Системы координат в гис реферат
Обновлено: 05.07.2024
3. Для определения местоположения объектов на поверхности Земли геоинформационные системы используют 2 типа координат:
Горизонтальные системы координат
Для определения местоположения объектов на поверхности
Земли геоинформационные системы используют 2 типа координат:
общегеографические (геодезические);
картографические, основанные на проекции.
Сферическая
система координат
Проекция Меркатора
Азимутальная
проекция
4. Географические системы координат
ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ КООРДИНАТ
Нулевой
меридиан
Экватор
Географическая
система
координат
(ГСК)
использует
трехмерную
сферическую поверхность для
определения
местоположения
объектов на поверхности Земли.
Местоположение объекта
определяется
значениями
сферических углов широты и
долготы. Единица измерения градус.
Широта
и
долгота
однозначно
определяют
положение
объекта
на
поверхности шара.
Географическая (геодезическая)
система координат
5. Аппроксимация формы Земли
Двухосный
эллипсоид вращения
f=0
fЗемли = 0.003353
Параметры эллипса
f - коэффициент сжатия;
a - большая полуось;
b - малая полуось
f = (a - b) / a
6. Фигура Земли и географические системы координат
ФИГУРА ЗЕМЛИ И ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ КООРДИНАТ
(геоид)
Нерегулярная поверхность геоида аппроксимируется регулярным эллипсоидом
Виды эллипсоидов
Центр
Земли
Центр
Земли
Поверхность Земли
Общеземной эллипсоид
описывает фигуру
Земли в целом
Референц - эллипсоид
оптимален лишь для
определенной части Земли
Система геодезических координат
Для задания системы
геодезических координат на
поверхности эллипсоида
используется косвенный метод:
для некоторой точки на реальной
поверхности Земли (начального
пункта) фиксируются значения
широты и долготы;
производится совмещение нормали
к поверхности референц-эллипсоида и
отвесной линии в начальной точке;
плоскость меридиана начального
пункта устанавливается параллельно
оси вращения Земли.
(DATUM)
Начальная
точка
Центр
Земли
Эти данные называются геодезическими датами (datum).
Координаты всех остальных точек на эллипсоиде являются
расчетными по отношению к начальной точке.
10. Примеры эллипсоидов
Название
Дата
(год)
Большая полуось,
(м)
Малая полуось,
(м)
Красовский
1940
6378245
6356863.0188
WGS 84
1984
6378137
63565752.31
Эйри
1830
6377563.396
6356256.91
6378160
6356774.719
Австралийская
национальная
Бессель
1841
6377397.155
6356078.963
Использование
СССР и некоторые
страны восточной
Европы
Во всем мире
Великобритания
Австралия
Большинство областей
центральной Европы,
Чили
Североамериканский
континент и
Филиппины
Кларк
1866
6378206.4
6356583.8
Кларк
1880
6378249.145
6356514.86955
Эверест
1830
6377276.3452
6356075.4133
Индия, Бирма,
Цейлон, Малайзия
СР380
1980
6378137
6356752.31414
Северная Америка
Хельмерт
1907
6378200
6356818.17
Египет
Франция и большая
часть Африки
Датум жестко фиксируют систему геодезических координат
относительно тела Земли. В то время как сфероид аппроксимирует
форму Земли, датум определяет положение сфероида относительно
центра Земли.
Изменение датума (географической системы координат)
приводит к изменению координат точки наблюдения.
Пример:
Контрольная точка в
г. Редландс, штат Калифорния
ГСК NAD83:
-117 12 57.75961 з.д.
34 01 43.77884 с.ш.
ГСК NAD27:
-117 12 54.61539 з.д.
34 01 43.72995 с.ш.
13. Датумы, используемые в России:
СК 42
Сфероид Красовского;
Локальная система координат, Пулково 1942;
Территория России.
PZ 90 (ПЗ 90)
"Параметры Земли 90" - RUSSIA_PZ90;
Геоцентрический датум ;
Система GLONASS.
WGS 84 (Геодезическая система мира 1984 года, WGS84 _ World
Geodetic System of 1984)
Сфероид WGS_1984;
Геоцентрический датум ;
Мировой.
