- मैप ऐप्स इस धारणा पर दिखते हैं कि धरती की सतह स्थिर है, लेकिन वास्तव में टेक्टोनिक प्लेटों की गति और भूकंपों के कारण coordinates और imagery का alignment लगातार बिगड़ सकता है
- Consumer GPS और aerial/satellite images की georeferencing दोनों में कई मीटर तक की error हो सकती है, और Google Earth high-resolution images पर हुए शोध में भी 1–50m की positional error पाई गई
- अमेरिका में surveying के लिए NAD 83 और GPS व Google Maps के WGS 84 दोनों इस्तेमाल होते हैं, और regional reference frame व global reference frame का अंतर समय के साथ जमा होता जाता है
- Southern California जैसे plate boundary पर फैले क्षेत्रों में coordinates को update करना और जटिल होता है, और भूकंप के बाद सड़कें व coastline जैसी वास्तविक landforms कई मीटर खिसक सकती हैं
- Maps updates budget, surveying practices और equipment precision से बंधे होते हैं, इसलिए वे तुरंत reflect होना मुश्किल है; पुराने maps càng ज़्यादा साफ़ दिखाते हैं कि पृथ्वी एक dynamic planet है
चलती हुई धरती की सतह पर बने maps
- धरती की सतह पर मौजूद जगहों के पूरी तरह fixed coordinates नहीं होते, क्योंकि tectonic plate motion और earthquakes उन्हें प्रभावित करते हैं
- Google Maps, in-car navigation और अन्य map services को destination guidance देने के लिए जगहों के coordinates लगातार accurate रखने पड़ते हैं
- Geographers, geologists और geodesists map accuracy बनाए रखने वाली infrastructure चलाते हैं, लेकिन चलती हुई terrain के साथ हमेशा तुरंत pace मिलाना कठिन है
- यह अंतर screen पर दिखने वाले map में नज़र आने वाली positional error के रूप में दिखाई दे सकता है
GPS और image alignment से पैदा होने वाली errors
- Ken Hudnut बताते हैं कि अगर आप सड़क के intersection के बिल्कुल बीच में GPS receiver लेकर खड़े हों, तो भी Google Earth में आप intersection center से हटे हुए दिखाई दे सकते हैं
- Error के कारण मोटे तौर पर दो तरह के हैं
- Consumer GPS hardware में location uncertainty कई मीटर या उससे अधिक होती है
- Maps और satellite images, latitude-longitude grid से मिलाने वाली georeferencing quality के हिसाब से लगभग इसी scale पर mismatch कर सकती हैं
- 2008 के एक अध्ययन ने 31 developed-country cities की Google Earth imagery की जांच की और 1–50m की range में positional errors पाईं
- लेखक द्वारा खुद देखे गए उदाहरण में Google Maps ने घर के पीछे के deck की location को लगभग 10m अलग दिखाया, और Google Earth में अलग-अलग तारीखों की images की तुलना करने पर घर की position अधिकतम 20m तक खिसकी हुई दिखी
- ऐसी errors आम तौर पर geological change से अधिक aerial/orbital imagery को coordinate grid पर चढ़ाने की प्रक्रिया की कठिनाई से पैदा होती हैं
Control points और survey markers
- Map imagery को coordinate grid से मिलाने के लिए जमीन पर लगाए गए control points की जरूरत होती है
- अमेरिका का National Geodetic Survey(NGS) fixed GPS stations का network maintain करता है, और पिछले दो centuries में exposed bedrock, concrete pillars और fixed structures आदि पर metal disks के रूप में survey markers लगाता आया है
- Maps और वास्तविक terrain को मिलाने की प्रक्रिया perfect नहीं है
- Survey marker के coordinates inaccurate हो सकते हैं
- कुछ coordinates पूरी तरह गलत भी हो सकते हैं
- NGS और अन्य agencies survey markers को बहुत ही कम बार recheck करती हैं
- Budget constraints के कारण NGS के लिए markers अब भी मौजूद हैं या नहीं यह देखने के लिए staff भेजना कठिन है, और hobby के तौर पर markers खोजकर reports भेजने वाले geocachers marker recovery information को up to date रखने में मदद करते हैं
NAD 83 और WGS 84
- Latitude-longitude grid वाला datum naturally दिया हुआ नहीं होता, बल्कि यह coordinate reference system है जिसे पृथ्वी के shape model के अनुसार fix करना पड़ता है
