Географические координаты (долгота и широта)

Принципы измерений

Местонахождение и координатные системы

В недавнем прошлом, люди должны были описывать свое местоположение тем или иным способом. В настоящее время в нефтегазоиндустрии, как и в остальных областях человеческой деятельности, был осуществлен переход от относительного указания местоположения к абсолютному (т.е. от, например, "цель находится относительно какой-либо точки на поверхности в направлении 48,6° к северо-востоку на расстоянии 1200фт." к "цель расположена в UTM 6,234,345.67 м север(N) и 474,628.34 м востоке(E). Это было вызвано усложнением вопросов, связанных с точным определением местонахождения объектов. Поэтому, в настоящее время требуется знать гораздо больше о системах координат и способах определения точного местонахождения.

Земля - сфера. Точнее говоря, в действительности она является неправильным сфероидом. Радиус земли на северном полюсе примерно на 13 миль короче, чем на экваторе. Если бы земля была бы размером с биллиардный шар, то человеческий глаз не смог бы заметить эту разницу; но, при установке границ между странами и границ месторождений, эти 13 миль создают много проблем для геодезистов.

Карты и схемы, применяемые в направленном бурении - плоские. Отображение линий, лежащих на и под поверхностью сферы на плоскую карту - невозможно без компромиссов и внесения контролируемых ошибок.

В таких науках как геодезия и картография понадобилось проделать большую работу, чтобы у людей, занимающихся направленным бурением, появился довольно сложный, но, в то же время ясный способ отображения своих координатных данных на картах.

Географические координаты (долгота и широта)

Для идентификации местоположения точки на земле, ее поверхность мысленно покрывают сетью линий. Обычно их называют меридианами и параллелями. Для данных северного и южного полюсов, которые приблизительно являются концами оси, относительно которой вращается земля и некоторой воображаемой линией, лежащей на середине между полюсами, параллели широты образуются окружностями, опоясывающими земной шар и плоскости которых - параллельны плоскости экватора. Если окружности вычерчиваются на поверхности сферы через равные промежутки, разделяя на 90 частей расстояние между экватором и каждым полюсом, то каждый такой промежуток называется градусом широты. Окружности нумеруются от 0 на Экваторе до 90 на Севере. Каждый градус делится на 60 минут и каждая минута делится на 60 секунд дуги окружности.

Меридианы долготы образуются серией воображаемых линий, каждая из которых пересекается друг с другом как на Северном, так и на Южном полюсах. Все они пересекаются с линиями широты под прямыми углами и делят Экватор на 360 равных частей. Это и приводит к разделению долготы на 360 градусов. В свою очередь, каждый градус разделяется на 60 минут, а каждая минута - на 60 секунд. В то время как длина градуса широты на сфере везде одинакова, длина градуса долготы меняется в зависимости от широты (см. рис. 3.1). На Экваторе сферы расстояние одного градуса долготы равно расстоянию одного градуса широты, но в других частях они - короче

Существование полюсов дают возможность естественного положения Экватора в качестве начальной точки отсчета широты, но для нумерации меридианов долготы не существует такого естественного местоположения, так как все они - одинаковы. Таким образом, необходимо определить один из меридианов как начальный, т. е. - первый. История знает о существовании множества опорных меридианов, которые определялись национальными амбициями и влиянием какого - то одного государства на международные дела.

На картах Американских колоний 19 века часто указывался такой меридиан, проходящий через Лондон или Филадельфию. На протяжении 19 столетия границы новых штатов описывались меридианами, отсчет которых начинался от меридиана, проходящего через Вашингтон, который, в свою очередь, лежал к Западу от Гринвича на 77°3'02.3". Гринвичский меридиан получал все более и более широкое распространение на картах в качестве опорного и в 1884 году конференция по меридианам, проходящая в Вашингтоне, постановила "меридиан, проходящий через центр измерительного инструмента Гринвичской обсерватории считать начальным меридианом долготы", установив, что "долгота должна отсчитываться от этого меридиана в двух направлениях по 180 градусов, причем, восточная долгота должна быть положительной (с плюсом), а западная - отрицательной (с минусом)".

Рис. 3.1 Рис. 3.2

При проецировании меридианов на карту, центральный меридиан представляет собой прямую линию и часто принимается за начальную точку или нулевую долготу. Это делается только лишь для облегчения вычислений. После завершения работы над картой, этот меридиан маркируется в соответствии с Гринвичским. В этой главе расчеты проделаны таким образом, что долгота Гринвича может применяться прямо.

Понятие долготы и широты ввели греческие и египетские ученые в далекие времена. Большой вклад в развитие этих понятий сделал греческий астроном Гиппарх (2 век до н. э.). Клавдий Птолемей в дальнейшем формализовал их. Вследствие того, что любая точка наносится на карту в соответствии со своей долготой и широтой, была разработана прямоугольная сетка для нужд топографистов. Этим способом каждая точка может быть нанесена при помощи определенного расстояния от двух взаимно перпендикулярных осей на плоской карте.

Эллипсоид

Эллипсоидом называется тело, получаемое вращением эллипса вокруг одной из своих осей. В частности, сжатый сфероид является эллипсоидом, получаемый вращением эллипса вокруг своей меньшей оси. Сжатый сфероид - принципиальная форма в моделировании поверхности Земли.

Земля не является точным эллипсоидом и отклонения от этой формы постоянно развиваются. Для картографирования, однако, эта проблема может быть решена соответствующим подбором констант эллипсоида и незначительные изменения формы Земли в процессе эволюции могут быть учтены при составлении карт различных районов Земли.

Существует более дюжины принципиальных эллипсоидов, применяемых в одной или нескольких странах. Эта разница в размерах получается не только из-за различной точности геодезических измерений, но и из - за того, что кривизна Земной поверхности - не однородна из - за неравномерности гравитационного поля. До недавнего времени параметры эллипсоидов подбирались для моделирования формы Земного шара в каком-нибудь конкретном районе страны или отдельного континента.

Полярная ось модельного эллипсоида для такого конкретного района обычно не совпадала с действительной осью Земли. Те же самые трудности были и с двумя экваториальными плоскостями. Расстояние между их центрами обычно было порядка нескольких сот метров. Только спутниковую систему измерения координат, такую как, например WGS72, можно считать геоцентрической. Эллипсоиды более поздних моделей Земли дают более полное представление о ее форме, чем эллипсоиды с параметрами вычисленными на основе измерений на поверхности, но обычно они не являются "лучшим приближением" для конкретного района.