ISO 19111:2007
(Main)Geographic information — Spatial referencing by coordinates
Geographic information — Spatial referencing by coordinates
ISO 19111:2007 defines the conceptual schema for the description of spatial referencing by coordinates, optionally extended to spatio-temporal referencing. It describes the minimum data required to define one-, two- and three-dimensional spatial coordinate reference systems with an extension to merged spatial-temporal reference systems. It allows additional descriptive information to be provided. It also describes the information required to change coordinates from one coordinate reference system to another. In ISO 19111:2007, a coordinate reference system does not change with time. For coordinate reference systems defined on moving platforms such as cars, ships, aircraft and spacecraft, the transformation to an Earth-fixed coordinate reference system can include a time element. ISO 19111:2007 is applicable to producers and users of geographic information. Although it is applicable to digital geographic data, its principles can be extended to many other forms of geographic data such as maps, charts and text documents. The schema described can be applied to the combination of horizontal position with a third non-spatial parameter which varies monotonically with height or depth. This extension to non-spatial data is beyond the scope of ISO 19111:2007 but can be implemented through profiles.
Information géographique — Système de références spatiales par coordonnées
L'ISO 19111:2007 définit le schéma conceptuel de la description d'un système de références spatiales par coordonnées qui peut éventuellement être étendu à un système de références spatio-temporelles. Les données minimales requises pour définir des systèmes unidimensionnels, bidimensionnels et tridimensionnels de coordonnées de références spatiales avec une extension aux systèmes de références spatio-temporelles sont décrites. Cela permet de fournir des informations descriptives supplémentaires. Les informations requises pour modifier les coordonnées d'un système de coordonnées de référence à un autre sont également fournies. Dans l'ISO 19111:2007, un système de coordonnées de référence ne change pas dans le temps. Pour les systèmes de coordonnées de référence définis sur des plates-formes mobiles telles que les véhicules, les navires, les avions et les navettes spatiales, la transformation en système de coordonnées de référence de type trièdre terrestre peut inclure un élément temporel. L'ISO 19111:2007 est applicable aux producteurs et aux utilisateurs d'informations géographiques. Bien qu'elle soit applicable aux données géographiques numériques, il est possible d'élargir ses principes à de nombreux autres types de données géographiques tels que les cartes, les tableaux et les textes. Le schéma décrit peut être appliqué à l'association de la position horizontale à un troisième paramètre non spatial qui varie de façon régulière avec la hauteur ou la profondeur. Cet élargissement aux données non spatiales dépasse le domaine d'application de l'ISO 19111:2007, mais il peut être mis en œuvre par l'intermédiaire des profils.
General Information
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 19111
Second edition
2007-07-01
Geographic information — Spatial
referencing by coordinates
Information géographique — Système de références spatiales par
coordonnées
Reference number
ISO 19111:2007(E)
©
ISO 2007
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ISO 19111:2007(E)
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ISO 19111:2007(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Conformance requirements. 1
3 Normative references . 1
4 Terms and definitions. 2
5 Conventions . 7
5.1 Symbols . 7
5.2 Abbreviated terms . 7
5.3 UML notation. 8
5.4 Attribute status . 9
6 Spatial referencing by coordinates — Overview . 9
6.1 Relationship between coordinates and coordinate reference system. 9
6.2 UML model for spatial referencing by coordinates — Overview . 11
7 Identified Object package . 12
7.1 General. 12
7.2 UML schema for the Identified Object package. 12
8 Coordinate Reference System package . 15
8.1 Reference system . 15
8.2 Coordinate reference system . 15
8.3 UML schema for the Coordinate Reference System package . 17
9 Coordinate System package. 23
9.1 Introduction . 23
9.2 Coordinate system. 23
9.3 Coordinate system axis . 24
9.4 UML schema for the Coordinate System package . 25
10 Datum package . 34
10.1 Types of datums . 34
10.2 Geodetic datum. 34
10.3 UML schema for the Datum package.34
11 Coordinate Operation package . 41
11.1 General characteristics of coordinate operations. 41
11.2 UML schema for the Coordinate Operation package. 41
Annex A (normative) Abstract test suite. 51
Annex B (informative) Context for modelling of spatial referencing by coordinates . 53
Annex C (informative) Spatial referencing by coordinates – Geodetic concepts. 62
Annex D (informative) Examples . 65
Annex E (informative) Recommended best practice for interfacing to ISO 19111 . 77
Bibliography . 78
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ISO 19111:2007(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 19111 was prepared by Technical Committee ISO/TC 211, Geographic information/Geomatics, in close
collaboration with the Open Geospatial Consortium (OGC).
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 19111:2003), which has been technically
revised.
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ISO 19111:2007(E)
Introduction
Geographic information contains spatial references which relate the features represented in the data to
positions in the real world. Spatial references fall into two categories:
⎯ those using coordinates;
⎯ those based on geographic identifiers.
[4]
Spatial referencing by geographic identifiers is defined in ISO 19112 . This International Standard describes
the data elements, relationships and associated metadata required for spatial referencing by coordinates. It
describes the elements that are necessary to fully define various types of coordinate systems and coordinate
reference systems applicable to geographic information. The subset of elements required is partially
dependent upon the type of coordinates. This International Standard also includes optional fields to allow for
the inclusion of non-essential coordinate reference system information. The elements are intended to be both
machine and human readable.
