سیستم مختصات چیست؟ معرفی انواع سیستم‌های مختصات

معرفی سیستم مختصات

سیستم مختصات یکی از مفاهیم پایه و مهم در GIS و نقشه‌برداری است که برای تعیین موقعیت دقیق عوارض روی سطح زمین استفاده می‌شود. هر نقطه، خط یا محدوده‌ای که در یک نرم‌افزار GIS نمایش داده می‌شود، باید دارای یک سیستم مختصات مشخص باشد تا موقعیت آن نسبت به سطح زمین به‌درستی تعیین شود.

به‌طور کلی، سیستم‌های مختصات مورد استفاده در GIS را می‌توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد:

1. سیستم مختصات جغرافیایی (Geographic Coordinate System – GCS)
2. سیستم مختصات تصویر (Projected Coordinate System – PCS)

در ادامه هر دو دسته و مهم‌ترین زیرمجموعه‌های آن‌ها را بررسی می‌کنیم.

1. سیستم مختصات جغرافیایی (GCS)

سیستم مختصات جغرافیایی، موقعیت نقاط را مستقیماً بر روی سطح زمین و با استفاده از مختصات زاویه‌ای مشخص می‌کند. این سیستم بر اساس یک مدل از شکل زمین تعریف شده و موقعیت هر نقطه را با طول و عرض جغرافیایی بیان می‌کند.

در دسته GCS، سیستم‌های جغرافیایی مبتنی بر مراجع مختلف وجود دارند که می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• WGS 84
• NAD 83
• ETRS89
• GCS North American 1983
• سایر سیستم‌های جغرافیایی منطقه‌ای و ملی

در میان این موارد، WGS 84  یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین مراجع مورد استفاده در جهان است.

الف. WGS 84 چیست؟

WGS 84  مخفف World Geodetic System 1984 است و یک سیستم مرجع ژئودتیکی جهانی محسوب می‌شود. مختصات در این سیستم معمولاً باLatitude  و Longitude بیان می‌شوند و واحد آن‌ها درجه است.

برای مثال، موقعیت یک نقطه می‌تواند به صورت زیر بیان شود:

Latitude: 35.6892°
Longitude: 51.3890°

WGS 84  در سیستم‌های موقعیت‌یابی جهانی و به‌ویژهGPS  کاربرد بسیار گسترده‌ای دارد.

ب. نقش سیستم مختصات جغرافیایی در GIS

در GIS، سیستم مختصات جغرافیایی بیشتر برای تعیین و نمایش موقعیت واقعی داده‌ها روی زمین استفاده می‌شود.

برای مثال، داده‌های GPS، اطلاعات جغرافیایی در مقیاس جهانی و بسیاری از داده‌های دریافت‌شده از منابع مختلف می‌توانند در قالب مختصات جغرافیایی ذخیره شوند.

۲. سیستم مختصات تصویر (PCS)

سیستم مختصات تصویرشده برای نمایش سطح منحنی زمین روی یک صفحه دوبعدی استفاده می‌شود.

از آنجا که زمین سطحی منحنی دارد، نمی‌توان آن را بدون تغییر روی یک صفحه مسطح نمایش داد. بنابراین با استفاده از Map Projection، موقعیت نقاط از سطح زمین به یک سیستم دوبعدی منتقل می‌شود.

در این سیستم، مختصات معمولاً با دو مؤلفه X و Y و با واحدهای خطی مانند متر بیان می‌شوند.

الف. زیرمجموعه‌ها و نمونه‌های مهم سیستم مختصات تصویرشده

سیستم‌های تصویرشده بسیار متنوع هستند و بر اساس نوع Projection و محدوده مورد استفاده، انواع مختلفی دارند. نمونه‌های مهم آن‌ها عبارت‌اند از:

• UTM
• Web Mercator
• Lambert Conformal Conic
• Albers Equal Area
• Transverse Mercator
• سیستم‌های تصویرشده محلی و منطقه‌ای

در میان این موارد، UTM  یکی از پرکاربردترین سیستم‌های مختصات تصویرشده در GIS و نقشه‌برداری است.

ب. UTM چیست؟

UTM  مخففUniversal Transverse Mercator  است.

در این سیستم، سطح زمین به 60 زون تقسیم شده و هر زون 6 درجه طول جغرافیایی را پوشش می‌دهد.

موقعیت هر نقطه در UTM با دو مختصات اصلی مشخص می‌شود:

• Easting
• Northing

که معمولاً بر حسب متر بیان می‌شوند.

برای مثال، برخلاف سیستم جغرافیایی که موقعیت یک نقطه را با طول و عرض جغرافیایی بیان می‌کند، در UTM موقعیت نقطه با مختصات X و Y متری مشخص می‌شود.

UTM  به دلیل استفاده از واحد متر، در بسیاری از پروژه‌های نقشه‌برداری، GIS، شهرسازی، عمران و تحلیل‌های مکانی کاربرد دارد.

ج. نقش سیستم مختصات تصویرشده در GIS

سیستم‌های مختصات تصویرشده نقش بسیار مهمی در تحلیل‌های مکانی در GIS دارند.

از آنجا که مختصات در این سیستم‌ها معمولاً بر اساس واحدهای خطی مانند متر بیان می‌شوند، برای بسیاری از عملیات‌هایی مانند:

• محاسبه فاصله
• محاسبه مساحت
• اندازه‌گیری طول
• تحلیل‌های مکانی

مناسب هستند.

به همین دلیل در بسیاری از پروژه‌های GIS شهری و منطقه‌ای، از سیستم‌های تصویرشده مانند UTM استفاده می‌شود.

3. سیستم‌های مختصات مورد استفاده در ایران

در ایران نیز مانند سایر نقاط جهان، از هر دو سیستم مختصات جغرافیایی و سیستم مختصات تصویرشده استفاده می‌شود. انتخاب میان این دو، به نوع داده، مقیاس پروژه و هدف استفاده از اطلاعات مکانی بستگی دارد.

الف. سیستم مختصات جغرافیایی در ایران

در سیستم مختصات جغرافیایی، موقعیت نقاط ایران مانند سایر نقاط جهان با طول و عرض جغرافیایی مشخص می‌شود.

یکی از رایج‌ترین مراجع مورد استفاده،،WGS 84  است که در GPS و بسیاری از داده‌های مکانی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بنابراین می‌توان موقعیت یک نقطه در ایران را به صورت طول و عرض جغرافیایی، برای مثال:

Latitude: 35.7° N
Longitude: 51.4° E

بیان کرد.

درGIS، این نوع مختصات برای داده‌های GPS، موقعیت‌یابی و داده‌هایی که در مقیاس جهانی یا منطقه‌ای استفاده می‌شوند، بسیار رایج است.

ب. سیستم مختصات تصویرشده در ایران

برای بسیاری از پروژه‌های نقشه‌برداری و GIS در ایران، استفاده از سیستم‌های مختصات تصویرشده اهمیت بیشتری دارد. یکی از مهم‌ترین آن‌هاUTM  است.

ایران از نظر تقسیم‌بندی UTM در چهار زون 38، 39، 40 و 41 قرار می‌گیرد:

در نتیجه، بخش‌های مختلف ایران در زون‌های متفاوت UTM قرار می‌گیرند.

در مجموع، سیستم‌های مختصات به دو دسته اصلی جغرافیایی و تصویرشده تقسیم می‌شوند که هرکدام برای تعیین و نمایش موقعیت مکانی کاربرد خاصی دارند. شناخت این سیستم‌ها، به‌ویژه GCS و UTM، برای مدیریت صحیح داده‌ها و انجام تحلیل‌های دقیق در GIS ضروری است.