Географическая широта измеряется в градусах. Широта — Latitude

Что такое географические координаты: широта и долгота

Определить местоположение точки на планете Земля, как и на любой другой планете сферической формы, возможно с помощью географических координат – широты и долготы. Пересечения под прямым углом кругов и дуг создают соответствующую сетку, что позволяет однозначно определить координаты. Наглядный пример – обыкновенный школьный глобус, разлинованный горизонтальными кругами и вертикальными дугами. О том, как пользоваться глобусом будет рассказано ниже.

Данная система измеряется в градусах (градус угла). Угол рассчитывается строго от центра сферы до точки на поверхности. Относительно оси, градус угла широты рассчитывается по вертикали, долготы – по горизонтали. Для вычисления точных координат существуют специальные формулы, где не редко встречается еще одна величина – высота, которая служит в основном для представления трехмерного пространства и позволяет производить вычисления для определения положения точки относительно уровня моря.

Широта и долгота – термины и определения

Земная сфера разделена воображаемой горизонтальной линией на две равные части света – северное и южное полушария – на положительный и отрицательный полюса соответственно. Так введены определения северной и южной широт. Широта представляется в виде параллельных относительно экватора кругов, называемых параллелями. Сам экватор со значением 0 градусов выступает отправной точкой для измерений. Чем ближе параллель к верхнему или нижнему полюсу, тем меньше ее диаметр и тем выше или ниже угловой градус. Например, город Москва расположен на 55-м градусе северной широты, что определяет местонахождение столицы как приблизительно равноудаленное и от экватора, и от северного полюса.

Меридиан – так называется долгота, представляемая в виде вертикальной дуги строго перпендикулярной кругам параллели. Сфера разделена на 360 меридианов. Точкой отсчета является нулевой меридиан (0 градусов), дуги которого проходят по вертикали через точки северного и южного полюсов и распространяются в восточном и западном направлениях. Таким образом определяется угол долготы от 0 до 180 градусов, вычисляемый значениями от центра до крайних точек к востоку или югу.

В отличие от широты, точкой отсчета которой служит экваториальная линия, любой меридиан может быть нулевым. Но для удобства, а именно удобства отсчета времени, определили гринвичский меридиан.

Географические координаты – место и время

Широта и долгота позволяют назначать тому или иному месту на планете точный географический адрес, измеряемый градусами. Градусы, в свою очередь, делятся на меньшие величины, такие как минуты и секунды. Каждый градус дробится на 60 частей (минут), а минута – на 60 секунд. На примере Москвы запись выглядит так: 55° 45′ 7″ N, 37° 36′ 56″ E или 55 градусов, 45 минут, 7 секунд северной широты и 37 градусов, 36 минут, 56 секунд южной долготы.

Интервал между меридианами составляет 15 градусов и около 111 км по линии экватора – такое расстояние Земля, вращаясь, проходит за один час. Для полного оборота, составляющего сутки, потребуется 24 часа.

Используем глобус

Модель Земли точно передана на глобусе с реалистичной прорисовкой всех материков, морей и океанов. В качестве вспомогательных линий проведены на карте глобуса параллели и меридианы. Практически любой глобус имеет в своей конструкции серпообразную меридиану, которая устанавливается на основании и служит вспомогательным мерилом.

Меридианная дуга оснащена специальной градусной шкалой, по которой определяется широта. Долготу можно узнать посредством еще одной шкалы – обруча, горизонтально установленного на уровне экватора. Отметив пальцем искомое место и вращая глобус вокруг своей оси к вспомогательной дуге, фиксируем значение широты (в зависимости от местонахождения объекта она окажется либо северной, либо южной). Затем отмечаем данные шкалы экватора в месте ее пересечения с меридианной дугой и определяем долготу. Узнать – восточная это или южная долгота, можно только относительно нулевого меридиана.

Широта — Latitude

географическая координата с указанием положения север-юг

A координатной сетки на Земле в виде сфере или эллипсоид . Линии от полюса к полюсу — это постоянная линия долготы или меридианов . Окружности, параллельные экватору , являются линией постоянной широты или параллельными . Сетка показывает широту и долготу точек на поверхности. В этом примере меридианы расположены с интервалом 6 °, а параллели с интервалом 4 °.

