Картографія та обстеження землі ÖTK · Австрійський туристичний клуб
Земля та її зображення на картах
Створення карт передбачає, що розмір і форма земного тіла математично точно фіксуються. Завдяки обертанню і гравітації землі форма земного тіла нагадує еліпсоїд обертання, який злегка сплющений на полюсах і трохи вигнутий на екваторі. Тому земну поверхню (топографію) важко визначити і вкрай непридатна як еталонна поверхня для геодезичних вимірювань положення та створення топографічних карт.
Тут ви можете дізнатися, що ви повинні знати про карти, координати, системи відліку, інформацію про висоту, орієнтацію та навігацію за допомогою компаса та супутника.
Земля не кругла - а геоїд (еліпсоїд революції)
На початку XIX століття Карл Фрідріх Гаус (1777 - 1855) визначав відхилення від еліпсоїдної теорії під час своїх вимірювань. Через гравітаційне поле Землі, її обертання та прискорення сили тяжіння воно являє собою неправильну поверхню, яку називають геоїдом. Нерівності та вм'ятини, які надають геоїду схожий на картоплю вигляд, спричинені аномаліями гравітації. Гравітація - це сума гравітаційних та відцентрових сил, зумовлених обертанням землі.
Земну поверхню важко визначити і надзвичайно непридатна як еталонна поверхня для геодезичних вимірювань положення. Для вимірювань, приблизний (з точністю до 50 метрів) геометрична опорна поверхня (Еліпсоїд, куля або площина).
Для технологій та геонаук переважають наземні системи координат, які мають точне визначення на поверхні землі (для інформації про місцезнаходження) або геоїда (для інформації про висоту) за допомогою геодезичної системи відліку (еталонний еліпсоїд).
Відстань поверхні геоїду до еталонного еліпсоїда називається Хвилястість геоїдів або. Висота геоїду і може складати до 100 м і варіювати приблизно на ± 30 метрів на 1000 км - показано червоним на графіку вище.
Нормальний нуль = середній рівень моря
Для порівняння це відповідає Геоїд швидше за все, уявна поверхня, яка йде за "середнім рівнем моря" і продовженням у континентальній області. Середній рівень моря визначається за допомогою спостережень за рівнем (наприклад, Амстердам, Трієст). Таким чином, еталонна зона для всіх висот - це середній рівень моря (коротко MSL = Середній рівень моря) океанів, також Звичайний нуль (НН) зателефонував.
Положення точки на земній поверхні (= еліпсоїд обертання) спочатку визначається вказівкою (географічної) довготи та широти. ортометрична висота тепер відносна відстань (у вертикальному напрямку) від точки на земній поверхні до геоїду (середнього рівня моря).
Відхилення поверхні схилу
Гравітаційна та відцентрова сила означає, що перпендикуляр не вказує на центр землі, а завжди на центр маси землі. Поверхня геоїду - це площа, де перпендикуляр завжди перпендикулярний поверхні.
В рамках Австрійської програми космічних застосувань (ASAP) австрійський геоїд був перерахований. Цей проект був проведений спільно Інститутами навігації та супутникової геодезії та числової математики Технологічного університету в Граці. Федеральне управління з питань метрології та зйомок (BEV) виступило в ролі консультативного партнера та надало дані.
Для всієї національної території Австрії відхилення від перпендикуляра можна розрахувати та подати щодо еліпсоїда Бесселя в системі відліку MGI. Точність (зовнішня) становить 2-3 см. На австрійській карті геоїдів показано хвилеподібні хвилі в ізолініях. Діапазон значень знаходиться між
-2 м на заході Іннвіртель і
+3,5 м в Ецтальських Альпах або у Східному Тіролі.
Чи знали ви, що зміни тиску повітря також спричиняють зміни на земній поверхні? Ці відхилення знаходяться в сантиметровому діапазоні.
Геодезична дата
Оскільки геоїд надзвичайно складний математично, картографи використовують еліпсоїдну модель для картографування місцевості - див. Нижче. Він служить довідковою системою для картографів і називається геодезичною базою даних (датою карти або датою карти). Це означає визначення еталонної поверхні, її зберігання та орієнтацію в просторі, а також масштаб системи.
Місцеві особливості відповідають за те, що у всьому світі було визначено понад 100 різних еліпсоїдів (довідкових систем). Локально виведені еліпсоїди, однак, демонструють менші локальні відхилення.
WGS84
Супутникові вимірювання призвели до використання таких систем, як WGS84 (World Geodetic System 1984) та GRS80 (Geodetic Reference System 1980), як найкращих еліпсоїдів для всього геоїду. Ці глобальні еліпсоїди забезпечують узгодженість усіх карт у всьому світі.
Найважливіші еліпсоїдні моделі для порівняння:
| Еліпсоїд Бесселя | Потсдамська дата | 6377.397 км | 6356.079 км |
| Consectetur | ED50 | 6378.388 км | 6356.912 км |
| Міжнародний еліпсоїд | ETRS89 | 6378.137 км | 6356.752 км |
| Світова геодезична система 1984 | WGS84 | 6378.137 км | 6356.752 км |
Північні напрямки
Де насправді північ? Північ - це напрямок, на який спрямована стрілка компаса. Але вісь обертання землі не збігається з магнітним північним полюсом, а відхиляється від нього. Для картографічного картографування земної поверхні розрізняють наступні північні напрямки:
■ Сітка північ (GiN)
Сітка на північ на топографічних картах - це напрямок ліній сітки, що виходять на північ системи координат Гаусса-Крюгера або UTM. Ці лінії сітки проходять паралельно центральному меридіану меридіанної смугової системи, так що їх напрямок відхиляється від меридіанного напрямку у відповідній точці на величину меридіанної конвергенції.
■ Географічно північ
Географічний північ - це місце, де всі підозрюють напрямок - на географічному Північному полюсі. Це північний напрямок, який нам показує Полюсна зірка, і північне перетин меридіанів еліпсоїда Землі.
■ Магнітна північ
Магнітний північ - це північний напрямок, на який спрямована стрілка компаса. Цей напрямок залежить від місцезнаходження і не збігається з Північним полюсом. Це завжди змінюється.
Оскільки існують різні північні напрямки, нам також потрібні різні кути для розрахунку відхилень. Ми розрізняємо схилення, відхилення голки та зближення меридіана.
Відхилення північних напрямків один від одного
■ відмінювання
Кут між справжньою північчю і магнітною північчю називається схиленням або магнітним схиленням. Лінії магнітного поля "блукають" на захід з магнітними полюсами. Місцеві магнітні порушення також впливають на схилення.
■ Зближення меридіанів
Кут між справжньою північчю та сіткою півночі відомий як збіжність меридіанів. Збіжність меридіанів у певній точці земної поверхні залежить від відповідного картографічного відображення та положення точки. Значення збіжності меридіана обчислюються (і не вимірюються!). Збіги меридіанів дорівнюють нулю на відповідних основних меридіанах.
■ Відхилення голки
Кут між північною сіткою та магнітною північчю є відхиленням голки. Оскільки магнітне поле Землі зазнає постійних коливань, положення магнітних полюсів змінюється з часом, і, отже, величини відхилення та відхилення голки.
На центральному меридіані сітка півночі збігається з справжньою північчю. Отже, тут відхилення голки становить 0 градусів. Чим більша відстань до центрального меридіана, тим більша збіжність меридіана. Для полегшення використання топографічних карт, трьох північних полюсів та їх Відхилення в градусах або лініях вказано.
Для того, щоб мати змогу пов’язати різні точки земної поверхні з єдиною системою, потрібна відповідна опорна поверхня. Для наближення форми землі, залежно від розміру площі, яку потрібно зобразити, можна використовувати різні геометричні поверхні: площину, кулю або еліпсоїд.
Площина як еталонна поверхня
Площину як еталонну поверхню можна використовувати лише на дуже обмеженій площі через вигнуту форму землі. Ця область обумовлена тим, що спотворення, спричинені кривизною землі, повинні залишатися меншими за похибки вимірювань, які слід очікувати під час вимірювання.
Еліпсоїд обертання як опорна поверхня
Для того, щоб працювати з даними і мати можливість їх порівняти, необхідно знати, як вони відносяться до земної поверхні. Положення в системі відліку описується координатами, які присвоюються системі координат. Координати - це пари чисел, які описують положення точки на опорній поверхні. Ці числа можуть бути кутами або довжинами.
Якщо в математиці використовується система координат проти годинникової стрілки, то в геодезії - за годинниковою стрілкою. Повне коло поділяється в геодезичній системі координат від 0 до 400 кут, тоді як в математиці повне коло має 360 °. У математиці горизонтальну вісь називають у, а вертикальну - х; в геодезії все навпаки.
Для того, щоб визначити точне положення кожного місця на землі, були розроблені просторові системи координат. Найпоширенішою є географічна система координат. Воно виникає внаслідок обертання земного тіла навколо нерухомої осі. Земна вісь пронизує земну поверхню на полюсах. Екватор лежить точно між цими нерухомими точками на земній поверхні. Якщо тепер ви з'єднаєте полюси за найкоротшим можливим шляхом і створите паралельні кола до екватора, буде створена глобальна сітка.
Системи відліку географічних координат визначають точки на земній поверхні відносно екватора та першого меридіана за допомогою інформації в кутових розмірах. Відхилення від екватора називається широтою, а відхилення від меридіана - довготою.
Широта
Географічна широта місця - це кут в центрі землі до екваторіальної площини. Кут вказується в градусах (°), дугових хвилинах (') та дугових секундах (") на північ (N) для північної півкулі або (S) для південної півкулі.
Географічна довгота
На уявній сферичній поверхні Землі всі довготи, на відміну від географічних широт, завжди є великими колами з колом Землі приблизно 40000 км. Вони ріжуть екватор та інші паралелі на земній поверхні під прямим кутом і проходять найкоротший шлях від полюса до полюса. Половина довготи називається меридіаном. Навіть якщо Землю розглядати як еліпсоїд обертання, всі меридіани мають однакову довжину через обертальну симетрію.
