background image

Odwzorowanie wiernokątne Gaussa - Krugera 

Najbardziej korzystnym układem z którym mamy do czynienia w geodezji jest układ 

współrzędnych  prostokątnych  (na  płaszczyźnie).  Taki  układ  ułatwia  rozwiązanie 
szeregu  zagadnień,  gdyż  związki  zachodzące  na  płaszczyźnie  dają  się  wyrazić  w 
sposób prosty. 

 
Rzut  Gaussa  –  Krugera  jest  wiernokątnym  odwzorowaniem  walcowym  (walec  w 

położeniu poprzecznym – styczny w południku zwanym południkiem osiowym) 

 
Dal celów geodezyjnych używa się w Polsce trzystopniowych pasów południkowych z 

południkami osiowymi: 

 
 

15°, 18 °, 21 °, 24° 

 

(na wschód od Greenwich) 

 
Przy wyprowadzeniu formuł odwzorowawczych zrobiono następujące założenia: 
1. południk  osiowy  odwzorowuje  się  w  postaci  linii  prostej,  która  służy  jako  oś 

odciętych 

2. odcięta punktu leżącego na południku osiowym powinna być równa długości łuku 

południka liczonego od równika do danego punktu. 

background image

Rzędne w południku są równe zeru, przecięcie południka osiowego z równikiem jest 
początkiem układu. Współrzędnymi punktu P są: 

P

1

 

P

0

 

równik 

połu

dn

ik 

osi

owy

 

X = P

0

 P

1

 

Y = P

1

 P 

Odcięta X ma zawsze znak dodatni. 

Rzędna  Y  będzie  dodatnia  jeżeli  leży  na  wschód  i 
ujemna jeżeli leży na zachód od południka osiowego. 
Aby  jednak  współrzędne  punktów  miały  zawsze 
znak  dodatni  wprowadza  się  następujący  sposób 
oznaczenia.  Rzędną  południka  osiowego  oblicza  się 
dzieląc  numer  południka  osiowego  przez  trzy. 
Otrzymana liczba wskazuje ilość tysięcy kilometrów. 
Następnie  do  tej  liczby  dodaje  się  500  km.  Np.  dla 
południka osiowego, którego długość geodezyjna 
 
    L = 21° 

rzędna wynosi  

Y

0

 = 7500 km 

Jeżeli punkt nie leży  w południku osiowym, to jego rzędna będzie wynosić: 

Y = Y

0

 + y 

background image

4

2

2

3

4

4

2

2

2

4

9

5

cos

sin

24

cos

sin

2

t

B

B

l

N

B

B

l

N

X

X

poł

2

2

2

4

2

5

5

5

2

2

3

3

3

58

14

18

5

cos

120

1

cos

6

cos

t

t

t

B

l

N

t

B

l

N

B

l

N

Y

Gdzie: 

B

cos

'

B

t

tan

Skala m w tym odwzorowaniu wyraża się wzorem: 

2

4

4

4

2

2

2

2

4

5

cos

24

1

cos

2

1

t

B

l

B

l

m

gdzie 

X

poł

- długość łuku południka 

B

poł

MdB

X

0

l – różnica długości geodezyjnych danego punktu i południka osiowego 

(1) 

(2) 

Para funkcji odwzorowawczych Gaussa-Krugera (odwzorowanie elipsoidy obrotowej na 
pobocznice walca) ma następująca postać: 

background image

Powyższe wzory można wykorzystywać do obliczenia współrzędnych, zastąpiwszy w 
nich Xpoł wyrażeniem długości łuku południka. W tym celu należy 

B

B

poł

B

e

dB

e

a

MdB

X

0

0

3

2

2

2

sin

1

1

Jest  to  całka  eliptyczna,  nie  mająca  rozwiązania  w  dziedzinie  funkcji  elementarnych. 
Obliczamy  jej  wartość  rozwijając  wyrażenie  podcałkowe  według  wzory  Newtona  na 
dwumian i całkując następnie ten szereg wyraz po wyrazie. Po rozwinięciu otrzymamy całkę 

B

dB

B

A

B

A

B

A

A

e

a

X

0

6

4

2

0

2

...

