Широта и долгота знаки. Географическая система координат — Geographic coordinate system

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"

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.


Читайте также:  Как правильно ставить вершу. Приманки при ловле рыбы на вершу.

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.

Географическая система координат — Geographic coordinate system

Система координат для определения местоположения на Земле

линии долготы перпендикулярны, а линии широты параллельны экватору.

A географическая система координат (GCS ) — это система координат , связанная с позиции на Земле (географическая позиция ). GCS может задавать позиции:

В геодезических координатах и ​​координатах карты, кортеж координат раскладывается таким образом, что одно из чисел представляет собой вертикальное положение и два числа представляют горизонтальное положение .

История

изобретение географической координаты Система обычно приписывается Эратосфену из Кирены , который составил свою ныне утерянную Географию в Библиотеке Александрии в 3 веке до нашей эры. . Спустя столетие Гиппарх из Никеи усовершенствовал эту систему, определив широту по звездным измерениям, а не по высоте Солнца, и определив долготу по времени лунных затмений , а не мертвая расплата . В I или II веке Марин из Тира составил обширный географический справочник и математически построенную карту мира , используя координаты, измеренные к востоку от нулевого меридиана в самом западном известном месте. суша, обозначенная Островами Удачи , у побережья Западной Африки вокруг Канарских островов или островов Зеленого Мыса, и измеряется к северу или югу от острова Родос от Малой Азии . Птолемей приписал ему полное принятие долготы и широты, а не измерение широты с точки зрения продолжительности середины летадня .

Читайте также:  Место для костра из бревен. Очаг для костра своими руками 500 фото, пошаговые инструкции

2-й век Птолемея География использует тот же нулевой меридиан, но измеряет широту от экватора . После того, как их работа была переведена на арабский в IX веке, Книга Описания Земли Аль-Хваризми исправила ошибки Маринуса и Птолемея в отношении длина линии, в результате чего средневековая арабская картография использовала нулевой меридиан примерно в 10 ° к востоку от линии Птолемея. Математическая картография возобновилась в Европе после того, как Максим Плануд обнаружил текст Птолемея незадолго до 1300 г .; текст был переведен на латинский в Флоренции Якобом Ангелусом около 1407.

В 1884 году Соединенные Штаты провел Международную конференцию по меридианам , в которой приняли участие представители двадцати пяти стран. Двадцать два из них согласились принять долготу Royal Observatory в Гринвич, Англия в качестве нулевой линии отсчета. Доминиканская Республика проголосовала против предложения, а Франция и Бразилия воздержались. Франция приняла среднее время по Гринвичу вместо локальных определений, сделанных Парижской обсерваторией в 1911 году.

Геодезические данные

Чтобы однозначно определить В направлении «вертикальной» и «горизонтальной» поверхности, над которой они измеряют, картографы выбирают опорный эллипсоид с заданными исходными точками и ориентацией, которые наилучшим образом соответствуют их потребностям в области, подлежащей картированию. Затем они выбирают наиболее подходящее отображение сферической системы координат на этот эллипсоид, называемое наземной системой отсчета или геодезической системой координат .

. Даты могут быть глобальными, что означает, что они представляют всю Землю, или они могут быть локальными, что означает, что они представляют собой эллипсоид, наилучшим образом подходящий только для части Земли. Точки на поверхности Земли перемещаются относительно друг друга из-за движения континентальной плиты, опускания и суточного приливного движения Земли, вызванного Луной и Солнцем. Это ежедневное движение может достигать метра. Континентальное движение может составлять до 10 см в год или 10 м за столетие. погодная система зона высокого давления может вызвать опускание на 5 мм. Скандинавия растет на 1 см в год в результате таяния ледяных щитов последнего ледникового периода , но соседняя Шотландия поднимается только на 0,2 см. Эти изменения несущественны, если используются локальные данные, но являются статистически значимыми, если используются глобальные системы координат.

Примеры глобальных датумов включают Мировую геодезическую систему (WGS 84, также известную как EPSG : 4326), датум по умолчанию, используемый для Глобальной системы позиционирования и Международной наземной системы отсчета (ITRF), используемой для оценки дрейфа континентов и деформация земной коры . Расстояние до центра Земли может использоваться как для очень глубоких позиций, так и для позиций в космосе.

Местные датумы, выбранные национальной картографической организацией, включают Североамериканский датум , европейский ED50 и британский OSGB36 . Для заданного местоположения датум обеспечивает широту и долготу . В Соединенном Королевстве используются три общие системы широты, долготы и высоты. WGS 84 отличается в Гринвиче от карты, использованной на опубликованных картах OSGB36 , примерно на 112 м. Военная система ED50 , используемая НАТО , отличается примерно от 120 м до 180 м.

Широта и долгота на карте, составленной относительно местной системы координат, могут не соответствовать быть таким же, как полученное от приемника GPS. Преобразование координат из одной системы координат в другую требует преобразования датума , такого как преобразование Хельмерта , хотя в определенных ситуациях может быть достаточно простого перевода .

В популярном программном обеспечении ГИС данные, спроецированные по широте / долготе, часто представлены в виде географической системы координат. Например, данные по широте / долготе, если датум Североамериканский датум 1983 года обозначаются как «GCS North American 1983».

