Veda na mape a zameranie na Zem ÖTK · Rakúsky klub turistov
Zem a jej zobrazenie na mapách
Tvorba máp predpokladá, že veľkosť a tvar zemského telesa sú matematicky presne zaznamenané. Vďaka rotácii a gravitácii Zeme sa tvar zemského telesa podobá rotačnému elipsoidu, ktorý je na póloch mierne sploštený a na rovníku mierne zakrivený. Zemský povrch (topografia) je preto ťažké určiť a je mimoriadne nevhodný ako referenčný povrch pre geodetické merania polohy a vytváranie topografických máp.
Tu môžete zistiť, čo by ste mali vedieť o mapách, súradniciach, referenčných systémoch, informáciách o nadmorskej výške, orientácii a navigácii pomocou kompasu a satelitu.
Zem nie je guľatá - ale geoid (elipsoid revolúcie)
Na začiatku 19. storočia zisťoval Carl Friedrich Gauss (1777 - 1855) pri svojich meraniach odchýlky od elipsoidnej teórie. Z dôvodu gravitačného poľa Zeme, jeho rotácie a gravitačného zrýchlenia predstavuje nepravidelný povrch. Tento údaj sa nazýva geoid. Hrboly a preliačiny, ktoré dodávajú geoidu zemiakový vzhľad, sú spôsobené gravitačnými anomáliami. Gravitácia je súčet gravitačných a odstredivých síl v dôsledku rotácie Zeme.
Zemský povrch je ťažké určiť a je mimoriadne nevhodný ako referenčný povrch pre geodetické merania polohy. Pri meraniach približná hodnota (s presnosťou na 50 metrov) geometrická referenčná plocha (Elipsoid, guľa alebo rovina).
V prípade technológií a geovied prevládajú pozemské súradnicové systémy, ktoré majú presnú definíciu na zemskom povrchu (informácie o polohe) alebo geoide (informácie o výške) pomocou geodetického referenčného systému (referenčný elipsoid).
Volá sa vzdialenosť povrchu geoidu od referenčného elipsoidu Zvlnenie geoidu alebo. Výška geoidu a môže byť až 100 m a líšiť sa približne o ± 30 metrov na 1000 km - na obrázku vyššie červeno.
Normálna nula = priemerná hladina mora
V porovnaní s tým zodpovedá Geoid s najväčšou pravdepodobnosťou imaginárna plocha, ktorá sleduje „strednú hladinu mora“ a pokračovanie v kontinentálnej oblasti. Priemerná hladina mora sa určuje pomocou pozorovaní hladiny (napr. Amsterdam, Terst). Referenčnou oblasťou pre všetky nadmorské výšky je preto priemerná hladina mora (krátky MSL = Stredná hladina mora) oceánov, tiež Normálna nula (NN) zavolal.
Poloha bodu na zemskom povrchu (= rotačný elipsoid) je pôvodne definovaná zadaním (geografickej) zemepisnej dĺžky a šírky. The ortometrická výška je teraz relatívna vzdialenosť (vo vertikálnom smere) od bodu na zemskom povrchu k geoidu (priemerná hladina mora).
Odchýlka povrchovej olovnice
Gravitačné a odstredivé sily znamenajú, že kolmička nesmeruje k stredu Zeme, ale vždy k ťažisku Zeme. Geoidný povrch je oblasť, kde kolmica je vždy kolmá na povrch.
V rámci rakúskeho programu vesmírnych aplikácií (ASAP) bol rakúsky geoid prepočítaný. Tento projekt uskutočnili spoločne ústavy pre navigáciu a satelitnú geodéziu a numerická matematika na Technickej univerzite v Grazi. Federálny úrad pre metrológiu a geodéziu (BEV) pôsobil ako poradný partner a sprístupňoval údaje.
Pre celé územie Rakúska možno odchýlky od kolmice vypočítať a predložiť vo vzťahu k Besselovmu elipsoidu v referenčnom systéme MGI. (Vonkajšia) presnosť je 2 - 3 cm. Rakúska geoidová mapa zobrazuje zvlnenie geoidu v znázornení izolínu. Rozsah hodnôt je medzi
-2 m v západnej časti Innviertel a
+3,5 m v Ötztalských Alpách alebo vo východnom Tirolsku.
Vedeli ste, že zmeny tlaku vzduchu spôsobujú aj zmeny na zemskom povrchu? Tieto odchýlky sú v rozmedzí centimetrov.
Geodetický dátum
Pretože geoid je matematicky mimoriadne zložitý, kartografi používajú pri mapovaní oblasti elipsoidný model - pozri nižšie. Slúži ako referenčný systém pre kartografov a nazýva sa geodetický údaj (mapový údaj alebo mapový údaj). To znamená definíciu referenčnej plochy, jej uloženie a orientáciu v priestore a mierku systému.
Miestne zvláštnosti sú zodpovedné za to, že na celom svete je definovaných viac ako 100 rôznych elipsoidov (referenčných systémov). Lokálne odvodené elipsoidy však vykazujú menšie lokálne odchýlky.
WGS84
Satelitné merania viedli k použitiu systémov ako WGS84 (World Geodetic System 1984) a GRS80 (Geodetic Reference System 1980) ako najlepších elipsoidov pre celý geoid. Tieto globálne elipsoidy zaisťujú konzistenciu všetkých máp na celom svete.
Najdôležitejšie modely pre porovnanie elipsoidu:
| Besselov elipsoid | Postupimské rande | 6377 397 km | 6356,079 km |
| Consectetur | ED50 | 6378,388 km | 6356,912 km |
| Medzinárodný elipsoid | ETRS89 | 6378,137 km | 6356,752 km |
| Svetový geodetický systém 1984 | WGS84 | 6378,137 km | 6356,752 km |
Severné smery
Kde je vlastne sever? Sever je smer, ktorým ukazuje ručička kompasu. Ale os rotácie Zeme sa nezhoduje s magnetickým severným pólom, ale odchyľuje sa od neho. Pri kartografickom mapovaní zemského povrchu sa rozlišuje medzi týmito severnými smermi:
■ Severná sieť (GiN)
Mriežka na sever v topografických mapách predstavuje smer severne smerujúcich mriežok súradnicového systému Gauss-Krüger alebo UTM. Tieto čiary mriežky prebiehajú rovnobežne s centrálnym poludníkom systému prúžkov poludníka, takže sa ich smer odchyľuje od smeru poludníka v príslušnom bode o mieru konverzie poludníka.
■ Geograficky na sever
Na geografickom severe je každý podozrivý zo smeru - na geografickom severnom póle. Je to severný smer, ktorý nám ukazuje Polárna hviezda, a severný priesečník poludníkov elipsoidu Zeme.
■ Magnetický sever
Magnetický sever je severný smer, ktorým ukazuje ručička kompasu. Tento smer je závislý od polohy a nezhoduje sa so severným pólom. Stále sa to mení.
Pretože existujú rôzne severné smery, potrebujeme na výpočet odchýlok aj rôzne uhly. Rozlišujeme medzi deklináciou, odchýlkou ihly a konvergenciou poludníka.
Odchýlky severného smeru od seba navzájom
■ deklinácia
Uhol medzi skutočným severom a magnetickým severom sa nazýva deklinácia alebo magnetická deklinácia. Magnetické siločiary „putujú“ na západ s magnetickými pólmi. Na deklináciu majú vplyv aj lokálne magnetické poruchy.
■ Meridiánová konvergencia
Uhol medzi skutočným severom a severom mriežky sa nazýva poludníková konvergencia. Konvergencia poludníka v určitom bode na zemskom povrchu závisí od príslušného kartografického mapovania a od polohy bodu. Hodnoty konvergencie poludníka sa počítajú (a nemerajú!). Konvergencie poludníkov sú na príslušných hlavných poludníkoch rovné nule.
■ Odchýlka ihly
Uhol medzi severnou mriežkou a magnetickým severom je odchýlka ihly. Pretože magnetické pole Zeme podlieha neustálym výkyvom, mení sa v priebehu času poloha magnetických pólov, a tým aj hodnoty deklinácie a odchýlky ihly.
Na centrálnom poludníku sa mriežka severu zhoduje so skutočným severom. Odchýlka ihly je tu teda 0 stupňov. Čím väčšia je vzdialenosť k centrálnemu poludníku, tým väčšia je konvergencia poludníka. Aby sme uľahčili používanie topografických máp, troch severných pólov a ich Odchýlky v stupňoch alebo čiarach špecifikované.
Aby bolo možné dať do súvislosti rôzne body na zemskom povrchu s jednotným systémom, je potrebný vhodný referenčný povrch. Na priblíženie tvaru zeme možno v závislosti od veľkosti oblasti, ktorá sa má reprezentovať, použiť rôzne geometrické povrchy: rovinu, guľu alebo elipsoid.
Rovina ako referenčná plocha
Rovinu ako referenčnú plochu je možné použiť iba pre veľmi obmedzenú plochu kvôli zakrivenému tvaru zeme. Táto oblasť vyplýva zo skutočnosti, že skreslenia spôsobené zakrivením Zeme by mali zostať menšie ako chyby merania, ktoré sa dajú očakávať počas merania.
Elipsoid rotácie ako referenčná plocha
Na prácu s údajmi a na ich porovnanie je potrebné poznať ich vzťah k zemskému povrchu. Poloha v referenčnom systéme je opísaná súradnicami, ktoré sú priradené k súradnicovému systému. Súradnice sú dvojice čísel, ktoré popisujú polohu bodu na referenčnej ploche. Tieto čísla môžu byť uhly alebo dĺžky.
Zatiaľ čo v matematike sa používa súradnicový systém proti smeru hodinových ručičiek, v geodézii sa používa systém v smere hodinových ručičiek. Celý kruh je v geodetickom súradnicovom systéme rozdelený od 0 do 400 gónov, zatiaľ čo v matematike má celý kruh 360 °. V matematike sa vodorovná os nazýva y a zvislá os x; v geodézii je to naopak.
Na určenie presnej polohy každého miesta na Zemi boli vyvinuté priestorové súradnicové systémy. Najbežnejším je geografický súradnicový systém. Vzniká rotáciou zemského tela okolo pevnej osi. Zemská os preniká zemským povrchom pri póloch. Rovník leží presne medzi týmito pevnými bodmi na zemskom povrchu. Ak teraz spojíte póly čo najkratšou cestou a vytvoríte rovnobežné kruhy s rovníkom, vytvorí sa globálna mriežka.
Referenčné systémy zemepisných súradníc definujú body na zemskom povrchu vo vzťahu k rovníku a nultému poludníku prostredníctvom informácií v uhlových rozmeroch. Odchýlka od rovníka sa nazýva zemepisná šírka a odchýlka od nultého poludníka sa nazýva zemepisná dĺžka.
Zemepisná šírka
Zemepisná šírka miesta je uhol v strede Zeme k rovníkovej rovine. Uhol je udávaný v stupňoch (°), oblúkových minútach (') a oblúkových sekundách (") na sever (N) pre severnú pologuľu alebo (S) pre južnú pologuľu.
Zemepisná dĺžka
Na pomyselnom sférickom povrchu Zeme sú všetky zemepisné dĺžky, na rozdiel od zemepisných šírok, vždy veľkými kruhmi s obvodom približne 40 000 km. Rovník a ďalšie paralely na zemskom povrchu prerezávajú v pravom uhle a vedú najkratšou cestou od pólu k pólu. Polovica zemepisnej dĺžky sa nazýva poludník. Aj keď sa na Zem pozerá ako na elipsoid revolúcie, všetky poludníky sú rovnako dlhé kvôli rotačnej symetrii.
Kedy Nulový merdián poludník, ktorý prechádza cez bývalé observatórium v Greenwichi (Londýn), bol stanovený ľubovoľne. Počnúc od nultého poludníka sa počíta jeden o 180 ° na východ alebo na západ. 180. stupeň zemepisnej dĺžky je tiež dátumovou čiarou. Vzdialenosť medzi poludníkmi sa zmenšuje so zväčšujúcou sa šírkou. Na póloch je to potom nula. Geografická dĺžka miesta je uhol na zemskej osi k nultému poludníku.
Na strechu observatória nainštaloval kožou potiahnutý dvorný astronóm John Pond Časový ples Nainštalované. To sa každý deň stále priťahuje a klesá o 13:00 (SEČ; v lete o 13:00 letného času, 14:00 SELČ). To umožnilo lodiam na Temži nastaviť chronometre lodí na presný greenwichský stredný čas.
Geocentrické súradnice
Geocentrické súradnice pozostávajú z troch dĺžok, ktoré popisujú polohu v trojrozmernom priestore. Geocentrické súradnice X, Y a Z označujú zemský systém, ktorého pôvod leží v ťažisku Zeme. Os X smeruje v smere rovníkovej roviny cez poludník v Greenwichi. Os Y v smere rovníkovej roviny, od Greenwichu 90 ° na východe a os Z v smere zemskej osi otáčania.
Medzinárodný geografický referenčný systém
Medzinárodný geografický súradnicový systém je trojrozmerný (sférický) súradnicový systém zložený z kruhových línií kolmých na seba, kruhov zemepisnej šírky (horizontálne) a kruhov zemepisnej dĺžky (vertikálnych).
Polovica zemepisnej dĺžky sa nazýva poludník. Počínajúc od rovníka (kruh zemepisnej šírky) (0 °) sa počíta 90 ° na sever (S) alebo 90 ° na juh (S). Počnúc nultým poludníkom v Greenwichi (0 °) sa počíta o 180 ° na západ (Z) alebo 180 ° na východ (V alebo V pre východ). Označenie E pre východ bráni zámene O (pre východ) s 0 (nula), a je preto bežné aj v nemecky hovoriacich krajinách. Tento systém je tiež známy ako Greenwichský geografický súradnicový systém.
„Svetový geodetický systém 1984“ je referenčný systém definovaný americkým ministerstvom obrany, ktorý sa prenáša k používateľovi prostredníctvom satelitných orbitálnych údajov a poskytuje súradnicový rámec. Kvôli globálnej doskovej tektonike sa súradnice WGS84 každý rok menia v rozmedzí centimetrov.
ETRF89
„Európsky pozemský referenčný rámec 1989“ je statický referenčný rámec. V rámci Európy sa používa iba na satelitné meranie v centimetrovom rozsahu - štátne topografické mapy Rakúska (EBV) sú založené na tomto referenčnom systéme. Pre navigačné aplikácie vo vonkajšej oblasti možno považovať WGS84 a ETRF89 za identické.
Transformácia súradníc
Transformácia súradníc prenáša súradnice z ich priestorového referenčného systému do iného priestorového referenčného systému. V posledných niekoľkých desaťročiach sa význam miestnych referenčných systémov znížil, pretože geodetické systémy štátov boli prevedené na medzikontinentálne elipsoidy, ako napríklad WGS84. To je obzvlášť dôležité pre používateľov navigačných zariadení.
Zatiaľ čo navigačné zariadenia pracujú hlavne s dátumom WGS84, topografické mapy Rakúska odkazujú na miestny referenčný systém, ako napríklad ETR89. Moderné satelitné prijímače, ak sú zodpovedajúcim spôsobom nastavené, sú schopné navzájom vypočítať údaje. Pri koordinácii s navigačným prístrojom si preto pozorne pozrite geodetický dátum svojej mapy.
Návrh mapovej siete (tiež Ilustračná mapa nazývaná) je metóda v kartografii, pomocou ktorej sa prenáša zakrivený povrch (trojrozmernej) zeme na plochú (dvojrozmernú) mapu.
Niektoré majú čisto matematický charakter, iné je možné považovať za geometrický priemet. Aby sme pochopili koncept mapovej projekcie, je užitočné si predstaviť planétu so zdrojom svetla. Tento svetelný zdroj premieta body, čiary a povrchy zemegule na povrch pomocného telesa, ktoré sa dá ľahko zvinúť do roviny.
Klasifikácia podľa obrazových oblastí
Rovinná projekcia (Azimutálna projekcia)
Azimutálny obraz sa v jednej chvíli dotkne Zeme. Veľa azimutálnych obrázkov sú skutočné perspektívne projekcie (centrálne projekcie), čo znamená, že môžu byť konštruované aj geometricky. Tento typ mapovania je vhodný najmä na zobrazovanie kruhových plôch, napríklad pólových plôch. Bude okrem iného. používané pre hviezdne mapy z dôvodu ich uhlovej presnosti.
Kužeľová projekcia
Pomocou kužeľových výčnelkov sa Zem mapuje na kužeľ. Os kužeľa prechádza stredom Zeme. Lambertiánska križovatková projekcia je jedným z najslávnejších návrhov sieťových máp. Je to konformná kužeľová projekcia s kruhmi zemepisnej šírky reprodukovaná bez skreslenia. Niektoré mapy v letectve sú Lambertove mapy, medzinárodná mapa sveta tiež využíva Lambertovu projekciu.
Valec Pprojekcia
Výčnelky valcov sa konštruujú okolo Zeme pomocou valca.
Patrí sem projekcia Mercator. U súradnicových systémov Gauß-Krüger a UTM sa používa priečny priemet valca (vodorovná os valca).
Aby boli skreslenia malé, používajú sa systémové lišty široké 6 °. Súradnice sa označujú ako východná hodnota („Východ“ E) a severná hodnota („Sever“ N). Mercatorove projekčné mapy sa používajú predovšetkým v námorníctve.