Maantieteellinen koordinaattijärjestelmä

geodesia
Perusteet geodesia Geodynamiikka Geomatics Historia
käsitteet Maantieteellinen etäisyys Geoidi Maan hahmo (säde ja ympärysmitta) Geodeettiset koordinaatit Geodeettinen data Geode Vaakasuuntaisen sijainnin esitys Leveysaste / Pituusaste Kartan projektio Viiteellipsoidi Satelliittigeodesia Tilaviitejärjestelmä Tilasuhteet Pystysuorat asennot
Technologies Globaali Nav. la Järjestelmät (GNSS) Global Pos. Järjestelmä (GPS) GLONASS (Venäjä) BeiDou (BDS) (Kiina) Galileo (Eurooppa) NAVIC (Intia) Quasi-Zenith la. Sys. (QZSS) (Japani) Diskreetti globaali verkko ja geokoodaus
Standardit (historia) NGVD 29 Merenpinnan taso 1929 OSGB36 Ordnance Survey Iso-Britannia 1936 SK-42 Systema Koordinat 1942 goda ED50 Euroopan päivämäärä 1950 SAD69 Etelä-Amerikan päivämäärä 1969 GRS 80 Geodeettinen viitejärjestelmä 1980 ISO 6709 Maantieteellinen pistekoordinaatti. 1983 NAD 83 Pohjois-Amerikan päivämäärä 1983 WGS 84 Maailman geodeettinen järjestelmä 1984 NAVD 88 N. American Vertical Datum 1988 ETRS89 European Terrestrial Ref. Sys. 1989 GCJ-02 Kiinan hämärä datam 2002 Maantieteellinen URI Internet-linkki pisteeseen 2010 Kansainvälinen maanpäällinen viitejärjestelmä Spatial Reference System Identifier (SRID) Universal Transverse Mercator (UTM)
v t e

Pituusasteviivat ovat kohtisuorassa päiväntasaajaan nähden ja leveysasteviivat yhdensuuntaisia ​​päiväntasaajan kanssa.

- maantieteellinen koordinaattijärjestelmä (GCS) on pallon muotoinen or geodeettiset koordinaatit mittaus- ja viestintäjärjestelmä kantoja suoraan Maa as leveysaste ja pituusaste. Se on yksinkertaisin, vanhin ja laajimmin käytetty erilaisista paikkaviittausjärjestelmät jotka ovat käytössä ja muodostavat perustan useimmille muille. Vaikka leveys- ja pituusaste muodostavat koordinaatin monikko kuten karteesinen koordinaattijärjestelmä, maantieteellinen koordinaattijärjestelmä ei ole suorakulmainen, koska mittaukset ovat kulmia eivätkä ole tasaisella pinnalla.^{[itse julkaistu lähde?]}

Täydellinen GCS-spesifikaatio, kuten ne, jotka on lueteltu kohdassa EPSG ja ISO 19111 -standardit, sisältää myös valikoiman geodeettinen perustieto (mukaan lukien Maan ellipsoidi), koska eri datapisteet antavat eri leveys- ja pituusastearvot samalle sijainnille.

Historia

- keksintö Maantieteellisen koordinaatiston tunnustetaan yleensä Eratosthenes of Cyrene, joka sävelsi nyt kadonneen Maantiede klo Aleksandrian kirjasto 3. vuosisadalla eKr. Sata vuotta myöhemmin, Hipparkhos of Nikean parannettu tässä järjestelmässä määrittämällä leveysaste tähtien mittauksista auringon korkeuden sijasta ja määrittämällä pituusaste ajoitusten perusteella. kuunpimennykset, mielummin kuin kuollut laskenta. 1. tai 2. vuosisadalla Marinus of Tyre laati laajan julkaisun ja matemaattisesti piirretty maailmankartta käyttäen koordinaatteja mitattuna itään pisteestä a päämeridiaani läntisimmällä tunnetulla maalla, nimetty Onnelliset saaret, Länsi-Afrikan rannikolla ympäri Kanarialintu or Kap Verden saaret, ja mitattuna saaren pohjois- tai eteläpuolella Rodos pois Vähä-Aasia. Ptolemaios tunnusti hänelle pituus- ja leveysasteen täydellisen omaksumisen sen sijaan, että hän mittaisi leveysasteen pituuden perusteella. juhannus päivä.

Ptolemaioksen 2. vuosisadalla Maantiede käytti samaa alkumeridiaania, mutta mitattiin leveysasteesta ekvaattori sen sijaan. Kun heidän työnsä käännettiin Arabic 9-luvulla, Al-Khwarizmī's Maan kuvauksen kirja korjasi Marinuksen ja Ptolemaioksen virheet pituuden suhteen Välimeri,^{[huomautus 1]} aiheuttaen keskiaikainen arabialainen kartografia käyttää alkumeridiaania noin 10° Ptolemaioksen linjasta itään. Sen jälkeen matemaattinen kartografia jatkui Euroopassa Maximus PlanudesPtolemaioksen tekstin talteenotto hieman ennen vuotta 1300; teksti on käännetty kielelle latinalainen at Firenze by Jacopo d'Angelo noin 1407.

