Геодезические данные - Geodetic datum

А геодезическая база или же геодезическая система (также: геодезическая опорная точка или же геодезическая система координат) это система координат, и набор ориентиров, используемых для определения местоположения на земной шар (или аналогичные предметы). Примерное определение уровень моря это данные WGS 84, эллипсоид, в то время как более точное определение - это модель гравитации Земли 2008 (EGM2008), использующая не менее 2159 сферические гармоники. Другие данные определены для других областей или в другое время; ED50 был определен в 1950 году в Европе и отличается от WGS 84 на несколько сотен метров в зависимости от того, где в Европе вы посмотрите. Марс не имеет океаны и так уровня моря нет, а минимум два марсианские данные были использованы для определения местоположения там.

Датмы используются в геодезия, навигация, и геодезия к картографы и системы спутниковой навигации переводить позиции, указанные на карты (бумажный или цифровой) в их реальное положение на земной шар. Каждый начинается с эллипсоид (растянутая сфера), а затем определяет широта, долгота и высота координаты. Одно или несколько мест на поверхности Земли выбираются в качестве якорных «базовых точек».

Разницу в координатах между датами обычно называют смещение нулевой точки. Сдвиг датума между двумя конкретными датумами может варьироваться от одного места к другому в пределах одной страны или региона и может составлять от нуля до сотен метров (или нескольких километров для некоторых удаленных островов). В Северный полюс, Южный полюс и Экватор будут в разных позициях на разных датумах, поэтому Настоящий север будет немного иначе. В разных системах отсчета используются разные интерполяции для точной формы и размера Земли (справочные эллипсоиды ).

Поскольку Земля представляет собой несовершенный эллипсоид, локализованные датумы могут дать более точное представление о зоне покрытия, чем WGS 84. OSGB36, например, является лучшим приближением к геоид покрывающий Британские острова, чем глобальный эллипсоид WGS 84.^[1] Однако, поскольку преимущества глобальной системы перевешивают большую точность, глобальная система координат WGS 84 получает все большее распространение.^[2]

Горизонтальные базы используются для описания точки на земной шар поверхность, в широта и долгота или другая система координат. Вертикальные опорные точки измеряют высоту или глубину.

Эталонный ориентир City of Chicago

Определение

В геодезия и геодезия, а датум является системой отсчета или приближением поверхности Земли, относительно которой производятся позиционные измерения для вычисления местоположения. Горизонтальные базы используются для описания точки на земной шар поверхность, в широта и долгота или другая система координат. Вертикальные опорные точки используются для измерения высот или подводных глубин.

Горизонтальная база

Горизонтальная система координат - это модель, используемая для измерения местоположения на Земле. Определенная точка на Земле может иметь существенно разные координаты, в зависимости от системы координат, используемой для измерения. По всему миру существуют сотни локальных горизонтальных датумов, обычно привязанных к какой-нибудь удобной местной точке отсчета. Современные датумы, основанные на все более точных измерениях формы Земли, предназначены для охвата больших площадей. В WGS 84 датум, который почти идентичен NAD83 датум, используемый в Северной Америке и ETRS89 Данные, используемые в Европе, являются общепринятыми стандартными данными.^{[нужна цитата ]}

Например, в Сиднее существует разница в 200 метров (700 футов) между координатами GPS, настроенными в GDA (на основе глобального стандарта WGS 84) и AGD (используется для большинства местных карт), что является неприемлемо большой ошибкой для некоторых приложений, таких как в качестве геодезия или расположение сайта для подводное плавание с аквалангом.^[3]

Вертикальная база

А вертикальная точка отсчета является эталонной поверхностью для вертикальные позиции, такой как возвышения функций Земли, включая местность, батиметрия, уровень воды, и искусственные сооружения.

Геодезические координаты

Такая же позиция на сфероид имеет различный угол по широте в зависимости от того, отсчитывается ли угол от нормального отрезка линии CP из эллипсоид (угол α) или отрезок линии AP от центра (угол β). Обратите внимание, что "плоскостность " сфероида (оранжевый) на изображении больше, чем у Земли; в результате соответствующая разница между «геодезическими» и «геоцентрическими» широтами также преувеличена.

В геодезических координатах поверхность Земли аппроксимируется эллипсоид, а местоположения вблизи поверхности описываются в терминах широта ( ${ displaystyle phi}$ ), долгота ( ${ displaystyle lambda}$ ), а высота ( ${ displaystyle h}$ ).^{[примечание 1]}

Геодезическая и геоцентрическая широта

Геодезический широта и геоцентрическая широта представляют аналогичные величины с разными определениями. Геодезическая широта определяется как угол между экваториальный самолет и нормальная поверхность в точке на эллипсоиде, тогда как геоцентрическая широта определяется как угол между экваториальной плоскостью и радиальной линией, соединяющей центр эллипсоида с точкой на поверхности (см. рисунок). При использовании без уточнения термин «широта» относится к геодезической широте. Например, широта, используемая в географические координаты это геодезическая широта. Стандартное обозначение геодезической широты: $φ$ . Стандартных обозначений геоцентрической широты не существует; примеры включают $θ$ , $ψ$ , $φ '$ .

Аналогично геодезический высота определяется как высота над поверхностью эллипсоида, нормальная к эллипсоиду; тогда как геоцентрическая высота определяется как высота над поверхностью эллипсоида вдоль линии к центру эллипсоида (радиус). При использовании без уточнения термин высота относится к геодезической высоте; как используется в авиации. Геоцентрическая высота обычно используется в орбитальная механика.

Эллипсоид Земли

Определение и производные параметры

Эллипсоид полностью параметризован большой полуосью. ${ displaystyle a}$ и сплющивание ${ displaystyle f}$ .

Параметр	Символ
Большая полуось	${ displaystyle a}$
Взаимное уплощение	${ displaystyle { frac {1} {f}}}$

Из ${ displaystyle a}$ и ${ displaystyle f}$ можно получить малую полуось ${ displaystyle b}$ , первый эксцентриситет ${ displaystyle e}$ и второй эксцентриситет ${ displaystyle e '}$ эллипсоида

Параметр	Ценить
Малая полуось	${ Displaystyle б = а (1-е)}$
Первый квадрат эксцентриситета	${ displaystyle e ^ {2} = 1 - { frac {b ^ {2}} {a ^ {2}}} = f (2-f)}$
Второй эксцентриситет в квадрате	${ displaystyle {e '} ^ {2} = { frac {a ^ {2}} {b ^ {2}}} - 1 = { frac {f (2-f)} {(1-f) ^ {2}}}}$

Параметры для некоторых геодезических систем

Два основных справочных эллипсоида, используемых во всем мире, - это GRS80.^[4]и WGS84.^[5]

Более полный список геодезических систем можно найти здесь.

Геодезическая справочная система 1980 (GRS80)

Параметры GRS80
Параметр	Обозначение	Ценить
Большая полуось	${ displaystyle a}$	6378137 м
Взаимное уплощение	${ displaystyle { frac {1} {f}}}$	298.257222101

Мировая геодезическая система 1984 (WGS 84)

Глобальная система позиционирования (GPS) использует Всемирную геодезическую систему 1984 (WGS 84) для определения местоположения точки у поверхности Земли.

WGS 84, определяющие параметры
Параметр	Обозначение	Ценить
Большая полуось	${ displaystyle a}$	63781370,0 м
Взаимное уплощение	${ displaystyle { frac {1} {f}}}$	298.257223563

Геометрические константы, производные от WGS 84
Постоянный	Обозначение	Ценить
Малая полуось	${ displaystyle b}$	63567520,3142 м
Первый квадрат эксцентриситета	${ displaystyle e ^ {2}}$	6.69437999014×10⁻³
Второй эксцентриситет в квадрате	${ displaystyle {е '} ^ {2}}$	6.73949674228×10⁻³

Расчет конверсии

Преобразование датума - это процесс преобразования координат точки из одной системы датума в другую. Преобразование датума часто может сопровождаться изменением проекция сетки.

Обсуждение и примеры

Геодезическая базовая система координат - это известная и постоянная поверхность, которая используется для описания местоположения неизвестных точек на Земле. Поскольку опорные точки отсчета могут иметь разные радиусы и разные центральные точки, конкретная точка на Земле может иметь существенно разные координаты в зависимости от системы отсчета, использованной для измерения. Есть сотни локально разработанных справочных датумами во всем мире, как правило, ссылаются на какой-то удобной местной опорной точки. Современные датумы, основанные на все более точных измерениях формы Земли, предназначены для охвата больших площадей. Наиболее распространенные справочные датумы, используемые в Северная Америка NAD27, NAD83 и WGS 84.

В Североамериканский датум 1927 года (NAD 27) - это «горизонтальная контрольная точка отсчета для Соединенных Штатов, которая была определена местоположением и азимутом на сфероиде Кларка 1866 года с началом в (геодезической станции) Ранчо Мидес (Канзас). "... Геоидальная высота на ранчо Мидес была принята равной нулю, поскольку не было достаточных данных о гравитации, и это было необходимо для соотнесения измерений поверхности с датумом". Геодезические положения на североамериканском датуме 1927 года были получены из (координаты и азимут на ранчо Мидс) посредством перенастройки триангуляции всей сети, в которой были введены азимуты Лапласа, и был использован метод Боуи »(http://www.ngs.noaa.gov/faq.shtml#WhatDatum ) NAD27 - это местная справочная система для Северной Америки.

Североамериканский датум 1983 года (NAD 83) - это "горизонтальный контрольный элемент данных для Соединенных Штатов, Канады, Мексики и Центральной Америки, основанный на геоцентрическом происхождении и Геодезической системе координат 1980 года (GRS80 ). «Эта система данных, обозначенная как NAD 83 ... основана на корректировке 250 000 точек, включая 600 спутниковых доплеровских станций, которые ограничивают систему геоцентрическим происхождением». NAD83 можно рассматривать как локальную справочную систему.

WGS 84 - это Мировая геодезическая система 1984 года. Это система отсчета, используемая Министерство обороны США (DoD) и определяется Национальное агентство геопространственной разведки (NGA) (ранее Defense Mapping Agency, затем National Imagery and Mapping Agency). WGS 84 используется Министерством обороны США для выполнения всех своих задач по картированию, составлению карт, геодезии и навигации, включая GPS "широковещательные" и "точные" орбиты. WGS 84 был определен в январе 1987 года с использованием методов доплеровской спутниковой съемки. Он был использован в качестве опорного кадра для широковещательной передачи GPS-эфемерид (орбиты), начинающийся 23 января 1987. В 0000 по Гринвичу 2 января 1994, WGS 84 была модернизирована в измерениях GPS точности с помощью. Официальное название затем стало WGS 84 (G730), так как дата обновления совпало с началом GPS Week 730. Она стала отсчетом для широковещательных орбит 28 июня 1994 года В 0000 по Гринвичу 30 сентября 1996 года (начало GPS Неделя 873), WGS 84 снова был переопределен и стал более тесно связан с Международная служба вращения Земли (IERS) кадр ITRF 94. Тогда он официально назывался WGS 84 (G873). WGS 84 (G873) был принят в качестве опорного кадра для широковещательных орбит на 29 января 1997 года.^[6] Еще одно обновление перенесло его на WGS84 (G1674).

Система координат WGS 84, расположенная в пределах двух метров от системы координат NAD83, используемой в Северной Америке, является единственной действующей мировой системой координат. WGS 84 - это стандартная система координат по умолчанию для координат, хранящихся в развлекательных и коммерческих устройствах GPS.

Предупреждаем пользователей GPS, что они всегда должны проверять датум карт, которые они используют. Чтобы правильно ввести, отобразить и сохранить координаты карты, привязанные к карте, датум карты должен быть введен в поле датума карты GPS.

Примеры

Примеры датумов карты:

WGS 84, 72, 66 и 60 из Мировая геодезическая система
NAD83, то Североамериканский датум что очень похоже на WGS 84
NAD27, старший Североамериканский датум, из которых NAD83 был в основном переделан [1]
OSGB36 из Обследование боеприпасов из Великобритания
ETRS89, европейский датум, связанный с ITRS
ED50, более старый европейский датум
GDA94, австралийский датум^[7]
JGD2011, японский датум, скорректированный с учетом изменений, вызванных Землетрясение и цунами в Тохоку 2011 г.^[8]
Токио97, старый японский датум^[9]
KGD2002, корейский датум^[10]
TWD67 и 97 тайваньских долларов, в настоящее время на Тайване используются разные данные.^[11]
BJS54 и XAS80, старые геодезические данные, используемые в Китае^[12]
GCJ-02 и БД-09, Китайские зашифрованные геодезические данные.
ПЗ-90.11, текущая геодезическая привязка, используемая ГЛОНАСС^[13]
GTRF, геодезическая привязка, используемая Галилео^[14]
CGCS2000, или же CGS-2000, геодезическая привязка, используемая Навигационная спутниковая система BeiDou^[14]^[15]^[16]
Международные наземные системы отсчета (ITRF88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 96, 97, 2000, 2005, 2008, 2014), различные реализации ITRS.^[17]^[18]
Основное основание Гонконга, вертикальная система координат, используемая в Гонконге.^[19]^[20]

Смотрите также

Сноски

^ О порядке расположения координат вправо / влево, т.е. ${ Displaystyle ( лямбда, фи)}$ или же ${ displaystyle ( phi, lambda)}$ , видеть Сферическая система координат # Условные обозначения.