6

cos

4

cos

2

cos

1

a po scałkowaniu: 

...

6

sin

4

cos

2

sin

6

4

2

0

B

A

B

A

B

A

B

A

a

X

(3) 

przy czym: 

256

5

64

3

4

1

6

4

2

0

e

e

e

A





4

3

256

15

6

4

4

e

e

A





128

15

4

8

3

6

4

2

2

e

e

e

A

3072

35

6

6

e

A

Za pomocą tych wzorów można osiągnąć dokładność obliczeń x,y lepszą niż 1 mm dla l ≤3° 

background image

Zamiana współrzędnych prostokątnych x, y na geodezyjne B, L wyraża się wzorami, które 
można  otrzymać  rozwiązując  najpierw  iteracyjnie  równania  (1)  i  (2)  względem  B  i  l. 
Objaśnimy  pokrótce  ten  proces.  Najpierw  wyznacza  się  pierwsze  przybliżenie  l,  biorąc 
tylko pierwszy wyraz wzoru (2), tzn.: 

B

N

y

l

cos

Po  podniesieniu  do  trzeciej  potęgi  podstawia  się  otrzymaną  wartość  do  (2).  Z  dwóch 
pierwszych  wyrazów  tak  przekształconego  wzoru  wyznacza  się  l  w  drugim  przybliżeniu. 
Kontynuacja  takiego  postępowania  pozwala  wprowadzić  do  wzoru  na  l  kolejne  wyrazy. 
Otrzymamy: 

2

2

2

4

2

5

5

2

2

3

3

38

6

9

2

5

cos

120

1

cos

6

cos

t

t

t

B

N

y

t

B

N

y

B

N

y

l

Po prawej stronie wzoru występują funkcje nieznanego argumentu B, tzn. N, t, η i cosB. 
Aby  wyliczyć  l,  trzeba  najpierw  wyznaczyć  B.  Wyprowadzenie  wzoru  na  B  jest  nieco 
bardziej złożone. Najpierw należy obliczyć kolejne parzyste potęgi ostatniego wzoru na l. 
Otrzymane  wyrażenia  wprowadza  się  do  wzoru  (1).  PO  przeniesieniu  X  na  lewą  stronę 
otrzymamy wyrażenie na (x-X) w funkcji y, N, t i η, z którego wyeliminowaliśmy l. 

4

2

5

6

4

2

2

3

4

45

30

1

720

4

5

3

1

24

2

t

t

N

t

y

t

N

t

y

N

yt

X

x

background image

Następnie biorąc X ≡ x, wyznacza się przez postępowanie iteracyjne ze wzoru (3) pewna 
wartość szerokości B

1

 odpowiadającą kątowi mierze łuku południka o długości x. 

Różnica długości łuków południka (x-X) może być wyrażona z dostatecznym 
przybiżeniem przez równanie drugiego stopnia względem (B

1

-B) 

2

2

2

1

2

2

2

2

2

1

1

sin

1

cos

2

3

M

B

B

e

a

B

e

B

e

t

B

B

M

X

x

Porównanie prawych stron dwóch ostatnich wyrażeń uwolni nas od wartości (x-X). 
Rozwiązanie otrzymanego równania względem (B

1

-B) metodą kolejnych przybliżeń daje 

wyrażenie na różnicę (B

1

-B). Na koniec rozwinięcie t, η i (MN)

-1

 w szeregi względem 

małej wartości (B1-B) prowadzi do wzoru, w którym - oprócz y – wszystkie inne wielkości 
są zależne od B

1

. Wzór ten przedstawia się następująco: 

4

1

2

1

4

1

4

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

1

1

2

1

45

90

61

360

9

3

5

12

1

2

t

t

N

y

t

t

N

y

t

N

M

y

B

B

background image

Redukcja kierunków i redukcja boków w odwzorowaniu wiernokątnym Gaussa-Krugera 

Wyobraźmy sobie, że na elipsoidzie obrotowej mamy trójkąt P

1

P

2

P

3

. Kąt P

2

P

1

P

3

 zawarty 

jest między przekrojami normalnymi z punktu P

1

 na punkty P

2

 i P

3

. W odwzorowaniu na 

płaszczyznę (odwzorowanie wiernokątne przekroje są liniami krzywymi). W takim 
wypadku zachodzi oczywiście równość katów.

