Geografski koordinatni sistem

Dolžinske črte so pravokotne na ekvator, širinske pa vzporedne z njim.

Geografski koordinatni sistem ( GCS ) je sferični ali geodetski koordinatni sistem za merjenje in sporočanje položajev neposredno na Zemlji kot zemljepisne širine in dolžine . [1] Je najpreprostejši, najstarejši in najpogosteje uporabljen tip različnih prostorskih referenčnih sistemov , ki so v uporabi, in predstavlja osnovo za večino drugih. Čeprav zemljepisna širina in dolžina tvorita koordinatni niz kot kartezični koordinatni sistem , geografski koordinatni sistem ni kartezičen, ker so meritve koti in niso na ravni površini. [2]

Celotna specifikacija GCS, kot so tiste, navedene v standardih EPSG in ISO 19111, vključuje tudi izbiro geodetskega datuma (vključno z zemeljskim elipsoidom ), saj bodo različni datumi dali različne vrednosti zemljepisne širine in dolžine za isto lokacijo. [3]

Zgodovina

Izum geografskega koordinatnega sistema se na splošno pripisuje Eratostenu iz Cirene , ki je sestavil svojo danes izgubljeno Geografijo v Aleksandrijski knjižnici v 3. stoletju pred našim štetjem. [4] Stoletje pozneje je Hiparh iz Nikeje izboljšal ta sistem z določanjem zemljepisne širine na podlagi meritev zvezd namesto nadmorske višine Sonca in določanjem zemljepisne dolžine s časom luninih mrkov namesto z mrtvim računanjem . V 1. ali 2. stoletju je Marinus iz Tira sestavil obsežen geograf in matematično izrisal zemljevid sveta z uporabo koordinat, izmerjenih vzhodno od glavnega poldnevnika na najzahodnejšem znanem ozemlju, označenem kot Srečni otoki , ob obali zahodne Afrike okoli Kanarskih ali Zelenortskih otokov , in merjeno severno ali južno od otoka Rodos ob Mali Aziji . Ptolemaj mu je pripisal zasluge za popolno sprejetje zemljepisne dolžine in širine, namesto da bi meril zemljepisno širino glede na dolžino poletnega dne. [5]

Ptolemejeva geografija iz 2. stoletja je uporabila isti začetni poldnevnik, vendar je zemljepisno širino namesto tega merila od ekvatorja . Potem ko je bilo njuno delo v 9. stoletju prevedeno v arabščino , je Al-Khwārizmījeva Knjiga opisa Zemlje popravila Marinove in Ptolemajeve napake glede dolžine Sredozemskega morja , [opomba 1], zaradi česar je srednjeveška arabska kartografija uporabljala začetni poldnevnik okoli 10° vzhodno od Ptolemajeve črte. Matematična kartografija se je v Evropi ponovno začela po tem, ko je Maximus Planudes malo pred letom 1300 obnovil Ptolemejevo besedilo; besedilo je okoli leta 1407 v Firencah v latinščino prevedel Jacopo d'Angelo .

Leta 1884 so Združene države gostile mednarodno konferenco Meridianov , ki so se je udeležili predstavniki petindvajsetih držav. Dvaindvajset se jih je strinjalo, da kot ničelno referenčno črto sprejmejo zemljepisno dolžino Kraljevega observatorija v Greenwichu v Angliji. Dominikanska republika je glasovala proti predlogu, medtem ko sta se Francija in Brazilija vzdržali. [6] Francija je leta 1911 sprejela Greenwiški srednji čas namesto lokalnih določitev Pariškega observatorija .

Zemljepisna širina in dolžina

Diagram meritev kota širine ϕ in dolžine λ za sferični model Zemlje.

Zemljepisna širina φ točke na Zemljinem površju je kot med ekvatorialno ravnino in premico, ki poteka skozi to točko in skozi (ali blizu) središča Zemlje. [opomba 2] Črte, ki povezujejo točke iste zemljepisne širine, na površju Zemlje zasledujejo kroge, imenovane vzporednice , saj so vzporedne z ekvatorjem in med seboj. Severni tečaj je 90° S; južni pol je 90° J. Vzporednik zemljepisne širine 0° je označen z ekvatorjem , osnovno ravnino vseh geografskih koordinatnih sistemov. Ekvator deli globus na severno in južno poloblo .

