Agömb felületén valamelyP pont aφ földrajzi szélességével és aλ földrajzi hosszúságával adható meg. Azókoribabiloniaktól származó, majd agörög gondolkodó és földrajztudós,Ptolemaiosz által kiterjesztett elképzelés szerint a teljes kör 360fokra (360°) osztható fel. Ez alapján alkotható meg a földrajzban használt speciálisgömbi koordináta-rendszer.
(φ): AP pont szélességét úgy kapjuk, hogy összekötjük a Föld középpontjával, és az így kapott egyenes és azEgyenlítő síkja által bezárt szög adja a szélességet. Megállapodás alapján északi irányba pozitív, déli irányba negatív az érték előjele.
Az azonos szélességű pontok alkotta vonal aszélességi kör. A szélességi körök síkjai párhuzamosak egymással és az Egyenlítővel. Az Egyenlítő (φ=0) a leghosszabb szélességi kör, a szélességi körök a pólusok felé rövidülnek. A pólusok a 90 foknál találhatók:Északi-sark: +90°;Déli-sark: -90°.
(λ): egy pontmeridiánsíkjának a kezdőmeridián síkjával bezárt, (megállapodás szerint keleti irányban pozitív, nyugati irányban negatív) szöge. A pont meridiánsíkja az a sík, ami tartalmazza a két pólust és a pontot.
Az azonos hosszúságú pontok alkotta görbe a meridián, vagy más névenhosszúsági kör. A kezdő meridián (λ=0) a Föld felszínén önkényesen kijelölt ponton, a greenwichi obszervatóriumon (Royal Observatory,Greenwich) halad keresztül. Az antimeridián a kezdő meridiántól 180°-ra van egyaránt keletre és nyugatra. A szélességi körökkel ellentétben a meridiánok azonos hosszúságúak és nem párhuzamosak: mindegyik áthalad az északi és a déli póluson.
E két szög megadásával a Földön bármely hely horizontális pozíciója leírható. A szögek pozitív és negatív irányait gyakran jelölik az angol égtájak kezdőbetűivel is (N, S, E, W).
A szélességi és hosszúsági körök összessége az általános fokhálózat. Létezik keresztirányú (transzverzális) fokhálózat is, a fokhálózat 90°-kal való elfordításával, azaz ahol a pólusok a vízszintes Egyenlítőn vannak, melynek alapja szintén a gömbfelületi koordináta-rendszer.
Hagyományosan a szögek feloszthatók fokokra (°), percekre (') és másodpercekre ("). Azonban a szögeknek létezik számos más megadási formátuma is, mindegyiknél szélességi – hosszúsági sorrendben.
DD (Decimal Degree) Tizedes fok (49.5000-123.5000), általában 4 tizedes jegyig
Az átváltás DM-ről vagy DMS-ről DD-re, Tizedes fok = fokok egész száma + percek száma osztva 60-nal + másodpercek száma osztva 3600-zal. Jelenleg a fokok tizedes osztása a legáltalánosabban elfogadott szabvány.
Az Egyenlítő nyilvánvalóan ennek a földrajzi koordináta-rendszernek fontos részét képezi, mert nullpontját reprezentálja a szélességi szögnek és félúton van a pólusok között. Az Egyenlítő az alapsíkja ennek a földrajzi koordináta-rendszernek. Mindengömbi koordináta-rendszernél definiálni kell hasonló alapsíkot.
A tényleges szélességi és hosszúsági koordináta értékek megadása a vonatkozó forgásiellipszoid-modell (az. ún.geodéziai dátum) megadásával vagy az adatoknak egy ismert dátumhoz való hozzárendelésével lehetséges. (Ilyen például aWGS84 vonatkoztatási rendszer, a Földet globálisan közelítő ellipszoid-modell. A WGS84 modellben a Föld sugara az Egyenlítőnél 6 378 137 m, a pólusoknál pedig 6 356 752 m a lapultsága pedig 1/298,257 223 563.) Amennyiben a geodéziai dátum definiálva van, a földrajzi koordináták ezen alapfelületen értelmezettek. Más szavakkal, a Föld felszínén ugyanahhoz az egzakt ponthoz eltérő szélességi és hosszúsági értékek tartoznak a választott alapfelület függvényében.
A térinformatikai (GIS-) szoftverekben a vetített szélességi/hosszúsági adatok különböző, a WGS84-től eltérő alapfelületű földrajzi koordináta-rendszerekben is megadhatók és egyik rendszerből a másikba konvertálhatók. Például lehet az adatok szélességi/hosszúsági vonatkoztatási rendszere az „1983-as észak-amerikai dátum”, amit „GCS_North_American_1983” vagy leggyakrabbanNAD83 jelöl. A Magyarországon polgári célokra, azEOV-hez használt geodéziai dátum aHD72 („Hungarian Datum 1972”).
A Föld felszíne alatt vagy a Föld felszíne fölötti pozícióhoz meg kell adni a magasságot is. A magasság megadja a kérdéses pont függőleges távolságát egy meghatározott ponthoz, vagy egy adott felszínhez képest. Elfogadott viszonyítási definíciót adnak a mért adatok, ilyen az átlagos tengerszint, vagy ageoidhoz viszonyított magasság. A Föld középpontjától mért távolság egy célszerű koordináta mind a nagyon mély, mind az űrben levő pozícióhoz.
A geostacionárius műholdak koordinátáinak megadása
Ageostacionárius műholdak (például a televíziós műsorszóró műholdak) az Egyenlítő fölött vannak. Így helyzetük a Földhöz képest hosszúsági fokokban kifejezhető, mert szélességi koordinátáik nem változnak, hiszen annak értéke jó közelítéssel nulla.
A gömbi modellnél használható a hely Föld középpontjától való távolsága harmadik koordinátaként, ami így egy (φ,λ,r) koordinátákkal meghatározott polárkoordináta-rendszert definiál. Ebben az esetben a közepes földsugár (R) bevezetésével ah (gömb feletti) magasságra vonatkozóan felírhatjuk:r =R+h. A gömb feletti magasság a szokásosan használt magasságnak csak közelítése, a pontatlanságát a közepes földsugár átlagos volta,valamint az a körülmény okozza, hogy az ellipszoid normálisa a legtöbb helyen nem illeszkedik a koordináta-rendszer középpontjára. A földsugárnál lényegesen nagyobb távolságokra a közelítés hibája kezd elhanyagolhatóvá válni.
A Föld alakja szabálytalan, de jól közelíthető egy kissé lapultforgási ellipszoiddal. Ettől a hegyek és a tengeri mélységek miatt néhány kilométernyit eltér. A legnagyobb eltérés nem éri el a 20 km-t (Csomolungma +8848 méter,Mariana-árok -10 994 méter), ami a Föld átmérőjének nem egészen 0,2%-a, ezért a forgási ellipszoid még a felszíni egyenetlenségeket figyelembe véve is jó közelítés. A felszín kiegyenlítésére használják a térképezésnél a vetítési felületet, amire első lépésben a felszíni pontokat vetítik. Ez a vetítési felület – a térképezésalapfelülete – lehet különböző az igények szerint. A vetítési sík definíciója befolyásolja egy adott tereppont földrajzi koordinátájának értékét.
a. – A fizikai(topográfiai) alak a tényleges felszín.
b. – A Föld matematikai alakjának tekintettgeoid a nehézségi erő azon nívófelülete, amely a világóceánok közepes tengerszintjével egybeesik. Ez a definíció meghatározza a geoidfelszín lefutását a szárazulatok alatt is.
c. – Gyakorlati célokra a geoidot különféleképpen jól közelítő forgási ellipszoidok használatosak, mivel az ellipszoid matematikailag jól kezelhető felület. A szélességet és hosszúságot ekkor a választott alapfelületi ellipszoidon mérjük. A geoid és az választott alapfelület közötti eltérés ageoidunduláció, melynek mértékét méterben fejezzük ki. Globálisan illeszkedő ellipszoid esetén ez a Föld nagy részére általában kisebb, mint 60 m, néhány helyen meghaladhatja a 100 métert.
d. – Gyakran elegendő pontosságot szolgáltat agömbi közelítés, amelynek sugara a modell célja szerint választható:egyenlítői sugár (R=a),sarki sugár (R=b) vagy bármilyen köztes érték.
A Föld szabálytalan alakja és a vetítési felszínek kiválasztásának nehézségei miatt a pontos térképezéshez egy-egy kisebb területen önálló, csak e kisebb egységre érvényes alapfelületeket alkalmaznak.
Egy földrajzi hely szélességgel és hosszúsággal történő meghatározását, illetve az elnevezéseket márHipparkosz (i. e. 190–125) is használta geográfiai munkájában.Ptolemaiosz (i. sz. 2. sz.)Almageszt című munkájában közel 8000 település, sziget, tájékozódási pontkoordinátáit adta meg.
Elsőként Dikaiarkhosz (i. e. 3. sz.) rajzolt térképére skálázott tengelykeresztet.
A földrajzi hely meghatározásában különböző, egyre fejlettebb műszerek feltalálásáig a Nap állásának megfigyelése segítette a hajósokat és a korai csillagászokat. A földrajzi szélességre délben a Nap delelési, legnagyobb magassága alapján következtethetünk – az egyenlítőhöz közeledve egyre magasabban van délben a Nap.[1]
A hosszúsági fok meghatározása jóval nehezebb. Azt kell tudnunk, hogy a Föld forgásának következtében a referencia hosszúsági körhöz (pl. a 0.) képest mennyivel később delel a Nap ott, ahol vagyunk. Ha rendelkezünk egy órával, ami mutatja pl. agreenwichi időt, azt délben összehasonlíthatjuk a Nap delelése szerint mikor van a mi helyzetünkben dél. Ahány perc vagy óra a különbség a greenwichi 12:00-hoz képest deleléskor, annyival vagyunk a hosszúság körben keleti vagy nyugati irányban.[1] Pontos eredményhez strapabíró időmérő eszközökre van szükség, ennek tengeri kivitelezésében a 18. században az angolJohn Harrison volt úttörő.
