Обозначение координат на карте. Географическая широта и географическая долгота. Географические координаты

Весь материал взят из Википедии — свободной энциклопедии

 

Географи́ческие координа́ты — 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[1].

 

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).

 

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 O i {displaystyle O_{i}} в O g {displaystyle O_{g}} ) осуществляется исходя из значений широты и долготы. Координаты центра географической системы координат O g {displaystyle O_{g}} в инерциальной принимают значения (при расчёте по шарообразной модели Земли):

X o g = ( R + h ) cos ⁡ ( φ ) cos ⁡ ( U t + λ ) {displaystyle X_{og}=(R+h)cos(varphi )cos(Ut+lambda )}
Y o g = ( R + h ) cos ⁡ ( φ ) sin ⁡ ( U t + λ ) {displaystyle Y_{og}=(R+h)cos(varphi )sin(Ut+lambda )}
Z o g = ( R + h ) sin ⁡ ( φ ) {displaystyle Z_{og}=(R+h)sin(varphi )}
где R — радиус земли , U — угловая скорость вращения Земли, h — высота над уровнем моря.

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 на вертикально вверх.

Ориентация трёхгранника XYZ,из-за вращения земли и движения Т. С. постоянно смещается с угловыми скоростями[2].

ω E = − V N / R {displaystyle omega _{E}=-V_{N}/R}
ω N = V E / R + U cos ⁡ ( φ ) {displaystyle omega _{N}=V_{E}/R+Ucos(varphi )}
ω U p = V E R t g ( φ ) + U sin ⁡ ( φ ) {displaystyle omega _{Up}={frac {V_{E}}{R}}tg(varphi )+Usin(varphi )}

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:

ω U p = U sin ⁡ ( φ ) {displaystyle omega _{Up}=Usin(varphi )}

Соответственно, система имеет тоже начальное положение, осуществляется по формуле[2]

N = Y w cos ⁡ ( ε ) + X w sin ⁡ ( ε ) {displaystyle N=Y_{w}cos(varepsilon )+X_{w}sin(varepsilon )}
E = − Y w sin ⁡ ( ε ) + X w cos ⁡ ( ε ) {displaystyle E=-Y_{w}sin(varepsilon )+X_{w}cos(varepsilon )}

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

Читайте также:  Волчьи ягоды белые. Как выглядит волчья ягода и чем она ядовита

 

 

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:

  • в ° градусах в виде десятичной дроби (современный вариант)
  • в ° градусах и ′ минутах с десятичной дробью (самый современный вариант)
  • в ° градусах, ′ минутах и ″ секундах с десятичной дробью (исторически сложившаяся форма записи)

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 навигаторах по умолчанию чаще показываются градусы и минуты с десятичной дробью с буквенным обозначением, например, в Navitel, в iGO. Вводить координаты можно и в соответствии с другими форматами. Формат градусы и минуты рекомендуется также при радиообмене в морском деле. [источник не указан 1939 дней]

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)[3]. Как пример, варианты записи координат знака «Нулевой километр автодорог Российской Федерации» — 55°45′21″ с. ш.37°37′04″ в. д. (G) (O) (Я):

  • 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.

 


Датум карты

 

Датум (лат. Datum) — набор параметров, используемых для смещения и трансформации референц-эллипсоида в локальные географические координаты.

Понятие «Датум» используется в геодезии и картографии для наилучшей аппроксимации к геоиду в данном месте. Датум задается смещением референц-эллипсоида по осям: X, Y, Z, а также поворотом декартовой системы координат в плоскости осей на угол rX, rY, rZ. Также необходимо знать параметры референц-эллипсоида а и f, где а — размер большой полуоси, f — сжатие эллипсоида.

Чаще всего с датумами приходится сталкиваться в GPS-приемниках, в ГИС-системах и в картографии при использовании какой-либо локальной координатной сети. Преобразование координат в таких системах из одного датума в другой может, в общем случае, выполняться автоматически. Неверная установка датума (либо неправильное его преобразование) в итоге дает горизонтальные и вертикальные ошибки определения места величиной от нескольких до сотни и даже больше метров.

 

WGS 84 (англ. World Geodetic System 1984) — всемирная система геодезических параметров Земли 1984 года, в число которых входит система геоцентрических координат. В отличие от локальных систем, является единой системой для всей планеты. Предшественниками WGS 84 были системы WGS 72, WGS 66 и WGS 60.

WGS 84 определяет координаты относительно центра масс Земли, погрешность составляет менее 2 см. В WGS 84 нулевым меридианом считается Опорный меридиан, проходящий в 5,31″(~100 м) к востоку от Гринвичского меридиана. За основу взят эллипсоид с бóльшим радиусом — 6 378 137 м (экваториальный) и меньшим — 6 356 752,3142 м (полярный). Практическая реализация идентична отсчётной основе ITRF.