Zemljepisna dolžina λ točke na Zemljinem površju je kot vzhodno ali zahodno od referenčnega poldnevnika do drugega poldnevnika, ki poteka skozi to točko. Vsi meridiani so polovice velikih elips (pogosto imenovanih veliki krogi ), ki se stekajo na severnem in južnem polu. Poldnevnik britanskega kraljevega observatorija v Greenwichu v jugovzhodnem Londonu v Angliji je mednarodni začetni poldnevnik , čeprav nekatere organizacije, kot je francoski Institut national de l'information géographique et forestière, še naprej uporabljajo druge poldnevnike za interne namene. Glavni poldnevnik določa pravo vzhodno in zahodno poloblo , čeprav zemljevidi pogosto delijo ti polobli bolj proti zahodu, da bi ohranili Stari svet na eni strani. Antipodni poldnevnik Greenwicha je 180° Z in 180° V. Tega ne gre enačiti z mednarodno datumsko mejo , ki se od nje razlikuje na več mestih zaradi političnih in priročnih razlogov, vključno med daljno vzhodno Rusijo in skrajnimi zahodnimi Aleutskimi otoki .

Kombinacija teh dveh komponent določa položaj katere koli lokacije na površju Zemlje, brez upoštevanja nadmorske višine ali globine. Vizualna mreža na zemljevidu, ki jo tvorijo črte zemljepisne širine in dolžine, je znana kot mrežna ploščica . [7] Izvorna/ničelna točka tega sistema se nahaja v Gvinejskem zalivu približno 625 km (390 milj) južno od Teme v Gani , lokaciji, ki se pogosto šaljivo imenuje Null Island .

Geodetski datum

Za uporabo teoretičnih definicij zemljepisne širine, dolžine in višine za natančno merjenje dejanskih lokacij na fizični zemlji je treba uporabiti geodetski datum . Vodoravni datum se uporablja za natančno merjenje zemljepisne širine in dolžine, medtem ko se navpični datum uporablja za merjenje višine ali nadmorske višine. Obe vrsti datuma povezujeta matematični model oblike Zemlje (običajno referenčni elipsoid za vodoravni datum in natančnejši geoid za navpični datum) z zemljo. Tradicionalno je bila ta vezava ustvarjena z mrežo kontrolnih točk , pregledanih lokacij, na katerih so nameščeni spomeniki, in je bila točna le za območje površja Zemlje. Novejši datumi temeljijo na globalnem omrežju satelitskih meritev ( GNSS , VLBI , SLR in DORIS ).

Ta kombinacija matematičnega modela in fizične vezave pomeni, da bo vsakdo, ki uporablja isti podatek, dobil isto meritev lokacije za isto fizično lokacijo. Vendar pa bosta dva različna datuma običajno dala različne meritve lokacije za isto fizično lokacijo, ki se lahko razlikujejo tudi za več sto metrov; to ne zato, ker se je lokacija premaknila, temveč zato, ker se je premaknil referenčni sistem, ki se uporablja za njeno merjenje. Ker je vsak prostorski referenčni sistem ali zemljevidna projekcija na koncu izračunana iz zemljepisne širine in dolžine, je ključnega pomena, da jasno navajata datum, na katerem temeljita. Na primer, koordinata UTM , ki temelji na realizaciji WGS84 , bo za isto lokacijo drugačna od koordinate UTM, ki temelji na NAD27 . Pretvarjanje koordinat iz enega datuma v drugega zahteva transformacijo datuma , kot je Helmertova transformacija , čeprav v določenih situacijah lahko zadostuje preprost prevod . [8]

Datumi so lahko globalni, kar pomeni, da predstavljajo celotno Zemljo, ali so lahko regionalni, [9] kar pomeni, da predstavljajo elipsoid, ki se najbolje prilega samo delu Zemlje. Primeri globalnih datumov vključujejo več izvedb WGS 84 (z 2D naborom datumov EPSG:4326 z 2-metrsko natančnostjo kot identifikatorjem) [10] [11], ki se uporablja za globalni sistem za določanje položaja , [opomba 3] in več izvedb mednarodnega zemeljskega referenčnega sistema in okvira (kot je ITRF2020 s podcentimetrsko natančnostjo), ki zajema upoštevajo premik celin in deformacijo skorje . [12]