The traditional separation of horizontal and vertical position has resulted in coordinate reference systems that
are horizontal (2D) and vertical (1D) in nature, as opposed to truly three-dimensional. It is established practice
to define a three-dimensional position by combining the horizontal coordinates of a point with a height or depth
from a different coordinate reference system. In this International Standard, this concept is defined as a
compound coordinate reference system.
The concept of coordinates can be expanded from a strictly spatial context to include time. ISO 19108
describes temporal schema. Time can be added as a temporal coordinate reference system within a
compound coordinate reference system. It is even possible to add two time-coordinates, provided the two
coordinates describe different independent quantities.
EXAMPLE An example is the time/space position of a subsurface point of which the vertical coordinate is expressed
as the two-way travel time of a sound signal in milliseconds, as is common in seismic imaging. A second time-coordinate
indicates the time of observation, usually expressed in whole years.
Certain scientific communities use three-dimensional systems where horizontal position is combined with a
non-spatial parameter. In these communities, the parameter is considered to be a third, vertical axis. The
parameter, although varying monotonically with elevation or depth, does not necessarily vary in a simple
manner; thus, conversion from the parameter to height or depth is non-trivial. The parameters concerned are
normally absolute measurements and the datum is taken with reference to a direct physical measurement of
the parameter. These non-spatial parameters are beyond the scope of this International Standard. However,
the modelling constructs described within this International Standard can be applied through a profile specific
to a community.
In addition to describing a coordinate reference system, this International Standard provides for the
description of a coordinate transformation or a coordinate conversion between two different coordinate
reference systems. With such information, spatial data referred to different coordinate reference systems can
be related to one specified coordinate reference system. This facilitates spatial data integration. Alternatively,
an audit trail of coordinate reference system manipulations can be maintained.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 19111:2007(E)
Geographic information — Spatial referencing by coordinates
1 Scope
This International Standard defines the conceptual schema for the description of spatial referencing by
coordinates, optionally extended to spatio-temporal referencing. It describes the minimum data required to
define one-, two- and three-dimensional spatial coordinate reference systems with an extension to merged
spatial-temporal reference systems. It allows additional descriptive information to be provided. It also
describes the information required to change coordinates from one coordinate reference system to another.
In this International Standard, a coordinate reference system does not change with time. For coordinate
reference systems defined on moving platforms such as cars, ships, aircraft and spacecraft, the
transformation to an Earth-fixed coordinate reference system can include a time element.
This International Standard is applicable to producers and users of geographic information. Although it is
applicable to digital geographic data, its principles can be extended to many other forms of geographic data
such as maps, charts and text documents.
The schema described can be applied to the combination of horizontal position with a third non-spatial
parameter which varies monotonically with height or depth. This extension to non-spatial data is beyond the
scope of this International Standard but can be implemented through profiles.
2 Conformance requirements
This International Standard defines two classes of conformance, Class A for conformance of coordinate
reference systems and Class B for coordinate operations between two coordinate reference systems. Any
coordinate reference system claiming conformance to this International Standard shall satisfy the
requirements given in A.1. Any coordinate operation claiming conformance to this International Standard shall
satisfy the requirements given in A.2.
3 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the cited edition applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO/TS 19103, Geographic information — Conceptual schema language
ISO 19108, Geographic information — Temporal schema
ISO 19115, Geographic information — Metadata
Normative reference to ISO 19115 is restricted as follows. In this International Standard, normative reference
to ISO 19115 excludes the MD_CRS class and its component classes. ISO 19115 class MD_CRS and its
component classes specify descriptions of coordinate reference systems elements. These elements are
modelled in this International Standard.
NOTE The MD_CRS class and its component classes were deleted from ISO 19115:2003 through Technical
Corrigendum 1:2006.
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ISO 19111:2007(E)
4 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
4.1
affine coordinate system
coordinate system in Euclidean space with straight axes that are not necessarily mutually perpendicular
4.2
Cartesian coordinate system
coordinate system which gives the position of points relative to n mutually perpendicular axes
NOTE n is 2 or 3 for the purposes of this International Standard.
4.3
compound coordinate reference system
coordinate reference system using at least two independent coordinate reference systems
NOTE Coordinate reference systems are independent of each other if coordinate values in one cannot be converted
or transformed into coordinate values in the other.
4.4
concatenated operation
coordinate operation consisting of sequential application of multiple coordinate operations
4.5
coordinate
one of a sequence of n numbers designating the position of a point in n-dimensional space
NOTE In a coordinate reference system, the coordinate numbers are qualified by units.
4.6
coordinate conversion
coordinate operation in which both coordinate reference systems are based on the same datum
EXAMPLE Conversion from an ellipsoidal coordinate reference system based on the WGS 84 datum to a Cartesian
coordinate reference system also based on the WGS 84 datum, or change of units such as from radians to degrees or feet
to meters.
NOTE A coordinate conversion uses parameters which have specified values that are not determined empirically.
4.7
coordinate operation
change of coordinates, based on a one-to-one relationship, from one coordinate reference system to
another
NOTE Supertype of coordinate transformation and coordinate conversion.
4.8
coordinate reference system
coordinate system that is related to an object by a datum
NOTE For geodetic and vertical datums, the object will be the Earth.
4.9
coordinate set
collection of coordinate tuples related to the same coordinate reference system
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ISO 19111:2007(E)
4.10
coordinate system
set of mathematical rules for specifying how coordinates are to be assigned to points
4.11
coordinate transformation
coordinate operation in which the two coordinate reference systems are based on different datums
NOTE A coordinate transformation uses parameters which are derived empirically by a set of points with known
coordinates in both coordinate reference systems.
4.12
coordinate tuple
tuple composed of a sequence of coordinates
NOTE The number of coordinates in the coordinate tuple equals the dimension of the coordinate system; the order of
coordinates in the coordinate tuple is identical to the order of the axes of the coordinate system.
4.13
cylindrical coordinate system
three-dimensional coordinate system with two distance and one angular coordinates
4.14
datum
parameter or set of parameters that define the position of the origin, the scale, and the orientation of a
coordinate system
4.15
depth
distance of a point from a chosen reference surface measured downward along a line perpendicular to that
surface
NOTE A depth above the reference surface will have a negative value.
4.16
easting
E
distance in a coordinate system, eastwards (positive) or westwards (negative) from a north-south reference
line
4.17
ellipsoid
surface formed by the rotation of an ellipse about a main axis
NOTE In this International Standard, ellipsoids are always oblate, meaning that the axis of rotation is always the
minor axis.
4.18
ellipsoidal coordinate system
geodetic coordinate system
coordinate system in which position is specified by geodetic latitude, geodetic longitude and (in the three-
dimensional case) ellipsoidal height
4.19
ellipsoidal height
geodetic height
h
distance of a point from the ellipsoid measured along the perpendicular from the ellipsoid to this point,
positive if upwards or outside of the ellipsoid
NOTE Only used as part of a three-dimensional ellipsoidal coordinate system and never on its own.
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ISO 19111:2007(E)
4.20
engineering coordinate reference system
coordinate reference system based on an engineering datum
EXAMPLES Local engineering and architectural grids; coordinate reference system local to a ship or an orbiting
spacecraft.
4.21
engineering datum
local datum
datum describing the relationship of a coordinate system to a local reference
NOTE Engineering datum excludes both geodetic and vertical datums.
EXAMPLE A system for identifying relative positions within a few kilometres of the reference point.
4.22
flattening
f
ratio of the difference between the semi-major (a) and semi-minor axis (b) of an ellipsoid to the semi-major
axis; f = (a – b)/a
NOTE Sometimes inverse flattening 1/f = a/(a − b) is given instead; 1/f is also known as reciprocal flattening.
4.23
geodetic coordinate reference system
coordinate reference system based on a geodetic datum
4.24
geodetic datum
datum describing the relationship of a two- or three-dimensional coordinate system to the Earth
4.25
geodetic latitude
ellipsoidal latitude
ϕ
angle from the equatorial plane to the perpendicular to the ellipsoid through a given point, northwards treated
as positive
4.26
geodetic longitude
ellipsoidal longitude
λ
angle from the prime meridian plane to the meridian plane of a given point, eastward treated as positive
4.27
geoid
equipotential surface of the Earth’s gravity field which is everywhere perpendicular to the direction of gravity
and which best fits mean sea level either locally or globally
4.28
gravity-related height
H
height dependent on the Earth’s gravity field
NOTE This refers to in particular orthometric height or normal height, which are both approximations of the distance
of a point above the mean sea level.
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ISO 19111:2007(E)
4.29
height
h, H
distance of a point from a chosen reference surface measured upward along a line perpendicular to that
surface
NOTE A height below the reference surface will have a negative value.
4.30
image coordinate reference system
coordinate reference system based on an image datum
4.31
image datum
engineering datum which defines the relationship of a coordinate system to an image
4.32
linear coordinate system
one-dimensional coordinate system in which a linear feature forms the axis
EXAMPLES Distances along a pipeline; depths down a deviated oil well bore.
4.33
map projection
coordinate conversion from an ellipsoidal coordinate system to a plane
4.34
mean sea level
average level of the surface of the sea over all stages of tide and seasonal variations
NOTE Mean sea level in a local context normally means mean sea level for the region calculated from observations
at one or more points over a given period of time. Mean sea level in a global context differs from a global geoid by not
more than 2 m.
4.35
meridian
intersection of an ellipsoid by a plane containing the shortest axis of the ellipsoid
NOTE This term is often used for the pole-to-pole arc rather than the complete closed figure.
4.36
northing
N
distance in a coordinate system, northwards (positive) or southwards (negative) from an east-west reference
line
4.37
polar coordinate system
two-dimensional coordinate system in which position is specified by distance and direction from the origin
NOTE For the three-dimensional case, see spherical coordinate system (4.44).
4.38
prime meridian
zero meridian
meridian from which the longitudes of other meridians are quantified
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ISO 19111:2007(E)
4.39
projected coordinate reference system
coordinate reference system derived from a two-dimensional geodetic coordinate reference system by
applying a map projection
4.40
semi-major axis
a
semi-diameter of the longest axis of an ellipsoid
NOTE This equates to the semi-diameter of the ellipsoid measured in its equatorial plane.
4.41
semi-minor axis
b
semi-diameter of the shortest axis of an ellipsoid
NOTE The shortest axis coincides with the rotation axis of the ellipsoid and therefore contains both poles.
4.42
sequence
finite, ordered collection of related items (objects or values) that may be repeated
[ISO 19107]
4.43
spatial reference
description of position in the real world
NOTE This may take the form of a label, code or coordinate tuple.
4.44
spherical coordinate system
three-dimensional coordinate system with one distance measured from the origin and two angular
coordinates, commonly associated with a geodetic coordinate reference system
NOTE Not to be confused with an ellipsoidal coordinate system based on an ellipsoid ‘degenerated’ into a sphere.
4.45
tuple
ordered list of values
[ISO 19136]
4.46
unit
defined quantity in which dimensioned parameters are expressed
NOTE In this International Standard, the subtypes of units are length units, angular units, time units, scale units and
pixel spacing units.
4.47
vertical coordinate reference system
one-dimensional coordinate reference system based on a vertical datum
4.48
vertical coordinate system
one-dimensional coordinate system used for gravity-related height or depth measurements
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ISO 19111:2007(E)
4.49
vertical datum
datum describing the relation of gravity-related heights or depths to the Earth
NOTE In most cases, the vertical datum will be related to mean sea level. Ellipsoidal heights are treated as related to
a three-dimensional ellipsoidal coordinate system referenced to a geodetic datum. Vertical datums include sounding
datums (used for hydrographic purposes), in which case the heights may be negative heights or depths.
5 Conventions
5.1 Symbols
a semi-major axis
b semi-minor axis
E easting
f flattening
H gravity-related height
h ellipsoidal height
N northing
λ geodetic longitude
ϕ geodetic latitude
E, N Cartesian coordinates in a projected coordinate reference system
X, Y, Z Cartesian coordinates in a geodetic coordinate reference system
i, j, [k] Cartesian coordinates in an engineering coordinate reference system
r, θ polar coordinates in a 2D engineering coordinate reference system
r, Ω, θ spherical coordinates in a 3D engineering or geodetic coordinate reference system
5.2 Abbreviated terms
CC change coordinates (package abbreviation in UML model)
CD coordinate datum (package abbreviation in UML model)
CCRS compound coordinate reference system
CRS coordinate reference system
CS coordinate system (also, package abbreviation in UML model)
IO identified object (package abbreviation in UML model)
MSL mean sea level
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ISO 19111:2007(E)
pixel a contraction of “picture element”, the smallest element of a digital image to which attributes are
assigned
RS reference system (package abbreviation in UML model)
SC spatial referencing by coordinates (package abbreviation in UML model)
SI le Système International d’unités
UML Unified Modeling Language
URI Uniform Resource Identifier
1D one-dimensional
2D two-dimensional
3D three-dimensional
5.3 UML notation
In this International Standard, the conceptual schema for describing coordinate reference systems and
coordinate operations is modelled with the Unified Modelling Language (UML). The basic data types and UML
[9]
diagram notations are defined in ISO/TS 19103 and ISO/IEC 19501 .
In this International Standard, the following stereotypes of UML classes are used:
a) <> a descriptor of a set of values that lack identity (independent existence and the
possibility of side effects); a DataType is a class with no operations whose primary
purpose is to hold the information;
b) <> a class used for specification of a domain of objects together with operations applicable
to the objects;
c) <> a flexible enumeration that uses string values for expressing a list of potential values;
d) <> contains a list of attributes where only one of those attributes can be present at any
time.
The following data types defined in ISO/TS 19103 are used:
⎯ Angle amount of rotation required to bring one line or plane into coincidence with another;
⎯ Boolean a value specifying TRUE or FALSE;
⎯ CharacterString a sequence of characters;
⎯ Date a character string which comprises year, month and day in the format as specified by
ISO 8601;
⎯ GenericName a generic name structure in the context of namespaces, defined in ISO/TS 19103;
⎯ Integer an integer number;
⎯ Length the measure of distance;
⎯ Measure result from performing the act or process of ascertaining the extent, dimensions or
quantity of some entity;
8 © ISO 2007 – All rights reserved
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ISO 19111:2007(E)
⎯ Number abstract class that can be subtyped to a specific number type (real, integer, decimal,
double, float);
⎯ Scale the ratio of one quantity to another;
⎯ Unit of Measure any of the systems devised to measure some physical quantity.
In addition, a Sequence type of collection is used, which contains an ordered list of values with the specified
data type. The format used is “Sequence”.
In the UML diagrams in this International Standard, grey boxes indicate classes from other packages.
5.4 Attribute status
In this International Standard, attributes are given an obligation status:
Obligation Definition Meaning
M mandatory This attribute shall be supplied.
C conditional This attribute shall be supplied if the condition (given in the attribute
description) is true. It may be supplied if the condition is false.