 

Jeśli odwzorujemy na płaszczyznę punkty P

1

, P

2

 i P

3

, a następnie połączymy punkt P

1

’ z 

punktami  P

2

’  i  P

3

’,  to  otrzymany  kąt  nie  będzie  równy  katowi  na  elipsoidzie.  W  takim 

wypadku  nastąpi  zniekształcenie  kątowe  i  jeżeli  chcemy  obliczyć  wielkość  kąta  na 
płaszczyźnie, to musimy uwzględnić redukcje odwzorowawcze. 

background image

Podstawowe  oznaczenia  i  wielkości  stosowane  przy  odwzorowaniu  elipsoidy  na 
płaszczyznę podamy na przykładzie trójkąta P

1

P

2

P

3

.

 

QP – osiowy południk danej strefy 
P

1

P – południk punktu P

1

 

P

1

T – krzywa równoległa do południka 

osiowego QP (równoleżnik 
geodezyjny) 

s, s

1

, s

2

 – linie geodezyjne 

OX – obraz południka osiowego 
P

1

’X – południk punktu P

1

’ 

P

1

’T’ – linia równoległa do południka 

osiowego 

background image

Wskutek  wiernokątności  kąty  między  odpowiednimi  liniami  będą  zachowane.  Kąty  w 
wierzchołkach P

1

P

2

P

3

 trójkąta geodezyjnego są równe kątom trójkąta płaskiego P

1

’P

2

’P

3

’ 

utworzonego przez krzywe – obrazy boków trójkąta na płaszczyźnie. Kat między cięciwą 
a  linia  równoległą  do  południka  osiowego  nazywa  się  kątem  kierunkowym  na 
płaszczyźnie  i  oznacza  się  literą 

.  Kąt  γ  nazywa  się  kątem  zbieżności  południków  na 

płaszczyźnie.  Kąt  δ  (zawarty  między  cięciwą  i  obrazem  linii  geodezyjnej)  nazywa  się 
redukcją kierunku. Różnica δ – t jest wielkością małą czwartego rzędu: 

B

B

l

t

2

2

2

cos

sin

3

2

Kolejność przejścia z elipsoidy na płaszczyznę Gaussa - Krugera 
1. Przeliczamy współrzędne geodezyjne B, L na współrzędne płaskie X, Y. 
2. Przeliczamy azymut wyjściowy linii geodezyjnej na odpowiadający tej linii kąt 
kierunkowy cięciwy 

12

1

12

12

A

21

2

21

21

A

...

"

2

3

1

"

cos

sin

3

1

sin

"

"

2

4

2

2

2

l

B

B

B

l

background image

Zazwyczaj w praktyce obliczanie γ” ograniczamy do pierwszego wyrazu zaś 



2

1

1

2

2

1

2

2

1

2

12

2

6

"

6

2

"

"

y

y

x

x

R

y

y

y

R

x

x

S

s

S

3. Redukujemy boki i kąty na płaszczyznę Gaussa-Krugera. Redukcje kątowe 
wprowadzamy według wzoru: 

12

13

"

"

"

gdzie: 

6

2

"

"

1

3

2

1

3

13

y

y

y

R

x

x

s

S

6

2

"

"

1

2

2

1

2

12

y

y

y

R

x

x

s

S

Dla obszaru Polski wzór ten można uprościć, przyjmując R

S

 (średni promień krzywizny) 

odpowiadający szerokości geodezyjnej B = 52°. Otrzymamy wówczas następujący wzór 
na redukcję kierunku 



2

1

1

2

2

0008439

,

0

"

y

y

x

x

gdzie x i y należy wziąć w kilometrach. 

background image

Redukcje boków wyznaczymy ze wzoru: 

2

2

2

1

2

1

2

6

1

1

y

y

y

y

R

s

d

S

S

Dla obszaru Polski: 

2

2

2

1

2

1

9

0000000040

,

0

1

y

y

y

y

s

d

S

gdzie y należy wziąć w kilometrach.