Положение точки на любой поверхности или в пространстве определяется совокупностью конкретных
величин, называемых координатами. Координаты могут выражаться как в линейной, так и в угловой мере;
они определяют положение координатных линий относительно принятых за начало осей координат. Для
определения положения точек на земной поверхности могут применяться различные системы координат:
географическая, прямоугольная, полярная и др. Наиболее употребительной является система географических
координат.
Малая ось эллипсоида пересекает поверхность последнего в двух точках, которые называются
северными и южным полюсами. Плоскости, проходящие через ось вращения Земли, называются
плоскостями
земных меридианов, которые в сечении с поверхностью Земли образуют большие круги, называемые
меридианами. Плоскость, перпендикулярная земной оси и проходящая через центр эллипсоида, называется
плоскостью экватора. Большой круг, образующийся от пересечения этой плоскости с поверхностью эллипсоида,
называется земным экватором. Плоскости, параллельные плоскости земного экватора в сечении с
поверхностью Земли, образуют малые круги, называемые земными параллелями.
Координатными осями системы географических координат приняты: экватор и один из меридианов,
принимаемый за начальный; координатными линиями являются земные параллели и меридианы, а величинами,
определяющими положение точек, т. е. координатами, географическая широта и географическая долгота.
Географической широтой точки на поверхности Земли называется угол между нормалью к поверхности
эллипсоида в этой точке и плоскостью экватора.
Географическая широта в кораблевождении
обозначается греческой буквой φ (фи). Счет широт ведется от экватора к полюсам от 0 до 90°. Широты
северного полушария считаются положительными и при аналитических расчетах они принимаются со
знаком плюс. Северные широты обозначаются буквой N. Широты точек южного полушария, обозначаемые
буквой S, считаются отрицательными и им приписывается знак минус.
Географическая широта определяет положение параллели, на которой находится определяемая точка.
Географической долготой точки называется двугранный угол, образованный плоскостью начального
меридиана и плоскостью меридиана, проходящего через эту точку.
Двугранный угол измеряется сферическим
углом при полюсе между начальным меридианом и меридианом определяемой точки или численно равной
ему дугой экватора, заключенной между названными меридианами.
За начальный меридиан в принципе может приниматься любой земной меридиан. По международному
соглашению 1884 г. большинством стран мира, в том числе и Советским Союзом, за начальный принят меридиан,
проходящий через Гринвичскую обсерваторию, расположенную около Лондона.
Счет географических долгот ведется к востоку и западу от Гринвичского меридиана от 0 до 180°.
Географическая долгота в кораблевождении обозначается греческой буквой
λ (ламбда). Долготы точек,
находящихся в восточном полушарии, принято считать положительными (знак плюс), западные долготы
считаются отрицательными (знак минус). При определении долготы той или иной точки земной поверхности
обязательно указывают на ее наименование: восточной — Оst или, как сейчас принято, Е, западной —
W.
В зависимости от метода вычисления- географических координат различают координаты геодезические и
астрономические.
В геометрическом определении геодезических координат, которые получаются в результате геодезических
измерений (триангуляции, полигонометрии), никакой разницы с общей формулировкой географических
координат нет. Места точек, фиксируемых геодезической широтой и геодезической долготой, относятся
также к математически правильной фигуре—эллипсоиду вращения.
При определении места астрономическими способами наблюдатель имеет дело с линией отвеса,
совпадающей с направлением силы тяжести, а не с нормалью к поверхности эллипсоида. Поэтому в
астрономической системе координат широта определится как угол между плоскостью экватора и направлением
отвеса в данной точке. Долгота места, определенного астрономическим способом, представляет собой
двугранный угол между плоскостью начального меридиана (меридиана Гринвича) и плоскостью
астрономического меридиана данной точки. Примененный термин—астрономический меридиан — надо
понимать как след от сечения земной поверхности плоскостью, проходящей через отвесную линию в
данной точке и параллельной оси мира. Из определения астрономических координат видно, что они в
отличие от геодезических координат фиксируют положение точек относительно поверхности действительной
фигуры Земли—геоида.
Нормаль к поверхности земного эллипсоида в общем случае не проходит через центр Земли. Вместе
с тем при решении астрономических задач, а также ряда специальных задач математической картографии
появляется необходимость определять положение точек земной поверхности относительно
центра Земли. В этом случае долгота произвольной точки К определится также, как и в географической
системе координат, а, широта получится как угол между плоскостью экватора и прямой, соединяющей
данную точку с центром эллипсоида. Такая широта называется геоцентрической широтой и обозначается φ'.
На рисунке видно, что геоцентрическая широта в общем случае меньше географической широты на величину
редукции r широты, которая может быть подсчитана по формуле
r'' = φ - φ' = α sin 2 φ / arc 1'' (3 формула)
Для точек, расположенных на экваторе и на полюсе, редукция широты равна нулю. Наибольшего значения
(11,5') редукция достигает в широте 45°.
В случаях, когда форма Земли принимается за шар, положение точек на Земле—шаре определяется так же,
как и на поверхности эллипсоида, их географическими координатами, т. е. широтой и долготой. Но нормаль на
Земле—шаре совпадает с его радиусом.
Поэтому географической широтой φ некоторой точки М на земном
шаре будет угол при центре сферы между
плоскостью экватора и радиусом, проходящим через определяемую точку. Из сопоставления определений
широты видно, что геоцентрическая широта является лишь частным случаем широты сферической.