Вывод:
1.
2.
3.
Географическая система координат включает:
угловые единицы измерения координат,
нулевой меридиан,
датум (основанный на сфероиде).
Географические координаты позволяют осуществлять
нерегулярные измерения Земной поверхости.
1° по долготе на экваторе = 111 км;
на широте 60° = 55.8 км;
на широте 90° = 0 км
СИСТЕМЫ КООРДИНАТ ПРОЕКЦИЙ
Системы координат проекций определяют правила проецирования
координат на плоскую двухмерную поверхность.
Y, м
Положение точки определяется парой
координат х,y
0,0
X, м
В
отличие
от
географической
системы
координат
спроецированная
система
координат
имеет
постоянные
длины,
углы
и
площади на плоской двумерной
поверхности.
Спроецированная система
координат является производной
от
географической
системы
координат .
КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОЕКЦИИ
Картографическая проекция осуществляет перенос координат со
сферической поверхности земного шара на плоскость карты
Проекция Аитова
Цилиндрическая
равновеликая
Сферическая
система координат
Проекция Бонна
Азимутальная
проекция
Параболическая проекция
Кластера
Картографической проекцией называется преобразование
трехмерной поверхности Земли в плоское изображение на карте.
Поверхность
Земли
Картографическая
проекция
Поверхность
цилиндра
Картографическая сетка географической системы координат, спроецированной на
цилиндрическую поверхность.
При отображении Земной поверхности в двухмерном
пространстве искажается форма, площадь, длина или
направление объектов.
По характеру искажений выделяются:
равноугольные;
равновеликие;
произвольные (равнопромежуточные);
проекции истинного направления (азимутальные).
Система координат проекций
За начало координат проекции принимается точка пересечения
центрального меридиана и стандартной параллели.
Центральный меридиан
Стандартная параллель
Сдвиг по оси X
Сдвиг по оси Y
Значения центрального меридиана и стандартной параллели определяют, какая
часть поверхности Земли спроецирована.
27. Поперечно цилиндрические проекции
Центральный меридиан
Цилиндр
Ось цилиндра
О
Экватор
Универсальная Поперечная проекция Меркатора (UTM)
Земная поверхность
делится на 60 зон
Проекция Гаусса-Крюгера
Зоны проекции Гаусса – Крюгера
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
nГК = nUTM -30
29. Система координат зоны
Y, м
с
6о зона
экватор
Начало
координат
зоны
ю
Центральный
меридиан
O
X, м
Y0=0 м
X0=+500000 м
O
Y0= -10000000 м
X0=+500000 м
30. Проекция Гаусса-Крюгера: фрагмент топографической карты N-45-XXIX
В проекции Гаусса-Крюгера значение горизонтальной координаты X включает
номер зоны. Пример: 15600 15 – номер зоны
600 – x=600 км от начала координат зоны
Выбор проекции
Выбор проекции зависит от способа использования карт:
Тематические - равноплощадные;
Презентационные - равноугольные (или равноплощадные);
Навигационные - равнопромежуточные, азимутальные
Часто при мелкомасштабных съемках изучаемая область может
пересекать 2 или более зон проекции Гаусса-Крюгера (UTM) и
требуется задавать новые параметры проекций.
-120
-117
Площадь
исследования
-114
Координатные
системы ГИС
Проективные
Географические
Единицы
измерения
Проекция
Датум
Проекционные
параметры
Сфероид
Нулевой
меридиан
Вертикальные системы координат
Система вертикальных координат (система высот) определяет
положение объекта относительно поверхности Земли.
Существуют 2 вида систем высот:
• Сфероидальные : вертикальные координаты отсчитываются от
соответствующего эллипсоида географической системы координат.
Пример: система GPS определяет высоты относительно эллипсоида WGS 1984.
• Гравитационные: высоты
определяются от поверхности
квазигеоида.
h – высота в сфероидальной системе;
H – высота в гравитационной системе;
N – разность высот.
В гравитационной системе высот нулевая отметка устанавливается
через локальный усредненный уровень моря или репер.
