Harta științei și supravegherea pământului ÖTK · Austrian Tourist Club
Pământul și descrierea lui pe hărți
Crearea hărților presupune că dimensiunea și forma corpului pământului sunt înregistrate matematic cu precizie. Datorită rotației și gravitației pământului, forma corpului pământului seamănă cu un elipsoid de revoluție, care este ușor turtit la poli și ușor curbat la ecuator. Suprafața terestră (topografia) este, prin urmare, dificil de determinat și este extrem de inadecvată ca zonă de referință pentru măsurători ale poziției geodezice și crearea hărților topografice.
Aici puteți afla ce ar trebui să știți despre hărți, coordonate, sisteme de referință, informații despre altitudine, orientare și navigare folosind busola și satelitul.
Pământul nu este rotund - ci un geoid (elipsoid de revoluție)
La începutul secolului al XIX-lea, Carl Friedrich Gauss (1777 - 1855) a determinat abateri de la teoria elipsoidală în timpul măsurătorilor sale. Datorită câmpului gravitațional al Pământului, a rotației acestuia și a accelerației gravitației, acesta reprezintă o suprafață neregulată. Această figură se numește geoid. Umflăturile și loviturile care dau geoidului aspectul său asemănător cartofului sunt cauzate de anomalii ale gravitației. Gravitația este suma forțelor gravitaționale și centrifuge datorate rotației pământului.
Suprafața terestră este dificil de înregistrat și este extrem de inadecvată ca suprafață de referință pentru măsurători de poziție geodezică. Pentru măsurători, o valoare aproximativă (exactă la 50 de metri) suprafață de referință geometrică (Elipsoid, sferă sau plan) este utilizat.
Pentru tehnologie și geoștiințe, predomină sistemele de coordonate terestre, care au o definiție precisă pe suprafața pământului (pentru informații despre locație) sau geoid (pentru informații despre înălțime) prin intermediul unui sistem de referință geodezic (elipsoid de referință).
Se numește distanța dintre suprafața geoidă și un elipsoid de referință Ondulație geoidă sau. Înălțimea geoidului și poate avea până la 100 m și poate varia cu aproximativ ± 30 de metri peste 1000 km - afișat în roșu în graficul de mai sus.
Normal zero = nivelul mediu al mării
În comparație, acest lucru corespunde cu Geoid cel mai probabil o suprafață imaginară, care urmează „nivelul mediu al mării” și continuarea în zona continentală. Nivelul mediu al mării este determinat de observațiile nivelului (de exemplu, Amsterdam, Trieste). Prin urmare, zona de referință pentru toate anchetele este altitudine medie (mic de statura MSL = Nivelul mediu al mării) al oceanelor, de asemenea Normal zero (NN) numit.
Poziția unui punct pe suprafața pământului (= elipsoidul de revoluție) este inițial definită prin specificarea longitudinii (geografice) și a latitudinii. înălțimea ortometrică este acum distanța relativă (în direcția verticală) de la un punct de pe suprafața pământului la geoid (nivelul mediu al mării).
Abaterea plumbului de suprafață
Forța gravitațională și centrifugă înseamnă că o perpendiculară nu indică centrul pământului, ci întotdeauna centrul de masă al pământului. Suprafața geoidă este zona în care o perpendiculară este întotdeauna perpendiculară pe suprafață.
Ca parte a Programului austriac de aplicații spațiale (ASAP), geoidul austriac a fost recalculat. Acest proiect a fost realizat în comun de Institutele pentru Navigație și Geodezie prin Satelit și pentru Matematică Numerică de la Universitatea de Tehnologie din Graz. Oficiul Federal pentru Metrologie și Topografie (BEV) a acționat ca partener consultativ și a pus la dispoziție date.
Pentru întregul teritoriu național al Austriei, abaterile de la perpendiculară pot fi calculate și transmise în raport cu elipsoidul Bessel în sistemul de referință MGI. Precizia (externă) este de 2-3 cm. Harta geoidă austriacă arată ondulațiile geoide în reprezentare izolină. Gama de valori este între
-2 m în vestul Innviertel și
+3,5 m în Alpii Ötztal sau în Tirolul de Est.
Știați că modificările presiunii aerului provoacă și schimbări la suprafața pământului? Aceste abateri se află în intervalul de centimetri.
Data geodezică
Deoarece geoidul este extrem de complex matematic, cartografii folosesc modelul elipsoid la cartografierea unei zone - vezi mai jos. Acesta servește ca sistem de referință pentru cartografi și se numește date geodezice (date de hartă sau date de hartă). Aceasta înseamnă definirea unei suprafețe de referință, stocarea și orientarea acesteia în spațiu, precum și scara sistemului.
Particularitățile locale sunt responsabile pentru faptul că peste 100 de elipsoide diferite (sisteme de referință) au fost definite la nivel mondial. Totuși, elipsoidele derivate local prezintă abateri locale mai mici.
WGS84
Măsurătorile prin satelit au condus la utilizarea unor sisteme precum WGS84 (World Geodetic System 1984) și GRS80 (Geodetic Reference System 1980) ca cele mai bune elipsoide pentru întregul geoid. Aceste elipsoide globale asigură consistența tuturor hărților din întreaga lume.
Cele mai importante modele elipsoide pentru comparație:
| Elipsoidul Bessel | Întâlnire la Potsdam | 6377,397 km | 6356,079 km |
| Consectetur | ED50 | 6378,388 km | 6356,912 km |
| Elipsoid internațional | ETRS89 | 6378,137 km | 6356,752 km |
| World Geodetic System 1984 | WGS84 | 6378,137 km | 6356,752 km |
Direcții nord
Unde este nordul de fapt? Nordul este direcția indicată de acul busolei. Dar axa de rotație a pământului nu coincide cu polul nord magnetic, ci se abate de la acesta. Pentru cartografierea cartografică a suprafeței pământului, se diferențiază următoarele direcții nordice:
■ Grid nord (GiN)
Grila nordică pe hărțile topografice este direcția liniilor de rețea ale sistemului de coordonate Gauss-Krüger sau UTM orientate spre nord. Aceste linii de grilă se desfășoară paralel cu meridianul central al sistemului de benzi meridiane, astfel încât direcția lor se abate de la direcția meridianului în punctul relevant prin cantitatea de convergență a meridianului.
■ Geografic spre nord
Nordul geografic este locul în care toată lumea suspectează direcția - la Polul Nord geografic. Este direcția nordică pe care ne-o arată Steaua Polară și intersecția nordică a meridianelor elipsoidului Pământului.
■ Nordul magnetic
Nordul magnetic este direcția nordică orientată de acul busolei. Această direcție este dependentă de locație și nu coincide cu Polul Nord. Se schimbă mereu.
Deoarece există direcții diferite spre nord, avem nevoie și de unghiuri diferite pentru a calcula abaterile. Facem diferența între declinare, deviație ac și convergență meridiană.
Abateri ale direcțiilor nordice unele de altele
■ declinaţie
Unghiul dintre nordul adevărat și nordul magnetic se numește declinare sau declinare magnetică. Liniile câmpului magnetic „rătăcesc” spre vest cu polii magnetici. Tulburările magnetice locale afectează de asemenea declinația.
■ Convergența meridiană
Unghiul dintre nordul adevărat și nordul rețelei este cunoscut sub numele de convergență meridiană. Convergența meridiană la un anumit punct de pe suprafața pământului depinde de cartografierea cartografică respectivă și de poziția punctului. Valorile convergenței meridianelor sunt calculate (și nu măsurate!). Convergențele meridianelor sunt egale cu zero la meridianele principale respective.
■ Devierea acului
Unghiul dintre grila nord și nordul magnetic este deviația acului. Deoarece câmpul magnetic al Pământului este supus fluctuațiilor constante, poziția polilor magnetici se schimbă în timp și, astfel, cantitățile de declinare și abaterea acului.
La meridianul central, grila nordică coincide cu nordul adevărat. Prin urmare, abaterea acului este de 0 grade aici. Cu cât este mai mare distanța până la meridianul central, cu atât convergența meridianului este mai mare. Pentru a face mai ușoară utilizarea hărților topografice, a celor trei poli nordici și a acestora Abateri în grade sau linii specificat.
Pentru a putea relaționa diferite puncte de pe suprafața pământului cu un sistem uniform, este necesară o suprafață de referință adecvată. Pentru a aproxima forma pământului, în funcție de dimensiunea zonei de reprezentat, pot fi folosite diferite suprafețe geometrice: planul, sfera sau elipsoidul.