O optional This attribute may b
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 19111
Deuxième édition
2007-07-01
Information géographique — Système de
références spatiales par coordonnées
Geographic information — Spatial referencing by coordinates
Numéro de référence
ISO 19111:2007(F)
©
ISO 2007
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ISO 19111:2007(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2007 – Tous droits réservés
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ISO 19111:2007(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Exigences de conformité . 1
3 Références normatives . 1
4 Termes et définitions. 2
5 Conventions . 7
5.1 Symbole . 7
5.2 Abréviations . 8
5.3 Notation UML. 8
5.4 État des attributs. 9
6 Système de références spatiales par coordonnées — Présentation . 10
6.1 Relation entre des coordonnées et un système de coordonnées de référence . 10
6.2 Modèle UML du système de références spatiales par coordonnées — Présentation. 12
7 Module d'objet identifié. 12
7.1 Généralités . 12
7.2 Schéma UML du module d'objet identifié . 13
8 Module du système de coordonnées de référence . 16
8.1 Système de référence. 16
8.2 Système de coordonnées de référence. 16
8.3 Schéma UML du module de système de coordonnées de référence. 18
9 Module de système de coordonnées.24
9.1 Introduction . 24
9.2 Système de coordonnées . 24
9.3 Axe du système de coordonnées. 25
9.4 Schéma UML du module de système de coordonnées . 26
10 Module de référence. 34
10.1 Types de références . 34
10.2 Référence géodésique. 34
10.3 Schéma UML pour le module de référence. 35
11 Module d'opération sur les coordonnées . 41
11.1 Caractéristiques générales relatives aux opérations sur les coordonnées. 41
11.2 Schéma UML du module d'opération sur les coordonnées . 41
Annexe A (normative) Séquence d'essais abstraits. 52
Annexe B (informative) Contexte de modélisation de référencement spatial par coordonnées . 54
Annexe C (informative) Système de références spatiales par coordonnées — Concepts
géodésiques . 64
Annexe D (informative) Exemples . 68
Annexe E (informative) Meilleure pratique recommandée relative à l'interface avec l'ISO 19111 . 83
Bibliographie . 84
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ISO 19111:2007(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 19111 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 211, Information géographique/Géomatique, en
collaboration avec l'Open Geospatial Consortium (OGC).
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 19111:2003), qui a fait l'objet d'une
révision technique.
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ISO 19111:2007(F)
Introduction
Les informations géographiques contiennent des références spatiales qui associent les caractéristiques
représentées dans les données à des positions dans le monde réel. Les références spatiales peuvent être
classées dans deux catégories:
⎯ les références utilisant des coordonnées;
⎯ les références fondées sur des identificateurs géographiques.
[4]
Les systèmes de références spatiales par identificateurs géographiques sont définis dans l'ISO 19112 . La
présente Norme internationale décrit les éléments de données, les relations et les métadonnées associées
requis pour les systèmes de références spatiales par coordonnées. Elle décrit les éléments nécessaires pour
définir intégralement les différents types de systèmes de coordonnées, et de systèmes de coordonnées de
référence, applicables aux informations géographiques. Le sous-ensemble d'éléments requis dépend en
partie du type de coordonnées. La présente Norme internationale inclut également des champs facultatifs
destinés aux informations non essentielles relatives aux systèmes de coordonnées de référence. Les
éléments doivent être lisibles à la fois par les machines et par l'homme.
La séparation traditionnelle des positions horizontale et verticale a abouti à des systèmes de coordonnées de
référence horizontaux (2D) et verticaux (1D) de nature, par opposition aux systèmes en trois dimensions. La
définition d'une position tridimensionnelle s'effectue en général en associant les coordonnées horizontales
d'un point à la hauteur ou à la profondeur d'un système de coordonnées de référence différent. Dans la
présente Norme internationale, ce concept est défini en tant que système de coordonnées de référence
combiné.
Le concept des coordonnées peut aller au-delà du contexte exclusivement spatial pour inclure le contexte
temporel. L'ISO 19108 décrit un schéma temporel. Le temps peut être intégré en tant que système de
coordonnées de référence temporel à un système de coordonnées de référence combiné. Il est même
possible d'ajouter deux coordonnées temporelles, à condition que ces deux coordonnées décrivent différentes
quantités indépendantes.
EXEMPLE Il peut s'agir par exemple de la position temporelle/spatiale d'un point situé sous la surface dont la
coordonnée verticale est exprimée, en millisecondes, par le temps de propagation bidirectionnelle d'un signal sonore, tel
que communément utilisé dans l'imagerie sismique. Une deuxième coordonnée temporelle indique le temps d'observation,
généralement exprimé en années.
Certaines communautés scientifiques utilisent des systèmes tridimensionnels dans lesquels la position
horizontale est associée à un paramètre non spatial. Dans ces communautés, ce paramètre est considéré
comme un troisième axe vertical. Bien qu'il varie de façon régulière avec la hauteur ou la profondeur, il ne
varie pas nécessairement d'une manière simple. En effet, la conversion du paramètre en hauteur ou en
profondeur n'est pas sans importance. Les paramètres en question sont normalement des mesures absolues
et la référence est prise à partir d'une mesure physique directe du paramètre. Ces paramètres non spatiaux
dépassent le domaine d'application de la présente Norme internationale. Cependant, les concepts de
modélisation décrits dans la présente Norme internationale peuvent être appliqués à une communauté par
l'intermédiaire d'un profil spécifique.
