نظام مرجعي مكاني

نظام الإسناد المكاني ( SRS ) أو نظام الإسناد الإحداثي ( CRS ) هو إطار عمل يُستخدم لقياس المواقع بدقة على سطح الأرض أو بالنسبة إليه، وذلك باستخدام الإحداثيات. وهو بالتالي تطبيق للرياضيات المجردة لأنظمة الإحداثيات والهندسة التحليلية على الفضاء الجغرافي. تتضمن مواصفات نظام الإسناد المكاني (على سبيل المثال، " نظام الإسناد العالمي المستعرض ميركاتور WGS 84 المنطقة 16 شمالاً") اختيار شكل الأرض الإهليلجي ، والمرجع الأفقي ، وإسقاط الخريطة (باستثناء نظام الإحداثيات الجغرافية )، ونقطة الأصل، ووحدة القياس. وقد تم تحديد آلاف أنظمة الإحداثيات للاستخدام حول العالم أو في مناطق محددة ولأغراض متنوعة، مما يستلزم إجراء تحويلات بين أنظمة الإسناد المكاني المختلفة.

على الرغم من أن أنظمة الإسناد المكاني تعود إلى العصر الهلنستي ، إلا أنها تُشكل اليوم أساسًا بالغ الأهمية لعلوم وتقنيات المعلومات الجغرافية ، بما في ذلك رسم الخرائط ، ونظم المعلومات الجغرافية ، والمسح ، والاستشعار عن بُعد ، والهندسة المدنية . وقد أدى ذلك إلى توحيدها في مواصفات دولية مثل رموز EPSG ^{[ 1 ]} ومعيار ISO 19111:2019 "المعلومات الجغرافية - الإسناد المكاني بالإحداثيات" ، الذي أعدته اللجنة الفنية ISO/TC 211 ، ونشره أيضًا اتحاد Open Geospatial Consortium كمواصفة مجردة، الموضوع 2: الإسناد المكاني بالإحداثيات . ^{[ 2 ]}

يشير ما سبق إلى المواقع الواقعة مباشرةً على سطح الأرض. ويمكن أيضاً تحديد معلومات الارتفاع، عبر إطار مرجعي رأسي، يُسمى نظام الإحداثيات الرأسي، أو نظام إحداثيات ثلاثي الأبعاد متكامل. وتتطور المصطلحات في هذا المجال بما يتماشى مع التطور التقني المتزايد في القياس.

تعتمد آلاف أنظمة الإسناد المكاني المستخدمة اليوم على عدد قليل من الاستراتيجيات العامة، والتي تم تحديدها في معايير EPSG وISO وOGC: ^{[ 1 ] [ 2 ]}

نظام الإحداثيات الجغرافية (أو الجيوديسية)

نظام إحداثيات كروي يقيس المواقع مباشرة على الأرض (يتم نمذجتها على شكل كرة أو قطع ناقص ) باستخدام خط العرض (درجات شمال أو جنوب خط الاستواء ) وخط الطول (درجات غرب أو شرق خط الزوال الرئيسي ).

نظام إحداثيات مركزي الأرض (أو نظام إحداثيات مركزي الأرض ثابت الأرض)

نظام إحداثيات ديكارتية ثلاثي الأبعاد يُحاكي الأرض كجسم ثلاثي الأبعاد، ويقيس المواقع انطلاقًا من نقطة مركزية، عادةً ما تكون مركز كتلة الأرض، على طول محاور س، ص، ع، المتوازية مع خط الاستواء وخط غرينتش . يُستخدم هذا النظام عادةً لتتبع مدارات الأقمار الصناعية ، نظرًا لاعتمادها على مركز الكتلة. لذا، فهو نظام الإحداثيات الداخلي الذي تستخدمه أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية، مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، لحساب المواقع باستخدام التثليث .

نظام الإحداثيات المسقطة (أو المستوية، أو الشبكية)

نظام إحداثيات ديكارتية معياري يُحاكي سطح الأرض (أو منطقة واسعة منها) كسطح مستوٍ، حيث تُقاس المواقع من نقطة مرجعية عشوائية على طول المحورين س و ص، المتوافقين تقريبًا مع الاتجاهات الأصلية. يعتمد كل نظام من هذه الأنظمة على إسقاط خريطة محدد لإنشاء سطح مستوٍ من سطح الأرض المنحني. تُعرَّف أنظمة الإحداثيات المرجعية المعيارية وتُستخدم بشكل استراتيجي في المناطق المستهدفة لتقليل التشوهات الناتجة عن الإسقاطات في حالات استخدام محددة. من الأمثلة الشائعة نظام الإحداثيات العالمي المستعرض (UTM) والأنظمة الوطنية مثل الشبكة الوطنية البريطانية ونظام إحداثيات المستوى الحكومي (SPCS).

نظام إحداثيات هندسي (أو نظام إحداثيات محلي أو مخصص)

نظام إحداثيات ديكارتية ( ثنائي أو ثلاثي الأبعاد) يُصمم خصيصًا لمنطقة صغيرة، غالبًا لمشروع هندسي واحد، حيث يمكن تقريب انحناء الأرض فيها بأمان على أنه مسطح دون تشويه كبير. تُقاس المواقع عادةً مباشرةً من نقطة مرجعية عشوائية باستخدام تقنيات المسح . وقد تكون هذه المواقع متوافقة أو غير متوافقة مع نظام إحداثيات إسقاطي قياسي. تُعد إحداثيات المستوى المماسي المحلي نوعًا من أنظمة الإحداثيات المحلية المستخدمة في الطيران والمركبات البحرية.

إطار مرجعي رأسي

نظام مرجعي معياري لقياس الارتفاع باستخدام بيانات رأسية ، يعتمد على التسوية ، أو نموذج الجيود ، أو بيانات الخرائط (مع مراعاة المد والجزر ). لا يوفر هذا النظام معلومات حول موقع نقطة على سطح الأرض، بل يوفر معلومات عن الارتفاع بالنسبة لسطح الأرض، ويتضمن تحديدًا دقيقًا لماهية الارتفاع الصفري.

نظام إحداثيات ثلاثي الأبعاد (مركب)

يجمع بين نظام إحداثيات جغرافي أو إسقاطي مع إطار مرجعي رأسي لتوفير معلمات كاملة للمواقع على سطح الأرض أو بالقرب منه بالنسبة لمستوى ارتفاع صفري مختار.

تُقرّ هذه المعايير بوجود أنظمة مرجعية قياسية للزمن (مثل ISO 8601 ). ويمكن دمج هذه الأنظمة مع نظام مرجعي مكاني لتشكيل نظام إحداثيات مُركّب لتمثيل المواقع ثلاثية الأبعاد و/أو المكانية-الزمانية. كما توجد أنظمة داخلية لقياس الموقع ضمن سياق جسم ما، مثل صفوف وأعمدة البكسلات في صورة نقطية ، وقياسات مرجعية خطية على طول معالم خطية (مثل علامات الأميال على الطرق السريعة)، وأنظمة لتحديد الموقع داخل الأجسام المتحركة كالسفن. وغالبًا ما يُصنّف النوعان الأخيران كفئتين فرعيتين من أنظمة الإحداثيات الهندسية.

