سیستم مختصات جغرافیایی

از ویکیپدیا، دانشنامه آزاد
رفتن به ناوبری پرش به جستجو

خطوط طول عمود بر و خطوط عرض جغرافیایی موازی با استوا هستند.

سیستم مختصات جغرافیایی ( GCS ) است سیستم مختصات در ارتباط با موقعیت در زمین ( موقعیت جغرافیایی ). GCS می تواند موقعیت هایی را ارائه دهد:

در مختصات جغرافیایی و مختصات نقشه، مختصات تاپل تجزیه شده است که یکی از اعداد نشان دهنده یک موقعیت عمودی و دو از اعداد نشان دهنده یک حالت افقی . [2]

تاریخچه

اختراع یک سیستم جغرافیایی مختصات به طور کلی به اعتبار اراتوستن از قیروانی ، که در حال حاضر از دست رفته خود تشکیل جغرافیا در کتابخانه اسکندریه در قرن 3. [3] یک قرن بعد، هیپارکوس از نیقیه در این سیستم با تعیین عرض جغرافیایی از اندازه گیری های ستاره ای به جای ارتفاع خورشید و تعیین طول جغرافیایی با زمان از بهبود ماهگرفتگیها ، به جای ناوبری کور . در قرن 1 یا 2 ، مارینوس تایر یک روزنامه بزرگ و نقشه جهان با نقشه ریاضی تهیه کردبا استفاده از مختصات اندازه گیری شده در شرق از یک نصف النهار اصلی در غربی ترین سرزمین شناخته شده ، جزایر خوش شانس ، در سواحل غرب آفریقا در اطراف جزایر قناری یا کیپ ورد ، و اندازه گیری در شمال یا جنوب جزیره رودس در نزدیکی آسیای صغیر . بطلمیوس به جای اندازه گیری عرض جغرافیایی بر حسب طول روز در اواسط تابستان ، اعتبار کامل طول و عرض جغرافیایی را به وی نسبت داد . [4]

جغرافیای قرن دوم بطلمیوس از نصف النهار اصلی اصلی استفاده می کرد اما عرض جغرافیایی را از خط استوا اندازه گیری می کرد. پس از ترجمه آثار آنها به زبان عربی در قرن نهم ، کتاب توصیف زمین توسط خوارزمی ، اشتباهات مارینوس و بطلمیوس را در مورد طول دریای مدیترانه تصحیح کرد ، [یادداشت 1] که باعث شد نقشه نگاری عربی قرون وسطایی از حرف اول استفاده کند. نصف النهار در حدود 10 درجه شرقی خط بطلمیوس. به دنبال بازیابی متن بطلمیوس توسط ماکسیموس پلانودس کمی قبل از سال 1300 ، نقشه نگاری ریاضی در اروپا از سر گرفته شد . متن در لاتین در ترجمه شدفلورانس توسط Jacobus Angelus در حدود 1407.

در سال 1884 ، ایالات متحده میزبان کنفرانس بین المللی نصف النهار ، با حضور نمایندگان بیست و پنج کشور بود. بیست و دو نفر از آنها موافقت کردند طول جغرافیایی رصدخانه سلطنتی در گرینویچ انگلستان را به عنوان خط مرجع صفر در نظر بگیرند . جمهوری دومینیکن به این طرح رای منفی داد ، در حالی که فرانسه و برزیل رای ممتنع دادند. [5] فرانسه زمان گرینویچ را به جای تعیین محلی توسط رصدخانه پاریس در سال 1911 تصویب کرد .

داده های زمین شناسی

به منظور ابهام در مورد جهت "عمودی" و سطح "افقی" که در بالای آنها اندازه گیری می شود ، نقشه سازان یک بیضی شکل مرجع با مبدا و جهت معینی را انتخاب می کنند که به بهترین وجه با نیاز آنها برای ناحیه نقشه برداری مطابقت دارد. سپس آنها مناسب ترین نگاشت سیستم مختصات کروی را بر روی آن بیضی شکل ، به نام سیستم مرجع زمینی یا داده زمین شناسی ، انتخاب می کنند .

