نظام الإحداثيات الجغرافية

خطوط الطول عمودية على خط الاستواء وخطوط العرض موازية له

نظام الإحداثيات الجغرافية ( GCS ) هو نظام إحداثيات كروي أو جيوديسي لقياس وتوصيل المواضع مباشرة على الأرض مثل خطوط العرض والطول . [1] إنه أبسط وأقدم وأكثر أنواع أنظمة الإحداثيات المكانية استخدامًا، ويشكل الأساس لمعظم الأنظمة الأخرى. على الرغم من أن خطوط العرض والطول تشكلان مجموعة إحداثيات مثل نظام الإحداثيات الديكارتي ، إلا أن نظام الإحداثيات الجغرافية ليس ديكارتيًا لأن القياسات عبارة عن زوايا وليست على سطح مستو. [2]

تتضمن مواصفات GCS الكاملة، مثل تلك المدرجة في معايير EPSG وISO 19111، أيضًا اختيارًا لبيانات جيوديسية (بما في ذلك شكل بيضاوي للأرض )، حيث ستؤدي البيانات المختلفة إلى قيم مختلفة لخطوط العرض والطول لنفس الموقع. [3]

تاريخ

يعود الفضل في اختراع نظام الإحداثيات الجغرافية عمومًا إلى إراتوستينس القيرواني ، الذي ألف كتابه الجغرافيا المفقود الآن في مكتبة الإسكندرية في القرن الثالث قبل الميلاد. [4] بعد قرن من الزمان، قام هيبارخوس النيقاوي بتحسين هذا النظام من خلال تحديد خطوط العرض من القياسات النجمية بدلاً من ارتفاع الشمس وتحديد خطوط الطول من خلال توقيتات خسوف القمر ، بدلاً من الحساب المباشر . في القرن الأول أو الثاني، قام مارينوس الصوري بتجميع معجم جغرافي موسع وخريطة عالمية مرسومة رياضيًا باستخدام إحداثيات تم قياسها شرقًا من خط الطول الرئيسي في أقصى أرض معروفة غربًا، والتي تم تحديدها باسم الجزر المحظوظة ، قبالة ساحل غرب إفريقيا حول جزر الكناري أو الرأس الأخضر ، وقياسها شمال أو جنوب جزيرة رودس قبالة آسيا الصغرى . نسب إليه بطليموس الفضل في التبني الكامل لخطوط الطول والعرض، بدلاً من قياس خطوط العرض من حيث طول يوم منتصف الصيف . [5]

استخدم بطليموس في كتابه الجغرافيا في القرن الثاني نفس خط الطول الرئيسي ولكنه قاس خطوط العرض من خط الاستواء بدلاً من ذلك. بعد ترجمة عملهم إلى اللغة العربية في القرن التاسع، صحح كتاب وصف الأرض للخوارزمي أخطاء مارينوس وبطليموس فيما يتعلق بطول البحر الأبيض المتوسط ، [ملاحظة 1] مما تسبب في استخدام رسم الخرائط العربية في العصور الوسطى لخط طول رئيسي حول 10 درجات شرق خط بطليموس. استؤنف رسم الخرائط الرياضية في أوروبا بعد استعادة ماكسيموس بلانودس لنص بطليموس قبل عام 1300 بقليل؛ تمت ترجمة النص إلى اللاتينية في فلورنسا بواسطة جاكوبو دانجيلو حوالي عام 1407.

في عام 1884، استضافت الولايات المتحدة مؤتمر خطوط الطول الدولي ، وحضره ممثلون من خمس وعشرين دولة. وافقت اثنتان وعشرون دولة منها على اعتماد خط طول المرصد الملكي في غرينتش بإنجلترا كخط مرجعي صفري. صوتت جمهورية الدومينيكان ضد الاقتراح، بينما امتنعت فرنسا والبرازيل عن التصويت. [6] اعتمدت فرنسا توقيت غرينتش بدلاً من التحديدات المحلية لمرصد باريس في عام 1911.

خطوط العرض والطول

رسم بياني لقياس زاوية خط العرض ϕ وزاوية خط الطول λ لنموذج كروي للأرض.

خط العرض ϕ لنقطة على سطح الأرض هو الزاوية بين المستوى الاستوائي والخط المستقيم الذي يمر عبر تلك النقطة ومن خلال (أو بالقرب من) مركز الأرض. [ملاحظة 2] ترسم الخطوط التي تصل بين نقاط من نفس خط العرض دوائر على سطح الأرض تسمى خطوط متوازية ، لأنها متوازية مع خط الاستواء ومع بعضها البعض. القطب الشمالي هو 90 درجة شمالا؛ والقطب الجنوبي هو 90 درجة جنوبا. خط العرض الموازي 0 درجة هو خط الاستواء ، المستوى الأساسي لجميع أنظمة الإحداثيات الجغرافية. يقسم خط الاستواء الكرة الأرضية إلى نصفي الكرة الشمالي والجنوبي .

خط الطول λ لنقطة على سطح الأرض هو الزاوية الواقعة شرقًا أو غربًا بين خط الطول المرجعي وخط طول آخر يمر عبر تلك النقطة. جميع خطوط الطول هي أنصاف قطع ناقصة عظيمة (غالبًا ما تسمى الدوائر العظمى )، والتي تتقارب عند القطبين الشمالي والجنوبي. خط الطول للمرصد الملكي البريطاني في غرينتش ، في جنوب شرق لندن، إنجلترا، هو خط الطول الرئيسي الدولي ، على الرغم من أن بعض المنظمات - مثل المعهد الوطني الفرنسي للمعلومات الجغرافية والغابات - تواصل استخدام خطوط الطول الأخرى لأغراض داخلية. يحدد خط الطول الرئيسي نصفي الكرة الأرضية الشرقي والغربي المناسبين ، على الرغم من أن الخرائط غالبًا ما تقسم نصفي الكرة الأرضية هذين إلى الغرب من أجل إبقاء العالم القديم على جانب واحد. خط الطول المقابل لغرينتش هو 180 درجة غربًا و180 درجة شرقًا. ولا ينبغي الخلط بين هذا وخط التاريخ الدولي ، الذي ينحرف عنه في عدة أماكن لأسباب سياسية وأسباب ملائمة، بما في ذلك بين أقصى شرق روسيا وأقصى غرب جزر ألوشيان .

يحدد الجمع بين هذين المكونين موضع أي موقع على سطح الأرض، دون مراعاة الارتفاع أو العمق. تُعرف الشبكة المرئية على الخريطة التي تتكون من خطوط العرض والطول باسم graticule . [7] تقع نقطة الأصل/الصفر لهذا النظام في خليج غينيا على بعد حوالي 625 كم (390 ميل) جنوب تيما ، غانا ، وهو موقع يُطلق عليه غالبًا ما يُسمى جزيرة نول .

البيانات الجيوديسية

من أجل استخدام التعريفات النظرية لخطوط العرض والطول والارتفاع لقياس المواقع الفعلية على الأرض المادية بدقة، يجب استخدام بيانات جيوديسية . تُستخدم البيانات الأفقية لقياس خطوط العرض والطول بدقة، بينما تُستخدم البيانات الرأسية لقياس الارتفاع أو الارتفاع. يربط كلا النوعين من البيانات نموذجًا رياضيًا لشكل الأرض (عادةً ما يكون شكل بيضاوي مرجعي لبيان أفقي، وشكل جيوديسي أكثر دقة لبيان رأسي) بالأرض. تقليديًا، تم إنشاء هذا الارتباط من خلال شبكة من نقاط التحكم والمواقع المساحية التي يتم فيها تثبيت المعالم الأثرية، وكانت دقيقة فقط لمنطقة من سطح الأرض. ترتبط بعض البيانات الأحدث بمركز كتلة الأرض.