Система высот "от среднего
уровня моря" используется в
качестве "нулевого" уровня для
измерения высот.
Высота
Средний уровень моря
Глубина
Многолетний средний
минимум уровня
Система "от межени" или "от
многолетнего среднего минимума
уровня" применяется для измерения
глубин.
Системы координат в ArcGIS
При работе с пространственными данными в геоинформационная система
ArcGIS использует 2 вида координат.
1. Системы координат фрейма данных
Система координат фрейма
определяет, в какой системе
координат создается карта в ArcMap.
Система координат фрейма
выбирается пользователем в
зависимости от назначения
карты и требований
заказчика.
Система координат фрейма
может не совпадать с
системой координат данных,
используемых при ее создании.
2.
Системы координат набора данных (слоя)
Система координат набора данных определяет, в какой системе координат
определено положение объектов слоя карты.
Система координат набора данных
определяется при создании данных и
не может быть изменена
пользователем в Свойствах слоя .
39. Получение детальной информации о системе координат набора данных
Приложение ArcCatalog
Получение детальной
информации о системе
координат набора данных
Название системы координат проекции
Название географической системы
координат
Детальная информация о
системе
координат набора данных включает:
• Название проекции
• Масштабный коэффициент
• Центральный меридиан
• Начальная широта отсчета
• Ложный
сдвиг
в
восточном
направлении
• Ложный
сдвиг
в
северном
направлении и др.
Координатный домен в градусах
Координатный домен в единицах проекции
40. Изменение системы координат набора данных
Изменение системы координат набора данных осуществляется с помощью
перепроецирования данных.
Переход от одной проекции к другой – это сложный 2- или 3-ступенчатый процесс
пересчета координат объектов.
2
1
2
Целевая и исходная проекции используют
один и тот же сфероид
1
3
Целевая и исходная проекции используют
разные сфероиды
Преобразования между географическими системами координат
ГИС используют для конвертации географических координат геоцентрическое
преобразование датумов.
Поворот осей
3
Пересчет географических координат
в геоцентрические XYZ.
’
2
1
’
Сдвиг осей XYZ
Пересчет новых геоцентрических
координат X’Y’Z’ в географические.
’
Инструмент Проецировать
Для изменения системы координат набора данных используется инструмент
ArcToolbox Проецировать.
ArcGIS поддерживает более 50 картографических проекций.
Возможно создание собственных проекций и географических
систем координат:
создание систем координат с нуля;
редактирование параметров встроенных проекций и систем координат.
Географические и картографические системы координат. Общегеографические системы координат, их особенности. Системы координат проекций. Некоторые понятие теории фигуры Земли. Система геодезических координат. Основные семейства проекций и их характеристика.
| Рубрика | География и экономическая география |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.10.2013 |
| Размер файла | 9,7 M |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
HTML-версии работы пока нет.
Cкачать архив работы можно перейдя по ссылке, которая находятся ниже.
Подобные документы
Общеземные системы координат. Анализ земного эллипсоида. Системы картографических координат и плоских прямоугольных координат. Основные национальные системы высот. Местные системы координат Республики Беларусь. Недостатки использующихся систем высот.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 27.03.2015
Основные линии небесной сферы. Математический горизонт, небесный экватор, эклиптика, небесный меридиан. Экваториальная и горизонтальная системы координат. Перевод небесных координат в угловую меру. Математический горизонт и точка летнего солнцестояния.
презентация [3,9 M], добавлен 08.03.2014
Достижения вавилонской астрономии. Понятие системы географических координат (параллели и меридианы). Исторические представления о долготе и широте. Определение местного времени, часового пояса. Нахождение географической долготы места из уравнения времени.
контрольная работа [45,3 K], добавлен 20.10.2011
Происхождение энергетических ресурсов Дагестана (каменного угля, нефти, природного газа, горючих сланцев), закономерности их пространственного размещения. Картографические работы: измерение расстояний на картах, определение географических координат точек.
курсовая работа [489,4 K], добавлен 02.04.2011
Построение математической основы карт, определение их масштабов. Измерение по картам длин линий и площадей объектов. Определение географических и прямоугольных координат. Номенклатура листов топографических карт. Вычисление размеров искажений на них.
курсовая работа [555,9 K], добавлен 11.12.2014
Концептуальный схематический язык. Управление регистрами картографических данных IHO. Регистры концептуальных словарей объектов. Метаданные, каталог объектов. Системы координат, пространственная схема, форматы кодирования. Графические и сеточные данные.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 15.10.2015
Что такое электронное картографирование. Информационные слои как основа современной геоинформационной системы. Понятие геореляционной модели, процедура геокодирования. Сфера применения ГИС, обзор средств разработки, некоторые украинские системы.
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 учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
ООО Учебный центр
Реферат по дисциплине:
Исполнитель: Яцентюк Ольга Александровна
Москва 2018 год.
1.Системв координат применяемые в топографии
2.Определение географических координат
3.Определение прямоугольных координат
Система координат необходима для определения расстояний и направлений на земле. Географическая система координат, использующая широту и долготу, хороша для определения положений объектов, расположенных на сферической поверхности Земли или промежуточном глобусе ( reference globe ). Поскольку чаще всего мы будем иметь дело с двухмерными картами, спроецированными с этого глобуса, нам потребуется одна или несколько систем координат, соответствующих различным проекциям. Такие системы координат на плоскости называются картографическими (геодезическими) прямоугольными системами координат,они позволяют нам точно указывать положение объектов на плоских картах.
Декартова система координат. Классическая система прямоугольных координат. Каждая точка определяется парой величин — координатой Х (абсциссой) и координатой Y (ординатой).
1. Системы координат, применяемые в топографии
Координатами называются угловые и линейные величины (числа), определяющие положение точки на какой-либо поверхности или в пространстве.Существует много различных систем координат, которые находят широкое применение в различных областях науки и техники.
В топографии применяют такие системы координат, которые позволяют наиболее просто и однозначно определять положение точек земной поверхности как по результатам непосредственных измерений на местности, так и с помощью карт. К числу таких систем относятся географические, плоские прямоугольные, полярные и биполярные координаты.
В системе географических координат положение любой точки земной поверхности относительно начала координат определяется в угловой мере. За начало у нас и в большинстве других государств принята точка пересечения начального (Гринвичского) меридиана с экватором. Являясь, таким образом, единой для всей нашей планеты, система географических координат удобна для решения задач по определению взаимного положения объектов, расположенных на значительных расстояниях друг от друга. Поэтому в военном деле эту систему используют главным образом для ведения расчетов, связанных с применением боевых средств дальнего действия, например баллистических ракет, авиации и др.
Система плоских прямоугольных координат является зональной; она установлена для каждой шестиградусной зоны, на которые делится поверхность Земли при изображении ее на картах в проекции Гаусса, и предназначена для указания положения изображений точек земной поверхности на плоскости (карте) в этой проекции.
Началом координат в зоне является точка пересечения осевого меридиана с экватором, относительно которой и определяется в линейной мере положение всех остальных точек зоны. Начало координат зоны и ее координатные оси занимают строго определенное положение на земной поверхности. Поэтому система плоских прямоугольных координат каждой зоны связана как с системами координат всех остальных зон, так и с системой географических координат.
Применение линейных величин для определения положения точек делает систему плоских прямоугольных координат весьма удобной для ведения расчетов как при работе на местности, так и на карте. Поэтому в войсках эта система находит наиболее широкое применение. Прямоугольными координатами указывают положение точек местности, своих боевых порядков и целей, с их помощью определяют взаимное положение объектов в пределах одной координатной зоны или на смежных участках двух зон.
Системы полярных и биполярных координат являются местными системами. В войсковой практике они применяются для определения положения одних тачек относительно других на сравнительно небольших участках местности, например при целеуказании, засечке ориентиров и целей, составлении схем местности и др. Эти системы могут быть связаны с системами прямоугольных и географических координат.
Система плоских полярных координат состоит из точки О — начало координат, или полюса, и начального направления ОР, называемого полярной осью. Положение точки М на местности или на карте в этой системе определяется двумя координатами: углом положения Q, который измеряется по ходу часовой стрелки от полярной оси до направления на определяемую точку М (от 0 до 360°), и расстоянием OM=D.
В зависимости от решаемой задачи за полюс принимают наблюдательный пункт, огневую позицию, исходный пункт движения и т. п., а за полярную ось - географический (истинный) меридиан, магнитный меридиан (направление магнитной стрелки компаса) или же направление на какой-либо ориентир.
Система плоских биполярных (двухполюсных) координат состоит из двух полюсов А и В и общей оси АВ, называемой базисом или базой засечки. Положение любой точки М относительно двух данных на карте (местности) точек А и В определяется координатами, которые измеряются на карте или на местности.
Этими координатами могут служить либо два угла положения, определяющих направления с точек А и В на искомую точку М, либо расстояния D1=AМ и D2=BM до нее. Углы положения при этом, как показано на рис. 17, измеряются в точках А и В или от направления базиса (т. е. ÐА=ВАМ и ÐB=ABM) или от других каких-либо направлений, проходящих через точки Л и В и принимаемых за начальные. Например, на рис. 17 место точки М определено углами положения Q1 н Q2, измеренными от направлений магнитных меридианов.
Указанные выше системы координат определяют плановое положение точек на поверхности земного эллипсоида. Чтобы определить положение точки на физической поверхности Земли, дополнительно к плановому положению указывают ее высоту (отметку) над уровнем моря. В СССР счет высот ведется от среднего уровня Балтийского моря, от нульпункта Кронштадтского водомерного поста. Высоты точек земной поверхности над уровнем моря называются абсолютными, а их превышения над какой-либо другой точкой — относительными.
2. Определение географических координат
Различают географические координаты, полученные из наблюдений небесных светил, называемые астрономическими, и из геодезических измерений земной поверхности, называемые геодезическими.
Астрономические координаты определяют положение точек местности на поверхности геоида (рис. 1 и 2), на которую эти точки проектируются отвесными линиями с физической поверхности Земли.
Геодезические координаты указывают положение точек на поверхности земного эллипсоида, куда они проектируются нормалями к этой поверхности.
При создании топографических карт применяются преимущественно геодезические координаты. Поэтому, говоря о географических координатах, в дальнейшем будем иметь в виду лишь геодезические координаты.
Географическими координатами какой-либо точки, например М (рис. 18), являются ее широта В и долгота L.
Широта точки — угол, составленный плоскостью экватора и нормалью к поверхности земного эллипсоида, проходящей через данную точку. Счет широт ведется по дуге меридиана в обе стороны от экватора, от 0 до 90°. Широты точек северного полушария называются северными, а южного — южными.
Долгота точки — двугранный угол между плоскостью начального (Гринвичского) меридиана и плоскостью меридиана данной точки. Счет долгот ведется по дуге экватора или параллели в обе стороны от начального меридиана, от 0 до 180°. Долготы точек, расположенных к востоку от Гринвича до 180°, называются восточными, а к западу — западными.
По топографическим картам масштабов 1:25000 — 1:200000 географические координаты определяют с помощью шкал, имеющихся на рамке каждого листа (рис. 19). Цена деления шкал на картах масштабов 1:25000 — 1:100000 равна 10", а на карте масштаба 1 : 200000 — Г. Для определения географических координат по склеенной карте внутри рамки каждого листа проставлены короткие черточки, показывающие выходы меридианов и параллелей внутрь листа с интервалом через V.
На картах масштабов 1:500000 (рис. 20) и 1:1000000 кроме шкал на рамках имеются и сами линии меридианов и параллелей, образующие сетку географических координат (географическую сетку).
Оцифровка шкал и линий сетки географических координат показана на рис. 19 и 20.
Чтобы определить широту какой-либо точки, например точки М, по карте масштабов 1 : 25 000 — 1 : 200 000 (рис. 19), надо приложить линейку к этой точке так, чтобы она проходила через одноименные деления (или их доли) на шкалах западной и восточной сторон рамки, и по одной из этих шкал сделать отсчет. Аналогично, пользуясь шкалами северной и южной сторон рамки определяют и долготу точки.