داده ها ممکن است جهانی باشند ، به این معنی که کل زمین را نشان می دهند ، یا ممکن است محلی باشند ، به این معنی که آنها بیضی بیضی را مناسب تنها برای بخشی از زمین نشان می دهند. نقاط روی سطح زمین به دلیل حرکت صفحات قاره ای ، فرونشست و حرکت جزر و مدی زمین ناشی از ماه و خورشید نسبت به یکدیگر حرکت می کنند. این حرکت روزانه می تواند به اندازه یک متر باشد. حرکت قاره ای می تواند تا 10 سانتی متر در سال یا 10 متر در یک قرن باشد. سیستم آب و هوا منطقه با فشار بالا می تواند باعث غرق شدن 5 میلی متر . اسکاندیناوی در نتیجه ذوب شدن صفحات یخی آخرین عصر یخبندان سالانه 1 سانتی متر افزایش می یابد، اما اسکاتلند همسایه تنها 0.2 سانتی متر در حال افزایش است . اگر از یک داده محلی استفاده شود این تغییرات ناچیز است ، اما اگر از یک داده جهانی استفاده شود از نظر آماری قابل توجه است. [1]

نمونه هایی از داده های جهانی عبارتند از سیستم ژئودتیک جهانی (WGS 84 ، همچنین EPSG: 4326 [6] ) ، داده پیش فرض مورد استفاده برای سیستم موقعیت یابی جهانی ، [یادداشت 2] و سیستم و چارچوب مرجع زمینی بین المللی (ITRF) ، مورد استفاده برای برآورد رانش قاره ای و تغییر شکل پوسته . [7] فاصله تا مرکز زمین را می توان هم برای موقعیت های بسیار عمیق و هم برای موقعیت های موجود در فضا استفاده کرد. [1]

داده های محلی انتخاب شده توسط یک سازمان نقشه برداری ملی شامل Datum آمریکای شمالی ، ED50 اروپایی و OSGB36 انگلیسی است . با توجه به موقعیت مکانی ، داده ها عرض جغرافیایی را ارائه می دهند و طول جغرافیایی به در انگلستان سه سیستم جغرافیایی ، طول جغرافیایی و ارتفاع متداول وجود دارد. WGS  84 در گرینویچ با نقشه مورد استفاده در نقشه های منتشر شده OSGB36 تقریباً 112  متر تفاوت دارد. سیستم نظامی ED50 که توسط ناتو مورد استفاده قرار می گیرد ، بین 120  تا 180  متر متفاوت است. [1]

عرض و عرض جغرافیایی روی نقشه ای که بر اساس داده های محلی تهیه شده است ممکن است با نقشه گیرنده GPS یکسان نباشد. تبدیل مختصات از یک داده به دیگری مستلزم تبدیل داده مانند تغییر هلمرت است ، اگرچه در شرایط خاص ممکن است یک ترجمه ساده کافی باشد. [8]

در نرم افزارهای رایج GIS ، داده های پیش بینی شده در عرض/طول جغرافیایی اغلب به عنوان یک سیستم مختصات جغرافیایی نشان داده می شود . به عنوان مثال ، داده های عرض جغرافیایی یا جغرافیایی در صورتی که داده تاریخ آمریکای شمالی باشد ، 1983 با "GCS آمریکای شمالی 1983" مشخص شده است.

مختصات افقی

عرض جغرافیایی و طول جغرافیایی

خط در سراسر زمین
0 درجه
خط استوا ، موازی 0 درجه عرض جغرافیایی

"عرض جغرافیایی" (مخفف: Lat. ، φ ، یا phi) نقطه ای در سطح زمین ، زاویه بین صفحه استوایی و خط مستقیمی است که از آن نقطه و از (یا نزدیک) مرکز زمین عبور می کند. [یادداشت 3] خطوطی که نقاطی از عرض جغرافیایی یکسان را در سطح زمین به هم متصل می کنند ، موازی هایی نامیده می شوند که موازی با خط استوا و یکدیگر هستند. قطب شمال 90 درجه است N؛ قطب جنوب 90 درجه S. 0 درجه سانتی موازی عرض جغرافیایی تعیین شده است خط استوا ، در هواپیما اساسی از همه سیستم های مختصات جغرافیایی. خط استوا کره زمین را به نیمکره های شمالی و جنوبی تقسیم می کندبه

