Тема 2. Измерительные системы координат

Подразделение систем координат по области применения

Подразделение систем координат по расположению начала систем координат и положению координатных осей.

Звездные системы координат

Земные системы координат.

 

Года

 

Множество координат, использующееся в ходе измерения земной поверхности можно классифицировать:

1) по области применения

2) по расположению начала системы координат

3) по положению координатных осей

По области применения различают:

1) звездные

2) земные

3) системы координат средств измерений (приборные системы координат)

Звездные системы координат используются для местоположения небесных объектов

Земные – для определение местоположение объектов находящихся на земной поверхности.

Средств измерений фиксирует местоположение в система координат измерительного прибора

 

По расположению начала систем координат различают

1) Геоцентрические

2) Квазигеоцинтрические

3) Топоцентрические

В геоцентрической начало системы координат находится в центре масс Земли. В квазигеоцентрической начало находится в центре использованного референт элипсойда. В топоцентрической – начало находится на поверхности используемой фигуры земли.

По положению координатных осей различают

1) сферические

2) пространственные прямоугольные

3) плоские прямоугольные

4) полярные

Выбор системы координат определяется конфигурацией и протяженности исследуемой территории. Типом использованных носителей и требования к точности проведения измерительных работ.

 

Звездные системы координат используются в астрономии и космической геодезии. Они позволяют зафиксировать положение общей земной системы координат в пространстве. В зависимости от выбора основной плоскости различают:

1) экваториальные относящиеся к плоскости экватора

2) орбитальные относящиеся к плоскости орбиты

3) горизонтальные к плоскости местного горизонта

Для решения задач на земной поверхности важное значение имеют экваториальные, геоцентрические:

 

Рис

 

Эта система координат не подвижна относительно точек земной поверхности что позволяет ее с успехам использовать для решения задач на поверхности земли и изучения фигуры земли.

 

Земные системы координат используют для решения измерительных задач на земной поверхности. Они не зависят от времени отсчета и неподвижные относительно точек земной поверхности. В зависимости от характера решаемых задач используют пространственные либо плоские системы координат.

Пространственные прямоугольные системы координат классифицируются по расположению начала системы координат на геоцентрические, квазицентрические и топоцентрические координатные системы.

 

Рис

 

OXYZ – начало системы координат находится в центре шара со средним радиусам R=6371км.

Ось Z – направление на северный полюс Земли

Ось X – направление в точку пересечения гринвичского меридиана с экватором

Ось Y – лежит в плоскости экватора и дополняет систему координат до правой

 

Положение точки на поверхности шара определяется географическими координатами

Широта – угол, отсчитываемый от плоскости экватора до отвесной линии в донной точки 0≤φ≤90

Долгота – двугранный угол образованный плоскостью начального гринвичского меридиана и плоскостью географического меридиана проходящего через заданную точку. λ

Данная система координат широко используется при решении картографических и фотограмметрических задач на изображениях среднего и мелкого масштаба.

Для перехода от сферических географических координат к пространственным прямоугольным и используют:

 

x = R_c cosφ cosλ

y = R_c cosφ sinλ

z = R_c sinφ

 

В квазегеоцентрической системы координат OXYZ координатные оси фиксируют положение точек физической поверхности относительно принятого референт эллипсоида. В этой системе начало системы координат находится в центре масс референц эллипсоида а координатные оси параллельны соответствующим координатным осям гринвичской системы координат. Для определения местоположения объектов на референц эллипсоиде используются сферические и геодезические координаты.

Геодезическая широта (В) – угол отсчитываемый от плоскости экватора до нормали поверхности референц элипсойда проведенной в заданной точке. 0<<B<<90

Геодезическая долгота – двугранный угол между плоскостью начального нулевого меридиана и плоскостью меридиана данной точки.

Геодезической высотой H – расстояние по нормали от поверхности эллипсоида до точки на физической поверхности земли. Для перехода от сферических геодезических к прямоугольным геоцентрическим используют уравнение

 

x = (N+H) cosB cosL

y = (N+H) cosB sinL

z = (N+H*e²*N) sinB

 

Корме геоцентрических и квазицентрических координат для решения геодезических задач используют прямоугольные топоцентрические системы координат. Географические координаты используют для решения геодезических задач на больших территориях, на ограниченных территориях используются плоские прямоугольные координаты. При создании топокарт принята зональная система Гауса-Крюгера.

 

ТЕМА 3. ОБЩИЕ ТЕОРИЯ ГЕОИЗОБРАЖЕНИЙ

Понятие геоизображения

Плоски геоизображения

Объемные геоизображения

Динамические геоизображения

Геоизображения – любая пространственно-временную масштабную модель земных или планетных объектов или процессов представленную в графической образной форме

Геоизображения охватывают недра земли, поверхность, океаны и атмосферу. Выделяют:

1) Плоские (двумерные)

2) Объемные (трехмерные)

3) Динамические трех и четырех мерные

 

Это наиболее обширный и разнообразный класс геоизображений. К полским относятся:

1) Картографические

2) Фотографические

3) Телевизионные

4) Сканерные

5) Локационные

6) Дисплейные

Картографические геоизображения – математически определенных уменьшенные условно знаковые изображения земли, космического пространства. Показывающие размещения свойства и связи различных природных и социально-экономических явлений. В определении отмечены все свойства картографических изображений. ДОПИСАТЬ

К картографическим геоизображения относятся:

1) планы

2) карты

3) атласы

4) карты-транспоранты - отпечатаны полиграфическим способом на прозрачной пленки и предназначены для проектирования на экран с большим увеличением

5) карты на микрофишах - миниатюрные фотокопии карт.

 

Года

Фотографические это уменьшенные наглядные образные копии Земных и планетных объектов. Получаемые путем покадровой регистрации их собственного или отраженного излучения на светочувствительных материалах. Фотоснимки всего получают центральной проекции что и определяет их геометрические свойства, поэтому искажения в средней области снимка не велики но редко возрастают к краям.

Фотосъемка может вестись с разных высот. Носителями могут быть самолеты вертолеты или др. Фотосъемка может выполнятся и наземными методами для этого используют фототеодолиты. Кроме одиночных снимков к фотографическим изображениям принадлежат: негативы, фотосхемы, планы панорамные снимки и фронтальные снимки.

Телевизионные геоизображения – это телеснимки, телефильмы, телепанорамы и другии наглядные образные копии реальных объектов, получаемые путем регистрации изображениях на светочувствительных экранах передающих телевизионных камерах. В интервалах между экспозициями изображение считывается электронным лучом управляемым магнитным или электростатическими полями преобразуется видеосигнал и по радиоканалам передается на приемник где вновь становится изображением. Телевизионные геоизображения значительно различаются по разрешающей способности они уступают фотографическим но их преимущество в оперативной передачи материалов потребителя, они удобны при мониторинговых исследованиях. Телевизионную съемку можно вести в нескольких зонах спектра как в видимом так и в инфракрасном.

Скаекрные геоизображения – это снимки полосы сцены т.е умкнишиные копии реальных объектов получаемые путем поэлементной и построчяной регистрации их собственного или отраженного излучения. Носителям для сканера является летательный аппарат. Съемка ведется постоянно в процессе полета и поэтому местность сканируется в виде непрерывной ленты или полосы. Ширина и разрешение на местности зависит от угла сканирования. Геометрические свойства сканерных геоизображения зависят не только от угла сканирования но и от мгновенного угла фиксации и высоты полета. По качеству она уступает фотографической, однако она обеспечивает получение изображений в узких спектральных диапазонах. Сканирования распространен вид дистанционного зондирования. Сканировая производится поперек движения носителя.

Локационные геоизображения – подразделяются на радиолокационные выполняемые со спутников м самолетов и гидролокационные получаемые при подводной съемки. Бортовые радиолокаторы обеспечивают боковой или. Антенна бокового обзора неподвижна что значительно повышает ее разрешающую способность. Съемка в радиодиапазоне преобладает преимуществами: радиоволны имеют большую длину чем световые, поэтому они проходят через туман и облачность не поглощаясь. Четкость определяется отражательной способностью снимаемого объекта.

