Cистемы координат ГИС

1.

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ
СИСТЕМЫ В ГЕОФИЗИКЕ

2. ТЕМА № 3.

Cистемы координат ГИС

3. Для определения местоположения объектов на поверхности Земли геоинформационные системы используют 2 типа координат:

Горизонтальные системы координат
Для определения местоположения объектов на поверхности
Земли геоинформационные системы используют 2 типа координат:
общегеографические (геодезические);
картографические, основанные на проекции.
Сферическая
система координат
Проекция Меркатора
Азимутальная
проекция

4. Географические системы координат

ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ КООРДИНАТ
Нулевой
меридиан
Экватор
Географическая
система
координат
(ГСК)
использует
трехмерную
сферическую поверхность для
определения
местоположения
объектов на поверхности Земли.
Местоположение объекта
определяется
значениями
сферических углов широты и
долготы. Единица измерения градус.
Широта
и
долгота
однозначно
определяют
положение
объекта
на
поверхности шара.
Географическая (геодезическая)
система координат

5. Аппроксимация формы Земли

Двухосный
эллипсоид вращения
f=0
fЗемли = 0.003353
Параметры эллипса
f - коэффициент сжатия;
a - большая полуось;
b - малая полуось
f = (a - b) / a

6. Фигура Земли и географические системы координат

ФИГУРА ЗЕМЛИ И ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ КООРДИНАТ
(геоид)
Нерегулярная поверхность геоида аппроксимируется регулярным эллипсоидом

7.

Модель геоида по данным NASA
http://www-lite.larc.nasa.gov/level1doc/geoid_ref.html
Различия геоида и эллипсоида WGS1984

8.

Виды эллипсоидов
Центр
Земли
Центр
Земли
Поверхность Земли
Общеземной эллипсоид
описывает фигуру
Земли в целом
Референц - эллипсоид
оптимален лишь для
определенной части Земли

9.

Система геодезических координат
Для задания системы
геодезических координат на
поверхности эллипсоида
используется косвенный метод:
для некоторой точки на реальной
поверхности Земли (начального
пункта) фиксируются значения
широты и долготы;
производится совмещение нормали
к поверхности референц-эллипсоида и
отвесной линии в начальной точке;
плоскость меридиана начального
пункта устанавливается параллельно
оси вращения Земли.
(DATUM)
Начальная
точка
Центр
Земли
Эти данные называются геодезическими датами (datum).
Координаты всех остальных точек на эллипсоиде являются
расчетными по отношению к начальной точке.

10. Примеры эллипсоидов

Название
Дата
(год)
Большая полуось,
(м)
Малая полуось,
(м)
Красовский
1940
6378245
6356863.0188
WGS 84
1984
6378137
63565752.31
Эйри
1830
6377563.396
6356256.91
6378160
6356774.719
Австралийская
национальная
Бессель
1841
6377397.155
6356078.963
Использование
СССР и некоторые
страны восточной
Европы
Во всем мире
Великобритания
Австралия
Большинство областей
центральной Европы,
Чили
Североамериканский
континент и
Филиппины
Кларк
1866
6378206.4
6356583.8
Кларк
1880
6378249.145
6356514.86955
Эверест
1830
6377276.3452
6356075.4133
Индия, Бирма,
Цейлон, Малайзия
СР380
1980
6378137
6356752.31414
Северная Америка
Хельмерт
1907
6378200
6356818.17
Египет
Франция и большая
часть Африки

11.

12.

Датум жестко фиксируют систему геодезических координат
относительно тела Земли. В то время как сфероид аппроксимирует
форму Земли, датум определяет положение сфероида относительно
центра Земли.
Изменение датума (географической системы координат)
приводит к изменению координат точки наблюдения.
Пример:
Контрольная точка в
г. Редландс, штат Калифорния
ГСК NAD83:
-117 12 57.75961 з.д.
34 01 43.77884 с.ш.
ГСК NAD27:
-117 12 54.61539 з.д.
34 01 43.72995 с.ш.

13. Датумы, используемые в России:

СК 42
Сфероид Красовского;
Локальная система координат, Пулково 1942;
Территория России.
PZ 90 (ПЗ 90)
"Параметры Земли 90" - RUSSIA_PZ90;
Геоцентрический датум ;
Система GLONASS.
WGS 84 (Геодезическая система мира 1984 года, WGS84 _ World
Geodetic System of 1984)
Сфероид WGS_1984;
Геоцентрический датум ;
Мировой.

14.

Вывод:
1.
2.
3.
Географическая система координат включает:
угловые единицы измерения координат,
нулевой меридиан,
датум (основанный на сфероиде).
Географические координаты позволяют осуществлять
нерегулярные измерения Земной поверхости.
1° по долготе на экваторе = 111 км;
на широте 60° = 55.8 км;
на широте 90° = 0 км

15.

СИСТЕМЫ КООРДИНАТ ПРОЕКЦИЙ
Системы координат проекций определяют правила проецирования
координат на плоскую двухмерную поверхность.
Y, м
Положение точки определяется парой
координат х,y
0,0
X, м

16.

В
отличие
от
географической
системы
координат
спроецированная
система
координат
имеет
постоянные
длины,
углы
и
площади на плоской двумерной
поверхности.
Спроецированная система
координат является производной
от
географической
системы
координат .

17.

КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОЕКЦИИ
Картографическая проекция осуществляет перенос координат со
сферической поверхности земного шара на плоскость карты
Проекция Аитова
Цилиндрическая
равновеликая
Сферическая
система координат
Проекция Бонна
Азимутальная
проекция
Параболическая проекция
Кластера

18.

Картографической проекцией называется преобразование
трехмерной поверхности Земли в плоское изображение на карте.
Поверхность
Земли
Картографическая
проекция
Поверхность
цилиндра
Картографическая сетка географической системы координат, спроецированной на
цилиндрическую поверхность.

19.

При отображении Земной поверхности в двухмерном
пространстве искажается форма, площадь, длина или
направление объектов.
По характеру искажений выделяются:
равноугольные;
равновеликие;
произвольные (равнопромежуточные);
проекции истинного направления (азимутальные).

20.

Семейства проекций: конические
линия касания
линии касания

21.

Равнопромежуточная
Равноугольная Ламберта
Поликоническая

22.

Семейства проекций: цилиндрические
линия касания

23.

Равновеликая цилиндрическая
Проекция Меркатора
Проекция plate Carree

24.

Семейства проекций: азимутальные
точка касания
точка касания

25.

Полярная
гномоническая
Полярная
стереографическая
Полярная
ортографическая

26.

Система координат проекций
За начало координат проекции принимается точка пересечения
центрального меридиана и стандартной параллели.
Центральный меридиан
Стандартная параллель
Сдвиг по оси X
Сдвиг по оси Y
Значения центрального меридиана и стандартной параллели определяют, какая
часть поверхности Земли спроецирована.

27. Поперечно цилиндрические проекции

Центральный меридиан
Цилиндр
Ось цилиндра
О
Экватор
Универсальная Поперечная проекция Меркатора (UTM)
Земная поверхность
делится на 60 зон
Проекция Гаусса-Крюгера

28.

Зоны проекции Гаусса – Крюгера
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
nГК = nUTM -30

29. Система координат зоны

Y, м
с
6о зона
экватор
Начало
координат
зоны
ю
Центральный
меридиан
O
X, м
Y0=0 м
X0=+500000 м
O
Y0= -10000000 м
X0=+500000 м

30. Проекция Гаусса-Крюгера: фрагмент топографической карты N-45-XXIX

В проекции Гаусса-Крюгера значение горизонтальной координаты X включает
номер зоны. Пример: 15600 15 – номер зоны
600 – x=600 км от начала координат зоны

31.

Выбор проекции
Выбор проекции зависит от способа использования карт:
Тематические - равноплощадные;
Презентационные - равноугольные (или равноплощадные);
Навигационные - равнопромежуточные, азимутальные
Часто при мелкомасштабных съемках изучаемая область может
пересекать 2 или более зон проекции Гаусса-Крюгера (UTM) и
требуется задавать новые параметры проекций.
-120
-117
Площадь
исследования
-114

32.

Координатные
системы ГИС
Проективные
Географические
Единицы
измерения
Проекция
Датум
Проекционные
параметры
Сфероид
Нулевой
меридиан

33.

Вертикальные системы координат
Система вертикальных координат (система высот) определяет
положение объекта относительно поверхности Земли.
Существуют 2 вида систем высот:
• Сфероидальные : вертикальные координаты отсчитываются от
соответствующего эллипсоида географической системы координат.
Пример: система GPS определяет высоты относительно эллипсоида WGS 1984.
• Гравитационные: высоты
определяются от поверхности
квазигеоида.
h – высота в сфероидальной системе;
H – высота в гравитационной системе;
N – разность высот.

34.

В гравитационной системе высот нулевая отметка устанавливается
через локальный усредненный уровень моря или репер.
Система высот "от среднего
уровня моря" используется в
качестве "нулевого" уровня для
измерения высот.
Высота
Средний уровень моря
Глубина
Многолетний средний
минимум уровня
Система "от межени" или "от
многолетнего среднего минимума
уровня" применяется для измерения
глубин.

35.

Вертикальные системы координат

36.

Балтийская
система высот
Точка начала координат
расположена в Кронштадте.

37.

Системы координат в ArcGIS
При работе с пространственными данными в геоинформационная система
ArcGIS использует 2 вида координат.
1. Системы координат фрейма данных
Система координат фрейма
определяет, в какой системе
координат создается карта в ArcMap.
Система координат фрейма
выбирается пользователем в
зависимости от назначения
карты и требований
заказчика.
Система координат фрейма
может не совпадать с
системой координат данных,
используемых при ее создании.

38.

2.
Системы координат набора данных (слоя)
Система координат набора данных определяет, в какой системе координат
определено положение объектов слоя карты.
Система координат набора данных
определяется при создании данных и
не может быть изменена
пользователем в Свойствах слоя !!!

39. Получение детальной информации о системе координат набора данных

Приложение ArcCatalog
Получение детальной
информации о системе
координат набора данных
Название системы координат проекции
Название географической системы
координат
Детальная информация о
системе
координат набора данных включает:
• Название проекции
• Масштабный коэффициент
• Центральный меридиан
• Начальная широта отсчета
• Ложный
сдвиг
в
восточном
направлении
• Ложный
сдвиг
в
северном
направлении и др.
Координатный домен в градусах
Координатный домен в единицах проекции

40. Изменение системы координат набора данных

Изменение системы координат набора данных осуществляется с помощью
перепроецирования данных.
Переход от одной проекции к другой – это сложный 2- или 3-ступенчатый процесс
пересчета координат объектов.
2
1
2
Целевая и исходная проекции используют
один и тот же сфероид
1
3
Целевая и исходная проекции используют
разные сфероиды

41.

Преобразования между географическими системами координат
ГИС используют для конвертации географических координат геоцентрическое
преобразование датумов.
Поворот осей
3
Пересчет географических координат
в геоцентрические XYZ.
’
2
1
’
Сдвиг осей XYZ
Пересчет новых геоцентрических
координат X’Y’Z’ в географические.
’

42.

Инструмент Проецировать
Для изменения системы координат набора данных используется инструмент
ArcToolbox Проецировать.

43.

Перепроецирование «на лету»
В ArcGIS, в приложении
перепроецирования «на лету»:
ArcMap,
реализована
возможность
1.
картографические данные слоя, координаты которых записаны в одной
проекции, могут отображаться на карте в другой проекции,
соответствующей системе координат фрейма;
2.
система координат набора данных (слоя) не изменяется.
Перепроецирование «на лету» возможно, если :
определена система координат фрейма данных
и
определены системы координат наборов данных

44.

Добавление данных c различными системами координат

45.

Сохранение данных в системе координат фрейма

46.

ArcGIS поддерживает более 50 картографических проекций.
Возможно создание собственных проекций и географических
систем координат:
создание систем координат с нуля;
редактирование параметров встроенных проекций и систем координат.