Система геодезических координат

Топографическая привязка данных.

Лекция 4

Одним из основных понятий ГИС является математическая основа, которая и позволяет интегрировать различные данные, обеспечивает взаимооднозначное и топологическое соответствие пространственных объектов и их изображений на карте. Особенность использования картографической информации в том, что преобразование пространственных (трехмерных) данных при отображении на плоскости всегда несет с собой искажения. Карта в ГИС рассматривается как двумерная модель, отображающая трехмерную поверхность, и построение карты связано с отображением (моделированием) трехмерной поверхности в плоскость. Построение карты есть не что иное, как перенос измерений, выполненных на физической поверхности на некоторую математическую поверхность, которую и называю математической основой. Ее выбирают как модель, наиболее близкую к физической, которая может быть описана соответствующими математическими уравнениями. В настоящее время в качестве математической основы используют общеземной эллипсоид и референц-эллипсоиды. Общеземной эллипсоид – это эллипсоид вращения, плоскость экватора и центр которого совпадают с плоскость экватора и центра масс Земли и наилучшим образом аппроксимирует поверхность геоида (квазигеоида). Референц-эллипсоидом называют эллипсоид вращения, на поверхность которого отображаются материалы астрономо-геодезических, геодезических и топографических работ. В бывшем СССР в 1946г. в качестве обязательного выбран эллипсоид Красовского, вычисленный в 1940г в ЦНИИГАиК с параметрами - большая полуось – 6378245м, малая полуось – 6356863м и сжатием 1/298.3. Начальный пункт измерений – Пулково, где превышение геоида над референц-эллипсоидрм принято равным нулю. Для отсчета высот принята Балтийская система, счет в которой ведется от нуля кронштатского футштока. За рубежом чаще, особенно в геоинформационных системах, используют эллипсоид Кларка.

Географические координаты (широта и долгота) математической основы являются двумерными характеристиками пространственных объектов и могут эффективно использоваться при выполнении точных расчетов, которые зачастую и являются основной задачей ГИС. Для того, чтобы привязать математическую модель земной поверхности к конкретной реальной поверхности используют геодезическую основу,а для определения местоположения точек земной поверхности в геодезии широко применяется система геодезических координат. В этой системе координат положение любой точки пространства определяются тремя величинами: геодезической широтой B, геодезической долготой L и геодезической высотой H.

Геодезическая широта – это угол, образованный нормалью к поверхности земного эллипсоида в данной точке плоскостью экватора.

Геодезическая долгота – это двугранный угол между плоскостью геодезического меридиана данной точки и плоскостью начального (Гринвичского) меридиана. Геодезическая высота – это высота точки над поверхностью земного эллипсоида, отсчитываемая по нормали к поверхности эллипсоида в этой точке. Для точек, лежащих на плоскости эллипсоида, геодезическая высота равна нулю.

Под плоскостью геодезического меридиана понимают плоскость, проходящую через нормаль к поверхности земного эллипсоида в данной точке и параллельную его малой оси. В геодезической системе координат направление на какую-либо точку определяется геодезическим азимутом, под которым понимается двугранный угол между плоскостью геодезического меридиана данной точки и плоскостью, проходящей через нормаль в ней и содержащей данное направление. Геодезические азимуты отсчитываются от направления на север по ходу часовой стрелки от 0 до 360 градусов. Счет широт ведется от 0 до 90 градусов к северу и югу от экватора. Северным широтам присваивают знак плюс, южным – минус. Счет долгот ведется от начального меридиана к западу и востоку от 0 до 180 градусов. Западным долготам присваивается знак минус, восточным – плюс.

Система геодезических координат является общей для всей поверхности земного эллипсоида. Применяется она при обработке измерений, выполняемых в масштабе всей Земли, либо на значительной по площади территории.

Только использование геодезической основы дает возможность точных измерений и расчетов расположения объектов. Следует оговориться, что высокая точность может быть достигнута только в конкретной части поверхности, площадь которой зависит от выбранного масштаба и способа представления в той или иной проекции.

Для отображения положения точек поверхности на плоскости используют различные математические модели поверхности и различные системы координат. На практике применяют два основных типа координат – плоские и сферические. Также возможно применение некоторой условной системы координат. Выбор системы координат зависит от размеров исследуемой площади с учетом влияния кривизны Земли. При изображении небольших участков Земли часть уровенной поверхности принимается за плоскость. В этих случаях применимы плоские координаты.