Географическими широтами считаются. Как определить географическую широту — пошаговое руководство

Географические координаты

Географи́ческие координа́ты — обобщённое понятие о геодезических и астрономических координатах, когда уклонение отвесной линии не учитывают[1]. Иными словами, при определении географических координат Земля принимается за шар. Географические координаты определяют положение точки на земной поверхности или, более широко, в географической оболочке. Географические координаты строятся по принципу сферических. Аналогичные координаты применяются на других планетах, а также на небесной сфере[2].

Широта

Широта́ — угол φ между местным направлением зенита и плоскостью экватора, отсчитываемый от 0° до 90° в обе стороны от экватора. Географическую широту точек, лежащих в северном полушарии, (северную широту) принято считать положительной, широту точек в южном полушарии — отрицательной. О широтах, близких к полюсам, принято говорить как о высоких, а о близких к экватору — как о низких.

Из-за отличия формы Земли от шара, географическая широта точек несколько отличается от их геоцентрической широты, то есть от угла между направлением на данную точку из центра Земли и плоскостью экватора.

Широту места можно определить с помощью таких астрономических инструментов, как секстант или гномон (прямое измерение), также можно воспользоваться системами GPS или ГЛОНАСС (косвенное измерение).

Долгота

Долгота́ — двугранный угол λ между плоскостью меридиана, проходящего через данную точку, и плоскостью начального нулевого меридиана, от которого ведётся отсчёт долготы. Долготу от 0° до 180° к востоку от нулевого меридиана называют восточной, к западу — западной. Восточные долготы принято считать положительными, западные — отрицательными.

Выбор нулевого меридиана произволен и зависит только от соглашения. Сейчас за нулевой меридиан принят Гринвичский меридиан, проходящий через обсерваторию в Гринвиче, на юго-востоке Лондона. В качестве нулевого ранее выбирались меридианы обсерваторий Парижа, Кадиса, Пулкова и т. д.

От долготы зависит местное солнечное время.

Высота

Чтобы полностью определить положение точки трёхмерного пространства, необходима третья координата — высота. Расстояние до центра планеты не используется в географии: оно удобно лишь при описании очень глубоких областей планеты или, напротив, при расчёте орбит в космосе.

В пределах географической оболочки применяется обычно высота над уровнем моря, отсчитываемая от уровня «сглаженной» поверхности — геоида. Такая система трёх координат оказывается ортогональной, что упрощает ряд вычислений. Высота над уровнем моря удобна ещё тем, что связана с атмосферным давлением.

Расстояние от земной поверхности (ввысь или вглубь) часто используется для описания места, однако ‘не’ служит координатой.

Географическая система координат

В навигации в качестве начала системы координат выбирается центр масс транспортного средства (ТС). Переход начала координат из инерциальной системы координат в географическую (то есть из в ) осуществляется исходя из значений широты и долготы. Координаты центра географической системы координат в инерциальной принимают значения (при расчёте по шарообразной модели Земли):

где R — радиус земли , U — угловая скорость вращения Земли, h — высота над уровнем моря,  — широта,  — долгота, t — время.

Ориентация осей в географической системе координат (Г. С. К.) выбирается по схеме:

Ось X (другое обозначение — ось E) — ось, направленная на восток.
Ось Y (другое обозначение — ось N) — ось, направленная на север.
Ось Z (другое обозначение — ось Up) — ось, направленная вертикально вверх.

Ориентация трёхгранника XYZ,из-за вращения земли и движения Т. С. постоянно смещается с угловыми скоростями[3].

где R — радиус земли , U — угловая скорость вращения Земли,  — скорость транспортного средства на север,  — на восток,  — широта,  — долгота.

Основным недостатком в практическом применении Г. С. К. в навигации является большие величины угловой скорости этой системы в высоких широтах, возрастающие вплоть до бесконечности на полюсе. Поэтому вместо Г. С. К. используется полусвободная в азимуте СК.

Полусвободная в азимуте система координат

Полусвободная в азимуте С. К. отличается от Г. С. К. только одним уравнением, которое имеет вид:

Соответственно, система имеет тоже начальное положение, осуществляется по формуле[3]

В реальности все расчёты ведутся именно в этой системе, а потом, для выдачи выходной информации происходит преобразование координат в ГСК.

Форматы записи географических координат

Для записи географических координат может использоваться любой эллипсоид (или геоид), но чаще всего используются WGS 84 и Красовского (на территории РФ).

Координаты (широта от −90° до +90°, долгота от −180° до +180°) могут записываться:

Читайте также:  Все топографические условные знаки. Информационная страница не найдена!

Разделителем десятичной дроби может служить точка или запятая. Положительные знаки координат представляются (в большинстве случаев опускаемым) знаком «+» либо буквами: «N» — северная широта и «E» — восточная долгота. Отрицательные знаки координат представляются либо знаком «−», либо буквами: «S» — южная широта и «W» — западная долгота. Буквы могут стоять как впереди, так и сзади.

Единых правил записи координат не существует.

На картах поисковых систем по умолчанию показываются координаты в градусах с десятичной дробью со знаком «−» для отрицательной долготы. На картах Google и картах Яндекс вначале широта, затем долгота (до октября 2012 на картах Яндекс был принят обратный порядок: сначала долгота, потом широта). Эти координаты видны, например, при прокладке маршрутов от произвольных точек. При поиске распознаются и другие форматы.

В то же время часто используется и исконный способ записи с градусами, минутами и секундами. В настоящее время координаты могут записываться одним из множества способов или дублироваться двумя основными (с градусами и с градусами, минутами и секундами)[4]. Как пример, варианты записи координат знака «Нулевой километр автодорог Российской Федерации» — 55°45′21″ с. ш. 37°37′04″ в. д.HGЯO:

  • 55,755831°, 37,617673° — градусы
  • N55.755831°, E37.617673° — градусы (+ доп. буквы)
  • 55°45.35′N, 37°37.06′E — градусы и минуты (+ доп. буквы)
  • 55°45′20.9916″N, 37°37′3.6228″E — градусы, минуты и секунды (+ доп. буквы)

При необходимости форматы можно пересчитать самостоятельно: 1° = 60′ (минутам), 1′ (минута) = 60″ (секундам). Также можно использовать специализированные сервисы. См. ссылки.

См. также

Примечания

Ссылки

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.

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.

Читайте также:  Ложная чага. На каких деревьях растет чага, как отличить его от трутовика?

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 ).

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.

Читайте также:  Компас без стрелки. Выбираем компас для охоты: обзор разновидностей и лучших моделей

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.

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).

ОСТАВЬТЕ КОММЕНТАРИЙ

Please enter your comment!
Please enter your name here