Системы координат в геодезии и картографии¶

Системы координат в геодезии и картографии — это упорядоченные совокупности правил и параметров, задающих способ определения положения точек на земной поверхности, в пространстве или на плоскости карты. Они обеспечивают единообразие измерений, вычислений и отображения географических данных, являясь математической основой для создания карт, проведения топографических съёмок и работы спутниковых навигационных систем.

¶Общие принципы

Любая система координат включает в себя начало отсчёта, набор осей или базовых поверхностей и правила определения координат. В геодезии и картографии принципиальное значение имеет выбор модели Земли. Поскольку физическая поверхность планеты сложна, для вычислений применяются аппроксимирующие фигуры: сфера, эллипсоид вращения или геоид. Референц-эллипсоид с заданными размерами (большой полуосью и сжатием) служит основой для большинства систем координат.

¶Классификация систем координат

¶Географическая система координат

Географическая система координат определяет положение точки на эллипсоиде или сфере через географическую широту и географическую долготу, измеряемые в градусах. Широта отсчитывается от плоскости экватора (от 0° до 90° к северу и югу), долгота — от начального (Гринвичского) меридиана (от 0° до 180° к востоку и западу). Высота точки над уровнем моря задаётся отдельно, как правило, в Балтийской системе высот. Эта система является глобальной и используется для общих географических описаний.

¶Прямоугольные (декартовы) системы координат

Для инженерных и кадастровых задач удобнее плоские прямоугольные координаты. В России и ряде других стран применяется проекция Гаусса — Крюгера, при которой эллипсоид проецируется на плоскость по зонам (6° или 3° по долготе). Координаты X (на север) и Y (на восток) отсчитываются в метрах от условного начала зоны. Эта система лежит в основе государственной системы координат (СК-42, СК-95).

¶Геодезические и астрономические координаты

Различают геодезические координаты (широта B, долгота L, высота H), отнесённые к референц-эллипсоиду, и астрономические координаты, определённые по результатам наблюдений небесных светил относительно отвесной линии. Расхождение между ними обусловлено уклонением отвеса и учитывается при высокоточных измерениях.

¶Пространственные прямоугольные координаты (Геоцентрические)

С развитием спутниковой навигации широкое распространение получили геоцентрические прямоугольные координаты (X, Y, Z), начало которых совпадает с центром масс Земли. Они используются в глобальных навигационных спутниковых системах (ГЛОНАСС, GPS) и в международных земных опорных системах (ITRS, WGS-84).

¶Государственные и местные системы координат

В Российской Федерации действует Государственная система координат (например, СК-95), которая является обязательной для геодезических и картографических работ федерального значения. Для ведения кадастра недвижимости и градостроительной деятельности субъекты РФ могут устанавливать местные системы координат (МСК), привязанные к государственной системе через параметры перехода. Местные системы позволяют минимизировать искажения на ограниченной территории.

¶Системы высот

Определение высот ведётся от исходной уровенной поверхности — геоида, который приближённо совпадает со средним уровнем Балтийского моря (Балтийская система высот 1977 года). Различают ортометрические, нормальные и динамические высоты. В России используется нормальная система высот, где высота точки отсчитывается от квазигеоида.

¶Современные глобальные системы

Международная система WGS-84 (World Geodetic System 1984) является стандартом для GPS и большинства мировых картографических сервисов. Российская система ПЗ-90 (Параметры Земли 1990 года) используется для орбитальных расчётов ГЛОНАСС. Обе системы являются геоцентрическими, но отличаются параметрами эллипсоида и ориентировкой осей, что требует применения формул пересчёта (трансформаций) при переходе между ними.

¶Применение

Системы координат применяются во всех сферах, связанных с пространственными данными: при создании топографических карт, ведении государственного кадастра недвижимости, строительстве, навигации, геологических изысканиях, в системах автоматизированного проектирования (САПР) и геоинформационных системах (ГИС). Корректный выбор и знание параметров системы координат являются обязательным условием совместимости данных из разных источников.

¶Источники

• Инструкция по межеванию земель (Роскомзем, 2003).
• ГОСТ Р 51794-2008 «Глобальные навигационные спутниковые системы. Системы координат».
• Основные положения о государственной геодезической сети Российской Федерации (2004).