نظام الإحداثيات المتوقعة
| الجيوديسيا |
|---|
 |
نظام الإحداثيات المتوقع - ويسمى أيضًا نظام مرجعي للإحداثيات المتوقعة أو نظام الإحداثيات المستوية أو نظام مرجع الشبكة - هو نوع من أنظمة الإحداثيات المكانية التي تمثل المواقع على الأرض باستخدام إحداثيات ديكارتية ( x ، y ) على سطح مستوٍ تم إنشاؤه بواسطة إسقاط خريطة معين . [1] يتم تعريف كل نظام إحداثيات متوقع، مثل " Universal Transverse Mercator WGS 84 Zone 26N"، من خلال اختيار إسقاط الخريطة (مع معلمات محددة)، واختيار البيانات الجيوديسية لربط نظام الإحداثيات بالمواقع الحقيقية على الأرض، ونقطة الأصل، واختيار وحدة القياس. [2] تم تحديد مئات من أنظمة الإحداثيات المتوقعة لأغراض مختلفة في مناطق مختلفة.
عندما تم إنشاء أول أنظمة إحداثيات موحدة خلال القرن العشرين، مثل Universal Transverse Mercator ، و State Plane Coordinates System ، و British National Grid ، كانت تسمى عادةً أنظمة الشبكة ؛ ولا يزال المصطلح شائعًا في بعض المجالات مثل المجال العسكري الذي يشفر الإحداثيات كمراجع شبكية أبجدية رقمية . ومع ذلك، أصبح مصطلح نظام الإحداثيات المتوقعة سائدًا مؤخرًا لتمييزه بوضوح عن أنواع أخرى من أنظمة الإحداثيات المكانية . يُستخدم المصطلح في المعايير الدولية مثل EPSG وISO 19111 (نُشر أيضًا بواسطة Open Geospatial Consortium كمواصفات مجردة 2)، وفي معظم برامج أنظمة المعلومات الجغرافية . [3] [2]
تاريخ
.jpg/1280px-Spanggur_Lake_basin_(US_AMS,_1954).jpg)
يعود تاريخ إسقاط الخريطة ونظام الإحداثيات الجغرافية (GCS، خطوط العرض والطول) إلى العصر الهلنستي ، والذي انتشر خلال عصر التنوير في القرن الثامن عشر. ومع ذلك، فإن استخدامها كأساس لتحديد المواقع الدقيقة، بدلاً من خطوط العرض والطول، يعد ابتكارًا في القرن العشرين.
من بين أقدم الأنظمة كان نظام إحداثيات المستوى الحكومي (SPCS)، والذي تم تطويره في الولايات المتحدة خلال ثلاثينيات القرن العشرين لأغراض المسح والهندسة، لأن الحسابات مثل المسافة تكون أبسط بكثير في نظام إحداثيات ديكارت من حساب المثلثات ثلاثي الأبعاد لنظام GCS. في المملكة المتحدة ، تم إصدار أول نسخة من الشبكة الوطنية البريطانية في عام 1938، بناءً على تجارب سابقة أجراها الجيش وهيئة المساحة خلال الحرب العالمية الأولى . [4]
خلال الحرب العالمية الثانية ، تطلبت ممارسات الحرب الحديثة من الجنود قياس موقعهم والإبلاغ عنه بسرعة ودقة، مما أدى إلى طباعة شبكات على الخرائط بواسطة خدمة خرائط الجيش الأمريكي (AMS) والمقاتلين الآخرين. [5] في البداية، تم رسم خريطة لكل مسرح حرب في إسقاط مخصص بنظام شبكي وترميز خاص به، لكن هذا أدى إلى حدوث ارتباك. أدى هذا إلى تطوير نظام إحداثيات مركاتور المستعرض العالمي ، والذي ربما تم تبنيه من نظام تم تطويره في الأصل بواسطة الفيرماخت الألماني . [6] لتسهيل الإبلاغ الواضح، تم إنشاء نظام مرجع الشبكة العسكرية الأبجدي الرقمي (MGRS) كمخطط ترميز لإحداثيات UTM لتسهيل التواصل. [5]
بعد الحرب، اكتسبت UTM تدريجيًا مستخدمين، وخاصة في المجتمع العلمي. نظرًا لأن مناطق UTM لا تتوافق مع الحدود السياسية، فقد اتبعت العديد من البلدان المملكة المتحدة في إنشاء أنظمة الشبكة الوطنية أو الإقليمية الخاصة بها بناءً على الإسقاطات المخصصة. انتشر استخدام واختراع مثل هذه الأنظمة بشكل خاص خلال الثمانينيات مع ظهور أنظمة المعلومات الجغرافية . تتطلب أنظمة المعلومات الجغرافية تحديد المواقع كإحداثيات دقيقة وتجري العديد من الحسابات عليها، مما يجعل الهندسة الديكارتية مفضلة على علم المثلثات الكروي عندما كانت قوة الحصان الحسابية في قمة قيمتها. في السنوات الأخيرة، أدى ظهور مجموعات بيانات أنظمة المعلومات الجغرافية العالمية والملاحة عبر الأقمار الصناعية ، جنبًا إلى جنب مع وفرة سرعة المعالجة في أجهزة الكمبيوتر الشخصية، إلى عودة استخدام أنظمة الإحداثيات المتوقعة. ومع ذلك، لا تزال أنظمة الإحداثيات المتوقعة شائعة جدًا في بيانات أنظمة المعلومات الجغرافية المخزنة في البنى التحتية للبيانات المكانية (SDI) للمناطق المحلية، مثل المدن والمقاطعات والولايات والمقاطعات والبلدان الصغيرة.
مواصفات النظام
نظرًا لأن الغرض من أي نظام إحداثيات هو قياس المواقع والتواصل وإجراء الحسابات عليها بدقة وبشكل لا لبس فيه، فيجب تعريفه بدقة. تعد مجموعة بيانات المعلمات الجيوديسية EPSG الآلية الأكثر شيوعًا لنشر مثل هذه التعريفات في شكل يمكن قراءته بواسطة الآلة، وتشكل الأساس للعديد من برامج نظم المعلومات الجغرافية وبرامج البرمجيات الأخرى التي تدرك الموقع. [3] تتكون مواصفات SRS المتوقعة من ثلاثة أجزاء:
- نظام إحداثيات ديكارتية مجردة ثنائية الأبعاد تسمح بقياس كل موقع على هيئة مجموعة ( x ، y )، والتي تسمى أيضًا بالشرق والشمال في العديد من الأنظمة مثل UTM. يجب أن يتضمن أي تعريف لنظام إحداثيات سطحًا مستويًا ونقطة أصل ومجموعة من المحاور المتعامدة لتحديد اتجاه كل قياس ووحدة قياس (عادةً المتر أو القدم الأمريكية ).
- اختيار إسقاط خريطة ينشئ سطحًا مستويًا لنظام الإحداثيات المتصل بمواقع على الأرض. بالإضافة إلى النوع العام للإسقاط (على سبيل المثال، لامبرت المطابق المخروطي ، مركاتور المستعرض )، سيحدد تعريف نظام الإحداثيات المعلمات التي سيتم استخدامها، مثل نقطة المركز، والمتوازيات القياسية، وعامل المقياس، والأصل الزائف، وما إلى ذلك. باستخدام هذه المعلمات، تقوم الصيغ الأساسية للإسقاط بتحويل خطوط العرض والطول مباشرة إلى إحداثيات ( x ، y ) للنظام.
- اختيار البيانات الجيوديسية ، والذي يتضمن اختيار القطع الناقص للأرض . وهذا يربط نظام الإحداثيات بالمواقع الفعلية على الأرض من خلال التحكم في إطار القياس لخطوط العرض والطول (GCS). وبالتالي، سيكون هناك فرق كبير بين إحداثيات موقع في "UTM NAD83 Zone 14N" والموقع نفسه في "UTM NAD27 Zone 14N"، على الرغم من أن صيغ UTM متطابقة، لأن قيم خطوط العرض والطول الأساسية مختلفة. في بعض برامج نظم المعلومات الجغرافية، يُطلق على هذا الجزء من التعريف اختيار نظام إحداثيات جغرافي معين.
