نظام الإحداثيات الجغرافي

الجيوديسيا
الأساسيات الجيوديسيا الجيوديناميكا الجيوماتكس تاريخ
المفاهيم المسافة الجغرافية جيويد شكل الأرض ( نصف قطر الأرض و محيط الأرض ) المسند الجيوديسي الجيوديسية نظام الإحداثيات الجغرافي تمثيل الموقف الأفقي خط العرض  / خط الطول إسقاط الخريطة مرجع القطع الناقص جيوديسيا الأقمار الصناعية نظام الإسناد المكاني العلاقات المكانية
التقنيات الملاحة العالمية. جلس. الأنظمة (GNSSs) المركز العالمي. النظام (GPS) GLONASS (روسيا) بيدو (BDS) (الصين) جاليليو (أوروبا) NAVIC (الهند) شبه زينيث سات. أنظمة. (QZSS) (اليابان) الشبكة العالمية المنفصلة والترميز الجغرافي
المعايير (التاريخ) NGVD 29 مرجع مستوى البحر 1929 OSGB36 مسح الذخائر بريطانيا العظمى 1936 SK-42 Systema Koordinat 1942 غودا ED50 المرجع الأوروبي 1950 حزن 69 أمريكا الجنوبية داتوم 1969 جي ار اس 80 النظام المرجعي الجيوديسي 1980 ISO 6709 منسق النقطة الجغرافية. 1983 ناد 83 أمريكا الشمالية داتوم 1983 WGS 84 النظام الجيوديسي العالمي 1984 NAVD 88 N. American Vertical Datum 1988 ETRS89 المرجع الأرضي الأوروبي. أنظمة. 1989 GCJ-02 مسند مبهم صيني 2002 Geo URI رابط الإنترنت إلى نقطة 2010 النظام المرجعي الأرضي الدولي معرّف نظام الإسناد المكاني (SRID) مركاتور المستعرض العالمي (UTM)
الخامس ر ه

و نظام الإحداثيات الجغرافية ( GCS ) هو نظام الإحداثيات المرتبطة المواقف على الأرض ( الموقع الجغرافي ). يمكن لـ GCS إعطاء المناصب:

• كما كروية نظام الإحداثيات باستخدام خطوط العرض ، الطول ، و الارتفاع . ^[1]
• كإحداثيات خريطة مسقطة على المستوى ، ومن المحتمل أن تتضمن الارتفاع ؛ ^[1]
• كإحداثيات ديكارتية متمركزة حول الأرض وثابتة الأرض ( ECEF ) في 3 فضاء ؛
• كمجموعة من الأرقام أو الحروف أو الرموز التي تشكل رمزًا جغرافيًا .

في الإحداثيات الجيوديسية وإحداثيات الخريطة ، تتحلل مجموعة الإحداثيات بحيث يمثل أحد الأرقام موقعًا رأسيًا ويمثل رقمان من الأرقام موضعًا أفقيًا . ^[2]

التاريخ [ تحرير ]

و اختراع يعود الفضل لنظام جغرافي تنسيق عموما إلى إراتوستينس من القيرواني ، الذي لحن له خسر الان الجغرافيا في مكتبة الإسكندرية في BC 3rd القرن. ^[3] وبعد قرن، هيبارخوس من نيقية تحسن على هذا النظام عن طريق تحديد خط العرض من القياسات ممتاز بدلا من الارتفاع الشمسي، وتحديد العرض عن طريق توقيت الخسوف القمري ، بدلا من حساب الموتى . في القرن الأول أو الثاني ، جمع مارينوس صور معجمًا جغرافيًا واسعًا وخريطة للعالم تم رسمها رياضيًاباستخدام الإحداثيات المقاسة شرقًا من خط الطول الرئيسي في أقصى الأراضي المعروفة في الغرب ، والمحددة بالجزر المحظوظة ، قبالة سواحل غرب إفريقيا حول جزر الكناري أو جزر الرأس الأخضر ، وتم قياسها شمال أو جنوب جزيرة رودس قبالة آسيا الصغرى . نسب إليه بطليموس الفضل في اعتماده الكامل لخطوط الطول والعرض ، بدلاً من قياس خط العرض من حيث طول يوم منتصف الصيف . ^[4]