Datumi z regionalnim prileganjem elipsoida, ki jih izbere nacionalna kartografska organizacija, vključujejo severnoameriške datume , evropske ED50 in britanske OSGB36 . Glede na lokacijo datum podaja zemljepisno širino in dolžino . V Združenem kraljestvu so v uporabi trije običajni sistemi zemljepisne širine, dolžine in višine. WGS 84 se pri Greenwichu razlikuje od tistega, uporabljenega na objavljenih zemljevidih ​​OSGB36, za približno 112 m. ED50 se razlikuje od približno 120 m do 180 m. [13]    

Točke na zemeljskem površju se premikajo relativno druga glede na drugo zaradi gibanja celinske plošče, pogrezanja in dnevnega zemeljskega plimovanja, ki ga povzročata Luna in Sonce. To dnevno gibanje je lahko celo meter. Gibanje celine je lahko do 10 cm na leto ali 10 m v enem stoletju. Območje visokega tlaka v vremenskih sistemih lahko povzroči padec za 5 mm . Skandinavija se zaradi taljenja ledenih plošč zadnje ledene dobe dvigne za 1 cm na leto , sosednja Škotska pa le za 0,2 cm . Te spremembe so nepomembne, če se uporabi regionalni datum, vendar so statistično pomembne, če se uporabi globalni datum. [13]

Dolžina diplome

Na sferoidu GRS  80 ali WGS  84 na morski gladini na ekvatorju meri ena širinska sekunda 30,715 m , ena širinska minuta 1843 m in ena širinska stopinja 110,6 km. Krogi zemljepisne dolžine, poldnevniki, se srečajo na geografskih polih, pri čemer se širina sekunde med zahodom in vzhodom naravno zmanjšuje z večanjem zemljepisne širine. Na ekvatorju na morski gladini ena vzdolžna sekunda meri 30,92 m, vzdolžna minuta 1855 m in vzdolžna stopinja 111,3 km. Pri 30° je vzdolžna sekunda 26,76 m, pri Greenwichu (51°28′38″N) 19,22 m, pri 60° pa 15,42 m.

Na sferoidu WGS  84 je dolžina v metrih stopinje zemljepisne širine na zemljepisni širini ϕ (to je število metrov, ki bi jih morali prepotovati vzdolž črte sever–jug, da bi se premaknili za 1 stopinjo po zemljepisni širini, ko ste na zemljepisni širini ϕ ), približno

[14]

Vrnjena mera metrov na stopinjo zemljepisne širine se nenehno spreminja z zemljepisno širino.

Podobno je mogoče izračunati dolžino stopinje dolžine v metrih

[14]

(Te koeficiente je mogoče izboljšati, a ko stojijo, je razdalja, ki jo dajejo, pravilna znotraj centimetra.)

Obe formuli vračata enote metrov na stopinjo.

Alternativna metoda za oceno dolžine vzdolžne stopinje na zemljepisni širini je predpostavka sferične Zemlje (da dobite širino na minuto in sekundo, delite s 60 oziroma 3600):

kjer je povprečni polmer Zemlje 6.367.449 m . Ker je Zemlja sploščen sferoid , ne sferičen, je ta rezultat lahko za nekaj desetink odstotka; boljši približek vzdolžne stopinje na zemljepisni širini je

kjer je Zemljin ekvatorialni polmer enak 6.378.137 m in ; za sferoide GRS 80 in WGS 84, . ( je znana kot zmanjšana (ali parametrična) širina ). Poleg zaokroževanja je to natančna razdalja vzdolž vzporednika zemljepisne širine; pridobivanje razdalje po najkrajši poti bo predstavljalo več dela, vendar sta ti dve razdalji vedno znotraj 0,6 m ena od druge, če sta točki narazen za eno stopinjo zemljepisne dolžine.   

Ekvivalenti vzdolžne dolžine na izbranih zemljepisnih širinah
Zemljepisna širina Mesto stopnja minuta drugič 0,0001°
60° Sankt Peterburg 55,80 km 0,930 km 15,50 m 5,58 m
51° 28′ 38″ S Greenwich 69,47 km 1.158 km 19,30 m 6,95 m
45° Bordeaux 78,85 km 1,31 km 21,90 m 7,89 m
30° New Orleans 96.49 km 1,61 km 26,80 m 9,65 m
Quito 111,3 km 1.855 km 30,92 m 11,13 m

Alternativna kodiranja

Kot vsak niz večmestnih števil je tudi pare zemljepisne širine in dolžine težko sporočiti in si jih zapomniti. Zato so bile razvite alternativne sheme za kodiranje GCS koordinat v alfanumerične nize ali besede:

To niso različni koordinatni sistemi, le alternativne metode za izražanje meritev zemljepisne širine in dolžine.

