большая полуось эллипсоида лежит в плоскости экватора геоида;
малая полуось направлена по оси вращения Земли;
среднеквадратичное отклонение поверхности эллипсоида от поверхности геоида минимально по всей территории земного шара.
WGS72 и сменившая ее WGS84 (математическая модель Земли, применяемая в GPS приемниках), а также российская СГС85 являются геоцентрическими системами координат на эллипсоидах WGS72, GRS80 и SGS85 соответственно. В системе NAVSTAR используется WGS84, а в системе GLONASS - СГС85.
Топоцентрическая (национальная) система координат появляется так: вы берете некоторый эллипсоид и располагаете его таким образом, чтобы для заданной территории среднеквадратичное отклонение поверхности эллипсоида от поверхности геоида было минимальным. При этом остальная часть мира вас не интересует: отклонения на другой стороне Земли может быть сколь угодно велико.
В России используются несколько геодезических систем координат: Пулково 1942 г., 1963 г. и1991 г. Система координат 1963 г. используется военными и ее параметры преобразования засекречены. Обычно мы пользуемся картами, составленными в системе координат 1942 г. Она базируется на эллипсоиде Красовского.
GPS - начальные буквы названия глобальной системы определения местоположения и координат Global Positioning System. Это система, позволяющая определить местоположение объекта, т.е. определить его широту, долготу и высоту над уровнем моря, а также направление и скорость его движения. Кроме того, с помощью GPS можно определить время с точностью до 1 наносекунды. Изначально она была разработана США (НАВСТАР) как военная навигационная система, предназначенная для высокоточного определения пространственных координат. Система представляет собой совокупность 29 спутников (по состоянию на 10.01.2003г.), сигналы которых принимаются на Земле специальными устройствами - GPS-приемниками. Эти сигналы и используются для определения координат.
В целом, GPS следует воспринимать как совокупности средств, методов и технологий геопозиционирования, позволяющих определять географическое положение объекта с заданной точностью, отображать его координаты на электронной карте, а также вырабатывать определенные управляющие воздействия на объект по заданному алгоритму с учетом текущей ситуации. GPS используется в воздушной, морской и наземной навигации.
Галилео - Европейская навигационная спутниковая система
ГЛОНАСС - Российская навигационная спутниковая система
НАВСТАР - Официальное название, данное Американским правительством системе спутников навигации
Режим Ограниченного Доступа. Намеренное ухудшение сигналов спутников, принимаемых гражданскими GPS приемниками, производимое Министерством обороны США до мая 2000 года.
Геоид и эллипсоиды
Геоид - фигура сложной формы, образованная поверхностью уровня вод Мирового океана, продолженной под материками. Эта поверхность во всех точках перпендикулярна (нормальна) вектору силы тяжести. Отвес направлен перпендикулярно поверхности геоида, а не к центру Земли! Это связано с тем, что плотность Земли распределена неравномерно.
Эллипсоид - тело, полученное вращением эллипса вокруг его малой оси. Размеры подбирают так, чтобы среднеквадратичное отклонение от поверхности геоида было минимально либо по всей поверхности Земли, либо для заданной территории.
В таблицах эллипсоидов часто указывается не полярное сжатие f, а обратная величина 1/f, например, для эллипсоида Красовского 1/f = 298,3.
Отклонения эллипсоида Красовского от геоида на территории СНГ не превышают 150 м.
Проекция Гаусса-Крюгера и Universal Transverse Mercator(UTM) - это разновидности поперечно-цилиндрической проекции (Transverse Mercator). Воображаемый цилиндр, на который происходит проекция, охватывает земной эллипсоид по меридиану, называемому центральным (осевым) меридианом зоны. Зона - это участок земной поверхности, ограниченный двумя меридианами. Обе проекции делят земной эллипсоид на 60 зон шириной 6°. Зоны нумеруются с запада на восток, начиная с 0°: зона 1 простирается с меридиана 0° до меридиана 6°, ее центральный меридиан 3°. Зона 2 - с 6° до 12°, и т. д. Нумерация номенклатурных листов начинается с 180°, например, лист N-39 находится в 9-й зоне. Таким образом, для данной долготы номер зоны = (целая часть от деления долготы на 6°) + 1, центральный меридиан = (номер зоны) * 6° - 3°
В проекции Гаусса-Крюгера цилиндр касается эллипсоида по центральному меридиану, масштаб (scale) вдоль него равен 1.
UTM - это проекция на секущий цилиндр и масштаб равен единице вдоль двух секущих линий, отстоящих от центрального меридиана на 180 000 м.
Цилиндр разворачивают в плоскость и накладывают прямоугольную километровую сетку с началом координат в точке пересечения экватора и центрального меридиана. Вертикальные линии сетки параллельны центральному меридиану. Для того, чтобы все прямоугольные координаты были положительны, вводится восточное смещение (false easting), равное 500 000 м, т. е. координата X на центральном меридиане равна 500 000 м.
В южном полушарии в тех же целях вводится северное смещение (false northing) 10 000 000 м.
Важно понимать, что вертикали километровой сетки не ориентированы точно на север (за исключением линии на центральном меридиане), угол расхождения с меридианами может составлять до 3°.