В география , широта — это географическая координата , которая указывает север — юг положение точки на поверхности Земли. Широта — это угол (определенный ниже), который колеблется от 0 ° на экваторе до 90 ° (север или юг) на полюсах. Линии постоянной широты или параллели проходят с востока на запад в виде окружностей параллельных экватору. Широта используется вместе с долготой для определения точного местоположения объектов на поверхности Земли. Сам по себе термин «широта» следует понимать как геодезическую широту, как определено ниже. Вкратце, геодезическая широта в точке — это угол, образованный вектором, перпендикулярным (или нормалью ) к эллипсоидальной поверхности от этой точки и к экваториальной плоскости. Также шесть дополнительных широт, которые используются в специальных приложениях.

Читайте также:  Какие меры первой доврачебной помощи оказывают при утоплении. Первая помощь при утоплении

Предварительные сведения

Два уровня абстракции используются для определения широты и долготы. На первом этапе физическая поверхность моделируется геоидом , поверхность, которая соответствует среднему уровню моря над океанами и его продолжению под сушей. Второй шаг состоит в аппроксимации геоида с помощью математически простой опорной поверхности. Самый простой выбор для опорной поверхности является шар , а геоид более точно моделируется эллипсоид. Определения широты и долготы на таких опорных поверхностях подробно в следующих разделах. Линии постоянной широты и долготы в совокупности составляют координатная сетка на опорной поверхности. Широта точки на фактической поверхности является то, что соответствующей точки на опорной поверхности, соответствие быть вдоль нормальный к опорной поверхности, которая проходит через точку на физической поверхности. Широта и долгота вместе с некоторой спецификацией height составляют географическую систему координат , как определено в соответствии со стандартом ISO 19111.

Временная система много разных составляет , точная широта объекта на поверхности не является уникальной: это обозначено в стандарте ISO, который гласит, что «без полной спецификации системы координат» (т.е. широта и долгота) в лучшем случае неоднозначно, в худшем — бессмысленно «. Важная в точных приложениях, таких как Глобальная система позиционирования (GPS), но при обычном использовании, где не требуется высокая точность, опорный эллипсоид обычно не указывается.

В английских текстах угол широты, определяемый ниже, обычно обозначается строчной греческой буквой phi (φ или ϕ). Он измеряется в градусах , минутах и ​​секундах или десяти градусах к северу или югу от экватора. ции указываются в градусах и десятичных минутах. Например, маяк Иглс находится на 50 ° 39,734’N 001 ° 35,500’W.

Для точного измерения широты требуется понимание гравитационного поля Земли, либо для установки теодолитов или для определения спутниковых орбитов GPS. Изучение фигуры Земли вместе с ее гравитационным полем — это наука геодезия .

Эта статья относится к системам координат Земли: она может быть расширена, чтобы покрыть Луну, планету. и другие небесные объекты путем простого изменения номенклатуры.

Широта на сфере

Перспективный вид Земли, показывающий, как широта () и долгота () Решенное на сферической модели. Шаг сетки составляет 10 градусов.

Масштабная сетка на сфере

Масштабная сетка образована линиями широты постоянной долготы, которые построены относительно оси вращения Земли. Первичные контрольные точки — это полюса , где ось вращения Земли пересекает контрольную поверхность. Плоскости, пересекают ось, пересекают поверхность по меридианам ; а угол между любой плоскостью меридиана и плоскостью, проходящей через Гринвич (Главный меридиан ), определяет долготу: меридианы — это линии постоянной долготы. Плоскость, проходящая через центр Земли и перпендикулярная ось вращения, пересекает поверхность по большой окружности, называемой экватором . Плоскости, параллельные экваториальной плоскости, пересекают поверхность кругами постоянной широты; это параллели. Экватор имеет широту 0 °, Северный полюс имеет широту 90 ° северной широты (записывается 90 ° с.ш. или + 90 °), а Южный полюс имеет широту 90 ° южной широты (пишется 90 ° южной широты или -90 °). Широта произвольной точки — это угол между экваториальной плоскостью и нормалью к поверхности в этой точке: нормаль к поверхности сферы проходит по радиус-вектору.