Горизонтальные координаты

Широта и долгота

Экватор, параллель 0 ° широты

«Широта» (сокращение: Широта, φ или phi) точки на поверхности Земли — это угол между плоскостью экватора и прямой линией, которая проходит через эту точку и проходит через (или близко) к центру Земли. Линии, соединяющие точки одинаковой широты, обозначают круги на поверхности Земли, называемые параллелями , поскольку они параллельны экватору и друг другу. Северный полюс находится на 90 ° северной широты; Южный полюс находится на 90 ° южной широты. Параллель широты 0 ° обозначается экватором , фундаментальной плоскостью всех географических систем координат. Экватор делит земной шар на Северное и Южное полушарие .

Главный меридиан, 0 ° долготы

«Долгота» (аббревиатура: Long., λ , или лямбда) точки на поверхности Земли угол на восток или запад ссылки меридиан к другому меридиана, который проходит через эту точку. Все меридианы представляют собой половинки больших эллипсов (часто называемых большими кругами ), которые сходятся на Северном и Южном полюсах. Меридиан БританскойКоролевской обсерватории в Гринвиче на юго-востоке Лондона, Англия, является международным нулевым меридианом , хотя некоторые организации— например, Французский Национальный географический институт — продолжать использовать другие меридианы для внутренних целей. Начальный меридиан определяет собственно Восточное и Западное полушария , хотя карты часто делят эти полушария дальше на запад, чтобы сохранить Старый Свет на одной стороне. антиподальный меридиан Гринвича составляет 180 ° з.д. и 180 ° в.д. Это не следует объединять с Международной линией перемены дат , которая отличается от нее в нескольких местах по политическим причинам и соображениям удобства, в том числе между Дальним Востоком России и Дальним Западом Алеутскими островами .

Читайте также:  Хеиракантиум фаланга. Желтосумный колющий паук

из этих двух компонентов определяет положение любого места на поверхности Земли, без учета высоты или глубины. Сетка, образованная линиями широты и долготы, известна как «сетка». Начальная / нулевая точка этой системы расположена в Гвинейском заливе примерно в 625 км (390 миль) к югу от Тема , Гана .

Длина градуса

На сфероиде GRS80 или WGS84 на уровне моря на экваторе одна широтная секунда составляет 30,715 метров , одна минута широты равна 1843 метрам и один градус широты — 110,6 км. Круги долготы, меридианы, пересекаются на географических полюсах, причем ширина в секунду с запада на восток естественным образом уменьшается с увеличением широты. На экваторе на уровне моря одна продольная секунда составляет 30,92 метра, продольная минута — 1855 метров, а продольный градус — 111,3 километра. При 30 ° продольная секунда составляет 26,76 метра, в Гринвиче (51 ° 28′38 ″ с.ш.) 19,22 метра, а при 60 ° — 15,42 метра.

На сфероиде WGS84 — длина в метрах градуса широты на широте φ (то есть количество метров, которое вам нужно пройти по линии север-юг, чтобы переместиться на 1 градус широты, когда на широте φ) составляет примерно

Возвращаемое значение в метрах на градус широты непрерывно зависит от широты.

Аналогично, длина в метрах градуса долготы может быть рассчитана как

(Эти коэффициенты можно улучшить, но пока они стоят, расстояние, которое они дают, верное в пределах сантиметра.)

Обе формулы возвращают единицы измерения в метрах на градус.

Альтернативный метод оценки длины градуса долготы на широте — предположить, что Земля сферическая ( чтобы получить ширину в минуту и ​​секунду, разделите соответственно на 60 и 3600):

где средний меридиональный радиус Земли равен 6 367 449 м. Поскольку Земля представляет собой сплюснутый сфероид , а не сферическую, этот результат может отличаться на несколько десятых процента; лучшая аппроксимация долготного градуса на широте равна

где экваториальный радиус Земли равен 6,378,137 м, а ; для сфероидов GRS80 и WGS84 значение b / a составляет 0,99664719. (известен как уменьшенная (или параметрическая) широта ). Помимо округления, это точное расстояние по параллели широты; получить расстояние по кратчайшему маршруту будет труднее, но эти два расстояния всегда находятся в пределах 0,6 метра друг от друга, если две точки находятся на расстоянии одного градуса долготы.

Широта Город Градус Минута Секунда ± 0,0001 °
60 ° Санкт-Петербург 55,80 км 0,930 км 15,50 м 5,58 м
51 ° 28 ′ 38 ″ с.ш. Гринвич 69,47 км 1,158 км 19,30 м 6,95 м
45 ° Бордо 78,85 км 1,31 км 21,90 м 7,89 м
30 ° Новый Орлеан 96,49 км 1,61 км 26,80 м 9,65 м
0 ° Кито 111,3 км 1,855 км 30,92 м 11,13 м

Картографическая проекция

Чтобы установить положение географического местоположения на карте , картографическая проекция используется для преобразования геодезических координат в плоские координаты на карте; он проецирует исходные эллипсоидальные координаты и высоту на плоскую поверхность карты. Датум вместе с картографической проекцией, примененной к сетке опорных местоположений, устанавливает систему координатной сетки для построения местоположений. Обычные картографические проекции, используемые в настоящее время, включают Универсальную поперечную проекцию Меркатора (UTM), Справочную систему военной сетки (MGRS), Национальную сетку США (USNG) , Глобальная система координат (GARS) и Всемирная географическая справочная система (GEOREF). Координаты на карте обычно выражаются в единицах смещения север N и восток E относительно указанной исходной точки.

Формулы…

ОСТАВЬТЕ КОММЕНТАРИЙ

Please enter your comment!
Please enter your name here