Glej tudi

Opombe

  1. ^ Par je imel natančne absolutne razdalje v Sredozemlju, vendar sta podcenila obseg Zemlje , zaradi česar so njihove meritve v stopinjah precenjevale njeno dolžino zahodno od Rodosa oziroma Aleksandrije.
  2. ^ Alternativne različice zemljepisne širine in dolžine vključujejo geocentrične koordinate, ki merijo glede na središče Zemlje; geodetske koordinate, ki Zemljo modelirajo kot elipsoid ; in geografske koordinate, ki merijo glede na navpično črto na lokaciji, za katero so navedene koordinate.
  3. ^ WGS 84 je privzeti datum, ki se uporablja v večini opreme GPS, vendar je mogoče izbrati druge datume in zemljevidne projekcije.

Reference

  1. Chang, Kang-tsung (2016). Uvod v geografske informacijske sisteme (9. izdaja). McGraw-Hill. str. 24. ISBN 978-1-259-92964-9.
  2. DiBiase, David. "Narava geografskih informacij". Arhivirano iz izvirnika 19. februarja 2024 . Pridobljeno 18. februar 2024 .
  3. ^ "Uporaba podatkovnega niza geodetskih parametrov EPSG, Navodilo 7-1". Nabor geodetskih parametrov EPSG . Geomatske rešitve. Arhivirano iz izvirnika 15. decembra 2021 . Pridobljeno 15. decembra 2021 .
  4. McPhail, Cameron (2011), Reconstructing Eratosthenes' Map of the World (PDF) , Dunedin : University of Otago, str.  20–24 , arhivirano (PDF) iz izvirnika 2. aprila 2015 , pridobljeno 14. marca 2015.
  5. Evans, James (1998), The History and Practice of Ancient Astronomy, Oxford, Anglija: Oxford University Press, str.  102–103 , ISBN 9780199874453, arhivirano iz izvirnika 17. marca 2023 , pridobljeno 5. maja 2020.
  6. ^ "Mednarodna konferenca Meridian". Millennium Dome: O2 v Greenwichu . Greenwich 2000 Limited. 9. junij 2011. Arhivirano iz izvirnika 6. avgusta 2012 . Pridobljeno 31. oktobra 2012 .
  7. American Society of Civil Engineers (1. januar 1994). Glosar kartografskih znanosti. Publikacije ASCE. str. 224. ISBN 9780784475706.
  8. ^ "Izdelava zemljevidov, združljivih z GPS". Vlada Irske 1999. Arhivirano iz izvirnika 21. julija 2011 . Pridobljeno 15. aprila 2008 .
  9. ^ "Vodnik po koordinatnih sistemih v Veliki Britaniji". Ordnance Survey.
  10. ^ "WGS 84: Projekcija EPSG - prostorska referenca". spatialreference.org . Arhivirano iz izvirnika 13. maja 2020 . Pridobljeno 5. maja 2020 .
  11. EPSG:4326
  12. Bolstad, Paul (2012). Osnove GIS (PDF) (5. izdaja). Atlas knjige. str. 102. ISBN 978-0-9717647-3-6. Arhivirano iz izvirnika (PDF) dne 15. oktober 2020 . Pridobljeno 27. januarja 2018 .
  13. ^ ab Vodnik po koordinatnih sistemih v Veliki Britaniji (PDF) , D00659 v3.6, Ordnance Survey, 2020, arhivirano (PDF) iz izvirnika 2. aprila 2020 , pridobljeno 17. decembra 2021
  14. ^ ab [1] Arhivirano 29. junija 2016 pri Wayback Machine Geographic Information Systems – Stackexchange

Viri

  • Del tega članka je iz "Astroinfo" Jasona Harrisa, ki se distribuira s KStars , namiznim planetarijem za Linux / KDE . Oglejte si Izobraževalni projekt KDE – KStars Arhivirano 17. maja 2008 na Wayback Machine
  • Mediji, povezani z geografskim koordinatnim sistemom v Wikimedijini zbirki
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Geographic_coordinate_system&oldid=1273439447"