Коли Нуль мердіан меридіан, який проходить через колишню обсерваторію Грінвіч (Лондон), був довільно встановлений. Починаючи від першого меридіана, відлічується 180 ° на схід чи захід. 180-й градус довготи є також лінією дати. Відстань між меридіанами зменшується зі збільшенням ширини. Тоді на полюсах воно дорівнює нулю. Географічна довгота місця - це кут на земній осі до першого меридіана.
На даху обсерваторії придворний астроном Джон Понд встановив шкіряний покрив Часова куля Встановлено. Це все ще піднімається щодня і падає рівно о 13:00 (14:00 за центральноєвропейським часом; влітку о 13:00 за літнім часом, о 14:00 за CEST). Це дозволило кораблям на Темзі встановлювати хронометри своїх кораблів на точний середній час за Грінвічем.
Геоцентричні координати
Геоцентричні координати складаються з трьох довжин, які описують положення в тривимірному просторі. Геоцентричні X-, Y-, Z-координати відносяться до закріпленої на землі системи, початок якої лежить у центрі ваги Землі. Вісь X вказує в напрямку екваторіальної площини через простий меридіан у Грінвічі. Вісь Y у напрямку екваторіальної площини, від Грінвіча на 90 ° на сході та вісь Z у напрямку осі обертання Землі.
Міжнародна географічна система відліку
Міжнародна географічна система координат - це тривимірна (сферична) система координат, що складається з кругових ліній, перпендикулярних одна одній, кіл широти (горизонтальна) та кіл довготи (вертикальна).
Половина довготи називається меридіаном. Починаючи від екватора (кола широти) (0 °), рахується 90 ° на північ (N) або 90 ° на південь (S). Починаючи від першого меридіана Грінвіча (0 °), відлічує 180 ° на захід (захід) або 180 ° на схід (E або E на схід). Позначення E для Сходу запобігає змішуванню O (для Сходу) з 0 (нуль), і тому воно також поширене в німецькомовних країнах. Система також відома як географічна система координат Грінвіч.
"Світова геодезична система 1984" - це система відліку, визначена американським Міністерством оборони, яка передається користувачеві за допомогою супутникових орбітальних даних і забезпечує координатну систему. Завдяки глобальній тектоніці плит координати WGS84 щороку змінюються в діапазоні сантиметрів.
ETRF89
"Європейська наземна система відліку 1989" є статичною системою відліку. Він використовується лише в Європі для супутникових вимірювань в сантиметровому діапазоні - державні топографічні карти Австрії (EBV) базуються на цій системі відліку. Для навігаційних застосунків на відкритому повітрі WGS84 та ETRF89 можна вважати однаковими.
Перетворення координат
Перетворення координат переносить координати з їх просторової системи відліку в іншу просторову систему відліку. За останні кілька десятиліть значення місцевих опорних систем зменшилось, оскільки геодезичні системи штатів були перетворені на міжконтинентальні еліпсоїди, такі як WGS84. Це особливо важливо для користувачів навігаційних пристроїв.
Хоча навігаційні пристрої в основному працюють з датою WGS84, топографічні карти Австрії посилаються на місцеву систему відліку, таку як ETR89. Сучасні приймачі супутників, якщо їх встановити відповідно, здатні компенсувати дані один проти одного. Тож уважно подивіться на геодезичну дату вашої карти, узгоджуючи їх з навігаційним пристроєм.
Дизайн мережі карт (також Карта ілюстрації називається) - метод у картографії, за допомогою якого крива поверхня (тривимірної) землі переноситься на плоску (двовимірну) карту.
Деякі носять чисто математичний характер, інші можна сприймати як геометричну проекцію. Щоб зрозуміти поняття проекції карти, корисно уявити земну кулю з джерелом світла. Це джерело світла проектує точки, лінії та поверхні земної кулі на поверхню допоміжного тіла, яке легко можна скотити в площину.
Класифікація за областями зображення
Проекція площини (Азимутальна проекція)
Азимутальне зображення торкається землі в одній точці. Багато азимутальних зображень є реальними перспективними проекціями (центральними проекціями), що означає, що їх також можна побудувати геометрично. Цей тип картографування особливо підходить для відображення кругових областей, наприклад областей полюсів. Вона буде серед іншого. використовується для зоряних карт через кутову точність.
Проекція конуса
За допомогою проекцій конуса земля наноситься на конус. Вісь конуса проходить через центр Землі. Проекція перетину Ламбертіана - одна з найвідоміших конструкцій мереж карт. Це конформна проекція конуса з колами широти, відтвореними без спотворень. Деякі карти в авіації є картами Ламберта, і на міжнародній карті світу також використовується проекція Ламберта.
Циліндр Pпроекція
Виступи циліндрів будуються навколо землі за допомогою циліндра.
Сюди входить проекція Меркатора. У системах координат Гаусса-Крюгера та UTM використовується поперечна проекція циліндра (горизонтальна вісь циліндра).
Щоб спотворення були невеликими, використовуються системні смуги шириною 6 °. Координати позначаються як східне значення ("Схід" E) і північне значення ("Північ" N). Проекційні карти Меркатора переважно використовуються в мореплавстві.