Широту, как определено таким образом, сфера, называется часто сферической широтой, чтобы избежать двусмысленности с геодезической широтой и вспомогательными широтами, определенными в разделах этой статьи.

Названные широты на Земле

Ориентация Земли в период декабрьского солнцестояния.

Помимо экватора, важны еще четыре параллели:

скость орбиты Земли вокруг Солнца называется эклиптикой , плоскость, перпендикулярная ось вращения Земли, является плоскостью экватора. Угол между эклиптикой и экваториальной плоскостью называется по-разному осевым наклоном, наклоном или наклоном эклиптики и условно обозначается i. Широта тропических кругов равна i, а широта полярных кругов является дополнением (90 ° — i). Ось медленно меняется со временем, приведенные здесь значения, являются значениями для текущей эпохи . Изменение во времени более полно обсуждается в статье о наклоне оси .

. На рисунке геометрия сечения плоскости, перпендикулярной эклиптике и проходящей через центры Земли и Земли. Солнце в декабрьское солнцестояние , когда Солнце находится над головой в некоторой точке Тропика Козерога . На южных полярных широтах ниже Южного полярного круга наблюдается дневной свет, а на северных полярных широтах за полярным кругом — ночь. Ситуация меняется на противоположную во время июньского солнцеста, когда Солнце находится над головой в тропике Рака. Только на широтах между двумя тропиками Солнце может находиться прямо над головой (в зените ).

Читайте также:  Как пишется широта. Как правильно пишется, ударение в слове «широта»

На картографических проекциях нет универсальных правил относительно того, как должны быть меридианы и параллели. В приведенных примерах ниже показаны названные параллели (в виде красных линий) на обычно используемой проекции Меркатора и поперечной проекции Меркатора . На первом параллели горизонтальны, а меридианы вертикальны, тогда как на втором нет точного соотношения параллелей и меридианов с горизонталью и вертикалью: оба являются сложными кривыми.

Нормальный Меркатор Поперечный Меркатор

Меридианное расстояние в сфере

На сфере нормаль проходит через центр, и широта (φ), следовательно, соответствует образуемому образуемому в центре на дуга меридиана от экватора до рассматриваемой точки. Если меридианное расстояние ено как m (φ), то

где R обозначает средний радиус земли. Р равно 6 371 км или 3 959 милям. Для получения более точных результатов требуется модель эллипсоида. При этом значении R длина меридиана 1 градуса широты на сфере составляет 111,2 км (69,1 статутных миль) (60,0 морских миль). Длина 1 минуты широты составляет 1,853 км (1,151 статутной мили) (1,00 морская миля), длина 1 секунды широты составляет 30,8 м или 101 фут (см. морская миля ).

Широта на эллипсоиде

Эллипсоиды

В 1687 Исаак Ньютон опубликовал Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica , в котором он доказал что вращающееся самогравитирующее жидкое в равновесии принимает форму сплющенного эллипсоида. (В этой статье используется термин эллипсоид, а не более старый термин сфероид.) Результат Ньютона был подтвержден геодезическими измерениями в 18 веке. (См. Дуга меридиана .) Сплюснутый эллипсоид — это трехмерная поверхность, созданная вращением эллипса вокруг его более короткой оси (малой оси). «Сплюснутый эллипсоид вращения» оставшейся части этой статьи сокращенно обозначается словом «эллипсоид». (Эллипсоиды, не имеющие оси симметрии, называются трехосными.)

