Дополнительно_ГИС_Шипулин

Описание

Универсальная система трансверсальной проекции Меркатора - специализированное приложение трансверсальной проекции Меркатора. Проекция UTM получается двойным проецированием - эллипсоида на шар, а затем шара на плоскость в проекции Меркатора. UTM - секущая проекция. Две параллельных линии равноудаленные от центрального меридиана.

Земной шар разделен на 60 северных и южных зон, каждая охватывает шесть градусов долготы. Каждая зона имеет собственный центральный меридиан. Центральный меридиан зоны 1 UTM - в 177° З. Зони 1С и 1Ю начинаются от 180° З.

Пределы каждой зоны - 84° С и 80° Ю с подразделением на северную и южную зону, которые встречаются на экваторе. Полярная область использует универсальную полярную стереографическую систему координаты.

Начало для каждой зоны - ее центральный меридиан и экватор. Чтобы исключить негативную координату, система координат изменяет величину координаты в начале. Величина, присвоенная центральному меридиану, – смещение начала абсциссы, и величина, назначенная экватору, – смещение начала ординаты. Применяется смещение начала координаты на запад на 500000 метров. Северная зона имеет смещение начала ординаты 0, в то время как южная зона имеет смещение начала ординаты 10000000 метров.

Метод проецирования

Цилиндрическая проекция с центральным меридианом, размещенным в особенной области.

Линия контакта

Две линии параллельные центральному меридиану зоны UTM и удаленные от него приблизительно на 180 км с каждой стороны.

Прямая линия сетки меридианов и параллели

Центральный меридиан и экватор.

Свойства

Форма

Конформная проекция. Точное представление малой формы. Минимальное искажение больших форм в пределах зоны.

Площадь

Минимальное искажение в пределах каждой зоны UTM.

211

Направление

Локальные углы верные.

Расстояние

Масштаб постоянный по центральному меридиану, но в масштабном коэффициенте 0.9996, чтобы снизить боковое искажение в пределах каждой зоны. С этим масштабным коэффициентом линия, которая находится в 180 км к востоку и к западу и параллельны к центральному меридиану, имеет масштабный коэффициент 1,0.

Ограничение

Проецируемая для масштабной погрешности, меньшей 0,1 процента в пределах каждой зоны. Погрешность и искажение увеличиваются для области, которая перекрывает больше, чем одну зону UTM. UTM не разработана для области, которая перекрывает несколько зон.

Данные на сфероиде или эллипсоиде за 90 градусами от центрального меридиана не могут проектироваться. Фактически экстент на сфероиде или эллипсоиде должен быть ограниченный 15-20 градусами с обеих сторон центрального меридиана. За этим диапазоном в поперечной проекции Меркатора проецируемые данных не имеют обратного проецирования. Данные относительно сферы не имеют этих ограничений.

Использование и дополнения

Используется в Соединенных Штатах для топографических листов масштаба 1:100000. Много стран используют локальные зоны UTM, основанные на применяемых официальных географических системах координат. Крупномасштабное топографическое картографирование в бывшем Советском Союзе.

212

Рис. 3.3.16 – Покрытие земной поверхности зонами UTM [46].

3.3.7 Географические преобразования

Перемещение данных между системами координат включает преобразования между географическими системами координат. Поскольку географические системы координат содержат даты, которые основаны на сфероидах, географическое преобразование также изменяет подстилающий сфероид.

Известные методы имеют различные уровни точности и диапазоны для преобразования дат. Точность специфического преобразования может располагаться от сантиметров до метров в зависимости от метода, качества и числа контрольных точек, располагаемых, чтобы определить параметры преобразования.

Географическое преобразование конвертирует географические координаты (широты, долготы). Некоторые методы конвертируют географические координаты в геоцентрические (X, Y, Z) координаты, преобразовывают X, Y, Z координаты, и конвертируют новые значения обратно в географические координаты.

3.3.7.1 Метод с тремя параметрами

Самым простым методом преобразования дат является геоцентрическое преобразование или метод с тремя параметрами.

213

Геоцентрическое преобразование моделирует различия между двумя датами в системе координат X, Y, Z. Одни даты определены их центром в 0,0,0. Центр других дат определен на некотором расстоянии (∆x, ∆y, ∆z). Эти три параметра являются линейными сдвигами и всегда выражаются в метрах.

Рис. 3.3.17 - Метод с тремя параметрами

Обычно параметры преобразования определены как продвижение "от" местных дат "к" датам WGS 1984 или другим геоцентрическим датам. Геоцентрическое преобразование выполняется по формуле:

X				x		x
		=			+			(3.3.13)
Y				y		y
Z				z		z

3.3.6.2 Метод с семью параметрами

Более комплексное и точное преобразование выполняется путем добавления трех линейных сдвигов (∆x, ∆y, ∆z) и еще четырех параметров к геоцентрическому преобразованию: три угловых поворота вокруг каждой оси (rx,ry,rz) и масштабного коэффициента.

Географическое преобразование выполняется по формуле:

214

X			x			1
Y		=	y	+ (1 + s) *	− rz
Z			z			r
						y

rz

1

− rx

− ry		x
rx				(3.3.14)
		* y
1		z

Значения поворота определяются различными способами - по часовой стрелке или против часовой стрелки.

Рис. 3.3.17 - Направления угловых поворотов

3.3.6.3 Метод Молоденского

Метод Молоденского конвертирует данные непосредственно между двумя географическими системами координат фактически без преобразования в систему X, Y, Z. Метод Молоденского требует трех сдвигов (∆x, ∆y, ∆z) и различий между большими полуосями (∆a) и сжатия (∆f) этих двух сфероидов. Процессор проекции автоматически вычисляет различия сфероида согласно принятым датам, используя зависимости:

	(M + h)	ϕ = − sin ϕ cosλ − sinϕ sin λ y
	+ cosϕ	z +	e 2 sin ϕ cosϕ							(3.3.15)
										a
			(1 − e 2 sin 2				ϕ )1/ 2
	+ sinϕ cosϕ (M			a	+ N	b		)	f
				b			a
	(N + h) cosϕ λ = − sin λ								y	(3.3.16)

215

h = cosϕ cosλ			x + cosϕ sin λ y		(3.3.17)
+ sinϕ z − (1− e			2 sin 2 ϕ )1 / 2 a
+		a(1 − f )		sin2 ϕ f
		− e2 sin 2 ϕ )1	/ 2
(1
где
h		- высота элипсоида;
j		- широта;
l		- долгота;

a- большая полуось сфероида;

b- малая полуось сфероида;

f	- сжатие сфероида;
e	- эксцентриситет сфероида;
М, N	- радиусы кривизны - меридианальный и первого
вертикала соответственно в данной широте:
	M =		a(1 − e	2 )		(3.3.18)
			− e2 sin 2	ϕ) 3 / 2
	(1

N =		a		(3.3.19)
		− e 2 sin 2
(1			ϕ )1 / 2

3.3.8 Контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы

1)Каково значение координат в геоинформационныхсистемах?

2)Приведите общие характеристики физических и геометрическихмоделей фигуры Земли.

3)Что представляют собой геодезические даты?

4)Какие типы систем координат различаются в ГИС?

5)Приведите характеристику Мировой геодезической системы координат WGS-84.

6)Приведите характеристики систем криволинейных координат.

7)Что такое Проецированные системы координат и картографические проекции?

8)Приведите характеристику классификации проекций по типу искажений.

216

9)Приведите характеристику классификации проекций по типу поверхности проецирования.

10)Какие параметры определяют картографическую проекцию?

11)В чем состоит отличие универсальной трансверсальной проекции Меркатора от проекции Гаусса-Крюгера.

12)Опишите методы географических преобразований.

217

Часть 4

ОРГАНИЗАЦИЯ ДАННЫХ В ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

218

Раздел 4.1

ПОНЯТИЕ СИСТЕМНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ДАННЫХ

4.1.1 Определение, значение и задачи системной организация данных

Организацией данных называют процесс сведения разнородных данных и моделей в единую логически непротиворечивую модель, ко- торую в дальнейшем можно будет эффективно применять в различных технологиях анализа и управления [38].

Собранные данные могут храниться в виде наборов или файлов. Кроме того, при сборе данные могут организовывать связанные сово- купности, называемые моделями. Для того чтобы разнородные данные и модели можно было обрабатывать в одной системе они должны быть упорядочены и сведены к единой информационной модели, в которой они будут дополнять друг друга. Результатом организации данных является создание такой информационной модели, которая позволяет организовать эффективное хранение в базе данных и эффективную обработку в информационных системах и различных технологиях. Организация данных придает качественно новые свойства геоданным. Именно организация данных дает возможность использовать географические данные при решении широкого круга прикладных задач управления, анализа, логистики, планирования, проектирования, прогнозирования, использования ресурсов, мониторинга и др.

Исходная и предварительно обработанная информация включает множество параметров, некоторые из которых могут дублировать друг друга. Уменьшение числа данных о реальных объектах достигается применением моделей, сохраняющих основные свойства объектов исследования и не содержащих второстепенных свойств. Одной из особенностей сбора данных в геоинформатике является то, что исходные данные могут иметь не только разные размерности, но и измеряться в разных шкалах измерений. Организация данных в геоинформатике создает условия для сведения данных разных размерностей и шкал измерений в единую среду и их совместного анализа. Именно это создает возможность комплексного анализа данных при работе с разнородными данными, измеренными в разных

219

шкалах измерений.

В процессе организации данных все многообразие входной ин- формации - об объектах, их характеристиках, о формах и связях между объектами, различные описательные сведения - преобразуются в на- боры моделей. При обработке в геоинформационных технологиях ис- пользуют информационные модели. Интегрированная информацион- ная модель включает совокупность более простых моделей. Для эф- фективной обработки данных эта совокупность должна быть оптими- зирована. Эта задача решается при организации данных.

Выбор того или иного способа организации данных в ГИС, в первую очередь именно той или иной модели данных, имеет ключевое значение. Выбор модели данных напрямую определяет многие функциональные возможности создаваемой ГИС - некоторые функции просто невозможно реализовать для определенных типов организации данных, или они обеспечиваются очень сложными манипуляциями. Организация данных в ГИС напрямую определяет и применимость тех или иных технологий ввода данных. В той же степени от нее зависит достижимая пространственная точность представления графической части информации, возможность получения качественного картографического материала и организации контроля качества карт. В значительной степени способ организации данных в ГИС определяет также достижимое быстродействие системы, например, при выполнении запроса или визуализации на экране. Возможность работать с большими объемами данных или с точными данными по большим территориям тоже связана со способами и формами организации данных. Удобство редактирования и обновления данных, возможности организации многопользовательской работы в режиме редактирования, создания распределенных по сети баз данных - это все тоже связано в первую очередь с организацией данных, и уже во вторую - с конкретным программным обеспечением [27].

На основании изложенного, можно выделить следующие задачи системной организации данных:

1)преобразование информации как описательных сведений в модели;

2)сведение множества пространственных данных к единой ин- тегрированной информационной модели;

3)классифицикация исходных данных и моделей при преобразовании их в интегрированную модель;

4)идентификация данных в процессе преобразования данных в интегрированную модель, чем сохраняется их индивидуальность;

220