UTM -koordinatsystem

UTM -systemet (fra engelsk Universal Transverse Mercator) er et globalt koordinatsystem. Den deler jordoverflaten (fra 80 ° sør til 84 ° nord) i strimler i 6 ° brede vertikale soner, som er individuelt utjevnet med den mest gunstige tverrgående Mercator -projeksjonen og dekket med et kartesisk koordinatsystem .

Den universelle polare stereografiske projeksjonen ( UPS ) brukes til å skildre polarisen.

Både i Tyskland og Østerrike, blir UTM-koordinater i økende grad brukt med henvisning til den ETRS89 referansesystemet med GRS80 ellipsoiden . Disse brukes også i økende grad i landmåling i andre land. Dette betyr at Gauß-Krüger-koordinatsystemet , som er relatert til UTM, blir mindre viktig på lang sikt.

Militære geografiske institutter bruker nå utelukkende Military Grid Reference System , i det tysktalende området også UTM-referansesystem, kort form UTMREF, et rutenett- kvadratisk orientert geografisk rapporteringssystem basert på UTM-koordinatsystemet.

historie

En form for UTM -koordinatsystemet ble utviklet rundt 1942/1943 for den tyske Wehrmacht . Det ble sannsynligvis utført i luftfotografering og landmåling i Reichs luftfartsdepartement . I 2014 ble det funnet kart fra 1944 i Bundesarchiv-Militärarchiv som ble opprettet på grunnlag av UTM-projeksjonen og er merket UTMREF . ^[1] Fra 1947 brukte USAs væpnede styrker en standard basert på dette. ^[2] I forbindelse med internasjonalisering er det meningen å erstatte de enkelte nasjonale koordinatsystemene på lang sikt. I de offisielle tyske topografiske kartene blir Gauß-Krüger-koordinatsystemet i økende grad erstattet av UTM-systemet basert på referanse-ellipsoiden WGS84 .

A rbeitsgemeinschaft he d V ermessungsverwaltungen Staten i Forbundsrepublikken Tyskland (AdV) har i 1991 innføringen av ETRS89 som WGS84 - datoen tilsvarer besluttet som et enhetlig offisielt posisjonsreferansesystem for hele Tyskland. For epoken 1. januar 1989 var koordinatene fra ETRS89 og WGS84 mindre enn en meter fra hverandre, slik at begge systemene kan betraktes som identiske innenfor denne posisjonsnøyaktigheten. Videre bestemte AdV seg i 1995 for å introdusere UTM -systemet i forbindelse med ETRS89 -datoen. Dette betyr at alle landmålingsadministrasjoner i Tyskland nå er forpliktet til også å overføre eiendomsmatretten til UTM / ETRS89. Federal Agency for Cartography and Geodesy (BKG) gir nødvendig geografisk informasjon med høy nøyaktighet via geodatasenteret . I dag er UTM / ETRS89 -systemet i Tyskland implementert av SAPOS , satellittposisjoneringstjenesten til den tyske nasjonale oppmålingstjenesten, svært nøyaktig, homogen og omfattende for alle områder av oppmåling.

Også i Østerrike blir den nåværende føderale varslingsprosedyren , slik den brukes av myndigheter og hjelpeorganisasjoner, gradvis erstattet av UTM -koordinatsystemet. Flere og flere nye kart på papir (f.eks. Auto-Atlas) har tegnet inn dette koordinatsystemet, akkurat som dagens GPS- navigasjonsenheter allerede har UTM-systemet basert på WGS84 som en applikasjonsstandard.

konstruksjon

UTM bruker en tverrgående Mercator -projeksjon . I motsetning til den konvensjonelle Mercator-projeksjonen, berører projeksjonssylinderen ikke overflaten, men skjærer den slik at en stripeformet del av kloden stikker ut fra sylinderoverflaten. Dette forkorter meridianen i midten mellom penetrasjonssirklene i projeksjonen med en faktor 0,9996. Bortsett fra det, blir det gjengitt uforvrengt.

Siden den tverrgående Mercator -projeksjonen som UTM -projeksjonen er basert på sterkt forvrenger områder som er langt fra skjærelinjen (se figurene nedenfor), bruker UTM ikke en enkelt projeksjon for å dekke hele jordoverflaten, men deler jorden i 6 ° bredder såkalte soner . Midtmeridianen i sonen brukes deretter som referansemeridian for projeksjonen. For eksempel strekker sone 31 seg fra 0 ° til 6 ° øst. Referansemeridianen ligger i midten ved 3 ° øst.

Gjennomtrengningssirklene er 360 km fra hverandre i UTM -projeksjonen, som tilsvarer en vinkelavstand på ca. 3 ° ved ekvator. Derfor, på lave breddegrader, er sonen bredere enn skjærelinjen. Områdene utenfor penetrasjonssirklene strekkes under projeksjon, mens innsiden er litt komprimert.

Det er viktig å skille mellom de konstante 360 ​​km brede klippelistene og de konstante 6 ° brede sonene. En sone definerer et (buet) område der en bestemt projeksjon skal brukes. Denne projeksjonen skaper et flatt bilde av hele jorden, som er dekket med et kartesisk koordinatsystem eller et rutenett. Disse koordinatene brukes imidlertid bare innenfor den tilknyttede sonen. Sammen kuttes stripesonen og referansemeridianen og ekvator, (deretter etterprojeksjonen inn i planet som aksen til ordinat betyr Meridian kalt) eller tjener abscisseaksen.

• 

  UTM sylinderprojeksjon, overdreven stripebredde (det er bare 360 ​​km). Interpenetrasjonssirklene er de to sirklene der jordoverflaten berører den grønne sylinderen.

• 

  Tverrgående Mercator -projeksjon for hovedmeridianen

• 

  Tverrgående Mercator -projeksjon for 45 ° E.

Sonering

Jorden er delt inn i soner 6 grader bred mellom 180 grader vest og 180 grader øst. Referansemeridianene 3 °, 9 °, 15 °, ... 177 ° løper i midten av de 60 sonene som er dannet på denne måten.

Sonene er nummerert fra vest til øst. Sonen fra 180 ° til 174 ° vestlig lengde mottar kodenummeret 1. Den fra 174 ° til 168 ° kodenummer 2, etc. Det tysktalende området er stort sett i sonene 32 (6 ° til 12 ° østlig lengdegrad) og 33 (12 ° opp til 18 ° Ø).

Sonefelt i henhold til UTMREF

Inndelingen i sonefelt eller et omfattende nett er ikke en del av det faktiske UTM -systemet. Se for eksempel publikasjoner av AdV ^[3] og NPS . ^[4] Denne inndelingen er en utvidelse og fører til UTMREF -systemet:

Sonene er delt fra 80. breddegrad sør til 84. breddegrad nord med breddegrader i en avstand på 8 ° i sonefelt , som er merket med bokstaver. Den sørligste sonefeltlinjen har bokstaven C og den nordligste bokstaven X; bare denne nordlige kantlinjen X er litt høyere ved 12 °. Bokstavene I og O er utelatt for å unngå forvirring med sifrene 1 og 0.

Bare i Skandinavia er det felt med forskjellige breddegrader (dvs. vest-øst forlengelse): Sonefelt 32V utvides med 3 ° til 9 ° mot vest, slik at Sør-Norge bare trenger dette sonefeltet. For dette er nabofeltet 31V tilsvarende smalere her. I den nordlige kanten av stripesonebeltet (i feltraden X, ved 72 ° - 84 ° nord) 4 utvidede sonefelt (31X, 33X, 35X, 37X) med 9 °, 12 °, 12 ° og 9 ° breddegrad dekke området fra hovedmeridianen til 42 ° øst, som sør for det er regelmessig delt inn i 7 sonestrimler på 6 ° hver. Høyre (øst) verdi for steder i disse 6 sonefeltene med endring i bredde bestemmes ut fra meridianen (+500 km offset) som også fungerer som den sentrale meridianen i sonene med samme nummer og 6 ° standardbredde.

Nordpolen og Sydpolen er kartlagt med sin egen kartprojeksjon, Universal Polar Stereographic Projection . Sydpolregionen, noe mer enn 80 grader sørlig breddegrad, er delt inn i soner A (0 og 180 grader vestlig lengdegrad) og B (0 til 180 grader østlig lengdegrad). Nordpolregionen, noe lenger nord enn 84 ° nordlig breddegrad, er delt inn i soner Y (vestlig lengdegrad) og Z (østlig lengdegrad). Ingen kode brukes her; i stedet fortsetter bokstavkoden for sonefeltene.

• Inndelingen av noen kontinenter i UTM -soner
• 

  Europa

• 

  Afrika

• 

  Sør Amerika

Koordinater

For å komme til koordinatene til et punkt i en sone, brukes UTM -projeksjonen som tilhører sonen som beskrevet ovenfor for å kartlegge kloden over den sylinder som kommer i kontakt og ruller inn i planet. Den (projiserte) ekvator danner nå X-aksen, den sentrale meridianen Y-aksen. X- og Y -aksene er vinkelrett på hverandre og X- og Y -verdiene leses av som i et kartesisk koordinatsystem , dvs. parallelt med aksene og ikke til lengde- og breddegrader som nå er buet. Bruken av X-aksen for øst ^{[A 1]} og Y-aksen for nord ^{[A 2]} er vanlig i geografiske informasjonssystemer og tilsvarer også definisjonen fra Association of Surveying Administrations i Forbundsrepublikken Tyskland ( AdV ). Denne tolkningen brukes også i det følgende. I geodesi brukes derimot motsatt tolkning av koordinataksene.

Bare på den sentrale meridianen faller Y-aksen ( rutenettet nord ) sammen med geografisk nord . På koordinater fjernt fra den sentrale meridianen er den ikke identisk med ekte nord. Derfor trekker mange kart basert på UTM-systemet forskjellen mellom rutenett nord og geografisk nord, den såkalte meridiankonvergensen , på Y-aksen. Dette gjør orienteringen enklere ved hjelp av magnetiske og gyrokompasser eller ved hjelp av stjernene .

Per definisjon er X -verdien til den sentrale meridianen satt til 500 000 meter (" falsk øst "). Dette unngår de negative verdiene vest for den sentrale meridianen som ville oppstå hvis X -verdien til den sentrale meridianen var 0 m. Alle tillatte juridiske verdier er mellom 100 000 og 899 999 meter, noe som betyr at de alltid er seks siffer. Siden Y-verdiene også ville være negative på den sørlige halvkule, settes ekvator der per definisjon til Y-verdien 10.000.000 m og mottar dermed også positive verdier. På den nordlige halvkule har ekvator en Y -verdi på 0 m.

X- og Y -verdiene er angitt i meter . Y (høy) verdi er avstanden til ekvator (direkte på den nordlige halvkule, 10.000.000 minus verdien må beregnes på den sørlige halvkule), avstanden til den sentrale meridianen kan beregnes fra X (høyre) verdi.

X -verdien oppnådd på denne måten må multipliseres med skalafaktoren , som er en konstant 0,9996 (denne faktoren inkluderer ikke andre linjeforvrengninger av projeksjonen). Slik oppnås østingen av UTM -koordinaten. Nordverdien er Y -verdien multiplisert med skalafaktoren. Det er viktig å spesifisere det tilsvarende sonenummeret, for ellers er koordinaten tvetydig.

Military Grid Reference System ( MGRS ) eller UTM Reference System (UTMREF) deler også sonene i firkanter som måler 100 km × 100 km parallelt med den sentrale meridianen, uavhengig av sonefeltene. Rutenettfeltene får bokstavpar som navn og tjener også til å begrense koordinater.

Hvis det skal arbeides med et område som strekker seg over flere soner, kan koordinatsystemet til en sone også brukes utenfor sonegrensene, forutsatt at de økende forvrengningene fortsatt tillater fornuftig bruk.

Koordinere eksempel

• Paradeplatz (Mannheim)
  • Geografiske koordinater i grader i henhold til WGS84
    • 49 ° 29 '13 .6 "N.
    • 8 ° 27 '58 .6 "E.
  • UTM -koordinater (WGS84) ^{[A 3]}
    • Sone 32-nord (rutenett 32U, irrelevant for beregning av de numeriske verdiene)
    • Øst / øst (i meter) 461344 ^{[A 4]}
    • Nordverdi / høy verdi (i meter) 5481745
    • dette resulterer i georeferansen ^{[A 5] [A 6]} 32 N 461344 5481745
    • Vanlig ^{[A 7]} er notasjonen 32U 461344 5481745 ('U' står for breddegradsbåndet til det tilsvarende UTM -sonefeltet)
  • UTMREF / MGRS -koordinat med rutenettfelt ^{[A 3]}
    • Sone 32U
    • Rutenett MV
    • Øst / øst 61344 ^{[A 8]}
    • Nordverdi / høy verdi 81745
    • den komplette georeferensen ^{[A 6]} er derfor 32UMV 61344 81745

bruk

UTM -koordinatsystemet eller også UTM -referansesystemet brukes i de væpnede styrkene , i katastrofekontroll , brannvesenet , redningstjenesten , politiet og andre hjelpeorganisasjoner, så vel som i undersøkelser . Tilsvarende kurs om temaet kartstudier fungerer alltid i henhold til UTM -koordinatsystemet. I Tyskland er en så presis kommunikasjon f.eks. B. mulig mellom brannvesen og et redningshelikopter. Andre private applikasjoner (f.eks. Gliding, geocaching, etc.) er utstyrt med UTM-kort på CD, som er tilgjengelig i butikker under samlebetegnelsen Top50 for Tyskland, Østerrike og Sveits (DA-CH). Google Maps og Google Earth kan også endres til UTM -koordinatsystemet hvor som helst i verden. De kan for eksempel brukes til applikasjonsorienterte GPS-navigasjonsenheter i olje- og gass-søket hvis mer presise kart mangler.

I Tyskland, de Landmåling Kontorer gjort overgangen til UTM-systemet med referanse til ETRS89 (system) med GRS80 ellipsoiden fra 1990-tallet. I midten av 2015 var Sachsen en av de siste føderale statene der overgangen ble gjennomført. ^[5]

UTM / MGRS -koordinatene bestemmes og overføres til topografiske kart ved hjelp av en kartpeker som er passende for kartskalaen .

Forskjeller i Gauss-Krüger-systemet

UTM-koordinatsystemet ligner på Gauß-Krüger-koordinatsystemet . Begge er en konform kartlegging av jordens ellipsoid inn i planet og kan beregnes ved hjelp av de samme kartleggingsligningene. Hovedforskjellen er at Gauß-Krüger-koordinater i Tyskland refererer til Bessel- eller Krassowski-ellipsoiden og vanligvis bruker 3 ° brede meridianstrimler , mens UTM-koordinater refererer til WGS84- eller GRS80-ellipsoiden og bruker 6 ° brede soner .

Med denne konforme typen avbildning øker linjeforvrengningene i ytterkantene av stripene betraktelig ettersom bredden på stripene øker. For å kompensere for de sterkere bildeforvrengninger (forstørrelser) ved sonekantene forårsaket av de bredere meridianstrimlene, brukes en skalafaktor på 0,9996 på UTM. Den sentrale meridianen er dermed vist forkortet med en faktor på 0,9996 (40 cm / km). Med økende avstand fra den sentrale meridianen mot øst eller vest, reduseres denne forkortelsen på grunn av den økende bildeforvrengningen (1 / cos (y / R)) i sonen; På en avstand på omtrent 180 km når bildedistorsjonen en faktor 1 (lengdefidelitet). Når det gjelder Gauss-Krüger-koordinatene, blir en slik korreksjon vanligvis unnviket, men bare soner 3 ° brede brukes.