التوقعات
لتحديد موقع جغرافي على الخريطة ، يتم استخدام إسقاط الخريطة لتحويل الإحداثيات الجيوديسية إلى إحداثيات مستوية على الخريطة؛ حيث يتم إسقاط إحداثيات نقطة الإحداثيات الإهليلجية والارتفاع على سطح مستوٍ للخريطة. تعمل نقطة الإحداثيات، جنبًا إلى جنب مع إسقاط الخريطة المطبق على شبكة من المواقع المرجعية، على إنشاء نظام شبكة لرسم المواقع. تُفضل الإسقاطات المطابقة بشكل عام. تتضمن إسقاطات الخريطة الشائعة مركاتور المستعرض (المستخدم في مركاتور المستعرض العالمي ، والشبكة الوطنية البريطانية ، ونظام إحداثيات المستوى الحكومي لبعض الدول)، ومخروط لامبرت المطابق (بعض الدول في نظام الإحداثيات السويسري )، ومركاتور ( نظام الإحداثيات السويسري ).
تعتمد صيغ إسقاط الخريطة على هندسة الإسقاط وكذلك المعلمات التي تعتمد على الموقع المحدد الذي يتم فيه إسقاط الخريطة. يمكن أن تختلف مجموعة المعلمات بناءً على نوع المشروع والاتفاقيات المختارة للإسقاط. بالنسبة لإسقاط مركاتور المستعرض المستخدم في UTM، فإن المعلمات المرتبطة هي خط العرض وخط الطول للأصل الطبيعي، والشمال الزائف والشرق الزائف، وعامل المقياس الإجمالي. [7] ونظرًا للمعلمات المرتبطة بموقع أو زاوية معينة، فإن صيغ الإسقاط لمركاتور المستعرض عبارة عن مزيج معقد من الدوال الجبرية والمثلثية. [7] : 45–54
شرق-شمال
كل إسقاط خريطة له أصل طبيعي ، على سبيل المثال، حيث تتطابق الأسطح الإهليلجية والمسطحة للخريطة، وعند هذه النقطة تولد صيغ الإسقاط إحداثيات (0،0). [7] للتأكد من أن إحداثيات الشمال والشرق على الخريطة ليست سلبية (مما يجعل القياس والاتصال والحساب أسهل)، قد تنشئ إسقاطات الخريطة أصلًا زائفًا ، محددًا من حيث قيم الشمال والشرق الزائفة ، والتي تعوض الأصل الحقيقي. على سبيل المثال، في UTM، أصل كل منطقة شمالية هو نقطة على خط الاستواء على بعد 500 كيلومتر غرب خط الزوال المركزي للمنطقة (حافة المنطقة نفسها أقل بقليل من 400 كيلومتر إلى الغرب). وهذا له التأثير المرغوب فيه المتمثل في جعل جميع الإحداثيات داخل المنطقة قيمًا إيجابية ، كونها شرق وشمال الأصل. ولهذا السبب، غالبًا ما يشار إليها باسم الشرق والشمال .
الشبكة الشمالية
الشمال الشبكي ( GN ) هو مصطلح ملاحي يشير إلى الاتجاه نحو الشمال على طول خطوط الشبكة لإسقاط الخريطة . ويتناقض مع الشمال الحقيقي (اتجاه القطب الشمالي ) والشمال المغناطيسي (الاتجاه الذي تشير إليه إبرة البوصلة). تشير العديد من الخرائط الطبوغرافية ، بما في ذلك خرائط هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية وهيئة المساحة البريطانية ، إلى الفرق بين الشمال الشبكي والشمال الحقيقي والشمال المغناطيسي. [8]
تقسم خطوط الشبكة على خرائط هيئة المساحة البريطانية المملكة المتحدة إلى مربعات طول كل منها كيلومتر واحد، شرق نقطة الصفر الوهمية في المحيط الأطلسي، غرب كورنوال. تشير خطوط الشبكة إلى شمال الشبكة، الذي يختلف قليلاً عن الشمال الحقيقي. هذا الاختلاف يساوي صفرًا على خط الزوال المركزي (خط الشمال والجنوب) للخريطة، والذي يقع عند درجتين غرب خط الزوال الرئيسي ، ويكون أعظم عند حواف الخريطة. الفرق بين شمال الشبكة والشمال الحقيقي صغير جدًا ويمكن تجاهله في معظم أغراض الملاحة. يوجد الفرق لأن المراسلات بين الخريطة المسطحة والأرض المستديرة غير كاملة بالضرورة.
