تئوری سیستم اطلاعات جغرافیایی(قسمت۵)

دستگاه مختصات جغرافیایی

جهت مشاهده همه جانبه وسیع که ابعاد آن از میدان دید مابزرگتراست باید ازتصویر (یا مدل) کوچک شده استفاده کرد.در تبدیل یک سطح گسترش ناپذیر مانند کره زمین به سطح مستوی موقعیت نسبی نقاط و همه امتداد و شکل ها تغییرخواهدکرد.تبدیل سطح کروی بدون پارگی های زیاد و کشیده و فشرده شدن بخش هایی از آن ممکن نیست.می توان باکمک سیستم مختصات،مکان هرنقطه ای را بر روی سطح زمین با چند عدد مشخص کرد.مختصات به طور معمول به گونه ای انتخاب می شوند که یک عدد،مکان عمودی یا ارتفاع نقطه مورد نظر را بیان و یک عدد هم مکان افقی را مشخص کند.یک انتخاب معمول برای دستگاه مختصات دارای طول و عرض جغرافیایی است.

دستگاه مختصات جغرافیایی یک دستگاه مختصات است که با آن می توان مکان هر نقطه ای را بر روی زمین با چندعدد مشخص کرد.مختصات اغلب به گونه ای انتخاب می شوند که یک عدد،مکان عمودی یا ارتفاع نقطه ای مورد نظر را بیان و دو عدد هم مکان افقی را مشخص کنند. یک انتخاب معمول برای دستگاه مختصات دستگاهی دارای ارتفاع،طول و عرض جغرافیایی است.

عرض جغرافیایی

زمانی که به نقشه نگاه می کنیم عرض های جغرافیایی مانند خطوط افقی کشیده شده اند.خطوط عرضی در واقع خطوط موازی هستند که ازهم فاصله ای یکسان دارند.هردرجه از عرض جغرافیایی به طور تقریبی ۱۱۱کیلومتراست.و آن ها همانند پله های نردبان هستند. درجه های عرض جغرافیایی از۰تا۹۰درجه شمالی و جنوبی کشیده شده اند.درجه ۰ درست روی خط استواست. استوا خط فرضی است که سیاره زمین را به دو نیمکره شمالی و جنوبی تقسیم می کند. ۹۰ درجه شمالی در قطب شمال و ۹۰درجه جنوبی منطبق بر قطب جنوب است.

طول جغرافیایی

خطوط عمودی طول جغرافیایی،نصف النهار نیز نامیده می شود.در قطب ها به هم می پیوندند و هر چه به استوا نزدیک تر باشند پهن تر می شوند.فاصله طول های جغرافیایی از هم در روی خط استوا در حدود ۱۱۱کیلومتراست.صفر درجه طول جغرافیایی در گرینویچ انگلستان قرار دارد.۱۸۰درجه شرقی و۱۸۰درجه غربی جایی است که خط بین المللی روز نامیده می شود ودر اقیانوس آرام واقع است.

طول جغرافیایی زاویه شرقی یا غربی هرنقطه از نصف النهارها نسبت به نصف النهارمبدا که صفردرجه است.این زاویه حداکثر (۱۸۰) درجه شرقی (E) یاغربی (W) است. نصف النهارها نیم دایره هایی از دایره هایی بزرگ و هم اندازه اند که در دو نقطه متقابل در قطب ها به هم می رسند.

طول و عرض جغرافیایی چگونه باهم تعامل دارند؟

برای تعیین محل دقیق یک مکان،طول و عرض جغرافیایی به دقیقه و ثانیه تعیین می شود. هر درجه۶۰ دقیقه و هر دقیقه ۶۰ ثانیه تقسیم می گردد. ثانیه ها برای دقیق تر شدن مکان ها به دهم ثانیه،صدم و حتی هزارم ثانیه تقسیم می شوند. مثلا وقتی می گوییم شهر شیراز در ۳۷ درجه ۲۹ دقیقه شمالی و ۳۲ درجه و ۵۲درجه شرقی واقع شده است، یعنی این شهربا مختصات فوق در نیمکره شمالی و شرقی واقع شده است.

