(\varphi)$

Преобразование между ГСК и полусвободной в азимуте СК осуществляется по формуле [2]

$N=Y_w cos(\varepsilon)+X_w sin(\varepsilon)$
$E=-Y_w sin(\varepsilon)+X_w cos(\varepsilon)$

В реальности все расчёты ведутся именно в этой системе, а потом, для выдачи выходной информации происходит преобразование координат в ГСК.

Форматы записи географических координат

Для записи географических координат используется система WGS84.

Координаты (широта от -90° до +90°, долгота от -180° до +180°) могут записываться:

в ° градусах в виде десятичной дроби (современный вариант)
в ° градусах и ' минутах с десятичной дробью
в ° градусах, ' минутах и " секундах с десятичной дробью (исторически сложившаяся форма записи)

Единых правил записи координат не существует.

В навигаторах по умолчанию чаще показываются градусы и минуты с десятичной дробью с буквенным обозначением, например, в Navitel, в iGO. Вводить координаты можно и в соответствии с другими форматами. Формат градусы и минуты рекомендуется также при радиообмене в морском деле. [источник не указан 476 дней]

55.755831°, 37.617673° —- градусы
N55.755831°, E37.617673° —- градусы (+ доп. буквы)
55°45.35'N, 37°37.06'E —- градусы и минуты (+ доп. буквы)
55°45'20.9916"N, 37°37'3.6228"E —- градусы, минуты и секунды (+ доп. буквы)

При необходимости форматы можно пересчитать самостоятельно: 1° = 60' минутам, 1' минута = 60" секундам. Также можно использовать специализированные сервисы. См. ссылки.

Читайте также: