نظام الإحداثيات المسقطة

نظام الإحداثيات الإسقاطي، مشهد تخيلي مولد باستخدام الذكاء الصنعي.

نظام الإحداثيات الإسقاطي (بالإنجليزية: Projected coordinate system)‏ ويُطلق عليه أيضًا اسم "نظام الإحداثيات المرجعية الإسقاطي" أو "نظام الإحداثيات المستوي" أو "نظام الإحداثيات الشبكي"، هو نوع من أنظمة الإشارة المكانية التي تمثل المواقع على كوكب الأرض باستخدام نظام الإحداثيات الديكارتية (x، y) على سطح مستوٍ أُنشئ بإسقاط خرائطي معين.^[1]

يُعرَّف كل نظام إحداثيات إسقاطي، مثل "نظام إسقاط مركاتور المستعرض العالمي"، وفقًا لأربعة عوامل رئيسة^[2]:

اختيار إسقاط الخريطة (مع معايير محددة): عملية تحويل السطح الكروي للأرض إلى سطح مستوٍ تحويلا يحافظ على خصائص محددة مثل المسافات أو الأشكال.
اختيار المُسنِد الجيوديسي: إطار مرجعي ثلاثي الأبعاد يُستخدم لربط الإحداثيات الإسقاطية بمواقع حقيقية على الأرض.
نقطة الأصل: الموقع الذي تبدأ منه وحدات القياس في الإسقاط.
اختيار وحدة القياس: عادةً ما تكون مترًا أو قدمًا.

وقد حددت بالفعل مئات أنظمة الإحداثيات الإسقاطية المستخدمة لأغراض مختلفة في مناطق مختلفة من العالم.

أطلق اسم "أنظمة الشبكة" على أوائل أنظمة الإحداثيات الإسقاطية المعيارية في بدايات القرن العشرين، مثل نظام مركاتور العالمي المستعرض ونظام إحداثيات المستوى الإقليمي والشبكة الوطنية البريطانية، ولا يزال استخدامه شائعًا في بعض المجالات مثل المجال العسكري الذي يشفر الإحداثيات كمراجع شبكية أبجدية رقمية.

وأصبح مصطلح نظام الإحداثيات الإسقاطي هو المصطلح المهيمن لتمييزه عن الأنواع الأخرى من أنظمة الإشارة المكانية. ويستخدم في المعايير الدولية مثل "مجموعة بيانات المعلمات الجيوديسية (EPSG)" ومعيار "ISO 19111" (نشره الاتحاد الجيومكاني المفتوح كمواصفة تجريدية رقم 2)، وفي معظم برامج نظم المعلومات الجغرافية.^[3]^[2]

نظام الإحداثيات الإسقاطي، رحلة عبر التاريخ

يعود تاريخ نظام الإسقاط الخرائطي ونظام الإحداثيات الجغرافية (GCS) - باستخدام خطوط الطول والعرض - إلى الحقبة الهلنستية، وشاع استخدامه خلال عصر التنوير في القرن الثامن عشر. ومع ذلك، فإن استخدامهما كأساس دقيق لتحديد المواقع بدلاً من خطوط الطول والعرض، يعتبر ابتكارًا يعود إلى القرن العشرين.

ومن أقدم هذه الأنظمة نظام الإحداثيات الملاحي للولاية (SPCS) الذي طُوِّر في الولايات المتحدة خلال ثلاثينيات القرن العشرين لأغراض المسح والهندسة، وذلك لأن إجراء الحسابات مثل حساب المسافات يكون أبسط بكثير في نظام الإحداثيات الديكارتي مقارنة بالمثلثات ثلاثية الأبعاد لنظام الإحداثيات الجغرافية.

أُصدرت النسخة الأولى من الشبكة الوطنية البريطانية في عام 1938، بناءً على تجارب عسكرية سابقة بالتعاون مع وكالة رسم الخرائط الوطنية لبريطانيا العظمى خلال الحرب العالمية الأولى.^[4]

فرضت ظروف الحرب الحديثة خلال الحرب العالمية الثانية على الجنود ضرورة تحديد مواقعهم والإبلاغ عنها بسرعة ودقة، مما دفع خدمة خرائط الجيش الأمريكي والدول المتحاربة الأخرى إلى طباعة الشبكات على الخرائط.^[5]

خُطِط كل مسرح من مسارح الحرب في بادئ الأمر بإسقاط خاص به يشتمل على شبكة نظام ترميز فريد، الأمر الذي أربك العاملين به، وأدى ذلك إلى تطوير نظام إسقاط مركاتور المستعرض العالمي (UTM)، والمبني في الأصل على نظام طوره الجيش الألماني (الفيرماخت) على الأرجح.^[6]

أُنشئ نظام الإشارة الشبكي العسكري الأبجدي الرقمي (MGRS) كمحطط ترميز لنظام المستعرض العالمي ميركاتور، لتبسيط التواصل وتسهيل عملية الإبلاغ الدقيق عن المواقع.^[5]

ازدادت شعبية نظام إسقاط مركاتور المستعرض العالمي (UTM) بعد انتهاء الحرب العالمية الثانية، لا سيما في الأوساط العلمية.

ومع ذلك ونظرًا لعدم تطابق مناطق نظام ميركاتور مع الحدود السياسية، فقد لجأت العديد من الدول إلى اقتباس فكرة المملكة المتحدة في إنشاء نظم شبكية خاصة بها على الصعيدين الوطني والإقليمي، باستخدام إسقطاتٍ مخصصة.

شهدت هذه الأنظمة نموًا ملحوظًا، خاصة في الثمانينيات، بالتزامن مع انتشار نظم المعلومات الجغرافية.

تحتاج أنظمة المعلومات الجغرافية إلى تحديد المواقع بإحداثيات دقيقة وتجري عليها العديد من الحسابات، مما يجعل الهندسة الإحداثية (الديكارتية) الخيار الأمثل.

وأدى ظهور مجموعات بيانات أنظمة المعلومات الجغرافية العالمية والملاحة عبر الأقمار الصناعية في السنوات الأخيرة، إلى جانب وفرة سرعة المعالجة في الحواسب الشخصية، إلى عودة استخدام نظام الإحداثيات الجغرافي (GCS).

ولا تزال أنظمة الإسقاط الإحداثي شائعة جدًا في بيانات أنظمة المعلومات الجغرافية المخزنة في البنى التحتية للبيانات المكانية (SDI) للمناطق المحلية، مثل المدن والمقاطعات والولايات والمحافظات والبلدات الصغيرة.

خصائص نظام الإحداثيات الإسقاطي

لما كان الغرض الأساسي من أي نظام إحداثيات هو قياس المواقع وتحديدها وإجراء الحسابات عليها بدقة ووضوح، كان لا بد من تعريف هذا النظام بدقة.

تُعد مجموعة بيانات المعلمات الجيوديسية (EPSG) الآلية الشائعة لنشر هذه التعاريف نشرا يمكن الآلات من قراءته. وهي تشكل المجموعة الأساس للعديد من برامج نظم المعلومات الجغرافية والبرمجيات الأخرى القادرة على تحديد المواقع.^[3]

تتكون مواصفات نظام الإحداثيات الإسقاطي من ثلاثة أجزاء:

إحداثيات ديكارتية مجردة ثنائية الأبعاد وهي عبارة عن شبكة افتراضية تمكننا من تحديد موقع أي نقطة بشكل فريد ومحدد من خلال زوج من الأرقام يُعرفان بالإحداثيات. يُشار إلى هذه الإحداثيات عادةً بـ (x, y)، وتُسمى أيضًا بالإسقاط الشرقي والشمالي في أنظمة عديدة مثل نظام الإحداثيات المستعرض العالمي (UTM). ويتكون أي تعريف لنظام الإحداثيات من العناصر الأساسية التالية:

سطح مستوٍ: يمثل هذا السطح الأساس الذي تُبنى عليه الشبكة الديكارتية. يمكن تخيل هذا السطح على أنه أرضية مسطح أو صفحة خريطة.
نقطة الأصل: تُعتبر هذه النقطة بمثابة نقطة البداية والمرجع الأساسي لجميع القياسات في النظام.
مجموعتان من المحاور المتعامدة: يُشار إلى هذه المحاور عادةً بمحور x ومحور y، وهي عبارة عن خطوط مستقيمة متعامدة على بعضها البعض. يُمثل محور x الاتجاه الأفقي (الشرقي-الغربي)، بينما يُمثل محور y الاتجاه العمودي (الشمالي-الجنوبي).
وحدة قياس: تُستخدم هذه الوحدة لقياس المسافات على طول المحاور. عادةً ما تُستخدم وحدات مثل المتر أو القدم في هذا النظام.

يمكننا باستخدام هذه العناصر الأربعة تحديد موقع أي نقطة على السطح المستوي تحديدا فريدا من خلال قياس مسافاتها الموقعة من نقطة الأصل على طول كل من محاور x و y.

المراجع

↑ Chang، Kang-tsung (2016). Introduction to Geographic Information Systems (ط. 9th). McGraw-Hill. ص. 34. ISBN:978-1-259-92964-9.
↑ ^2٫0 ^2٫1 "OGC Abstract Specification Topic 2: Referencing by coordinates Corrigendum". Open Geospatial Consortium. اطلع عليه بتاريخ 2018-12-25.
↑ ^3٫0 ^3٫1 "Using the EPSG geodetic parameter dataset, Guidance Note 7-1". EPSG Geodetic Parameter Dataset. Geomatic Solutions. اطلع عليه بتاريخ 2021-12-15.
↑ Russell، Don. "Understanding Maps: The British National Grid". Uncharted 101. اطلع عليه بتاريخ 2021-12-21.
↑ ^5٫0 ^5٫1 Raisz، Erwin (1948). General Cartography. McGraw-Hill. ص. 225–229.
↑ Buchroithner، Manfred؛ Pfahlbusch، René (2017). "Geodetic grids in authoritative maps – new findings about the origin of the UTM Grid". Cartography and Geographic Information Science. ج. 44 ع. 3: 186–200. DOI:10.1080/15230406.2015.1128851. S2CID:131732222.

[chang2016-1] Chang، Kang-tsung (2016). Introduction to Geographic Information Systems (ط. 9th). McGraw-Hill. ص. 34. ISBN:978-1-259-92964-9.

[ogc_as-2] 2٫0 ^2٫1 "OGC Abstract Specification Topic 2: Referencing by coordinates Corrigendum". Open Geospatial Consortium. اطلع عليه بتاريخ 2018-12-25.

[epsg-3] 3٫0 ^3٫1 "Using the EPSG geodetic parameter dataset, Guidance Note 7-1". EPSG Geodetic Parameter Dataset. Geomatic Solutions. اطلع عليه بتاريخ 2021-12-15.

[russell-4] Russell، Don. "Understanding Maps: The British National Grid". Uncharted 101. اطلع عليه بتاريخ 2021-12-21.

[raisz1948-5] 5٫0 ^5٫1 Raisz، Erwin (1948). General Cartography. McGraw-Hill. ص. 225–229.

[buchroithner-6] Buchroithner، Manfred؛ Pfahlbusch، René (2017). "Geodetic grids in authoritative maps – new findings about the origin of the UTM Grid". Cartography and Geographic Information Science. ج. 44 ع. 3: 186–200. DOI:10.1080/15230406.2015.1128851. S2CID:131732222.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]