Planul ca suprafață de referință
Un plan ca suprafață de referință poate fi utilizat numai pentru o zonă foarte limitată datorită formei curbate a pământului. Această zonă rezultă din faptul că distorsiunile cauzate de curbura pământului ar trebui să rămână mai mici decât erorile de măsurare de așteptat în timpul unei măsurări.
Elipsoidul revoluției ca suprafață de referință
Pentru a lucra cu date și pentru a le putea compara, este necesar să știm cum se raportează la suprafața pământului. Poziția într-un sistem de referință este descrisă prin coordonate care sunt atribuite unui sistem de coordonate. Coordonatele sunt perechi de numere care descriu poziția unui punct pe o suprafață de referință. Aceste numere pot fi unghiuri sau lungimi.
În timp ce un sistem de coordonate în sens invers acelor de ceasornic este utilizat în matematică, un sistem în sensul acelor de ceasornic este utilizat în geodezie. Cercul complet este subdivizat în sistemul de coordonate geodezice de la 0 la 400 gon, în timp ce în matematică cercul complet are 360 °. În matematică, axa orizontală se numește y, iar axa verticală se numește x; în geodezie este invers.
Pentru a determina poziția exactă a fiecărui loc de pe pământ, au fost dezvoltate sisteme de coordonate spațiale. Cel mai comun este sistemul de coordonate geografice. Se naște din rotația corpului pământului în jurul unei axe fixe. Axa pământului pătrunde pe suprafața pământului la poli. Ecuatorul se află exact între aceste puncte fixe de pe suprafața pământului. Dacă acum conectați polii pe cea mai scurtă rută posibilă și creați cercuri paralele la ecuator, se creează o rețea globală.
Sistemele de referință a coordonatelor geografice definesc punctele de pe suprafața pământului în raport cu un ecuator și un meridian primar prin informații în dimensiuni unghiulare. Abaterea de la ecuator se numește latitudine, iar abaterea de la meridianul principal se numește longitudine.
Latitudine
Latitudinea geografică a unui loc este unghiul din centrul pământului față de planul ecuatorial. Unghiul este dat în grade (°), arc minute (') și arc secunde (") nord (N) pentru emisfera nordică sau (S) pentru emisfera sudică.
Longitudine geografică
Pe o suprafață sferică imaginară a pământului, toate longitudinile, spre deosebire de latitudini, sunt întotdeauna cercuri mari cu circumferința pământului de aproximativ 40.000 km. Ei taie ecuatorul și celelalte paralele de pe suprafața pământului în unghi drept și rulează cea mai scurtă rută de la pol la pol. O jumătate de longitudine se numește meridian. Chiar dacă pământul este privit ca un elipsoid de revoluție, toate meridianele au aceeași lungime datorită simetriei rotaționale.
Cand Zero merdian meridianul care trece prin fostul observator din Greenwich (Londra) a fost setat în mod arbitrar. Pornind de la meridianul primar, se numără 180 ° spre est sau vest. Gradul 180 de longitudine este, de asemenea, linia datei. Distanța dintre meridiane scade odată cu creșterea lățimii. La poli este atunci zero. Longitudinea geografică a unui loc este unghiul de pe axa pământului față de meridianul principal.
Pe acoperișul observatorului, astronomul de la curte John Pond a instalat acoperirea cu piele Minge de timp Instalat. Acest lucru este încă ridicat în fiecare zi și cade exact la 1:00 p.m. (2:00 p.m. CET; vara la 1:00 p.m. ora de vară, 2:00 p.m. CEST). Acest lucru a permis navelor de pe Tamisa să-și seteze cronometrele de nave la ora exactă Greenwich.
Coordonatele geocentrice
Coordonatele geocentrice constau din trei lungimi care descriu poziția în spațiul tridimensional. Coordonatele geocentrice X-, Y-, Z se referă la un sistem fixat pe pământ a cărui origine se află în centrul de greutate al pământului. Axa X indică în direcția planului ecuatorial prin meridianul principal din Greenwich. Axa Y în direcția planului ecuatorial, de la Greenwich la 90 ° în est și axa Z în direcția axei de rotație a pământului.
Sistem internațional de referință geografică
Sistemul de coordonate geografice internaționale este un sistem de coordonate tridimensional (sferic) format din linii circulare perpendiculare una pe cealaltă, cercurile de latitudine (orizontală) și cercurile de longitudine (verticală).
