Пространственные координаты.

2.4 Пространственные координаты.

Теперь мы можем наблюдать широкий спектр объектов, группировать их при заданном масштабе наблюдения на точки, линии, области и поверхности, а также класси-фицировать их при помощи измерений их характеристик в четырех различных шкалах -номинальной, порядковой, интервалов, отношений - в зависимости от требуемого описания и степени сравнения. Далее необходимо узнать, как объекты взаимодействуют в пространстве, создавая общую картину.
Определение местоположения объекта означает, что должен быть некий механизм со-общения положения каждого наблюдаемого объекта. Первым типом такого механизма является абсолютное местоположение, дающее определенную фиксированную точку на поверхности Земли. Но прежде необходимо иметь систему координат, в которой будет выражаться это положение и которая имеет фиксированное соотношение с земной поверхностью.
Земля в первом приближении - сферический объект, с большими или меньшими отклонениями от этой формы. Если рассматривать ее в целом, то обычно удобно счи-тать ее строго сферической. На этой сфере можно использовать некоторую сферическую систему координат, подчиняющуюся правилам геометрии. Рассматриваемая система ко-ординат имеет два набора воображаемых линий показанных на рисунке 2.4.
Первый набор линий начинается со средней линии Земли, экватора. Эти линии назы-ваются параллелями, поскольку они параллельны друг другу и опоясывают Землю с востока на запад. Экватору присваивается начальное числовое значение 0. Поскольку каждой линии соответствует угол с вершиной в центре Земли, один из лучей которого пересекает земную поверхность в точке, лежащей на этой линии можно использовать для ее числового выражения соответствующее угловое расстояние, называемое широтой.

Рис. 2.4 Географические координаты.

Это одна половина нашей координатной системы. Для завершения ее нам надо провести набор других линий, идущих точно перпендикулярно первым. Эти линии, на-зываемые меридианами, идут от полюса до полюса. Отсчет их начинается с начального меридиана, проходящего через Гринвич, Англия. Если продолжить этот меридиан за по-люса, то он превратится в международную линию смены даты. От начального меридиана отсчитывается угловая величина, называемая долготой.
Эта система угловых измерений позволяет нам обозначить абсолютное положе-ние любой точки на земле простым указанием величин широты и долготы. С ее помо-щью можно описать положение любого выбранного объекта. Вдобавок, эти угловые ве-личины могут быть легко преобразованы в футы, мили, метры или километры, позволяя измерять большие и малые расстояния на земле, с использованием соответствующих формул.
Однако помимо сферической системы координат существуют и другие, позволяющие описывать не только абсолютные положения объектов, но и их отношения с другими объектами в географическом пространстве.
Система координат необходима для определения расстояний и направлений на земле. Географическая система координат, использующая широту и долготу, хороша для определения положений объектов, расположенных на сферической поверхности Земли или промежуточном глобусе. Но так как чаще всего работать придется с двух-мерными картами, спроецированными с этого глобуса, то потребуется одна или не-сколько систем координат, соответствующих различным проекциям. Такие системы ко-ординат на плоскости называются картографическими (геодезическими) прямоугольны-ми системами координат, они позволяют нам точно указывать положение объектов на плоских картах.

Рис. 2.5 Декартова система координат.

Основная система прямоугольных координат состоит из двух линий - абсциссы и ординаты. Абсцисса - горизонтальная линия, содержащая равномерно распределен-ные числа начиная с 0, называемого началом координат, и продолжающаяся так далеко в двух направлениях, насколько это нужно для измерения расстояний (Рисунок 2.5). Ве-личины называются X-координатами, они положительны справа от 0 и отрицательны слева. Вторая линия, ордината, обеспечивает движение по вертикали от той же началь-ной точки в положительном или отрицательном направлении. Вместе они позволяют определять местоположение любой точки или объекта указанием величин Х и Y. По традиции, первой называют координату X, второй - Y. Когда карта ориентирована севе-ром вверх, как обычно, Х-координата называется отсчетом на восток, поскольку он со-ответствует расстоянию от начальной точки в восточном направлении. Аналогично, Y-координата называется отсчетом на север, поскольку он соответствует расстоянию на север от начальной точки. Чтобы исключить западное и южное направление начальную точку размещают на карте так, чтобы все значения были положительны, или, иначе го-воря чтобы все точки оказались в северо-восточном квадранте системы координат. В некоторых случаях размер территории может потребован введения смещенных (ненуле-вых) начал координат, чтобы обеспечить для каждого участка земли достаточно точное представление плоской поверхности.
Несмотря на большое количество имеющихся проекций, подавляющее большин-ство систем координат на плоскости пытаются достичь равноугольности использовани-ем только равноугольных картографических проекций, обычно поперечной Меркатора, полярной стереографической и равноугольной конической Ламберта. Хотя, так бывает не всегда. Например, если область вашего интереса находится вблизи экватора, более полезной может оказаться проекция Меркатора.

Рис. 2.6 Универсальная поперечная координатная система Меркатора.

Наиболее широко распространенной в ГИС системой проекции и координат явля-ется универсальная поперечная Меркатора, показанная на рисунке 2.6. Она использует-ся в большинстве работ с дистанционным зондированием, подготовке топографических карт, построении баз данных природных ресурсов, так как она обеспечивает точные измерения в метрической системе, принятой в большинстве стран и научным сообщест-вом в целом. В ней основной единицей измерения длины является метр.
Каждая секция, образованная пересечением зоны и ряда, обозначается комбина-цией числа и буквы, поэтому можно выделить довольно малые участки земного шара. За исключением самого северного ряда, каждая из таких секций имеет сторону около 100 км поэтому, для измерений с точностью до одного метра достаточно использовать отсчеты на север и восток из пяти десятичных знаков.