WGS 84

WGS 84 (World Geodetic System 1984) — это глобальная геодезическая система координат, разработанная Министерством обороны США. Она представляет собой единую стандартную систему отсчёта для определения местоположения на Земле, её спутниках и в околоземном пространстве. WGS 84 является основой для работы глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), в том числе GPS, и широко используется в картографии, геоинформационных системах (ГИС), авиации, морской навигации, геодезии и военном деле. Система включает в себя модель фигуры Земли (эллипсоид), гравитационное поле и параметры вращения планеты.

История создания

Разработка WGS 84 была начата в 1970-х годах в ответ на потребность в единой, точной и глобальной системе координат, которая заменила бы устаревшие локальные и региональные системы (например, WGS 72, ED50, Пулково-1942). Предшественники WGS 84 (WGS 60, WGS 66, WGS 72) имели ограниченную точность из-за недостатка данных о гравитационном поле Земли и её форме.

Основные этапы:

• 1984 год: официальное принятие системы WGS 84 Министерством обороны США.
• 1987 год: начало использования WGS 84 в системе GPS.
• 1996 год: уточнение параметров (WGS 84 (G730)) по данным спутниковой геодезии.
• 2002 год: очередное уточнение (WGS 84 (G1150)) с использованием данных миссии GRACE.
• 2012 год: последнее на текущий момент уточнение (WGS 84 (G1762)), которое повысило точность модели до 1–2 см.

Система постоянно совершенствуется, однако её основные параметры остаются неизменными с 1984 года.

Основные параметры

WGS 84 базируется на трёх ключевых компонентах: референц-эллипсоиде, гравитационной модели и системе координат.

Референц-эллипсоид WGS 84

Земля в WGS 84 аппроксимируется эллипсоидом вращения (сплюснутым сфероидом). Его параметры:

Эллипсоид WGS 84 является геоцентрическим — его центр совпадает с центром масс Земли (включая океаны и атмосферу). Ось вращения эллипсоида совпадает с осью вращения Земли, а плоскость экватора — с плоскостью земного экватора.

Гравитационная модель

WGS 84 включает модель гравитационного поля Земли (EGM — Earth Gravitational Model). Наиболее известная версия — EGM96, которая описывает геоид (физическую поверхность уровня моря) с точностью до 1 метра. В 2008 году была принята модель EGM2008, обеспечивающая точность до 10 см.

Геодезическая система координат

WGS 84 использует трёхмерную прямоугольную (декартову) систему координат с центром в центре масс Земли:

• Ось X — направлена в точку пересечения нулевого меридиана (Гринвич) и экватора.
• Ось Y — направлена в точку пересечения меридиана 90° восточной долготы и экватора.
• Ось Z — направлена вдоль оси вращения Земли на Северный полюс (по стандарту Международной службы вращения Земли (IERS)).

Координаты точки в WGS 84 могут быть выражены как:

• Геодезические (широта, долгота, высота над эллипсоидом).
• Геоцентрические (X, Y, Z).
• Географические (широта, долгота, высота над геоидом).

Применение

WGS 84 является стандартом для большинства современных навигационных и картографических систем.

Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС)

Система GPS (США) изначально использует WGS 84 для определения координат. Российская система ГЛОНАСС использует собственную систему ПЗ-90 (Параметры Земли 1990 года), однако для совместимости с GPS и международными стандартами координаты ГЛОНАСС могут быть преобразованы в WGS 84. Китайская система BeiDou и европейская Galileo также используют системы, близкие к WGS 84.

Картография и ГИС

Большинство современных карт (включая Google Maps, Яндекс.Карты, OpenStreetMap) используют WGS 84 в качестве базовой системы координат. Это обеспечивает единообразие при обмене данными между различными платформами.

Авиация и морская навигация

Международная организация гражданской авиации (ICAO) и Международная морская организация (IMO) рекомендуют WGS 84 для навигации. Системы автоматического зависимого наблюдения (ADS-B) и AIS (система идентификации судов) передают координаты в WGS 84.

Геодезия и топография

WGS 84 используется для создания государственных геодезических сетей, а также для определения границ земельных участков, строительства и инженерных изысканий. В России для этих целей часто применяется система ПЗ-90, но WGS 84 используется в международных проектах и при работе с GPS.

Военное дело

WGS 84 является основой для систем наведения, картографирования и управления войсками в армиях стран НАТО и многих других государств.

Сравнение с другими системами

WGS 84 не является единственной глобальной геодезической системой. Наиболее известные аналоги:

• ПЗ-90.11 (Россия) — используется в ГЛОНАСС. Параметры эллипсоида: большая полуось 6 378 136,5 м, сжатие 1/298,25784. Разница с WGS 84 составляет около 1–2 метров в плане и до 1 метра по высоте.
• ITRS (International Terrestrial Reference System) — международная система, поддерживаемая IERS. Считается наиболее точной (погрешность менее 1 см). WGS 84 с 2012 года практически совпадает с ITRS (разница не превышает 1 см).
• ED50 (European Datum 1950) — региональная система, использовавшаяся в Европе до внедрения WGS 84. Разница с WGS 84 может достигать 100–200 метров.
• Пулково-1942 — советская система, использовавшаяся в России до 1990-х годов. Разница с WGS 84 составляет от 100 до 300 метров в зависимости от региона.

Точность и ограничения

Точность WGS 84 зависит от версии и метода определения координат. В современных реализациях (G1762) погрешность не превышает 2 см в плане и 5 см по высоте. Однако для пользователей GPS точность в реальном времени составляет 2–5 метров (без коррекции), а с использованием дифференциальных методов (DGPS, RTK) — до 1 см.

Ограничения:

• WGS 84 является статической системой, не учитывающей тектонические движения земной коры. Для регионов с высокой сейсмической активностью (например, Япония, Калифорния) требуется периодическое обновление координат.
• Высота над эллипсоидом WGS 84 отличается от высоты над уровнем моря (геоида) на величину до 100 метров. Для пересчёта используются гравитационные модели (EGM).

Правовой статус в России

WGS 84 не является официальной государственной системой координат в Российской Федерации. Согласно ГОСТ Р 52928-2008, для геодезических и картографических работ на территории России используется система ПЗ-90.11, а для топографических карт — СК-42 (Система координат 1942 года) и СК-95. Однако WGS 84 широко применяется в коммерческих и научных целях, а также в международных проектах. При использовании WGS 84 на территории России необходимо учитывать требования законодательства о лицензировании геодезической деятельности и защите государственной тайны (в случае работы с данными высокой точности).

Источники

• National Geospatial-Intelligence Agency (NGA). World Geodetic System 1984 (WGS 84). Technical Report, 2014.
• International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS). Conventions (2010). IERS Technical Note No. 36, 2010.
• ГОСТ Р 52928-2008. Система спутниковая навигационная глобальная. Термины и определения.
• Параметры Земли 1990 года (ПЗ-90.11). Институт прикладной астрономии РАН, 2014.
• Hofmann-Wellenhof, B., Lichtenegger, H., Wasle, E. GNSS — Global Navigation Satellite Systems. Springer, 2008.