تعني هذه التركيبة من النموذج الرياضي والترابط الفيزيائي أن أي شخص يستخدم نفس البيانات المرجعية سيحصل على نفس قياس الموقع لنفس الموقع المادي. ومع ذلك، فإن بيانات مرجعية مختلفة ستؤدي عادةً إلى قياسات مختلفة للموقع لنفس الموقع المادي، والتي قد تبدو مختلفة بما يصل إلى عدة مئات من الأمتار؛ وهذا ليس لأن الموقع قد تحرك، ولكن لأن نظام المرجع المستخدم لقياسه قد تحول. نظرًا لأن أي نظام مرجعي مكاني أو إسقاط خريطة يتم حسابه في النهاية من خطوط العرض والطول، فمن الأهمية بمكان أن يوضحوا بوضوح البيانات المرجعية التي يستندون إليها. على سبيل المثال، ستكون إحداثيات UTM المستندة إلى WGS84 مختلفة عن إحداثيات UTM المستندة إلى NAD27 لنفس الموقع. يتطلب تحويل الإحداثيات من بيانات مرجعية إلى أخرى تحويل بيانات مرجعية مثل تحويل هلمرت ، على الرغم من أنه في مواقف معينة قد تكون الترجمة البسيطة كافية. [8]

قد تكون البيانات المرجعية عالمية، بمعنى أنها تمثل الأرض بأكملها، أو قد تكون محلية، بمعنى أنها تمثل شكلًا بيضاويًا يناسب جزءًا فقط من الأرض. تشمل أمثلة البيانات المرجعية العالمية النظام الجيوديسي العالمي (WGS  84، المعروف أيضًا باسم EPSG:4326 [9] )، وهو البيانات المرجعية الافتراضية المستخدمة لنظام تحديد المواقع العالمي ، [ملاحظة 3] ونظام المرجع الأرضي الدولي والإطار (ITRF)، المستخدم لتقدير الانجراف القاري وتشوه القشرة الأرضية . [10] يمكن استخدام المسافة إلى مركز الأرض لكل من المواضع العميقة جدًا والمواضع في الفضاء. [11]

تشمل البيانات المحلية التي تختارها منظمة رسم الخرائط الوطنية البيانات الأمريكية الشمالية ، و ED50 الأوروبية ، و OSGB36 البريطانية . في حالة وجود موقع، توفر البيانات خطوط العرض والطول . في المملكة المتحدة، هناك ثلاثة أنظمة شائعة لخطوط العرض والطول والارتفاع قيد الاستخدام. يختلف WGS 84 في جرينتش عن النظام المستخدم على الخرائط المنشورة OSGB36 بحوالي 112 مترًا. يختلف النظام العسكري ED50 ، الذي يستخدمه حلف شمال الأطلسي ، من حوالي 120 مترًا إلى 180 مترًا. [11]    

تتحرك النقاط على سطح الأرض بالنسبة لبعضها البعض بسبب حركة الصفائح القارية والهبوط وحركة المد والجزر اليومية للأرض الناتجة عن القمر والشمس. يمكن أن تكون هذه الحركة اليومية بقدر متر واحد. يمكن أن تصل الحركة القارية إلى 10 سم في السنة، أو 10 أمتار في القرن. يمكن أن تتسبب منطقة الضغط العالي في نظام الطقس في غرق 5 مم . ترتفع الدول الاسكندنافية بمقدار 1 سم في السنة نتيجة لذوبان الصفائح الجليدية في العصر الجليدي الأخير ، لكن اسكتلندا المجاورة ترتفع بمقدار 0.2 سم فقط . هذه التغييرات غير مهمة إذا تم استخدام بيانات محلية، ولكنها ذات أهمية إحصائية إذا تم استخدام بيانات عالمية. [11]

طول الدرجة

على الكروي GRS  80 أو WGS  84 عند مستوى سطح البحر عند خط الاستواء، تبلغ الثانية العرضية الواحدة 30.715 مترًا ، والدقيقة العرضية الواحدة 1843 مترًا والدرجة العرضية الواحدة 110.6 كم. تلتقي دوائر الطول، خطوط الزوال، عند القطبين الجغرافيين، مع تناقص عرض الثانية من الغرب إلى الشرق بشكل طبيعي مع زيادة خط العرض. على خط الاستواء عند مستوى سطح البحر، تبلغ الثانية الطولية الواحدة 30.92 مترًا، والدقيقة الطولية 1855 مترًا والدرجة الطولية 111.3 كم. عند 30 درجة، تبلغ الثانية الطولية 26.76 مترًا، وعند جرينتش (51°28′38″N) 19.22 مترًا، وعند 60 درجة تبلغ 15.42 مترًا.

على الكرة الأرضية WGS  84، يبلغ طول درجة العرض عند خط العرض ϕ بالأمتار (أي عدد الأمتار التي يتعين عليك قطعها على طول خط من الشمال إلى الجنوب للتحرك درجة واحدة في خط العرض، عند خط العرض ϕ )، حوالي

[12]

يختلف القياس المرتجع للأمتار لكل درجة عرض بشكل مستمر مع خط العرض.

وبالمثل، يمكن حساب طول درجة خط الطول بالأمتار على النحو التالي:

[12]

(يمكن تحسين هذه المعاملات، ولكن كما هي الحال فإن المسافة التي تقدمها صحيحة في حدود السنتيمتر.)

كلا الصيغتين ترجعان وحدات المتر لكل درجة.

الطريقة البديلة لتقدير طول الدرجة الطولية عند خط العرض هي افتراض أن الأرض كروية (للحصول على العرض في الدقيقة والثانية، نقسم على 60 و3600، على التوالي):

حيث يبلغ متوسط ​​نصف قطر الأرض الزوالي 6,367,449 مترًا . ونظرًا لأن الأرض كروية الشكل ، وليست كروية، فقد تكون هذه النتيجة خاطئة بنسبة عدة أعشار من المائة؛ والتقريب الأفضل للدرجة الطولية عند خط العرض هو

حيث نصف قطر خط الاستواء للأرض يساوي 6,378,137 مترًا و ؛ بالنسبة للكرات الكروية GRS 80 وWGS 84، . ( يُعرف باسم خط العرض المخفض (أو المعلمي) ). وبصرف النظر عن التقريب، فهذه هي المسافة الدقيقة على طول خط عرض متوازي؛ والحصول على المسافة على طول أقصر طريق سيكون عملًا أكثر، ولكن هاتين المسافتين تكونان دائمًا في حدود 0.6 متر من بعضهما البعض إذا كانت النقطتان متباعدتين بدرجة واحدة من خط الطول.   

مكافئات الطول الطولي عند خطوط العرض المحددة
خط العرض مدينة درجة دقيقة ثانية 0.0001 درجة
60 درجة سانت بطرسبرغ 55.80 كم 0.930 كم 15.50 متر 5.58 متر
51° 28′ 38″ شمالا غرينتش 69.47 كم 1.158 كم 19.30 متر 6.95 متر
45 درجة بوردو 78.85 كم 1.31 كم 21.90 متر 7.89 متر
30 درجة نيو اورليانز 96.49 كم 1.61 كم 26.80 متر 9.65 متر
كيتو 111.3 كم 1.855 كم 30.92 متر 11.13 متر

الترميزات البديلة

مثل أي سلسلة من الأرقام المكونة من عدة أرقام، قد يكون من الصعب التواصل مع أزواج خطوط العرض والطول وتذكرها. لذلك، تم تطوير مخططات بديلة لتشفير إحداثيات GCS في سلاسل أبجدية رقمية أو كلمات:

هذه ليست أنظمة إحداثيات مميزة، بل هي مجرد طرق بديلة للتعبير عن قياسات خطوط العرض والطول.

انظر أيضا

ملحوظات

  1. ^ كان لدى الزوج مسافات مطلقة دقيقة داخل البحر الأبيض المتوسط ​​​​لكنهم قللوا من تقدير محيط الأرض ، مما تسبب في المبالغة في قياسات درجاتهم لطولها غرب رودس أو الإسكندرية، على التوالي.
  2. ^ تتضمن الإصدارات البديلة لخطوط العرض والطول إحداثيات مركزية الأرض، والتي تقيس بالنسبة لمركز الأرض؛ والإحداثيات الجيوديسية، والتي تحاكي الأرض على شكل قطع ناقص ؛ والإحداثيات الجغرافية، والتي تقيس بالنسبة لخط عمودي في الموقع الذي يتم إعطاء إحداثياته.
  3. ^ WGS 84 هو المعيار الافتراضي المستخدم في معظم أجهزة GPS، ولكن يمكن تحديد معايير أخرى.