خط در سراسر زمین
0 درجه
نصف النهار نخست ، 0 درجه طول جغرافیایی

"طول جغرافیایی" (مخفف: Long. ، λ یا lambda) نقطه ای در سطح زمین ، زاویه شرق یا غرب نصف النهار مرجع به نصف النهار دیگری است که از آن نقطه می گذرد. همه نصف النهارها نصف بیضی های بزرگ هستند (اغلب دایره های بزرگ نامیده می شوند ) که در قطب های شمالی و جنوبی به هم نزدیک می شوند. نصف النهار رصدخانه سلطنتی بریتانیا در گرینویچ ، در جنوب شرقی لندن ، انگلستان ، نصف النهار اصلی بین المللی است ، اگرچه برخی از سازمانها - مانند Institut National de de de lininformation géographique et forestière- استفاده از نصف النهار دیگر برای اهداف داخلی را ادامه دهید. نصف النهار اصلی نیمکره های شرقی و غربی مناسب را تعیین می کند ، اگرچه نقشه ها اغلب این نیمکره ها را به سمت غرب تقسیم می کنند تا جهان قدیم را در یک طرف نگه دارند. واقع در طرف مقابل نصف النهار گرینویچ هر دو 180 W و 180 ° E است درجه. این را نمی توان با خط تاریخ بین المللی ، که به دلایل سیاسی و راحتی ، از جمله بین شرق دور روسیه و جزایر آلوت غربی غربی ، از آن جدا می شود ، در نظر گرفت .

ترکیبی از این دو جزء موقعیت هر مکان در سطح زمین را بدون در نظر گرفتن ارتفاع یا عمق مشخص می کند. شبکه ای که از خطوط عرض و عرض جغرافیایی تشکیل شده است به عنوان "گرتیکول" شناخته می شود. [9] منشاء / صفر نقطه از این سیستم در واقع خلیج گینه در مورد 625 کیلومتر (390 مایل) جنوب تم ، غنا .

طول مدرک

در کروی GRS80 یا WGS84 در سطح دریا در خط استوا ، یک عرض عرضی 30.715 متر ، یک دقیقه عرض عرضی 1843 متر و یک درجه عرض آن 110.6 کیلومتر است. دایره های طول جغرافیایی ، نصف النهار ، در قطب های جغرافیایی به هم می رسند ، با افزایش عرض جغرافیایی ، عرض غرب - شرق ثانیه به طور طبیعی کاهش می یابد. در خط استوا در سطح دریا ، یک ثانیه طولی 30.92 متر ، یک دقیقه طولی 1855 متر و درجه طولی 111.3 کیلومتر است. در 30 درجه یک ثانیه طولی 26.76 متر ، در گرینویچ (51 درجه 28-38 ″ شمال غربی) 19.22 متر و در 60 درجه 15.42 متر است.

در کروی WGS84 ، طول بر حسب متر از یک درجه عرض جغرافیایی در عرض φ (یعنی تعداد مترهایی که برای حرکت 1 درجه در عرض جغرافیایی ، هنگامی که در عرض جغرافیایی φ لازم است) باید در امتداد خط شمالی - جنوبی طی کنید ، در باره

[10]

اندازه برگشتی متر بر درجه عرض جغرافیایی بطور پیوسته با عرض جغرافیایی متفاوت است.

به طور مشابه ، طول در متر درجه جغرافیایی را می توان به عنوان محاسبه کرد

[10]

(این ضرایب را می توان بهبود داد ، اما با ایستادن فاصله ای که می دهند در عرض یک سانتی متر صحیح است.)

فرمول ها هر دو واحد متر بر درجه را برمی گردانند.

