Térképtudomány és a föld felmérése ÖTK · Osztrák Turisztikai Klub
A föld és annak ábrázolása a térképeken
A térképek elkészítéséhez matematikailag rögzíteni kell a föld testének méretét és alakját. A föld forgása és gravitációja miatt a föld testének alakja egy forradalmi ellipszoidra hasonlít, amely a pólusoknál kissé ellaposodik, és az Egyenlítőnél kissé ívelt. A földfelszínt (domborzat) ezért nehéz meghatározni, és rendkívül alkalmatlan a geodéziai helyzetmérésekhez és a topográfiai térképek készítéséhez referenciafelületként.
Itt megtudhatja, mit kell tudni a térképekről, koordinátákról, referencia-rendszerekről, a magasságra vonatkozó információkról, tájolásról és navigációról iránytű és műhold segítségével.
A föld nem kerek - hanem geoid (forradalmi ellipszoid)
A 19. század elején Carl Friedrich Gauss (1777 - 1855) mérései során eltéréseket határozott meg az ellipszoidális elmélettől. A föld gravitációs mezője, forgása és a gravitáció gyorsulása miatt szabálytalan felületet képvisel, ezt az alakot geoidnak nevezzük. Azokat a dudorokat és horpadásokat, amelyek a geoid burgonyaszerű megjelenését adják, a gravitációs rendellenességek okozzák. A gravitáció a föld forgása által okozott gravitációs és centrifugális erők összege.
A földfelszín nehezen rögzíthető, és rendkívül alkalmatlan a geodéziai helyzetmérések referenciafelületére. A mérésekhez hozzávetőleges (50 méteres pontossággal) geometriai referenciafelület (Ellipszoid, gömb vagy sík) használatos.
A technológia és a geotudományok esetében a földi koordinátarendszerek vannak túlsúlyban, amelyek geodéziai referenciarendszer (referencia ellipszoid) segítségével pontosan meghatározzák a föld felszínét (helyinformációkhoz) vagy a geoidokat (magasságinformációkhoz).
A geoid felület referencia ellipszoid távolságát nevezzük Geoid hullámzás vagy. Geoid magasság és 100 m-ig terjedhet, és 1000 km-nél kb. 30 méterrel változhat - a fenti ábrán piros színnel látható.
Normál nulla = átlagos tengerszint
Ehhez képest ez megfelel a Geoid valószínűleg egy képzeletbeli felület, amely követi az "átlagos tengerszintet" és a kontinentális területen folytatást. Az átlagos tengerszintet szintű megfigyelések határozzák meg (pl. Amszterdam, Trieszt). Az összes magasság referenciaterülete tehát a közepes tengerszint (rövid MSL = Az óceánok átlagos tengerszintje), szintén Normál nulla (NN) hívott.
Egy pont helyzetét a föld felszínén (= forradalmi ellipszoid) kezdetben a földrajzi hosszúság és szélesség megadásával határozzuk meg. A ortometrikus magasság a relatív távolság (függőleges irányban) a föld felszínének egy pontjától a geoidig (átlagos tengerszint).
A felületi vízvezeték eltérése
A gravitációs és centrifugális erő azt jelenti, hogy egy merőleges nem a föld közepére mutat, hanem mindig a föld tömegének középpontjára. A geoid felület az a terület, ahol merőleges mindig merőleges a felszínre.
Az osztrák űrprogramok (ASAP) részeként újraszámították az osztrák geoidot. Ezt a projektet a Navigációs és Műholdas Geodéziai Intézetek, valamint a Graz Műszaki Egyetem numerikus matematikájának közösen hajtották végre. A Szövetségi Mérésügyi és Felmérési Hivatal (BEV) tanácsadói partnerként működött és hozzáférhetővé tette az adatokat.
Ausztria teljes országos területén a merőlegestől való eltérés kiszámítható és benyújtható az MGI referenciarendszerben a Bessel ellipszoidhoz viszonyítva. A (külső) pontosság 2-3 cm. Az osztrák geoidtérkép a geoid hullámokat izolin ábrázolásban mutatja. Az értéktartomány között van
-2 m-re az Innviertel nyugati részén és
+3,5 m-re az Ötztal-Alpokban vagy Kelet-Tirolban.
Tudta, hogy a légnyomás változása a föld felszínén is változásokat okoz? Ezek az eltérések a centiméteres tartományban vannak.
A geodéziai dátum
Mivel a geoid matematikailag rendkívül összetett, a térképészek az ellipszoid modellt használják egy terület feltérképezésekor - lásd alább. Referenciarendszerként szolgál a térképészek számára, és geodéziai nullának (térképi nullapontnak vagy térképpontnak) hívják. Ez azt jelenti, hogy meghatározzuk a referenciafelületet, annak tárolását és térbeli orientációját, valamint a rendszer méretarányát.
A helyi sajátosságok felelősek azért, hogy világszerte több mint 100 különböző ellipszoidot (referenciarendszert) határoztak meg. A helyi eredetű ellipszoidok azonban kisebb lokális eltéréseket mutatnak.
WGS84
A műholdas mérések eredményeként olyan rendszerek kerültek alkalmazásra, mint a WGS84 (World Geodetic System 1984) és a GRS80 (Geodetic Reference System 1980) a legjobb ellipszoidként az egész geoid számára. Ezek a globális ellipszoidok biztosítják az összes térkép konzisztenciáját világszerte.
Az összehasonlítás legfontosabb ellipszoid modelljei:
| Bessel ellipszoid | Potsdami dátum | 6377,397 km | 6356,079 km |
| Consectetur | ED50 | 6378,388 km | 6356.912 km |
| Nemzetközi ellipszoid | ETRS89 | 6378,137 km | 6356,752 km |
| Geodéziai Világrendszer 1984 | WGS84 | 6378,137 km | 6356,752 km |
Északi irányok
Hol van valójában észak? Észak felé mutat az iránytű tűje. De a föld forgástengelye nem esik egybe a mágneses északi pólussal, hanem eltér attól. A földfelszín térképészeti feltérképezéséhez meg kell különböztetni a következő északi irányokat:
■ Északi rács (GiN)
A topográfiai térképeken északra rács a Gauss-Krüger vagy az UTM koordináta-rendszer rácsvonalainak észak felé mutató iránya. Ezek a rácsvonalak párhuzamosan futnak a meridiáncsík-rendszer központi meridiánjával, így irányuk eltér a meridiánkonvergencia mértékével a releváns pont meridiánirányától.
■ Földrajzilag északra
A földrajzi északra mindenki gyanakszik az irányra - a földrajzi Északi-sarkon. Ez az északi irány, amelyet a póluscsillag mutat nekünk, és a Föld ellipszoidjának meridiánjainak északi kereszteződése.
■ Mágneses észak
Mágneses észak az északi irány, amely felé iránytű mutat. Ez az irány helyfüggő, és nem esik egybe az Északi-sarkgal. Ez mindig változik.
Mivel különböző északi irányok vannak, az eltérések kiszámításához különböző szögekre is szükségünk van. Megkülönböztetünk deklinációt, tűeltérést és meridián konvergenciát.
Az északi irányok eltérései egymástól
■ deklináció
A valódi észak és a mágneses észak közötti szöget deklinációnak vagy mágneses deklinációnak nevezzük. A mágneses mező vonalai nyugatra "vándorolnak" a mágneses pólusokkal. A helyi mágneses zavarok szintén befolyásolják a deklinációt.
■ Meridián konvergencia
A valódi észak és az északi rács közötti szöget meridián konvergenciának nevezik. A meridián konvergenciája a föld felszínének egy bizonyos pontján függ a vonatkozó térképészeti leképezéstől és a pont helyzetétől. A meridián konvergencia értékeit kiszámoljuk (és nem mérjük!). A meridián konvergenciája nulla a megfelelő fő meridiánokon.
■ Tű eltérés
Az északi rács és a mágneses észak közötti szög a tű eltérése. Mivel a föld mágneses mezője állandó ingadozásoknak van kitéve, a mágneses pólusok helyzete az idő múlásával megváltozik, és ezáltal a deklináció és a tű eltérései.
A központi meridiánnál az északi rács egybeesik a valódi északkal. A tű eltérése tehát itt 0 fok. Minél nagyobb a távolság a központi meridiántól, annál nagyobb a meridián konvergenciája. A topográfiai térképek, a három északi pólus és azok használatának megkönnyítése érdekében Eltérések fokokban vagy vonalakban meghatározott.
Ahhoz, hogy a föld felszínének különböző pontjait össze lehessen kapcsolni egy egységes rendszerrel, megfelelő referencia felületre van szükség. A föld alakjának közelítéséhez a megjelenítendő terület nagyságától függően különféle geometriai felületek használhatók: a sík, a gömb vagy az ellipszoid.
