Come indicato dalla longitudine e dalla latitudine sulla mappa. Riferimenti spaziali e sistemi di coordinate

Il riferimento spaziale è l'uso delle coordinate della mappa per assegnare posizioni spaziali alla mappa di oggetti vettoriali. Tutti gli elementi del livello della mappa hanno una posizione geografica specifica e un'estensione che consente di trovare le loro posizioni sulla superficie terrestre. La capacità di determinare con precisione le posizioni delle caratteristiche geografiche è molto importante durante la mappatura e in GIS.

Per descrivere la posizione e la forma corrette delle caratteristiche del mondo reale, è necessaria una griglia di coordinate. Per determinare le posizioni geografiche degli oggetti utilizzati sistema di coordinate geografiche. Il sistema di coordinate globali di paralleli e meridiani è uno di tali sistemi di riferimento. L'altro è un sistema di coordinate piatto o cartesiano.

Le mappe rappresentano posizioni sulla superficie terrestre utilizzando griglie ed etichette (zecche) inscritte con diverse posizioni sulla superficie terrestre, sia nelle misure di latitudine-longitudine sia nei sistemi di coordinate di proiezione, come i metri UTM. Gli elementi geografici contenuti in diversi strati della mappa vengono visualizzati in un ordine specifico (uno sopra l'altro) per una data estensione della mappa.

I set di dati GIS contengono posizioni nel sistema di coordinate globale o cartesiano. Pertanto, più strati di dati di log del pozzo possono essere sovrapposti sulla superficie terrestre.

Uno dei metodi per descrivere le posizioni geografiche sulla superficie terrestre utilizza misurazioni sferiche di latitudine e longitudine. Le misurazioni sono effettuate in angoli (gradi) dal centro della Terra a un punto sulla superficie terrestre. Questo tipo di sistema di riferimento di coordinate è chiamato sistema di coordinate geografiche.

La longitudine è misurata in gradi (longitudine est e ovest). Le misure di longitudine sono tradizionalmente eseguite rispetto al meridiano iniziale - una linea immaginaria che va dal Nord al Polo Sud attraverso Greenwich (Regno Unito). L'angolo su questo meridiano è 0. Solitamente, ad ovest di esso, i valori dei meridiani sono negativi, e ad est - positivi. Ad esempio, le coordinate di Los Angeles (California) sono di circa 33 gradi, 56 minuti di latitudine e meno 118 gradi, 24 minuti di longitudine.

Sebbene la latitudine e la longitudine determinino la posizione esatta sulla superficie del globo, tali dati non forniscono informazioni accurate sulle misurazioni della distanza. Solo all'equatore la distanza corrispondente a un grado di longitudine è approssimativamente uguale alla distanza corrispondente a un grado di latitudine. Ciò è dovuto al fatto che l'equatore è l'unico parallelo la cui lunghezza corrisponde alla lunghezza del meridiano. (I cerchi che hanno lo stesso raggio dello sferoide della Terra sono chiamati cerchi di grandi dimensioni: sono l'equatore e tutti i meridiani).

Al di sopra e al di sotto dell'equatore, i cerchi che definiscono i paralleli diventano gradualmente sempre più brevi fino a quando non si trasformano in un punto al Polo Nord e al Polo Sud dove convergono i meridiani. Quando i meridiani convergono verso i poli, la distanza corrispondente a un grado di latitudine diminuisce fino a zero. Sul Clarke Spheroid 1866 un grado di latitudine all'equatore è 111.321 km, mentre a 60 ° di latitudine solo 55.802 km. Poiché i gradi di latitudine e longitudine non hanno una lunghezza standard, è impossibile misurare correttamente lunghezze e aree su mappe piane o monitor di computer che le utilizzano. Per molte (ma non tutte) applicazioni di analisi e mappatura GIS, è spesso richiesto un sistema di coordinate piatte più costante, fornito dai sistemi di coordinate proiettati. In alternativa, alcuni algoritmi utilizzati dagli operatori spaziali prendono in considerazione il comportamento geometrico dei sistemi di coordinate sferiche (geografiche).

