Пространственная система отсчета

Система для указания местоположений на Земле

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

Хотя они датируются эллинским периодом, пространственные системы отсчета 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 , подготовленный ISO/TC 211 , также опубликованный Открытым геопространственным консорциумом как Абстрактная спецификация, Тема 2: Пространственная привязка по координатам . ^[2]

Типы систем

Геоцентрические, фиксированные координаты Земли — Геоцентрическая система, фиксированные координаты Земли по широте и долготе.

Тысячи пространственных систем отсчета, используемых 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 (смоделированной 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 спутниковыми навигационными системами, такими как GPS, для вычисления местоположений с использованием мультилатерации .
Проекционная система координат (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 вдоль осей x и y, более или менее выровненных с основными направлениями. Каждая из этих систем основана на определенной проекции карты для создания плоской поверхности из искривленной поверхности Земли. Они, как правило, определяются и используются стратегически, чтобы минимизировать искажения, присущие проекциям. Распространенными примерами являются универсальная поперечная проекция Меркатора (UTM) и национальные системы, такие как Британская национальная сетка и Государственная система плоских координат (SPCS).
Инженерная система координат (или локальная, пользовательская): Декартова система координат (двухмерная или трехмерная), которая создается специально для небольшой области, часто одного инженерного проекта, в которой кривизна Земли может быть безопасно аппроксимирована как плоская без существенных искажений. Местоположение обычно измеряется непосредственно из произвольной исходной точки с использованием методов геодезии . Они могут быть или не быть выровнены со стандартной проецируемой системой координат. Координаты локальной касательной плоскости являются типом локальной системы координат, используемой в авиации и морских транспортных средствах.
Вертикальная система отсчета: стандартная система отсчета для измерения высоты с использованием вертикальных данных , основанная на нивелировании , модели геоида или данных карты (с учетом приливов ).

Эти стандарты признают, что стандартные системы отсчета также существуют для времени (например, ISO 8601 ). Они могут быть объединены с пространственной системой отсчета для формирования составной 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 , линейные измерения привязки вдоль линейных объектов (например, верстовые столбы автомагистралей) и системы для указания местоположения внутри движущихся объектов, таких как корабли. Последние две часто классифицируются как подкатегории инженерных систем координат.

Компоненты

Целью любой пространственной системы отсчета является создание общей системы отсчета, в которой местоположения могут быть измерены точно и последовательно как координаты, которые затем могут быть совместно использованы однозначно, так что любой получатель может идентифицировать то же самое местоположение, которое изначально было задумано отправителем. ^[3] Для достижения этого любое определение системы отсчета координат должно состоять из нескольких спецификаций:

Система координат , абстрактная структура 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 векторов осей, исходящих из исходной точки, и единицы измерения.
Геодезическая система отсчета (горизонтальная, вертикальная или трехмерная), которая связывает абстрактную систему координат с реальным пространством Земли. Горизонтальная система отсчета может быть определена как точная опорная структура для измерения географических координат (широты и долготы). Примерами являются Всемирная геодезическая система и Североамериканская система отсчета 1927 и 1983 годов . Система отсчета обычно состоит из оценки формы Земли (обычно эллипсоида) и одной или нескольких опорных точек или контрольных точек , установленных местоположений (часто отмеченных физическими памятниками), для которых задокументировано измерение.
Определение спроецированной системы отсчета также должно включать выбор картографической проекции для преобразования сферических координат, указанных в датуме, в декартовы координаты на плоской поверхности.

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

EPSG-код	Имя	Эллипсоид	Горизонтальная система отсчета	Тип КС	Проекция	Источник	Топоры	Единица измерения
4326	ГКС WGS 84	ГРС 80	РГС 84	эллипсоидальный (широта, долгота)	Н/Д	экватор/нулевой меридиан	экватор, нулевой меридиан	градус дуги
26717	Зона UTM 17N NAD 27	Кларк 1866	НАД 27	декартовы (x,y)	Поперечная проекция Меркатора: центральный меридиан 81° з.д., масштаб 0,9996	500 км к западу от (81° з.д., 0° с.ш.)	экватор, меридиан 81° з.д.	метр
6576	SPCS Зона Теннесси NAD 83 (2011) футов США	ГРС 80	NAD 83 (эпоха 2011 г.)	декартовы (x,y)	Равноугольная коническая проекция Ламберта: центр 86° з.д., 34°20' с.ш., стандартные параллели 35°15' с.ш., 36°25' с.ш.	600 км сетки к западу от центральной точки	сетка восток в центральной точке, меридиан 86° з.д.	фут обследования США

Примеры по континентам

Примеры систем по всему миру:

Во всем мире

Идентификаторы

Идентификатор пространственной системы координат ( SRID ) — это уникальное значение, используемое для однозначной идентификации определений проецируемых, непроецируемых и локальных пространственных систем координат. Эти системы координат составляют основу всех приложений ГИС .

