5.3.1. Определение положения точек на поверхности Земли

Координатные данные, составляющие один из основных классов гео­информационных данных, используют для указания местоположения на земной поверхности.

Поверхность Земли имеет сложную форму. При общей площади ее поверхности 510 млн. км² 71 % приходится на дно морей и океанов и 29 % - на сушу. Это дает основание считать, что земная поверхность состоит из двух резко отличающихся морфологических элементов - ма­териков и океанов.

С учетом того, что поверхность вод Мирового океана занимает по­чти 3/4 поверхности Земли, за общую фигуру земли принимают тело, ограниченное поверхностью воды океанов. Такая поверхность называ­ется уровненной. Потенциал силы тяжести на ней имеет одно и то же значение. Другими словами, эта поверхность везде перпендикулярна от­весной линии, т.е. везде горизонтальна.

Можно построить семейство горизонтальных поверхностей. Повер­хность, которая совпадает с поверхностью Мирового океана в состоя­нии покоя и равновесия и продолжена под материками, образует фигу­ру, принятую в геодезии за общую фигуру Земли, называемую геоид.

С помощью методов дистанционного зондирования удалось уста­новить, что Земля имеет грушевидную форму. В качестве математичес­кой модели Земли применяют эллипсоид, который в геодезии принято называть референц-эллипсоидом. В СССР до 1946 г. использовался эл­липсоид, полученный Ф. Бесселем. В 1946 г. для обязательного исполь­зования был введен эллипсоид, вычисленный в ЦНИИГАиК в 1940 г. под руководством Ф.Н. Красовского при участии А.А. Изотова.

Для отображения положения точек поверхности на плоскости ис­пользуют различные математические модели поверхности и различные системы координат. На практике применяют два основных типа коорди­нат: плоские и сферические. Реже применяют криволинейные или по­лярные.

Выбор системы координат зависит от размеров исследуемых участ­ков поверхности, как следствие, от влияния кривизны Земли. При изоб­ражении небольших участков Земли часть уровненной поверхности мож­но принять за плоскость. Такими участками будут участки до 20 км дли­ной и площадью до 400 км².

В этих случаях применимы плоские координаты.

Плоские декар­товы координаты определяются заданием двух осей. При этом обыч­но координата Х указывает на восток, Y - на север. Задают масштабные отрезки. Упорядоченная пара (X, Y) определит положение точки в за­данной системе.

Плоские полярные координаты используют расстояние от начала координат и угол от фиксированного направления. Направление обычно фиксируется на север, а угол отсчитывается по часовой стрелке от него. Полярные координаты удобны при проведении измерений от какой-либо заданной точки, например, когда используются данные та­ких источников, как радарные съемки.

При необходимости учета кривизны Земли применяют простран­ственные системы координат.

Для определения географической системы координат (разновидно­сти сферической системы) введем следующие понятия:

• плоскость земного экватора - проходит через центр Земли пер­пендикулярно к оси вращения;

• плоскость географического (астрономического) меридиана - про­ходит через ось вращения Земли и отвесную линию в точке земной по­верхности;

• меридиан - линия пересечения плоскостей географических меридианов с земной поверхностью;

• параллель - линия, образованная пересечением плоскости, парал­лельной плоскости земного экватора, с поверхностью Земли.

Положение точки определяется широтой и долготой.

Широта - это угол между точкой и экватором вдоль меридиана (Такое определение широты не годится для эллипсоида.). Она изменяется от -90 ° (южный полюс) до +90 ° (северный полюс).

Долгота - это угол в плоскости экватора между меридианом точки и главным (нулевым) меридианом, проходящим через Гринвич (Англия). Она изменяется от -180 ° (западная долгота) до +180 ° (восточная дол­гота).

Основными понятиями этой системы координат являются:

меридиан - линия постоянной долготы;

параллель - линия постоянной широты;

большой круг - воображаемый круг на земной поверхности, обра­зованный плоскостью, проходящей через центр земного шара;

малый круг - воображаемый круг на земной поверхности, образо­ванный плоскостью, не проходящей через центр земного шара.

Рассмотренные системы координат носят в большей степени теоре­тический характер. На практике используют более широкий набор сис­тем координат: геоцентрические, топоцентрические, полярные гео­дезические, эллиптические и др.