Ing. Drahomír Dušátko, CSc.

Určování polohy podle mapy, navigace GPS a souřadnicové systémy

Příslušníci AČR se v současné době zúčastňují a lze předpokládat, že i v perspektivě se budou zúčastňovat mírových misí a působit tak v různorodých přírodních podmínkách, za neobvyklého logistického a geografického zabezpečení spojenci. Jedním z prvořadých úkolů je zajištění kompatibility souřadnicových systémů používaných topografických map prostoru působení se souřadnicovým systémem spojenců a systémem navigačního prostředku, především přijímačů GPS. Na základě zahraničních i našich zkušeností jsou uvedeny aktuální informace a kritéria pro splnění tohoto úkolu ve složitých situacích.

Definice geodetického souřadnicového systému

Geodetický souřadnicový systém je geometrickým a matematickým modelem tělesa Země, který umožňuje prostřednictvím souřadnic přesnou nebo podle míry potřeby přibližnou lokalizaci objektů na jejím povrchu nebo v blízkém okolí. Vzhledem k tomu, že náhradním tělesem Země je rotační elipsoid, na který jsou promítnuty body zemského povrchu, definice jeho geometrických parametrů se vzájemně liší (velikosti jejich poloos a zploštění), protože tyto definice vznikaly v časově, historicky, profesionálně a kontinentálně rozdílných podmínkách. Navíc - jednotlivé elipsoidy s jejich systémy souřadnic jsou rozdílně umístěny a orientovány vzhledem k tělesu Země, vzhledem k její ose rotace a těžišti.
V důsledku toho se mezi různými systémy (datums) [1] liší geodetické (nebo také "elipsoidické") zeměpisné souřadnice - zeměpisná šířka a délka - identických objektů, bodů na povrchu Země. Rozdíly geodetických zeměpisných souřadnic identických bodů mohou dosahovat značných hodnot, řádově až stovky metrů. Nástupem družicových technologií a jejich aplikacemi v oblasti geodézie bylo definováno náhradní geometrické těleso Země, jeho orientace s vysokou věrohodností a exaktností. Kromě parametrů geometrických byly odvozeny a stanoveny také parametry fyzikální, které úzce souvisí s charakteristikami tíhového pole Země a jejího, dnes již globálního geocentrického, geodetického systému.
Geodetickým systémem armád NATO je především World Geodetic System 1984, označovaný jako WGS 84. Další přípustné systémy (např. evropský ETRS 89) jsou takové, jejichž souřadnice identických bodů se liší od souřadnic WGS 84 do jednoho metru.
Vedle souřadnic geodetických [2], zeměpisných jsou široce používány - hlavně v pozemním vojsku - souřadnice rovinné, které jsou produktem matematického, kartografického zobrazení povrchu referenčního systémového elipsoidu do roviny mapy. V armádách NATO je standardním kartografickým zobrazením tzv. Universal Transvese Mercator (UTM), s pravoúhlými souřadnicemi označovanými E (East), N (North) - grids. V praxi jsou používány alfanumerické lokalizační hlásné systémy - pro zeměpisné souřadnice to je Geographic Reference Frame (GEOREF) a pro rovinné Military Grid Reference System (MGRS) [3].

Koncem roku 2004 končí v AČR existence a používání geodetických údajů a topografických map zpracovaných v bývalém geodetickém systému S-1942/83 a v Gaussově-Krügerově kartografickém zobrazení. Příklad velikosti rozdílů mezi obojími typy souřadnic v systémech WGS 84 a S-1942/83 je uveden v tabulce.

Tabulka: Velikost systémových rozdílů a příklad vzájemných převodů rovinných a zeměpisných souřadnic mezi dnes používanými systémy S-1942/83 a WGS 84 v prostoru České republiky (souřadnice X, Y a E, N jsou v metrech, souřadnice ? a ? jsou v úhlových vteřinách).
Poznámka: Jedna vteřina (1") zeměpisné šířky je i nás přibližně 30 metrů, 1" zeměpisné délky 20 m.