يهدف أي نظام مرجعي مكاني إلى إنشاء إطار مرجعي مشترك يُمكن من خلاله قياس المواقع بدقة واتساق كإحداثيات، والتي يُمكن مشاركتها بعد ذلك بشكل لا لبس فيه، بحيث يتمكن أي متلقٍ من تحديد الموقع نفسه الذي قصده المُنشئ في الأصل. ^{[ 3 ]} ولتحقيق ذلك، يجب أن يتألف أي تعريف لنظام مرجعي إحداثي من عدة مواصفات:

• نظام الإحداثيات ، هو إطار مجرد لقياس المواقع. ومثل أي نظام إحداثيات رياضي، يتكون تعريفه من فضاء قابل للقياس (سواء كان مستوى، أو فراغًا ثلاثي الأبعاد، أو سطح جسم مثل الأرض)، ونقطة أصل، ومجموعة من متجهات المحاور المنبثقة من نقطة الأصل، ووحدة قياس.
• المرجع الجيوديسي (أفقي، أو رأسي، أو ثلاثي الأبعاد) هو نظام يربط نظام الإحداثيات المجرد بالفضاء الحقيقي للأرض. يُعرَّف المرجع الأفقي بأنه إطار مرجعي دقيق لقياس الإحداثيات الجغرافية (خطوط الطول والعرض). ومن الأمثلة عليه النظام الجيوديسي العالمي ، والمرجع الجيوديسي لأمريكا الشمالية لعامي 1927 و1983 . يتكون المرجع عمومًا من تقدير لشكل الأرض (عادةً ما يكون شكلًا بيضاويًا)، ونقطة ارتكاز واحدة أو أكثر ، أو نقاط تحكم ، وهي مواقع محددة (غالبًا ما تكون مُعلَّمة بمعالم مادية) يتم توثيق القياسات عندها.
• يجب أن يتضمن تعريف نظام الإحداثيات المرجعية المسقطة أيضًا اختيار إسقاط الخريطة لتحويل الإحداثيات الكروية المحددة بواسطة المرجع إلى إحداثيات ديكارتية على سطح مستو.

وبالتالي، يتكون تعريف CRS عادةً من "مجموعة" من المواصفات التابعة، كما هو موضح في الجدول التالي:

من أمثلة الأنظمة حول العالم ما يلي:

معرّف نظام الإسناد المكاني ( SRID ) هو قيمة فريدة تُستخدم لتحديد تعريفات أنظمة الإحداثيات المكانية المسقطة وغير المسقطة والمحلية بشكل لا لبس فيه. وتشكل أنظمة الإحداثيات هذه جوهر جميع تطبيقات نظم المعلومات الجغرافية (GIS ).

لقد قامت جميع الشركات الكبرى تقريبًا في مجال حلول البيانات المكانية بإنشاء تطبيقاتها الخاصة بنظام SRID أو تشير إلى تطبيقات جهة رسمية، مثل مجموعة بيانات المعلمات الجيوديسية EPSG .

تُعتبر SRIDs المفتاح الأساسي لجدول البيانات الوصفية spatial_ref_sys الخاص باتحاد البيانات الجغرافية المكانية المفتوحة (OGC) لمواصفات الميزات البسيطة لـ SQL، الإصدارين 1.1 و 1.2 ، والذي يتم تعريفه على النحو التالي:

إنشاء جدول SPATIAL_REF_SYS ( SRID عدد صحيح غير فارغ مفتاح أساسي ، AUTH_NAME حرف متغير ( 256 )، AUTH_SRID عدد صحيح ، SRTEXT حرف متغير ( 2048 ) )

في قواعد البيانات المُمكّنة مكانيًا (مثل IBM Db2 و IBM Informix و Ingres و Microsoft SQL Server و MonetDB و MySQL و Oracle RDBMS و Teradata و PostGIS و SQL Anywhere و Vertica )، تُستخدم مُعرّفات أنظمة الإحداثيات المرجعية (SRIDs) لتحديد أنظمة الإحداثيات المستخدمة لتعريف أعمدة البيانات المكانية أو الكائنات المكانية الفردية في عمود مكاني (بحسب التطبيق المكاني). ترتبط مُعرّفات أنظمة الإحداثيات المرجعية عادةً بنص معروف (WKT) يُعرّف نظام الإحداثيات (SRTEXT، أعلاه). فيما يلي نظاما إحداثيات شائعان مع قيمة مُعرّف نظام الإحداثيات المرجعية EPSG الخاصة بهما متبوعة بنصهما المعروف:

