Системы геодезических координат или "Что такое датум?"
Мы с детства знаем, что земля круглая, только поначалу не очень понимали, почему австралийцы с нее не падают.
Из географии мы узнали о меридианах и параллелях и о том, что любую точку на земле можно точно указать ее координатами - широтой и долготой в градусах, минутах и секундах.
Все было ясно и понятно, пока мы не купили спутниковый навигатор - GPS. Первая же попытка найти на карте отмеченную GPS-навигатором точку привела к ошибке в добрую сотню метров, несмотря на заявленную точность в 3-5 метров. Оказалось, что у американцев меридианы и параллели совсем не такие как у нас. Мало того почти в каждой стране они свои собственные. Чтобы координаты соответствовали необходимо указать в какой системе координат они заданы. Параметры этой системы задаются набором коэффициентов, который называется одним не совсем понятным словом "датум" (datum). Вот с этим датумом и возникает куча проблем и непоняток.
Форма земли и ее математическое выражение.
Мне до последнего времени было непонятно, почему существует так много разных систем. Если взять сколь угодно кривобокую землю и аккуратно порезать ее на дольки через полюса и Гринвич, а, затем от экватора на арбузные скибки, то почему она должна быть разная? Ну и пусть там, где она более выпуклая меридианы пройдут реже, чем в других местах. Просто карта этого места будет чуть-чуть шире. Это ведь не важно.
Ответ оказался прост - у нас до последнего времени не было ножика такого размера. Мы выражаем координаты в угловых градусах, а измеряем землю в километрах и метрах, вынужденные ползать по ее поверхности. При этом нам постоянно приходится пересчитывать метры в градусы и градусы в метры. Это не сложно, если знать и математически описать, какую форму имеет земля. Вот этим с переменным успехом и занимались ученые Земли, начиная с четвертого века до нашей эры.
Опустим исторические перипетии этого процесса, и перейдем к временам не столь отдаленным. Наиболее точно известную форму земли называют "геоидом". Это не земля с горами и долинами, а воображаемая поверхность морей и океанов, если ее продолжить под материками. На такой земле в любой точке сила тяжести направлена строго перпендикулярно ее поверхности.
Геоид математически выражается с помощью коэффициентов сферических гармоник. Например, геоид Гравитационная модель Земли EGM 96, использует коэффициенты сферических гармоник для полиномов до 360 порядка. Для полного уравнения геоида EGM 96 требуется более 60 000 коэффициентов. Ясно, что использовать их все для расчета поверхности слишком сложно. Необходима более простая фигура, но с достаточной для нас точностью описывающая землю.
Если считать землю шаром, то мы ошибемся как минимум на 22 километра. Если немного сплюснуть ее с полюсов и представить ее себе в виде эллипсоида вращения (двухосного эллипсоида), то ошибка уменьшится уже до 150-200 метров. Еще большей точности можно достичь, если еще немного сжать Землю с боков. Такая фигура называется трехосным эллипсоидом.
Существует и другой метод повышения точности - эллипсоид можно взять более простой (двухосный), но немного его сдвинуть и повернуть, чтобы он максимально соответствовал поверхности Земли в данной стране. Именно так обычно и делают.
Если опустить геодезические тонкости, то для нас датум - это размеры эллипсоида, принятого за основу в данной стране (так называемый опорный или референц эллипсоид) плюс коэффициенты, характеризующие его смещение и поворот, для совмещения с территорией данной страны.
Национальные системы координат
Геодезические тонкости заключаются в том, что датум определяется не коэффициентами, а измеренными на местности координатами нескольких десятков равномерно распределенных по территории страны опорных точек. Параметры датума выбираются такими, чтобы все точки отображались на выбранном эллипсоиде с минимальными отклонениями. То есть, если проводилась геодезическая съемка местности и составлялись какие-то карты, то датум их существует, даже если его параметры не известны никому.
Обычно в качестве базовой выбирается какая-то хорошо известная точка, например центр зала Пулковской обсерватории. Астрономическими методами максимально точно определяются ее координаты, азимут на какой то удаленный предмет и расстояние до него. Это и есть точка отсчета геодезической системы. Затем методом триангуляции определяются координаты других точек, образующих геодезическую сеть.
Метод триангуляции заключается в следующем. Измерять расстояния на покрытой горами и озерами земле очень сложно. Напротив, углы с помощью оптического прибора - теодолита измерять можно просто и очень точно. Зная углы и одну сторону треугольника, можно очень просто вычислить две оставшихся. Последовательно строя треугольники (триангуляционные ходы) можно двигаться достаточно далеко, почти не теряя точности. Для верности в каждую точку приходят несколькими разными путями, чтобы проверить, не вкралась ли в измерения или вычисления ошибка. Спроектировав расстояния и углы на выбранный эллипсоид, можно вычислить географические координаты всех нужных нам пунктов.
В качестве референц-эллипсоида в США используется эллипсоид Кларка, вычисленный в 1880 году. В Европе более популярен эллипсоид Бесселя 1841 года. Этот же эллипсоид использовался для определения координат и составления карт в России вплоть до 1946 года. В других странах и в разные годы использовалось еще не менее двух десятков эллипсоидов разной формы и размеров.
Вопреки тому, что написано во множестве популярных статей все эти эллипсоиды двухосные - учитывающие только полярное сжатие земли. Первый трехосный эллипсоид был вычислен в СССР под руководством академика Феодосия Красовского в 1940 году. Тем не менее, введенная в 1946 году в СССР система координат СК42 и последовавшие за ней СК63 и самая современная СК95 используют его двухосный вариант. Трехосный же эллипсоид с успехом использовался для расчета траекторий советских баллистических ракет.
Различия между эллипсоидами и связанными с ними датумами таковы, что точка с одними и теми же координатами, но в разных датумах могут отличаться на местности на величину от нескольких метров, что вполне допустимо, до нескольких километров, что нас совсем не устраивает.
Местные системы координат
Даже в самых точных геодезических измерениях постепенно накапливаются ошибки, достигающие в пределах такой страны как Россия нескольких метров. Для того, чтобы шмякнуть атомную бомбу на голову ненавистного врага такой точности хватит, а вот два огородника за полметра земли перегрызут друг-другу горло. Мэра провинциального городка расстояние от родного Мухосранска до ихнего Парижа интересует чисто теоретически, а вот влезет ли новый дом между двумя уже построенными и не придется ли перекапывать всю площадь в поисках газовой магистрали - вопросы вполне насущные.
Для составления очень крупномасштабных карт и планов, используемых в строительстве и землеустройстве, абсолютная точность не нужна, но вот расстояния между зданиями и сооружениями необходимы с сантиметровой точностью. В результате местные геодезисты "забивают" на государственную систему и все измерения проводят в своей собственной - локальной. Они в буквальном смысле забивают колышек в своем городе, считают его точкой отсчета и не имеют проблем до тех пор, пока не приходится строить мост через реку, разделяющую две области. Вот тут и возникает вопрос взаимоувязки местных систем координат, который решается долго и весьма болезненно.
Глобальные системы координат и отсчетов.
С наступлением космической эры, наконец, удалось взглянуть на землю со стороны, более точно определить ее форму, размеры и корректно "порезать" на параллели и меридианы. В результате в США появился эллипсоид WGS84 и одноименная с ним общеземная система координат, а в СССР система координат "Параметры земли ПЗ-90", которые отличаются между собой всего на полметра. В Европе уже тоже есть своя система, предназначенная для, пока еще не существующей, навигационной системы Galileo.
Эталонной считается "Международная земная система отсчета" (ITRF). Ее положение в теле земли круглосуточно контролируется спутниковыми измерениями координат нескольких сотен пунктов по всему земному шару. Точность ее такова, что на координаты в ней влияют не только движения материков по нескольку сантиметров в год, но и таяние ледников, и крупные землетрясения. Поэтому параметры этой системы публикуются ежегодно, а координаты пунктов в этой системе даются с обязательным указанием эпохи (года) когда эти координаты были измерены. Так, WGS84 привязана к системе ITRF эпохи 1984, а ПЗ-90 соответственно к ITRF 1990.
Системы координат спутниковых навигационных систем WGS84 и ПЗ-90 тоже не отстаются неизменными. Они становятся более точными и более удобными для использования. WGS84 за время своего существования утоянялась 3 раза. В настоящее время используется версия WGS84 G1150. Правда изменения настолько малы, что пользователи бытовых GPS навигаторов могут считать, что их не было.
Совсем другая ситуация с российской ПЗ-90. В ноябре 2007 года система была изменена и стала называться ПЗ-90.02. Параметры ее изменились сразу на несколько метров, но зато, она стала почти совпадать с ITRF и WGS84. Опять же, для пользователей навигаторов, теперь можно считать их идентичными.
Координаты в глобальных системах измеряют не в градусах, а в метрах знакомой нам со школы трехмерной декартовой системе, где ось Z направлена от центра земли на северный полюс, ось X пересекает гринвичский меридиан, а ось Y направлена, как всегда, вбок.
В глобальных системах отсчета не делают карт и их эллипсоиды не являются референсными. Их задача взаимоувязка разных датумов разных стран и регионов и определение коэффициентов для точного пересчета координат из одной системы в любую другую и обратно. Исключение составляет WGS84, которая, благодаря GPS, стала такой популярной, что изготовление карт на ее базе - занятие, хоть и не вполне законное, но весьма распространенное.
Преобразование координат.
Чтобы пересчитать координаты из одного датума в другой максимально точно, нужно выполнить четыре действия:
Пересчитать градусные координаты в декартову систему X, Y, Z.
Повернуть и сдвинуть систему координат в соответствии с новым датумом
Вычислить новые координаты
На новом эллипсоиде определить новые координаты в градусах.
Пересчет координат в сдвинутую и повернутую систему производится по формулам преобразования Гелмерта (Friedrich Robert Helmert). Для расчетов потребуется три параметра для смещения, три для углов поворота и один масштабный коэффициент. Поэтому это преобразование часто называется "семипараметрическим". Пересчет в градусы потребует еще два параметра эллипсоида - диаметр и степень полярного сжатия. Коэффициенты преобразования рассчитываются для каждой страны и утверждаются соответствующим нормативным документом. Для России это ГОСТ Р 51794-2001.
Мы ничего пересчитывать не будем. Для нас это слишком сложно. Обычные спутниковые навигаторы этого тоже не делают, а используют более простые формулы, предложенные российским ученым М. С. Молоденским. По этим формулам координаты пересчитываются прямо из градусов в градусы и требуют для задания датума только 3 коэффициента (dX, dY, dZ) плюс два параметра эллипсоида (da и df). В практике спутниковой навигации набор из пяти коэффициентов для пересчета координат из WGS-84 в данную систему координат и называются датумом этой системы. Эти пять коэффициентов придется ввести в ваш навигатор или навигационную программу, если она не знает нужный вам датум.
Коэффициенты сдвига для преобразования Гемерта и Молоденского в общем случает не совпадают. Первые три параметра семпараметрического преобразования в формулах Молоденского использовать нельзя. В частности не стоит использовать для ввода в GPS приемники и программы, коэффициенты и приведенного выше ГОСТа.
Для карты с неизвестным датумом, его можно рассчитать, зная координаты трех точек в WGS и с карты, а также параметры эллипсоида, на котором она построена. Для этого существует бесплатная программа InvMol. Делается это так:
Создаете пользовательский датум с параметрами нужного эллипсоида и нулевыми коэффициентами (как это делается в OziExplorer, написано в последней главе этой статьи), и привязываете карту в этом датуме.
Находите три точки на карте и записываете их координаты в этом датуме.
Находите координаты этих же точек в WGS84, съездив туда с навигатором или найдя их в GoogleEarth.
Пересчитываете все координаты в секунды, умножив градусы на 3600 и минуты на 60, и вводите их в программу.
Меняете нули в датуме на полученные коэффициенты, перезапускаете OziExplorer и проверяете, совпали ли фактические точки с точками на карте.
Для перехода из WGS84 в Пулково 1942 и обратно вы можете и сами рассчитать эти параметры для своего региона, воспользовавшись эксельной таблицей SK42toWGS84.xls.
Преобразование молоденского не является точным, особенно если системы координат развернуты друг относительно друга и действительно только для ограниченной территории. Для разных стран и их систем ошибки могут достигать 30 метров, но для принятого в России и Украине датума Пулково-1942 обычно не превышают единиц метров. Этого вполне достаточно, если учесть, что сама система СК42 имеет локальные деформации до 10 метров, а объекты местности на доступных нам картах зачастую нанесены с ошибками от 50 до 100 метров. Следует учестьи то, что под названием "Преобразование Молоденского" может скрываться целых три разных набора формул, отличающихся разной степенью упрощения. Какое из трех используется в данном приборе или программе, известно только ее разработчикам.
Нулевые меридианы
Если у вас хватило терпения дочитать до этого места, то вы явно еще что-то помните из школьного курса географии. Вы точно знаете, что географическая широта отсчитывается от экватора и бывает северной и южной. Меридианы считаются на запад и на восток от нулевого меридиана или Гринвича, который находится в далекой Англии. Но Британия не всегда была владычицей морей и никогда не была лидером мировой астрономии и геодезии. Поэтому и нулевой меридиан вначале принадлежал не им.
Изначально все было гораздо правильнее и умнее. Чтобы не заморачиваться с восточной и западной долготой, нулевой меридиан поместили в самую западную точку старого света - остров Ферро (El Hierro) Канарского архипелага и привязали его к одинокому маяку на безлюдной скале. В результате вся Европа оказалась в восточном полушарии, а Америка в западном, что было очень удобно. Не удобно было то, что остров находился далеко в океане, и точно померить расстояние до него было в то время практически невозможно. Тогда было принято соломоново решение - договориться, что от Ферро до Парижа, где в то время была одна из самых современных обсерваторий, по широте ровно 20 градусов. После этого все меридианы измеряли от Парижа, а на картах писали от Ферро, добавив 20 градусов. Впоследствии оказалось, что этот маяк от Парижа находится на 29 минут или на 50 километров дальше, но это ничего не изменило.
В середине XIX века российские геодезисты Карл Теннер и Василий Струве очень точно померяли дугу земного меридиана, а Федор Шуберт, погрузив с собой несколько десятков высокоточных хронометров, отправился проверять меридианы. В результате были получены точные координаты нескольких сотен населенных пунктов по всей Европе, в том числе и точные координаты Пулковской обсерватории. С тех пор все измерения в России производили от Пулково, а координаты на картах писали вначале от Ферро, а затем от Пулково и Парижа, и только в начале двадцатого века на картах появился Гринвич.
Для того, чтобы пересчитать координаты на старых картах к современному Гринвичу к ним нужно добавить или из них вычесть соответствующую разницу. Эту величину лучше брать именно ту, которой она считалась во времена составления карты, например, из книги Шуберта "Expos des travaux astronomiques et geodesiques executes in russie":
От Ферро Вычесть 17° 39' 50.60"
От Парижа Добавить 02° 20' 09.40"
От Пулково Добавить 30° 19' 40.11"
При этом надо не забывать, что от Пулково долгота тоже может быть восточной, и ее надо прибавлять к долготе Пулково, и западной, которую надо вычитать. Те, кто не помнят сколько минут в градусе или не в состоянии складывать в столбик десятично-шетидесятиричные числа, могут воспользоваться эксельной табличкой - LonCalc.xls.
Датумы нашей Родины.
Российская империя.
Карты, для которых имеет смысл говорить о датуме, появились в России в начале XIX века. Эти карты составлялись на основе весьма точной для того времени инструментальной съемки с использованием, наиболее соответствовавшего известной на тот момент форме земли, эллипсоида Бесселя 1841. На карты наносилась градусная сетка с долготой, указанной, для более поздних карт - от Пулково и Парижа, для более ранних - от Ферро. К слову сказать, известная в то время долгота острова Ферро весьма значительно отличалась от более точных значений, которые стали известны позднее.
Карты Менде. Генерал-майор А. И. Менде руководил топографическими съемками на большей части территории европейской России в течение 1848-1866 годов. При этом Тверская, Рязанская, Тамбовская и Владимирская губернии были закартографированы в масштабе 1 верста в 1 дюйме, Ярославская - 2 версты в 1 дюйме, Симбирская и Нижегородская - 3 версты в 1 дюйме, Пензенская - в масштабе 8 верст в 1 дюйме.
Отличительной чертой этих карт является то, что они выполнены в цвете. Долгота на них указана от острова Ферро.
Карты Шуберта. Генерал-лейтенант Федор Федорович Шуберт руководил топографическими работами в Росси с 1819 по 1843 год и, поэтому, все издаваемые в те годы карты имели к нему непосредственное отношение. Однако картами Шуберта принято считать только выпущенную в 1848 году на 6 листах топографическую карту окрестностей Москвы в масштабе 1 верста в дюйме, двухверстную карту Московской губернии 1860 года на 40 листах и, издававшуюся с 1821 по 1839 годы, Специальную карту Европейской России в масштабе 10 верст в дюйме, проекции Бонне и координатами от Ферро. Трехверстные карты России, изданные позднее, (с 1850 года), картами Шуберта считать нельзя.
При составлении своих карт, Шуберт не преследовал цель получить такую высокую точность, которая была характерна для триангуляций Теннера и Струве, руководивших в то время аналогичными работами в России. Основное внимание он уделял подробности и достоверности изображения на картах местных предметов.
Карты Стрельбицкого. В 1865 году под руководством Капитана Генерального Штаба Стрельбицкого, были начаты работы по переизданию, не отличавшихся высокой точностью, десятиверсток Шуберта. Новая Специальная карта Европейской России 10 верст в дюйме на 174 листах, уже в конической проекции Гаусса с координатами от Пулково и Парижа, была издана в 1971 году, дополнялась и переиздавалась вплоть до 1919 года.
Военная топографическая карта Российской империи в масштабе 3 версты в дюйме начала издаваться с 1850 года. Съемка, корректировка и издание дополнительных листов продолжалась до начала XX века. Эти карты достаточно подробны и охватывают наибольшую территорию.
Насколько точны дореволюционные карты? Оценить точность карт, не зная их датума и параметров проекции - невозможно. Использование их с несоответствующими параметрами датума и не в тех проекциях, приводит к ошибкам определения координат до нескольких километров. Для научных кругов эти карты представляют, по-видимому, только исторический интерес. Во всяком случае, научные работы, посвященные исследованию дореволюционных карт с точки зрения геодезии, мне неизвестны.
Привязка карт в программе OziExplorer с учетом параметров их проекций на эллипсоиде Бесселя с нулевыми параметрами преобразования выявили расхождения между изображением объектов на карте и их реальным положением на местности не более километра для карт Стрельбицкого и не более 400 метров для любой из трехверсток. Статистическая обработка координат нескольких десятков объектов на трехверстной карте Екатеринославской губернии 1888 года выявило разброс их значений в пределах 300 метров со смещением среднего значения порядка 200 метров, что позволило вычислить датум для этой карты - Bessel,3,606,151,407.
Выяснить, является ли это смещение отличием датума или это локальная его деформация в пределах отдельного региона, без обработки большого объема экспериментальных данных, собранных почти по всей территории восточной Европы, пока не представляется возможным.
Система координат 1932 года (СК-32).
Введение новой системы координат в советском союзе было обусловлено не только и не столько результатами масштабных и более точных геодезических измерений, сколько переходом на новые виды картографических проекций и новую систему обозначения координат. Теперь координаты геодезических пунктов выражались уже не в градусах, а в метрах по системе Гаусса - расстояние от экватора по оси X и от ближайшего меридиана шестиградусной зоны по оси Y. Новые карты составлялись и издавались уже в более прогрессивной и точной проекции Гаусса-Крюгера и известны в настоящее время под названием "Карты Генштаба РККА". Появилась и стройная и удобная система обозначения листов карт различного масштаба, применяемая и поныне.
Карты генштаба РККА построены на эллипсоиде Бесселя в масштабах 1, 2 и 5 километров в сантиметре. Датум их, скорее всего, известен, но нигде не опубликован. Проверка их точности на примере нескольких карт северо-запада Украины масштаба 1:50000 при привязке в датуме Bessel,3,0,0,0 показала, что по точности они ничуть не хуже аналогичных карт в СК-42.
Система координат 1942 года (СК-42).
Обширные и более точные геодезические измерения, проведенные в предвоенные годы под руководством академика Красовского, показали, что эллипсоид Бесселя совершенно не годится для отображения таких огромных пространств как территория СССР. В результате в качестве референц-эллипсоида был принят более точный эллипсоид Красовского 1940 и новая система координат СК-42, официально утвержденная в 1946 году. С этого момента началась титаническая работа по более точной триангуляции территории страны и составлению подробных карт всей ее территории. Эта работа была закончена только через 30 лет, а ее результатами мы пользуемся и поныне и, я думаю, будем пользоваться еще долго.
Датум карт в СК-42, использующийся в GPS навигаторах и программе OziExplorer под названием "Пулково 1942", обычно использует значения, рекомендованные ITU (dX=28, dY=-130, dZ=-95, da=-108, df= +0.004808).
Система координат 1963 года (СК-63).
Детище "холодной войны" система СК-63 своим появлением обязана не геодезистам, а советским контрразведчикам. Идея была простая. Если все карты в СК-42 немного сдвинуть и повернуть, то в пределах одной карты можно будет спокойно строить дома и дороги и сильно ее не секретить. А вот злобный враг, не зная глубоко засекреченных коэффициентов сдвига и поворота, нацелить свои ракеты с одной карты на другую уже не сможет. По сути дела каждая карта в СК-63 - это карта в местной системе координат с со своим собственным, секретным датумом. Правда менее секретными чем предыдущие они не стали. Мне такие ни разу в руки не попадали.
Через несколько лет спутниковая разведка достигла таких успехов, что карты для нацеливания ракет стали уже не нужны. Да и жутко секретные коэффициенты к этому времени, несомненно, уже украли. СК-63 отменили и вернулись старой, доброй СК-42.
Система СК-95
Появление спутниковой навигации позволило провести более точные измерения и проверить, считавшуюся до этого, весьма точной геодезическую сеть России. Оказалось что многие регионы изображены на картах с недопустимой ошибкой, а камчатка вообще "уехала" аж на 10 метров. В результате все было заново точно перемерено и уже не по нескольким десяткам, а по нескольким сотням пунктов и принята новая система координат СК-95, уже точно привязанная к ПЗ-90, а с ней вместе и к WGS-84 и к ITRF.
Поскольку базовой точкой новой системы по-прежнему считается центр зала Пулковской обсерватории, то жители европейской России, Украины и Белоруссии могут не беспокоится. На их территории она не отличается от СК-42.
Когда появятся карты в новой системе неизвестно. Я думаю - никогда. Пока ее будут внедрять, весь мир перейдет на что ни будь всемирное, хоть на ту же WGS84.
СКУ 2000.
Первая собственная украинская система координат стала "жестким ответом злобным москалям" на принятие СК-95. Кроме громких заявлений в массовой печати я о ней ничего не нашел. Глубокое копание в Интернете утвердило меня в сугубо личном мнении, что за ней, кроме политических лозунгов да желания украинских ученых добиться хоть какого-то финансирования, ничего не стоит. Думаю, что судьба ее еще более печальна.
В результате все, что я здесь написал о системах координат, вы можете благополучно забыть. Для пользования спутниковой навигацией вполне достаточно одной WGS-84. Для работы с картами понадобится, имеющийся в любом навигаторе и в любой программе, датум Пулково 1942. И только черным копателям придется пошевелить мозгами и разобраться в пользовательских датумах и хитрых проекциях.
Координаты и датумы в спутниковых навигаторах.
Основной и единственной задачей любого GPS-приемника, как, впрочем, и ГОНАСС тоже, является постоянное определение текущих координат места, где он находится. Больше он ничего не делает и не должен. Все остальные функции: вычисление скоростей, расстояний, направлений, запись точек и треков, отображение карты и прокладка маршрутов - это заслуга встроенного в него или подключенного к нему компьютера и умной программы.
Чтобы не иметь проблем - запомните раз и навсегда: Все GPS-навигаторы все вычисления производят в своей родной системе WGS-84. В этой же системе они сохраняют в своей памяти точки, треки и маршруты. В ней же принято передавать координаты в компьютеры и другие устройства и сохранять данные в файлы. Координаты дорог, населенных пунктов, гор и озер в загруженной в навигатор карте тоже хранятся в WGS, не зависимо от того, в какой системе эта карта была построена. ГЛОНАСС приемники делают то же самое, но в своей ПЗ-90.
Даже если ваш GPS приемник умеет передавать данные в системе отличной от WGS-84, а программа умеет такие данные принимать, никогда этого не делайте. В лучшем случае вы потеряете точность на двух лишних преобразованиях, а в худшем ваши точки "уедут" метров на 150 и вы долго будете спрашивать на форумах, почему.
Для пользования навигатором вам вообще не нужны никакие другие датумы кроме WGS-84. В этой системе вы можете хранить координаты, передавать их друзьям, публиковать в Интернете. По таким координатам вас быстро найдет спасательная служба любой страны, несмотря на то, что у них, возможно, принята другая система. Другой датум может понадобиться вам только в том случае, если у вас есть бумажная карта в другой системе координат, и вы захотите найти текущую точку на этой карте или ввести в навигатор координаты точки, определенные по карте. Вот для этого, и только для этого, в навигаторе нужно менять датум.
Изменение настройки датума в навигаторе никоим образом не меняет алгоритм его работы. Он все вычисляет, хранит и передает, как и прежде в WGS-84, и только тогда, когда координаты нужно показать на экране, присчитывает их в нужную вам систему. Координаты, введенные вами с клавиатуры, он, прежде всего, преобразует в WGS и потом поступает с ними как обычно.
В большинстве навигаторов есть целый список датумов, которые можно выбрать. Если, как назло, в этом списке нет именно того датума, который вам нужен - не отчаивайтесь. Там есть датум под названием "User" или "пользовательский". Выберите его и вручную введите коэффициенты для преобразования WGS-84 в датум, который вам нужен. Где взять эти коэффициенты - это уже отдельный вопрос.
Если вы поменяли датум в навигаторе, во избежание проблем, предупреждайте всех, кому вы тем или иным способом пытаетесь передать какие-то координаты, что они не в WGS-84.
Форматы отображения координат
Этот вопрос не связан с датумами, но тоже может стать источником серьезных проблем.
На уроках географии нас учили, что координаты задаются в угловых градусах, минутах и секундах. Многие, но, как ни странно, не все, еще помнят, что в градусе 60 минут, а в минуте 60 секунд. Спутниковые навигаторы так точны, что угловые секунды показывают еще и с десятичными долями после десятичной точки. Например, координаты известного в Крыму водопада Джур-Джур будут показаны так:
44°48'19.44"N 34°27'35.52"E
чаще вот так
44 48 19.44N 34 27 35.52E
Такой формат обозначатся в литературе и в настройках навигаторов как DD MM SS.SS - градусы (degrees), минуты (minutes) секунды (seconds). Но он не является единственным. В спутниковой навигации чаще используется другой формат - DD MM.MMMM (градусы и минуты с десятичными долями). Тот же водопад в этом формате:
44°48.3240'N 34°27.5920'E
Многим программам и Excel-ным таблицам необходимы координаты в градусах обычным действительным числом - DD.DDDDDD. Очень часто в таком формате координаты записываются в файлы и передаются по кабелям. Вот так:
44.805400N 34.459867E
или даже так
44.805400,34.459867
Если вы в состоянии умножать и делить на 60, то ничего сложного здесь нет. Главное не перепутать и не запутать других.
Если такие преобразования приходится производить часто, то можно воспользоваться совершенно бесплатной программой PointPaste.
Во всех навигаторах можно выбрать как минимум любой из трех перечисленных форматов. Часто там предусмотрен еще и вывод координат в метрах UTM или UserGrid. Такие координаты очень удобны при работе с бумажными картами. Поэтому, мы и поговорим о нем там, где будем говорить о картах.
Датумы в программе OziExplorer.
Программа OziExplorer стала весьма популярной потому, что она умеет работать с растровыми (просканированными) картами. При этом, она может работать с картами самых различных стран, построенных в самых различных датумах и выполненных во множестве разных проекций.
Для того, чтобы воспользоваться новой картой, необходимо загрузить картинку с картой в программу, указать программе датум и проекцию карты и, затем, указать на карте несколько точек с известными координатами. Этот совершенно простой процесс, называемый привязкой или калибровкой карты подробно описан во множестве подробнейших инструкций разбросанных по всему Интернету. При этом почти каждый новый пользователь этой программы хотя бы раз сталкивается с ситуацией, когда вся карта съезжает в сторону или когда точки, загруженные из навигатора, оказываются на карте совсем не там, где им положено быть. Чаще всего эти ситуации вызваны ошибками в настройке датумов.
Датумы в программе OziExplorer настраиваются или выбираются аж в шести местах. При этом сам Ози все действия и вычисления производит в WGS84, корректно пересчитывая координаты в другие системы, если это необходимо.
Изначально OziExplorer настроен правильно, но непонимание механизма его работы с датумами заставляет пользователя менять настройки и в результате постоянно получать проблемы с несовпадением координат.
Итак, перечислим шесть датумов OziExplorer и разберемся, на что они влияют:
Датум привязки карты (Map Datum) - устанавливается в первой закладке окна калибровки карты. Этот датум должен соответствовать датуму, в котором составлена эта карта. Вернее это датум, в котором вам удобнее вводить с клавиатуры координаты отмеченных курсором точек калибровки.