Souřadnice z topografických map a z GPS

Současné použití topografické mapy a přijímače GPS je již dnes pro lokalizaci, přípravu a navigování přesunů v AČR velmi obvyklé. Vzhledem k tomu, že souřadnice poskytované GPS jsou v systému WGS 84, je pro současné přechodné období anebo v neznámých podmínkách geografického zabezpečení bezpodmínečně nutné ověření identity systémů souřadnic, poskytovaných oběma zdroji. Na tuto skutečnost upozorňuje také v časopisu Military Intelligence (Oct.-Dec. 2002) mjr. Manning, který ve svém článku [4] uvádí příklady stametrových rozdílů mezi souřadnicemi systému WGS 84 a systémy ED 50 (evropský), Tokyo, NAD-27, NAD-83. Spojení topografické mapy a dat z GPS v hlásném systému MGRS na našem území pro stanovení lokalizačního údaje je uvedeno na připojeném obrázku (viz).

Závěr: nadmořské a geodetické (elipsoidické) výšky

Samostatnou kapitolou je úkol stanovení výšek bodů zemského povrchu v jednotném a jednoznačném výškovém systému. V současné praxi jsou běžné tzv. nadmořské výšky, podle STANAG 2211 vztažené k mean sea level - m. s. l., střední hladině moře. Ovšem těchto regionálních systémů je jenom v Evropě dosud 8; v celosvětovém měřítku až 200, přičemž rozdíly mezi nimi dosahují až metrových hodnot. Podstatný, systémový rozdíl je však mezi výškami m. s. l a výškami určovanými GPS (elipsoidickými), který se v globálním měřítku pohybuje mezi +80 až -110 metry.
Na území ČR se tento rozdíl pohybuje mezi hodnotami od +44 m až po +48 m. V zásadě představuje systémový rozdíl mezi vzdálenostmi dvou globálních ploch - geometrické plochy referenčního elipsoidu daného geodetického systému a fyzikální plochy stejného potenciálu tíhového pole Země (geopotenciálu), spojující průměrné výšky hladin světových moří a oceánů - tzv. geoidu. Nadmořské výšky jsou tedy s velkým přiblížením vztaženy k ekvipotenciální ploše geoidu.
Uživatelé technologie GPS si musí být vědomi těchto skutečností a proto by před použitím techniky GPS měli ověřit, který typ výškového systému jim přijímač nabízí - zda výšky m. s. l. nebo výšky elipsoidické. Na základě tohoto ověření lze přistoupit k využívání výškových údajů získaných z různých zdrojů.
Exaktní řešení pro definici globálního vertikálního systému je aktuálním úkolem geografických služeb NATO, na kterém se také úspěšně podílí Vojenský topografický ústav geografické služby AČR.

Poznámky a literatura:

[1] Podle standardu NATO STANAG 2211 je pro vojenské souřadnicové systémy zaveden termín geodetic datum nebo jen datum.
[2] Existují také zeměpisné souřadnice astronomické, které jsou na rozdíl od geodetických vztaženy k tížnici místa, nikoliv k normále k elipsoidu jako zeměpisné souřadnice geodetické; mezi nimi jsou značné rozdíly.
[3] Blíže viz TP AČR č. 0209/1994 a TP AČR č. 0211/1997 k dispozici na spisovnách zařízení AČR.
[4] Richard J. MANNING. "Datums and Grids - What You Don´t Know Can Kill You", Military Intelligence, Oct.-Dec., 2002.

Spojence čeká úkol možná ještě obtížnější než to, co učinili dosud: zlikvidovat zbývající izolovaná ohniska odporu v celé zemi, a hlavně stabilizovat situaci poté, co se zjevně všechny, i civilní struktury iráckého režimu úplně sesypaly. A bude třeba vyvodit nějaké závěry i z pádu druhé fronty: obě strany budou muset přemostit konflikt vyvolaný poraženou stranou mírotvorců: zejména OSN prokázala svou velkou neužitečnost. V ambiciózní roli světového "nejvyššího soudního dvora" se velmi neosvědčila. Měla by projít přestavbou, která by jí dala nějakou realističtější a užitečnější podobu.

Bohumil Doležal
USA zatím uspěly, Evropa ne
MF DNES 10. 4. 2003

<<