Outre la description d'un système de coordonnées de référence, la présente Norme internationale inclut la
description d'une transformation ou d'une conversion de coordonnées entre deux systèmes de coordonnées
de référence. À l'aide de ces informations, les données spatiales, associées à des systèmes de coordonnées
de référence différents, peuvent être liées à un système de coordonnées de référence spécifié. Cela facilite
l'intégration de données spatiales. En outre, il est possible de gérer une trace d'audit des manipulations des
systèmes de coordonnées de référence.
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NORME INTERNATIONALE ISO 19111:2007(F)
Information géographique — Système de références spatiales
par coordonnées
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale définit le schéma conceptuel de la description d'un système de références
spatiales par coordonnées qui peut éventuellement être étendu à un système de références spatio-
temporelles. Les données minimales requises pour définir des systèmes unidimensionnels, bidimensionnels
et tridimensionnels de coordonnées de références spatiales avec une extension aux systèmes de références
spatio-temporelles sont décrites. Cela permet de fournir des informations descriptives supplémentaires. Les
informations requises pour modifier les coordonnées d'un système de coordonnées de référence à un autre
sont également fournies.
Dans la présente Norme internationale, un système de coordonnées de référence ne change pas dans le
temps. Pour les systèmes de coordonnées de référence définis sur des plates-formes mobiles telles que les
véhicules, les navires, les avions et les navettes spatiales, la transformation en système de coordonnées de
référence de type trièdre terrestre peut inclure un élément temporel.
La présente Norme internationale est applicable aux producteurs et aux utilisateurs d'informations
géographiques. Bien qu'elle soit applicable aux données géographiques numériques, il est possible d'élargir
ses principes à de nombreux autres types de données géographiques tels que les cartes, les tableaux et les
textes.
Le schéma décrit peut être appliqué à l'association de la position horizontale à un troisième paramètre non
spatial qui varie de façon régulière avec la hauteur ou la profondeur. Cet élargissement aux données non
spatiales dépasse le domaine d'application de la présente Norme internationale, mais il peut être mis en
œuvre par l'intermédiaire des profils.
2 Exigences de conformité
La présente Norme internationale définit deux classes de conformité: la classe A pour la conformité des
systèmes de coordonnées de référence et la classe B pour les opérations sur les coordonnées entre deux
systèmes de coordonnées de référence. Tous les systèmes de coordonnées de référence revendiquant la
conformité à la présente Norme internationale doivent satisfaire aux spécifications décrites en A.1. Toutes les
opérations sur les coordonnées revendiquant la conformité à la présente Norme internationale doivent
satisfaire aux spécifications décrites en A.2.
3 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO/TS 19103, Information géographique — Schéma de langage conceptuel
ISO 19108, Information géographique — Schéma temporel
ISO 19115, Information géographique — Métadonnées
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La référence normative à l'ISO 19115 est limitée comme suit. Dans la présente Norme internationale, la
référence normative à l'ISO 19115 exclut la classe MD_CRS et ses classes de composants. La classe
MD_CRS de l'ISO 19115 et ses classes de composants fournissent des descriptions des éléments de
systèmes de coordonnées de référence. Ces éléments sont modélisés dans la présente Norme internationale.
NOTE La classe MD_CRS et ses classes de composants ont été supprimées de l'ISO 19115:2003 par la parution du
Rectificatif technique 1:2006.
4 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
4.1
système de coordonnées affine
système de coordonnées dans l'espace euclidien avec des axes droits qui ne sont pas nécessairement
perpendiculaires les uns par rapport aux autres
4.2
système de coordonnées cartésien
système de coordonnées qui donne la position de points par rapport à n axes perpendiculaires
NOTE n correspond à 2 ou 3 dans le cadre de la présente Norme internationale.
4.3
système de coordonnées de référence combiné
système de coordonnées de référence utilisant au moins deux systèmes de coordonnées de référence
indépendants
NOTE Les systèmes de coordonnées de référence sont indépendants les uns des autres si les valeurs des
coordonnées d'un système ne peuvent pas être converties ou transformées en valeurs de coordonnées d'un autre
système.
4.4
opération concaténée
opération sur les coordonnées consistant en l'application séquentielle de plusieurs opérations sur les
coordonnées
4.5
coordonnée
l'une des séquences de n nombres désignant la position d'un point dans un espace à n dimensions
NOTE Dans un système de coordonnées de référence, les coordonnées sont établies par unités.
4.6
conversion des coordonnées
opération sur les coordonnées dans laquelle les deux systèmes de coordonnées de référence sont
fondés sur la même référence
EXEMPLE Conversion d'un système de coordonnées de référence ellipsoïdal fondé sur la référence WGS 84 en
système de coordonnées de référence cartésien également fondé sur la référence WGS 84, ou modification des unités,
par exemple des radians en degrés ou des pieds en mètres.
NOTE La conversion des coordonnées utilise des paramètres avec des valeurs spécifiées qui ne sont pas
déterminées de façon empirique.
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4.7
opération sur les coordonnées
modification des coordonnées, fondée sur une relation un-à-un, d'un système de coordonnées de
référence vers un autre système
NOTE Supertype de la transformation ou de la conversion de coordonnées.
4.8
système de coordonnées de référence
système de coordonnées associé à un objet par une référence
NOTE Pour les références géodésiques et verticales, l'objet est la Terre.
4.9
ensemble de coordonnées
collection d'uplets de coordonnées associés au même système de coordonnées de référence
4.10
système de coordonnées
ensemble de règles mathématiques déterminant la façon dont les coordonnées sont affectées à des points
4.11
transformation de coordonnées
opération sur les coordonnées dont les deux systèmes de coordonnées de référence sont fondés sur
des références différentes
NOTE La transformation de coordonnées utilise des paramètres dérivés de manière empirique par un ensemble de
points dont les coordonnées sont connues dans les deux systèmes de coordonnées de référence.
4.12
uplet de coordonnées
uplet composé d'une séquence de coordonnées
NOTE Le nombre de coordonnées dans l'uplet de coordonnées est égal à la dimension du système de coordonnées;
l'ordre des coordonnées dans l'uplet de coordonnées est identique à celui des axes du système de coordonnées.
4.13
système de coordonnées cylindrique
système de coordonnées tridimensionnel avec deux coordonnées de distance et une coordonnée
angulaire
4.14
référence
paramètre ou ensemble de paramètres qui définit la position de l'origine, l'échelle et l'orientation d'un système
de coordonnées
4.15
profondeur
distance d'un point à partir d'une surface de référence spécifiée qui est mesurée vers le bas le long d'une
ligne perpendiculaire à cette surface
NOTE Une profondeur au-dessus de la surface de référence a une valeur négative en abscisse.
4.16
abscisse
E
distance dans un système de coordonnées, orienté à l'est (positif) ou à l'ouest (négatif) à partir d'une ligne
de référence nord-sud
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4.17
ellipsoïde
surface formée par la rotation d'une ellipse autour d'un axe principal
NOTE Dans la présente Norme internationale, les ellipsoïdes sont toujours aplatis, ce qui signifie que l'axe de
rotation est toujours le petit axe.
4.18
système de coordonnées ellipsoïdal
système de coordonnées géodésique
système de coordonnées dans lequel la position est spécifiée par la latitude géodésique, la longitude
géodésique et (dans les cas tridimensionnels) la hauteur ellipsoïdale
4.19
hauteur ellipsoïdale
hauteur géodésique
h
distance d'un point par rapport à l'ellipsoïde mesurée le long de la ligne perpendiculaire entre l'ellipsoïde et
ce point, de valeur positive si elle est orientée vers le haut ou à l'extérieur de l'ellipsoïde
NOTE Cette distance est toujours utilisée dans un système de coordonnées ellipsoïdal tridimensionnel, mais jamais
de façon indépendante.
4.20
système de coordonnées de référence d'ingénierie
système de coordonnées de référence fondé sur une référence d'ingénierie
EXEMPLES Grilles d'ingénierie et d'architecture locales; système de coordonnées de référence local d'un navire ou
d'une navette spatiale en orbite.
4.21
référence d'ingénierie
référence locale
référence décrivant la relation entre un système de coordonnées et une référence locale
NOTE La référence d'ingénierie exclut les références géodésiques et verticales.
EXEMPLE Un système d'identification des positions relatives situées à quelques kilomètres du point de référence.
4.22
aplatissement
f
rapport de la différence entre le demi-grand axe (a) et le demi-petit axe (b) d'un ellipsoïde par rapport au
demi-grand axe; f = (a – b)/a
NOTE Dans certains cas, l'aplatissement inverse, 1/f = a/(a − b), est spécifié à la place; 1/f est également désigné par
l'expression «aplatissement réciproque».
4.23
système de coordonnées de référence géodésique
système de coordonnées de référence fondé sur une référence géodésique
4.24
référence géodésique
référence décrivant la relation entre un système de coordonnées bidimensionnel ou tridimensionnel et la
Terre
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4.25
latitude géodésique
latitude ellipsoïdale
ϕ
angle du plan équatorial avec la perpendiculaire à l'ellipsoïde en un point donné, les valeurs au nord étant
positives
4.26
longitude géodésique
longitude ellipsoïdale
λ
angle du méridien d'un point spécifié avec le méridien d'origine, les valeurs à l'est étant positives
4.27
géoïde
surface équipotentielle du champ de gravité terrestre qui est en tous points perpendiculaire à la direction de la
gravité et qui correspond au mieux au niveau moyen de la mer localement ou globalement
4.28
hauteur associée à la gravité
H
hauteur dépendante du champ de gravité terrestre
NOTE Cela fait référence plus spécifiquement à la hauteur orthométrique ou normale, qui sont des valeurs
approximatives de la distance d'un point au-dessus du niveau moyen de la mer.
4.29
hauteur
h, H
distance d'un point à partir d'une surface de référence spécifiée qui est mesurée vers le haut le long d'une
ligne perpendiculaire à cette surface
NOTE Une hauteur inférieure à la surface de référence a une valeur négative.
4.30
système de coordonnées de référence d'image
système de coordonnées de référence fondé sur une référence d'image
4.31
référence d'image
référence d'ingénierie qui définit la relation entre un système de coordonnées et une image
4.32
système de coordonnées linéaire
système de coordonnées unidimensionnel dans lequel le paramètre linéaire correspond à l'axe
EXEMPLES Distances le long d'une canalisation; profondeurs d'un puits de forage pétrolier.
4.33
projection cartographique
conversion des coordonnées d'un système de coordonnées ellipsoïdal en un plan
4.34
niveau moyen de la mer
niveau moyen de la surface de la mer au cours de toutes les étapes de variation de marée et de saison
NOTE Le niveau moyen de la mer dans un contexte local fait normalement référence au niveau de la mer d'une
région calculé à partir des observations en un ou plusieurs points au cours d'une période spécifiée. Le niveau moyen de la
mer dans un contexte global ne diffère pas de plus de 2 m d'un géoïde global.
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4.35
méridien
intersection entre un ellipsoïde et un plan contenant l'axe le plus court de l'ellipsoïde
NOTE Ce terme est souvent utilisé pour désigner l'arc entre les pôles plutôt que la figure fermée dans son ensemble.
4.36
ordonnée
N
distance dans un système de coordonnées orientée vers le nord (positif) ou le sud (négatif) par rapport à
une ligne de référence est-ouest
4.37
système de coordonnées polaire
système de coordonnées bidimensionnel dans lequel la position est spécifiée par la distance et la direction
par rapport à l'origine
NOTE Pour les systèmes tridimensionnels, voir système de coordonnées sphérique (4.44).
4.38
méridien d'origine
méridien origine
méridien à partir duquel les longitudes des autres méridiens sont déterminées
4.39
système de coordonnées de référence projeté
système de coordonnées de référence dérivé d'un système de coordonnées de référence géodésique
par l'application d'une projection cartographique
4.40
demi-grand axe
a
moitié du diamètre de l'axe le plus long d'un ellipsoïde
NOTE Cela équivaut à la moitié du diamètre de l'ellipsoïde mesuré dans son plan équatorial.
4.41
demi-petit axe
b
moitié du diamètre de l'axe le plus court d'un ellipsoïde
NOTE L'axe le plus court correspond à l'axe de rotation de l'ellipsoïde et comporte par conséquent les deux pôles.
4.42
ordre
séquence
collection limitée et ordonnée d'éléments associés (objets ou valeurs) qui peut être répétée
[ISO 19107]
4.43
référence spatiale
description d'une position dans le monde réel
NOTE Il peut s'agir d'une marque, d'un code ou d'un uplet de coordonnées.
4.44
système de coordonnées sphérique
système de coordonnées tridimensionnel avec une distance mesurée à partir de l'origine et deux
coordonnées angulaires, généralement associé à un système de coordonnées de référence géodésique
NOTE À ne pas confondre avec un système de coordonnées ellipsoïdal fondé sur un ellipsoïde «dérivé» en sphère.
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4.45
uplet
liste ordonnée de valeurs
[ISO 19136]
4.46
unité
quantité définie dans laquelle les paramètres de dimension sont exprimés
NOTE Dans la présente Norme internationale, les sous-types d'unités sont des unités de longueur, d'angle, de temps,
d'échelle et d'espacement entre les pixels.
4.47
système de coordonnées de référence vertical
système de coordonnées de référence unidimensionnel fondé sur une référence verticale
4.48
système de coordonnées vertical
système de coordonnées unidimensionnel utilisé pour les mesures de hauteur ou de profondeur associées
à la gravité
4.49
référence verticale
référence décrivant la relation entre les hauteurs ou les profondeurs associées à la gravité et la Terre
NOTE En général, les références verticales sont associées au niveau moyen de la mer. Les hauteurs ellipsoïdales
sont traitées comme si elles se référaient à un système de coordonnées de référence ellipsoïdal tridimensionnel associé à
une référence géodésique. Les références verticales incluent des références de sondage (à des fins hydrographiques),
auquel cas les hauteurs peuvent correspondre à des hauteurs négatives ou des profondeurs.
5 Conventions
5.1 Symbole
a demi-grand axe
b demi-petit axe
E abscisse
f aplatissement
H hauteur associée à la gravité
h hauteur ellipsoïdale
N ordonnée
λ longitude géodésique
ϕ latitude géodésique
E, N coordonnées cartésiennes dans un système de coordonnées de référence projeté
X, Y, Z coordonnées cartésiennes dans un système de coordonnées de référence géodésique
i, j, [k] coordonnées cartésiennes dans un système de coordonnées de référence d'ingénierie
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ISO 19111:2007(F)
r, θ coordonnées polaires dans un système de coordonnées de référence Ingénierie en 2D
r, Ω, θ coordonnées sphériques dans un système de coordonnées de référence d'ingénierie ou
géodésique en
...
Questions, Comments and Discussion
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