Пространственная система отсчета

Система для указания местоположений на Земле

Пространственная система отсчета ( SRS ) или система отсчета координат ( CRS ) — это структура, используемая для точного измерения мест на поверхности Земли в качестве координат. Таким образом, это применение абстрактной математики систем координат и аналитической геометрии к географическому пространству. Конкретная спецификация SRS (например, « Универсальная поперечная Меркатора WGS 84, зона 16N») включает выбор земного эллипсоида , горизонтальной точки отсчета , картографической проекции (за исключением географической системы координат ), исходной точки и единицы измерения. Были определены тысячи систем координат для использования по всему миру или в определенных регионах и для различных целей, что требует преобразований между различными SRS.

Хотя они относятся к эллинскому периоду, системы пространственной привязки в настоящее время являются важнейшей основой для наук и технологий геоинформатики , включая картографию , географические информационные системы , геодезию , дистанционное зондирование и гражданское строительство . Это привело к их стандартизации в международных спецификациях, таких как коды EPSG ^[1] и ISO 19111:2019 Географическая информация — Пространственная привязка по координатам , подготовленная ISO/TC 211 , также опубликованная Открытым геопространственным консорциумом в качестве абстрактной спецификации, тема 2. : Пространственная привязка по координатам . ^[2]

Типы систем

Центр Земли, фиксированные координаты Земли относительно широты и долготы.

Тысячи систем пространственной привязки, используемые сегодня, основаны на нескольких общих стратегиях, которые определены в стандартах EPSG, ISO и OGC: ^{[1] [2]}

Географическая система координат (или геодезическая)

Сферическая система координат, измеряющая местоположения непосредственно на Земле (смоделированная в виде сферы или эллипсоида) с использованием широты (градусы к северу или югу от экватора ) и долготы (градусы к западу или востоку от нулевого меридиана ).

Геоцентрическая система координат (или геоцентрическая, фиксированная на Земле)

Трехмерная декартова система координат , которая моделирует Землю как трехмерный объект, измеряя местоположения от центральной точки, обычно центра масс Земли, вдоль осей x, y и z, совмещенных с экватором и нулевым меридианом. . Эта система обычно используется для отслеживания орбит спутников , поскольку они основаны на центре масс. Таким образом, это внутренняя система координат, используемая системами спутниковой навигации, такими как GPS, для вычисления местоположения с использованием мультилатерации .

Система координат проекции (или плоская, сетка)

Схема системы координат UTM.

Стандартизированная декартова система координат , которая моделирует Землю (или, чаще, большую ее область) как плоскость, измеряя местоположения от произвольной исходной точки по осям X и Y, более или менее совмещенным со сторонами света. Каждая из этих систем основана на определенной Картографической проекции для создания плоской поверхности из искривленной поверхности Земли. Обычно они определяются и используются стратегически, чтобы свести к минимуму искажения, присущие прогнозам. Общие примеры включают универсальный поперечный меркатор (UTM) и национальные системы, такие как Британская национальная сетка и система координат государственной плоскости (SPCS).

Инженерная система координат (или локальная, пользовательская)

Декартова система координат (2-D или 3-D), созданная специально для небольшой территории, часто для одного инженерного проекта, в рамках которой кривизну Земли можно безопасно аппроксимировать как плоскую без значительных искажений. Местоположение обычно измеряется непосредственно из произвольной исходной точки с использованием методов съемки . Они могут быть совмещены или не совмещены со стандартной системой координат проекции. Координаты локальной касательной плоскости — это тип локальной системы координат, используемый в авиации и морских транспортных средствах.

Эти стандарты признают, что также существуют стандартные системы отсчета для измерения высоты с использованием вертикальных датумов и времени (например, ISO 8601 ), которые могут быть объединены с пространственной системой отсчета для формирования сложной системы координат для представления трехмерных и/или пространственно-временных местоположений. . Существуют также внутренние системы для измерения местоположения в контексте объекта, такие как строки и столбцы пикселей в растровом изображении , измерения линейной привязки вдоль линейных объектов (например, дорожных столбов) и системы для определения местоположения внутри движущихся объектов, такие как как корабли. Последние две часто относят к подкатегориям инженерных систем координат.