Proiezioni cartografiche con sistema di coordinate cartesiane

I sistemi di coordinate di proiezione sono progettati specificamente per superfici piane: cartine cartacee o monitor per computer.

Entrambi i sistemi di coordinate cartesiane 2D e 3D forniscono un meccanismo per descrivere le posizioni geografiche e le forme delle caratteristiche usando i valori x e y (e, come descritto più avanti, colonne e righe per i raster).

Nel sistema di coordinate cartesiane vengono utilizzati due assi: uno orizzontale (x), che rappresenta la direzione da est a ovest e uno verticale (y), che rappresenta la direzione da nord a sud. Il punto di intersezione di questi assi è chiamato origine. Le posizioni degli oggetti geografici sono specificate rispetto all'origine in coordinate (x, y), dove x descrive la distanza lungo l'asse orizzontale e y descrive la distanza lungo l'asse verticale. Il punto di partenza è descritto come (0,0).

Nella figura sottostante, le coordinate (4.3) descrivono un punto situato a quattro unità a destra e tre unità sopra l'origine.

Sistemi di coordinate 3D

I sistemi di coordinate di proiezione usano anche il valore z per misurare le elevazioni sopra o sotto il livello del mare.

Nella figura seguente, le coordinate (2,3,4) descrivono un punto situato in due unità lungo l'asse x, tre unità lungo l'asse y e 4 unità sopra l'origine (ad esempio, 4 m sopra il livello del mare).

Proprietà e loro distorsione per proiezioni cartografiche

La superficie della Terra ha una forma sferica, quindi i cartografi e gli specialisti GIS devono in qualche modo rappresentare il mondo reale in un sistema di coordinate piane o planari. Per avere una comprensione più profonda del dilemma, immagina come realizzeresti una metà piatta di un pallone da basket. La forma volumetrica non può essere trasformata in piatta senza distorsioni o rotture. Il processo di spostamento delle informazioni dalla superficie volumetrica della Terra a un piano è chiamato proiezione, da qui il termine "proiezione cartografica".

Il sistema di coordinate della proiezione è definito su una superficie piana bidimensionale. Le coordinate di proiezione possono essere definite come bidimensionali (x, y) e tridimensionali (x, y, z), dove misurare x, y  rappresenta la posizione sulla superficie terrestre e l'altezza z rispetto al livello medio del mare.

A differenza del sistema di coordinate geografiche, il sistema di coordinate di proiezione ha una lunghezza, angoli e aree costanti in due dimensioni. Ma tutte le proiezioni cartografiche che trasformano la superficie terrestre in una mappa piana distorcono in una certa misura le distanze, le aree, le forme e le direzioni.

Gli utenti aggirano queste restrizioni utilizzando le proiezioni applicabili ai loro scopi, posizione geografica ed estensione. Il software GIS può anche trasformare le informazioni tra i sistemi di coordinate al fine di mantenere l'integrità dei dati e dei flussi di lavoro.

Molte proiezioni cartografiche sono state progettate per scopi specifici. Alcune proiezioni non distorcono la forma, mentre altre mantengono le aree (proiezioni di angoli uguali e di area uguale).

Queste proprietà - una proiezione cartografica insieme a uno sferoide e un dato - divennero parametri importanti nel determinare il sistema di coordinate per ciascun set di dati GIS e ciascuna mappa. Utilizzando descrizioni dettagliate di queste proprietà, registrate per ciascun set di dati GIS, i computer possono riproiettare e trasformare le posizioni geografiche degli elementi del set di dati al volo in qualsiasi sistema di coordinate adatto. Di conseguenza, è diventato possibile integrare e combinare informazioni provenienti da diversi livelli di GIS. Questa è una funzione GIS molto importante. Informazioni precise sulla posizione sono la base per praticamente tutte le operazioni GIS.