O jumătate de longitudine se numește meridian. Începând de la ecuator (cercul de latitudine) (0 °), se numără 90 ° spre nord (N) sau 90 ° spre sud (S). Începând de la meridianul primar din Greenwich (0 °) se numără 180 ° la vest (V) sau 180 ° la est (E sau E pentru est). Denumirea E pentru Est împiedică confundarea O (pentru Est) cu 0 (zero) și, prin urmare, este comună și în țările vorbitoare de limbă germană. Sistemul este, de asemenea, cunoscut sub numele de sistemul de coordonate geografice Greenwich.
„Sistemul geodezic mondial 1984” este sistemul de referință definit de Departamentul american de apărare, care este transmis utilizatorului prin intermediul datelor orbitale prin satelit și oferă cadrul de coordonate. Datorită tectonicii globale a plăcilor, coordonatele WGS84 se schimbă în intervalul de centimetri în fiecare an.
ETRF89
„Cadrul european de referință terestru 1989” este un cadru de referință static. Este utilizat numai în Europa pentru măsurători de satelit în intervalul de centimetri - hărțile de topografie de stat ale Austriei (EBV) se bazează pe acest sistem de referință. Pentru aplicațiile de navigație din zona exterioară, WGS84 și ETRF89 pot fi considerate identice.
Transformarea coordonatelor
O transformare a coordonatelor transferă coordonatele de la sistemul lor de referință spațială la alt sistem de referință spațială. În ultimele decenii, importanța sistemelor de referință locale a scăzut, deoarece sistemele de supraveghere ale statelor au fost convertite în elipsoide intercontinentale, cum ar fi WGS84. Acest lucru este deosebit de important pentru utilizatorii de dispozitive de navigare.
În timp ce dispozitivele de navigație funcționează în principal cu data WGS84, hărțile topografice din Austria se referă la un sistem de referință local, cum ar fi ETR89. Receptoarele moderne de satelit, dacă sunt setate corespunzător, sunt capabile să compenseze datele unele cu altele. Așadar, uitați-vă cu atenție la data geodezică a hărții dvs. atunci când le coordonați cu dispozitivul de navigare.
Un proiect de rețea de hărți (de asemenea Ilustrația hărții numit) este o metodă în cartografie cu care se transferă suprafața curbată a pământului (tridimensional) pe harta plană (bidimensională).
Unele sunt de natură pur matematică, altele pot fi considerate proiecții geometrice. Pentru a înțelege conceptul de proiecție a hărții, este util să ne imaginăm un glob cu o sursă de lumină. Această sursă de lumină proiectează punctele, liniile și suprafețele globului pe suprafața unui corp auxiliar, care poate fi rulat cu ușurință în plan.
Clasificare în funcție de zonele de imagine
Proiecție plană (Proiecție azimutală)
O imagine azimutală atinge pământul la un moment dat. Multe imagini azimutale sunt proiecții reale în perspectivă (proiecții centrale), ceea ce înseamnă că pot fi construite și geometric. Acest tip de mapare este potrivit în special pentru afișarea zonelor circulare, de exemplu zonele polului. Ea va face, printre altele. utilizat pentru hărțile stelelor datorită preciziei unghiulare.
Proiecție conică
Cu proiecțiile conului, pământul este mapat pe un con. Axa conului trece prin centrul pământului. Proiecția de intersecție lambertiană este unul dintre cele mai faimoase modele de rețea de hărți. Este o proiecție conică conformă cu cercuri de latitudine reproduse fără distorsiuni. Unele hărți din aviație sunt hărți Lambert, harta internațională a lumii folosește și proiecția Lambert.
Cilindrul Pproiecție
Proiecțiile cilindrilor sunt construite în jurul pământului folosind un cilindru.
Aceasta include proiecția Mercator. Cu sistemele de coordonate Gauß-Krüger și UTM, se folosește o proiecție transversală a cilindrului (axa orizontală a cilindrului).
Pentru a menține distorsiunile mici, se utilizează benzi de sistem lățime fiecare de 6 °. Coordonatele sunt denumite valoarea estică ("Est" E) și valoarea nordică ("Nord" N). Hărțile de proiecție Mercator sunt utilizate în principal în navigație.