استخدمت الجغرافيا في القرن الثاني لبطليموس نفس خط الزوال الرئيسي لكنها قاس خط العرض من خط الاستواء بدلاً من ذلك. بعد أن ترجمت أعمالهم إلى العربية في القرن 9th، الخوارزمي الصورة كتاب وصف الأرض تصحيح مارينوس "وأخطاء بطليموس بشأن طول البحر الأبيض المتوسط ، ^{[ملاحظة 1]} مما تسبب في رسم الخرائط العربية في القرون الوسطى لاستخدام رئيس الوزراء خط الزوال حوالي 10 درجات شرق خط بطليموس. استؤنفت رسم الخرائط الرياضية في أوروبا بعد استعادة مكسيموس بلانودس لنص بطليموس قبل عام 1300 بقليل. تمت ترجمة النص إلى اللاتينية فيفلورنسا بواسطة جاكوبوس أنجيلوس حوالي عام 1407.

في عام 1884 ، استضافت الولايات المتحدة مؤتمر ميريديان الدولي ، وحضره ممثلون من 25 دولة. وافق اثنان وعشرون منهم على اعتماد خط طول المرصد الملكي في غرينتش بإنجلترا كخط مرجعي صفري. في جمهورية الدومينيكان صوتت ضد الاقتراح، في حين أن فرنسا و البرازيل امتنعت عن التصويت. ^[5] تبنت فرنسا توقيت غرينتش بدلاً من التحديدات المحلية بواسطة مرصد باريس في عام 1911.

المسند الجيوديسي [ عدل ]

من أجل عدم الغموض بشأن اتجاه السطح "العمودي" والسطح "الأفقي" الذي يتم القياس فوقه ، يختار صانعو الخرائط مرجعًا إهليلجيًا مع أصل واتجاه معينين يناسب حاجتهم إلى المنطقة المراد رسمها على أفضل وجه. ثم يختارون أنسب رسم خرائط لنظام الإحداثيات الكروية على هذا الشكل الإهليلجي ، ويسمى النظام المرجعي الأرضي أو المسند الجيوديسي .

قد تكون المراجع عالمية ، بمعنى أنها تمثل الأرض بأكملها ، أو قد تكون محلية ، مما يعني أنها تمثل الشكل البيضاوي الأنسب لجزء من الأرض فقط. تتحرك النقاط الموجودة على سطح الأرض بالنسبة إلى بعضها البعض بسبب حركة الصفائح القارية ، والهبوط ، وحركة المد والجزر اليومية للأرض بسبب القمر والشمس. يمكن أن تصل هذه الحركة اليومية إلى متر. يمكن أن تصل الحركة القارية إلى 10 سم في السنة ، أو 10 أمتار في القرن. A نظام الطقس مرتفع جوي يمكن أن يسبب غرق 5 مم . ترتفع الدول الاسكندنافية بمقدار 1 سم في السنة نتيجة ذوبان الصفائح الجليدية في العصر الجليدي الأخير، لكن اسكتلندا المجاورة ترتفع بمقدار 0.2 سم فقط . هذه التغييرات غير مهمة إذا تم استخدام مسند محلي ، ولكنها ذات دلالة إحصائية إذا تم استخدام مسند شامل. ^[1]

ومن أمثلة المساند العالمية النظام الجيوديسي العالمي (WGS 84، المعروف أيضا باسم EPSG: 4326 ^[6] )، ومسند الافتراضية المستخدمة ل نظام تحديد المواقع العالمي ، ^{[ملاحظة 2]} و النظام المرجعي الأرضي الدولي والإطار (أطر الإسناد الأرضية الدولية)، وتستخدم لتقدير الانجراف القاري و تشوهات القشرة الأرضية . ^[7] يمكن استخدام المسافة إلى مركز الأرض في كل من المواضع العميقة جدًا والمواقع في الفضاء. ^[1]