 

 

Список датумов

  • WGS84 (World Geodetic System 1984). Глобальный датум, использующий геоцентрический общемировой эллипсоид, вычисленный по результатам точных спутниковых измерений. Используется в системе GPS. В настоящее время принят как основной в США.
  • Пулково-1942 (СК-42, Система координат 1942) Локальный датум, использующий эллипсоид Красовского, максимально подходящего к европейской территории СССР. Основной (по распространенности) датум в СССР и постсоветском пространстве.
  • ПЗ-90 (Параметры Земли 1990) Глобальный датум, основной (с 2012 года) в Российской Федерации.
  • NAD27 (Nord American Datum 1927). Локальный датум для североамериканского континента.
  • NAD83 (Nord American Datum 1983). Локальный датум для североамериканского континента.
Читайте также:  Переходить реку вброд. Переходить реку вброд

Всего известно несколько десятков локальных датумов для разных регионов Земли. Почти каждый из них имеет несколько модификаций.

 

 

Alex-Obukhov Блог Основы GPS навигации (Часть 2)

О том, какие бывают навигаторы, для чего они предназначены и как работают, мы выяснили в первой части статьи, теперь же перейдем к практике: расскажу о некоторых подводных камнях, которые рано или поздно встретятся на пути любого владельца GPS-приемника. А начинаются они тогда, когда пользователи, уже научившиеся работать со своим устройством или программой, начинают вносить данные вручную, используя географические координаты, а не адрес или непосредственно точку на карте. Для того, чтобы не совершать ошибок необходимо понимать что представляют собой географические координаты и что кроется под набором цифр, букв и символов.

Географические координаты

Наша планета делится на два полушария Северное и Южное. Кроме того отсчет координат идет к Западу и Востоку от Гринвича (Нулевой меридиан, проходящий через Лондон), это можно представить себе как разделение на полушария, только в другой плоскости.

Географическая координата записывается в виде двух цифр, которые обозначают удаление от Экватора и Гринвичского меридиана. Удаление от экватора называется — Широтой, а от Гринвича — Долготой. К широте и долготе добавляется направление, в котором мы удаляемся. Россия, Европа и Азия лежат в Северном Полушарии, к Востоку от Гринвича и все координаты, данные в этой зоне должны быть Северной Широты и Восточной Долготы.

Если провести аналогию с декартовой системой координат, то за "0" принимается пересечение Гринвичского меридиана с экватором; широта — это X, долгота — это Y, а направление к северу/югу и востоку/западу — это знак "+" или "-".

При работе с приборами GPS длинные словосочетания долготы и широты заменяют всего лишь одной буквой — первой буквой написания на английском языке N (North) — Северное Полушарие; S (South) — Южное полушарие и E (East) — Восточная долгота; W (West) — Западная долгота.

Очень важно, чтобы при ручном вводе координат места назначения Вы не перепутали эти буквы — для России необходимо устанавливать координаты N, E! Поскольку система GPS — американская, то устройства и программы чаще всего по умолчанию настроены на Северное Полушарие к западу от Гринвича. Не забывайте проверять!

Некоторые устройства и программы имеют возможность изменить значения по умолчания для этих параметров — смотрите настройки, читайте инструкцию к своему устройству или справку по программному обеспечению.

Представление координат

Кроме направления отсчета, в координатах так же имеется непосредственное значение координаты, которые записываются в виде чисел. Но вот тут то и возникает основная проблема — координаты могут быть записаны в трех различных представлениях:

Градусы
Градусы-минуты
Градусы-минуты-секунды

Если не заметить ошибку в выборе положения относительно экватора или Гринвичского меридиана практически невозможно, то ввести неправильно представление значения координат и промахнуться на несколько десятков километров — проще простого!

С первого взгляда может показаться, что последнее более точное представление, но это не так: точность во всех представлениях одинаковая — используются десятичные значения градусов или минут.

Градусы

Координаты записываются в виде двух цифр формата XX.YYYYY°. Бывают случаи, когда знак градусов ° опускают, а точку заменяют запятой.
Пример написания: N60,04535 E30,12754
Важным является то, что в представлении присутствует всего одна точка(или запятая).

Градусы-минуты

Координаты записываются в виде двух цифр формата XX°YY.YYY’. Бывают случаи, когда знак градусов ° заменяют пробелом или даже точкой, знак минут ‘ опускают, а точку заменяют запятой. Примеры написания:
N60 04.463 E30 12.254
N60.04,463 E30.12,254
Важным является то, что в представлении присутствует два разделителя (точки, запятых, пробела, °)

Градусы-минуты-секунды

Координаты записываются в виде двух цифр формата XX°YY’YY.Y". Бывают случаи, когда знак градусов ° и минут ‘ заменяют пробелом или даже точкой, знак секунд " опускают, а точку заменяют запятой. Примеры написания:
N60 04 46.3 E30 12 25.4
N60.04.46,3 E30.12.25,4

Важным является то, что в представлении присутствует три разделителя (точки, запятых, пробела, °’)

Что же делать, если координаты в одном представлении, а Ваше устройство или программа предлагает ввести координаты в другом? Самый простой вариант — изменить настройки на нужное представление. Например в популярной программе для PND "Навител" это можно сделать в разделе "Меню-Настройки-Региональные-Единицы измерения-координаты". Большинство ПО для ноутбуков тоже имеют возможность переключения, например в OziExplorer это "Configuration-Map-Lat/Long Display"

Читайте также:  Если встать лицом к солнцу в полдень. Если в полдень встать спиной к солнцу, какие стороны будет показывать тень?