Компоненты

Целью любой системы пространственной привязки является создание общей системы отсчета, в которой местоположения можно будет точно и последовательно измерять в виде координат, которые затем можно будет однозначно использовать совместно, чтобы любой получатель мог идентифицировать то же местоположение, которое изначально было задумано отправителем. ^[3] Для этого любое определение системы координат должно состоять из нескольких спецификаций:

• Система координат , абстрактная основа для измерения местоположений. Как и любая математическая система координат, ее определение состоит из измеримого пространства (будь то плоскость, трехмерная пустота или поверхность объекта, такого как Земля), исходной точки, набора осей-векторов, исходящих из начала координат. и единица измерения.
• Горизонтальная база данных , которая привязывает абстрактную систему координат к реальному пространству Земли. Горизонтальную датум можно определить как точную опорную структуру для измерения географических координат (широты и долготы). Примеры включают Мировую геодезическую систему и Североамериканские датумы 1927 и 1983 годов . Базовые данные обычно состоят из оценки формы Земли (обычно эллипсоида) и одной или нескольких опорных точек или контрольных точек , установленных мест (часто отмеченных физическими памятниками), для которых документируются измерения.
• Определение проецируемой CRS должно также включать выбор картографической проекции для преобразования сферических координат, заданных базой данных, в декартовы координаты на плоской поверхности.

Таким образом, определение CRS обычно состоит из «набора» зависимых спецификаций, как показано в следующей таблице:

Примеры по континентам

Примеры систем по всему миру:

Азия

• Кодекс глобальной навигационной сети Китая , Китай
• Израильский Кассини Зольднер , Израиль
• Израильский поперечный Меркатор , Израиль
• Иордания Трансверс Меркатора , Иордания

Европа

• Британская национальная система координат сетки , Великобритания
• Ламберт-93 (фр.), официальная проекция в метрополии Франции.
• Греческая геодезическая справочная система 1987 г. , Греция
• Ирландская система координат сетки , Ирландия
• Ирландский поперечный Меркатор , Ирландия
• SWEREF 99 (св), Швеция

Северная Америка

• Национальная сеть США , США

Мировой

• Универсальная поперечная система координат Меркатора
• Равноугольная коническая проекция Ламберта
• Международная система картографических кодов
• Справочная система военной сети

Идентификаторы

Идентификатор пространственной системы координат ( SRID ) — это уникальное значение, используемое для однозначной идентификации определений проецируемой, непроецируемой и локальной пространственной системы координат. Эти системы координат составляют основу всех ГИС- приложений.

Практически все крупные поставщики пространственных данных создали свою собственную реализацию SRID или ссылаются на реализации авторитетных организаций, таких как набор данных геодезических параметров EPSG .

SRID являются первичным ключом для таблицы метаданных пространственных_ref_sys Открытого геопространственного консорциума (OGC) для спецификации Simple Features for SQL версий 1.1 и 1.2 , которая определяется следующим образом:

CREATE TABLE SPATIAL_REF_SYS ( SRID INTEGER NOT NULL PRIMARY KEY , AUTH_NAME CHARACTER VARYING ( 256 ), AUTH_SRID INTEGER , SRTEXT CHARACTER VARYING ( 2048 ) )                

В базах данных с пространственным доступом (таких как IBM Db2 , IBM Informix , Ingres , Microsoft SQL Server , MonetDB , MySQL , Oracle RDBMS , Teradata , PostGIS , SQL Anywhere и Vertica ) SRID используются для уникальной идентификации систем координат, используемых для определения столбцов данных. пространственные данные или отдельные пространственные объекты в пространственном столбце (в зависимости от пространственной реализации). SRID обычно связаны со строковым определением общеизвестного текста (WKT) системы координат (SRTEXT, выше). Вот две распространенные системы координат со значением EPSG SRID, за которым следует WKT:

UTM, зона 17N, NAD27 — SRID 2029:

PROJCS [ "NAD27(76) / UTM зона 17N" , GEOGCS [ "NAD27(76)" , DATUM [ "North_American_Datum_1927_1976" , SPHEROID [ "Кларк 1866" , 6378206.4 , 294.9786982138982 , AUTHORITY [ «ЭПСГ» , «7008» ]] , AUTHORITY [ "EPSG" , "6608" ]], PRIMEM [ "Гринвич" , 0 , AUTHORITY [ "EPSG" , "8901" ]], UNIT [ "градус" , 0.01745329251994328 , AUTHORITY [ "EPSG" , "9122" ]], ВЛАСТЬ [ "EPSG" , "4608" ]], ЕДИНИЦА [ "метр" , 1 , ВЛАСТЬ [ "EPSG" , "9001" ]], ПРОЕКЦИЯ [ "Transverse_Mercator" ], ПАРАМЕТР [ "latitude_of_origin" , 0 ] , ПАРАМЕТР [ "central_meridian" , - 81 ], ПАРАМЕТР [ "scale_factor" , 0,9996 ], ПАРАМЕТР [ "false_easting" , 500000 ], ПАРАМЕТР [ "false_northing" , 0 ], AUTHORITY [ "EPSG" , "2029" ], AXIS [ "Восток" , ВОСТОК ], AXIS [ "Север" , СЕВЕР ]]                     

WGS84 — SRID 4326

GEOGCS [ "WGS 84" , DATUM [ "WGS_1984" , SPHEROID [ "WGS 84" , 6378137 , 298.257223563 , AUTHORITY [ "EPSG" , "7030" ]], AUTHORITY [ "EPSG" , "6326" ]], PRIMEM [ "Гринвич" , 0 , ПОЛНОМОЧИЯ [ "EPSG" , "8901" ]], UNIT [ "степень" , 0.01745329251994328 , ПОЛНОМОЧИЯ [ "EPSG" , "9122" ]], ПОЛНОМОЧИЯ [ "EPSG" , "4326" ]]         

Значения SRID, связанные с пространственными данными, могут использоваться для ограничения пространственных операций — например, пространственные операции не могут выполняться между пространственными объектами с разными SRID в одних системах или запускать преобразования систем координат между пространственными объектами в других.

Смотрите также

• Инженерная база данных
• Геодезия
• Геодезические данные
• Географическая привязка
• Географические системы координат
• Геоинформационная система ( ГИС ).
• Ссылка на сетку
• Линейная привязка
• Список национальных систем координат
• Условия ориентации

Рекомендации

1. «Использование набора данных геодезических параметров EPSG, Рекомендации 7-1». Набор данных геодезических параметров EPSG . Геоматические решения. Архивировано из оригинала 15 декабря 2021 года . Проверено 15 декабря 2021 г.
2. «Тема 2 абстрактной спецификации OGC: Исправление ссылок по координатам» . Открытый геопространственный консорциум . Архивировано из оригинала 30 июля 2021 г. Проверено 25 декабря 2018 г.
3. Руководство по системам координат в Великобритании (PDF) , D00659 v2.3, Ordnance Survey, 2020, стр. 11, заархивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2015 г. , получено 16 декабря 2021 г.

Внешние ссылки

• пространственная референция.org – веб-сайт с более чем 13 000 системами пространственной привязки в различных форматах.
• Спецификации (стандарты) OpenGIS. Архивировано 13 декабря 2004 г. на Wayback Machine.
• Спецификация простых функций OpenGIS для CORBA (99-054)
• Спецификация простых функций OpenGIS для OLE/COM (99-050)
• Спецификация простых функций OpenGIS для SQL (99-054, 05-134, 06-104r3)
• OGR. Архивировано 22 апреля 2006 г. в Wayback Machine — библиотеке, реализующей соответствующие стандарты OGC.
• EPSG.org — официальная веб-страница набора данных геодезических параметров EPSG. Поисковая система для систем отсчета, определенных EPSG.
• EPSG.io/ — Полнотекстовый поиск, индексирующий более 6000 систем координат.
• Реестр INdicio CRS Galdos Systems