дальнейшее чтение

Список геодезических параметров для многих систем из Университета Колорадо
Гапошкин, Э. М. и Колачек, Барбара (1981) Справочные системы координат для динамики Земли Тейлор и Фрэнсис ISBN 9789027712608
Каплан, Понимание GPS: принципы и приложения, 1-е изд. Норвуд, Массачусетс 02062, США: Artech House, Inc., 1996.
Примечания к GPS
П. Мисра и П. Энге, Сигналы, измерения и характеристики глобальной системы позиционирования. Линкольн, Массачусетс: Ganga-Jamuna Press, 2001.
Питер Х. Дана: Обзор геодезических данных - Большое количество технической информации и обсуждений.
Национальная геодезическая служба США

внешняя ссылка

GeographicLib включает утилиту CartConvert, которая преобразует геодезические в геоцентрические (ECEF ) или в местных декартовых (ENU) координатах. Это обеспечивает точные результаты для всех входных данных, включая точки, близкие к центру Земли.
Набор геодезических функций, решающих самые разные задачи геодезии в Matlab.
NGS FAQ - Что такое геодезические данные?
О поверхности Земли на kartoweb.itc.nl

[4] О порядке расположения координат вправо / влево, т.е. ${ Displaystyle ( лямбда, фи)}$ или же ${ displaystyle ( phi, lambda)}$ , видеть Сферическая система координат # Условные обозначения.

[1] «Геоид — Справка | ArcGIS for Desktop». desktop.arcgis.com. В архиве из оригинала на 02.02.2017. Получено 2017-01-23.

[2] «Базовые данные — Справка | ArcGIS for Desktop». desktop.arcgis.com. В архиве из оригинала на 02.02.2017. Получено 2017-01-23.

[3] Макфадьен, GPS и дайвинг В архиве 2006-08-19 на Wayback Machine

[5] «Техническое руководство GDA» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2018-03-20. Получено 2017-02-20.

[6] Официальная мировая геодезическая система 1984 г.

[7] Обзор, Министерство торговли США, NOAA, National Geodetic. "Национальная геодезическая служба - Часто задаваемые вопросы FAQ". www.ngs.noaa.gov. В архиве из оригинала от 19.10.2011.

[8] [email protected], Алекс Крейвен (RMM Design). «GDA94: часто задаваемые вопросы». www.geoproject.com.au. В архиве из оригинала от 15.08.2016.

[9] «日本測地系 2011 （JGD2011）とは？ - 空間情報クラブ». club.informatix.co.jp. 2015-08-20. В архиве из оригинала от 20.08.2016.

[10] "座標変換ソフトウェア TKY2JGD ｜国土地理院". www.gsi.go.jp. В архиве из оригинала от 05.11.2017.

[11] Ян, H .; Lee, Y .; Choi, Y .; Kwon, J .; Lee, H .; Чон, К. (2007). «Переход корейского датума в мировую геодезическую систему». Тезисы весеннего собрания AGU. 2007: G33B – 03. Bibcode:2007AGUSM.G33B..03Y.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)

[12] 台灣地圖夢想家 -SunRiver. "大地座標系統與二度分帶座標解讀 - 上河文化". www.sunriver.com.tw. В архиве из оригинала от 20.08.2016.

[13] Анализ метода преобразования и слияния карт из результатов съемки и картирования BJS54 XA80 в CGCS2000 В архиве 2016-09-18 в Wayback Machine

[14] «Осуществлен переход к использованию наземной геоцентрической системы координат« Параметры Земли 1990 »(ПЗ-90.11) при эксплуатации Глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС)». www.glonass-iac.ru. В архиве из оригинала от 07.09.2015.

[GNSS-15] а ^б «Использование международных справочных материалов для операций и приложений GNSS» (PDF). unoosa.org. В архиве (PDF) из оригинала от 22.12.2017.

[16] Справочник по спутниковым орбитам: от Кеплера к GPS, таблица 14.2

[17] Сигнал навигационной спутниковой системы BeiDou в документе управления космическим интерфейсом, сигнал открытой службы (версия 2.0) В архиве 2016-07-08 в Wayback Machine Раздел 3.2

[18] «Архивная копия» (PDF). В архиве (PDF) из оригинала от 26.01.2017. Получено 2016-08-19.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)

[19] «Общие понятия». itrf.ensg.ign.fr. В архиве из оригинала от 04.12.2008.

[20] «Вертикальный базис, используемый в Китае - Гонконг - на суше». В архиве из оригинала 13.11.2012.

[21] «Пояснительные записки к геодезическим базам Гонконга» (PDF). geodetic.gov.hk. Архивировано из оригинал (PDF) на 2016-11-09. Получено 2016-08-19.

[1]

[2]

[3]

[примечание 1]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]