تشمل المراجع المحلية التي تم اختيارها من قبل منظمة رسم الخرائط الوطنية ، أمريكا الشمالية Datum ، و ED50 الأوروبي ، و OSGB36 البريطاني . بالنظر إلى الموقع ، يوفر المرجع خط الطول وخط العرض . يوجد في المملكة المتحدة ثلاثة أنظمة مشتركة لخطوط الطول والعرض والارتفاع قيد الاستخدام. يختلف WGS 84 في غرينتش عن تلك المستخدمة في الخرائط المنشورة OSGB36 بحوالي 112 مترًا. يختلف النظام العسكري ED50 المستخدم من قبل الناتو من حوالي 120 م إلى 180 م. ^[1]${\ displaystyle \ phi}$${\ displaystyle \ lambda}$    

قد لا يكون خط الطول وخط العرض على الخريطة المصنوع على أساس بيانات محلية هو نفسه الذي تم الحصول عليه من جهاز استقبال GPS. يتطلب تحويل الإحداثيات من مرجع إلى آخر تحويل مرجع مثل تحويل هيلمرت ، على الرغم من أن الترجمة البسيطة قد تكون كافية في مواقف معينة . ^[8]

في برامج GIS الشائعة ، غالبًا ما يتم تمثيل البيانات المسقطة في خطوط الطول / العرض كنظام تنسيق جغرافي . على سبيل المثال ، يتم الإشارة إلى البيانات في خطوط الطول / العرض إذا كان المرجع هو مرجع أمريكا الشمالية لعام 1983 بواسطة "GCS أمريكا الشمالية 1983".

الإحداثيات الأفقية [ عدل ]

خطوط الطول والعرض [ عدل ]

و"الحرية" (اختصار: اللات، φ ، أو فاي) من نقطة على سطح الأرض هي الزاوية بين الطائرة الاستوائية والخط المستقيم الذي يمر من خلال هذه النقطة ومن خلال (أو بالقرب من) وسط الأرض. ^{[note 3]} الخطوط التي تربط بين نقاط من نفس خطوط العرض دوائر تتبع على سطح الأرض تسمى المتوازيات ، لأنها متوازية مع خط الاستواء ومع بعضها البعض. في القطب الشمالي هو 90 ° N؛ يبلغ القطب الجنوبي 90 درجة جنوبا. أما خط العرض 0 درجة فهو خط الاستواء ، وهو المستوى الأساسي لجميع أنظمة الإحداثيات الجغرافية. خط الاستواء يقسم العالم إلى شمال و جنوب الكرة الأرضية.

"خط الطول" (الاختصار: Long. ، λ ، أو lambda) لنقطة على سطح الأرض هو الزاوية شرقًا أو غربًا من خط الزوال المرجعي إلى خط طول آخر يمر عبر تلك النقطة. جميع خطوط الطول هي نصفين من الأشكال البيضاوية الكبيرة (تسمى غالبًا الدوائر الكبرى ) ، والتي تتلاقى عند القطبين الشمالي والجنوبي. يعتبر خط الزوال الخاص بالمرصد الملكي البريطاني في غرينتش ، جنوب شرق لندن ، إنجلترا ، هو خط الطول الرئيسي الدولي ، على الرغم من أن بعض المنظمات - مثل المعهد الوطني الفرنسي للمعلومات الجغرافية والغابات—استمر في استخدام خطوط الطول الأخرى للأغراض الداخلية. يحدد خط الطول الرئيسي للالسليم الشرقية و نصف الكرة الأرضية الغربي ، على الرغم من خرائط غالبا ما تقسم هذه الكرة الأرضية مزيد من الغرب من أجل الحفاظ على العالم القديم على جانب واحد. و تقابلية الزوال غرينتش على حد سواء 180 ° W و 180 ° E. لا ينبغي الخلط بين هذا وخط التاريخ الدولي ، الذي ينحرف عنه في عدة أماكن لأسباب سياسية وملائمة ، بما في ذلك بين أقصى شرق روسيا وأقصى غرب جزر ألوشيان .

يحدد الجمع بين هذين المكونين موضع أي موقع على سطح الأرض ، دون النظر إلى الارتفاع أو العمق. تُعرف الشبكة المكونة من خطوط الطول والعرض باسم "graticule". ^[9] يقع أصل / نقطة الصفر لهذا النظام في خليج غينيا على بعد حوالي 625 كم (390 ميل) جنوب تيما ، غانا .

