Рисунок 3 - Система географических координат

Чтобы определить положение точек на земной поверхности, на ней условно проводят линии – параллели и меридианы, которые образуют  систему географических координат (рисунок 3). 

 Меридиан  – воображаемая линия, образованная секущей плоскостью, проходящей через ось РР1 вращения Земли.

 Параллель  – воображаемая линия, образованная на поверхности Земли секущей плоскостью, перпендикулярной оси вращения Земли.

 Экватор  – параллель, образованная плоскостью, проходящей через центр Земли.

Один из меридианов, например меридиан РNM₀P₁, принимают за начальный.

Начальным меридианом на поверхности Земли принято считать меридиан, проходящий через центр меридианного зала старейшей в Европе астрономической обсерватории в Гринвиче, вблизи Лондона.

Тогда положение меридиана точки М определяется двугранным углом между меридианной плоскостью, проходящей через эту точку, и плоскостью начального меридиана. Этот угол называют  долготой  данной точки и обозначают  буквой λ.  Долготы отсчитывают к востоку и западу от начального меридиана в пределах 0…180° и обозначают, например, так: 62° в.д. (восточной долготы) от Гринвича.

Положение параллели точки М определяется углом между радиусом ОМ земного шара и плоскостью экватора. Этот угол называют  широтой  данной точки и обозначают  буквой φ.  Широты отсчитывают 0…90° к северу и югу от экватора, например 56° с.ш. (северной широты).

Долгота λ и широта φ называются  географическими координатами данной точки. 

Если геодезические работы ведут на небольшом участке, что позволяет не принимать во внимание сферичность поверхности Земли, для определения положения точки используют  систему плоских прямоугольных координат (рисунок 4). 

Систему образуют две взаимно перпендикулярные линии (оси), лежащие в горизонтальной плоскости, причем ось абсцисс Х, как правило, совмещают с меридианом какой – либо точки. Точка О – начало координат. Оси абсцисс и ординат образуют координатные четверти I…IV, которые нумеруют по ходу часовой стрелки; северо–восточная считается первой.

 Полярная система координат 

В полярной системе координат (рисунок 5) положение любой точки А или В на плоскости определяется радиусом – вектором r₁ и r₂, исходящим из точки О, называемой полюсом и углом β₁ и β₂, отсчитываемым по ходу часовой стрелки от линии ОХ – полярной оси – до радиуса вектора. Положение полярной оси на плоскости можно выбирать произвольно; иногда его совмещают с направлением меридиана, проходящего через полюс О.

 Абсолютные, условные отметки и превышения 

Для полной характеристики положения точки на поверхности Земли необходимо знать еще третью координату –  высоту. 

Высотой точки называется расстояние по отвесному направлению от этой точки до уровенной поверхности. Числовое значение высоты точки называется ее отметкой.

Принято считать, что высота уровенной поверхности Земли равна нулю. Точки, лежащие выше этой уровенной поверхности, имеют положительную высоту, а ниже отрицательную.

В РФ за начало счета высот принят средний уровень воды в Финском заливе Балтийского моря, установленный из многолетних наблюдений. Этот средний уровень отмечен награвированной чертой на металлической пластине, вмурованной в гранитный устой одного из мостов в Кронштадте, и называется нулем Кронштадтского футштока. От этого нуля и ведется счет высот на всей территории страны.

Высоты точек, определяемые относительно уровенной поверхности, проходящей через эту черту, составляют Балтийскую систему высот.

Точка С₁ лежит ниже уровенной поверхности моря, ее абсолютная отметка – отрезок С₁С – имеет знак минус.

На рисунке 7 точка 2 находится выше точки 1. Чтобы определить, насколько одна точка расположена выше или ниже другой, находят превышение между ними, т.е. разность отметок двух точек.

Превышение может быть положительным или отрицательным в зависимости от того, как оно определяется относительно данных точек.

 Зональная система прямоугольных координат Гаусса 

Чтобы установить между географическими координатами любой точки Земли и прямоугольными той же точки на плоскости, применяют способ проектирования всего земного шара на плоскость по частям, которые называются  зонами . При этом весь земной шар делят меридианами на шести- или трехградусные зоны (рисунок 8).

Счет зон ведется на восток от Гринвичского меридиана.

Прежде чем спроектировать такую зону на плоскость, ее вначале проектируют на поверхность цилиндра, который располагают так, чтобы его ось проходила через центр земного шара и находилась в плоскости земного экватора. При этом земной шар должен касаться цилиндра по среднему меридиану данной зоны. После этого цилиндр развертывают на плоскости и получают на ней изображение проекции данной зоны. Такая проекция называется  проекцией Гаусса. 

В такой системе начало координат для всех зон принимается в точке пересечения осевого меридиана данной зоны с экватором, которые являются соответственно осью абсцисс и осью ординат.

Абсциссы, отсчитываемые от экватора к северному полюсу, считаются положительными, к южному – отрицательными; значения ординат от осевого меридиана на восток – положительны, на запад – отрицательны (рисунок 9).

Так как территория России расположена в северном полушарии, то все абсциссы для всех точек положительны. Чтобы избежать отрицательных значений ординат, ординату осевого меридиана зоны принимают не за нуль, а за 500 км, т.е. начало координат в каждой зоне перемещают на запад на 500 км. При этом принята следующая система записи ординат: например, запись 7382000 указывает на то, что точка находится в седьмой зоне и ее ордината равна - 118000 м (382000 – 500000).