Geodätisches Datum – Wikipedia

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Referenzrahmen für Geodäsie, Vermessung, Chartografie und Navigation

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EIN geodätisches Datum oder geodätisches System (ebenfalls: geodätisches Referenzdatum oder geodätisches Bezugssystem) ist ein Koordinatensystem und eine Reihe von Referenzpunkten, die zum Lokalisieren von Orten auf der Erde (oder ähnlichen Objekten) verwendet werden. Eine ungefähre Definition des Meeresspiegels ist das Datum WGS 84, ein Ellipsoid, während eine genauere Definition das Erdgravitationsmodell 2008 (EGM2008) ist, bei dem mindestens 2.159 sphärische Harmonische verwendet werden. Andere Daten werden für andere Bereiche oder zu anderen Zeiten definiert. ED50 wurde 1950 über Europa definiert und unterscheidet sich von WGS 84 um einige hundert Meter, je nachdem, wo in Europa Sie suchen. Der Mars hat keine Ozeane und somit keinen Meeresspiegel, aber mindestens zwei Marsdaten wurden verwendet, um Orte dort zu lokalisieren.

Daten werden in der Geodäsie, Navigation und Vermessung von Kartographen und Satellitennavigationssystemen verwendet, um auf Karten (Papier oder digital) angegebene Positionen in ihre tatsächliche Position auf der Erde zu übersetzen. Jedes beginnt mit einem Ellipsoid (gestreckte Kugel) und definiert dann die Koordinaten für Breite, Länge und Höhe. Ein oder mehrere Orte auf der Erdoberfläche werden als Anker- “Basispunkte” ausgewählt.

Der Unterschied in den Koordinaten zwischen Bezugspunkten wird üblicherweise als bezeichnet Bezugspunktverschiebung. Die Bezugsverschiebung zwischen zwei bestimmten Bezugspunkten kann innerhalb eines Landes oder einer Region von einem Ort zum anderen variieren und zwischen null und Hunderten von Metern (oder einigen Kilometern für einige abgelegene Inseln) liegen. Der Nordpol, der Südpol und der Äquator befinden sich an verschiedenen Bezugspunkten an unterschiedlichen Positionen, sodass sich der Wahre Norden geringfügig unterscheidet. Unterschiedliche Bezugspunkte verwenden unterschiedliche Interpolationen für die genaue Form und Größe der Erde (Referenzellipsoide).

Da die Erde ein unvollständiges Ellipsoid ist, können lokalisierte Bezugspunkte eine genauere Darstellung des Abdeckungsbereichs liefern als WGS 84. OSGB36 ist beispielsweise eine bessere Annäherung an das Geoid, das die britischen Inseln bedeckt, als das globale WGS 84-Ellipsoid.[1] Da jedoch die Vorteile eines globalen Systems die größere Genauigkeit überwiegen, wird das globale WGS 84-Datum zunehmend übernommen.[2]

Horizontale Bezugspunkte werden verwendet, um einen Punkt auf der Erdoberfläche in Breiten- und Längengrad oder einem anderen Koordinatensystem zu beschreiben. Vertikale Bezugspunkte messen Höhen oder Tiefen.

Datum Benchmark der Stadt Chicago

Definition[edit]

In Vermessung und Geodäsie, a Datum ist ein Referenzsystem oder eine Annäherung an die Erdoberfläche, anhand derer Positionsmessungen zur Berechnung von Standorten durchgeführt werden. Horizontale Bezugspunkte werden verwendet, um einen Punkt auf der Erdoberfläche in Breiten- und Längengrad oder einem anderen Koordinatensystem zu beschreiben. Vertikale Bezugspunkte werden verwendet, um Höhen oder Unterwassertiefen zu messen.