При определении географических координат по карте масштаба 1:500000 или 1:1000000 вместо шкал на рамке карты линейку прикладывают к одноименным делениям (или их долям), находящимся на меридианах (параллелях), ближайших к определяемой точке (рис. 20).
3. Определение прямоугольных координат.
Особенности системы плоских прямоугольных координат, применяемой в топографии. За оси координат (рис. 21) в этой системе приняты изображение осевого меридиана координатной зоны — ось абсцисс Х и изображение экватора — ось ординат Y.
Оси координат делят зону на четверти, счет которых ведется по ходу часовой стрелки от положительного направления оси X. За положительное направление осей принимают: для оси абсцисс — направление на север, для оси ординат — на восток.
Положение какой-либо точки, например М, указывается ее расстоянием от осей координат: абсциссой х и ординатой у.
Чтобы не иметь дела с отрицательными ординатами, условились значение ординаты у осевого меридиана каждой зоны принимать равным 500 км. Этим самым ось Х как бы переносят к западу от осевого меридиана на 500 км.
Так как в каждой зоне числовые значения ординат повторяются, то для того чтобы по координатам точки можно было определить, к какой зоне она относится, к значению ординаты слева приписывается номер зоны.
Прямоугольная координатная сетка на топографических картах. На всех листах карт (кроме карты масштаба 1:1000000) имеется сетка квадратов (рис. 19), которую называют прямоугольной координатной сеткой.
Линии сетки (рис. 22) проведены параллельно осям координат через 2 см на картах масштабов 1 : 50 000 — 1 : 500 000 и через 4 см на карте масштаба 1 : 25 000, что соответствует целому числу километров на местности. Поэтому прямоугольную координатную сетку называют также километровой, а ее линии — километровыми.
Координатная сетка используется для определения прямоугольных координат точек, отыскания на карте местоположения различных объектов при докладах, постановке задач, составлении донесений, для быстрой глазомерной оценки расстояний, площадей, определения направлений и ориентирования карты.
Километровые линии , ближайшие к углам рамки листа карты, подписываются полным числом километров, остальные — сокращенно, последними двумя цифрами. Таким образом, подпись 5588 (рис. 19) у крайней снизу горизонтальной линии означает, что эта линия проходит в 5588 км к северу от экватора. Подпись 6394 у крайней слева вертикальной километровой линии означает, что она находится в шестой зоне и проходит в 394 км от начала счета ординат, т. е. на 106 км западнее осевого меридиана зоны.
В том случае, когда приходится пользоваться картой в сложенном виде, определить числовое значение километровых линий можно по подписям, расположенным внутри листа у пересечений горизонтальных линий с вертикальными (рис. 19).
Дополнительная сетка на стыке координатных зон. Так как вертикальные километровые линии параллельны осевому меридиану своей зоны, а осевые меридианы соседних зон между собой не параллельны, то при смыкании сеток двух зон линии одной из них расположатся под углом к линиям другой. Вследствие этого при работе на стыке зон могут возникнуть затруднения с использованием координатных сеток, так как они будут относиться к разным осям координат.
Чтобы устранить это неудобство, в каждой зоне на всех листах карт, расположенных в пределах 2° к востоку и западу от границы зоны, обозначена координатная сетка смежной зоны. Чтобы не затемнять такие листы карты, эта сетка показана на карте лишь ее выходами за рамку листа (рис. 23). Ее оцифровка представляет собой продолжение нумерации километровых .линий смежной зоны.
Километровой сеткой смежной зоны пользуются тогда, когда работа ведется с листами карт на стыке двух зон и требуется пользоваться на всех этих листах единой системой координат. Эту сетку проводят карандашом на листах карт одной из этих зон, соединяя по линейке противоположные концы одноименных километровых (вертикальных и горизонтальных) линий сетки соседней зоны.
Использование километровой сетки для определения прямоугольных координат точек и нанесения на карту точек по их координатам. Чтобы указать приближенное местоположение какого-либо пункта на карте, достаточно назвать квадрат сетки, в котором он расположен. Для этого сначала читают (называют) оцифровку горизонтальной километровой линии, образующей южную сторону квадрата, а затем вертикальной линии, образующей его западную сторону, т. е. сначала абсциссу, а затем ординату юго-западного угла квадрата.
