2.4.2. Геодезическая система координат

Как известно, географические координаты (широта, долгота) – это всего лишь двухмерные характеристики пространственных объектов. Они не могут эффективно использоваться для точных расчетов и при решении инженерных задач. Более точное положение дают геодезические координаты, которые задают трехмерные координаты объекта [1].

Кроме математической основы, при определении точек земной поверхности используют геодезическую основу. Она используется для того, чтобы привязать математическую модель земной поверхности с целью обеспечения наибольшей точности измерений именно в этой части поверхности.

Элементами геодезической основы являются опорные пункты, определенные в системе геодезических координат, принятой в данном государстве, и координатные сетки, связанные с этими опорными пунктами.

Геодезические системы координат включают:

• параметры референц-эллипсоида (величина большой полуоси a или малой b, сжатие a или эксцентриситет e);

• высоту геоида над референц-эллипсоидом в начальном пункте;

• исходные геодезические даты (геодезические широта и долгота начального пункта, азимут на ориентирный пункт).

В работах по геодезии, топографии и картографии, выполняемых в России, используется эллипсоид Красовского, начальный пункт Пулково; превышение геоида над референц-эллипсоидом в начальном пункте равно нулю.

При создании карт на российские дальневосточные регионы иногда применяется система высот Охотского моря. В процессе выполнения картосоставительских работ определяют геодезическую систему координат и систему высот, которые были приняты при создании исходного картографического материала. Это выявляется по формулярам листов карт или по литературно-описательным источникам.

В настоящее время разработаны специальные программы, позволяющие осуществить преобразование одной геодезической системы координат в другую.

2.4.3. Системы координат

Координатные данные, составляющие один из основных классов геоинформационных данных, используют для указания местоположения на земной поверхности.

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. Реже применяют криволинейные или полярные.

Выбор системы координат зависит от размеров исследуемых участков поверхности, как следствие, от влияния кривизны Земли. При изображении небольших участков Земли часть уровненной поверхности принимают за плоскость. Такими участками будут участки до 20 км длиной и площадью до 400 км2.

В этих случаях применимы плоские координаты. Плоские декартовы координаты определяются заданием двух осей. При этом обычно координата Х указывает на восток, Y – на север. Задают масштабные отрезки. Упорядоченная пара (X, Y) определит положение точки в заданной системе.

Плоские полярные координаты используют расстояние от начала координат (r) и угол () от фиксированного направления. Направление обычно фиксируется на север, а угол отсчитывается по часовой стрелке от него. Полярные координаты удобны при проведении измерений от какой-либо заданной точки, например, когда используются данные таких источников, как радарные съемки.

При необходимости учета кривизны применяют пространственные системы координат.

Для определения географической системы координат (разновидности сферической системы) введены следующие понятия:

• плоскость земного экватора – проходит через центр Земли перпендикулярно к оси вращения;

• плоскость географического (астрономического) меридиана – проходит через ось вращения Земли и отвесную линию в точке земной поверхности;

• меридиан – линия пересечения плоскостей географических меридианов с земной поверхностью;

• параллель – линия, образованная пересечением плоскости, параллельной плоскости земного экватора, с поверхностью Земли.

Положение точки в географической системе координат определяется широтой () и долготой ().

Широта – это угол между точкой и экватором вдоль меридиана. Она изменяется от –90о (южный полюс) до +90о (северный полюс).

Долгота – это угол в плоскости экватора между меридианом точки и главным (нулевым) меридианом, проходящим через Гринвич (Англия). Она изменяется от –180о (западная долгота) до +180о (восточная долгота).

Рассмотренные системы носят в большей степени теоретический характер. На практике используют более широкий набор систем координат: геоцентрические, топоцентрические, полярные геодезические и др.