تعریف سیستم تصویر

سیستم های تهیه نقشه روش های قراردادی جهت تبدیل یک سطح کروی به سطوح مستوی هستند.کره زمین سه بعدی است و تبدیل آن به کره جغرافیایی در مقیاس های کوچک تر چندان مشکل نخواهد بود.اما زمانی که قرار باشد بخشی از آن را به شکل دو بهدی یا سطح مستوی نمایش دهند مشکلات آغاز می شود.اول این که یک بعد یعنی بعد ارتفاع حذف می شود که باید برای نمایش ارتفاع بر روی نقشه راه حلی پیداکرد. سپس تبدیل کردن یک سطح محدب بر روی یک سطح مسطح سبب تغییراتی در ابعاد،اندازه ها و شکل های واقعی می شود.از این رو با استفاده از سیستم های تصویری خطاهای تصویرها را تعدیل می کند.تعیین سیستم تصویر یکی از ارکان اصلی در تهیه نقشه است.سیستم تصویر نقشه ترتیب سیستماتیک نصف النهارها و مدارها است که سطح کروی را بر یک سطح مستوی نشان می دهد.از دیدگاه ریاضی سطح کروی را می توان سطحی که نوعی پارگی سطح منحنی را به نمایش می گذارد اجرا کرد.یک روش محاسباتی برای تبدیل اطلاعات مربوط به زمین سه بعدی به یک نقشه مسطح دو بعدی است.

سیستم های تصویر و نقشه ها

از آن جا که زمین تا حدودی کروی است به منظور تصویر کردن صحیح موقعیت های نقاط روی سطح زمین سیستم طول و عرض جغرافیایی ابداع شده است.این سیستم براساس زوایایی است که با خطوط ترسیم شده از مرکز زمین به یک نقطه واقع بر سطح زمین تشکیل می شوند. به دلیل چرخش زمین تصویر آن به صورت یک کره کامل نیست و در قطبین آن حالت کشیدگی به وجود آمده است.به همین دلیل قطر زمین در محور استوایی طولانی تر از قطر آن در قطبین می باشد.

براساس کلاس وجه خصوصیات سیستم های تصویر به صورت طبقه بندی شامل:

۱٫استوانه ای  ۲٫آزیموتی  ۳٫مخروطی

سیستم تصویری استوانه ای:یک صفحه را برکره مماس می کند.

سیستم تصویرمخروطی:در این سیستم مخروطی را برکره مماس می کند.اگر این مخروط را باز کنیم تصویر نصف النهارها به صورت خط مستقیم و تصویرمدارها به صورت قوس هایی از دایره به مرکز مخروط در می آید(لامبرت).

سیستم تصویر استوانه ای :استوانه ای را برکره مماس می کند(مرکاتور).

براساس وجه:۱٫معمولی ۲٫معکوس

براساس خصوصیات:۱٫زاویه های مساوی ۲٫مساحت های مساوی ۳٫فاصله های مساوی.

سیستم تصویر جهانی مرکاتور جانبی(UTM)

در این روش نصف النهارهای کره زمین به ۶۰قاچ (زون) و ۶درجه( در مجموع ۳۶۰ درجه) تقسیم شده است که بر هر قاچ یا زون ۶درجه استوانه ای را می توان احاطه کرد.به طوری که محور زمین عمود بر محور استوانه باشد.با چرخش کره در اطراف محور خود هر باریک قاچ مماس با استوانه خواهد بودو از نصف النهار مرکزی قاچ در هر طرف ۹۰ کیلومتر و در مجموع ۱۸۰ کیلومتر را پوشش خواهد داد. این سیستم برای تهیه نقشه از سطح یک کشور بسیار مناسب است وتا حدودی برای تمام کشورهای جهان استفاده می شود. به همین دلیل این سیستم به سیستم تصویر جهانی معروف است.هر قاچ ۶درجه،یک نصف النهاربه عنوان یک مبدا در نظر گرفته می شود و استوانه عمود براین نصف النهار مماس می گردد(نصف النهار مبنا در وسط قاچ قرار می گیرد).بدین ترتیب به بهترین شکل ، نقشه های هر قاچ تهیه می گردد. نقشه های توپوگرافی ۱:۵۰۰۰۰ و ۱:۲۵۰۰۰۰ ایران با این سیستم ترسیم شده اند.این سیستم بسیار دقیق است و در کارهای نظامی نیز مورد استفاده قرار می گیرد و چون تقسیم بندی هر طول و عرض در این سیستم برحسب متر است محاسبات شبکه مختصات بسیار سریع و آسان انجام می گیرد.در این سبیستم نصف النهار گرینویچنصف النهار مرکزی است و در هر طرف آن ۳۰قاچ قرار می گیرد و نحوه شمارش قاچ ها از غرب به شرق است و نصف النهار گرینویچ در زون ۳۰واقع شده است.کشور ایران در محدوده زون های ۳۸،۳۹،۴۰،۴۱قرار گرفته است.

ویژگی های سیستم تصویر UTM عبارتست از:

۱٫مبنای سیستم تصویر از Transverse Mercator  نگارش گاوس_کروگراست.

۲٫تنها برای نقشه های حد فاصل ۸۴ درجه شمالی و ۸۰ درجه جنوبی توصیه شده است و برای عرض های بیش از آن موجب جابجایی ها زیاد خواهد شد.

۳٫واحد اندازه گیری متر است.

۴٫زمین به ۶۰ زون ۶درجه ای در طول های جغرافیایی تقسیم بندی شده است. این زون ها از غرب به شرق و ازیک تا۶۰نام گذاری شده اند.

۵٫زون بندی بعدی در عرض های جغرافیایی است که در این سیستم تصویر،عرض های جغرافیایی در بازه های ۸درجه ای تقسیم بندی شده است.زون های مربوط به عرض جغرافیایی براساس حروف الفبای انگلیسی از جنوب به شمال نامگذاری شده اند.

۶٫محور مرکزی هر زون یعنی اگر یک زون را که ۶ درجه است به دو قسما ۳درجه ای تقسیم کنیم محور مرکزی هر زون در این سیستم تصویر با طول ۵۰۰۰۰۰ متر مشخص می شود و به سمت غرب این رقم افزوده می گردد تا به عدد (۸۳۳۳۶۰)ختم شود و به طرف شرق از این عدد کم می شود تا به (۱۶۶۶۴۰)برسد.

۷٫هر زون سیستم مختصات مخصوص به خود را دارد.

۸٫برای نیمکره شمالی عرض جغرافیایی از صفر در استوا تاده میلیون در ۸۴ درجه شمالی متغیراست و برای نیمکره جنوبی در استوا ده میلیون و در جنوبی ترین عرض صفر درجه فرض می گردد.

سیستم ژئودتیک جهانی

سیستم استانداردی است که درناوبری از آن آستفاده می شود.در این سیستم از یک مرجع برای مختصات یابی یک مرکز جرم برای زمین و یک مدار شبیه به مسیر حرکت زمین در فضا استفاده می شود.در واقع طول و عرض جغرافیایی به عنوان مبنا (صفر)در نظر گرفته می شود و بقیه نقاط نسبت به آن طول و عرض سنجیده می گردد. مکان این طول و عرض جغرافیایی برای مرجع به طور کامل قراردادی استیعنی هر نقطه ای از زمین می تواند در نظر گرفته شود.

درسیستم WGS84 در واقع از همان مدار بیضوی به دور زمین استفاده می شود.در این سیستم محور سوم آن (محورZ )از قطب قراردادی زمین (قطب مغناطیسی) می گذرد و محور X آن فصل مشترک صفحه نصف النهار گرینویچ و صفحه استوایی است.محور Yهم به گونه ای انتخاب می شود که سیستم،سمت راست (رو به راست) باشد.این سیستم در نقشه برداری و ناوبری استفاده می شود.

سیستم مختصات لامبرت

کشور ایران در گستره ای به عرض ۱۵ درجه از۲۵ درجه شمالی تا ۴۰درجه شمالی و طول ۱۹٫۵ درجه از ۴۴ درجه شرقی تا ۶۳٫۵ درجه شرقی در ربع کره شمالی -شرقی بر روی زمین واقع شده است.

باتوجه به وسعت زیاد و شکل به نسبت مربعی ایران تعیین یک سیستم تصویر خاص که در تمام مقاصد بتوان از آن استفاده کرد کاری غیرممکن است.از این رو اغلب  برای هر مقصد خاصی بسته به گستره ناحیه و مقیاس نقشه ای که قرار است تهیه شود مطالعه می گردد و همچنین برای هر نوع مطالعه ای که قرار است بر روی نقشه های به دست آمده انجام پذیرد سیستم تصویر مناسب انتخاب می گردد.

سیستم مختصات لامبرت هم شکل

این سیستم مختصات را سازمان نقشه برداری ایران به گونه ای طراحی کرده است که خطاها و کج روی های آن در کل سطح ایران کم می باشد.دلایل انتخاب این سیستم تصویر عبارتست از:

۱٫این سیستم تصویر یکی از بهترین کم خطاترین و کاربردی ترین سیستم های تصویر برای عرض های میانی (بین قطبین و استوا)است و با توجه به این که کشور ایران درنیز در چنین جایی واقع شده است لذا استفاده از این سیستم مناسب به نظر می رسد.

۲٫از آن جایی که در این سیستم تصویراز دومدار استاندارد استفاده می شود لذا می توان با درجه آزادی بیشتری آن را برای منطقه مورد نظر سفارشی کرد به گونه ای که خطاها کمترشود.

۳٫خطاهای موجود در مساحت و شکل در این سیستم تصویر برای یک منطقه وسیع مانند ایران کمتراست از این رو استفاده از آن در مقیاس های کوچک و متوسط مانند مطالعات کالبدی و حتی منطقه ای و در مواردی که قرار است پایگاه نهایی داده ها و اطلاعات به صورت یکپارچه طراحی گردد بسیار متداول است.