Horizontales Datum[edit]

Das horizontale Datum ist das Modell, mit dem Positionen auf der Erde gemessen werden. Ein bestimmter Punkt auf der Erde kann je nach dem für die Messung verwendeten Datum erheblich unterschiedliche Koordinaten haben. Es gibt Hunderte von lokalen horizontalen Bezugspunkten auf der ganzen Welt, die normalerweise auf einen geeigneten lokalen Bezugspunkt verweisen. Zeitgenössische Daten, die auf immer genaueren Messungen der Erdform basieren, sollen größere Gebiete abdecken. Das WGS 84-Datum, das fast identisch mit dem in Nordamerika verwendeten NAD83-Datum und dem in Europa verwendeten ETRS89-Datum ist, ist ein gängiges Standarddatum.[citation needed]

In Sydney gibt es beispielsweise einen Unterschied von 200 Metern zwischen den in GDA konfigurierten GPS-Koordinaten (basierend auf dem globalen Standard WGS 84) und der AGD (für die meisten lokalen Karten verwendet), was für einige Anwendungen, z als Vermessungs- oder Standort für das Tauchen.[3]

Vertikales Datum[edit]

EIN vertikales Datum ist eine Referenzfläche für vertikale Positionen, wie z. B. die Höhen von Erdmerkmalen wie Gelände, Bathymetrie, Wasserstand und künstliche Strukturen.

Geodätische Koordinaten[edit]

Die gleiche Position auf einem Sphäroid hat einen unterschiedlichen Breitengradwinkel, je nachdem, ob der Winkel vom normalen Liniensegment gemessen wird CP des Ellipsoids (Winkel α) oder das Liniensegment AP von der Mitte (Winkel β). Notiere dass der “Ebenheit” des Sphäroids (orange) im Bild ist größer als das der Erde; Infolgedessen ist auch der entsprechende Unterschied zwischen den “geodätischen” und “geozentrischen” Breiten übertrieben.

In geodätischen Koordinaten wird die Erdoberfläche durch ein Ellipsoid angenähert, und Orte in der Nähe der Oberfläche werden in Bezug auf den Breitengrad beschrieben (

ϕ{ displaystyle phi}

), Längengrad (

λ{ displaystyle lambda}

) und Höhe (

h{ displaystyle h}

).[note 1]

Geodätischer versus geozentrischer Breitengrad[edit]

Der geodätische Breitengrad und der geozentrische Breitengrad repräsentieren ähnliche Größen mit unterschiedlichen Definitionen. Der geodätische Breitengrad ist definiert als der Winkel zwischen der Äquatorialebene und der Oberflächennormalen an einem Punkt auf dem Ellipsoid, während der geozentrische Breitengrad als der Winkel zwischen der Äquatorialebene und einer radialen Linie definiert ist, die den Mittelpunkt des Ellipsoids mit einem Punkt auf der Oberfläche verbindet (Siehe Abbildung). Bei Verwendung ohne Qualifikation bezieht sich der Begriff Breitengrad auf den geodätischen Breitengrad. Beispielsweise ist der in geografischen Koordinaten verwendete Breitengrad der geodätische Breitengrad. Die Standardnotation für den geodätischen Breitengrad lautet φ. Es gibt keine Standardnotation für den geozentrischen Breitengrad. Beispiele beinhalten θ, ψ, φ ‘.

In ähnlicher Weise ist die geodätische Höhe definiert als die Höhe über der Ellipsoidoberfläche, normal zum Ellipsoid; Die geozentrische Höhe ist definiert als die Höhe über der Ellipsoidoberfläche entlang einer Linie zur Mitte des Ellipsoids (dem Radius). Bei Verwendung ohne Einschränkung bezieht sich der Begriff Höhe auf die geodätische Höhe. wie es in der Luftfahrt verwendet wird. Die geozentrische Höhe wird typischerweise in der Orbitalmechanik verwendet.

Erdreferenzellipsoid[edit]

Parameter definieren und ableiten[edit]

Das Ellipsoid wird vollständig durch die Semi-Major-Achse parametrisiert

ein{ displaystyle a}

und die Abflachung

f{ displaystyle f}

.

Parameter Symbol
Semi-Major-Achse
Kehrwert der Abflachung

Von

ein{ displaystyle a}

und

f{ displaystyle f}

Es ist möglich, die semi-minor-Achse abzuleiten

b{ displaystyle b}

erste Exzentrizität

e{ displaystyle e}

und zweite Exzentrizität

e‘{ displaystyle e ‘}

des Ellipsoids

Parameter Wert
Semi-Minor-Achse
Erste Exzentrizität im Quadrat
Zweite Exzentrizität im Quadrat

Parameter für einige geodätische Systeme[edit]

Die beiden weltweit am häufigsten verwendeten Referenzellipsoide sind die GRS80[4]

und der WGS84.[5]

Eine umfassendere Liste geodätischer Systeme finden Sie hier Hier.