عند القطب الجنوبي ، يشير شمال الشبكة تقليديًا إلى الشمال على طول خط الزوال الرئيسي . [9] نظرًا لأن خطوط الزوال تتقارب عند القطبين، فإن اتجاهات الشرق والغرب الحقيقية تتغير بسرعة في حالة مماثلة لقفل المحور . يحل شمال الشبكة هذه المشكلة.
ترميزات مرجع الشبكة
يتم قياس المواقع في نظام إحداثيات متوقع، مثل أي نظام إحداثيات ديكارت، والإبلاغ عنها كأزواج شرقية/شمالية أو ( x ، y ). وعادةً ما يتم تمثيل الزوج بشكل تقليدي مع الشرق أولاً، والشمال ثانيًا. على سبيل المثال، قمة جبل أسينيبوين (عند 50°52′10″N 115°39′03″W / 50.86944°N 115.65083°W / 50.86944؛ -115.65083 على حدود كولومبيا البريطانية / ألبرتا في كندا ) في منطقة UTM 11 تقع عند (0594934mE, 5636174mN)، مما يعني أنها تبعد حوالي 600 كيلومتر شرق الأصل الزائف للمنطقة 11 (95 كيلومترًا شرق خط الزوال المركزي الحقيقي عند 117 درجة غربًا) و5.6 مليون متر شمال خط الاستواء .
ورغم أن مثل هذه الأرقام الدقيقة يسهل تخزينها وحسابها في نظم المعلومات الجغرافية وقواعد البيانات الحاسوبية الأخرى، فقد يكون من الصعب على البشر تذكرها والتواصل بها. وعلى هذا، فمنذ منتصف القرن العشرين، ظهرت ترميزات بديلة تعمل على تقصير الأرقام أو تحويلها إلى شكل من أشكال السلاسل الأبجدية الرقمية.
على سبيل المثال، يمكن استخدام مرجع شبكة مقطوع حيث يكون الموقع العام معروفًا بالفعل للمشاركين ويمكن افتراضه. [10] نظرًا لأن الأرقام الأكثر أهمية (الأولى) تحدد جزءًا من العالم والأرقام الأقل أهمية (اللاحقة) توفر دقة غير ضرورية في معظم الظروف، فقد تكون غير ضرورية لبعض الاستخدامات. يسمح هذا للمستخدمين بتقصير إحداثيات المثال إلى 949-361عن طريق إخفاء 05nnn34 56nnn74، على افتراض أن الأرقام المهمة (3 و4 و5 في هذه الحالة) معروفة لكلا الطرفين. [11]
تستخدم الترميزات الأبجدية الرقمية عادةً أكوادًا لاستبدال الأرقام الأكثر أهمية من خلال تقسيم العالم إلى مربعات شبكية كبيرة. على سبيل المثال، في نظام مرجع الشبكة العسكرية ، يكون الإحداثي أعلاه في الشبكة 11U (يمثل منطقة UTM 11 5xxxxxx mN)، وخلية الشبكة NS ضمنها (تمثل الرقم الثاني 5xxxxxmE x6xxxxxm N)، ويتم الإبلاغ عن أكبر عدد ممكن من الأرقام المتبقية حسب الحاجة، مما ينتج عنه مرجع شبكة MGRS 11U NS 949 361 (أو 11U NS 9493 3617 أو 11U NS 94934 36174).
تستخدم الشبكة الوطنية لهيئة المساحة البريطانية ( المملكة المتحدة) وأنظمة الشبكة الوطنية الأخرى مناهج مماثلة. في خرائط هيئة المساحة البريطانية ، يُعطى كل خط شبكة شرقي وشمالي رمزًا مكونًا من رقمين، استنادًا إلى نظام مرجع الشبكة الوطنية البريطانية مع نقطة أصل قبالة الساحل الجنوبي الغربي للمملكة المتحدة . تُقسم المنطقة إلى مربعات تبلغ مساحتها 100 كيلومتر مربع، يُشار إلى كل منها برمز مكون من حرفين. داخل كل مربع تبلغ مساحته 100 كيلومتر مربع، يتم استخدام مرجع شبكي رقمي. نظرًا لأن المسافة بين الشرق والشمال كيلومتر واحد، فإن الجمع بين الشمال والشرق سيعطي مرجعًا شبكيًا مكونًا من أربعة أرقام يصف مربعًا مساحته كيلومتر واحد على الأرض. الاتفاقية هي أن أرقام مرجع الشبكة تشير إلى الزاوية اليسرى السفلية للمربع المطلوب. في خريطة المثال أعلاه، تقع بلدة ليتل بلامبتون في المربع 6901، وعلى الرغم من أن الكتابة التي تشير إلى البلدة تقع في 6802 و6902، فإن معظم المباني (الرموز الموجودة في المربع البرتقالي) تقع في المربع 6901.