Для более точного указания положения какой-либо точки определяют ее координаты. Для этого к координатам южной и западной линий квадрата, в котором она находится, добавляют расстояния до определяемой точки от этих линий, записывая отдельно абсциссу х и ординату у точки.
Определяя, например, координаты точки Л (рис. 24), сначала записывают абсциссу нижней километровой линии квадрата, в котором находится эта точка (т. е. 78). Затем измеряют по масштабу (расстояние (по перпендикуляру) от точки А до этой километровой линии, т. е. отрезок т, и полученную величину (1,225км) добавляют к абсциссе линии. Так получается абсцисса х точки А.
Для получения ординаты у точки записывают ординату левой (вертикальной) стороны того же квадрата (т. е. 14) и затем добавляют к ней расстояние, измеренное по перпендикуляру от определяемой точки до этой линии, т. е. отрезок п (в нашем примере 1,365 км).
Таким образом, координаты точки Л будут
x =79225 м; у =15 365 м.
Так как в данном случае при определении координат точки цифровое обозначение километровых линий было записано не полностью а, лишь последними двумя цифрами (78 и 14), то такие координаты называют сокращенными координатами точки Л.
Если же оцифровку километровых линий записывать полностью, то получим полные координаты. Для точки Л:
x=6179225 м; у=8315365 м.
Если сокращенные подписи километровых линий на данном участке карты не повторяются, а потому положение объектов на нем определяется однозначно, то пользуются сокращенными координатами. В противном случае применяются полные координаты.
При определении координат точек по карте и нанесении точек на карту по координатам измерения выполняют циркулем или линейкой с миллиметровыми делениями. Для этой цели могут применяться также специальные координатомеры, которые несколько упрощают работу, заменяя циркуль и масштабную линейку.
Координатомеры (отдельно для карты масштаба 1:25000 и карты масштаба 1:50000) имеются, например, на артиллерийском целлулоидном круге АК-3 (рис. 27). Каждый из них представляет по площади квадрат километровой сетки на карте соответствующего масштаба, разбитый на более мелкие квадраты со сторонами по 200 м в масштабе карты. Наименьшее деление на координатомере, изготовленном в масштабе 1: 25 000, соответствует 20 м, в масштабе 1 : 50 000 — 50 м.
Точность измерения (отсчета) прямоугольных координат на карте по поперечному масштабу примерно равна ±0,2 мм, по миллиметровой линейке и координатомеру ±0,5 мм.
Координатная сетка на карте представляет собой сетку квадратов, образованных линиями, параллельными координатным осям зоны. Линии сетки проведены через целое число километров. Поэтому координатную сетку называют также километровой сеткой, а ее линии километровыми.
На карте 1:25000 линии, образующие координатную сетку, проведены через 4 см, то есть через 1 км на местности, а на картах 1:50000-1:200000 через 2 см (1,2 и 4 км на местности соответственно). На карте 1:500000 наносятся лишь выходы линий координатной сетки на внутренней рамке каждого листа через 2 см (10 км на местности). При необходимости по этим выходам координатные линии могут быть нанесены на карту.
На топографических картах значения абсцисс и ординат координатных линий подписывают у выходов линий за внутренней рамкой листа и девяти местах на каждом листе карты. Полные значения абсцисс и ординат в километрах подписываются около ближайших к углам рамки карты координатных линий и около ближайшего к северо-западному углу пересечения координатных линий. Остальные координатные линии подписываются сокращенно двумя цифрами (десятки и единицы километров). Подписи около горизонтальных линий координатной сетки соответствуют расстояниям от оси ординат в километрах.
Подписи около вертикальных линий обозначают номер зоны (одна или две первые цифры) и расстояние в километрах (всегда три цифры) от начала координат, условно перенесенного к западу от осевого меридиана зоны на 500 км. Например, подпись 6740 означает: 6 - номер зоны, 740 - расстояние от условного начала координат в километрах.
Читайте также: