Справочная система: Справочная система | это… Что такое Справочная система?

В коротком видеоролике ниже показано, как проекции карты могут сделать континенты пропорционально больше или меньше, чем они есть на самом деле.

Что такое система координат

Чтобы определить местоположение чего-либо, вы часто используете систему координат. Эта система состоит из значений X и Y, расположенных в двухмерном (или более) пространстве.

Хотя приведенная выше система координат является двухмерной, мы живем на трехмерной земле, которая оказывается «круглой». Чтобы определить местоположение объектов на круглой Земле, вам нужна система координат, которая адаптируется к форме Земли. Когда вы делаете карты на бумаге или на плоском экране компьютера, вы перемещаетесь из трехмерного пространства (земного шара) в двухмерное пространство (экран вашего компьютера или лист бумаги). Компоненты CRS определяют способ «выравнивания» данных, существующих в трехмерном пространстве земного шара. CRS также определяет саму систему координат.

Система отсчета координат (CRS) представляет собой основанную на координатах локальную, региональную или глобальную систему, используемую для определения местоположения географических объектов. – Wikipedia

Компоненты CRS

Система отсчета координат состоит из нескольких ключевых компонентов:

• Система координат: Сетка X, Y, на которую накладываются ваши данные, и способ определения местоположения точки в пространстве.
• Горизонтальные и вертикальные единицы: Единицы, используемые для определения сетки по осям x, y (и z).
• Датум: Смоделированная версия формы Земли, определяющая начало координат, используемое для размещения системы координат в пространстве. Вы узнаете об этом далее.
• Информация о проекции: Математическое уравнение, используемое для выравнивания объектов, находящихся на круглой поверхности (например, Земли), чтобы вы могли видеть их на плоской поверхности (например, на экране вашего компьютера или на бумажной карте).

Почему важна CRS

Важно понимать систему координат, которую используют ваши данные, особенно если вы работаете с разными данными, хранящимися в разных системах координат. Если у вас есть данные из одного и того же места, которые хранятся в разных системах координат, они не будут выстраиваться ни в одной ГИС или другой программе , если у вас нет такой программы, как ArcGIS или QGIS , которая поддерживает проекцию на лету . Даже если вы работаете в инструменте, поддерживающем проецирование «на лету», вам потребуется, чтобы все ваши данные находились в одной проекции для выполнения задач анализа и обработки.

Совет по данным: spacereference.org предоставляет превосходную онлайн-библиотеку информации CRS.

Система координат и единицы измерения

Вы можете определить пространственное положение, например, положение на графике, используя значения x и y, аналогичные вашей декартовой системе координат, показанной на рисунке выше.

Например, на приведенной ниже карте, сгенерированной в R с ggplot2 , показаны все континенты мира в географической системе координат . Единицы измерения — градусы, а сама система координат — широты и долготы с началом координат .0007 — место, где экватор встречается с центральным меридианом на земном шаре (0,0).

 # devtools::install_github("tidyverse/ggplot2")
# загрузить библиотеки
библиотека (ргдал)
библиотека (ggplot2)
библиотека (ргеос)
библиотека (растр)
#install.packages('sf')
# тестирование пакета sf для этих уроков!
библиотека (сф)
# установить ваш рабочий каталог
# setwd("~/Документы/земля-аналитика/")
 

В приведенном ниже сюжете вы будете использовать следующую тему. Вы можете скопировать и вставить этот код, если хотите использовать ту же тему!

 # отключить элементы оси в ggplot для лучшего визуального сравнения
новаяТема <- список(тема(строка = element_blank(),
      ось.текст.х = element_blank(),
      ось.текст.у = element_blank(),
      axis.ticks = element_blank(), # отключить тики
      axis.title.x = element_blank(), # отключить заголовки
      ось. название.y = element_blank(),
      legend.position="none")) # отключить легенду
 

 # чтение шейп-файла
worldBound <- readOGR(dsn = "data/week-04/global/ne_110m_land/ne_110m_land.shp")
# преобразовать в фрейм данных
worldBound_df <- укрепить (worldBound)
 

 # построить карту с помощью ggplot
worldMap <- ggplot(worldBound_df, aes(long,lat, group = group)) +
  геом_полигон() +
  coord_equal() +
  labs(x = "Долгота (градусы)",
       у = "широта (градусы)",
      title = "Глобальная карта — географическая система координат",
      subtitle = "Датум WGS84, единицы: градусы - широта/долгота")
карта мира
 

Вы можете добавить на карту три местоположения с координатами. Обратите внимание, что ЕДИНИЦЫ указаны в десятичных градусах (широта, долгота):

• Боулдер, Колорадо: 40.0274, -105.2519
• Осло, Норвегия: 59,9500, 10,7500
• Mallorca, Spain: 39,618, 2. 98333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333н. континентальный пограничный слой.

   # определить местоположения Боулдера, Колорадо, Майорки, Испания и Осло, Норвегия
  # сохраняем координаты в data.frame
  loc_df <- data.frame(lon = c(-105.2519, 10.7500, 2.9833),
                  широта = с (40,0274, 59.9500, 39,6167))
  # добавляем точку на карту
  mapLocations <- worldMap +
                  geom_point (данные = loc_df,
                  aes(x = долгота, y = широта, группа = NULL), цвет = "весенне-зеленый",
                        размер = 5)
  картаМестоположения
   

  Географическая система координат - хорошая и плохая

  Географические системы координат в десятичных градусах полезны, когда вам нужно определить местоположение мест на Земле. Однако местоположения широты и долготы не определяются с использованием единых единиц измерения. Таким образом, географический CRS не идеальны для измерения расстояния. Вот почему были разработаны другие модели CRS .

  Географическая система координат определяет местоположение по широте и долготе с помощью углов. Таким образом, расстояние между каждой линией широты, движущейся на север и юг, неодинаково. Источник: ESRI

  Projected CRS - Robinson

  Вы можете просмотреть те же данные выше, в другом CRS - Robinson . Robinson — это проект CRS . Обратите внимание, что границы страны на карте имеют другую форму по сравнению с картой, созданной выше в CRS : Географическая широта/долгота WGS84 .

   # перепроецировать данные из longlat в robinson CRS
  worldBound_robin <- spTransform(worldBound,
                                  CRS("+proj=робин"))
  worldBound_df_robin <- укрепить (worldBound_robin)
  # заставить R отображать значения x и y без округления цифр
  # варианты(scipen=100)
  robMap <- ggplot(worldBound_df_robin, aes(long,lat, group = group)) +
    геом_полигон() +
    labs(title = "Карта мира (робинзон)",
         x = "Координаты X (метры)",
         y = "Координаты Y (метры)") +
    coord_equal()
  ограбитькарту
   

  Что произойдет, если вы попытаетесь добавить те же координаты широты и долготы, которые вы использовали выше, на свою карту, используя Robinson CRS в качестве системы отсчета координат?

   # добавить точку на карту
  newMap <- robMap + geom_point(data = loc_df,
                        aes (x = долгота, y = широта, группа = NULL),
                        цвет = "зеленый",
                        размер = 5)
  новая карта
   

  Обратите внимание, что когда вы пытаетесь добавить координаты широты/долготы в градусах на карту в другом CRS точки находятся не в том месте. Сначала вам нужно преобразовать точки в новую проекцию — процесс, называемый перепроецированием . Вы можете перепроектировать свои данные, используя функцию spTransform() в R .

  Ваши точки хранятся в data.frame, который не является пространственным объектом. Таким образом, вам нужно будет преобразовать этот data.frame в пространственный data.frame , чтобы использовать spTransform() .

   # data.frame, содержащий местоположения Боулдера, Колорадо, и Осло, Норвегия
  loc_df
  ## долгота
  ## 1 -105.251940.0274
  ## 2 10.7500 59.9500
  ## 3 2,9833 39,6167
  # преобразовать фрейм данных в фрейм данных пространственных точек
  loc_spdf <- SpatialPointsDataFrame (координаты = loc_df, данные = loc_df,
                              proj4string = crs(worldBound))
  loc_spdf
  ## класс: SpatialPointsDataFrame
  ## функции : 3
  ## степень: -105,2519, 10,75, 39,6167, 59,95 (xmin, xmax, ymin, ymax)
  ## crs : +proj=longlat +datum=WGS84 +no_defs +ellps=WGS84 +towgs84=0,0,0
  ## переменные : 2
  ## имена : долгота, широта
  ## минимальные значения: -105,2519, 39,6167
  ## максимальные значения: 10,75, 59,95
   

  После преобразования фрейма данных во фрейм пространственных данных вы можете перепроецировать данные.

   # перепроецировать данные в Робинзон
  loc_spdf_rob <- spTransform(loc_spdf, CRSobj = CRS("+proj=robin"))
   

  Чтобы ваши данные красиво отображались с помощью ggplot , вам нужно еще раз преобразовать в фрейм данных. Вы можете сделать это, извлекая координаты () и превращая их в data.frame , используя as.data.frame() .

   # преобразовать пространственный объект во фрейм данных
  loc_rob_df <- as.data.frame(координаты(loc_spdf_rob))
  # отключить экспоненциальное представление
  варианты (научная = 10000)
  # добавляем точку на карту
  newMap <- robMap + geom_point(data = loc_rob_df,
                        aes (x = долгота, y = широта, группа = NULL),
                        цвет = "зеленый",
                        размер = 5)
  новая карта
   

  Сравнить карты

  Оба приведенных выше графика выглядят по-разному и используют другую систему координат. Давайте посмотрим на оба, бок о бок, с фактическими сетки или линии широты и долготы, отображаемые на карте.

  Чтобы визуально увидеть разницу в этих проекциях, поскольку они воздействуют на части мира, вы будете использовать слой координатной сетки, который содержит меридианы и параллельные линии.

   ## импорт данных шейп-файла масштабной сетки
  координатная сетка <- readOGR("данные/неделя-04/глобальная/ne_110m_graticules_all",
                       слой = "ne_110m_graticules_15")
  # преобразовать пространственный объект sp в готовый ggplot, data.frame
  graticule_df <- укрепить (решетка)
   

  Давайте проверим ваши сетки. Обратите внимание, что это всего лишь параллели и меридианы.

   # графические сетки
  ggplot() +
    geom_path(data = griticule_df, aes(long, lat, group = group), linetype = "пунктирная", color = "grey70")
   

  Также вы импортируете ограничивающую рамку, чтобы ваш график выглядел лучше!

   bbox <- readOGR("data/week-04/global/ne_110m_graticules_all/ne_110m_wgs84_bounding_box.shp")
  bbox_df <- укрепить (bbox)
  latLongMap <- ggplot(bbox_df, aes(long,lat, group = group)) +
                geom_polygon (заполнить = "белый") +
                geom_polygon(data = worldBound_df, aes(long,lat, group=group, fill=hole)) +
                geom_path(data = griticule_df, aes(long, lat, group = group), linetype = "пунктирная", color = "grey70") +
    coord_equal() + labs(title = "Карта мира - географическая (градусы долготы/широты)") +
    новая тема +
    scale_fill_manual(values ​​= c("black", "white"), guide = "none") # изменить цвета и удалить легенду
  # добавить точки вашего местоположения на карту
  латлонгмап <- латлонгмап +
                geom_point (данные = loc_df,
                        aes (x = долгота, y = широта, группа = NULL),
                        цвет = "зеленый",
                        размер = 5)
   

  Ниже вы перепроецируете координатную сетку и ограничивающую рамку в проекцию Робинсона.

   # перепроецировать грата в робинзона
  graticule_robin <- spTransform(griticule, CRS("+proj=robin")) # перепроецировать координатную сетку
  grat_df_robin <- укрепить (graticule_robin)
  bbox_robin <- spTransform(bbox, CRS("+proj=robin")) # перепроектировать ограничивающую рамку
  bbox_robin_df <- укрепить (bbox_robin)
  # сюжет с использованием робинзона
  finalRobMap <- ggplot(bbox_robin_df, aes(long, lat, group = group)) +
    geom_polygon (заполнить = "белый") +
    geom_polygon (данные = worldBound_df_robin, aes (долгота, широта, группа = группа, заливка = отверстие)) +
    geom_path(data = grat_df_robin, aes(long, lat, group = group), linetype = "пунктирная", color = "grey70") +
    labs(title = "Проекция карты мира - Робинзон (метры)") +
    coord_equal() + новая тема +
    scale_fill_manual(values ​​= c("black", "white"), guide = "none") # изменить цвета и удалить легенду
  # добавляем слой локации в робинсон как точки на карту
  finalRobMap <- finalRobMap + geom_point(data = loc_rob_df,
                        aes (x = долгота, y = широта, группа = NULL),
                        цвет = "зеленый",
                        размер = 5)
   

  Ниже вы накладываете две карты друг на друга, чтобы их было легче сравнивать. Для этого вы используете функцию grid.arrange() из пакета gridExtra .

   требуется (gridExtra)
  # отображать рядом
  grid.arrange(latLongMap, finalRobMap)
   

  Почему несколько CRS?

  Вам может быть интересно, зачем возиться с разными CRS , если это усложняет анализ? Ну, каждый CRS оптимизирован для лучшего представления:

  • форма и/или
  • масштаб/расстояние и/или
  • площадь

  признаков в данных. И ни один CRS не умеет оптимизировать все три элемента: форму, расстояние и площадь. Некоторые CRS оптимизированы по форме, некоторые оптимизированы по расстоянию, а некоторые оптимизированы по площади. Некоторые CRS также оптимизированы для определенных регионов, например США или Европы. Обсуждение CRS , поскольку он оптимизирует форму, расстояние и площадь, выходит за рамки этого руководства, но важно понимать, что CRS , который вы выбрали для своих данных, повлияет на работу с данными.

  На следующем уроке вы узнаете о некоторых различиях между спроецированным UTM CRS и географическим WGS84 .

  Дополнительное испытание

  1. Сравните карты земного шара выше. Что вы заметили в форме различных стран. Есть ли какие-либо признаки искажения в определенных областях на любой из карт? Какой из них лучше?

  2. Посмотрите на изображение ниже, на котором изображены карты Соединенных Штатов в 4 разных CRS . Какие визуальные различия вы замечаете на каждой карте? Посмотрите каждую проекцию в Интернете, какие элементы (форма, площадь или расстояние) оптимизирует каждая проекция, используемая на графике ниже?

  Географические и проецируемые CRS

  На приведенных выше картах представлены примеры двух основных типов систем координат:

  1. Географические системы координат: системы координат, которые охватывают весь земной шар (например, широта/долгота).
  2. Проекционные системы координат: системы координат, которые локализованы для минимизации визуальных искажений в определенной области (например, Робинсон, UTM, Государственная плоскость)

  Вы более подробно изучите эти два типа систем координат на следующем уроке.

  Географические и прогнозируемые CRS Структура шейп-файла

  Теги Пространственные данные и ГИС: векторные данные, системы координат Воспроизводимые науки и программирование:

  Обновлено: 03 сентября 2019 г.

  4.0 Лицензия. DOI цитирования: https://zenodo.org/badge/latestdoi/143348761

  Поделиться на

  Twitter Facebook Google+ LinkedIn

  Системы координат

  	Цели:	Понимание систем координат.
  	Ключевые слова:	Система отсчета координат (CRS), картографическая проекция, проекция «на лету», широта, долгота, направление на север, восток

  Обзор

  Картографические проекции пытаются изобразить поверхность земли или часть земля на плоском листе бумаги или экране компьютера. А координатная ссылка система (CRS) затем определяет с помощью координат, как двумерное, спроецированная карта в вашей ГИС связана с реальными местами на земле. Решение Какую картографическую проекцию и систему координат использовать, зависит от региональный масштаб области, в которой вы хотите работать, на анализе, который вы хотите делать и часто на наличие данных.

  Картографическая проекция в деталях

  Традиционным методом представления формы Земли является использование глобусов. Однако с этим подходом есть проблема. Хотя глобусы сохраняют большую часть формы Земли и иллюстрируют пространственную конфигурацию размером с континент, их очень трудно носить в кармане. Они также удобно использовать только в очень малых масштабах (например, 1:100 миллионов).

  Большинство тематических карт, обычно используемых в ГИС-приложениях, значительно большего масштаба. Типичные наборы данных ГИС имеют масштаб 1:250 000 или больше, в зависимости от уровня детализации. Глобус такого размера будет сложно и дорого производить, и еще труднее носить с собой. Как результат, картографы разработали набор методов, названных картографическими проекциями предназначен для отображения с достаточной точностью сферической Земли в двух измерениях.

  Если смотреть с близкого расстояния, земля кажется относительно плоской. Однако когда если смотреть из космоса, мы можем видеть, что Земля имеет относительно сферическую форму. Карты, как мы увидим в предстоящей теме создания карты, являются представлениями реальности. Они предназначены не только для представления функций, но и их формы и пространственного положения. договоренность. Каждая картографическая проекция имеет преимущества и недостатки . наилучшая проекция для карты зависит от масштаба карты, и от целей для чего он будет использоваться. Например, проекция может иметь неприемлемые искажений, если использовать их для составления карты всего африканского континента, но может быть отличным выбор для крупномасштабной (детальной) карты вашей страны. Свойства проекция карты также может влиять на некоторые конструктивные особенности карты. Немного проекции хороши для небольших площадей, некоторые хороши для картографирования площадей с большой Протяженность восток-запад, а некоторые лучше подходят для картографирования районов с большой протяженностью север-юг. степень.

  Три семейства картографических проекций

  Процесс создания картографических проекций можно визуализировать, поместив источник света источник внутри прозрачного шара, на котором размещены непрозрачные элементы земли. затем спроецируйте очертания объекта на двумерный плоский лист бумаги. Различные способы проецирования могут быть созданы путем окружения земного шара цилиндрический способ, как конус или даже как плоская поверхность . Каждый из эти методы производят то, что называется семейство картографических проекций . Следовательно, есть семейство плоских проекций , семейство цилиндрических выступы , а другой называется коническими выступами (см. figure_projection_families)

  Семейства фигурных проекций 1:

  Три семейства картографических проекций. Они могут быть представлены а) цилиндрические выступы, б) конические выступы или в) плоские выступы.

  Сегодня, конечно, процесс проецирования сферической земли на плоский кусок работы выполняется с использованием математических принципов геометрии и тригонометрии. Это воссоздает физическую проекцию света через земной шар.

  Точность картографических проекций

  Картографические проекции никогда не являются абсолютно точными представлениями сферической земной шар. В результате процесса проецирования карты каждая карта показывает искажений. углового соответствия, расстояния и площади . Картографическая проекция может сочетать в себе несколько этих характеристик, а может быть компромиссом, искажающим все свойства площади, расстояния и углового соответствия в некоторых допустимых пределах. Примеры компромиссных прогнозов — Проекция Winkel Tripel и Robinson проекции (см. figure_robinson_projection), которые часто используются для карты.

  Рисунок Проекция Робинсона 1:

  Проекция Робинсона представляет собой компромисс, когда искажения площади, угловые соответствие и расстояние являются приемлемыми.

  Как правило, невозможно одновременно сохранить все характеристики в проекция карты. Это означает, что если вы хотите провести точный аналитический операции, необходимо использовать картографическую проекцию, обеспечивающую наилучшее Характеристики для ваших анализов. Например, если вам нужно измерить расстояния на вашей карте, вы должны попытаться использовать картографическую проекцию для ваших данных, которая обеспечивает высокая точность для расстояний.

  Картографические проекции с угловым соответствием

  При работе с глобусом основные направления компаса (север, восток, Юг и Запад) всегда будут располагаться под углом 90 градусов друг к другу. Другими словами, Восток всегда будет находиться под углом 90 градусов к северу. Поддержание правильного угла свойства также могут быть сохранены на картографической проекции. Картографическая проекция, которая сохраняет это свойство углового соответствия, называется конформным или ортоморфная проекция .

  Эти проекции используются, когда сохранение угловых соотношений является важный. Они обычно используются для навигационных или метеорологических задач. Это важно помнить, что сохранение истинных углов на карте затруднено большие площади и должны быть предприняты только для небольших участков земли. конформный тип проекции приводит к искажению площадей, т. е. если измерения площади сделаны на карте, они будут неверны. Чем больше площади, тем менее точными будут измерения площади. Примеры Меркатор проекция (как показано на рисунке figure_mercator_projection) и конформная Ламберта Конический выступ . Геологическая служба США использует конформную проекцию для многие его топографические карты.

  Рисунок Проекция Меркатора 1:

  Проекция Меркатора, например, используется там, где угловые соотношения важны, но отношения областей искажаются.

  Картографические проекции с равным расстоянием

  Если ваша цель проецирования карты — точное измерение расстояний, вам следует выберите проекцию, которая предназначена для хорошего сохранения расстояний. Такие проекции, позвонил равноудаленных проекций , требуется, чтобы масштаб карты был осталось постоянным . Карта равноудалена, если она правильно представляет расстояния. от центра проекции до любого другого места на карте. равноудаленный проекции сохраняют точное расстояние от центра проекции или по заданным линиям. Эти проекции используются для радио- и сейсмического картографирования. для навигации. Равноудаленная цилиндрическая пластина Carree (см. Figure_plate_caree_projection) и Равноугольная проекция две хорошие примеры равноудаленных проекций. Азимутальная равнопромежуточная проекция это проекция, используемая для эмблемы Организации Объединенных Наций (см. фигура_азимутальная_эквидистантная_проекция).

  Figure Plate Carree Projection 1:

  Равнопромежуточная цилиндрическая проекция Plate Carree, например, используется, когда важно точное измерение расстояния.

  Фигура Азимутальная равнопромежуточная проекция 1:

  Логотип Организации Объединенных Наций использует азимутальную эквидистантную проекцию.

  Проекции с равными площадями

  Когда карта изображает области по всей карте, так что все отображаемые области имеют такое же пропорциональное отношение к областям на Земле, которые они представляют, карта представляет собой карту равной площади . На практике общесправочные и учебные карты чаще всего требуют использования равных по площади проекций . Как следует из названия, эти карты лучше всего использовать, когда расчеты площади являются доминирующими расчетами ты будешь выступать. Если, например, вы пытаетесь проанализировать определенную область в вашем городе, чтобы узнать, достаточно ли он велик для нового торгового центра, Равновеликие проекции - лучший выбор. С одной стороны, чем больше площадь вы анализируете, тем более точными будут ваши измерения площади, если вы используете равновеликая проекция, а не другой тип. С другой стороны, равная площадь проекция приводит к** искажениям углового соответствия** при работе с большие площади. Небольшие области будут гораздо менее подвержены искажению углов. когда вы используете равновеликую проекцию. Равная площадь Альбера , Равная Ламберта площади и Mollweide Равновеликие цилиндрические проекции (показаны на figure_mollweide_equal_area_projection) — это типы равновеликих проекций, которые часто встречаются в работе с ГИС.

  Рисунок Равновеликая проекция Моллвейде 1:

  Равновеликая цилиндрическая проекция Моллвейде, например, гарантирует, что все нанесенные на карту области имеют такое же пропорциональное отношение к областям на Земле.

  Имейте в виду, что картографическая проекция — очень сложная тема. Есть сотни различные проекции, доступные по всему миру, каждая из которых пытается изобразить определенную часть земной поверхности как можно точнее на плоском листе бумаги. На самом деле выбор, какую проекцию использовать, часто будет сделан за вас. В большинстве стран обычно используются прогнозы, и при обмене данными люди будет следовать национальной тенденции .

  Система отсчета координат (CRS) в деталях

  С помощью систем координат (CRS) любое место на земле может задаваться набором из трех чисел, называемых координатами. В целом CRS может быть разделен на проекционных систем координат (также называемых декартовыми или прямоугольные системы отсчета координат) и привязка географических координат системы .

  Географические системы координат

  Использование географических систем координат очень распространено. Они используют градусы широты и долготы, а иногда и значение высоты для описания место на земной поверхности. Самый популярный называется WGS 84 .

  Линии широты проходят параллельно экватору и делят землю на 180 равные участки с севера на юг (или с юга на север). Ссылка линия для широты - это экватор, и каждое полушарие разделено на девяносто разделы, каждый из которых соответствует одному градусу широты. В северном полушарии, градусы широты измеряются от нуля на экваторе до девяноста на севере столб. В южном полушарии градусы широты отсчитываются от нуля в экватора до девяноста градусов на южном полюсе. Для упрощения оцифровки картах, градусы широты в южном полушарии часто присваиваются отрицательными значения (от 0 до -90°). Где бы вы ни находились на земной поверхности, расстояние между линии широты одинаковы (60 морских миль). См. figure_geographic_crs для наглядности.

  Figure Geographic CRS 1:

  Географическая система координат с линиями широты, параллельными экватору и линии долготы с нулевым меридианом через Гринвич.

  Линии долготы , с другой стороны, не так хорошо выдерживают эталон единообразия. Линии долготы проходят перпендикулярно экватору и сходятся на полюсах. Эталонная линия долготы (нулевой меридиан) проходит от Северного полюса до Южного полюса через Гринвич, Англия. Последующий линии долготы измеряются от нуля до 180 градусов к востоку или западу от нулевой отметки. меридиан. Обратите внимание, что значениям к западу от нулевого меридиана присваиваются отрицательные значения. для использования в цифровых картографических приложениях. См. рисунок на figure_geographic_crs. Посмотреть.

  На экваторе и только на экваторе расстояние, представленное одной линией долгота равна расстоянию, представленному одним градусом широты. Как ты двигаться к полюсам, расстояние между линиями долготы становится прогрессивно меньше, пока в точном местоположении полюса все 360° долгота представлена ​​единственной точкой, на которую можно было бы указать пальцем (хотя вы, вероятно, захотите носить перчатки). Использование географических координат системы, у нас есть сетка линий, делящих землю на квадраты, которые покрывают примерно 12363,365 квадратных километров на экваторе — хорошее начало, но не очень полезно для определения местоположения чего-либо в этом квадрате.

  Чтобы быть действительно полезной, сетка карты должна быть разделена на достаточно маленькие участки, чтобы их можно использовать для описания (с приемлемым уровнем точности) местоположения точки на карте. Для этого градусы делятся на минут (') и секунд ("). В одном градусе шестьдесят минут, а шестьдесят секунд в минуту (3600 секунд в градусе). Так, на экваторе одна секунда широты или долготы = 30,87624 метра.

  Проекционные системы координат

  Двумерная система координат обычно определяется двумя осями. Под прямым углом друг к другу они образуют так называемую XY-плоскость (см. figure_projected_crs слева). Горизонтальная ось обычно обозначается X , а вертикальная ось обычно обозначается Y . В трехмерном система отсчета координат, добавляется еще одна ось, обычно обозначаемая Z . Это также находится под прямым углом к ​​ X и Y оси. Ось Z обеспечивает третье измерение пространства (см. figure_projected_crs справа). Каждый точка, выраженная в сферических координатах, может быть выражена как X Y Z координировать.

  Рисунок Projected CRS 1:

  Двух- и трехмерные системы координат.

  Проекционная система координат в южном полушарии (к югу от экватору) обычно берет свое начало на экваторе в определенном Долгота . Этот означает, что значения Y увеличиваются к югу, а значения X увеличиваются к западу. В северном полушарии (к северу от экватора) начало отсчета также находится на экваторе. на определенной долготе . Однако теперь значения Y увеличиваются к северу и значения X увеличиваются к востоку. В следующем разделе мы опишем спроецированная система отсчета координат, называемая универсальной поперечной меркаторской (UTM) часто используется для Южной Африки.

  Универсальная поперечная Меркаторская (UTM) CRS в деталях

  Система отсчета координат Universal Transverse Mercator (UTM) берет свое начало на экваторе на определенной долготе . Теперь значения Y увеличиваются на юг, а значения X увеличиваются на запад. UTM CRS — это глобальная карта проекция. Это означает, что он обычно используется во всем мире. Но как уже описано в разделе «точность картографических проекций» выше, чем больше площадь (например, ЮАР) тем больше искажение углового соответствия, расстояния и площадь происходят. Чтобы избежать слишком больших искажений, мир разделен на 9 частей.0067 60 равно зоны , которые имеют ширину 6 градусов по долготе с востока на запад. UTM зоны пронумерованы от 1 до 60 , начиная с международной линии перемены дат (зона 1 на 180 градусах западной долготы) и продвигаясь на восток обратно к международная линия перемены дат (зона 60 на 180 градусах восточной долготы), как показано в figure_utm_zones.

  Рисунок Зоны UTM 1:

  Универсальные поперечные зоны Меркатора. Для зон UTM в Южной Африке 33S, 34S, Используются 35S и 36S.

  Как вы можете видеть в figure_utm_zones и figure_utm_for_sa, Южная Африка покрыты четырьмя зонами UTM для минимизации искажений. Зоны называются UTM 33S , UTM 34S , UTM 35S и UTM 36S . S после зоны означает, что зоны UTM расположены южнее экватора .

  Рисунок UTM для Южной Африки 1:

  Зоны UTM 33S, 34S, 35S и 36S с их центральными долготами (меридианами) используется для проектирования Южной Африки с высокой точностью. Красный крест показывает область интерес (АОИ).

  Скажем, например, что мы хотим определить двумерную координату в Зона интереса (AOI) отмечена красным крестиком в figure_utm_for_sa. Вы можете видим, что область находится в пределах зоны UTM 35S . Это означает, что для минимизации искажения и для получения точных результатов анализа мы должны использовать UTM зону 35S в качестве системы отсчета координат.

  Положение координаты в UTM к югу от экватора должно быть указано с номер зоны (35) и с его северным (y) значением и восточным (x) значение в метрах. Северное значение — это расстояние от позиции экватор в метрах. Значение восточного направления — это расстояние от центральный меридиан (долгота) используемой зоны UTM. Для зоны UTM 35S это 27 градусов Восток как показано на рисунке figure_utm_for_sa. Кроме того, поскольку мы находятся к югу от экватора, и отрицательные значения в координатах UTM не допускаются. системы отсчета, мы должны добавить так называемую значение ложного севера из 10 000 000 м относительно северного значения (y) и ложного восточного значения 500 000 м до значение восточного направления (x). Это звучит сложно, поэтому мы сделаем пример, который показывает, как найти правильную координату UTM 35S для области Проценты .

  Значение северного направления (y)

  Место, которое мы ищем, находится в 3 550 000 метрах к югу от экватора, поэтому северное значение (y) получает отрицательный знак и составляет -3 550 000 м. Согласно с определения UTM мы должны добавить значение ложного севера из 10 000 000 м. Это означает, что значение северного направления (y) нашей координаты равно 6 450 000 м (-3 550 000 м). + 10 000 000 м).

  Значение восточного направления (x)

  Сначала мы должны найти центральный меридиан (долгота) для зоны UTM 35С . Как мы видим на рисунке figure_utm_for_sa, это 27 градусов на восток . Место мы ищем это 85000 метров на запад от центрального меридиана. Как северное значение, восточное значение (x) получает отрицательный знак, что дает результат из -85 000 м . В соответствии с определениями UTM мы должны добавить false восточное значение 500 000 м. Это означает восточное (x) значение нашей координаты составляет 415 000 м (-85 000 м + 500 000 м). Наконец, мы должны добавить номер зоны . к восточному значению, чтобы получить правильное значение.

  В итоге координата для нашей Point of Interest , спроецированная в зону UTM 35S будет записано как: 35 415 000 м E / 6 450 000 м N . В некоторых ГИС, когда определена правильная зона UTM 35S, а в качестве единиц установлены метры в пределах системы, координата может также просто отображаться как 415 000 6 450 000 .

  Проекция «на лету»

  Как вы, вероятно, можете себе представить, может возникнуть ситуация, когда нужные вам данные для использования в ГИС проецируются в различных системах координат. За Например, вы можете получить векторный слой, показывающий границы Южной Африки. проецируется в UTM 35S и еще один векторный слой с точечной информацией о количество осадков представлено в географической системе координат WGS 84. В ГИС эти два векторные слои располагаются в совершенно разных областях окна карты, т.к. у них разные проекции.

  Чтобы решить эту проблему, многие ГИС включают функцию под названием "на лету" проекция. Это означает, что вы можете определить определенную проекцию при запуске ГИС и все слои, которые вы затем загружаете, независимо от привязки координат системы, которые у них есть, будут автоматически отображаться в заданной вами проекции. Эта функция позволяет вам накладывать слои в окне карты вашего ГИС, даже если они могут быть в различных системах отсчета.

  Общие проблемы / вещи, о которых следует знать

  Тема картографическая проекция очень сложна, и даже специалисты, изучали географию, геодезию или любую другую науку, связанную с ГИС, часто имеют проблемы с правильным определением картографических проекций и систем координат. Обычно, когда вы работаете с ГИС, у вас уже есть спроецированные данные для начала. В большинстве случаев эти данные будут проецироваться в определенную CRS, поэтому вам не нужно создать новую CRS или даже перепроецировать данные из одной CRS в другую. Что сказал, что всегда полезно иметь представление о том, что означает картографическая проекция и CRS.

  Чему мы научились?

  Давайте завершим то, что мы рассмотрели в этом листе:

  • Картографические проекции отображают поверхность земли в двухмерном, плоский лист бумаги или экран компьютера.
  • Существуют глобальные картографические проекции, но большинство картографических проекций создаются и оптимизирован для проецирования небольших участков земной поверхности.
  • Картографические проекции никогда не являются абсолютно точными представлениями сферической земной шар. Они показывают искажения углового соответствия, расстояния и площади. Это невозможно одновременно сохранить все эти характеристики на карте проекция.
  • A Система отсчета координат (CRS) определяет с помощью координат, как двухмерная спроецированная карта связана с реальными местоположениями на земной шар.
  • Существует два различных типа систем координат: Географические Системы координат и Системы координат проекции .
  • На проекции Fly есть функция ГИС, позволяющая накладывать слоев, даже если они проецируются в разных системах координат.

  А теперь попробуй!

  Вот несколько идей, которые вы можете попробовать со своими учащимися:

  • Запустите QGIS и загрузите два слоя одной и той же области, но с разными проекциями. и пусть ваши ученики найдут координаты нескольких мест на двух слоях. Вы можете показать им, что невозможно наложить два слоя друг на друга. Затем определите система отсчета координат как Geographic/WGS 84 внутри 9Диалоговое окно 0778 Project Properties и установите флажок Включить преобразование CRS "на лету" . Загрузите два слоя еще раз в той же области, и пусть ваши ученики увидят, как работает проекция «на лету».
  • Вы можете открыть диалоговое окно Project Properties в QGIS и показать свой учащиеся знакомятся с множеством различных систем координат, чтобы они имели представление о сложность этой темы. Преобразование CRS «на лету» позволяет вам можно выбрать разные CRS для отображения одного и того же слоя в разных проекциях.

  Есть над чем подумать

  Если у вас нет компьютера, вы можете показать своим ученикам принципы из трех семейств картографических проекций. Возьмите глобус и бумагу и продемонстрируйте, как цилиндрические, конические и плоские проекции работают в целом. С помощью лист прозрачности вы можете нарисовать двумерную систему отсчета координат показаны оси X и оси Y. Затем пусть ваши ученики определят координаты (x и y значения) для разных мест.

  Дальнейшее чтение

  Книги :

  • Чанг, Кан-Цунг (2006). Введение в географические информационные системы. 3-й Версия. Макгроу Хилл. ISBN: 0070658986
  • ДеМерс, Майкл Н. (2005). Основы географических информационных систем. 3-й Версия. Уайли. ISBN: 9814126195
  • Галати, Стивен Р. (2006): Демистификация географических информационных систем. Артех ISBN компании House Inc.: 158053533X

  Веб-сайты :

  • http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/mapproj/mapproj_f.html
  • http://geology.isu.edu/geostac/Field_Exercise/topomaps/index.htm

  Руководство пользователя QGIS также содержит более подробную информацию о работе с картой. проекции в QGIS.

  Что дальше?

  В следующем разделе мы более подробно рассмотрим Производство карт .

  О Канадской системе пространственной привязки

  В Канадской геодезической службе (CGS) мы определяем, поддерживаем, улучшаем и облегчаем доступ к Канадской системе пространственной привязки (CSRS), которая устанавливает привязку к широте, долготе, высоте и силе тяжести. в Канаде. Если вы геодезист, геолог, инженер или другой специалист, вы можете положиться на CSRS, чтобы обеспечить последовательный подход к таким видам деятельности, как картографирование, топографическая съемка, проектирование, управление водными ресурсами и т. д.

  То, как мы определяем и получаем доступ к CSRS, сильно изменилось с течением времени. Во многом это связано с развитием технологий, особенно с внедрением глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS), таких как глобальная система позиционирования (GPS). Мы также знаем, что Земля динамична и постоянно меняется. CSRS необходимо было развивать, чтобы обеспечить непротиворечивую ссылку на данные, собранные в разные эпохи.

  Канадская система пространственной привязки (CSRS)

  CSRS представляет собой набор стандартов, моделей, информационных продуктов и инфраструктуры, поддерживающих геопространственное позиционирование в Канаде. Она включает в себя геометрическую, высотную и гравитационную системы отсчета. Вы можете узнать о каждом из них и получить доступ к соответствующим инструментам ниже.

  На этой странице

  • Геометрические системы отсчета
    • От североамериканского датума 1983 г. (NAD83 (исходный)) до североамериканского датума 1983 г. Канадской системы пространственной отсчета (NAD83 (CSRS))
    • Североамериканский датум 1983 г. (NAD83) взаимосвязь с Международной наземной системой отсчета (ITRF) и Всемирной геодезической системой 1984 г. (WGS84)
    • Роль опорных геодезических сетей
      • Интерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ)
      • Активные системы управления
      • Коммерческие сети кинематики реального времени (RTK)
      • Сети пассивного управления
    • Преобразования координат
  • Канадская скоростная сетка (CVG)
  • Системы отсчета высоты
    • Канадские геодезические вертикальные данные 2013 г. (CGVD2013)
      • Модель геоида
    • Канадская геодезическая вертикальная система координат 1928 г. (CGVD28)
      • Вертикальная сеть управления
  • Системы гравитационного отсчета
    • Канадская сеть стандартизации гравитации (CGSN)
    • Гравиметрия и геодезия
    • Спутниковая гравиметрия

  Геометрические системы отсчета

  Геометрические системы отсчета позволяют определять широту, долготу и эллипсоидальную высоту. В Канаде официальной геометрической системой отсчета, принятой в большинстве юрисдикций, является NAD83 (CSRS). Когда мы публикуем координаты геодезических контрольных точек в системе отсчета, мы определяем то, что мы называем опорный кадр . По мере совершенствования методов измерения и изменения физической среды мы публикуем новые координаты для обновления этой системы отсчета.

  От североамериканского датума 1983 г. (NAD83(оригинал)) до североамериканского датума 1983 г. канадской системы пространственной отсчета (NAD83(CSRS))

  NAD83 претерпел несколько обновлений с тех пор, как мы впервые представили его в 1986 г. Он превратилась из традиционной наземной горизонтальной сети управления под названием NAD83 (оригинал) в космическую динамическую трехмерную реализацию под названием NAD83 (CSRS). Однако многие наборы геопространственных данных все еще существуют сегодня в NAD83 (оригинал).

  NAD83(CSRS) представляет собой динамическую трехмерную реализацию NAD83(Original). Канада и США сотрудничали, чтобы переопределить NAD83 по отношению к ITRF посредством преобразования с семью параметрами с использованием станций РСДБ, общих для обеих систем. Мы держим NAD83(CSRS) на одной линии с Североамериканской плитой, используя оценку движения плиты NNR-NUVEL-1A.

  Североамериканский датум 1983 года (NAD83) взаимосвязь с Международной наземной системой отсчета (ITRF) и Всемирной геодезической системой 1984 (WGS84)

  С 1990 года наиболее точными и стабильными доступными системами отсчета являются последовательные версии ITRF, выпускаемые Международной службой вращения Земли и систем отсчета (IERS). ITRF — это глобальная система отсчета, поэтому, в отличие от NAD83, она не привязана к какой-либо конкретной тектонической плите. Динамическая природа этой системы отсчета означает, что позиции в ITRF меняются со временем, а координаты относятся к дате, которую мы называем эпохой .

  WGS84 — еще одна глобальная справочная система, которую мы используем в Канаде. Первоначально он был разработан Национальным агентством изображений и картографии США для их системы позиционирования GPS. Как и ITRF, он периодически обновляется новыми версиями, которые обозначаются номером недели GPS с даты, когда он был введен в действие. Последняя версия была реализована в 2013 году и называется WGS84(G1762). Он выровнен с ITRF2008 на уровне сантиметра.

  Роль геодезических опорных сетей

  Рисунок 1: Геометрическая система отсчета NAD83(CSRS)

  Увеличенное изображение

  Текстовая версия

  На этом пирамидальном рисунке показана иерархия опорных геодезических сетей в NAD83 (CSRS). Внизу находятся пассивные сети. К ним относятся провинциальные, муниципальные и региональные сети уплотнения в качестве основы; затем провинциальные высокоточные сети; затем канадская базовая сеть. Поверх них располагаются активные сети с региональными и провинциальными активными контрольными точками (ACP), а затем CACS. Все они ограничены VLBI, которая вместе с CACS вносит свой вклад в ITRF.

  Подобно системам отсчета, геодезические контрольные сети развивались десятилетиями. Геодезические сети традиционно состояли из контрольных памятников, распределенных по территории Канады. Опубликованные координаты этих памятников были стандартом позиционирования, и геодезисты использовали их для контроля своих съемок. Мы называем эти сети памятников сетями пассивного управления .

  ГНСС полностью изменили то, как мы реализуем, поддерживаем и используем системы отсчета. В 19В 90-х годах CGS создала Канадскую систему активного управления (CACS), разреженную сеть станций управления, которые постоянно отслеживают спутники GNSS. Наряду с данными от международных партнеров это позволяет нам вычислять точные орбиты и часы GNSS. Мы используем эти продукты в канадской системе пространственной привязки Precise Point Positioning (CSRS-PPP), чтобы обеспечить точный и эффективный способ управления съемками. Мы называем эти сети сетями активного управления .

  GNSS и расширение геодезической системы отсчета в космос также означали, что нам нужно было более точно отслеживать ориентацию Земли в космосе. Мы делаем это, наблюдая радиосигналы от квазаров с помощью VLBI. Эти действия ознаменовали наше вступление в космическую эру точного геодезического позиционирования. На рис. 1 показана иерархия опорных геодезических сетей в NAD83 (CSRS).

  Интерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ)

  РСДБ — это метод, который мы используем для определения очень точных расстояний между радиотелескопами для изучения Земли и ее точной ориентации в пространстве. Он использует радиосигналы от квазаров, которые находятся на таком большом расстоянии от Земли, что они обеспечивают фиксированные точки на небе, которые можно использовать для измерения ориентации Земли, вращения и движения полюса вращения. Точные измерения РСДБ позволяют нам обнаруживать даже малейшие изменения ориентации Земли в космосе. VLBI также обеспечивает точные измерения очень больших расстояний, которые имеют решающее значение для привязки глобальной системы отсчета. Это один из космических методов — наряду с GNSS, спутниковой лазерной дальнометрией (SLR) и интегрированной спутниковой системой доплеровской орбитографии и радиопозиционирования (DORIS), — которые способствуют реализации ITRF.

  Активные системы управления

  Активные сети управления, включая CACS, состоят из постоянно отслеживающих станций GNSS, называемых активными контрольными точками (ACP), которые записывают сигналы, полученные от спутников GNSS. Эти ACP оснащены антенной и приемником GNSS геодезического качества, а в некоторых случаях и эталоном атомной частоты. CACS включает около 20 сайтов, некоторые с несколькими станциями для мониторинга их стабильности, которые используются для привязки NAD83 (CSRS) к ITRF. В Канаде существует несколько других общественных активных сетей, в том числе региональные сети, управляемые Министерством природных ресурсов Канады (NRCan) для геолого-геофизических целей, а также провинциальные и муниципальные сети. Мы также используем эти общедоступные активные сети для определения движения континентальной части Канады и оценки скоростной модели, описанной ниже.

  Коммерческие сети кинематики в реальном времени (RTK)

  Хотя они не считаются частью CSRS, коммерческие сети RTK также работают в Канаде. Они состоят из непрерывно отслеживающих приемников GNSS, используемых либо для сетей реального времени (RTN), либо для решений с одной базой (RTK). Чтобы сохранить геодезическую инфраструктуру, согласованную на национальном уровне, мы заключили соглашения о соответствии с заинтересованными коммерческими операторами сети RTK для согласованной интеграции этих станций RTK в эталонную систему NAD83 (CSRS).

  Перейти к коммерческим сетям RTK

  Сети пассивного управления

  В Канаде сети пассивного управления включают канадскую базовую сеть (CBN), геодезическую сеть высокой точности 3D (HP3D), а также горизонтальные и вертикальные сети управления.

  CBN связывает существующие наземные сети управления с CACS и помогает нам отслеживать движение суши в Канаде. Это сеть высокоустойчивых монументальных столбов с пластинами с принудительным центрированием, которые позиционируются в трех измерениях с помощью GNSS с точностью до сантиметра по отношению к CACS. Сеть состоит из массива столбов со средним расстоянием 200 км в населенных пунктах южной Канады, 500 км в средних районах Канады и 1000 км в северных районах. Мы периодически наблюдаем за станциями сети CBN, чтобы помочь определить модель движения земной коры, предоставленную через CVG.

  Сеть HP3D состоит примерно из 3000 традиционных геодезических памятников и реперных точек, наблюдаемых с помощью высокоточной GNSS и привязанных к NAD83 (CSRS).

  Мы продолжаем публиковать координаты примерно 25 000 горизонтальных контрольных точек в NAD83 (исходной версии) и около 81 000 вертикальных контрольных точек в CGVD28 и CGVD2013 (дополнительную информацию см. в разделе о вертикальной системе отсчета ниже).

  Примечания по горизонтальным и вертикальным сетям управления

  • Мы разработали горизонтальную и вертикальную сети управления независимо друг от друга. Так, например, геодезический памятник, дающий точные горизонтальные координаты, обычно не был связан с вертикальной сетью, а вертикальные точки не были связаны с горизонтальной опорной сетью.
  • Хотя мы продолжаем публиковать координаты этих сетей, они больше не поддерживаются физически, и мы не наблюдали их десятилетиями. Поэтому их опубликованные координаты могут не отражать их текущее положение.

  Перенесите меня в сети пассивного управления

  Преобразование координат

  В сотрудничестве с Национальной геодезической службой США мы предоставляем официальные параметры преобразования между NAD83 (CSRS) и различными реализациями ITRF. Вы можете загрузить их с нашей страницы преобразования координат. Они также используются в нашем инструменте преобразования координат TRX. Мы предоставляем параметры преобразования (три перевода, три вращения, один коэффициент масштабирования) для эталонной эпохи вместе с их скоростью изменения со временем.

  Загрузите параметры

  Перейдите к инструменту TRX

  Загрузите инструмент TRX для настольных ПК

  Вы также можете преобразовать старые наборы геопространственных данных в NAD83 (CSRS). Наш инструмент National Transformation Version 2 (NTv2) позволяет выполнять горизонтальное преобразование между системами отсчета North American Datum 1927 (NAD27), Среднеземной системой 1977 года (ATS77), NAD83 (Original) и NAD83 (CSRS) с использованием бинарной сетки. файлы сдвига (в формате NTv2), если они доступны.

  Несмотря на то, что существует национальный файл смещения сетки, доступный для преобразования между NAD27 и NAD83 (оригинал), многие провинции также создали сетки для преобразования между различными устаревшими системами и NAD83 (CSRS) в своих юрисдикциях. Мы делаем их доступными на нашей странице преобразования координат. Эти файлы смещения сетки строятся на основе различий в координатах в общих точках зоны покрытия. Точность преобразования зависит от искажения между опорными кадрами и пространственного распределения общих точек, используемых для формирования сетки. Следует отметить, что, хотя наш инструмент NTv2 позволяет преобразовывать устаревшие наборы данных в более точную систему отсчета, он не повышает точность этих наборов данных.

  Перейти к инструменту NTv2

  Canadian Velocity Grid (CVG)

  Хотя NAD83(CSRS) привязан к Североамериканской тектонической плите с использованием модели вращения плиты, внутри плиты происходят региональные и локальные трехмерные движения, которые мы часто нужно учитывать. Мы оценили сетку скоростей, которую вы можете использовать для прогнозирования этих движений по всей Канаде. Последняя версия Canadian Velocity Grid называется NAD83v70VG, и впервые она достаточно точна, чтобы ее можно было использовать в северной Канаде. Сетка реализована в наших инструментах для распространения координат между эпохами (CSRS-PPP и TRX) и доступна для научных целей, таких как изучение изменения уровня моря и воздействия на прибрежные районы.

  Системы отсчета высоты

  Системы отсчета высоты, такие как CGVD2013 и CGVD28, определяют высоты относительно среднего уровня моря (MSL). В 2015 году мы приняли CGVD2013 в качестве официальной системы отсчета высоты, заменив CGVD28. Мы знаем, что заинтересованным сторонам требуется некоторое время, чтобы перейти на новую систему, поэтому мы продолжаем публиковать данные о высоте в старой системе, чтобы обеспечить плавный переход. Хотя обе эти системы определяют высоту по отношению к MSL, они содержат существенные различия. Узнайте о каждой из этих систем высоты ниже.

  Канадские геодезические вертикальные данные 2013 г. (CGVD2013)

  CGVD2013 определяется эквипотенциальной поверхностью W ₀ = 62 636 856,0 м ² / с ² , которая представляет собой (по соглашению) прибрежную MSL для Северной Америки. (Это определение взято из соглашения между Канадой и США). Эта новая вертикальная система отсчета в настоящее время реализуется канадской гравиметрической моделью геоида 2013 года — версия A (CGG2013a). Он обеспечивает разделение между эллипсоидом GRS80 и эквипотенциальной поверхностью, описанной выше в NAD83 (CSRS), что делает его совместимым с GNSS, такими как GPS. Модель геоида CGG2013a относится к эпохе 2011. 0, поскольку она представляет собой примерно середину измерений гравитационного поля и исследователя установившейся циркуляции океана (GOCE), используемых в модели. Однако в настоящее время мы считаем модель геоида статической, т. е. высоты геоида не меняются во времени.

  Модель геоида

  Модель геоида позволяет преобразовывать эллипсоидальные высоты GNSS (h) в ортометрические высоты (H), т. е. высоты над средним уровнем моря. Ортометрические высоты совместимы с опубликованными высотами на ориентирах и топографических картах. Они позволяют правильно управлять водными ресурсами, поскольку включают поправки на гравитационное поле Земли. Задача заключается в расчете расстояния между эллипсоидом и геоидом с использованием гравитационных измерений. Разделение между этими двумя поверхностями называется волнистостью геоида или высотой геоида (N). CGS разрабатывает национальные модели геоида, позволяя пользователям интерполировать высоту геоида в заданном положении (φ, λ). Ортометрическую высоту можно рассчитать, вычитая высоту геоида из высоты эллипсоида: H = h – N. Используйте наше настольное или онлайн-приложение GPS·H для выполнения этих расчетов.