Машинографические и дисплейные геоизображения. Это карты или снимки конструируемые с помощью автоматических графопостроителей и дисплеев в векторном или расторном форматах. Автоматические графопостроители представляют собой автоматы для вычерчивания, гравирования, печатанья. Они различаются по конструкции устройству чертежных или печатающих головак точонсти воспроизведения и форматом. На экране дисплеев входящих в состав автоматических картографических систем выводится дисплейные или электронные карты. Для отображения картографической информации на дисплеях необходимы: библиотеки описаний условных знаков и шрифтов которые отыскиваются в файлах графических записей по коду изображаемого объекта. Дисплеи позволяют укрупнять или уменьшать изображения, окрашивать его в разные цвета, поворачивать, приводить в движение.

Цифровые карты – это цифровые записи изображений хранящиеся в памяти ЭВМ и предназначенные для автоматического воспроизведения изображения, преобразовании его и решение различных пространственных и инжненерных задач.

 

Объемные изображения. К ним относятся стереоскопические геоизображения, блоковые геоизображения и голографические геоизображения. Стереоскопические геоизображения – это образные и образнознаковые масштабные пространственные модели зрительно воспроизводящие трехмерность и объемность отображаемых объектов. К ним относятся анаглифические изображения, стереофотограмметрические модели, фотографические и растровые стереомодели. Наиболее известны анаглифические карты и снимки, которые печатаются двумя взаимодополняющими цветами: сине-зеленым и красным, с некоторым параллактическим смещением так, что они образуют стереопару. При бинокулярном рассмотрении через специальные очки фильтры с красными и сине-зелеными стеклами каждый глаз видит лишь свое изображение кажущееся серым. Общие впечатления получаются объемных предметов. Стереофотограмметрические модели создаются по стереопарам перекрывающихся снимков. Стереопарами могут быть соседние снимки сделанные с 2-х точек с частичным перекрытием. Простейший прибор, через который можно наблюдать геоизображения – это стереоскоп. Более сложные приборы позволяют выполнять измерения и рисовать объемные объекты, например рельеф, горизонталями.

Блоковые геоизображения. К этому виду отнесены блок-диаграммы – это плоские трехмерные картографические рисунки, совмещающие перспективные изображения поверхности с продольным и поперечном вертикальными разрезами. Блок-диаграммы создают в проекциях двух основных типов: перспективные и аксонометрические. Перспективные более наглядны, но обладают плохой измеримостью. Аксонометрические позволяют делать измерения. Использование компьютерных технологий позволяет упростить трудоемкие графические построения.

Голографические геоизображения – это интерференционные картины объектов, получаемые путем пространственной регистрации структуры световой волны. Для получения голограммы используют 2 лазерных источника с одинаковыми свойствами. Опорный пучок и отраженный от объекта предметный пучок. Голограмма отличается от фотоснимка тем, что на снимке фиксируется лишь распределение амплитуды, падающей предметной световой волны, а на голограмме регистрируются еще и распределения ее фазы относительно фазы световой волны. Голограмма – это не только более четкое изображение, но она еще позволяет наблюдать блики и тени, т.е. изображение максимально приближенное к внешнему виду реального объекта.

 

Динамические геоизображения. Они получили широкое распространение в настоящее время в связи с изучением динамики геосистем. Показать динами на геоизображениях можно следующим образом:

1) на одной карте с помощью стрелок или лент движения нарастающих знаков, диаграмм, расширяющихся ареалов, изолиний скоростей изменения явлений;

2) показ динамики с помощью серий разновременных карт. ДОПИСАТЬ

3) с помощью карт на которых представлена не сама динамика а результат происшедших изменений.

4)

5) перемещение наблюдателя на картой или снимком или изменение ракурса зрения.

Анимацией или мультипликационный изображения это фильма состоящие из серий тематических и пространственно связанных кадров, отображающих последовательные состояния явлений или процессов.

Кинематографические геоизображения - это фотографические или телевизионные, или сканерные и другие фильмы полученные путем непрерывной регистрации какого-либо процесса или явления и позволяющие проследить его динамику эволюцию, траекторию, изменение во времени и пространстве.

Динамические по размерности делятся:

1) трехмерный x,y,t и x,z,t

2) четырехмерные x,y,z,t