مقدمه
سیستم مختصات جغرافیایی GCS(Geographic Coordinate System) ، روشی برای بیان موقعیت هر نقطه برروی زمین می باشد. در این سیستم همانند هر سیستم مختصات ،برای هر بعد یک مبدا تعریف شده است و اندازه هر بعد از آن مبدا تعیین میشود.
تعیین مختصات در سطح زمین از پیچیدگی های خاصی برخوردار است ، زیرا زمین یک شئ منظم و هندسی نبوده ونیز سطح زمین یک سطح مستوی نیست و سطحی شبیه به سطح یک بیضی است. تعیین موقیت ویا تهیه نقشه در چنین سطحی که حتی یک بیضی دقیق هم نیست بسیار پیچیده است و این پیچیدگی آنچنان زیاد است که این امر موجب گسترش علمی به نام ژئودزی گردیده است .
درحالی که نقشه برداری محلی که در آن سطح زمین یک سطح مستوی(مسطح) در نظر گرفته می شود کاری آسان به نظر می آید . و هرزمان که مقایس نقشه هایمان و وسعت منطقه آن بزرگ می شود ما با سطحی از یک گوی بزرگ ناهموار سرو کار داریم نه با یک صفحه مسطح ، و باید در قالب یک سیستم مختصات جهانی کار کنیم .
شکل زمین
برخلاف اصطلاح معمول و تصور عامه شکل زمین یک کره کامل نیست و با اندکی تقریب میتوان آنرا یک بیضوی تصور کرد.عوامی نظیر گریز از مرکز ،پستی و بلندی های زمین وناهگمن بودن مواد درونی زمین از لحاظ وزن مخصوص موجب شده اند که زمین یک کره یا بیضوی منظم نباشد .بدین ترتیب سیستمی که بتواند شکل کره زمین را نزدیک تر به واقعیت تقریب بزند دارای خطای کمتری خواهد بود.
انواع سیستم مختصات
بسته به این که ما در تبیین سیستم مختصات شکل زمین را کره(sphere) یا بیضوی(ellipsoid) در نظر بگیریم سیستم های مختصات به دو دسته کروی و بیضوی تقسیم بندی میشوند.
1- سیستم مختصات کروی
نوع مختصات این سیستم مختصات کروی می باشد و از یک کره سه بعدی برای تعیین موقیت یک نقطه استفاده می کند.
در این سیستم موقعیت هر نقطه با دو خصیصه طول جغرافیایی(Longitude) به اختصار λ،عرض جغرافیایی(Latitude) به اختصارØمشخص میشود.طول جغرافیایی بیانگر نصف النهار گذرنده از یک نقطه و موقعیت آن نقطه نسبت به نصف النهار مبدا(معمولا گرینویچ) به سمت شرق یا غرب ازصفر تا180 درجه می باشد و عرض جغرافیایی بیانگر مدار آن نقطه و موقعیت آن نقطه نسبت به خط استوا به سمت شمال یا جنوب ازصفر تا90 درجه می باشد.
2- سیستم مختصات بیضوی
اگر یک بیضی افقی را حول قطر کوچکش بچرخانیم یک بیضوی حاصل می شود. شکل زمین نیز نزدیک به یک بیضوی است واستفاده از یک بیضی برای بیان شکل زمین و به تبع آن تعیین سیستم مختصات جغرافیایی روشی دقیقتر از سیستم مختصات کروی می باشد.
ابعاد هر بیضوی را به دو بعد اصلی مشخص می کنند وآن شعاع بزرگ و شعاع کوچک آن است اما اغلب به جای شعاع بزرگ فاکتور تسطیحf(Flattening) را بیان می کنند.
برای اندازه گیری دقیق موقعیت نقاط بر روی زمین در قالب یک سیستم مختصات جغرافیایی لازم است که یک بیضوی با ابعادی تعریف گردد که بیشترین انطباق را با سطح واقعی زمین (ژئوئید) داشته باشد .ازطرفی سطح واقعی زمین یا همان ژئوئید نیز خود یک شکل نامنظم غیر هندسی شبیه یک بیضوی است.
با این اوصاف برای رسیدن به بیشترین دقت در یک منطقه خاص از سطح زمین لازم است که بیضوی های محلی را تعریف کرد تا بتوان بیضوی را بدون توجه به تطابقش با سایر مناطق جهان طوری تعریف کرد که با منطقه مورد نظر بیشترین انطباق را داشته باشد .برای مثال بیضوی Clark 1866 دارای انطباق مناسبی با آمریکای شمالی دارد و دقت مناسبی را نتیجه می دهد درحالی که استفاده از این بیضوی درمورد مناطق دیگر جهان دقت آنچنانی نخواهد داشت.
ژئوئید
به سطح هم نیروی گرانشی بر روی سطح زمین ژئوئید گفته میشود. ژئوئید سطح واقعی زمین (بدون لحاظ کردن پستی بلندی های قاره ها و عمق اقیانوس ها) می باشد و سطح متوسط آبهای آزاد بسیار نزدیک به سطح ژئوئیداست و این بیانگر این امر است که آب اقیانوس ها نیز متناسب باسطح هم نیروی گرانش ایستاده است و از لحاظ قوانین فیزیک نیز چنین انتظاری میرود .
نکته حائز اهمیت این است که ژئوئید نیز یک بیضوی کامل نیست و همانند سطح زمین فقط شبیه بیضوی است . زیرا ناهمگن بود چگالی توده های داخل زمین موجب شده است که شتاب گرانش در سطح زمین بسته به چگالی مواد زیر پوسته زمین نیز متفاوت باشد.
بدین ترتیب ارتفاع از سطح زمین نیز در دو حالت تعریف می شود
ارتفاع بیضوی(h) : فاصله عمودی یک نقطه بر سطح بیضوی
ارتفاع اورتومتریک(H) : ارتفاع نقطه مورد نظر تا سطح ژئوئید
ارتفاع بیضوی ارتفاعی است که توسط سیستم موقعیت جهانی ماهواره ای محاسبه می شود و ارتفاع اورتومتریک نیز با استفاده از گرانی سنجی بدست می آید.اختلاف میان این دو ارتفاع نیز با Nنشان داده می شود و دانستن این اختلاف برای نقشه برداری های محلی بسیار ضروری است.
مبنای مسطحاتی یا دیتوم (Datum)
دیتوم یا مبنای مسطحاتی بیانگر میزان جابه جایی یا اصطلاحا شیفت دادن مرکز بیضوی مبنا نسبت به مرکز زمین است.
این جابه جایی گاها برای منبطق کردن مرکز بیضوی با مرکز زمین و گاها برای تطابق بیشتر بیضوی محلی صورت با سطح ژئوئید یک منطقه خاص صورت می گیرد.
در دیتوم های محلی علاوه بر تعیین فاکتور های هندسی بیضوی، مرکز بیضوی را نیز نسبت به مرکز زمین جا به جا میکنند تا به انطباق بییشتری دست یافت .
برای مثال دیتومEuro 1950 یا به اختصار ED50 با بیضوی مبنای international 1909 دارای تطابق مناسبی با کشور ایران دارد.
باپیشرفت تکنولوژی های اندازه گیری و روی کارآمدن سیستم ماهواره ، بیضوی هایی باتطابق بالا برای کل زمین تعریف شده است که مهمترین آن بیضوی WGS-84 با دیتومی باهمین نام می باشد که تطابق مناسبی با کل زمین ونیز ایرن دارد.