  Перейти к онлайн-инструменту GPS-H

  Загрузить настольный инструмент GPS-H

  Загрузить модели геоида

  Геоид по определению представляет собой эквипотенциальную (ровную) поверхность, которая наилучшим образом представляет, в смысле наименьших квадратов, глобальный МСЛ. Однако лежащим в основе геоидом для CGVD2013 является эквипотенциальная поверхность (W ₀ = 62 636 856 м ² /с ² ), которая представляет собой (по соглашению) прибрежную MSL для Северной Америки. Как и на суше, поверхность океана имеет топографию, хотя она намного меньше и составляет около +/- 2 м в глобальном масштабе. Это означает, что геоид не совпадает точно с MSL. Например, геоид находится выше среднего уровня моря примерно на 30 см в Галифаксе и ниже среднего уровня моря примерно на 20 см в Ванкувере.

  Канадская геодезическая вертикальная система отсчета 1928 года (CGVD28)

  CGVD28 — бывшая вертикальная система отсчета для Канады. Он был принят Постановлением Совета в 1935 г. и отменен 5 февраля 2015 г. CGVD28 — это приливная точка отсчета, определяемая средним уровнем воды на пяти мареографах: Ярмут и Галифакс в Атлантическом океане, Пуэнт-о-Пер на реке Св. , Река Лаврентия, Ванкувер и Принц Руперт на Тихом океане. Определение также включает отметку отметки в Роуз-Пойнт, штат Нью-Йорк (рядом с озером Шамплейн), которая была принята США и Канадой в качестве фиксированной в 1919 году.25. Датум распространяется на землю с помощью геодезических нивелирных измерений. Вертикальная исходная точка доступна через реперные точки, закрепленные на земле и устойчивых конструкциях. Рост по CGVD28 нормально-ортометрический (H ^no ).

  Вертикальная контрольная сеть

  Вертикальная контрольная сеть состоит примерно из 81 000 контрольных точек первого порядка по всей Канаде. Эти тесты имеют опубликованные высоты как CGVD2013, так и CGVD28. Однако опубликованные высоты CGVD2013 считаются приблизительными, поскольку они рассчитаны на основе исторических данных нивелирования, а не на основе комбинации GNSS и модели геоида.

  Гравитационные эталонные системы

  Несколько сетей и спутников вносят свой вклад в способность Канады изучать гравитацию и предоставлять данные, связанные с гравитацией, в CSRS. Читайте о них ниже.

  Канадская сеть стандартизации гравитации (CGSN)

  Исторически CGSN включала 6 220 станций контроля гравитации в Канаде. В настоящее время CGSN имеет 1600 контрольных станций, расположенных по всей Канаде, но их заменяет ограниченное количество станций, точно измеряемых с помощью абсолютной гравиметрии. В настоящее время мы обслуживаем 68 станций абсолютной гравитации, расположенных по всей стране. Они совмещены с опорными точками GNSS и дополнены 77 другими станциями абсолютной гравитации, которые мы или Геологическая служба Канады наблюдали для конкретных научных проектов. Точность станций абсолютной гравитации составляет несколько микрогал (1 микрогал = 10 ^-8 м/с ² ).

  Эти участки позволяют нам и партнерам NRCan проводить научные исследования, включающие деформацию тектонических плит и землетрясений, повышение уровня моря, мониторинг гидрологических масс (ледников и воды) и изостатическую корректировку ледников. Корректировка CGSN (исходной относительной сети) основана на Международной сети стандартизации силы тяжести 1971 года (IGSN71), поэтому определение исходной точки считается точным до нескольких десятков микрогалов.

  Используйте CGSN для доступа к данным о гравитации в любой точке канадской суши.

  Отведите меня к CGSN

  Гравиметрия и геодезия

  Три столпа геодезии включают форму Земли, ее вращение и гравитационное поле. Гравитационные измерения помогают нам узнать о территории Канады, улучшить национальные стандарты геодезии и рассчитать модели геоида относительно эллипсоида. Это позволяет сделать две вещи:

  1. Изображение формы Земли
  2. Изображение взаимосвязи между эллипсоидальными высотами GNSS и ортометрическими высотами (высотами над средним уровнем моря)

  Это также помогает нам идентифицировать потенциальные нефтегазоносные геологические образования, понимать физические процессы на Земле и определять континентальные окраины Канады в отношении суверенитета на севере.

  Дополнительные причины для изучения гравитации

  Для большинства людей гравитация кажется постоянной (9,8 м/с ² ), но на самом деле она меняется в зависимости от местоположения и времени. Это потому, что Земля не является однородной сферой. Гравитация меняется в зависимости от широты, высоты и региональной плотности массы. Кроме того, массы Земли постоянно перераспределяются, а скорость ее вращения меняется очень незначительно. Измерение небольших изменений силы тяжести позволяет ученым лучше понять физические процессы и гидрологический цикл Земли.

  Изменения гравитации Земли могут быть вызваны медленными процессами, длящимися от сотен до миллиардов лет, или процессами, длящимися десятилетиями, часами или днями. Последние можно наблюдать, например, при землетрясениях, и они дают нам важную информацию о современном климате и изменениях окружающей среды:

  Изменения в поверхностных, приповерхностных или подземных водах: Сюда входят небольшие изменения в воде на больших территориях, которые может оказать заметное влияние на гравитационное поле. Мы выявляем и отслеживаем годовые и долгосрочные тенденции.

  Таяние ледников: Многие ледники быстро тают, и это изменение в распределении масс оказывает значительное влияние на гравитацию Земли тоже деформируется!). Оба этих временных перераспределения массы влияют на гравитацию.

  Землетрясения: Землетрясения локально перераспределяют массу и изменяют локальное гравитационное поле.

  Добыча или закачка жидкостей: Добыча нефтепродуктов или закачка флюидов приводят к локальным изменениям гравитации

  Отскок ледников: Районы, которые когда-то были вынуждены погрузиться под тяжестью массивных вышележащих ледников, теперь, когда ледников больше нет, медленно возвращаются к их доледниковому равновесию. Это приводит к значительному вертикальному поднятию через Гудзонов залив и Гренландию и затрагивает большую часть Восточной и Северной Канады.

  Изменение уровня моря: Повышение уровня моря увеличивает массу океанов и удаляет ее с суши, перераспределение массы, которое влияет на гравитационное поле. На самом деле изменение уровня моря происходит не везде в одинаковой степени. Это связано с тем, что высота поверхности океана определяется местной гравитацией. Значительное таяние ледника добавит воды в океаны, в среднем глобально повысив уровень моря. Но вблизи ледника потеря массы ледником уменьшит местное гравитационное поле настолько, что уровень моря действительно упадет. Таким образом, изменение уровня моря и гравитация тесно связаны.

  Спутниковая гравиметрия

  На суше мы можем измерять гравитацию, разность гравитаций и вариации гравитации. В космосе четыре спутниковые гравитационные миссии продвигают изучение гравитационного поля Земли:

  • CHAllenging Minisatellite Payload (CHAMP), 2000–2010
  • Эксперимент по восстановлению гравитации и климату (GRACE), 2002–2017 гг.
  • Исследование гравитационного поля и установившейся циркуляции океана (GOCE), 2009–2013 гг.
  • Восстановление гравитации и продолжение климатического эксперимента (GRACE-FO), 2018–настоящее время

  Эти миссии помогают улучшить канадскую модель геоида, основу новой канадской системы отсчета высот CGVD2013.