A sík mint referenciafelület
A sík referenciafelületként csak nagyon korlátozott területen használható a föld ívelt alakja miatt. Ez a terület abból adódik, hogy a föld görbülete okozta torzításoknak kisebbnek kell maradniuk, mint a mérés során várható mérési hibák.
A forradalom mint referenciafelület
Az adatokkal való munka és összehasonlításuk érdekében ismerni kell, hogyan viszonyulnak a föld felszínéhez. A referencia-rendszer helyzetét egy koordináta-rendszerhez rendelt koordináták írják le. A koordináták olyan számpárok, amelyek leírják egy pont helyzetét egy referencia felületen. Ezek a számok lehetnek szögek vagy hosszúságok.
Míg a matematikában az óramutató járásával ellentétes koordinátarendszert, addig a geodéziában az óramutató járásával megegyező irányú rendszert alkalmazzák. A teljes kör fel van osztva a geodéziai koordinátarendszerben 0 és 400 gon között, míg a matematikában a teljes kör 360 °. A matematikában a vízszintes tengelyt y-nek, a függőleges tengelyt x-nek hívják; a geodéziában ez fordítva van.
A föld minden helyének pontos helyzetének meghatározásához térbeli koordinátarendszereket fejlesztettek ki. A leggyakoribb a földrajzi koordinátarendszer. A föld testének rögzített tengely körüli elfordulásából adódik. A föld tengelye a pólusoknál behatol a föld felszínébe. Az Egyenlítő pontosan a földfelszín ezen rögzített pontjai között fekszik. Ha most a lehető legrövidebb úton köti össze a pólusokat, és párhuzamos köröket hoz létre az Egyenlítővel, egy globális rács jön létre.
A földrajzi koordináta-referenciarendszerek a földfelszínen az Egyenlítőhöz és a Meridiánhoz viszonyított pontokat határoznak meg szögméretekben lévő információk révén. Az Egyenlítőtől való eltérést szélességnek, a fő meridiántól való eltérést hosszúságnak nevezzük.
Szélességi kör
A hely földrajzi szélessége a föld közepén az Egyenlítői sík felé eső szög. A szöget fokban (°), ívpercekben (') és ívmásodpercekben (") északra (É) az északi féltekén vagy (S) a déli féltekén adják meg.
Földrajzi hosszúság
A föld egy képzeletbeli gömbfelületén az összes hosszúság a szélességi körökkel ellentétben mindig nagy kör, a föld kerületével kb. 40 000 km. Derékszögben átvágják az Egyenlítőt és a földfelszín többi párhuzamát, és a legrövidebb utat futják pólustól a pólusig. A fél hosszúságot meridiánnak nevezzük. Még akkor is, ha a földet forradalmi ellipszoidnak tekintik, az összes meridián azonos hosszúságú a forgásszimmetria miatt.
Mikor Null merdian azt a meridiánt, amely a londoni Greenwich egykori obszervatóriumán megy keresztül, önkényesen állították be. A fő meridiántól indulva 180 ° -kal számolunk keletre vagy nyugatra. A hosszúság 180. foka egyben a dátumvonal is. A meridiánok közötti távolság a szélesség növekedésével csökken. A pólusoknál ez akkor nulla. Egy hely földrajzi hosszúsága az a szög, amely a föld tengelyén van az első meridiánig.
Az obszervatórium tetején John Pond udvari csillagász szerelte fel a bőrrel borított tárgyakat Idő labda Telepítve. Ezt még mindig minden nap felhúzzák, és pontosan 13:00 órakor esik le (közép-európai idő szerint 14:00 órakor; nyáron nyári időszámítás szerint 13:00 órakor, CEST 14:00 órakor). Ez lehetővé tette a Temzén lévő hajók számára, hogy hajóikronométereiket pontosan a greenwichi középidőre állítsák.
Geocentrikus koordináták
A geocentrikus koordináták három hosszúságból állnak, amelyek leírják a helyzetet a háromdimenziós térben. A geocentrikus X-, Y-, Z-koordináták egy földrögzített rendszerre utalnak, amelynek eredete a föld súlypontjában található. Az X tengely az egyenlítői sík irányába mutat a greenwichi főmeridiánon keresztül. Az Y-tengely az Egyenlítői sík irányában, Greenwich-től keletre 90 ° -ig, a Z-tengely pedig a Föld forgástengelyének irányában.