طول الدرجة [ عدل ]

على شكل كروي GRS80 أو WGS84 عند مستوى سطح البحر عند خط الاستواء ، تبلغ ثانية واحدة من خطوط العرض 30.715 مترًا ، ودقيقة واحدة من خطوط العرض تساوي 1843 مترًا ودرجة خط عرض واحدة تبلغ 110.6 كيلومترات. دوائر خطوط الطول وخطوط الطول تلتقي عند القطبين الجغرافيين ، حيث يتناقص العرض الغربي والشرقي للثانية بشكل طبيعي مع زيادة خط العرض. على خط الاستواء عند مستوى سطح البحر ، ثانية واحدة طولية تبلغ 30.92 مترًا ، والدقيقة الطولية 1855 مترًا ، والدرجة الطولية 111.3 كيلومترًا. عند 30 درجة ، تكون الثانية الطولية 26.76 مترًا ، وعند غرينتش (51 درجة 28′38 ″ شمالًا) 19.22 مترًا ، وعند 60 درجة تكون 15.42 مترًا.

في WGS84 الشكل الكروي ، الطول بالأمتار لدرجة خط العرض عند خط العرض φ (أي عدد الأمتار التي يتعين عليك قطعها على طول خط الشمال والجنوب للتحرك بمقدار درجة واحدة في خط العرض ، عند خط العرض φ) ، هو حول

${\ displaystyle 111132.92-559.82 \، \ cos 2 \ varphi +1.175 \، \ cos 4 \ varphi -0.0023 \، \ cos 6 \ varphi}$^[10]

يختلف قياس الأمتار لكل درجة خط عرض بشكل مستمر حسب خط العرض.

وبالمثل ، يمكن حساب طول درجة خط الطول بالأمتار على النحو التالي

${\ displaystyle 111412.84 \، \ cos \ varphi -93.5 \، \ cos 3 \ varphi +0.118 \، \ cos 5 \ varphi}$^[10]

(يمكن تحسين هذه المعاملات ، ولكن مع وقوفها ، تكون المسافة التي تقدمها صحيحة في حدود سنتيمتر واحد).

تقوم الصيغتان بإرجاع وحدات الأمتار لكل درجة.

هناك طريقة بديلة لتقدير طول الدرجة الطولية عند خط العرض وهي افتراض وجود أرض كروية (للحصول على العرض في الدقيقة والثانية ، اقسم على 60 و 3600 ، على التوالي):${\ displaystyle \ textstyle {\ varphi} \، \!}$

${\ displaystyle {\ frac {\ pi} {180}} M_ {r} \ cos \ varphi \!}$

حيث متوسط نصف قطر خط-طولي الأرض هو 6367449 م . بما أن الأرض كروية مفلطحة ، وليست كروية ، فإن هذه النتيجة يمكن أن تنحرف بعدة أعشار من النسبة المئوية ؛ التقريب الأفضل لدرجة طولية عند خط العرض هو${\ displaystyle \ textstyle {M_ {r}} \، \!}$${\ displaystyle \ textstyle {\ varphi} \، \!}$

${\ displaystyle {\ frac {\ pi} {180}} a \ cos \ beta \، \!}$

حيث يساوي نصف القطر الاستوائي للأرض 6،378،137 م و ؛ بالنسبة للأجسام الشبه الكروية GRS80 و WGS84 ، يتم حساب b / a ليكون 0.99664719. ( يُعرف باسم خط العرض المنخفض (أو البارامترية) ). بصرف النظر عن التقريب ، هذه هي المسافة الدقيقة على طول خط موازٍ لخط العرض ؛ الحصول على المسافة على طول أقصر طريق سيكون مزيدًا من العمل ، لكن هاتين المسافتين تكونان دائمًا على بعد 0.6 متر من بعضهما البعض إذا كانت النقطتان على مسافة درجة واحدة من خط الطول.${\ displaystyle a}$${\displaystyle \textstyle {\tan \beta ={\frac {b}{a}}\tan \varphi }\,\!}$${\displaystyle \textstyle {\beta }\,\!}$

إحداثيات الشبكة [ عدل ]

