Prostorové reference a souřadnicové systémy | Centrum zdrojů ArcGIS

Georeferencování je použití mapových souřadnic k přiřazení prostorových poloh vektorovým mapovým prvkům. Všechny prvky mapových vrstev mají specifickou geografickou polohu a rozsah, které umožňují nalezení jejich polohy na zemském povrchu. Schopnost přesně lokalizovat geografické prvky je v mapování a GIS zásadní.

Pro popis správné polohy a tvaru prostorových objektů v reálném světě je nutná souřadnicová síť. K určení zeměpisné polohy objektů se používá geografický souřadnicový systém. Jedním z takových referenčních systémů je globální souřadnicový systém rovnoběžek a poledníků. Dalším je rovinný neboli kartézský souřadnicový systém.

Mapy znázorňují místa na zemském povrchu pomocí mřížek a značek (zářezů) označených různými místy na zemském povrchu – a to jak v souřadnicových systémech zeměpisné šířky a délky, tak i v promítnutých souřadnicových systémech, jako jsou měřiče UTM. Geografické prvky obsažené v různých vrstvách mapy se zobrazují v určitém pořadí (na sobě) pro daný rozsah mapy.

Datové sady GIS obsahují polohy v globálním nebo kartézském souřadnicovém systému. Na zemský povrch tak lze navrstvit více vrstev dat GIS.

Zeměpisná šířka a délka

Jedna metoda popisu geografických poloh na zemském povrchu využívá sférická měření zeměpisné šířky a délky. Měření se provádějí v úhlech (stupních) od středu Země k bodu na zemském povrchu. Tento typ souřadnicového referenčního systému se nazývá geografický souřadnicový systém.

Zeměpisná délka se měří ve stupních (východní a západní délka). Měření délky se tradičně provádí vzhledem k nultému poledníku, pomyslné linii vedoucí od severního pólu k jižnímu pólu přes Greenwich ve Velké Británii. Úhel u tohoto poledníku je 0. Hodnoty poledníku jsou obvykle záporné na západ od něj a kladné na východ. Například souřadnice Los Angeles v Kalifornii jsou přibližně 33 stupňů a 56 minut zeměpisné šířky a mínus 118 stupňů a 24 minut zeměpisné délky.

Ačkoli zeměpisná šířka a délka udávají přesné polohy na povrchu zeměkoule, neposkytují přesné informace o měření vzdáleností. Pouze na rovníku je vzdálenost odpovídající jednomu stupni zeměpisné délky přibližně rovna vzdálenosti odpovídající jednomu stupni zeměpisné šířky. Je to proto, že rovník je jediná rovnoběžka, jejíž délka odpovídá délce poledníku. (Kružnice, které mají stejný poloměr jako sféroid Země, se nazývají kružnice. Takovými jsou rovník a všechny poledníky.)

Nad a pod rovníkem se kružnice, které definují rovnoběžky, postupně zkracují, až dosáhnou bodu na severním a jižním pólu, kde se poledníky sbíhají. Jak se poledníky sbíhají směrem k pólům, vzdálenost odpovídající jednomu stupni zeměpisné šířky klesá na nulu. Na Clarkově sféroidu z roku 1866 je jeden stupeň zeměpisné šířky na rovníku 111,321 km, zatímco na 60° zeměpisné šířky je to pouze 55,802 km. Protože stupně zeměpisné šířky a délky nemají standardní délku, nelze je použít ke správnému měření délek a ploch na plochých mapách nebo počítačových monitorech. Mnoho (ale ne všechny) analytických funkcí GIS a mapovacích aplikací často vyžaduje trvalejší plochý souřadnicový systém, jako je ten, který poskytují promítané souřadnicové systémy. Alternativně některé algoritmy používané prostorovými operátory berou v úvahu geometrické chování sférických (geografických) souřadnicových systémů.

Mapové projekce s kartézským souřadnicovým systémem

Projekční souřadnicové systémy jsou speciálně navrženy pro rovné povrchy, jako jsou papírové mapy nebo počítačové monitory.

2D i 3D kartézské souřadnicové systémy poskytují mechanismus pro popis geografických poloh a tvarů prostorových prvků pomocí hodnot x a y (a, jak je popsáno níže, sloupců a řádků pro rastry).

Kartézský souřadnicový systém používá dvě osy: jednu vodorovnou (x) představující směr východ-západ a jednu svislou (y) představující směr sever-jih. Bod, kde se tyto osy protínají, se nazývá počátek souřadnic. Polohy geografických prvků jsou specifikovány vzhledem k počátku v souřadnicích (x,y), kde x popisuje vzdálenost podél vodorovné osy a y popisuje vzdálenost podél svislé osy. Počátek je popsán jako (0,0).

Na obrázku níže popisují souřadnice (4,3) bod čtyři jednotky vpravo a tři jednotky nad počátkem souřadnic.

Trojrozměrné souřadnicové systémy

Projektované souřadnicové systémy také používají hodnotu z k měření výšky nad nebo pod hladinou moře.

Na obrázku níže popisují souřadnice (2,3,4, 4, 4) bod, který je vzdálený dvě jednotky podél osy x, tři jednotky podél osy y a XNUMX jednotky nad počátkem souřadnic (např. XNUMX m nad hladinou moře).

Vlastnosti a jejich zkreslení mapovými projekcemi

Zemský povrch je kulatý, takže kartografové a odborníci na GIS musí nějakým způsobem reprezentovat reálný svět v rovinném souřadnicovém systému. Abychom pochopili dilema, představte si zploštění poloviny basketbalového míče. Je nemožné přeměnit trojrozměrný tvar na plochý bez zkreslení nebo nespojitostí. Proces přenosu informací z trojrozměrného povrchu Země na rovný povrch se nazývá projekce, odtud termín „mapová projekce“.

Projekční souřadnicový systém je definován na rovném, dvourozměrném povrchu. Projekční souřadnice lze definovat jako dvourozměrné (x,y) a trojrozměrné (x,y,z), kde rozměry x,y představují polohu na zemském povrchu a z představuje výšku nad průměrnou hladinou moře.

Na rozdíl od geografického souřadnicového systému má promítnutý souřadnicový systém konstantní délky, úhly a plochy ve dvou rozměrech. Všechny mapové projekce, které transformují zemský povrch na plochou mapu, však do určité míry zkreslují vzdálenosti, plochy, tvary a směry.

Uživatelé tato omezení překonávají používáním projekcí, které jsou vhodné pro jejich účely, geografickou polohu a rozsah. GIS software dokáže také transformovat informace mezi souřadnicovými systémy, aby byla zachována integrita dat a pracovní postupy.

Mnoho mapových projekcí bylo vyvinuto pro specifické účely. Některé projekce nezkreslují tvary, zatímco jiné zachovávají plochy (konformní a rovnoplošné projekce).

Tyto vlastnosti – mapová projekce spolu se sféroidem a referenčním bodem – se staly důležitými parametry při definování souřadnicového systému pro každou datovou sadu GIS a každou mapu. Díky podrobným popisům těchto vlastností zaznamenaným pro každou datovou sadu GIS mohou počítače za chodu přeprojektovat a transformovat geografické polohy prvků datové sady do libovolného vhodného souřadnicového systému. Díky tomu je možné integrovat a kombinovat informace z různých vrstev GIS. To je velmi důležitá schopnost GIS. Přesné informace o poloze jsou základem prakticky všech operací GIS.