Практически все основные поставщики пространственных данных создали собственные реализации SRID или ссылаются на авторитетные реализации, такие как EPSG Geodetic Parameter Dataset .

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

СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ SPATIAL_REF_SYS ( SRID ЦЕЛОЕ ЧИСЛО НЕ NULL ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ , AUTH_NAME СИМВОЛ ПЕРЕМЕННЫЙ ( 256 ), AUTH_SRID ЦЕЛОЕ ЧИСЛО , SRTEXT СИМВОЛ ПЕРЕМЕННЫЙ ( 2048 ) )

В базах данных с пространственной поддержкой (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 пространственных данных или отдельных пространственных объектов в пространственном столбце (в зависимости от пространственной реализации). SRID обычно связаны с определением строки общеизвестного текста (WKT) системы координат (SRTEXT, выше). Вот две распространенные системы координат с их значением EPSG SRID, за которым следует их WKT:

UTM, зона 17N, NAD27 — SRID 2029:

PROJCS [ "NAD27(76) / UTM зона 17N" , GEOGCS [ "NAD27(76)" , DATUM [ "North_American_Datum_1927_1976" , SPHEROID [ "Clarke 1866" , 6378206.4 , 294.9786982138982 , AUTHORITY [ "EPSG" , "7008" ]], AUTHORITY [ "EPSG" , "6608" ]], PRIMEM [ "Greenwich" , 0 , AUTHORITY [ "EPSG" , "8901" ]], UNIT [ "degree" , 0.01745329251994328 , AUTHORITY [ "EPSG" , "9122" ]], АВТОРИТЕТ [ "EPSG" , "4608" ]], ЕДИНИЦА [ "метр" , 1 , АВТОРИТЕТ [ "EPSG" , "9001" ]], ПРОЕКЦИЯ [ "Поперечная_проекция_Меркатора" ], ПАРАМЕТР [ "широта_начала_координат" , 0 ], ПАРАМЕТР [ "центральный_меридиан" , - 81 ], ПАРАМЕТР [ "масштабный_коэффициент" , 0.9996 ], ПАРАМЕТР [ "ложный_восточный_курс" , 500000 ], ПАРАМЕТР [ "ложный_северный_курс" , 0 ], АВТОРИТЕТ [ "EPSG" , "2029" ], ОСЬ [ "Восточный_курс" , ВОСТОК ], ОСЬ [ "Северный_курс" , 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 , AUTHORITY [ "EPSG" , "8901" ]], UNIT [ "градус" , 0.01745329251994328 , AUTHORITY [ "EPSG" , "9122" ]], AUTHORITY [ "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 некоторых системах или инициировать преобразования систем координат между пространственными объектами в других.

Смотрите также

Ссылки

^ ab "Использование набора геодезических параметров EPSG, Руководство 7-1". Набор геодезических параметров EPSG . Geomatic Solutions. Архивировано из оригинала 15 декабря 2021 г. Получено 15 декабря 2021 г.
^ ab "OGC Abstract Specification Topic 2: Referencing byordinates Corrigendum". Open Geospatial Consortium . Архивировано из оригинала 2021-07-30 . Получено 2018-12-25 .
^ Руководство по системам координат в Великобритании (PDF) , D00659 v2.3, Ordnance Survey, 2020, стр. 11, заархивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2015 г. , извлечено 16 декабря 2021 г.

Внешние ссылки

spatialreference.org – веб-сайт с более чем 13000 пространственных систем отсчета в различных форматах.
Спецификации OpenGIS (стандарты) 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 — библиотека, реализующая соответствующие стандарты OGC.
EPSG.org — официальная веб-страница набора геодезических параметров EPSG. Поисковая система для систем отсчета, определенных EPSG.
EPSG.io/ - Полнотекстовый поиск, индексирующий более 6000 систем координат
Реестр Galdos Systems INdicio CRS

[epsg-1] "Использование набора геодезических параметров EPSG, Руководство 7-1". Набор геодезических параметров EPSG . Geomatic Solutions. Архивировано из оригинала 15 декабря 2021 г. Получено 15 декабря 2021 г.

[ogc_as-2] "OGC Abstract Specification Topic 2: Referencing byordinates Corrigendum". Open Geospatial Consortium . Архивировано из оригинала 2021-07-30 . Получено 2018-12-25 .

[OSGB-3] Руководство по системам координат в Великобритании (PDF) , D00659 v2.3, Ordnance Survey, 2020, стр. 11, заархивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2015 г. , извлечено 16 декабря 2021 г.