یک روش جایگزین برای برآورد طول یک درجه طولی در عرض جغرافیایی فرض می کنیم زمین کروی است (برای بدست آوردن عرض در دقیقه و ثانیه ، به ترتیب بر 60 و 3600 تقسیم کنید):

جایی که متوسط ​​شعاع نصف النهار زمین است است 6،367،449 متر . از آنجا که زمین یک کروی مات است ، نه کروی ، این نتیجه می تواند چند دهم درصد خاموش شود. تقریب بهتر درجه طولی در عرض جغرافیایی است

جایی که شعاع استوایی زمین برابر با 6،378،137 متر و؛ برای کروی های GRS80 و WGS84 ، b/a 0.99664719 محاسبه می شود. (به عنوان عرض جغرافیایی کاهش یافته (یا پارامتری) شناخته می شود. جدا از گرد کردن ، این فاصله دقیق در امتداد موازی عرض جغرافیایی است. بدست آوردن مسافت در کوتاه ترین مسیر کار بیشتری خواهد بود ، اما اگر این دو فاصله یک درجه طول جغرافیایی از یکدیگر فاصله داشته باشند ، این دو فاصله همیشه در فاصله 0.6 متری یکدیگر قرار دارند.

معادل طول طولی در عرض های جغرافیایی انتخاب شده
عرض جغرافیایی شهر درجه دقیقه دومین 000 0.0001 درجه
60 درجه سن پترزبورگ 55.80 کیلومتر 0.930 کیلومتر 15.50 متر 5.58 متر
51 درجه 28 ′ 38 ″ شمال شرق گرینویچ 69.47 کیلومتر 1.158 کیلومتر 19.30 متر 6.95 متر
45 درجه بوردو 78.85 کیلومتر 1.31 کیلومتر 21.90 متر 7.89 متر
30 درجه نیواورلان 96.49 کیلومتر 1.61 کیلومتر 26.80 متر 9.65 متر
0 درجه کیتو 111.3 کیلومتر 1.855 کیلومتر 30.92 متر 11.13 متر

مختصات شبکه

برای تعیین موقعیت یک موقعیت جغرافیایی بر روی نقشه ، از یک طرح نقشه برای تبدیل مختصات ژئودتیکی به مختصات صفحه روی نقشه استفاده می شود. این مختصات بیضی شکل و ارتفاع را بر روی سطح صاف نقشه نشان می دهد. داده ، به همراه طرح نقشه ای که روی شبکه ای از مکان های مرجع اعمال می شود ، یک سیستم شبکه برای ترسیم مکان ها ایجاد می کند. پیش بینی نقشه های رایج در حال حاضر شامل Universal Transverse Mercator (UTM) ، سیستم مرجع شبکه نظامی (MGRS) ، شبکه ملی ایالات متحده (USNG) ، سیستم مرجع منطقه جهانی (GARS) و سیستم مرجع جغرافیایی جهانی (GEOREF) است. به [11] مختصات بر روی نقشه هستند معمولا از نظر مختصات شمالی N و مختصات شرقی آفست E نسبت به یک مبدا مشخص شده است.

فرمولهای طرح نقشه بستگی به هندسه طرح و پارامترهای آن بستگی به مکان خاصی دارد که نقشه در آن پیش بینی شده است. مجموعه پارامترها می تواند بر اساس نوع پروژه و شرایط انتخاب شده برای طرح متفاوت باشد. برای پیش بینی عرضی Mercator که در UTM استفاده می شود ، پارامترهای مرتبط عبارتند از عرض و عرض جغرافیایی منشا طبیعی ، شمال شرقی و شرقی کاذب و یک عامل مقیاس کلی. [12] با توجه به پارامترهای مربوط به مکان خاص یا پوزخند ، فرمول های نمایشی برای Mercator عرضی ترکیبی پیچیده از توابع جبری و مثلثاتی است. [12] : 45-54 

سیستم های UTM و UPS

جهانی عرضی Mercator (UTM) و جهانی قطبی کنجنگاری (یو پی اس) سیستم های مختصات هر دو استفاده از شبکه دکارتی متریک مبتنی بر در یک گذاشته conformally بینی سطح به کردهاید موقعیت بر روی سطح زمین است. سیستم UTM یک طرح نقشه واحد نیست بلکه یک سری از شصت است که هر یک نوارهای 6 درجه طول جغرافیایی را پوشش می دهد. سیستم UPS برای مناطق قطبی که تحت پوشش سیستم UTM نیستند استفاده می شود.