دقة
كلما زاد عدد الأرقام المضافة إلى مرجع الشبكة، أصبح المرجع أكثر دقة. لتحديد موقع مبنى معين في ليتل بلامبتون، تتم إضافة رقمين آخرين إلى المرجع المكون من أربعة أرقام لإنشاء مرجع مكون من ستة أرقام. يصف الرقمان الإضافيان موضعًا داخل المربع الذي يبلغ طوله كيلومترًا واحدًا. تخيل (أو ارسم أو ضع رومر فوق ) شبكة 10x10 أخرى داخل مربع الشبكة الحالي. يمكن وصف أي من المربعات المائة في الشبكة 10x10 المتراكبة بدقة باستخدام رقم من 0 إلى 9 (حيث يكون 0 0 هو المربع الأيسر السفلي و9 9 هو المربع الأيمن العلوي).
بالنسبة للكنيسة في ليتل بلامبتون، يعطي هذا الأرقام 6 و7 (6 على المحور من اليسار إلى اليمين (الاتجاهات الشرقية) و7 على المحور من الأسفل إلى الأعلى (الاتجاهات الشمالية). تتم إضافة هذه إلى مرجع الشبكة المكون من أربعة أرقام بعد الرقمين اللذين يصفان نفس محور الإحداثيات ، وبالتالي يصبح مرجع الشبكة المكون من ستة أرقام للكنيسة هو 696017. يصف هذا المرجع مربعًا مساحته 100 متر × 100 متر، وليس نقطة واحدة، ولكن هذه الدقة عادة ما تكون كافية لأغراض الملاحة. الرموز الموجودة على الخريطة ليست دقيقة في أي حال، على سبيل المثال، ستكون الكنيسة في المثال أعلاه تقريبًا 100 × 200 متر إذا كان الرمز وفقًا لمقياس، لذلك في الواقع، يمثل منتصف المربع الأسود موضع الخريطة للكنيسة الحقيقية، بغض النظر عن الحجم الفعلي للكنيسة.
يمكن تحديد مراجع الشبكة التي تتألف من أرقام أكبر لمزيد من الدقة باستخدام خرائط كبيرة الحجم ومقياس رومر دقيق . يمكن استخدام هذا في المسح ولكنه لا يستخدم عمومًا في الملاحة البرية للمشاة أو راكبي الدراجات، إلخ. يتيح التوافر المتزايد والتكلفة المتناقصة لأجهزة استقبال نظام تحديد المواقع العالمي المحمولة تحديد مراجع الشبكة الدقيقة دون الحاجة إلى خريطة، ولكن من المهم معرفة عدد الأرقام التي يعرضها نظام تحديد المواقع العالمي لتجنب قراءة الأرقام الستة الأولى فقط. عادةً ما تعطي وحدة نظام تحديد المواقع العالمي مرجعًا للشبكة مكونًا من عشرة أرقام، بناءً على مجموعتين من خمسة أرقام لقيم الشرق والشمال. كل زيادة متتالية في الدقة (من 6 أرقام إلى 8 أرقام إلى 10 أرقام) تحدد الموقع بدقة أكبر بعامل 10. نظرًا لأنه في المملكة المتحدة على الأقل، يحدد مرجع الشبكة المكون من 6 أرقام مربعًا بطول 100 متر، فإن مرجعًا مكونًا من 8 أرقام يحدد مربعًا بطول 10 أمتار، ومرجعًا مكونًا من 10 أرقام يحدد مربعًا بطول متر واحد. من أجل تقديم مرجع شبكي قياسي مكون من 6 أرقام من قراءة GPS مكونة من 10 أرقام، يجب حذف الأرقام الرابع والخامس والتاسع والعاشر، لذا من المهم عدم قراءة الأرقام الستة الأولى فقط.
أمثلة على CRS المتوقعة
- نظام مركاتور المستعرض العالمي (UTM): ليس نظام إحداثيات واحد، بل سلسلة من 60 منطقة (كل منها عبارة عن دائرة عرضها 6 درجات)، وكل منها نظام بإسقاط مركاتور المستعرض الخاص به .
- نظام الإسقاط القطبي الشامل المجسم (UPS): زوج من أنظمة الإحداثيات التي تغطي القطب الشمالي والقطب الجنوبي باستخدام الإسقاط المجسم .
- الشبكة الوطنية للمسح الجغرافي (OSNG): إسقاط مركاتوري عرضي يتركز على 2 درجة غربًا ويغطي بريطانيا العظمى بنظام ترميز خاص به.
- نظام إحداثيات المستوى الحكومي (SPCS): نظام مركب آخر يتألف من أكثر من 120 نظام إحداثيات ( مناطق )، كل منها يغطي ولاية من ولايات الولايات المتحدة أو جزء منها.
- نظام الإحداثيات السويسري (LV95): يغطي سويسرا، باستخدام إسقاط مركاتور .
- المخطط المركاتوري المستعرض الأيرلندي (ITM): تم إنشاؤه بشكل مشترك من قبل جمهورية أيرلندا والمملكة المتحدة لتغطية جزيرة أيرلندا .
- شبكة برمودا الوطنية
- نظام الإسناد الجيوديسي اليوناني 1987 (اليونان)
- المقياس المستعرض الإسرائيلي (NIG)
- الشبكة السويدية (RT90)
انظر أيضا
- الشبكة العالمية المنفصلة (DGG)
- الشرق إلى الشمال
- الرموز الجغرافية
- البيانات الجيوديسية
- المسافة الجغرافية
- الشبكة (الرسم الخرائطي)
- المستوى الأفقي
- الرسم البياني الشبكي ( الشبكة باعتبارها تجريدًا رياضيًا)
- إسقاط الخريطة
- نظام مرجعي مكاني
- الشبكة المكانية
مراجع
- ^ تشانج، كانج تسونج (2016). مقدمة في نظم المعلومات الجغرافية (الطبعة التاسعة). ماكجرو هيل. ص 34. ISBN 978-1-259-92964-9.
- ^ ab "OGC Abstract Specification Topic 2: Referencing byordinates Corrigendum". Open Geospatial Consortium . تم الاسترجاع في 2018-12-25 .
- ^ ab "استخدام مجموعة بيانات المعلمات الجيوديسية EPSG، المذكرة التوجيهية 7-1". مجموعة بيانات المعلمات الجيوديسية EPSG . Geomatic Solutions . تم الاسترجاع في 15 ديسمبر 2021 .
- ^ راسل، دون. "فهم الخرائط: الشبكة الوطنية البريطانية". Uncharted 101. تم الاسترجاع في 21 ديسمبر 2021 .
- ^ ab Raisz, Erwin (1948). General Cartography . McGraw-Hill. ص 225-229.
- ^ Buchroithner, Manfred; Pfahlbusch, René (2017). "الشبكات الجيوديسية في الخرائط المعتمدة - نتائج جديدة حول أصل شبكة UTM". علم الخرائط والمعلومات الجغرافية . 44 (3): 186-200. doi :10.1080/15230406.2015.1128851. S2CID 131732222.
- ^ abc "Geomatics Guidance Note Number 7, part 2 Coordinate Conversions and Transformations including Formulas" (PDF) . International Association of Oil and Gas Producers (OGP). ص 9-10. مؤرشف من الأصل (PDF) في 6 مارس 2014. تم الاسترجاع في 5 مارس 2014 .
- ^ Estopinal, Stephen V. (2009). A Guide to Understanding Land Surveys. John Wiley & Sons. p. 35. ISBN 978-0-470-23058-9.
- ^ "تحريك القطب الجنوبي" أرشيف 2011-07-16 على موقع Wayback Machine ، NASA Quest
- ^ "مراجع الشبكة المقطوعة". Bivouac.com – موسوعة الجبال الكندية. 2006-11-17.
- ^ "الشبكات وأنظمة المرجع". وكالة الاستخبارات الجغرافية الوطنية . تم الاسترجاع في 4 مارس 2014 .