لتحديد موقع موقع جغرافي على الخريطة ، يتم استخدام إسقاط الخريطة لتحويل الإحداثيات الجيوديسية إلى إحداثيات مستوية على الخريطة ؛ يعرض إحداثيات الإسناد الإهليلجي والارتفاع على سطح مستوٍ من الخريطة. يُنشئ المرجع ، جنبًا إلى جنب مع إسقاط الخريطة المطبق على شبكة من المواقع المرجعية ، نظامًا شبكيًا لتخطيط المواقع. تشمل إسقاطات الخرائط الشائعة في الاستخدام الحالي Universal Transverse Mercator (UTM) والنظام المرجعي للشبكة العسكرية (MGRS) والشبكة الوطنية للولايات المتحدة (USNG) والنظام المرجعي للمنطقة العالمية (GARS) والنظام المرجعي الجغرافي العالمي (GEOREF) . ^[11]عادة ما تكون الإحداثيات على الخريطة من حيث إزاحة شمال N وإزاحة شرق E بالنسبة إلى أصل محدد.

تعتمد صيغ إسقاط الخريطة على هندسة الإسقاط بالإضافة إلى المعلمات التي تعتمد على الموقع المحدد الذي يتم فيه عرض الخريطة. يمكن أن تختلف مجموعة المعلمات بناءً على نوع المشروع والاتفاقيات المختارة للإسقاط. بالنسبة لإسقاط Mercator المستعرض المستخدم في UTM ، فإن المعلمات المرتبطة هي خط الطول وخط العرض للأصل الطبيعي ، والاتجاه الشمالي الخاطئ والشرق الخاطئ ، وعامل المقياس الكلي. ^[12] بالنظر إلى المعلمات المرتبطة بموقع معين أو ابتسامة معينة ، فإن صيغ الإسقاط لمركاتور المستعرضة هي مزيج معقد من الدوال الجبرية والمثلثية. ^{[12] : 45-54}

أنظمة UTM و UPS [ عدل ]

في مستعرض مركاتور العالمي (UTM) و العالمي القطبية الكروي (UPS) تنسيق الأنظمة على حد سواء استخدام شبكة الديكارتية استنادا متري، وضعت على المتوقعة conformally السطح لتحديد المواقع على سطح الأرض. نظام UTM ليس إسقاطًا فرديًا للخريطة ولكنه سلسلة من ستين ، يغطي كل منها نطاقات طول 6 درجات. يستخدم نظام UPS للمناطق القطبية التي لا يغطيها نظام UTM.

نظام الإحداثيات المجسمة [ عدل ]

خلال العصور الوسطى ، تم استخدام نظام الإحداثيات المجسمة لأغراض الملاحة. ^{[ بحاجة لمصدر ]} تم استبدال نظام الإحداثيات المجسمة بنظام خطوط الطول والعرض. على الرغم من أن لم تعد تستخدم في الملاحة، لا تزال تستخدم نظام المجسم تنسيق في العصر الحديث لوصف التوجهات البلورات في مجالات علم البلورات ، المعادن وعلوم المواد. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

الإحداثيات العمودية [ عدل ]

تشمل الإحداثيات العمودية الارتفاع والعمق.

الإحداثيات الديكارتية ثلاثية الأبعاد [ عدل ]

يمكن التعبير عن كل نقطة يتم التعبير عنها في الإحداثيات الإهليلجية على أنها إحداثي xyz ( ديكارت ) مستقيم الخطي . تعمل الإحداثيات الديكارتية على تبسيط العديد من العمليات الحسابية. الأنظمة الديكارتيّة لمختلف المعطيات غير متكافئة. ^[2]

متمركز حول الأرض ، ثابت الأرض [ عدل ]

و تركزت الأرض من الأرض ثابتة (المعروف أيضا باسم ECEF، ECF، أو التقليدية الأرضية تنسيق النظام) تدور مع الأرض، ولها أصلها في مركز الأرض.