UTM، المنطقة 17N، NAD27 — SRID 2029:

PROJCS [ "NAD27(76) / UTM zone 17N" , GEOGCS [ "NAD27(76)" , DATUM [ "North_American_Datum_1927_1976" , SPHEROID [ "Clarke 1866" , 6378206.4 , 294.9786982138982 , AUTHORITY [ "EPSG" , "7008" ]], AUTHORITY [ "EPSG" , "6608" ]], PRIMEM [ "Greenwich" , 0 , AUTHORITY [ "EPSG" , "8901" ]], UNIT [ "degree" , 0.01745329251994328 , AUTHORITY [ "EPSG" , [9122] ], AUTHORITY [ "EPSG" , "4608" ]], UNIT [ "metre" , 1 , AUTHORITY [ "EPSG" , "9001" ]], PROJECTION [ "Transverse_Mercator" ], PARAMETER [ "latitude_of_origin" , 0 ], PARAMETER [ "central_meridian" , -81 ] , PARAMETER [ "scale_factor" , 0.9996 ], PARAMETER [ "false_easting" , 500000 ], PARAMETER [ "false_northing" , 0 ], AUTHORITY [ "EPSG" , "2029" ], AXIS [ "Easting" , EAST ], AXIS [ "Northing" , NORTH ]]

WGS84 — SRID 4326

GEOGCS [ "WGS 84" , DATUM [ "WGS_1984" , SPHEROID [ "WGS 84" , 6378137 , 298.257223563 , AUTHORITY [ "EPSG" , "7030" ]], AUTHORITY [ "EPSG" , "6326" ]], PRIMEM [ "Greenwich" , 0 , AUTHORITY [ "EPSG" , "8901" ]], UNIT [ "degree" , 0.01745329251994328 , AUTHORITY [ "EPSG" , "9122" ]], AUTHORITY [ "EPSG" , "4326" ]]

يمكن استخدام قيم SRID المرتبطة بالبيانات المكانية لتقييد العمليات المكانية - على سبيل المثال، لا يمكن إجراء العمليات المكانية بين الكائنات المكانية ذات قيم SRID مختلفة في بعض الأنظمة، أو تشغيل تحويلات نظام الإحداثيات بين الكائنات المكانية في أنظمة أخرى.

• المرجع الهندسي
• الجيوديسيا
• المرجع الجيوديسي
• تحديد الموقع الجغرافي
• أنظمة الإحداثيات الجغرافية
• نظام المعلومات الجغرافية ( GIS ).
• مرجع الشبكة
• الإحالة الخطية
• قائمة أنظمة الإحداثيات المرجعية الوطنية
• شروط التوجيه

• spatialreference.org – موقع إلكتروني يحتوي على أكثر من 13000 نظام مرجعي مكاني، بتنسيقات متنوعة.
• مواصفات OpenGIS (المعايير) مؤرشفة بتاريخ 13 ديسمبر 2004 على موقع Wayback Machine
• مواصفات الميزات البسيطة لـ OpenGIS لـ CORBA (99-054)
• مواصفات الميزات البسيطة لـ OpenGIS لـ OLE/COM (99-050)
• مواصفات الميزات البسيطة لـ OpenGIS لـ SQL (99-054، 05-134، 06-104r3)
• مكتبة OGR مؤرشفة بتاريخ 22 أبريل 2006 على موقع Wayback Machine — مكتبة تُطبّق معايير OGC ذات الصلة
• EPSG.org - الصفحة الرسمية لمجموعة بيانات المعايير الجيوديسية التابعة لـ EPSG. محرك بحث لأنظمة الإسناد المحددة من قبل EPSG.
• EPSG.io/ - فهرسة البحث النصي الكامل لأكثر من 6000 نظام إحداثيات
• سجل نظام غالدوس إنديسيو CRS