Если вы делаете калибровку по реальным точкам, загруженным из файла, то датум, в котором они измерялись или сохранялись в файл, вовсе не обязан совпадать с датумом привязываемой карты. Ози сам все пересчитает и покажет координаты уже в нужном датуме.
Если вы ошиблись с датумом при привязке карты, то вся карта окажется смещенной относительно местности на разницу в датумах. При этом все градусные и километровые сетки будут точно совпадать с сетками на карте. Отличие Пулково 1942 от WGS84 составляет для Украины порядка 125 метров со смещением на юго-запад (азимут 260). Если только эта карта у вас переехала на такое расстояние, вы явно перемудрили с датумом при привязке именно этой карты.
Датум просмотра (Display Datum) - выбирается кнопкой в конце строки текущих координат. По умолчанию там установлена опция "Datum of Loaded Map" (использовать датум загруженной карты). При этом карта, привязанная в Пулково, показывается в Пулково, а карта, привязанная в WGS, соответственно в WGS.
Если вы выберете другой датум, то текущее положение курсора будет показываться в строке координат в этой системе. В ней же будут отображаться и наложенные на карту градусные и километровые сетки. При этом с картой ничего не произойдет, она по-прежнему будет соответствовать местности. Отмеченные на карте точки, проложенные маршруты и загруженные треки тоже останутся на своих местах. Например, карту, привязанную в Пулково, вы спокойно можете напечатать с отмеченными точками и с сеткой в WGS84. Сохраненные в файл точки, тоже никуда не убегут, не зависимо от того, в какой системе привязана карта и в какой вы ее смотрели.
Датум ввода (Input Datum). Во всех диалоговых окнах, где можно вводить координаты, их можно вводить в любой системе. Главное, обратить внимание - какая там стоит, в какой вы собирались их вводить, и не перепутать. Рядом есть кнопка выбора датума загруженной карты.
Еще три датума выбираются в панели настроек программы. По умолчанию там установлено WGS84, и менять это значение я вам категорически не рекомендую. Если все карты отображаются правильно, а все точки "уехали" вы явно намудрили в этих настройках.
Датум сохранения (Data File Datum) это датум в котором точки, маршруты и треки будут сохраняться в файлах. Обычно в начале файла данных датум указан и, скорее всего, никаких проблем при его загрузке не будет. Только зачем заставлять программу дважды пересчитывать из одной системы в другую и обратно, да еще и с использованием преобразования, которое допускает ошибку в несколько метров.
Датум обмена данными (GPS Upload/Download). Это датум в котором выгружаются данные (точки, треки, маршруты) из навигатора и в котором они посылаются в навигатор. Практически все навигаторы это делают в WGS84, и менять это значение тоже не надо.
NMEA датум (GPS NMEA Output). Если ваш навигатор подключен к компьютеру и передает в него каждую секунду текущие координаты, то координаты передаются в специальном, стандартном формате - коде NMEA. По умолчанию предполагается, что используется датум WGS84, но, в зависимости от модели навигатора, данные передаются либо всегда в WGS, либо в той системе, которая установлена в настройках навигатора. Датум в навигаторе и датум в этой настройке Ози должны соответствовать.
Проще всего эту проблему решить следующим образом. Если вы используете навигатор для определения текущего положения, а карта у вас отображается на компьютере, то нет никакого смысла перенастраивать навигатор на другой датум. Пусть там будет WGS84, а в OziExplorer все, что хотите. Если ваш трек упрямо ползет в 120 метрах от дороги, вы здесь явно ошиблись.
Пользовательские датумы (User Datums). Если в списке датумов OziExplorer (View - Datum List) вы не нашли нужный датум или вы рассчитали собственный, то список можно легко дополнить. Создайте в папке с программой OziExplorer.exe (на КПК с OziCE тоже можно) текстовый файл с именем datums.dat и допишите туда параметры новых датумов, по строчке на каждый датум. Формат строчки такой:
Название датума, номер эллипсоида, dX,dY,dZ
В данном тексте отсутствую таблицы.
Более подробно http://www.liveinternet.ru/showjournal.php?journalid=3111747&keywordid=1084310
Там много еще чего интересного.