In 1884, Yhdysvallat isännöi Kansainvälinen meridiaanikonferenssi, johon osallistui edustajia XNUMX maasta. Heistä XNUMX suostui ottamaan käyttöön pituusasteen Kuninkaallinen observatorio in Greenwich, Englanti nollaviittausviivana. The Dominikaaninen tasavalta äänesti esitystä vastaan, kun taas Ranska ja Brasilia pidättyi äänestämästä. Ranska hyväksyi Greenwichin aika paikallisten päätösten sijasta Pariisin observatorio vuonna 1911.

Leveys-ja pituuspiiri

Leveysasteen kaavio ϕ ja pituusaste λ kulmamittaukset maapallon pallomaiselle mallille.

"Leveysaste" (lyhenne: lat., ϕ, tai phi) Maan pinnalla olevan pisteen kulma on päiväntasaajan tason ja tämän pisteen ja Maan keskustan läpi (tai lähellä) kulkevan suoran välinen kulma.^{[huomautus 2]} Viivat, jotka yhdistävät saman leveysasteen pisteitä, jäljittävät maapallon pinnalla olevia ympyröitä, ns rinnastukset, koska ne ovat yhdensuuntaisia ​​päiväntasaajan ja toistensa kanssa. The Pohjoisnapa on 90° N; the etelänapa on 90° eteläistä leveyttä. Leveysasteen 0° leveyspiiri on merkitty ekvaattori, The perustaso kaikista maantieteellisistä koordinaattijärjestelmistä. Päiväntasaaja jakaa maapallon Pohjoinen ja Eteläiset pallonpuoliskot.

"Pituusaste" (lyhenne: Long., λMaan pinnan pisteen , tai lambda) on kulma viitteestä itään tai länteen pituuspiiri toiseen pituuspiiriin, joka kulkee kyseisen pisteen kautta. Kaikki meridiaanit ovat suuruuden puolikkaita ellipsejä (usein kutsuttu suuria piirejä), jotka yhtyvät pohjois- ja etelänavalle. Meridiaani Brittiläinen Kuninkaallinen observatorio in Greenwich, Kaakkois-Lontoossa, Englannissa, on kansainvälinen päämeridiaani, vaikka jotkut organisaatiot, kuten ranskalaiset Institut national de l'information geographique et forestière— jatka muiden meridiaanien käyttöä sisäisiin tarkoituksiin. Alkumeridiaani määrittää oikean itäinen ja läntiset pallonpuoliskot, vaikka kartat jakavat nämä pallonpuoliskot usein länteen pitämään Vanha maailma yhdellä puolella. The antipodaalinen Greenwichin pituuspiiri on sekä 180°W että 180°E. Tätä ei pidä sekoittaa Kansainvälinen päivämääräraja, joka poikkeaa siitä useissa paikoissa poliittisista ja mukavuussyistä, mukaan lukien Kaukoidän ja Kaukolännen välillä Aleutian saaret.

Näiden kahden komponentin yhdistelmä määrittää minkä tahansa sijainnin maan pinnalla ottamatta huomioon korkeus tai syvyys. Kartan visuaalinen ruudukko, joka muodostuu leveys- ja pituusasteen viivoista, tunnetaan nimellä a ruudukko. Tämän järjestelmän alkupiste/nollapiste sijaitsee Guineanlahti noin 625 km (390 mailia) etelään Teema, Ghana, paikka, jota usein kutsutaan näppärästi Nullin saari.

Geodeettinen data

Voidakseen olla yksiselitteisiä "pystysuoran" ja "vaakatason" pinnan suunnasta, jonka yläpuolella ne mittaavat, kartantekijät valitsevat referenssiellipsoidi tietyllä alkuperällä ja suunnalla, joka parhaiten sopii heidän tarpeeseensa kartoitettavalle alueelle. Sitten he valitsevat sopivimman kartoituksen pallomainen koordinaattijärjestelmä siihen ellipsoidiin, jota kutsutaan maanpäälliseksi referenssijärjestelmäksi tai geodeettinen perustieto.

Datumit voivat olla globaaleja, mikä tarkoittaa, että ne edustavat koko maapalloa, tai ne voivat olla paikallisia, mikä tarkoittaa, että ne edustavat ellipsoidia, joka sopii parhaiten vain osaan maata. Maan pinnan pisteet liikkuvat suhteessa toisiinsa mannerlaattojen liikkeen, vajoamisen ja vuorokauden vuoksi. Maan vuorovesi aiheuttama liike Kuu ja Aurinko. Tämä päivittäinen liike voi olla jopa metri. Mannerliike voi olla jopa 10 cm vuosi tai 10 m vuosisadassa. A sääjärjestelmä korkeapaineinen alue voi aiheuttaa uppoamisen 5 mm. Skandinavia nousee ohi 1 cm vuoden jäätiköiden sulamisen seurauksena viimeinen jääkausi, mutta naapuri Skotlanti nousee vain 0.2 cm. Nämä muutokset ovat merkityksettömiä, jos käytetään paikallista dataa, mutta ne ovat tilastollisesti merkittäviä, jos käytetään globaalia dataa.

Esimerkkejä globaaleista datameistä ovat mm Maailman geodeettinen järjestelmä (WGS 84, joka tunnetaan myös nimellä EPSG:4326), oletusarvo, jota käytetään maailmanlaajuinen paikannusjärjestelmä GPS,^{[huomautus 3]} ja Kansainvälinen maanpäällinen viitejärjestelmä ja kehys (ITRF), käytetään arvioinnissa mannerlaattojen liikunta ja kuoren muodonmuutos. Etäisyyttä Maan keskustasta voidaan käyttää sekä erittäin syvälle että avaruusasemille.

Kansallisen kartografisen organisaation valitsemiin paikallisiin tietoihin kuuluvat mm Pohjois-Amerikan Datum, eurooppalainen ED50, ja britit OSGB36. Kun sijainti on annettu, datum antaa leveysasteen ${\ displaystyle \ phi}$ ja pituusaste ${\ displaystyle \ lambda}$. Yhdistyneessä kuningaskunnassa on käytössä kolme yleistä leveys-, pituus- ja korkeusastejärjestelmää. WGS 84 eroaa Greenwichissä julkaistuissa kartoissa käytetystä OSGB36 noin 112 mennessä m. Sotilaallinen järjestelmä ED50, käyttänyt NATO, eroaa noin 120:sta m 180 XNUMX:ään m.

Paikallista datapistettä vasten tehdyn kartan leveys- ja pituusaste ei välttämättä ole sama kuin GPS-vastaanottimesta saatu. Koordinaattien muuntaminen peruspisteestä toiseen vaatii a datan muunnos niin kuin Helmertin muunnos, vaikka tietyissä tilanteissa yksinkertainen käännös voi olla riittävä.

Suosituissa GIS-ohjelmistoissa leveys-/pituusasteina projisoitu data esitetään usein muodossa a Maantieteellinen koordinaattijärjestelmä. Esimerkiksi tiedot leveys-/pituusasteina, jos peruspiste on Pohjois-Amerikan päivämäärä vuodelta 1983 on merkitty nimellä "GCS North American 1983".

Tutkinnon pituus

GRS:ssä 80 tai WGS 84 sferoidi at merenpinta Päiväntasaajalla yksi leveyssekunti on 30.715 metriä, yksi leveysasteen minuutti on 1843 metriä ja yksi leveysasteen aste on 110.6 kilometriä. Pituusasteen ympyrät, meridiaanit, kohtaavat maantieteellisillä napoilla, ja sekunnin länsi–itä-leveys luonnollisesti pienenee leveysasteen kasvaessa. Käytössä ekvaattori merenpinnan tasolla yksi pituussuuntainen sekunti on 30.92 metriä, pituussuuntainen minuutti on 1855 metriä ja pituussuuntainen aste on 111.3 kilometriä. 30°:ssa pituussuuntainen sekunti on 26.76 metriä, Greenwichissä (51°28′38″N) 19.22 metriä ja 60°:ssa 15.42 metriä.

WGS:ssä 84 sferoidi, leveysasteen pituus metreinä ϕ (eli kuinka monta metriä sinun pitäisi kulkea pohjois-etelälinjaa pitkin liikkuaksesi 1 asteen leveysasteella ollessasi leveysasteella ϕ), on noin

${\displaystyle 111132.92-559.82\,\cos 2\phi +1.175\,\cos 4\phi -0.0023\,\cos 6\phi }$

Palautettu metrimitta leveysastetta kohden vaihtelee jatkuvasti leveysasteen mukaan.

Vastaavasti pituusasteen pituus metreinä voidaan laskea seuraavasti

${\displaystyle 111412.84\,\cos \phi -93.5\,\cos 3\phi +0.118\,\cos 5\phi }$

(Näitä kertoimia voidaan parantaa, mutta niiden antama etäisyys on oikea senttimetrin sisällä.)

Kaavat molemmat palauttavat metrien yksiköt astetta kohti.