سیستم مختصات کلیشه ای

در قرون وسطی ، از سیستم مختصات کلیشه ای برای اهداف ناوبری استفاده می شد. [ نیازمند منبع ] سیستم مختصات کلیشه ای با سیستم عرض و طول جغرافیایی جایگزین شد. اگرچه دیگر در ناوبری استفاده نمی شود ، اما سیستم مختصات کلیشه ای هنوز در دوران معاصر برای توصیف جهت های کریستالوگرافی در زمینه های کریستالوگرافی ، کانی شناسی و علم مواد استفاده می شود. [ نیازمند منبع ]

مختصات عمودی

مختصات عمودی شامل ارتفاع و عمق است.

مختصات سه بعدی دکارتی

هر نقطه ای که در مختصات بیضی شکل بیان می شود می تواند به صورت مختصات xyz ( دکارتی ) راست خط بیان شود . مختصات دکارتی بسیاری از محاسبات ریاضی را ساده می کند. سیستم های دکارتی داده های مختلف معادل نیستند. [2]

زمین محور ، زمین ثابت

زمین محور ، زمین مختصات ثابت
زمین محور ، زمین مختصات ثابتی را در رابطه با عرض و طول جغرافیایی ثابت کرده است.

زمین محور زمین ثابت می چرخد با زمین (همچنین به عنوان سینا، ECF، و یا معمولی زمینی سیستم مختصات شناخته می شود) و است منشاء آن در مرکز زمین است.

سیستم مختصات معمولی راست دست قرار می دهد:

  • منشأ در مرکز جرم زمین ، نقطه ای نزدیک به مرکز شکل زمین
  • محور Z در خط بین قطب شمال و جنوب ، با افزایش مقادیر مثبت به سمت شمال (اما دقیقاً با محور چرخشی زمین منطبق نیست) [13]
  • محورهای X و Y در صفحه خط استوا قرار دارند
  • محور X که از طول 180 درجه طول در خط استوا (منفی) تا 0 درجه طول (طول نصف النهار اولیه ) در خط استوا عبور می کند (مثبت)
  • محور Y از 90 درجه طول غربی در خط استوا عبور می کند (منفی) تا 90 درجه طول شرقی در خط استوا (مثبت)

به عنوان مثال ، داده های NGS برای یک دیسک برنجی در نزدیکی Donner Summit ، در کالیفرنیا است. با توجه به ابعاد بیضی شکل ، تبدیل مختصات lat/lon/height-above-bllipsoid به XYZ ساده است-XYZ را برای lat-lon داده شده در سطح بیضی شکل محاسبه کرده و بردار XYZ را که عمود بر آن است اضافه کنید. بیضی در آنجا وجود دارد و طول آن برابر با ارتفاع نقطه بالاتر از بیضی شکل است. تبدیل معکوس سخت تر است: با توجه به XYZ ما می توانیم بلافاصله طول جغرافیایی را بدست آوریم ، اما هیچ فرمول بسته ای برای عرض و عرض وجود ندارد. به " سیستم ژئودتیک " مراجعه کنید . با استفاده از فرمول Bowring در سال 1976 بررسی نقد و بررسی اولین تکرار می دهد عرض جغرافیایی درست در 10 -11 درجه تا زمانی که نقطه در فاصله 10000 متری بالا یا 5000 متر زیر بیضی قرار داشته باشد.

هواپیمای مماس محلی

زمین مرکز زمین ثابت و شرق ، شمال ، مختصات بالا.

یک صفحه مماس محلی را می توان بر اساس ابعاد عمودی و افقی تعریف کرد . هماهنگ عمودی هم می تواند بالا یا پایین اشاره می کنند. دو نوع قرارداد برای فریم ها وجود دارد:

  • شرق ، شمال ، بالا (ENU) ، مورد استفاده در جغرافیا
  • شمال ، شرق ، پایین (NED) ، مخصوصاً در هوافضا استفاده می شود

در بسیاری از برنامه های هدف گیری و ردیابی ، سیستم مختصات دکارتی ENU بسیار بصری تر و کاربردی تر از ECEF یا مختصات ژئودتیکی است. مختصات ENU محلی از یک صفحه مماس به سطح زمین که در یک مکان خاص ثابت شده است تشکیل شده است و از این رو گاهی اوقات به عنوان مماس محلی یا صفحه ژئودتیک محلی شناخته می شود. بر اساس قرارداد محور شرقی برچسب گذاری شده است، شمال و بالا به

در هواپیما ، بیشتر اشیاء مورد علاقه در زیر هواپیما قرار دارند ، بنابراین منطقی است که آن را به عنوان یک عدد مثبت تعریف کنیم. مختصات NED این را به عنوان جایگزینی برای ENU مجاز می دانند. طبق قرارداد ، محور شمال برچسب گذاری شده است، شرق و پایین به برای جلوگیری از سردرگمی بین و ، و غیره در این مقاله ما محدوده مختصات محلی را به ENU محدود می کنیم.

