سیستم تصویر مرکاتور معکوس جهانی (UTM)

سیستم جهانی مرکاتور معکوس یا به اختصار UTM  یکی از سیستم های تصویر استوانه ای با حالت معکوس است . …

این کار مجوز دارد تحت مجوز کریتیو کامنز اختیار-غیرتجاری 4.0 بین‌المللی.

سیستم های تصویر

بر اساس خصوصیات هندسی سیستم های تصویر ، این سیستم ها به سه دسته ی مخروطی ، صفحه ای ، استوانه ای تقسیم می شوند. در این میان اگر دور کره ی زمین در طول استوا یک استوانه را قرار دهیم ، به طوری که مماس باشند  به این نوع تصویر استوانه ای گفته می شود. در صورتی که از یک مخروط برای نمایش استفاده کنیم این نوع تصویر مخروطی و با این اوصاف اگر از یک صفحه مماس بر کره ی زمین استفاده کینم تصویر صفحه ای (اورتوگرافیک ,گونومونیک, استرئوگرافیک) بدست می آید .

سیستم تصویر استوانه ای

تصاویر استوانه ای از تماس استوانه با کره در طول یک دایره ی عظیمیه  به وجود می آیند . حال در صورتی که ما این استوانه را باز کنیم تبدیل به مستطیل میشود که طول آن برابر خط استواست همچنین مدارات و نصف النهارات به صورت عمود روی هم خواهند بود.

در این بین مهمترین تصاویر استوانه ای شامل :

1. استوانه ای ساده
2. استوانه ای هم مساحت لامبرد (یا لامبرت)
3.  تصویر مرکاتور و مرکاتور جانبی

با توجه به نوع برخورد استوانه با کره در صورتی که کره در طول نصف النهاری با استوانه مماس باشد حالت آن معکوس یا (Transverse) گفته می شود . در صورتی که مایل برخورد کند آن را مایل و در حالت برخورد استوانه با استوا آن را عادی می نامند .

سيستم تصوير استوانه‌اي مرکاتور

سامانه مرکاتور در سال ۱۵۷۰ میلادی توسط گراردوس مرکاتور جغرافی‌دان و نقشه‌نگار فلاندری ابداع شد. سيستم تصوير مرکاتور یکی از معروف‌ترين سيستم‌های تصوير در دنياست. دراين سيستم طول مدارها با خط استوا برابر است. هر اندازه به طرف قطبين نزديک مي‌شويم، فواصل مدارها بيشتر مي‌شود، تا جایي‌که در محل قطبين در بينهايت قرار مي‌گيرد و امکان نمايش قطبين وجود ندارد. به دليل اغراق خيلي زياد در عرض‌های جغرافيایی بالا، تصوير مرکاتور براي نمايش آبها و خشکیهای جهان به کار نمیرود. اين تصوير به طور خاص براي دريانوردی و يا مقاصدی که در آن پيدا نمودن جهت صحيح مورد نياز است؛ مانند نمايش جريان‌های دريایی يا جهت باد به کار مي‌رود. اين سيستم تصوير براي كشورهايي مانند ايران كه در مدارات بين صفر تا 60 درجه قرار دارند مناسب‌تر است، ولي برای كشورهایی نظير فنلاند و سوئد كه در مدارات بالاتر از 60 درجه واقع میباشند مناسب نيست.

یو تی ام( Universal Transverse Mercator coordinate system یا UTM )

سیستم جهانی مرکاتور معکوس یا به اختصار UTM  یکی از سیستم های تصویر استوانه ای مرکاتور با حالت معکوس است . سامانه ی مختصاتی جهانی مرکاتور مرجع  در دهه ی 1940 میلادی و توسط ارتش ایالات متحده ی آمریکا بر پایه ی بیضوی مرجع (ژئوسنتریک) شکل گرفت اولین بیضوی مورد استفاده برای این سیستم بیضوی کلارک 1866 و برای هاوایی بر روی بیضوی بین المللی بنا نهاده شد . امروزه ازبیضوی ژئوسنتریک سامانه ژئودتیک جهانی ۱۹۸۴(WGS84) برای مدل‌سازی زمین در سامانه یوتی‌ام می‌شود، این بدین معنی است که مختصات نقاط ممکن است تا بیش از ۲۰۰ متر با مختصات پیشین (بر اساس بیضوی کلارک) متفاوت باشد. مرکاتور سامانه تصویری مشابه است که در آن زاویه و شکل تقریبی زمین حفظ می‌شود ولی فاصله و مساحت دچار تغییر می‌شود، در حالی‌که سامانه مرکاتور معکوس داری تجانس ناهمسانگردی سامانه غیرخطی در امتداد طول و عرض جغرافیایی برای اطمینان از همسانی نقشه بر اساس بیضوی مرجع است.