Nemzetközi földrajzi referenciarendszer
A nemzetközi földrajzi koordinátarendszer háromdimenziós (gömb alakú) koordinátarendszer, amely egymásra merőleges körvonalakból, a szélességi (vízszintes) és a hosszúsági (függőleges) körökből áll.
A fél hosszúságot meridiánnak nevezzük. Az Egyenlítőtől (szélességi kör) (0 °) kiindulva 90 ° -ot északnak (É) vagy 90 ° -ot délnek (S) számítunk. Greenwich fő meridiánjától kezdve (0 °) 180 ° nyugatnak (nyugat) vagy 180 ° keletnek (keletre kelet vagy kelet) számít. Az E keleti jelölés megakadályozza, hogy az O (keletre) összetéveszthető legyen a 0-val (nulla), ezért a német ajkú országokban is elterjedt. A rendszer Greenwich Geographic Coordinate System néven is ismert.
A "World Geodetic System 1984" az Amerikai Védelmi Minisztérium által meghatározott referenciarendszer, amelyet a műholdas pályaadatokon keresztül továbbítanak a felhasználónak, és amely biztosítja a koordinátakeretet. A globális lemeztektonika miatt a WGS84 koordinátái évente változnak a centiméteres tartományban.
ETRF89
Az "Európai földi referenciakeret 1989" statikus referenciakeret. Európában csak centiméteres tartományban végzett műholdas mérésekhez használják - Ausztria állami topográfiai térképei (EBV) ezen a referenciarendszeren alapulnak. A kültéri navigációs alkalmazásoknál a WGS84 és az ETRF89 azonosnak tekinthető.
Koordináta átalakítása
A koordináta transzformáció átviszi a koordinátákat a térbeli referenciarendszerükből egy másik térbeli referenciarendszerbe. Az elmúlt évtizedekben a helyi referenciarendszerek jelentősége csökkent, mert az államok földmérési rendszereit interkontinentális ellipszoidokká alakították át, mint például a WGS84. Ez különösen fontos a navigációs eszközök felhasználói számára.
Míg a navigációs eszközök főleg a WGS84 dátumával működnek, Ausztria topográfiai térképei olyan helyi referenciarendszerre utalnak, mint az ETR89. A modern műholdas vevők, ha ennek megfelelően vannak beállítva, képesek ellensúlyozni az adatokat egymással. Tehát gondosan nézze meg térképének geodéziai dátumát, amikor összehangolja őket a navigációs készülékkel.
Térképes hálózati tervezés (szintén Térkép illusztráció a térkép) olyan módszer a térképészetben, amellyel a (háromdimenziós) föld görbe felületét a sík (kétdimenziós) térképre helyezzük.
Egyesek tisztán matematikai jellegűek, mások geometriai vetületként is felfoghatók. A térképvetítés fogalmának megértéséhez hasznos elképzelni egy földgömböt fényforrással. Ez a fényforrás a földgömb pontjait, vonalait és felületeit egy segédtest felületére vetíti, amelyet könnyen be lehet gördíteni a síkba.
Besorolás képterületek szerint
Síkvetítés (Azimuthal vetület)
Azimutális kép egy ponton érinti a földet. Sok azimutális kép valós távlati vetület (központi vetület), ami azt jelenti, hogy geometrikusan is felépíthetők. Ez a típusú leképezés különösen alkalmas kör alakú területek, például a pólusterületek megjelenítésére. Többek között megteszi. csillagtérképekhez használják a szög pontossága miatt.
Kúpvetítés
Kúpnyúlványokkal a föld kúpra van feltérképezve. A kúp tengelye a föld közepén halad át. A Lambertian kereszteződés vetülete az egyik leghíresebb térképhálózati terv. Ez egy konform kúpvetület, amelynek szélességi köre torzítás nélkül reprodukálható. A repülés néhány térképe Lambert-térkép, a világ nemzetközi térképe szintén Lambert vetületét használja.
Henger okivetítés
A hengernyúlványokat a föld körül henger segítségével építik fel.
Ez magában foglalja a Mercator vetületét. A Gauß-Krüger és az UTM koordinátarendszerrel keresztirányú hengervetületet (vízszintes hengertengely) használnak.
Annak érdekében, hogy a torzítások kicsiek legyenek, 6 ° széles rendszercsíkokat használnak. A koordinátákat keleti értéknek ("kelet" E) és északi értéknek ("észak" északnak) nevezik. A Mercator vetületi térképeit túlnyomórészt a tengerészetben használják.