Geodätisches Referenzsystem 1980 (GRS80)[edit]

GRS80-Parameter
Parameter Notation Wert
Semi-Major-Achse 6378137 m
Kehrwert der Abflachung 298,257222101

World Geodetic System 1984 (WGS 84)[edit]

Das Global Positioning System (GPS) verwendet das World Geodetic System 1984 (WGS 84), um die Position eines Punktes in der Nähe der Erdoberfläche zu bestimmen.

WGS 84 Parameter definieren
Parameter Notation Wert
Semi-Major-Achse 6378137.0 m
Kehrwert der Abflachung 298,257223563
Von WGS 84 abgeleitete geometrische Konstanten
Konstante Notation Wert
Semi-Minor-Achse 6356752.3142 m
Erste Exzentrizität im Quadrat 6.69437999014×10−3
Zweite Exzentrizität im Quadrat 6.73949674228×10−3

Umrechnungsberechnungen[edit]

Bei der Datumskonvertierung werden die Koordinaten eines Punkts von einem Bezugssystem in ein anderes konvertiert. Die Datumskonvertierung kann häufig mit einer Änderung der Gitterprojektion einhergehen.

Diskussion und Beispiele[edit]

Ein geodätisches Referenzdatum ist eine bekannte und konstante Oberfläche, mit der der Standort unbekannter Punkte auf der Erde beschrieben wird. Da Referenzdaten unterschiedliche Radien und unterschiedliche Mittelpunkte haben können, kann ein bestimmter Punkt auf der Erde je nach dem für die Messung verwendeten Datum wesentlich unterschiedliche Koordinaten haben. Es gibt Hunderte von lokal entwickelten Referenzdaten auf der ganzen Welt, die normalerweise auf einen geeigneten lokalen Referenzpunkt verweisen. Zeitgenössische Daten, die auf immer genaueren Messungen der Erdform basieren, sollen größere Gebiete abdecken. Die in Nordamerika am häufigsten verwendeten Referenzdaten sind NAD27, NAD83 und WGS 84.

Das nordamerikanische Datum von 1927 (NAD 27) ist “das horizontale Kontrolldatum für die Vereinigten Staaten, das durch einen Ort und einen Azimut auf dem Clarke-Sphäroid von 1866 definiert wurde und seinen Ursprung auf (der Vermessungsstation) Meades Ranch (Kansas) hat.” … Die geoidale Höhe auf der Meades Ranch wurde mit Null angenommen, da keine ausreichenden Schwerkraftdaten verfügbar waren und dies erforderlich war, um Oberflächenmessungen mit dem Bezugspunkt in Beziehung zu setzen. “Geodätische Positionen am nordamerikanischen Datum von 1927 wurden aus den (Koordinaten und einem Azimut auf der Meades Ranch) durch eine Neueinstellung der Triangulation des gesamten Netzwerks abgeleitet, in dem Laplace-Azimute eingeführt wurden, und die Bowie-Methode wurde verwendet.” ((http://www.ngs.noaa.gov/faq.shtml#WhatDatum ) NAD27 ist ein lokales Referenzierungssystem für Nordamerika.

Das nordamerikanische Datum von 1983 (NAD 83) ist “Das horizontale Kontrolldatum für die Vereinigten Staaten, Kanada, Mexiko und Mittelamerika, basierend auf einem geozentrischen Ursprung und dem geodätischen Referenzsystem 1980 (GRS80).” Dieses Datum, bezeichnet als NAD 83 … basiert auf der Anpassung von 250.000 Punkten, einschließlich 600 Satelliten-Doppler-Stationen, die das System auf einen geozentrischen Ursprung beschränken. “NAD83 kann als lokales Referenzierungssystem angesehen werden.

WGS 84 ist das World Geodetic System von 1984. Es ist der Referenzrahmen, der vom US-Verteidigungsministerium (DoD) verwendet wird und von der National Geospatial-Intelligence Agency (NGA) (ehemals Defense Mapping Agency, dann National Imagery and) definiert wird Kartierungsagentur). WGS 84 wird von DoD für alle seine Karten-, Karten-, Vermessungs- und Navigationsanforderungen verwendet, einschließlich seiner GPS- “Rundfunk” – und “präzisen” Umlaufbahnen. WGS 84 wurde im Januar 1987 unter Verwendung von Doppler-Satellitenvermessungstechniken definiert. Es wurde ab dem 23. Januar 1987 als Referenzrahmen für gesendete GPS-Ephemeriden (Umlaufbahnen) verwendet. Um 0000 GMT am 2. Januar 1994 wurde die Genauigkeit des WGS 84 mithilfe von GPS-Messungen verbessert. Der offizielle Name wurde dann WGS 84 (G730), da das Upgrade-Datum mit dem Beginn der GPS-Woche 730 zusammenfiel. Er wurde am 28. Juni 1994 zum Referenzrahmen für Rundfunkbahnen. Um 0000 GMT 30. September 1996 (Beginn von GPS) Woche 873) wurde WGS 84 erneut neu definiert und enger mit dem Rahmen des International Earth Rotation Service (IERS) ITRF 94 abgestimmt. Es wurde dann offiziell als WGS 84 (G873) bezeichnet. WGS 84 (G873) wurde am 29. Januar 1997 als Referenzrahmen für Rundfunkbahnen übernommen.[6] Ein weiteres Update brachte es auf WGS84 (G1674).

Das WGS 84-Datum, innerhalb von zwei Metern um das in Nordamerika verwendete NAD83-Datum, ist das einzige weltweit vorhandene Referenzierungssystem. WGS 84 ist das Standardstandarddatum für Koordinaten, die in Freizeit- und kommerziellen GPS-Geräten gespeichert sind.

Benutzer von GPS werden darauf hingewiesen, dass sie immer das Datum der von ihnen verwendeten Karten überprüfen müssen. Um kartenbezogene Kartenkoordinaten korrekt einzugeben, anzuzeigen und zu speichern, muss das Datum der Karte in das Feld GPS-Kartendatum eingegeben werden.

Beispiele[edit]

Beispiele für Kartendaten sind:

  • WGS 84, 72, 66 und 60 des World Geodetic System
  • NAD83, das nordamerikanische Datum, das WGS 84 sehr ähnlich ist
  • NAD27, das ältere nordamerikanische Datum, von dem NAD83 im Grunde eine Neueinstellung war [1]
  • OSGB36 der Ordnance Survey of Great Britain
  • ETRS89, das europäische Datum, bezogen auf ITRS
  • ED50, das ältere europäische Datum
  • GDA94, das australische Datum[7]
  • JGD2011, das japanische Datum, angepasst an Änderungen, die durch das Erdbeben und den Tsunami in Tōhoku 2011 verursacht wurden[8]
  • Tokyo97, das ältere japanische Datum[9]
  • KGD2002, das koreanische Datum[10]
  • TWD67 und TWD97, unterschiedliche Daten, die derzeit in Taiwan verwendet werden.[11]
  • BJS54 und XAS80, altes geodätisches Datum, das in China verwendet wird[12]
  • GCJ-02 und BD-09, chinesisches verschlüsseltes geodätisches Datum.
  • PZ-90.11, die aktuelle geodätische Referenz, die von GLONASS verwendet wird[13]
  • GTRF, die von Galileo verwendete geodätische Referenz[14]
  • CGCS2000 oder CGS-2000, die geodätische Referenz, die vom BeiDou Navigation Satellite System verwendet wird[14][15][16]
  • Internationale terrestrische Referenzrahmen (ITRF88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 96, 97, 2000, 2005, 2008, 2014), verschiedene Realisierungen des ITRS.[17][18]
  • Hong Kong Principal Datum, ein vertikales Datum, das in Hong Kong verwendet wird.[19][20]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ “Geoid – Hilfe | ArcGIS für Desktop”. desktop.arcgis.com. Archiviert vom Original am 02.02.2017. Abgerufen 2017-01-23.
  2. ^ “Datums – Hilfe | ArcGIS for Desktop”. desktop.arcgis.com. Archiviert vom Original am 02.02.2017. Abgerufen 2017-01-23.
  3. ^ McFadyen, GPS und Tauchen Archiviert 19.08.2006 an der Wayback-Maschine
  4. ^ “GDA Technisches Handbuch” (PDF). Archiviert von das Original (PDF) am 20.03.2018. Abgerufen 2017-02-20.
  5. ^ Das offizielle World Geodetic System 1984
  6. ^ Umfrage, US-Handelsministerium, NOAA, National Geodetic. “National Geodetic Survey – Häufig gestellte Fragen FAQ”. www.ngs.noaa.gov. Archiviert vom Original am 19.10.2011.
  7. ^ [email protected], Alex Craven (RMM Design). “GDA94: Häufig gestellte Fragen”. www.geoproject.com.au. Archiviert vom Original am 15.08.2016.
  8. ^ “系 測 地 系 2011 （JGD2011）））？ – 空間 情報 ク ラ ブ”. club.informatix.co.jp. 20.08.2015. Archiviert vom Original am 20.08.2016.
  9. ^ “K 変 換 ソ フ ト ウ K K TKY2JGD ｜ 国土 地理 院”. www.gsi.go.jp.. Archiviert vom Original am 05.11.2017.
  10. ^ Yang, H.; Lee, Y.; Choi, Y.; Kwon, J.; Lee, H.; Jeong, K. (2007). “Der koreanische Datumswechsel zu einem geodätischen Weltsystem”. AGU Spring Meeting Abstracts. 2007: G33B – 03. Bibcode:2007AGUSM.G33B..03Y.CS1-Wartung: Verwendet den Autorenparameter (Link)
  11. ^ 台灣 地圖 夢想家 -SunRiver. “大地 座標 系統 與 二度 分 帶 解讀 解讀 – 上 河 文化”. www.sunriver.com.tw. Archiviert vom Original am 20.08.2016.
  12. ^ Analyse der Konvertierungsmethode und Kartenzusammenführung von BJS54 XA80-Vermessungs- und Kartierungsergebnissen zu CGCS2000 Archiviert 18.09.2016 an der Wayback-Maschine
  13. ^ “Der Übergang zur Verwendung des terrestrischen geozentrischen Koordinatensystems” Parametry Zemli 1990 “(PZ-90.11) beim Betrieb des GLObal NAvigation Satellite Systems (GLONASS) wurde implementiert.”. www.glonass-iac.ru. Archiviert vom Original am 07.09.2015.
  14. ^ ein b “Verwendung internationaler Referenzen für GNSS-Operationen und -Anwendungen” (PDF). unoosa.org. Archiviert (PDF) vom Original am 22.12.2017.
  15. ^ Handbuch der Satellitenbahnen: Von Kepler zu GPS, Tabelle 14.2
  16. ^ BeiDou-Navigationssatellitensystem-Signal im Steuerungsdokument der Weltraumschnittstelle, Open Service Signal (Version 2.0) Archiviert 08.07.2016 in der Wayback-Maschine Abschnitt 3.2
  17. ^ “Archivierte Kopie” (PDF). Archiviert (PDF) vom Original am 26.01.2017. Abgerufen 2016-08-19.CS1-Wartung: Archivierte Kopie als Titel (Link)
  18. ^ “Allgemeine Konzepte”. itrf.ensg.ign.fr. Archiviert vom Original am 04.12.2008.
  19. ^ “Vertikales Datum in China – Hongkong – an Land”. Archiviert vom Original am 13.11.2012.
  20. ^ “Erläuterungen zu geodätischen Daten in Hongkong” (PDF). geodetic.gov.hk. Archiviert von das Original (PDF) am 09.11.2016. Abgerufen 2016-08-19.

Weiterführende Literatur[edit]

  1. Liste der geodätischen Parameter für viele Systeme von der University of Colorado
  2. Gaposchkin, EM und Kołaczek, Barbara (1981) Referenzkoordinatensysteme für die Erddynamik Taylor & Francis ISBN 9789027712608
  3. Kaplan, GPS verstehen: Prinzipien und Anwendungen, 1 ed. Norwood, MA 02062, USA: Artech House, Inc, 1996.
  4. GPS-Hinweise
  5. P. Misra und P. Enge, Signale, Messungen und Leistung des globalen Positionierungssystems. Lincoln, Massachusetts: Ganga-Jamuna Press, 2001.
  6. Peter H. Dana: Geodätische Datumsübersicht – Große Menge an technischen Informationen und Diskussionen.
  7. US National Geodetic Survey

Externe Links[edit]

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