Распространенные географические
системы координат.
Самыми распространенными системами
координат для территории России
являются: универсальная общеземная
система WGS-84 (World Geodetic System - 1984) базирующаяся
на эллипсоиде WGS-84 с центром в
центре масс земли и референцная
(используемая в России и некоторых
окружающих странах) - Pulkovo-1942 (СК-42) базирующаяся
на эллипсоиде Красовского, начало координат
смещено относительно центра масс расстояние
около 100 м (поэтому эта система
и носит название референцной
или относительной). Система WGS-84 широко
применяется зарубежом, ее используют
практически для всех данных производимых
в мире. СК-42 широко используется в российской
картографии, на ней основаются все топографические
материалы ВТУ ГШ РФ (Военно-топографического
управления Генерального штаба Российской
Федерации).
Проекция
Проекция - набор математических формул,
использующаяся для преобразования
сферической поверхности в плоскость.
Виды проекций
По типу поверхности на которую осуществляется
проектирование проекции разделяются
на:
Конические (проектирование сфероида
на коническую поверхность)
Цилиндрические (проектирование сфероида
на цилиндрическую поверхность)
Азимутальные (проектирование сфероида
на плоскость касательную сфероида)
По характеру искажений вносимых
в содержание карты после проектирования
карты проекции делятся на равноплощадные
(отсутствуют искажения площадей),
равноугольные (отсутствуют искажения
углов и, следовательно формы объектов),
равнопромежуточные (отсутствуют искажения
длин - расстояния остаются неизменными
в определенных направлениях). Существуют
также проекции в которых искажения минимизированы
сразу по двум или трем показателям (углы,
длины, площади). Проекций в которых сохранялся
бы масштаб длин во всех направлениях
не существует.
Распространенные проекции
Достаточно широко распространены
в России и мире группы проекций
UTM (Universal Transverse Mercator) и ГК (Гаусса-Крюгера,
больше распространена в России и странах
Восточной Европы). Обе этих группы базируются
на одной поперечной проекции Меркатора
(Transverse Mercator), однако имеют различную номенклатуру
(нумерацию зон) и параметры проекций для
каждой зоны.
Переход между системами координат
Последнее время, с развитием спутниковой
навигации, проблема перехода из универсальной
общеземной системы координат используемой
приборами GPS - WGS84 в другие системы
координат , например СК-42 (Pulkovo 1942) встает
особенно явно. Для перехода из одной системы
координат в другую используется набор
параметров определяющих отличие эллипсоида
на котором базируется одна СК от другого.
Это т.н. линейные элементы трансформирования
определяющие сдвиг центра масс эллипсоида
относительно общеземного и угловые элементы
трансформирования определяющие соответственно
поворот эллипсоида относительно общеземного.
Обычная разница между одними и теми же
координатами в разных системах составляет
порядка 150 метров. Если вы видите, что
одни ваши данные равномерно смещены относительно
других слоев на эту величину, то скорее
всего вы используете данные находящиеся
в разных системах координат, например
одновременно используются данные в WGS84
и Pulkovo 1942.
Файл описания проекции
Проекция данных записывается в
специальный файл (имеющий расширение
prj), в котором указывается система
координат, проекция, единицы измерения
и другие данные, важные для пространственной
привязки данных. Без этого файла,
определение проекции данных может
быть затруднительно. Этот файл помогает
ГИС определить пространственную привязку
данных и перевести их в другую
проекцию, если такая команда будет
дана ГИС.
Подробнее о проекциях и системах
координат:
Часто задаваемые вопросы по координатам,
проекциям, системам координат >>>
Практическая часть
Скачать учебные материалы для этой главы (2.7 Мб).
В практической части этой главы
Вы научитесь:
- Назначать и менять систему координат фрейму данных;
- Узнавать систему координат слоев для которых она указана;
- Правильно отображать данные в разных системах координат;
- Менять систему координат данных с созданием нового слоя.
Упражнение 1. Назначение спроектированной
системы координат фрейму данных
- Создайте новый проект ex3.mxd
- Выберите свойства набора данных (на данный момент единственного)
Выбор свойств набора данных может осуществляться двумя способами:
- нажатием правой кнопкой мыши на названии набора данных в таблице содержания вида
- или выбором в главном меню в закладке View\Data Frame Properties...
В свойствах фрейма данных необходимо выбрать закладку Coordinate System и указать систему координат из папки Predefined (спроектированную - из папки Projected Coordinate Systems или географическую - из папки Geographic Coordinate Systems). С помощью кнопки Modify... параметры любой системы координат или проекции могут быть изменены. Используя кнопку New вы можете создавать новые проекции c необходимыми Вам параметрами.
- Установите проекцию Albers со следующими параметрами. Для этого нажмите кнопку New\Projected Coordinate System и установите следующие параметры проекции:
Name: Albers-Europe
Projection Name: Albers
False_Easting: 8500000.000
False_Northing: 0.000
Central_Meridian: 45.000
Standard_Parallel_1: 52.000
Standard_Parallel_2: 64.000
Latitude_Of_Origin: 0.000
Кроме задания парметров проекции необходимо указать используемую географическую систему координат. Для этого нажмите кнопку Select и из папки Europe выберите систему координат Pulkovo 1942.prj
Как Вы увидите, вновь созданная проекция добавилась в папку <custom>
Часто бывает так, что заданные вручную параметры проекции необходимо будет использовать многократно. Для того, чтобы не прописывать эти параметры каждый раз заново, Вы можете сохранить свою проекцию в папку Favorites. Для этого необходимо нажать кнопку Add To Favorites
Теперь для того, чтобы задать эту проекцию фрейму данных его нужно будет просто выбрать из списка в папке Favorites и нажать Apply.
Подробнее о добавлении проекций в ArcGIS >>>
Упражнение 2. Смена географической
системы координат
- В созданный на предыдущем шаге проект с заданной проекцией загрузите растровую карту Висимского заповедника File\Add Data\...\chapt08\o40-24.tif (путь к папке определяется тем, куда вы распаковали архив с упражнением)
- Ответьте "нет" на вопрос о создании пирамидных слоев. Данные слои помогают ускорить отображение больших растров, в данном случае они нам не понадобятся.
- Нажмите правой кнопкой мыши на слое с картой, обратите внимание на проекцию карты. Топографическая карта имеет ту же проекцию и систему координат, что и набор данных (Data Frame)
- Нажав правой кнопкой мыши в любом месте окна карты, также проверьте проекцию и систему координат фрейма данных (Properties\Coordinate System). Если система координат набора данных не установлена, то, после загрузки первого слоя, набор данных приобретает систему координат и проекцию первого загруженного слоя. Это является особенностью ArcGIS.
- Загрузите векторный слой границ Висимского заповедника File\Add Data\...\chapt08\zp-bcc.lyr(именно zp-bcc.lyr, а не zp-bcc.shp)
- Увеличьте правый верхний угол заповедника и измерьте расстояние от просеки (черная пунктирная линия на карте), по которой реально проходит граница заповедника, до векторной линии ее представляющей в данный момент. Хорошо видно, что граница заповедника смещена на расстояние порядка 150 метров.
- Допустим, что мы знаем, что слой границы заповедника получен из точечного слоя измерений GPS на вынесенных в натуру границ и, также, что точность привязки топографических карт также гораздо лучше 150 метров. В этом случае, мы можем предположить, что сдвиг связан с тем, что перехода из одной системы координат (тема zp-bcc, система координат WGS84, см. предыдущее упражнение) в другую (тема o40-24.tif, система координат Pulkovo 1942, см. предыдущее упражнение) автоматически не произошло, несмотря на то, что проекцией фрейма данных является проекция Albers-Europe и система координат Pulkovo 1942. Это также является особенностью ArcGIS, которую необходимо учитывать, при использовании данных в разных системах координат. Подробнее про настройку системы координат и различия в измерениях >>>
- Наша задача состоит в том, что бы такой переход все таки был осуществлен. Для этого откроем еще раз настройки системы координат в свойствах вида View\Data Frame Properties\Coordinate System и укажем явным образом трансформацию нажатием на кнопку Transformations...
- В пункте "трансформировать из" (Convert from:) укажем систему координат GCS_WGS_1984, а в пункте "трансформировать в" (Into:) - GCS_Pulkovo_1942. После этого станет доступна опция "трансформировать используя" (Using:), где нужно выбрать Pulkovo_1942_To_WGS_1984. Нажмите Ок.
- Как видно из нижеследующей иллюстрации, граница "встала" на место.
Данный пример иллюстрирует особенности работы в ArcGIS с данными, находящимися в разных системах координат и особенности "поведения" ПО, необходимые при этом учитывать.
Упражнение 3. Экспорт данных в другой
системе координат (перепроектировка)
- В результате предыдущего упражнения, на экране мы фактически получили все слои в одной системе координат - Pulkovo 1942. Однако, это сохраняется только в проекте, загрузив эти же данные в другой проект, нам придется заново устанавливать необходимые настройки. Для хранения данных в определенной системе координат постоянно может возникнуть необходимость для этих слоев навсегда задать эту систему координат.
- Используя результаты предыдущего проекта, щелкните правой кнопкой на теме, которую вы хотите сохранить в текущей проекции и системе координат фрейма данных.
- Выберите Data\Export Data... (Данные\Экспорт данных).
- В открывшемся окне, установите переключатель в положение Use the same Coordinate System as the data frame (для экспортируемого слоя использовать систему координат равную системе координат фрейма данных).
- После экспорта будет предложено добавить экспортированный и сконвертированный слой добавить в проект - сделайте это.
- Удалите предыдущую тему в системе координат WGS84.
- Отмените проектирование фрейма данных, выбрав его свойства, систему координат и нажав кнопку Clear (Очистить). При этом, так как система координат фрейму данных не задается, все слои будут показываться в той системе координат, в которой они находятся изначально, без проектирования "на лету" ArcGIS.
- Как мы видим, слой границ все так же хорошо соответствует топографической карте и в свойствах этих двух слоев значится одинаковая спроектированная система координат.
Данное упражнение иллюстрирует один
из способов перевода данных из одной
системы координат в другую, так
чтобы новая система координат
была закреплена за данными постоянно,
независимо от того, в какую систему
координат имеет набор данных.
Теоретическая часть
Данные - то, на чем базируется ГИС, на
основе чего ведется работа и то, чем управляет
ГИС.
В отличие от не привязанных пространственно
данных (таких как, например, отсканированная
карта или векторная и растровая
графика получаемая с помощью таких пакетов
как Adobe Photoshop или Corel Draw) правильно подготовленные
данные в ГИС имеют ряд преимуществ, обусловленных
их географической привязкой и особенностями
структуры.
В соответствие с концепцией информационной
системы ГИС, как системы связывающей
атрибутивную и пространственную информацию,
данные используемые системой также
могут быть пространственными и
атрибутивными (текстовыми, табличными).
С точки зрения содержания, можно
выделить следующие типы данных, наиболее
часто используемых в ГИС:
Атрибутивные данные
Как уже было сказано выше, пространственные
данные всегда имеют четкую связь между
атрибутивной и геометрической составляющими.
Атрибутивная информация - это информация,
описывающая различные характеристики
и параметры географической составляющей >>>.
Топографические данные
Как правило, являются основой информационного
наполнения ГИС. Важные характеристики
данных - масштаб, наличие атрибутивной
информации. Советская картографическая
школа является одной из лучших в мире.
Существует только две страны, работающие
в мировом масштабе и имеющие в своем распоряжении
данные на весь мир - Россия и США. Чаще
всего в качестве базовой топографической
информации используются топографические
карты генерального штаба МО РФ. Масштабы
подробнее 1:100'000 являются секретными,
1:100'000 - для служебного пользования, 1:200'000
и мельче - открытыми.
Топографические данные могут использоваться
как комплексные топографические
планшеты, то есть матрицы информации,
где одновременно находится вся
топографическая информация и как
отдельные топографические слои:
гидрографическая сеть, населенные пункты,
рельеф и т.д.
Данные дистанционного зондирования
Земли (данные ДЗЗ)
Важный источник актуальной оперативной
информации и, пожалуй, единственный из
возможных. Стандартной единицей ДДЗ является
снимок. Характеристики снимков, полученных
с разных спутников, разными камерами
различаются. Так например, географический
охват снимков полученных со спутника Landsat имеет размер 180 на 180 км, а одна сцена Aster полученная со спутника Terraимеет размер 60 на 60 км. Наиболее важными
характеристиками данных ДЗЗ являются
пространственное и спектральное разрешение
(набор каналов), географический охват
и другие характеристики. Узнать о существующих
аппаратах дистанционного зондирования
и источниках данных можно из базы данных
по спутникам и камерам >>>
Тематическая информация
Примеров тематической информации может
быть приведено огромное множество: начиная
от различных карт зонирования по ландшафтному,
почвенному, инженерно-геологическому
или любому другому признаку, заканчивая
картами структурно-функционального зонирования.
К особому типу тематической информации
можно отнести лесоустроительную
информацию, которая может использоваться
в виде отдельных планшетов с
детальным описанием выделов
или же быть сильно генерализованной
и описывать породный состав целых
лесничеств или лесхозов.
Другой ценный и, достаточно труднодоступный
вид тематической информации - информация
о биоразнообразии - точки встреч
видов, ареалы, зоны плотности.