Vaihtoehtoinen menetelmä pitkittäisasteen pituuden arvioimiseksi leveysasteella ${\ displaystyle \ phi}$ on olettaa pallomainen maa (saat leveyden minuutissa ja sekunnissa jakamalla 60:llä ja 3600:lla):

${\displaystyle {\frac {\pi }{180}}M_{r}\cos \phi \!}$

jossa Maan keskimääräinen pituuspiirisäde ${\displaystyle \textstyle {M_{r}}\,\!}$ is 6,367,449 m. Koska maapallo on litteä sferoidi, ei pallomainen, tämä tulos voi poiketa useista prosentin kymmenesosista; pitkittäisasteen parempi likiarvo leveysasteella ${\ displaystyle \ phi}$ is

${\displaystyle {\frac {\pi }{180}}a\cos \beta \,\!}$

missä Maan päiväntasaajan säde ${\ displaystyle a}$ on yhtä suuri kuin 6,378,137 m ja ${\displaystyle \textstyle {\tan \beta ={\frac {b}{a}}\tan \phi }\,\!}$; GRS:lle 80 ja WGS 84 sferoidia, b/a lasketaan olevan 0.99664719. (${\displaystyle \textstyle {\beta }\,\!}$ tunnetaan nimellä alennettu (tai parametrinen) leveysaste). Pyöristystä lukuun ottamatta tämä on tarkka etäisyys leveysasteella; etäisyyden saaminen lyhimmän reitin varrella on työläämpää, mutta nämä kaksi etäisyyttä ovat aina 0.6 metrin sisällä toisistaan, jos pisteet ovat yhden pituusasteen päässä toisistaan.

Vaihtoehtoiset koodaukset

Kuten mikä tahansa moninumeroisten lukujen sarja, leveysaste-pituusaste-parien kommunikointi ja muistaminen voi olla haastavaa. Siksi on kehitetty vaihtoehtoisia järjestelmiä GCS-koordinaattien koodaamiseksi aakkosnumeerisiksi merkkijonoiksi tai sanoiksi:

• Ishayoiden opettaman Maidenhead-paikannusjärjestelmä, suosittu radio-operaattoreiden keskuudessa.
• Ishayoiden opettaman Maailman maantieteellinen viitejärjestelmä (GEOREF), kehitetty maailmanlaajuisia sotilasoperaatioita varten, korvattu nykyisellä Globaali alueviitejärjestelmä (GARS).
• Avaa Sijaintikoodi tai "Plus-koodit", jotka Google on kehittänyt ja julkistettu.
• Geohash, Mortoniin perustuva julkinen järjestelmä Z-asteen käyrä.
• Karttakoodi, avoimen lähdekoodin järjestelmä, joka on alun perin kehitetty TomTomissa.
• What3words, oma järjestelmä, joka koodaa GCS-koordinaatit näennäissatunnaisina sanajoukkoina jakamalla koordinaatit kolmeen numeroon ja etsimällä sanoja indeksoidusta sanakirjasta.

Nämä eivät ole erillisiä koordinaattijärjestelmiä, vain vaihtoehtoisia menetelmiä leveys- ja pituusastemittausten ilmaisemiseen.

Katso myös

• Desimaaliastetta – Kulmamittaukset, tyypillisesti leveys- ja pituusasteille
• Maantieteellinen etäisyys – Maan pintaa pitkin mitattu etäisyys
• Paikkatietojärjestelmä – Järjestelmä maantieteellisten tietojen keräämiseen, hallintaan ja esittämiseen
• Maantieteellinen URI-järjestelmä – URI-malli maantieteellisille sijainneilleSivut, jotka näyttävät wikidatan kuvauksia varavaihtoehtona
• ISO 6709, maantieteellisen pisteen sijainnin vakioesitys koordinaatteilla
• Lineaarinen viittaus – tilaviittausmenetelmäSivut, jotka näyttävät wikidatan kuvauksia varavaihtoehtona
• Ensisijainen suunta – Taivaallinen koordinaattijärjestelmä, jota käytetään määrittämään taivaankappaleiden sijainnitSivut, joilla on lyhyet kuvaukset uudelleenohjauskohteista
• Planeetan koordinaattijärjestelmä
  • Selenografinen koordinaattijärjestelmä
• Tilaviitejärjestelmä – Järjestelmä sijaintien määrittämiseen maan päällä
• Jan Smits (2015). Matemaattiset tiedot kartografisten materiaalien bibliografisiin kuvauksiin ja paikkatietoihin. Maantieteelliset koordinaatit. ICA Karttaennusteiden komissio.

Huomautuksia

Viitteet

Lähteet

Ulkoiset linkit

• Mediaan liittyvä media Maantieteellinen koordinaattijärjestelmä Wikimedia Commonsissa