Геоинформационные системы

Какие задачи выполняют ГИС? Что такое географические и атрибутивные данные? Что такое «Проекция» (projection) в смысле геоинформационных систем? В чём отличие ГИС от графических редакторов? 2

3 Экватор 7,5 0 Александрия Сиена 7,5 0 x ( / 180) x r Эратосфен: R=6400 км.

свободное крепление маятника тяжёлый груз отсутствие влияния ветра Отсутствие бокового толчка при запуске маятника 4

целостная и непрерывная оболочка Земли, где её составные части проникают друг в друга и находятся в тесном взаимодействии. Между ними происходит непрерывный энергетический, минеральный и информационный обмен Состав: Земная кора Тропосфера Стратосфера Гидросфера Биосфера Стратисфера 5

6

7 ISO 31-11: r 0 расстояние от начала координат до заданной точки P. 0 θ 180° угол между осью Z и отрезком, соединяющим начало координат и точку P. 0 φ 360° угол между осью X и проекцией отрезка, соединяющего начало координат с точкой P, на плоскость XY θ – зенитный (полярный) угол φ – азимутальный угол

8 Широта́ угол между местным направлением зенита и плоскостью экватора Долгота́ угол между плоскостью меридиана, проходящего через данную точку, и плоскостью начального нулевого меридиана, от которого ведётся отсчёт долготы Высота́ над уровнем моря

9

- фигура, которую образовала бы поверхность Мирового океана и сообщающихся с ним морей при некотором среднем уровне воды, свободной от возмущений приливами, течениями, разностями атмосферного давления и т.д. 10

фигура, предложенная в 1950-х г.г. русским учёным М. С. Молоденским в качестве строгого решения задачи определения фигуры Земли. Квазигеоид определяется по измеренным значениям потенциалов силы тяжести Совпадает с геоидом на территории мирового океана Отклоняется не более чем на 2 м. на суше 11

- эллипсоид вращения, размеры которого подбираются при условии наилучшего соответствия фигуре квазигеоида для Земли в целом или отдельных её частей Виды: общеземной эллипсоид референц-эллипсоид Параметры: большая полуось (экваториальный радиус) эллипсоида, a малая полуось (полярный радиус), b геометрическое (полярное) сжатие, 12

Малая полуось должна совпадать с осью вращения Земли. Центр эллипсоида должен совпадать с центром масс Земли. Высоты геоида над эллипсоидом h i должны подчиняться условию наименьших квадратов: 13

GRS80 (Geodetic Reference System 1980) рекомендован для геодезических работ; WGS84 (World Geodetic System 1984) применяется в GPS ПЗ-90 (Параметры Земли 1990 года) на территории России для геодезического обеспечения орбитальных полетов, в ГЛОНАСС IERS96 (International Earth Rotation Service 1996) рекомендован Международной службой вращения Земли для обработки наблюдений 14

Доступные технологии измерения Место исследований Картируемая область Политические причины (Страны Варшавского договора против НАТО) Средние значения: Экваториальный радиус: 6,378km Полярный радиус: 6,357km ARCINFO поддерживает 26 сфероидов 15

Приближение формы поверхности земли эллипсоидом вращения Используются для учёта особенностей отдельной страны Не совмещены с центром масс Земли Устанавливают квазигеоцентрические координаты Различия координат геоцентрических и квазигеоцентрических систем могут превысить сотню метров 16

17 УчёныйГодСтранаa, км1/f Деламбр1800Франция6375,653234,0 Бессель1841Германия6378,397299,2 Кларк1886 Великобритания 6378,206294,28 Хейфорд1910США6378,388297,0 Красовский 1940СССР6378,245298,3

Измерение: градусы( 0 ) минуты () секунды() Цифровые градусы (xx,xxxx...): dd= d° + m/60 + s/ на экваторе – 30 м. Для точного измерения требуются вычисления с двойной точностью 18 N E + N W + - S E - + S W - Меридиан

19 геоцентрическая широта (c): угол между направлением на данную точку из центра Земли и плоскостью экватора географическая широта (d): угол, образуемый вектором, перпендикулярным к поверхности сфероида всегда используется географическая широта a– большая полуось b – малая полуось d c 1° lat = 1° long = 111,2215 км. (WGS84) Эллипсоид Земля – не идеальный сфероид! касательная

СК-42 (1942 г.) система координат, основанная на эллипсоиде Красовского. принята в 1942 г в СССР для геодезических и картографических работ для гражданского использования СК-95 Современная система координат, с 2000 г. СК-63 Система координат военного назначения ГОСТ Р

21 Гаусса-Крюгера Меркатора - Universal Transverse Mercator (UTM) Зона - это участок земной поверхности, ограниченный двумя меридианами (6 0 ) цилиндр касается эллипсоида по меридиану цилиндр касается эллипсоида по экватору

Триангуляция Теодолиты Уровни Нивелиры Тахеометры GPS 22

23 Геоид Ортометрическая высота Сфероид Земная поверхность Высота эллипсоида U.S. высота геоида На западе высоты отсчитывают от геоида В РФ – от квазигеоида

24 -положение свободной поверхности Мирового океана, измеряемое по отвесной линии относительно некоторого условного начала отсчёта Виды: М гновенный Приливной Среднесуточный Среднемесячный Среднегодовой Среднемноголетний Кронштадтский футшток

Чем объясняется смена времен года? Обращением Земли вокруг Солнца Наклоном оси вращения Земли к плоскости орбиты Сохранением направления оси в пространстве 25

Что бы было, если… Случай 1. ось Земли была перпендикулярна к плоскости эклиптики Случай 2. ось Земли расположилась бы в плоскости эклиптики Случай 3. ось Земли расположилась бы с наклоном 45 o к плоскости эклиптики? 26

А сколько у нас океанов? Атлантический океан Индийский океан Северный Ледовитый океан Тихий океан Южный океан (c 2000 г., район южнее 60 параллели южной широты) 27

Что называют большой полуосью? Что называют малой полуосью? 28

Геостационарная - круговая орбита над экватором Земли, находясь на которой, искусственный спутник обращается вокруг планеты с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения Земли вокруг оси, и постоянно находится над одной и той же точкой на земной поверхности. Геосинхронная - орбита вокруг Земли, для которой период обращения находящегося на ней спутника равен звёздному периоду вращения Земли (23 час. 56 мин. 4,1 с.) 29

UTC – замена GMT Равномерная шкала атомного времени Не переводится зимой и летом Часовые пояса – как смещение относительно UTC 30

Астрономическая Секстант (измерение широты) Хронометр (измерение долготы) Компас Спутниковая GPS ГЛОНАСС GNSS Galileo IRNSS Рентгеновское излучение от других звезд 31

Основные элементы: Орбитальная группировка Наземная система управления и контроля Приёмное клиентское оборудование Информационная радиосистема для передачи поправок Особенности: Собственное время Отсутствие привязки к космическим объектам Релятивистские эффекты (37.7 мкс/сутки) Гравитационные потенциалы 32

С 1973 г. Принадлежит Минобороны США 24 спутника (32 максимум) 6 орбитальных траекторий Два диапазона приема Standard Positioning Service (SPS) 95% времени обеспечивает точность 13 м. по горизонтали, 22 м. по вертикали Precise Positioning Service (PPS) Орбита на высоте 20,2 тыс. км Облет орбиты – 12 ч. 33

с 1982 г. 20 функционирующих спутников (30 в плане) Два диапазона приема 3 орбитальных траектории Покрытие: Россия – 100% Европа – 98% Остальной мир - >80% 34

Не контролируется ни государственными, ни военными учреждениями 3 орбитальных траектории 30 спутников Службы: Открытая общая служба Служба повышенной надёжности Коммерческая служба Правительственная служба Поисково-спасательная служба 35

Навигационная система Индии (IRNSS) покрытие самой Индии и частей сопредельных государств 7 спутников на геостационарных орбитах Навигационная система Китая (Бэйдоу) покрытие Китая и сопредельных государств 2 спутника 36

Скорость света X Время = расстояние Для вычисления всех трех координат нужны 4 спутника 37

Орбиты спутников Наличие объектов-помех, закрывающие Необходимые области неба Влияние атмосферы Отражение радиоволн Отсутствие атомных часов 38

Ionosphere meters (0.4) Troposphere meters (0.2) Ephemeris data meters (0) Satellite clock drift meters (0) Multipath meters (0.6) Measurement noise meters (0.3) Selective availability meters Total ~ 10 meters

Recreational and mapping grade m C/A code Autonomous Recreational and mapping grade m C/A code With differential correction Submeter mapping grade cm to 1 m C/A code & carrier With differential correction Survey grade cm Dual frequency Advanced survey methods

Футшток – уровнемер в виде рейки (бруса) с делениями, установленный на водомерном посту для непосредственных визуальных наблюдений Эклиптика – большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца WGS84 – общеземной эллипсоид, используемый в GPS Latitude – широта Longitude – долгота geodetic latitude – географическая широта geocentric latitude – геоцентрическая широта DOP (Dilution of precision) – снижение точности расчёта координат в системах позиционирования UTC – Universal Coordinated Time GMT – Greenwich Mean Time 41