يضع نظام الإحداثيات التقليدي لليد اليمنى:

• الأصل في مركز كتلة الأرض ، وهي نقطة قريبة من مركز الشكل الأرضي
• المحور Z على الخط الفاصل بين القطبين الشمالي والجنوبي ، مع زيادة القيم الموجبة شمالًا (ولكنها لا تتطابق تمامًا مع محور دوران الأرض) ^[13]
• المحاور X و Y في مستوى خط الاستواء
• يمر المحور X عبر ويمتد من خط الطول 180 درجة عند خط الاستواء (سالب) إلى خط طول 0 درجة ( خط الطول الرئيسي ) عند خط الاستواء (موجب)
• يمر المحور Y عبر خط الطول من 90 درجة غربًا عند خط الاستواء (سالب) إلى خط طول 90 درجة شرقاً عند خط الاستواء (موجب)

مثال على ذلك هو بيانات NGS لقرص نحاسي بالقرب من Donner Summit ، في كاليفورنيا. بالنظر إلى أبعاد الشكل الإهليلجي ، يكون التحويل من إحداثيات خطوط الطول / الطول / الارتفاع فوق الإهليلجي إلى XYZ مباشرًا - احسب XYZ للخط العرضي المحدد على سطح الشكل الإهليلجي وأضف متجه XYZ المتعامد مع شكل بيضاوي هناك وطول يساوي ارتفاع النقطة فوق الشكل البيضاوي. يكون التحويل العكسي أكثر صعوبة: نظرًا لأن XYZ يمكننا الحصول على خط الطول على الفور ، ولكن لا توجد صيغة مغلقة لخط العرض والارتفاع. انظر " النظام الجيوديسي ". باستخدام صيغة Bowring في 1976 Survey Review ، يعطي التكرار الأول خط العرض الصحيح في غضون ^10-11 درجة طالما كانت النقطة في نطاق 10000 متر فوق أو 5000 متر تحت الشكل الإهليلجي.

طائرة الظل المحلية [ عدل ]

يمكن تعريف مستوى الظل المحلي بناءً على الأبعاد الرأسية والأفقية . و الرأسي تنسيق يمكن أن نشير إما صعودا أو هبوطا. هناك نوعان من الاصطلاحات الخاصة بالإطارات:

• الشرق ، الشمال ، فوق (ENU) ، تستخدم في الجغرافيا
• الشمال ، الشرق ، الأسفل (NED) ، يستخدم بشكل خاص في الفضاء

في العديد من تطبيقات الاستهداف والتتبع ، يكون نظام الإحداثيات الديكارتية ENU المحلي أكثر سهولة وعمليًا من ECEF أو الإحداثيات الجيوديسية. تتشكل إحداثيات ENU المحلية من مستوي ظل على سطح الأرض مثبتًا في موقع محدد ، ومن ثم يُعرف أحيانًا باسم المستوى المحلي أو المستوى الجيوديسي المحلي . حسب الاصطلاح ، يتم تسمية المحور الشرقي ، الشمال والأعلى .${\displaystyle x}$${\displaystyle y}$${\displaystyle z}$

في الطائرة ، تكون معظم الأشياء المهمة أسفل الطائرة ، لذلك من المنطقي تحديد الرقم السفلي باعتباره رقمًا موجبًا. تسمح إحداثيات NED بهذا كبديل لـ ENU. حسب الاصطلاح ، تم تسمية المحور الشمالي ، الشرق والأسفل . لتجنب الخلط بين و ، وما إلى ذلك ، سنقوم في هذه المقالة بقصر إطار الإحداثيات المحلي على ENU.${\displaystyle x'}$${\displaystyle y'}$${\displaystyle z'}$${\displaystyle x}$${\displaystyle x'}$

انظر أيضا [ تحرير ]

• الدرجات العشرية  - القياسات الزاويّة ، عادةً لخطوط الطول والعرض
• المسافة الجغرافية  - المسافة المقاسة على طول سطح الأرض
• نظام المعلومات الجغرافية  - نظام لالتقاط وإدارة وتقديم البيانات الجغرافية
• مخطط Geo URI
• ISO 6709 ، التمثيل القياسي لموقع النقطة الجغرافية بواسطة الإحداثيات
• الإسناد الخطي
• الاتجاه الأساسي
• نظام إحداثيات كوكبي
  • نظام إحداثيات سيلينوغرافي
• نظام الإسناد المكاني

ملاحظات [ تحرير ]

المراجع [ عدل ]

الاقتباسات [ تحرير ]

المصادر [ تحرير ]

روابط خارجية [ تحرير ]

ويكي بيانات لديه خاصية: إحداثيات الموقع (P625) (انظر الاستخدامات )

• وسائل الإعلام المتعلقة بنظام الإحداثيات الجغرافية في ويكيميديا ​​كومنز