- अमेरिका दो प्रमुख datums को साथ-साथ इस्तेमाल करता है
- NAD 83: NGS ने develop किया, और अधिकांश maps व North American surveying के लिए optimized है
- WGS 84: military agencies maintain करती हैं, Google Maps और GPS इसी पर निर्भर हैं, और यह global coverage को प्राथमिकता देता है
- NAD 83 ने 1927 reference system को replace करते हुए 6 December 1988 को entry ली, और अधिक accurate Earth shape model की वजह से कुछ locations के coordinates अधिकतम 100m तक बदल गए
- पुराने NAD 27 based maps अब भी मौजूद हैं
- 1960s में जब US Navy ने पहला satellite navigation system develop किया, तब पुराने North American reference frame को extrapolate कर 0-degree longitude तय किया गया; बाद में पता चला कि वह meridian Greenwich Royal Observatory के historic prime meridian marker से लगभग 100m east में खींचा गया था
Global reference frame और plate से जुड़ा reference frame
- NGS और military ने अपने-अपने datums को align करने के लिए सहयोग किया, लेकिन बाद में दोनों systems फिर अलग होने लगे, जिससे maps और GPS coordinates के बीच mismatch पैदा हुआ
- WGS 84 किसी specific tectonic plate से बंधा नहीं है; यह global standard है और व्यवहार में पृथ्वी के deep interior से fixed माना जाता है
- Geodesists latitude-longitude को specific plate motion से अलग करने के लिए मानते हैं कि tectonic plates meshed gears की तरह move करती हैं, और सभी rotation rates को जोड़ने पर zero मिलता है
- अगर coordinates को किसी specific plate से न बांधा जाए, तो survey locations और उन पर बने maps समय के साथ अलग हो जाते हैं
- इसके उलट NAD 83 North American Plate पर पड़ी जाली की तरह move करता है; plate खिसकती है तो datum भी उसके साथ चलता है
- ऐसे regional datums drivers और surveyors को large-scale plate motion और polar motion की ज्यादा चिंता किए बिना navigation और land-boundary work करने देते हैं
NAD 83 की cumulative mismatch और 2022 update plan
- NAD 83 को पृथ्वी के shape और size के बारे में बेहतर knowledge reflect करने के लिए पूरी तरह overhaul नहीं किया गया था
- Dru Smith के अनुसार NAD 83 internally consistent और precise है, लेकिन पृथ्वी के center पर होना चाहिए (0,0,0) coordinate लगभग 2m off है
- Surveyors के लिए सुविधा बनाने की कीमत पर, North America का latitude-longitude grid दुनिया के बाकी हिस्सों से धीरे-धीरे दूर होता जा रहा है
- NGS ने 2022 में update plan किया था, और इस update से North American continent के points 1m से अधिक shift होने वाले थे
Southern California जैसे plate boundary पर फैले क्षेत्र
- Southern California North American Plate और Pacific Plate दोनों पर फैला है, इसलिए “दुनिया के बाकी हिस्सों” से उसका अंतर और जटिल है
- Pacific Plate, North America के बाकी हिस्सों की तुलना में हर साल northwest की ओर कुछ inches खिसकती है
- Plate boundary कोई sharp line नहीं होती, इसलिए actual movement location के हिसाब से जटिल तरीके से बदलती है
- La Jolla का California Spatial Reference Center observation-station network चलाता है और state के reference-point coordinates को समय-समय पर update करता है
- आखिरी update 2018 में हुआ था
- Surveyors इन coordinates का इस्तेमाल अपनी surveys को NAD 83 से connect करने के लिए करते हैं
- Yehuda Bock का मानना है कि coordinates बार-बार बदलें तो surveyors के लिए complexity बढ़ती है, इसलिए periodic updates एक compromise हैं
- Local boundary setting के लिए यह बड़ा issue नहीं हो सकता, लेकिन California high-speed rail जैसे large-scale projects को tectonic motion के साथ track करना पड़ता है
Maps पर earthquake के निशान
- Earthquakes fault line के along map को diagonal काटकर एक side को दूसरी side के relative push करने जैसा displacement बना सकते हैं
- 1992 के Landers earthquake के epicenter के पास, Palm Springs के north में coordinates 34.189838, -116.433842 पर Google Earth की historical imagery compare करके fault के along lateral movement देखी जा सकती है
- July 1989 image और May 1994 image की तुलना करने पर fault को cross करती Aberdeen Road का alignment साफ़ तौर पर बदला हुआ दिखता है
- Fault के पास की जमीन earthquake से कई meters खिसक गई थी
- GPS networks earthquakes को real time में भी capture कर सकते हैं
- 2011 के Tohoku earthquake data पर बनी video दिखाती है कि epicenter के पास की coastline horizontally अधिकतम 4m खिसकी, और waves Japan व पूरी दुनिया में फैलती दिखीं
Map update speed और वास्तविक constraints
- Tectonic activity corrections को maps में reflect होने में समय लगता है
- USGS National Geospatial Technical Operations Center outdoor users द्वारा इस्तेमाल किए जाने वाले USGS topographic maps बनाता है, और maps हर 3 साल में update होते हैं
- Budget cuts के बीच 3-year cycle बनाए रखना भी कठिन था
- Updates के बीच पैदा होने वाली छोटी errors को अक्सर mapmaking और GPS equipment की inaccuracies में दबा हुआ माना जाता है
- GPS technology उस स्तर तक पहुंच चुकी है जहां छोटे corrections ज्यादा बार apply किए जा सकते हैं, और भविष्य में maps near real-time speed से update हो सकते हैं
- पुराने maps यह दिखाते हैं कि पृथ्वी कोई static background नहीं, बल्कि लगातार चलती रहने वाली dynamic planet है
1 टिप्पणियां
Hacker News की राय
संदर्भ के लिए NASA का global movement vectors डेटा मौजूद है: https://sideshow.jpl.nasa.gov/post/series.html
2016 Kaikōura भूकंप: https://en.wikipedia.org/wiki/2016_Kaik%C5%8Dura_earthquake
अगर आप और स्पष्ट मानक ढूँढ रहे हैं, तो International Terrestrial Reference System and Frame है: https://en.m.wikipedia.org/wiki/International_Terrestrial_Re...
आजकल इस्तेमाल होने वाली बेहतर reference systems इस सिस्टम के किसी खास साल, यानी epoch reference frame, से बंधी होती हैं
उदाहरण के लिए, ऑस्ट्रेलिया का GDA2020 epoch 2020.0 के ITRF2014 पर आधारित है, और पुराना GDA94 epoch 1994.0 के ITRF1992 पर आधारित था. दोनों में लगभग 1.8m का अंतर है
https://www.ga.gov.au/scientific-topics/positioning-navigati...
इसी तरह की submissions पर पहले भी चर्चा हुई थी:
What Happens to Google Maps When Tectonic Plates Move? https://news.ycombinator.com/item?id=22146454 (25 जनवरी 2020 — 2 points, 0 comments)
What happens to Google Maps when tectonic plates move? https://news.ycombinator.com/item?id=22145303 (24 जनवरी 2020 — 188 points, 53 comments)
What Happens to Google Maps When Tectonic Plates Move? https://news.ycombinator.com/item?id=12216474 (3 अगस्त 2016 — 2 points, 0 comments)
अगर आप दुनिया भर के geodetic datum में और गहराई तक जाना चाहते हैं, तो इसके लिए एक dedicated site है: https://www.asprs.org/asprs-publications/grids-and-datums
इसमें कई देशों के datum का इतिहास और वे आज की स्थिति तक कैसे पहुँचे, यह देखा जा सकता है. पढ़ने में थोड़ा सूखा है, लेकिन साथ ही काफ़ी दिलचस्प भी
इस फ़ील्ड में मुझे जो चीज़ें पसंद हैं, उनमें से एक इसका इतिहास है. इंसानों ने दुनिया के आकार को बेहतर समझने की जो कोशिश की, और उस आकार को समतल नक्शों पर बेहतर नापने की जो प्रक्रिया रही, वह आकर्षक है
लेखक ने Google से बात नहीं की, इसलिए यह लेख पढ़कर यह पता नहीं चलता कि Google वास्तव में इसे कैसे संभालता है
मुझे जिज्ञासा थी कि OpenStreetMap में इसे कैसे संभाला जाता है, और कम-से-कम April Fools' Day पर तो ऐसे संभाला जाता है: https://blog.openstreetmap.org/2017/03/31/osm-plate-tectonic...
अगर किसी को इसके बारे में ज़्यादा पता हो तो साझा करे, अच्छा लगेगा :-)
संपादन: अरे, यह तो April Fools' post थी. फिर भी implementation संभव लग रही थी
लेख में यह नहीं है, लेकिन मुझे जिज्ञासा है कि Southern California में real estate boundary coordinates को movement को ध्यान में रखकर कैसे रिकॉर्ड किया जाता है
हमारे देश जैसे अपेक्षाकृत स्थिर tectonic plate वाले स्थानों में पूरे देश के लिए एक single coordinate system इस्तेमाल होता है
लगता है कि इसे किसी local benchmark जैसी चीज़ से दूरी के रूप में दर्ज करना चाहिए, लेकिन अगर पिछले साल तुर्की की तरह movement हो जाए और सड़क दो हिस्सों में बँट जाए, तो फिर क्या होता है, यह भी जानना चाहूँगा
https://nationalpost.com/news/world/turkey-syria-earthquake-...
अमेरिका के ज़्यादातर राज्यों में Public Land Survey System ऐसे “meridians” और “baselines” देता है जो क्षेत्रीय केंद्र का काम करते हैं. वहाँ से हर 6 मील पर एक नया “township” बनता है, और उसके कोने real estate boundaries के लिए स्थानीय reference points का काम करते हैं
https://en.wikipedia.org/wiki/Public_Land_Survey_System
मैं अक्सर एक SF सेटिंग के बारे में सोचता/सोचती हूँ, जहाँ लाखों साल बाद भी किसी तरह इंसान अपनी परिचित शक्ल में बचे हुए हों, और पूरी तरह अलग प्राकृतिक वनस्पति और जीव-जंतुओं वाले दो प्लेट एक-दूसरे के करीब आ रहे हों
उदाहरण के लिए, अगर native plant संरक्षणवादियों से भरा California और Australia 50 मील के भीतर आ जाएँ, तो ख़बरों में यह आना शुरू हो जाएगा कि पौधों और जानवरों को एक-दूसरे की तरफ न ले जाएँ। 20 मील से कम दूरी पर आते ही हवा और तूफ़ान कुछ चीज़ें पहले ही इधर-उधर ले जाने लगेंगे, लेकिन दोनों तरफ के लोग फिर भी इसका विरोध कर सकते हैं। बल्कि जब वे पहली बार सचमुच टकराएँगे, तो शायद उस दुनिया का भविष्य बदल देने वाली कोई विशाल संधि लागू हो जाए
या फिर बस बाड़ लगा दी जाए, तटीय निवास पर रोक लगा दी जाए, और इस कृत्रिम महाद्वीपीय सीमा को हमेशा के लिए बनाए रखा जाए
हर पीढ़ी नए मूल्य अपनाती है, और एक पीढ़ी के मरने पर वे मूल्य भी चले जाते हैं। प्लेट tectonics इतनी धीमी है कि वास्तविकता शायद उस SF कहानी से कहीं ज़्यादा उबाऊ होगी। जिन लाखों वर्षों तक दो क्षेत्र “काफ़ी क़रीब” बने रहेंगे, वे दोनों समूहों के सैकड़ों बार एकीकरण और संघर्ष दोहराने के लिए काफ़ी हैं
https://www.independent.com/2011/01/15/how-eucalyptus-came-c...
fiction में खोजने के लिए यह दिलचस्प सेटिंग है, लेकिन इसके वास्तविकता बनने की संभावना नहीं है
मुझे याद है कि 2000s में Los Angeles से Berkeley जाते समय मैंने एक portable Garmin GPS इस्तेमाल किया था
कार का speedometer खराब था, इसलिए सफ़र के दौरान उसे speedometer की तरह भी इस्तेमाल किया जा सकता था, लेकिन नक्शे पर दिख रही position लगातार लगभग 50 फीट तक खिसकी हुई थी। अब सोचता/सोचती हूँ कि क्या यह प्लेट tectonics की वजह से था, या सिर्फ़ डिवाइस की अपनी त्रुटि थी
उस कार को याद करके हैरानी होती है कि वह कितनी खटारा थी, लेकिन convertible होने की वजह से मज़ेदार भी थी। मेरी पत्नी उसे मौत का जाल मानती थी
लगभग 10 साल पहले Australia के Sydney के पास Blue Mountains में मैंने बहुत canyoning और bushwalking की थी, और कार से चलते समय भी Garmin GPSMAP चालू रखा था। 20 से ज़्यादा यात्राओं में पहाड़ी highway के हिस्से एक-दूसरे से overlap करते थे, लेकिन tracks कभी एक-दूसरे पर नहीं बैठे। वे सभी सड़क की curvature से मेल खाते हुए smooth path थे, लेकिन हर एक का offset अलग था, और आम तौर पर map data से 2~5m दूर था। इन 20 से ज़्यादा paths का median map data से बहुत अच्छी तरह मेल खाता था
इससे आप सीखते हैं कि कार overheat हो जाए तो क्या करना है, tire बदलना, fuse बदलना, जलते oil की गंध और coolant की गंध में फ़र्क करना, jump start करना, और tow truck बुलाना। यह ज़िंदगी की अहम skill है
यह नाखून बढ़ने की रफ़्तार जैसी है
https://oceanservice.noaa.gov/facts/tectonics.html
लगभग 9 साल पहले विश्वविद्यालय में इस बारे में खोजते समय कुछ दिलचस्प तथ्य याद रह गए थे
position में बदलाव लाने वाली चीज़ सिर्फ़ प्लेटों की क्षैतिज चाल नहीं है
WGS 84 और दूसरे datum अंदरूनी रूप से ellipsoid-आधारित model इस्तेमाल करते हैं। यह ellipsoid पृथ्वी की सतह का approximation देने के लिए चुना जाता है, लेकिन इसका आकार सरल होने के कारण यह पहाड़ों या पृथ्वी के आकार की अनियमितताओं को ठीक से नहीं दर्शा पाता
इसलिए पहाड़ों पर position accuracy कम हो जाती है, और जैसे-जैसे पहाड़ बढ़ते हैं, समय के साथ यह और भी कम सटीक हो जाती है। बेशक, यह मात्रा बहुत छोटी है, इसलिए प्लेट के कुछ cm खिसकने की तुलना में यह कोई बड़ी बात नहीं
एक और दिलचस्प तथ्य यह है कि क्योंकि पृथ्वी एक स्थिर धुरी के चारों ओर घूमती है, ellipsoid भी समय के साथ कम सटीक होता जाता है। घूर्णन बल पृथ्वी को ऊपर-नीचे यानी ध्रुवों पर चपटा और बीच में चौड़ा बनाता है। यह भी शायद नज़रअंदाज़ करने लायक ही है
आजकल ellipsoid शायद satellites से मापा जाता है, लेकिन पहले यह हाथ से करना पड़ता था और इसका स्वरूप ज़्यादा स्थानीय होता था। map-making हमेशा से सरकारों के लिए बहुत महत्वपूर्ण रहा है, इसलिए इसका इतिहास भी काफ़ी है
इसी वजह से आज भी कई जगहों का data WGS84 के बजाय दूसरे systems पर आधारित है। या तो यह GPS के आविष्कार से पहले का historical data है, जैसे real estate boundaries, या फिर इसलिए कि किसी खास देश या राज्य की ज़रूरतों के लिए local datum और local ellipsoid ज़्यादा उपयुक्त होते हैं
शायद किसी दिन पृथ्वी के आकार के mathematical representation की जगह एक विशाल वैश्विक lookup table इस्तेमाल की जाएगी
विश्वविद्यालय में मेरा काम Germany-व्यापी lookup grid और Germany-व्यापी datum के mathematical approach की तुलना करना था। यह lookup grid राज्य सरकार की एजेंसी ने बनाया था, और इसमें अधिक स्थानीय datum शामिल किए जा सकते थे, इसलिए यह ज़्यादा सटीक था। तकनीकी रूप से देखें तो हर राज्य सबसे सटीक तरीका चुनता है, और फिर उन नतीजों को एक राष्ट्रीय lookup table में पहले से जोड़ दिया जाता है
इस तुलना में Germany-व्यापी datum और राज्य-स्तरीय datum के संग्रह के बीच अंतर अधिकतम 4m तक था
संपादन: “असटीकता” शब्द हटाकर “अंतर” कर दिया। सब कुछ सापेक्ष है। मुख्य बात यह है कि geographic data के साथ काम करते समय आपको मूल और लक्ष्य datum पता होना चाहिए। नहीं तो सब गड़बड़ हो जाता है