¿Cómo un Sistema de Referencia Espacial como WGS84 tiene un elipsoide y un geoide?

Question

Descubrí que WGS84 es un elipsoide con un "componente geoidal", pero no estoy seguro de cómo puede ser. Esto es de PostGIS in Action, Segunda Edición (pág. 64), pero parecía un poco vago.

Afortunadamente, hoy en día el mundo se está decantando por los elipsoides del Sistema Geodésico Mundial (WGS 84) y del Sistema de Referencia Geodésico (GRS 80), siendo el WGS 84 el estándar de elección. El WGS 84 es en lo que se basan todos los sistemas de GPS. [...] Llamar simplemente al WGS 84 un elipsoide no es del todo preciso. Los sistemas de GPS WGS 84 que usamos también tienen un componente geoidal. El sistema WGS 84 actual utiliza el Modelo Gravitacional de la Tierra de 1996 (EGM96) y es el elipsoide que mejor se ajusta al modelo geoidal para los puntos de levantamiento seleccionados en el conjunto.

¿Cómo puede tener un sistema de coordenadas elipsoidales también un "componente geoidal"?

Answer 1

WGS84 es nativamente XYZ, al igual que los Marcos de Referencia Terrestres Internacionales (ITRF), y puedes usar un modelo de elipsoide para convertir a latitud, longitud y altura elipsoidal. Las alturas elipsoidales no son muy útiles. El agua puede fluir aquí arriba, y no refleja en absoluto el terreno.

Un geoide, más o menos, es la superficie que obtendrías si hubiera tubos bajo todos los continentes para que los océanos pudieran asentarse por igual en todas partes (sin mareas, sin rotación, etc.). Un nivel medio del mar último.

Es mucho más útil convertir a alturas geoidales usando un modelo que contenga las desviaciones entre la superficie del elipsoide y la superficie del geoide. De esa manera tus datos reflejan mejor el terreno, el agua fluye cuesta abajo, etc.

El sistema GPS de EE.UU. usa WGS84 lo cual lo hace interesante porque los consumidores normales no tienen acceso a puntos de control WGS84 o estaciones CORS para RTK o procesar los datos tan precisa como podría ser. Esa información solo está disponible para miembros del ejército de EE.UU., quizás algunos miembros de la OTAN u otro personal aliado que tengan autorizaciones de seguridad.

Otros sistemas GNSS no utilizan WGS84. El sistema Glonass usa PZ-90. BeiDou puede usar CGJ-02.

Answer 2

Cuando se miden alturas, debería haber un punto inicial o punto cero como referencia para la medición. Ahí es donde encajan el Geoide y el Elipsoide. El Elipsoide y el Geoide se consideran los puntos iniciales (cero), desde donde se referencia las alturas. Las alturas derivadas de satélites (es decir, el uso de RTK GPS, GPS de mano, etc.) se hacen con referencia a un Elipsoide. Dado que los satélites orbitan alrededor del mundo, el principio se puede explicar básicamente como que la referencia al elipsoide es global, pero la situación es que el elipsoide no se ajusta mejor globalmente en todas las zonas y países, por lo que otras zonas o países utilizan el geoide (que es el nivel medio del mar como su punto cero). Sí, ambos son Datum y están relacionados, pero no son lo mismo. Entonces, la Altura Ortométrica (es decir, la altura desde el Geoide) funciona mejor para algunas zonas y países, y el Elipsoide también lo mismo. Un sistema de coordenadas puede tener ambos componentes (es decir, Geoide y elipse). El Geoide (h) y el elipsoide (h) corren en paralelo, y la diferencia o separación u offset (N) entre ellos ayuda a que se relacionen. Por ejemplo, si las coordenadas WGS84 fueron derivadas usando un GPS de mano, puedo procesar las coordenadas z a Altura Ortométrica (con referencia al Geoide) si conozco el offset (N). Entonces sí, el sistema de referencia espacial como WGS84 puede tener un componente de elipsoide y geoide, si se conocen los parámetros "N".

Answer 3

El texto no es preciso. GRS80 y WGS84 describen realmente solo el elipsoide, no están directamente relacionados con ningún geoide como sugiere el texto.

Pero como la elevación sobre el elipsoide de WGS84 no es realmente útil, la mayoría de los dispositivos GPS la convierten automáticamente en altura sobre el nivel del mar utilizando algún modelo geoide. EGM96 es uno de ellos (también hay una versión más nueva, EGM08).

Answer 4

El geoide es el modelo de gravedad, el elipsoide es una forma de referencia para la construcción de coordenadas.

El geoide es una forma de especificar el campo gravitacional de la tierra. Con el geoide, puedes calcular la fuerza de gravedad sobre, por ejemplo, un satélite.

El elipsoide aproxima la forma de la tierra de una manera matemáticamente manejable. No tiene montañas ni nada, pero es el mejor ajuste de un elipsoide a la forma de la tierra. El elipsoide te proporciona las variables con las que puedes expresar la posición del satélite.

Si la Tierra tuviera una densidad uniforme, ambos serían esencialmente lo mismo. Imagina, sin embargo, una tierra llena de dos sustancias de densidades muy diferentes, aunque sea un elipsoide perfecto. Si el hemisferio norte tuviera toda la sustancia menos densa y el hemisferio sur la sustancia más densa, entonces los satélites no orbitarían alrededor del centro del elipsoide.

Debido a que la forma de la Tierra está en gran medida determinada por su campo gravitacional, los dos conceptos son fácilmente confundidos, pero no son lo mismo.