دلایل به وجود آمدن این سیتم به شرح زیر است :

1. خطاها در جهات مختلف به حد الاقل برسد و از حد خاصی تجاوز نکند
2. بتوان در سیستم مناطق را با اندازه های مختلف به هم پیوند داد و در عین حال تعداد قاچ های و نوار هایی را که باید نشان داد را به حدالاقل رساند که با این توصیف باید فرمول انتقال از یک قاچ به قاچ دیگر در تمام سیستم یکسان و یکنواخت باشد
3. زاویه ی تقارب از 5 درجه تجاوز نکند

ویژگی های UTM

در این سیستم کره ی زمین به 60 زون یا منطقه یا قاچ تقسیم میشود که هر کدام دارای 6 درجه طول جغرافیایی است و هر زون نیز به چهار کوادرانت (چارک) تقسیم میشود . محدوده ی شمالی و جنوبی این سیستم عرض های جغرافیایی 80 درجه ی شمالی و در محدوده ی جنوبی 80 درجه ی جنوبی را در بر میگیرد.

محور های این سیستم مختصات را Easting محور اکس و Northing محور ایگرگ   هستند که بر روی مقادیر قراردادی بنا شده اند . در نیم کره ی شمالی خط استوا با نورثینگ صفر شروع میشود و  در 84 درجه ی شمالی به 9334080 مترنورث ختم میشود (فاصله از استوا) برای سهولت در نیم کره ی جنوبی این مقدار به حای صفر از 10000000 دارد ودر 80 درجه جنوبی  به 1110400 متر نورث ختم می شود .مبدا ایستینگ نصف النهار گرینویچ است و دارای ایستینگ 500000 است به سمت شرق زمین این مقدار افزایش و به طرف غرب زمین این مقدار کاهش می یابد ؛ ایستینگ به سمت شرق به مقدار 833360 متر ایستینگ و در غرب به  مقدار  166640 متر ایستینگ ختم پیدا می کند

کارتوگرافی UTM

• هر یک از نوار های 60 گانه را با یک رقم خاص مشخص میکنند  به طوری که نوار مخصوص بین طول جغرافیایی 180درجه ی شرقی تا 174 درجه ی شرقی عدد یک را به خود اختصاص می دهد .این اعداد نیز به طرف شرق افزایش میابد
• هر قاچ (زون) یا نوار دارای خط مرکزی به نام نصف النهار مرکزی است در نتیجه 60 نصف النهار خواهیم داشت.به عبارت دیگر در اين سيستم نصف‌النهار گرينويچ به عنوان نصف‌النهار مركزی تعریف شده و در هر طرف آن 30 قاچ قرار گرفته و نحوه شمارش قاچ‌ها از غرب به شرق است و نصف‌النهار گرينويچ در زون 30 ام واقع شده است. هر نصف النهار مرکزی دارای ضریب مقیاس (اسکیل فاکتور)  .9996 است و تغیرات مقیاس در سرتاسر نوار سرشکن می شود.
• برای عرض جغرافیایی از حروف انگلیسی C تا X برای نام گذاری هر 8  درجه عرض جغرافیایی به کار می رود . همچنین A,B برای قطب جنوب و B,C برای قطب شمال به کار میرود . در این میان برای جلوگیری اشتباه خواندن حروف I,O  با اعداد 1 و 0 این دو حرف وجود ندارد .

با دقت به تصویر نگاه کنید

شماره گذاری مختصات ها به صورت متر است که از استاندارد زیر پیروی میکند  :

لازم به ذكر است نقشه‌هاي توپوگرافي 1:50000 و 1:250000 ايران با اين سيستم ترسيم شده‌اند. اين سيستم بسيار دقيق بوده و در كارهاي نظامي نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرد و چون تقسيم‌بندي هر طول و عرض در اين سيستم برحسب متر است، محاسبات شبکه مختصات در آن بسيار ساده و سريع انجام می شود.

منابع :

• کارتوگرافی: سید جعفر مقیمی ،مجید همراه؛موسسه ی جغرافیایی و کارتوگرافی گیتا شناسی
• دستورالعمل های همسان نقشه برداری جلد چهارم : کارتوگرافی (کلیات)
• جزوه ی کارتوگرافی دکتر غفاری دانشگاه آزاد واحد سنندج
• https://www.utm.edu/
• http://earth-info.nga.mil/GandG/wgs84/gravitymod/egm96/egm96.html
• http://cddis.nasa.gov/926/egm96/doc/S11.HTML