Координатни системи, картографски проекции и координати
Какво трябва да знаем и защо не трябва да ни плашат
Какво представляват координатните системи?
Използваме координатните системи, за да определим мястото на даден обект върху земната повърхност или върху картата.
Всяко място върху земната повърхност или върху картата може да се опише с координати, които могат да се дадат в различни мерни единици – градуси (минути, секунди), метри, километри и др.
Може ли да се опише местоположението на обект върху Земята само с едно число?
Координатните системи се делят на географски, геодезически и локални координатни системи.
Географски координатни системи
При географските координатни системи земното кълбо се приема за сфера. Началото на координатната система е центърът на Земята.
Земното кълбо се разделя на градусна или географска мрежа, съставена от паралели и меридиани.
Паралелите са окръжности, определени от равнини, перпендикулярни на земната ос.
Меридианите са полуокръжности, които свързват двата полюса и лежат на равнини, съдържащи оста на Земята. Тези равнини са перпендикулярни на екваториалната равнина.
Екваторът е точно този паралел, който разделя Земята на две равни полукълба – Северно и Южно полукълбо.
Гринуичкият меридиан, преминаващ през Гринуич, Лондон, се приема за Начален меридиан.
Ето така изглежда гледката от обсерваторията в Гринуич (снимка).
Как се измерват географски координати?
Как се измерват географска дължина (longitude)и географска ширина (latitude), Esri
Географската дължина се отчита от Гринуичкия начален меридиан и се променя от 0° до 180° на изток и от 0° до -180° на запад.
Географската ширина се отчита от Екватора (0°) до Северния полюс (90°) и от Екватора до Южния полюс (-90°).
Всяка точка на земната повърхност се определя от една двойка географски координати – B - географска ширина (latitude англ.) и L – географска дължина (longitude на англ.).
Ако с географската координатна система, определяме местоположението на даден обект върху земната повърхност, то чрез геодезическите координатни системи се определя как точно да го разположим върху равнината на картата.
За да е възможно това - на помощ идват картографските или картни проекции. Вижте как!
Какво е картографската (картна) проекция?
Ето едно определение:
"Математически способ за изобразяване на земното кълбо или част от него върху проекционна равнина."
Да поговорим за формата на Земята.
Трябва да се вземе предвид, че в този модел надморската височина е преувеличена.
Казваме, че тя е геоид. Геоидът е неправилно тяло.
За да можем да представим земята върху карта, е необходимо да приемем, че нейната форма е сфера или елипсоид.
Дали използваме едното или другото тяло, зависи от мащаба на картата и точността, която целим.
Равнина, цилиндър или конус – това е въпросът.
Сферата и елипсоида са неразвиваеми повърхнини.
За да проектираме земната повърхност върху карта, можем да допрем директно равнина или да прибегнем до преходни повърхнини, с които да направим трансформацията.
Такива преходни повърхнини са цилиндърът и конусът. Те са развиваеми повърхнини и лесно могат да бъдат разрязани и разгънати до равнина.
Това означава, че имаме три начина математически да прехвърлим образа на Земята върху карта:
- Директно чрез равнина – такива проекции се наричат „азимутални“;
- Чрез преходна повърхнина „конус“ – тях наричаме „конични";
- Чрез преходна повърхнина „цилиндър“ – тези проекции се наричат „цилиндрични“.
Когато се случва преминаването от сфера (елипсоид) през цилиндър (конус) до равнина...
...или от сфера (елипсоид) директно към равнина, винаги се получават деформации.
Идеалната карта няма деформации, но и не съществува.
Какво са деформациите и защо се получават?
Деформациите, това са изкривяванията на формата или промяна на размерите на дадена геометрична фигура, показващи нейното неправилно изобразяване. (Картография I, T. Бандрова)
"Картографските проекции ще ви помогнат, така да разрежете и разпънете "портокала", че да имате минимални деформации на най-важните места във вашата карта"., Esri
Какви са деформациите по вид?
Картографските проекции могат да променят геометричните фигури на картата по следния начин:
- да променят ъглите;
- да променят дължините;
- да променят площите;
- или да променят формите.
Разгледайте картинката на самолета и наблюдавайте как се изменя формата?
В някои от тях се променят разстоянията и площите, в други пък - формите.
Деформациите, независимо от вида си, могат да се изчислят математически за всяка една точка от картата.
Няма картографска проекция, която да не дава деформации.
Една може да запази ъглите правилни, но да промени площите и да увеличи или намали дължините на линиите. Друга ще запази площите, но върху картата няма да са верни ъглите и дължините.
Така в зависимост от целта на картата, картографът си избира показател, който да запази верен.
Ако искаме да запазим площта, трябва да изберем равноплощни проекции. При тях отношението между площите в реалността и върху картата ще се запазят, но за сметка на изкривяването на ъгли и дължини.
Ако искаме да запазим формите на обектите, трябва да изберем конформни проекции. С тях ъглите ще се запазят, но това ще промени площта и разстоянията.
Съществува трети вид картни проекции – условни, при тях се поставя конкретно условие например – всички меридиани да се изобразят във вярна дължина. На това условие отговаря Азимуталната Еквидистантна.
Да обобщим!
В зависимост от междинната повърхнина, която използваме, за да проектираме Земята върху карта, разделяме картографските проекции на конични и цилиндрични. Ако не използваме междинна повърхнина, а допираме директно равнина, ги наричаме - азимутални.
В зависимост от това какво се изобразява вярно върху картата и какви деформации са избегнати, определяме картографските проекции като равноплощни (еквивалентни), конформни и условни.
Има и още един показател, по който разделяме картографските проекции – в зависимост от това под какъв наклон допираме проекционната повърхнина. Тогава те се делят на нормални (за конус и цилиндър) или полярни (за азимутални), наклонени и екваториални (трансверзални).
Нека сега разгледаме някои от най-популярните картографски проекции и видим как се класифицират спрямо казаното досега.
Често срещани картографски проекции
Започваме с Азимуталните картографски проекции.
При тях прилага ли се междинна повърхнина?
Използваме азимуталните проекции за изобразяване на полукълбата и териториите около полюсите.
Азимутална еквидистантна
При нея меридианите се изобразяват във вярната си дължина. Има деформации в площите и ъглите.
Каква е тази проекция - равноплощна, конформна или условна?
Най-често тази проекция се използва за изобразяване на полюсите. В този случай меридианите са прави линии, които започват от полюса.
Стереографска азимутална
Ъглите се изобразяват вярно, но има деформации в площите и дължините.
Как наричаме проекциите, които запазват ъглите верни?
В случая на изображението е направен полярен изглед - на Южния полюс.
Тъй като се запазват ъглите, меридианите и паралелите винаги се пресичат под 90°. Деформират се разстоянията, затова с отдалечаването от централната точка (в случая посока Екватора), дистанцията между паралелите се увеличават.
Цилиндрични картографски проекции
Тези картографски проекции са подходящи за визуализиране на целия свят или територии около Екватора върху карта.
Цилиндрична равноплощна
Площите са верни, но това води до деформации в ъглите и дължините.
Как са изобразени полюсите на картата?
В тази проекция можете да наблюдавате една от най-забележимите деформации - полюсите от точка се превръщат в линия.
Меркаторова цилиндрична конформна
Това е една от най-използваните и познати картографски проекции. Създадена е от Герардус Меркатор в далечната 1569 г.
Използва се най-често за навигация, тъй като запазва ъглите верни.
Забелязвате ли видими деформации и какви?
При нея се изразяват деформации в площи и дължини. Те са най-осезаеми към полюсите. За пример може да се даде Гренландия, която в реалността е само 1/8 от размера на Южна Америка, а в тази проекция изглежда дори по-голяма.
Конични картографски проекции
Коничните проекции се използват за изобразяване на територии около средните ширини.
Ламбертова конформна конична
При нея ъглите са остават верни, но има деформации в площите и дължините.
Забележете как се променят разстоянията с отдалечаването на центъра.
Но пък е чудесен начин да се представят средните ширини, които се простират в направление изток-запад.
Според вас дали Ламбертовата конформна конична проекция е подходяща за територията на България?
Поликонична картографска проекция
Централният меридиан и Екваторът се изобразяват като прави линии, всички други меридиани и паралели са криви. Мащабът по централния меридиан се запазва, затова тази проекция е подходяща за представяне на територии, които се разпростират основно по направление север-юг.
Каква е тази проекция според вас – равноплощна, конформна или условна?
Картографските проекции не са скучна математика. Понякога те могат да имат и по-ексцентричен вид.
Ето и няколко примера:
От ляво на дясно: Звездата на Бергхаус, проекция на Бон, проекция на Фулър, Esri
Знаете ли каква проекция използват уеб картите?
В повечето случаи уеб картите използват проекцията Web Mercator, която е вариация на класическата Меркаторова проекция. Тя е специално разработена за уеб базирани картографски приложения.
След като разбрахте какво представляват географските координати, използвайте интерактивната карта, за да определите местоположението на интересни за вас места по Света.
Използвайте бутона Measure в най-горния панел, за да снемете от картата координати на точка.
Ако искате да научите повече за измерванията в ArcGIS Online, посетете Първи стъпки с в работата с карти и данни в ArcGIS Online.
Ето и няколко предложения за локации:
- Потърсете най-южната точка на българското Черноморие.
- Посетете Нос Добра надежда в Африка (потърсете с думите "Cape of Good Hope").
- Вземете координатите на върха на кулата на Емпайър Стейт Билдинг в Ню Йорк (Empire State Building).
- Изследвайте координатите на остров Ливингстън (Livingstone Island, Antarctica), където е базата на българските изследователи на Антарктика.
Как се променят координатите в различните части на Света спрямо Екватор и Гринуичкия меридиан?