همچنین ببینید

یادداشت ها

  1. ^ این جفت ها فاصله های مطلق دقیقی در مدیترانه داشتند اما محیط زمین را دست کم گرفتندو باعث شد اندازه گیری درجه آنها به ترتیب طول آن را در غرب رودز یا اسکندریه بیش از حد نشان دهد.
  2. ^ WGS 84 داده پیش فرض مورد استفاده در اکثر تجهیزات GPS است ، اما داده های دیگر را می توان انتخاب کرد.
  3. ^ نسخه های جایگزین عرض جغرافیایی و طول جغرافیایی شامل مختصات مرکز زمین است که با توجه به مرکز زمین اندازه گیری می شود. مختصات ژئودتیکی ، که از زمین به عنوان بیضی شکل الگو می گیرد. و مختصات جغرافیایی ، که با توجه به خط لوله در محلی که مختصات برای آن داده شده است ، اندازه گیری می شود.

مراجع

نقل قول ها

  1. ^ a b c d e راهنمای هماهنگی سیستم ها در بریتانیای کبیر (PDF) ، D00659 v2.3 ، Ordnance Survey ، مارس 2015 ، بایگانی شده از اصل (PDF) در 24 سپتامبر 2015 ، بازیابی 22 ژوئن 2015
  2. ^ a b تیلور ، چاک. "تعیین نقطه بر روی زمین" . بازبینی شده در 4 مارس 2014 .
  3. ^ مک فایل ، کامرون (2011) ، بازسازی نقشه جهان اراتوستن (PDF) ، داندین : دانشگاه اوتاگو ، صص 20-24 به
  4. ^ ایوانز ، جیمز (1998) ، تاریخ و عمل نجوم باستانی ، آکسفورد ، انگلستان: انتشارات دانشگاه آکسفورد ، صص 102-103 ، شابک 9780199874453به
  5. Green گرینویچ 2000 محدود (9 ژوئن 2011). "کنفرانس بین المللی نصف النهار" . Wwp.millennium-dome.com. بایگانی شده از نسخه اصلی در 6 اوت 2012 . بازبینی شده در 31 اکتبر 2012 .
  6. ^ "WGS 84: EPSG پروجکشن - فضایی مرجع" . spatialreference.org . بازیابی شده در 5 مه 2020 .
  7. ^ Bolstad، پل (2012). مبانی GIS (PDF) (ویرایش پنجم). کتاب های اطلس پ. 102. شابک  978-0-9717647-3-6به
  8. ^ "ایجاد نقشه های سازگار با GPS" . Government of Ireland 1999. بایگانی شده از نسخه اصلی در 21 جولای 2011 . بازبینی شده در 15 آوریل 2008 .
  9. ^ انجمن مهندسان عمران آمریکا (1 ژانویه 1994). واژه نامه علوم نقشه برداری . انتشارات ASCE. پ. 224. شابک 9780784475706به
  10. ^ a b [1] سیستم های اطلاعات جغرافیایی - Stackexchange
  11. ^ "شبکه ها و سیستم های مرجع" . آژانس مکانی-اطلاعات ملی . بازبینی شده در 4 مارس 2014 .
  12. ^ a b "Geometics Guidelines Note Number 7، part 2 Coordinate Conversions and Transformations including Formulas" (PDF) . انجمن بین المللی تولیدکنندگان نفت و گاز (OGP) صص 9-10. بایگانی شده از نسخه اصلی (PDF) در 6 مارس 2014 . بازبینی شده در 5 مارس 2014 .
  13. ^ توجه به چارچوبهای مرجع BIRD ACS بایگانی شده در 18 جولای 2011 در Wayback Machine

منابع

پیوندهای خارجی