Souřadnicový systém UTM

Zónování

Systém UTM (z anglického Universal Transverse Mercator ) je globální souřadnicový systém. Rozděluje zemský povrch (od 80 ° jih do 84 ° severně) v pásech do 6 ° širokých svislých zón, které jsou jednotlivě vyrovnány nejpříznivějším příčným promítáním Mercatoru a pokryty kartézským souřadným systémem .

K zobrazení polárních ledových čepic se používá univerzální polární stereografická projekce  ( UPS ).

V Německu i Rakousku se souřadnice UTM stále častěji používají s odkazem na referenční systém ETRS89 s elipsoidem GRS80 . Ty se také stále častěji používají při národním průzkumu v jiných zemích. To znamená, že souřadnicový systém Gauß-Krüger , který souvisí s UTM, se z dlouhodobého hlediska stává méně důležitým.

Vojenské geografické instituty nyní výhradně využívají referenční systém Military Grid , v německy mluvící oblasti také referenční systém UTM, zkrácený formulář UTMREF, systém geografického hlášení orientovaný na mřížku se čtvercovou orientací založený na souřadnicovém systému UTM.

příběh

Forma souřadnicového systému UTM byla vyvinuta kolem roku 1942/1943 pro německý Wehrmacht . Pravděpodobně to bylo provedeno v oddělení leteckého fotografování a geodézie na říšském ministerstvu letectví . V roce 2014 byly v Bundesarchiv-Militärarchiv nalezeny mapy z roku 1944, které byly vytvořeny na základě projekce UTM a jsou označeny UTMREF . Od roku 1947 používaly ozbrojené síly Spojených států standard založený na tomto. V kontextu internacionalizace má v dlouhodobém horizontu nahradit jednotlivé národní souřadnicové systémy. V oficiálních německých topografických mapách je souřadnicový systém Gauß-Krüger stále více nahrazován systémem UTM založeným na referenčním elipsoidu WGS84 .

Rbeitsgemeinschaft d on V tvoří ermessungsverwaltungen státy Spolkové republiky Německo (AdV) má v roce 1991 zavedení ETRS89 které WGS84 - datum odpovídá rozhodl jako jednotné oficiální referenční polohy systému pro celé Německo. Pro epochu 1. ledna 1989 byly souřadnice od ETRS89 a WGS84 od sebe méně než metr, takže oba systémy lze v rámci této polohové přesnosti považovat za identické. Kromě toho se AdV v roce 1995 rozhodl zavést systém UTM ve spojení s datem ETRS89 plošně. To znamená, že všechny zeměměřické správy v Německu jsou nyní povinny převést také katastr nemovitostí na UTM / ETRS89. Federální agentura pro kartografii a geodézii (BKG) poskytuje potřebné geografické informace s vysokou přesností prostřednictvím centra geodat . Dnes je systém UTM / ETRS89 v Německu implementován společností SAPOS , službou satelitního určování polohy německé národní geodetické služby, vysoce přesnou, homogenní a komplexní pro všechny oblasti geodetické práce.

Také v Rakousku je současný federální oznamovací postup , jak jej používají úřady a humanitární organizace, postupně nahrazován souřadnicovým systémem UTM. Do tohoto souřadnicového systému bylo zakresleno stále více nových map na papíře (např. Auto Atlas), stejně jako dnešní navigační zařízení GPS již mají jako standard aplikace systém UTM založený na WGS84 .

konstrukce

UTM používá příčnou Mercatorovu projekci . Na rozdíl od konvenční projekce Mercator se projekční válec nedotýká povrchu, ale stříhá jej tak, že z povrchu válce vyčnívá pruhová část zeměkoule. Tím se zkrátí poledník uprostřed mezi penetračními kruhy v projekci faktorem 0,9996. Kromě toho je reprodukován nezkreslený.

Protože příčná Mercatorova projekce, na které je projekce UTM založena, silně narušuje oblasti, které jsou daleko od linie řezu (viz obrázky níže), UTM nepoužívá jedinou projekci k pokrytí celého povrchu Země, ale rozděluje Zemi na 6 ° šířky takzvané zóny . Střední poledník zóny se pak použije jako referenční poledník pro projekci. Například zóna 31 se rozprostírá od 0 ° do 6 ° východně. Referenční poledník leží uprostřed na 3 ° východně.

Kruhy průniku jsou v UTM projekci od sebe vzdáleny 360 km, což odpovídá úhlové vzdálenosti přibližně 3 ° na rovníku. Proto je v nízkých zeměpisných šířkách zóna širší než čára řezu. Oblasti mimo penetrační kruhy jsou při projekci natažené, zatímco uvnitř jsou mírně stlačeny.

Je důležité rozlišovat mezi konstantními 360 km širokými řezacími pásy a konstantními 6 ° širokými zónami. Zóna definuje (zakřivenou) oblast, ve které se má použít konkrétní projekce. Tato projekce vytváří plochý obraz celé Země, která je pokryta kartézským souřadným systémem nebo mřížkou. Tyto souřadnice se však používají pouze v přidružené zóně. Společně pásmová řezaná zóna a referenční poledník a rovník (pak po projekci do roviny jako osa svislé osy znamená poledník nazývaný) nebo slouží k ose osy x.

  • Projekce válce UTM, nadměrná šířka pruhu (je to pouze 360 ​​km). Tyto prolínání kruhy jsou dva kruhy, kde na zemský povrch se dotýká zelené válec.

  • Příčná Mercatorova projekce pro hlavní meridián

  • Příčná Mercatorova projekce pro 45 ° E

Zónování UTM

Zónování

Země je rozdělena do zón širokých 6 stupňů mezi 180 stupni západu a 180 stupni východu. Referenční meridiány 3 °, 9 °, 15 °,… 177 ° probíhají uprostřed 60 takto vytvořených zón.

Zóny jsou očíslovány od západu na východ. Zóna od 180 ° do 174 ° západní délky dostává kódové číslo 1. Ta od 174 ° do 168 ° kódové číslo 2 atd. Německy mluvící oblast je většinou v zónách 32 (6 ° až 12 ° východní délky) a 33 (12 ° až 18 ° E).

Pole zóny podle UTMREF

Rozdělení na zónová pole nebo komplexní síť není součástí skutečného systému UTM. Viz například publikace AdV a NPS . Tato divize je rozšířením a vede k systému UTMREF:

Zóny jsou od 80. zeměpisné šířky na jih do 84. zeměpisné šířky severně rozděleny kruhy zeměpisné šířky ve vzdálenosti 8 ° do zónových polí, která jsou označena písmeny. Polní čára nejjižnější zóny má písmeno C a nejsevernější písmeno X; pouze tato severní okrajová linie X je o něco vyšší při 12 °. Písmena I a O jsou vynechána, aby nedošlo k záměně s číslicemi 1 a 0.

Pouze ve Skandinávii existují pole s různými zeměpisnými šířkami (tj. Rozšíření západ-východ): Zónové pole 32V je rozšířeno o 3 ° až 9 ° na západ, takže jižní Norsko potřebuje pouze toto pásmové pole. Sousední pole 31V je zde odpovídajícím způsobem užší. Na severním okraji pásu pásového pásma (v poli X, na 72 ° - 84 ° severně) 4 pole rozšířené zóny (31X, 33X, 35X, 37X) s 9 °, 12 °, 12 ° a 9 ° zeměpisné šířky pokrývají oblast od hlavního poledníku po 42 ° východně, která je na jihu pravidelně rozdělena na 7 pásem pásem po 6 °. Pravá (východní) hodnota míst v těchto 6 zónách se změnou šířky je určena z poledníku (+500 km offset), který také slouží jako centrální poledník v zónách se stejným počtem a 6 ° standardní šířkou.

Regiony severního pólu a jižního pólu jsou mapovány pomocí vlastní projekce mapy, univerzální polární stereografické projekce . Oblast jižního pólu, více než 80 stupňů jižní šířky, je rozdělena do zón A (0 a 180 stupňů západní délky) a B (0 až 180 stupňů východní délky). Oblast severního pólu, cokoli dále na sever než 84 ° severní šířky, je rozdělena do zón Y (západní zeměpisná délka) a Z (východní zeměpisná délka). Zde se nepoužívají žádná čísla kódu, místo toho se pokračuje písmenným kódem polí zóny.

  • Rozdělení některých kontinentů na zóny UTM

  • Evropa

  • Afrika

  • Jižní Amerika

Souřadnice

Abychom se dostali k souřadnicím bodu v zóně, použije se UTM projekce patřící do zóny, jak je popsáno výše, k mapování zeměkoule přes kontaktní válec a jeho válcování do roviny. (Promítnutý) rovník nyní tvoří osu X, střední poledník osu Y. Osy X a Y jsou na sebe kolmé a hodnoty X a Y se odečítají jako v kartézském souřadném systému , tj. Rovnoběžně s osami, a nikoli s liniemi zeměpisné délky a šířky, které jsou nyní zakřivené. Použití osy X pro hodnotu na východ a osy Y pro vysokou hodnotu je v geografických informačních systémech běžné a odpovídá také definici pracovní skupiny průzkumných správ Spolkové republiky Německo ( AdV ). Tento výklad je také použit v následujícím textu. V geodézii se naopak používá opačný výklad souřadných os.

Pouze na centrálním poledníku se osa Y ( mřížka sever ) shoduje s geografickým severem . Na souřadnicích vzdálených od centrálního poledníku není totožné se skutečným severem. Mnoho map založených na systému UTM proto vykresluje rozdíl mezi mřížkou sever a geografickým severem, takzvanou meridiánovou konvergencí , na ose Y. To usnadňuje orientaci pomocí magnetických a gyroskopických kompasů nebo pomocí hvězd .

Podle definice je hodnota X centrálního poledníku nastavena na 500 000 metrů („ falešný východ “). Tím se zabrání záporným hodnotám západně od centrálního poledníku, které by vznikly, kdyby hodnota X centrálního poledníku byla 0 m. Všechny přípustné zákonné hodnoty se pohybují mezi 100 000 a 899 999 metry, jsou tedy vždy šestimístné. Protože by hodnoty Y byly také na jižní polokouli záporné, je tam podle definice nastaven rovník na hodnotu Y 10 000 000 m, a tak také dostává kladné hodnoty. Na severní polokouli má rovník hodnotu Y 0 m.

Hodnoty X a Y jsou uvedeny v metrech . Hodnota Y (vysoká) je vzdálenost k rovníku (přímo na severní polokouli, 10 000 000 mínus hodnota musí být vypočítána na jižní polokouli), vzdálenost k centrálnímu poledníku lze vypočítat z hodnoty X (vpravo).

Takto získaná hodnota X musí být vynásobena faktorem měřítka , což je konstanta 0,9996 (tento faktor nezahrnuje další lineární zkreslení projekce). Tak se získá východ souřadnic UTM. Hodnota northing je hodnota Y vynásobí faktorem. Je důležité zadat číslo odpovídající zóny, protože jinak je souřadnice nejednoznačná.

Military Grid Reference System ( MGRS ) nebo UTM Reference System ( UTMREF) také rozděluje zóny na čtverce o rozměrech 100 km × 100 km rovnoběžně s centrálním poledníkem, bez ohledu na pole zón. Polím mřížky jsou přiřazeny dvojice písmen jako jména a slouží také k omezení souřadnic.

Pokud má být zpracována oblast, která zasahuje do několika zón, lze souřadnicový systém zóny použít i za hranicemi zón za předpokladu, že narůstající zkreslení stále umožňují rozumné využití.

Souřadnicový příklad

Rozdělení mapy na poledníkové zóny (např. 32), pole zón (např. 32U) a čtverce mřížky (např. MU)
  • Paradeplatz (Mannheim)
    • Geografické souřadnice ve stupních podle WGS84
      • 49 ° 29 '13,6' 'severní šířky
      • 8 ° 27 '58,8 palců E.
    • Souřadnice UTM (WGS84)
      • Zóna 32-sever (čtverec mřížky 32U, pro výpočet číselných hodnot není relevantní)
      • Východ / východ (v metrech) 461344
      • Severní hodnota / vysoká hodnota (v metrech) 5481745
      • výsledkem je georeferenční 32 N 461344 5481745
      • Obvyklý pravopis je 32U 461344 5481745 ('U' znamená pásmo zeměpisné šířky odpovídajícího pole zóny UTM)
    • Souřadnice UTMREF / MGRS s poli mřížky
      • Zóna 32U
      • Mřížka náměstí MV
      • Východ / východ 61344
      • Severní hodnota / vysoká hodnota 81745
      • kompletní georeference je tedy 32UMV 61344 81745

použití

Souřadnicový systém UTM nebo referenční systém UTM se používá v ozbrojených silách , při zvládání katastrof , hasičských sborech , záchranné službě , policii a dalších humanitárních organizacích a také při průzkumu . Odpovídající kurzy na téma mapových studií vždy fungují podle souřadnicového systému UTM. V Německu je taková přesná komunikace např. B. možné mezi hasiči a záchranným vrtulníkem. Další soukromé aplikace (např. Klouzání, geocaching atd.) Jsou vybaveny UTM kartami na CD, které jsou k dostání v obchodech pod souhrnným názvem Top50 pro Německo, Rakousko a Švýcarsko (DA-CH). Také, Google Maps a Google Earth jsou nastavitelné do UTM souřadnicový systém ve světě a může z. Lze je použít například pro aplikačně orientovaná navigační zařízení GPS při hledání ropy a plynu, pokud chybí přesnější mapy.

V Německu provedly zeměměřické úřady přechod na systém UTM s odkazem na ETRS89 (systém) s elipsoidem GRS80 z 90. let minulého století . V polovině roku 2015 bylo Sasko jednou z posledních spolkových zemí, ve kterých došlo k přechodu.

Určení a přenos souřadnic UTM / MGRS do topografických map se provádí pomocí ukazatele mapy, který odpovídá měřítku mapy .

Rozdíly v systému Gauss-Krüger

Souřadnicový systém UTM je podobný souřadnicovému systému Gauß-Krüger . Oba jsou konformním mapováním elipsoidu Země do roviny a lze je vypočítat pomocí stejných mapovacích rovnic. Hlavní rozdíl je v tom, že souřadnice Gauß-Krüger v Německu odkazují na elipsoid Bessel nebo Krassowski a obvykle používají 3 ° široké poledníkové pásy, zatímco souřadnice UTM odkazují na elipsoid WGS84 nebo GRS80 a používají 6 ° široké zóny .

S tímto konformním typem zobrazování se zkreslení čar na vnějším okraji pruhů značně zvětšuje se šířkou pruhů. Pro kompenzaci silnějších zkreslení obrazu (zvětšení) na okrajích zón způsobených širšími poledníkovými pásy je na UTM aplikován faktor měřítka 0,9996. Centrální poledník je tedy zobrazen zkrácen o faktor 0,9996 (40 cm / km). S rostoucí vzdáleností od centrálního poledníku k východu nebo západu toto zkracování klesá v důsledku rostoucího zkreslení obrazu (1 / cos (y / R)) v zóně; Ve vzdálenosti asi 180 km dosahuje zkreslení obrazu faktor 1 (věrnost délky). V případě souřadnic Gauss-Krüger se od takové korekce obvykle upouští, ale používají se pouze zóny široké 3 °.

V různých přístupech k pojmenování pásů a souřadnic existují formální rozdíly. Vzhledem k tomu, že UTM byl původně zaveden jako systém hlášení pro americkou armádu, pojmenování souřadnic UTM ve formátu UTMREF / MGRS je čtvercový .

Poznámky

  1. ↑ zavolal také Easting
  2. ↑ také northing nazvaný
  3. ↑ a b Informace zkontrolovány pomocí digitální Top50 úřadu zeměměřického úřadu
  4. ↑ Informace se obvykle udávají v metrech
  5. ↑ S znamená severní polokouli
  6. ↑ a b Použití mezer volitelné
  7. ↑, aby nedošlo k záměně se souřadnicemi v mřížkovém čtverci 32N
  8. ↑ Informace v metrech, 5 číslic

Individuální důkazy

  1. ↑ Manfred F. Buchroithner , René Pfahlbusch: Geodetické mřížky v autoritativních mapách - nová zjištění o původu mřížky UTM. Kartografie a geografické informační vědy, 2016, s. 7
  2. ↑ Manfred F. Buchroithner , René Pfahlbusch: Geodetické mřížky v autoritativních mapách - nová zjištění o původu mřížky UTM. Kartografie a geografické informační vědy, 2016, s. 11
  3. ↑ UTM mapování na adv-online.de
  4. ↑ Použití systému UTM Grid k záznamu historických stránek ( Memento od 5. července 2019 v internetovém archivu )
  5. ↑ Nový oficiální referenční systém situace ETRS89_UTM33 (změna od července 2015) ( Memento od 4. dubna 2019 v internetovém archivu )

literatura

  • Manfred Spata: Kolik je Mercator na obrázku UTM? In: VDVmagazin , 1/2011, s. 24–29
  • Bernhard Heckmann: Představení referenčního systému polohy ETRS89 / UTM při přechodu na ALKIS . In: Komunikace DVW Hessen-Thüringen , 1/2005; P. 17ff.
  • NIMA - National Imagery And Mapping Agency: Technical Report, TR 8350.2 ; Department of Defense World Geodetic System 1984, 3. vydání 2000 PDF
  • Defense Mapping Agency : The Universal Grids - Universal Transverse Mercator (UTM) a Universal Polar Stereographic (UPS) ; Technická příručka DMA, DMATM 8358.2; Září 1989 PDF
  • Ralf Strehmel: Oficiální referenční systém pro danou situaci - ETRS89 . Surveying Brandenburg, 1/1996; PDF .
  • Walter Großmann: Geodetické výpočty a obrázky v národním průzkumu . Stuttgart 1976
  • Bernhard Heck: Metody výpočtu a modely hodnocení pro národní průzkumy . Karlsruhe 1987
  • Witte / Sparla: Geodetické práce a základy statistiky pro stavebnictví . Wichmann, ISBN 978-3-87907-497-6 ; 7. vydání 2011

webové odkazy

Commons : Universal Transverse Mercator coordinate system  - shromažďování obrázků, videí a zvukových souborů