Układ współrzędnych

EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
1/26
NARZĘDZIA KOMPUTEROWEGO WSPOMAGANIA PROJEKTOWANIA
SIECI TELEKOMUNIKACYJNYCH
Opis powierzchni Ziemi. Elementy kartografii i geodezji.
Współrzędne geograficzne
Ziemię można opisać jako sferę.
Dzieląc ją na części elementarne umownymi liniami (południki i
równoleżniki) uzyskujemy opis powierzchni za pomocą
współrzędnych geograficznych: szerokości i długości geograficznej.
Wielkości te mierzone są w minutach i sekundach.
Dokładnosci – rzędu kilkudziesięciu m.
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
Wpływ skali na odwzorowanie
Materiały ze strony: http://www.simmonsgames.com/research/authors/GermanyHeerGeneralstab/World1000/TextEnglish.html
2/26
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
Podział map na arkusze
3/26
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
4/26
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
5/26
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
Co można wyczytać z legendy
Nazwa arkusza
Nr arkusza
Skala
Usytuowanie względem sąsiednich arkuszy
Układ odniesienia
Siatka kartograficzna i współrzędne geograficzne
6/26
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
7/26
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
8/26
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
9/26
Współrzędne geodezyjne
Modele powierzchni ziemi:
Płaskie – małe powierzchnie, dystanse, gdzie krzywizna ziemi jest nieistotna (mniej 10km)
Sferyczne – mapy poglądowe i wieloskalowe
Elipsoidalne (często łączone z geoidą) – wykorzystywane przez GPS,
Ziemia opisywana jest jako geoida. Jest to elipsoida, na którą „nałożono” krzywą o stałej wartości siły ciężkości.
Nie jest ona opisana równaniem matematycznym (nie jest to możliwe).
1. Ocean
2. Elipsoida
3. Pion lokalny
4. Kontynent
5. Geoida
Siła, z jaką Ziemia przyciąga każde ciało, to wypadkowa siły przyciągania (grawitacji) i siły odśrodkowej
wynikającej z ruchu obrotowego Ziemi. Skierowana jest ona pionowo w dół i zależy od szerokości geograficznej,
wysokości nad poziomem morza, rozkładu mas w skorupie ziemskiej i kilku innych sił oddziałujących na nią w
minimalnym stopniu.
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
10/26
Opis Ziemi za pomocą geoidy sprowadza się do „wygładzenia” jej powierzchni.
Fizyczna powierzchnia odbiega od poziomu oceanów od ok. 8800 m (Mt. Everest) do – 11 000 m (Rów
Mariański),
Powierzchnia geoidy „odskakuje” od +84 do -110 m od elipsoidy.
Na obszarze Polski odstępy elipsoidy satelitarnej WGS84 od geoidy sięgają od 26 m do 43 m.
W XIX w. udowodniono (Gauss), że elipsoidy, a tym bardziej geoidy, nie można odwzorować na płaszczyznę
bez zniekształceń.
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
Współrzędne geodezyjne (elipsoidalne, krzywoliniowe) – w przeciwieństwie do współrzędnych
geograficznych powierzchnią odniesienia nie jest kula, lecz elipsoida obrotowa.
B – szerokością geodezyjną B punktu P nazywamy kąt, jaki normalna do elipsoidy w punkcie P tworzy
z płaszczyzną równika.
L – długością geodezyjną L punktu P położonego
na elipsoidzie nazywamy kąt między płaszczyzną elipsy poł
udnikowej tego punktu
i płaszczyzną pewnej elipsy południkowejobranej za
początkową.
H – wysokością geometryczną (elipsoidalną)
nazywamy odległość mierzoną od powierzchni elipsoidy
geocentrycznej (dowolnej elipsoidy) do punktu na fizycznej
powierzchniZiemi po normalnej do elipsoidy.
P – punkt na powierzchni elipsoidy,
P0 – rzut punktu P na płaszczyznę równika,
B0 – równik,
L0 – Południk początkowy (np. południk Greenwich),
BP – szerokość geodezyjna punktu P,
LP – długość geodezyjna punktu P,
φ – szerokość geocentryczna,
p – promień równoleżnika punktu P,
a – duża półoś elipsoidy,
b – mała półoś elipsoidy.
11/26
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
12/26
Układy odzworowań
Odwzorowania mogą:
Zachowywać odległości
Zachowywać powierzchnie
Zachowywać kąty
Układ współrzędnych 1942 – układ
współrzędnych płaskich prostokątnych. Układ
historyczny, nienależący do państwowego
systemu odniesień przestrzennych. Układ został
wprowadzony do stosowania uchwałą Prezydium
Rządu w 1953.
Układ powstał w wyniku zastosowania
odwzorowania Gaussa-Krügera na elipsoidzie
Krassowskiego w pasach o szerokosci 3° lub 6°.
Punkt przyłożenia – Pułkowo (B=59°46'18.55",
L=30°19'42.09") Azymut orientacji: Pułkowo –
Bugry (A=121°40'38.79").
Układ obowiązywał w służbie cywilnej do czasu zastąpienia go przez układ współrzędnych 1965, w wojskowej
natomiast, do początku lat 90. XX wieku.
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
13/26
Układ współrzędnych "1965" (Państwowy Układ Współrzędnych Geodezyjnych 1965) – układ współrzędnych
płaskich prostokątnych w odwzorowaniu konforemnym (odwzorowanie quasi-stereograficzne), zwany układem
"1965", stosowany do opracowań w skali 1:5000 i skalach większych (mapa zasadnicza).
Układ "1965" obowiązywał do 31 grudnia 2009 i został zastąpiony przez układ współrzędnych 2000. Układ
"1965" nie należy do państwowego systemu odniesień przestrzennych od 1 stycznia 2010.
W układzie tym obszar Polski podzielono na pięć stref odwzorowawczych, przy czym podstawą do wydzielenia
stref były granice podziału administracyjnego. Każda strefa objęła pewną liczbę województw zgodnie z
ówczesnym podziałem administracyjnym.
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
14/26
Układ współrzędnych 1992 (Państwowy Układ Współrzędnych Geodezyjnych 1992) – układ współrzędnych
płaskich prostokątnych oparty na odwzorowaniu Gaussa-Krügera na elipsoidę GRS80 w jednej
dziesięciostopniowej strefie.
Początkiem układu jest punkt przecięcia południka 19°E z obrazem równika. Południk środkowy odwzorowuje
się na linię prostą w skali m0 = 0,9993, na południku środkowym zniekształcenie wynosi –70 cm/km i rośnie do
+90 cm/km na skrajnych wschodnich obszarach Polski. Układ stanowi podstawę do sporządzania map w skalach
1:10 000 i mniejszych, ze względu na duże zniekształcenia. Układ ten jest wykorzystywany m.in. do
sporządzania Leśnych Map Numerycznych w
Lasach Państwowych. Do opracowań w większych
skalach (1:5000 i większe) stosuje się układ
współrzędnych 2000.
Zgodnie z Rozporządzeniem Rady Ministrów w
sprawie państwowego systemu odniesień
przestrzennych z dnia 8 sierpnia 2000 jest to
jedyny układ dla opracowań małoskalowych
obowiązujący w Polsce od 1 stycznia 2010.
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
15/26
Układ współrzędnych 2000 (Państwowy Układ Współrzędnych Geodezyjnych 2000, PL-2000) – układ
współrzędnych płaskich prostokątnych zwany układem "2000", powstały w wyniku zastosowania odwzorowania
Gaussa-Krügera dla elipsoidy GRS 80 w czterech trzystopniowych strefach o południkach osiowych 15°E, 18°E,
21°E i 24°E, oznaczone odpowiednio numerami – 5, 6, 7 i 8 (jak w układzie 1942). Skala długości
odwzorowania na południkach osiowych wynosi m0 = 0,999923. Zniekształcenia na południku osiowym
wynoszą -7,7cm/km zaś na styku stref +7cm/km.
Układ 2000 został wprowadzony Rozporządzeniem Rady Ministrów w sprawie państwowego systemu odniesień
przestrzennych z 8 sierpnia 2000, od 1 stycznia 2010 jest to jedyny układ współrzędnych geodezyjnych
obowiązujący w Polsce. Układ stosuje się na potrzeby wykonywania map w skalach większych od 1:10 000 – w
szczególności mapy ewidencyjnej i mapy zasadniczej.
Zastąpił on układ współrzędnych 1965.
Od roku 2012 zgodnie z nowym rozporządzeniem o
państwowym systemie odniesień przestrzennych układ
posiada oznaczenie PL-2000. Zastosowanie, elementy
oraz parametry techniczne m.in. układu 2000 reguluje
rozporządzenie Rady Ministrów z 15 października 2012
roku.
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
16/26
WGS-84 (ang. World Geodetic System '84) – zbiór parametrów (z 1984) określających wielkość i kształt Ziemi
oraz właściwości jej potencjału grawitacyjnego. System ten definiuje elipsoidę, która jest generalizacją kształtu
geoidy, wykorzystywaną do tworzenia map.
System ten jest wynikiem pewnej niewielkiej modyfikacji systemu GRS-80 (Geodetic Reference System '80),
starszego od WGS-84 o 4 lata. Ze względu na fakt, iż parametry elipsoid tych dwóch systemów różnią się o
nieistotną wartość ok. 0,1 mm więc w praktyce nazwy elipsoid (tak jak nazwy modeli) przyjmuje się niekiedy
wymiennie.
Elipsoida WGS-84 stała się podstawowym układem odniesienia w systemach nawigacji satelitarnej. Przy
używaniu map opartych na innym układzie należy wprowadzać poprawki. Chociaż większość odbiorników
nawigacji satelitarnej ma zaprogramowaną możliwość wyświetlania pozycji w innych układach, obecnie trwa
proces upowszechniania map opartych o WGS-84.
Położenie punktów w odniesieniu do powierzchni elipsoidy określają współrzędne geodezyjne B, L oraz h
(szerokość, długość, wysokość elipsoidalna) lub równoważne im geocentryczne współrzędne prostokątne X, Y
oraz Z.
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
17/26
Ważniejsze pojęcia
Ortofotomapa – mapa lotnicza lub satelitarna powierzchni ziemskiej, przetworzona w nawiązaniu do układu
współrzędnych przyjętego odwzorowania kartograficznego. W praktyce wykonuje się serie zdjęć, które są
obrabiane i sprowadzane do jednej skali. Następnie nanoszone są na nią punkty osnowy geodezyjnej.
Ortofotomapa tworzona jest przez:
Odpowiednią orientację serii zdjęć
pozyskanie numerycznego modelu terenu
korekcję geometryczną zdjęć (zmiana położenia pikseli obrazu wynikająca z geometrii wykonania zdjęcia)
rasteryzację z treścią wektorową (szczegóły, ramki i opisy pozaramkowe).
Osnowa geodezyjna – zbiór punktów, które mają położenie wyznaczone w państwowym systemie odniesień
przestrzennych, które mają precyzyjnie określoną pozycję oraz błąd jej wyznaczenia.
Punkty osnowy:
mają niepowtarzalne numery,
posiadają opisy topograficzne,
zostały oznaczone w terenie znakami geodezyjnymi a ich dane zostały umieszczone w państwowym
zasobie geodezyjnym i kartograficznym
pełnią rolę nawiązania dla wszystkich robót geodezyjnych, których wynikiem są współrzędne określone
w państwowym układzie współrzędnych.
Ze względu na dokładność oraz sposób jej zakładania osnowę geodezyjną dzieli się na:
osnowę podstawową fundamentalną – stanowią ją punkty wyznaczone w sieciach o najwyższej
dokładności, które przenoszą na obszar kraju geodezyjny układ odniesienia i układ wysokości
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
osnowę podstawową bazową – stanowią ją punkty
wyznaczone w sieciach o najwyższej dokładności
realizujące przyjęte układy odniesienia, i które są
rozmieszczone równomiernie na terenie Polski
osnowę szczegółową – stanowią ją punkty wyznaczone w
sieciach będących rozwinięciem podstawowej osnowy
geodezyjnej, a stopień ich zagęszczenia jest uzależniony
od stopnia zurbanizowania terenu
Osnowy geodezyjne, ze względu na wykorzystanie do
konkretnych pomiarów geodezyjnych oraz sposób
przedstawienia wzajemnego położenia punktów, dzielą się na:
osnowę poziomą (podstawową fundamentalną, bazową oraz
szczegółową), w której określone jest wzajemne poziome położenie
punktów na powierzchni, bez uwzględnienia różnic wysokości,
osnowę wysokościową (podstawową fundamentalną, bazową oraz
szczegółową), w której określono wysokość punktów względem
poziomu odniesienia,
osnowę dwufunkcyjną, której punkty maja znane położenie i
wysokość, a więc spełniają równocześnie funkcje punktów osnowy
poziomej i wysokościowej.
Baza punktów osnowy geodezyjnej prowadzona jest przez Centralny
Ośrodek Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej (CODGiK) (portal www.codgik.gov.pl)
18/26
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
Przykład mapy z wyznaczonymi punktami:
19/26
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
20/26
Systemy GIS
Co to jest GIS?
GIS to odpowiednio zorganizowana baza danych o obiektach i zjawiskach, które
znajdują się pod Ziemią, na jej powierzchni i nad nią, oraz oprogramowanie,
które umożliwia prowadzenie wszelkich złożonych analiz informacji
charakteryzujących te obiekty i zjawiska.
GIS to technologia informatyczna : łączy charakterystyki geometryczne i
lokalizację obiektów z ich charakterystyką opisową.
Z tradycyjnej mapy papierowej można wyczytać tyle, ile się na niej zobaczy.
Natomiast baza danych systemu GIS może zawierać nieograniczoną ilość
informacji.
Przykład
Muzeum jest przedstawione na mapie analogowej jako nazwa i punkt
wskazujący jego lokalizację.
GIS może określać położenie, zawierać nazwę, informacje o ciekawych
wystawach i autorach wystawianych eksponatów, godziny otwarcia dla
zwiedzających – wszystkie te informacje, które wcześniej zapisano w bazie
danych i które w dowolnym momencie można ze sobą łączyć i analizować.
Niejednokrotnie możliwe jest obejrzenie eksponatów muzeum, a nawet odbycie wirtualnej wycieczki po jego
salach.
Czasami funkcjonuje określenie SIP – Systemy Informacji Przestrzennej - kontynenty, regiony, państwa, obszary
administracyjne obszary reprezentowane na mapach w różnych skalach,
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
21/26
Wyniki analiz GIS:
dostarczają kompleksowych informacji o obiektach i zjawiskach
wspierają podejmowanie ważnych decyzji, które mają wpływ na otaczającą nas rzeczywistość.
Odbiorcy:
osoby prywatne
korporacje,
Dziedziny wykorzystania:
biznes,
administracja publiczna,
służby geodezyjne,
służby telekomunikacyjne, wodociągowe, itp.
edukacja,
ochrona środowiska
inne
Przykładowe wyniki analiz GIS służą do określenia:
optymalnych lokalizacji sklepów, fabryk, magazynów, składowisk odpadów i innych;
lokalizacji infrastruktury technicznej (np. rurociągów, linii energetycznych, systemów wodociągowokanalizacyjnych, teletechnicznych, itp.);
lokalizacji miejsc występowania zasobów naturalnych;
tras dostaw uwzględniających różne sposoby i środki transportu;
profili potencjalnych klientów w zależności od miejsca zamieszkania, wieku, płci i ich siły nabywczej;
poziomów sprzedaży produktów z podziałem na obszary i odbiorców.
Umożliwiają symulowanie przebiegu zdarzeń;
Prowadzenie akcji prewencyjnych, oraz eliminujących skutki różnych zjawisk (powodzi, huraganów,
epidemii, itp.);
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
Przykłady systemów wykorzystujących GIS
1. Mapy Google
https://maps.google.pl/
22/26
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
2. Serwis Targeo itp. (przykłd: http://mapa.targeo.pl/Bia%C5%82ystok )
23/26
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
24/26
3. Systemy Informacji Przestrzennej (przykłd: http://gisbialystok.pl/ )
Moduł gęstość zaludnienia
Moduł geodezyjny
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
Systemy SIT
SIT – Systemy Informacji Terenowej
Odmiana systemów GIS, ale w małych skalach:
działki geodezyjne, części miast, oddziały leśne
dane geodezyjne oraz mapy katastralne
w skali 1:500 - 1:5000 (w skali 1: 500 1 cm Û 5 m)
25/26
EiT TZ II semestr
Narzędzia CAD w02
Przykłady stron umożliwiających lokalizację.
http://vbest.com.pl/gps
26/26