Det er formelle forskjeller i de forskjellige tilnærmingene til å navngi stripene og koordinatene. Siden UTM opprinnelig ble introdusert som et rapporteringssystem for det amerikanske militæret, er navngivningen av UTM-koordinater i UTMREF / MGRS- format plan-kvadratisk .

Merknader

1. ↑ også kalt Ostwert
2. ↑ også kalt nordverdi
3. ↑ ^{a b} Informasjon sjekket med den digitale Top50 til Landmålingskontoret
4. ^ Informasjon er vanligvis gitt i meter
5. ^ N står for den nordlige halvkule
6. ↑ ^{a b} Bruk av mellomrom valgfritt
7. ↑ for å unngå forvirring med koordinater i rutenett 32N
8. ↑ Informasjon i meter, 5 sifre

Individuelle bevis

1. ↑ Manfred F. Buchroithner , René Pfahlbusch: geodetiske nett i autoritative kart - nye funn om opprinnelsen til UTM rutenett. Kartografi og geografisk informasjonsvitenskap, 2016, s.7
2. ↑ Manfred F. Buchroithner , René Pfahlbusch: geodetiske nett i autoritative kart - nye funn om opprinnelsen til UTM rutenett. Kartografi og geografisk informasjonsvitenskap, 2016, s.11
3. ↑ UTM-kartlegging , på adv-online.de
4. ↑ Bruke UTM Grid System til å registrere historiske steder ( Memento fra 5. juli 2019 i Internettarkivet )
5. ↑ Nytt offisielt situasjonsreferansesystem ETRS89_UTM33 (endring siden juli 2015) ( Memento fra 4. april 2019 i Internettarkivet )

litteratur

• Manfred Spata: Hvor mye Mercator er det i UTM -bildet? I: VDVmagazin , 1/2011, s. 24–29
• Bernhard Heckmann: Introduksjon av ETRS89 / UTM posisjonsreferansesystem når du bytter til ALKIS . I: Kommunikasjon av DVW Hessen-Thüringen , 1/2005; S. 17ff.
• NIMA - National Imagery And Mapping Agency: Technical Report, TR 8350.2 ; Department of Defense World Geodetic System 1984, 3. utgave 2000 PDF
• Defense Mapping Agency : The Universal Grids - Universal Transverse Mercator (UTM) og Universal Polar Stereographic (UPS) ; DMA teknisk håndbok, DMATM 8358.2; September 1989 PDF
• Ralf Strehmel: Offisielt referansesystem for situasjonen - ETRS89 . Oppmåling Brandenburg, 1/1996; PDF .
• Walter Großmann: Geodetiske beregninger og bilder i den nasjonale undersøkelsen . Stuttgart 1976
• Bernhard Heck: Beregningsmetoder og evalueringsmodeller for nasjonal oppmåling . Karlsruhe 1987
• Witte / Sparla: Oppmåling og grunnleggende statistikk for byggebransjen . Wichmann, ISBN 978-3-87907-497-6 ; 7. utgave 2011

weblenker

• UTM -kart og koordinater (PDF; 911 kB)
• Bilder, datoer og koordinater - Nedlasting av NGA -konverteringsprogrammet GEOTRANS (Windows / Unix / Android)
• JavaScript -verktøy for å konvertere geografiske koordinater til UTM -koordinater og tilbake
• Konvertering av lengdegrader og breddegrader til UTM -koordinater (engelsk)
• MapRef - Europeiske referansesystemer og kartfremskrivninger
• GIS MGRS Grid Datalag og UTM -soner i GIS -format
• UTM koordinerer instruksjoner ( Memento fra 19. mars 2016 i Internettarkivet )
• Koordinator - OpenStreetMap -modifikasjon for enkel inngang og visning av UTM -koordinater (og andre systemer)