Но есть и такие устройства и программы, как например CityGuide, где такая функция отсутствует. В это случае единственным выходом из ситуации является пересчет координат в необходимое представление. Ничего сложного в этом нет, просто надо помнить, что в одном градусе содержится 60 минут, в одной минуте 60 секунд.

Пересчет координат

Для преобразования из градусов в градусы-минуты:
Целая часть градусов переписывается как есть; дробная часть градусов (она всегда меньше 1) умножается на 60, получается значение минут.
Пример: Имеются координаты N60.5643 E30.7543.
Широта: Целая часть 60, дробная часть 0.5643.
Записываем целую часть N60°;
умножаем 0.5643*60=33.858;
Получается N60°33.858′.
То же самое с со второй координатой, долготой:
E30°;
0.7543*60=45.258
Итоговые координаты: N60°33.858′ E30° 45.258′

Для преобразования из градусы-минуты в градусы :
Целая часть градусов переписывается как есть;
минуты (они всегда меньше 60) делятся на 60, и получается значение сотых долей градуса.
Пример: Имеются координаты N60°33.858′ E30° 45.258′
Широта: Целая часть 60, минуты 33.858
Записываем целую часть N60°;
Делим значение минут 33.858/60=0.5643;
Получается N60.5643°
То же самое с со второй координатой, долготой:
E30°;
45.258/60=0.7543
Итоговые координаты: N60.5643° E30.7543°

Для преобразования из градусы-минуты в градусы-минуты-секунды:
Значение градусов переписывается как есть;
Целая часть минут переписывается как есть;
Дробная часть минут (она всегда меньше 1) умножается на 60, получается значение секунд.
Пример: Имеются координаты N60°33.858′ E30° 45.258′.
Широта: Целая часть градусов 60, целая часть минут 33, дробная часть минут 0.858
Записываем целые часть N60° 33′;
умножаем 0.858*60=51.48;
Получается N60°33′ 51.48".
То же самое с со второй координатой, долготой:
E30° 45′;
0.258*60=15.48
Итоговые координаты: N60°33′ 51.48" E30° 45′ 15.48"

Для преобразования из градусы-минуты-секунды в градусы-минуты:
Значение градусов переписывается как есть;
Значение минут переписывается как есть;
Значение секунд (оно всегда меньше 60) делится на 60, получается дробная часть минут.
Пример: Имеются координаты N60°33′ 51.48" E30° 45′ 15.48"
Широта: значение градусов 60, значение минут 33, значение секунд 51.48
Записываем целые часть N60° 33′;
делим 51.48/60=0.858;
Получается N60°33.858′.
То же самое с со второй координатой, долготой:
E30° 45′;
15.48 /60=0.258;
Итоговые координаты: N60°33.858′ E30° 45.258′.

Преобразование градусы в градусы-минуты-секунды и обратно производится через преобразование в градусы-минуты (т.е необходимо произвести два пересчета). Точность координат при любом пересчете не изменяется.

Датум

Существует еще один параметр в географических координатах: ДАТУМ — это, если выражаться понятным языком, некая точка отсчета координат. Наша планета — далеко не шар, и даже не эллипс, а предмет сложной формы, который называется Геоид. Для того, чтобы более точно определять позицию на планете и были придуманы датумы. Если ошибиться в выборе датума, то на местности координаты могут разойтись в несколько сотен метров.

Как правило большинство современных приборов и программ используют датум WGS-84 (усредненный для всей планеты). Если в вашем приборе или программе нет возможности изменить этот параметр, то он настроен именно на WGS-84. Ровно как и координаты, для которых не указан датум, тоже принято считать в WGS-84. Но в большинстве функциональных программ, таких как OziExplorer, возможность работы с датумами реализована полноценно и следует быть внимательным при вводе координат. Еще более внимательными при сообщении координат другим людям!

Одна из самых распространенных ошибок происходит, когда один пользователь, передает координаты в письменном виде другому пользователю, забывая при этом о датуме. Очень часто программное обеспечение, работающего с ноутбуками и персональными компьютерами, такое как программа OziExplorer, использует локальные датумы, а не общий WGS84. Это связано с тем, что большинство топографических карт, имеют именно локальную привязку, в отличии от карт для PND и других GPS-навигаторов.

Как же поступить, если датумы не совпадают? Конечно лучше всего попросить того, кто предоставил вам координаты предоставить их в другом датуме, но если это не представляется возможным — можно внести данные как есть, просто надо помнить, что точность составляет несколько сот метров — обычно такой точности достаточно, чтобы найти необходимое место на земном шаре. Если же нужна исключительная точность, то необходимо воспользоваться программами пересчета координат из одного датума в другой.

ОСТАВЬТЕ КОММЕНТАРИЙ

Please enter your comment!
Please enter your name here