Representação da posição horizontal
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Latitude e longitude
A representação da posição horizontal mais comum é a latitude e a longitude. Os parâmetros são intuitivos e bem conhecidos e, portanto, são adequados para comunicar uma posição aos seres humanos, por exemplo, usando um gráfico de posição.
No entanto, a latitude e a longitude devem ser usadas com cuidado em expressões matemáticas (incluindo cálculos em programas de computador). A principal razão são as singularidades dos pólos, o que torna a longitude indefinida nesses pontos. Também perto dos pólos, a grade de latitude/longitude é altamente não linear, e vários erros podem ocorrer em cálculos suficientemente precisos em outros locais.
Outra área problemática é o meridiano a ± 180 ° de longitude, onde a longitude tem uma descontinuidade e, portanto, o código específico do programa deve ser frequentemente escrito para lidar com isso. Um exemplo das consequências de omitir esse código é a falha dos sistemas de navegação de doze aeronaves de combate F-22 Raptor enquanto atravessam esse meridiano.
N-vetor
N-vetor é uma representação da posição horizontal não singular de três parâmetros que pode substituir a latitude e a longitude. Geometricamente, é um vetor de unidade que é normal para o elipsóide de referência. O vetor é decomposto em um sistema de coordenadas fixas na Terra centradas na Terra. Ele se comporta o mesmo em todas as posições da Terra e mantém a propriedade matemática individual. A formulação vetorial possibilita o uso de álgebra vetorial 3D padrão e, portanto, o N-vetor é adequado para cálculos matemáticos, por exemplo Adicionando, subtraindo, interpolando e médias de posições.
Usando três parâmetros, o N-vetor é inconveniente para comunicar uma posição diretamente aos seres humanos e, antes de mostrar um gráfico de posição, pode ser necessária uma conversão em latitude/longitude.
Assunção local de terra plana
Ao realizar vários cálculos dentro de uma área limitada, um sistema de coordenadas cartesianas pode ser definido com a origem em uma posição fixa de terra especificada. A origem é frequentemente selecionada na superfície do elipsóide de referência, com o eixo z na direção vertical. Portanto, os vetores de posição (tridimensional) em relação a esse quadro de coordenadas terão dois parâmetro horizontal e um vertical. Os eixos são tipicamente selecionados como nordeste para baixo ou leste-norte e, portanto, esse sistema pode ser visto como uma linearização dos meridianos e paralelos.
Para áreas pequenas, um sistema de coordenadas local pode ser conveniente para o posicionamento relativo, mas com as distâncias crescentes (horizontais), podem ser necessários erros e reposicionamento do ponto tangente. O alinhamento ao longo das direções norte e leste não é possível nos pólos e, perto dos pólos, essas direções podem ter erros significativos (aqui a linearização é válida apenas em uma área muito pequena).
Sistema de referência de grade
Em vez de uma grade cartesiana local, que precisa ser reposicionada à medida que a posição de interesse move, um conjunto fixo de projeções de mapa que cobre a Terra pode ser definido.
Utm
O UTM é um desses sistemas, dividindo a Terra em 60 zonas de longitude (e com a UPS cobrindo as regiões polares).
O UTM é amplamente utilizado e as coordenadas correspondem aproximadamente a metros norte e leste. No entanto, como um conjunto de projeções de mapa, ele possui distorções inerentes e, portanto, a maioria dos cálculos baseados no UTM não será exata. A travessia de zonas dá complexidade adicional.
Comparação
Ao decidir quais parâmetros usarem para representar a posição em uma aplicação específica, existem várias propriedades que devem ser consideradas. A tabela a seguir fornece um resumo do que considerar.
Comparison of horizontal position representationsRepresentationProsConsLatitude and longitudeWidely usedParameters are easy to recognize by humans (well-suited for plotting)Singularities at the PolesComplex behavior near the PolesDiscontinuity at the ±180° meridiann-vectorNonsingularEfficient in equations/calculations since standard 3D vector algebra can be usedAll Earth positions are treated equallyInconvenient for communicating a position to humansUses three parametersLocal Cartesian coordinate systemCartesian vectors in meters along the directions of north, east and down are obtainedCan only be used for relative positioning (the tangent point must be represented by some other quantity)Errors increase with increasing horizontal distance from the tangent point (which may require repositioning of the tangent point)North and east directions are undefined at the Poles, and near the Poles these directions may change significantly within the area of interestUTMWidely usedApproximate north and east directionsOne unit corresponds approximately to one meterInherent distortion (due to the map projection) gives only approximate answers for most calculationsCalculations get complex when crossing the zonesThe Polar Regions are not covered