В истории геодезии использовалось множество различных опорных эллипсоидов . В дни, когда еще не было спутников, они были разработаны для того, чтобы хорошо соответствовать геоиду в ограниченной области съемки, но с появлением GPS стало естественным использованием эталонные эллипсоиды (такие как WGS84 ) с центром в центре масс Земли и малой осью, совмещенной с осью вращения Земли. Эти геоцентрические эллипсоиды обычно находятся в пределах 100 м (330 футов) от геоида. Указание географического положения в данном эллипсоиде отличается: нельзя точно указать широту и долготу географического объекта. Многие карты, поддерживаемые национальными агентствами, основаны на старых эллипсоидах, поэтому необходимо знать, как значения широты и долготы преобразуются из одного эллипсоида в другой. Мобильные устройства GPS включают программное обеспечение для выполнения преобразователей датума , которые связывают WGS84 с локальным опорным эллипсоидом с ним с ним сеткой.

Геометрия эллипсоида

Сфера радиуса a, сжатая вдоль оси z, чтобы сформировать сплюснутый эллипсоид вращения.

Форма эллипсоида вращения создается эллипс , который вращается вокруг своей малой (более короткой) оси. Требуются два проекта. Один из них — это неизменно экваториальный радиус, который является большой полуосью , a. Другой параметр обычно (1) полярный радиус или малая полуось , b; или (2) (первое) уплощение , f; или (3) эксцентриситет , эл. Эти параметры не являются независимыми: они связаны с помощью

Многие другие параметры (см. эллипс , эллипсоид ) появляются при изучении геодезии, геофизики и картографических проекций, но все они могут быть выраженными через или два члена а, б, е и д. И f, и e малы и часто появляются в вычислениях в виде разложения в ряды; они порядка 1/298 и 0,0818 соответственно. Значения для ряда эллипсоидов на Рисунки Земли . Справочные эллипсоиды обычно большой полуосью и обратным уплощением 1 / f. Например, определяющие значения для эллипсоида WGS84 , используемые всеми устройствами GPS, равны

  • a (экваториальный радиус): 6378137,0 м
  • 1 / f (обратное сглаживание): 298, 257223563, в точности

, из которого получается

  • b (полярный радиус): 6356752,3142 м
  • e (квадрат эксцентриситета): 0,00669437999014

Разница между большим и малой полуосями составляет примерно 21 км (13 миль) и как часть большой полуоси равняется уплощению; на мониторе компьютера размер эллипсоида может составлять 300 на 299 пикселей. Его едва ли можно отличить от сферы размером 300 на 300 пикселей, поэтому иллюстрации обычно преувеличивают сглаживание.

Геодезические и геоцентрические широты

Определение геодезической широты () и долготы () на эллипсоиде. Нормаль к поверхности не проходит через центр, за исключением экватора и полюсов.

Сетка на эллипсоиде построена точно так же, как на сфере. Нормаль в точке на поверхности эллипсоида не проходит через центр, за исключением точек на экваторе или полюсах, но определение широты остается неизменным как угол между нормалью и экваториальной плоскостью. Терминологию широты необходимо уточнить, выделив:

  • Геодезическая широта: угол между нормалью и экваториальной плоскостью. Стандартное обозначение в английских публикациях — φ. Это определение, когда слово используется без уточнения. Определение должно сопровождаться спецификацией эллипсоида.
  • Геоцентрическая широта: угол между радиусом (от центра до точки на поверхности) и экваториальной плоскостью. (Рисунок ниже ). Стандартных обозначений нет: примеры из различных текстов включают θ, ψ, q, φ ‘, φ c , φ g . В этой статье используется теты;
  • Сферическая широта: .. угла между нормалью к сферической опорной поверхности и экваториальной плоскости
  • Географическая широта необходимо использовать с осторожностью. Некоторые используют его как синоним геодезической широты, в то время как используют его как альтернативу астрономической широте. .
  • Широта (без определения) обычно относится к геодезической широте.
Читайте также:  Где находится долгота и широта на карте. Градусная сеть и её элементы, географические координаты. Урок 5

Важность указания широты опорные данные можно проиллюстрировать на простом примере. На опорный эллипсоид для WGS84, в центре Эйфелевой башни имеет геодезическую широту 48 ° 51 ’29 «с.ш., или 48,8583 ° с.ш. и долготы 2 ° 17 ’40» в.д. или 2,2944 ° в.д. Те же координаты на опорной точке ED50 определить точку на земле, которая составляет 140 метров (460 футов), удаленные от башни. Веб-поиск может дать несколько разных значений широты башни; эллипсоид ссылки указывается редко.

Длина градусаоты

В дуге меридиана и стандартный текст показано, что расстояние вдоль меридиана от широты φ до экватора определяется выражением (φ в радианах)

где M (φ ) — меридиональный радиус кривизны .

Расстояние от экватора до полюса составляет

Для WGS84 это расстояние составляет 10001,965729 км.

Оценка интеграла меридионального расстояния занимает центральное место во многих исследованиях в области геодезии и картографической проекции. Его можно вычислить, расширив интеграл биномиальным рядом и интегрированным членом за членом: подробности см. В Дуга меридиана . Длина дуги меридиана между двумя заданными широтами задается заменой пределов интеграла широтами. Длина небольшой дуги меридиана определяется выражением

Δ
lat
Δ
long
110,574 км 111,320 км
15 ° 110,649 км 107,550 км
30 ° 110,852 км 96,486 км
45 ° 111,132 км 78,847 км
60 ° 111,412 км 55,800 км
75 ° 111,618 км 28,902 км
90 ° 111,694 км 0,000 км

Когда разница широты составляет 1 градус, что соответствует π / 180 радиан, расстояние по дуге составляет примерно

Расстояние в метрах (с точностью до 0,01 метра) между широтами — 0,5 градуса и + 0,5 градуса на сфероиде WGS84:

изменение этого расстояния с широтой (на WGS84 ) показано в таблице вместе с длиной градуса долготы (расстояние с востока на запад):

Калькулятор для любой широты предоставлен Национальным агентством информационной разведки США (NGA).

На следующем графике показано изменение градуса широты и градуса долготы с широтой.

Определение геодезической широты (φ) и геоцентрической широты (θ).

Морская миля

Исторически морская миля определялась как длина одной угловой минуты по меридиану сферической земли. Модель эллипсоида приводит к изменению морской мили в зависимости от широты. Это было решено путем определения морской мили равной 1852 метрам. Однако для всех практических целей расстояния измеряются по шкале широт на картах. Как Королевская яхтенная ассоциация говорит в своем руководстве для дневных шкиперов : «1 (минута) широты = 1 морская миля», за которой следует «Для большинства практических целей расстояние измеряется от шкала широты, предполагая, что одна минута широты равна одной морской миле «.

Вспомогательные широты

Есть шесть вспомогательных широт , которые имеют приложение к специальным задачам в геодезии, геофизике и теория картографических проекций:

  • Геоцентрическая широта
  • Параметрическая (или приведенная) широта
  • Исправляемая широта
  • Аутальная широта
  • Конформная широта
  • Изометрическая широта

определение, приведенное в данном разделе все относится к местоположению на опорный эллипсоиде, но первые два вспомогательных широты, как и геодезической широта, могут быть расширена, чтобы определить трехмерный географическая система координат , как описано ниже . Остальные широты таким образом не используются; они используются только в качестве промежуточных конструкций в карте проекции эллипсоида на плоскости или в расчетах геодезических на эллипсоиде. Их числовые значения не представляют интереса. Например, никому не нужно вычислять подлинную широту Эйфелевой башни.

Приведенные ниже выражения дают вспомогательные широты в терминах геодезической широты, большой полуоси и эксцентриситета e. (Для инверсии см. ниже .) Приведенные формы, помимо вариантов обозначений, относящихся к стандартным справочникам для картографических проекций, именно «Картографические проекции: рабочее руководство» Дж. П. Снайдера. Выводы этих выражений можно найти в Адамсе и онлайн-публикациях Осборна и Раппа.

Геоцентрическая широта

Определение геодезической широты (φ) и геоцентрической широты (θ).

геоцентрическая широта — угол между экваториальной плоскостью и радиусом от центра до точки на поверхности….

ОСТАВЬТЕ КОММЕНТАРИЙ

Please enter your comment!
Please enter your name here