- Земля, її форма і координати.
- Параметри еліпсоїдів в різних системах координат для GPS-навігаторів.
- Географічна широта.
- Географічна довгота.
Як відомо, більшості з нас, Земля представляється у формі, близькій до кулі, але всім відомо, що вона не куля. Відмінність, дуже суттєва для точної навігації і системи координат. Складна поверхню Землі отримала ще в 19 столітті назва геоїда. Поверхня геоїда збігається з поверхнею морів і океанів в їх спокійному стані і віртуально триває під материками.
Земля, її форма і координати.
Для практичного застосування широкого поширення набули дві моделі форми Землі: сферична з спрощеним уявленням її у вигляді кулі з радіусом 6371,1 кілометра і сфероїдальних у вигляді еліпса обертання (еліпсоїда). Під ним розуміють геометричну фігуру, яка утворюється при обертанні еліпса навколо своєї малої осі. Розміри еліпсоїда обертання, його орієнтація і розташування відносно центру мас Землі можуть варіюватися для досягнення найбільшої точності наближення до реальної земної поверхні. Слід усвідомити, що кожної використовуваної моделі відповідає і своя система координат.
Коли ми говоримо про якусь систему координат, то маємо на увазі і відповідну модель еліпсоїда. Але і це ще не все відмінності, які потрібно знати користувачеві системи GPS. Якщо параметри еліпсоїда підбираються для Землі в цілому, то такий еліпсоїд отримав назву загального земного еліпсоїда (ЗЗЕ). З метою ж опису локальної (часткової) області поверхні Землі з більшою точністю може використовуватися еліпсоїд з іншими параметрами.
Такий еліпсоїд, законодавчо прийнятий для вимірювань і обробки геодезичних даних, називається референц-еліпсоїдом (РЕ), а утворена їм система координат - референцній. У референц-еліпсоїді його мала вісь не збігається з віссю обертання Землі, але повинна бути паралельна їй. У ЗЗЕ мала піввісь завжди збігається з віссю обертання, а центр еліпсоїда збігається з центром мас Землі.
На території СНД використовуються дві загальземного системи координат, ПЗ-90 і Міжнародна WGS-84 (Wordl Geodetic System 1984). Цифри в позначенні системи вказують на рік її створення. Обидві системи близькі один до одного. ПЗ-90 використовується на території СНД для геодезичного забезпечення орбітальних польотів, a WGS-84 застосовується в усьому світі для обробки супутникових вимірювань GPS. До російським референцних систем відносяться системи СК-42 (Пулково) і СК-95. Обидві системи використовують еліпсоїд Красовського (введений з 1946 р) і застосовуються при виконанні геодезичних і картографічних робіт.
При навігації і використанні GPS-навігаторів дуже важливо розуміти, що відображення GPS-позицій на картах з різними системами координат без їх перерахунку призведе до більших помилок. Тому використовуються картографічні програми, що дозволяють переводити дані, наприклад, з системи WGS-84 в місцеві системи координат. На щастя, у користувачів портативних GPS-навігаторів цієї проблеми взагалі немає. При використанні спільно з GPS-навігатором паперової карти з координатної сіткою необхідно перевірити збіг систем координат карти і навігатора.
При необхідності можна зробити налаштування системи координат навігатора, встановивши в ньому параметри, звані датум, відповідні завантаженій карті або вибравши для користувача датум. Перетворення координат навігатор виконає тоді автоматично. Датум є геодезична система координат, однозначно визначається розмірами свого еліпсоїда і його положенням по відношенню до центру Землі. Число різних датум, а простіше - систем координат, що використовуються у світовій картографії, більше сотні. Різні датум були запропоновані з метою отримання найкращого наближення визначається ними моделі до реальної поверхні Землі даного регіону.
Наприклад, локальний Північноамериканський датум NAD-27 розроблений для найкращого представлення Північної Америки, а локальний Європейський датум ED-50 створений для використання в Європі. Локальні датум не можна застосовувати поза області, для якої вони були розроблені. Для зручності користувача GPS-навігаторів в їх пам'ять закладені параметри багатьох датум, що дає можливість використовувати в них електронні карти з різних джерел без будь-яких складнощів.
На багатьох паперових картах вказана поправка для переходу з системи координат карти до міжнародної WGS-84, в якій працює GPS. Наприклад, щоб точку, що знаходиться в районі Балтійського моря і Ладоги, з координатами по WGS-84 системі нанести на російську карту, побудовану в системі Пулковської обсерваторії 1942 року, необхідно змістити це точку на 0,14 хвилини на схід. На широті Петербурга Ця різниця відповідає приблизно 130 метрам.
Параметри еліпсоїдів в різних системах координат для GPS-навігаторів.
Для визначення положення будь-якого об'єкта на поверхні Землі використовується система з географічних координат і двох особливих точок - полюсів Північного і Південного. Полюса є, як відомо, точками перетину осі обертання Землі з поверхнею еліпсоїда. Найбільш наочно географічні координати подаються в сферичної моделі Землі. У ній географічні координати, широта і довгота, визначаються за допомогою кіл, що утворюються при перетині кулястої моделі Землі площинами: для широти - в горизонтальному напрямку, а для довготи - в вертикальному.
Окружність EQ, утворена на поверхні кулі горизонтальної січної площиною, перпендикулярної земної осі і проходить через центр кулі, називається екватором. Він ділить земну кулю на північну і південну півкулі. Окружності малих кіл, площини яких паралельні площині екватора, утворюють паралелі (РР). Кола, що утворюються площинами, що проходять через земну вісь, отримали назву меридіанів (географічних або справжніх). Серед всіх меридіанів треба виділити початковий (нульовий) PnGPs, званий Грінвічському, оскільки він проходить через астрономічну обсерваторію в Грінвічі (Англія). Цей меридіан ділить земну кулю на східне і західне півкулі.
Географічна широта.
Географічною широтою деякої точки на поверхні земної сфероїд називається кут між площиною екватора і нормаллю (прямовисною лінією) до цієї поверхні. Для моделі Землі у вигляді кулі нормаль збігається із земним радіусом ОМ, проведеним через дану точку М в центр кулі. Широта вимірюється дугою меридіана (кут МОЛ) від екватора до паралелі даної точки. Широта приймає значення в діапазоні від 0 до 90 градусів. Якщо точка знаходиться в північній півкулі, то широті приписують найменування N (північне), якщо в південному - S.
Географічна довгота.
Географічної довготою будь-якої точки називається двогранний кут між площинами початкового (нульового) меридіана і меридіана, що проходить через задану точку. Так, довгота точки М визначається кутом GOL. Довгота вимірюється меншою дугою екватора GL, а, приміром, не дугою GEQL. Рахунок довгот ведуть на схід або захід від початкового меридіана, від 0 до 180 градусів.
Якщо точка знаходиться в східній півкулі, то довготі приписує найменування Е (східна), якщо в західному - W (західна). Іноді, для позначення півкуль точки, в координатах використовуються знаки +/-. Причому знак мінус приписують координатами, що знаходяться в південному і західному півкулях. Для географічних координат в GPS-навігаторах використовуються наступні формати:
- ddd.mm.ss.s - градуси, мінути, секунди,
- ddd.dddd - градуси, десяткові частки градусів,
- ddd.mm.mmm - градуси, мінути, десяткові частки хвилин.
За матеріалами книги «Все про GPS-навігаторах».
Найман В.С., Самойлов А.Е., Ільїн Н.Р., Шейніс А.І.