مراجع

  1. ^ تشانج، كانج تسونج (2016). مقدمة في نظم المعلومات الجغرافية (الطبعة التاسعة). ماكجرو هيل. ص 24. ISBN 978-1-259-92964-9.
  2. ^ ديبياسي، ديفيد. "طبيعة المعلومات الجغرافية". مؤرشف من الأصل في 19 فبراير 2024. استرجاع 18 فبراير 2024 .
  3. ^ "استخدام مجموعة بيانات المعلمات الجيوديسية EPSG، المذكرة التوجيهية 7-1". مجموعة بيانات المعلمات الجيوديسية EPSG . Geomatic Solutions. مؤرشف من الأصل في 15 ديسمبر 2021. تم الاسترجاع في 15 ديسمبر 2021 .
  4. ^ McPhail, Cameron (2011), Reconstructing Eratosthenes' Map of the World (PDF) , Dunedin : University of Otago, pp. 20–24, archived (PDF) from the original on 2 April 2015 , recoveryd 14 March 2015.
  5. ^ إيفانز، جيمس (1998)، تاريخ وممارسة علم الفلك القديم، أكسفورد، إنجلترا: مطبعة جامعة أكسفورد، ص 102-103، ISBN 9780199874453, تم أرشفته من الأصل في 17 مارس 2023 , تم استرجاعه في 5 مايو 2020.
  6. ^ "المؤتمر الدولي لخطوط الطول". قبة الألفية: الأكسجين في غرينتش . غرينتش 2000 المحدودة. 9 يونيو 2011. مؤرشف من الأصل في 6 أغسطس 2012. تم الاسترجاع 31 أكتوبر 2012 .
  7. ^ الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين (1 يناير 1994). مسرد علوم رسم الخرائط. منشورات الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين. ص 224. رقم ISBN 9780784475706.
  8. ^ "جعل الخرائط متوافقة مع نظام تحديد المواقع العالمي". حكومة أيرلندا 1999. مؤرشف من الأصل في 21 يوليو 2011. تم استرجاعه في 15 أبريل 2008 .
  9. ^ "WGS 84: EPSG Projection -- Spatial Reference". spatialreference.org . مؤرشف من الأصل في 13 مايو 2020 . تم الاسترجاع 5 مايو 2020 .
  10. ^ بولستاد ، بول (2012). أساسيات نظم المعلومات الجغرافية (PDF) (الطبعة الخامسة). كتب الاطلس . ص. 102. ردمك 978-0-9717647-3-6. مؤرشف من الأصل (PDF) في 15 أكتوبر 2020 . استرجاع 27 يناير 2018 .
  11. ^ abc دليل لأنظمة الإحداثيات في بريطانيا العظمى (PDF) ، D00659 v3.6، Ordnance Survey، 2020، مؤرشف (PDF) من الأصل في 2 أبريل 2020 ، تم استرجاعه في 17 ديسمبر 2021
  12. ^ ab [1] تم أرشفته في 29 يونيو 2016 على موقع Wayback Machine أنظمة المعلومات الجغرافية – Stackexchange

مصادر

  • أجزاء من هذه المقالة مأخوذة من كتاب "Astroinfo" لجيسون هاريس، والذي يتم توزيعه باستخدام KStars ، وهو برنامج قبة فلكية لسطح المكتب يعمل بنظام Linux / KDE . راجع مشروع تعليم KDE – KStars محفوظ في 17 مايو 2008 على موقع Wayback Machine
  • الوسائط المتعلقة بنظام الإحداثيات الجغرافية في ويكيميديا ​​كومنز
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Geographic_coordinate_system&oldid=1262463658"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate