Системы координат в ГИС

Геоинформационные системы. Лекция 4

Балтыжакова Татьяна Игоревна

Все системы координат в ГИС можно поделить на две группы:

  • географические - общеземные системы координат, которые используют широту и долготу в качестве координат с градусами как единицами измерения, измерения здесь выполняются на сфере/эллипсоиде;

  • прямоугольные - стандартные плоские прямоугольные декартовы координаты, как правило, с метрическими единицами измерения, измерения ведутся на плоскости.

На заметку

Прямоугольные системы координат в современной литературе могут еще называться спроецированными (калька с английского слова “projected”)

Географическая система координат

Источник: http://rrrcn.ru/arcview-gis-dlya-ekologov3/34

Широтой точки называется угол, образованный отвесной линией в данной точке и плоскостью экватора. Этот угол отсчитывается от плоскости экватора на север или на юг, изменяясь от 0 до 90. Широта бывает северная (+) и южная (-).

Долготой точки называется двугранный угол, заключенный между плоскостью начального (Гринвичского) меридиана и плоскостью меридиана, проходящего через данную точку. От начального нулевого меридиана долготу отсчитывают на восток и запад, до 180. Соответственно, долгота называется восточной (+) и западной (-).1

Прямоугольная система координат

Прямоуго́льная (дека́ртова) систе́ма координа́т — прямолинейная система координат с взаимно перпендикулярными координатными осями на плоскости или в пространстве. Часто используемая система координат. Просто обобщается для пространств любой размерности2.

Что такое система координат в ГИС

Любая система координат в ГИС состоит из нескольких компонентов:

  • картографическая проекция, в которую входят:

    • датум или эллипсоид

    • поверхность, на которую проецируется изображение

  • оси, их направление;

  • начало системы координат;

  • единицы измерения.

Реестр систем координат

В настоящее время используется единая классификация систем координат в ГИС – реестр EPSG, изначально созданный European petroleum survey group и получивший от нее свою аббревиатуру.

Эта организация в настоящее время называется The International Association of Oil & Gas Producers (IOGP). IOGP ведёт базу данных систем координат, которая в настоящее время является стандартом de facto в сфере ГИС. Поэтому часто вместо полного описания СК достаточно указать её EPSG-код, который являются её ключом в базе данных3.

Кроме него также могут использоваться данные других реестров систем координат, например, одноименный реестр компании ESRI.

Дополнительно

Официальный сайт реестра - https://epsg.org/home.html

(Неофициальный) сайт реестра - epsg.io

  • EPSG:4326

    WGS 84 - WGS84 - World Geodetic System 1984, used in GPS

  • EPSG:3857

    WGS 84 / Pseudo-Mercator - Spherical Mercator, Google Maps, OpenStreetMap, Bing, ArcGIS, ESRI

  • ESRI:102025

    Asia North Albers Equal Area Conic

Форматы описания систем координат в ГИС

Есть два основных формата описания параметров систем координат:

  • WKT (well known text) - текстовый формат описания параметров систем координат и параметров перехода между ними;

На заметку

Компания ESRI использует несколько иную реализацию формата WKT для описания СК, она обычно называется ESRI WKT и используется, в частности, в ArcGIS.

  • proj4 - строковое описание системы координат, базирующее на проекте proj.

Дополнительно

proj как библиотека широко используется в работе с системами координат в различных языках программирования.

Формат описания WKT

Международный формат описания WKT закреплен стандартом Open Geospatial Consortium.

Описание системы координат состоит из ключевых слов и атрибутов этих ключевых слов. Ключевые слова указываются перед квадратными скобками, а атрибуты — внутри скобок. Кроме того, атрибуты могут содержать вложенные ключевые слова.

Пример фрагмента описания системы координат: KEYWORD1[attribute1,KEYWORD2[attribute2,attribute3]]

Формат описания PROJ

Сервисы для поиска и подбора систем координат

Есть подвох

Подвох в том, что значительное количество документов в кадастре и градостроительстве ведутся в местных системах координат.

Местные системы координат определяются в границах субъектов РФ.

Важно

Этих систем координат нет ни в каких реестрах, поэтому их параметры необходимо прописывать самостоятельно.

Немного про местные системы координат

Местные системы координат вообще вводились для ведения кадастра недвижимости.

Все, что вносится в ЕГРН с координатами, должно быть вычислено в местной системе координат, но в силу своей специфики они имеют значительные ошибки и искажения.

Какие могут быть особенности местных систем координат с точки зрения параметров:

  • требуется указать параметры сдвига начала отсчета;

  • необходимо использовать нестандартный датум (эллипсоид);

  • необходимы дополнительные преобразования.

Первый вариант самый простой, так как необходимость изменения минимальна.

Во втором варианте возможны несколько ситуаций:

  • параметров датума нет в EPSG;

  • в EPSG нет параметров перехода от WGS 84 к нужному датуму;

  • в EPSG есть параметры перехода от WGS 84, но они рассчитаны для другого датума.

На заметку

В некоторых случаях может использоваться до 7 параметров преобразования, например, в МСК-334.

МСК-47, зона 2

МСК Москвы на эллипсоиде Бесселя5

Системы координат в QGIS

В QGIS каждый добавленный слой и набор данных имеет свою собственную систему координат, а также есть система координат проекта, в которой отрисовываются данные на экране и выполняются некоторые расчеты. Эти системы координат могут (а в некоторых случаях для расчетов - должны) совпадать, а могут быть различны и могут изменяться независимо друг от друга.

Важно

Взаимная независимость систем координат позволяет работать одновременно с данными в разных системах, при этом отображая их в той системе координат, которая более удобна пользователю.

Работа с системами координат в QGIS имеет несколько вариантов:

  • перепроецирование слоев (для растровых слоев иногда называемое деформацией) - пересчет слоя из одной системы координат в другую;

  • присвоение/назначение системы координат слоям, в которых ее нет или задана некорректно;

  • создание пользовательских систем координат - внесение параметров нестандартных систем координат в каталог программы;

  • перепроецирование на лету - изменение системы координат проекта, то есть системы координат, в первую очередь используемой для отображения данных на экране, которое не затрагивает системы координат отдельных слоев.

Литература

  1. Запорожченко А.В. Картографические проекции и методика их выбора для создания карт различных типов https://gistoolkit.ru/download/doc/projections.pdf

  2. Мозжерин В.В. Практикум по картографии. Математическая основа карт (учебно-методическое пособие). Казань: Изд-во КГУ, 2005. – 99 с. https://kpfu.ru/docs/F1435536248/mozzherinmetodichkaofcartography_61.pdf

  3. Иванов А.Г., Загребин Г.И. Атлас картографических проекций на крупные регионы Российской федерации: учебно-наглядное издание. – М.: МИИГАиК, 2012. – 19 с.: ил. https://kartfak.ru/2023/03/14/картографические-проекции/

Сноски

  1. https://portal.tpu.ru/SHARED/p/POCELUEV/ucheba/Geodesy/Lab3.pdf

  2. Прямоугольная система координат https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D1%8F%D0%BC%D0%BE%D1%83%D0%B3%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%BA%D0%BE%D0%BE%D1%80%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D1%82

  3. Трансформация описания систем координат из формата MapInfo в WKT и PROJ.4 https://gis-lab.info/qa/mapinfo_to_wkt_proj4.html

  4. Постановление Губернатора Владимирской обл. от 26.10.2009 N 876 «Об утверждении Положения о местной системе координат Владимирской области (МСК-33)» https://docs.cntd.ru/document/965012231

  5. Положение о пространственной местной системе координат Москвы (ПМСК) https://sngo.mggt.ru/documents/sngo/PMSK_Moscow.pdf