Вертикальная база данных

В геодезии , геодезии , гидрографии и навигации — это вертикальная база координат или альтиметрическая база координат опорная координатная поверхность, используемая для вертикальных положений , таких как высоты наземных объектов ( рельеф , батиметрия , уровень воды и построенные конструкции) и высоты спутниковых орбит. и в авиации . В планетологии вертикальные датумы также известны как поверхность с нулевой высотой. ^{[ 1 ]} или ссылка нулевого уровня . ^{[ 2 ]}

Обычно принятые критерии вертикальной базы включают следующие подходы:

Приливы , основанные на уровне моря при возникновении определенных условий, например, NOAA службой Национальной геодезической полученные данные о приливах, ;
Гравиметрический , основанный на геоиде ; или геометрический, основанный на тех же земных эллипсоидах , которые используются при вычислении горизонтальных данных, таких как запланированные гравиметрические данные NOAA и Глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS) на 2022 год, которые должны быть опубликованы в этом году Национальной геодезической службой.

В Соединенных Штатах к наиболее известным вертикальным данным, используемым профессионалами, относятся Национальная геодезическая вертикальная система отсчета 1929 года и Североамериканская вертикальная система отсчета 1988 года .

Методы

В обычном употреблении под высотой часто понимают высоту над уровнем моря , хотя то, что на самом деле означает «уровень моря», является более сложным вопросом, чем можно было бы подумать на первый взгляд: высота морской поверхности в любом месте и в любое время является результатом многочисленные эффекты, включая волны, ветер и течения, атмосферное давление, приливы , топографию и даже разницу в силе гравитации из-за наличия гор и т. д.

Для измерения высоты объектов на суше обычно используется средний уровень моря (MSL). Это данные о приливах, которые описываются как среднее арифметическое почасового подъема воды, измеренное за определенный 19-летний цикл. Это определение усредняет приливные максимумы и минимумы (вызванные гравитационным воздействием Солнца и Луны) и краткосрочные вариации. Это не устранит влияние местной силы тяжести, поэтому высота MSL относительно геодезической точки отсчета будет варьироваться в зависимости от мира и даже в пределах одной страны. Страны, как правило, выбирают средний уровень моря в одной конкретной точке, который будет использоваться в качестве стандартного «уровня моря» для всех картографических и геодезических работ в этой стране. (Например, в Великобритании национальная вертикальная система координат Ordnance Datum Newlyn основана на среднем уровне моря в Ньюлине в Корнуолле между 1915 и 1921 годами). ^{[ 3 ]} Однако нулевое превышение, определенное в одной стране, не совпадает с нулевым превышением, определенным в другой (поскольку уровень MSL не везде одинаков), поэтому локально определенные вертикальные датумы отличаются друг от друга.

Другой принцип используется при выборе датума для морских карт . По соображениям безопасности моряк должен знать минимальную глубину воды, которая может возникнуть в любой точке. По этой причине глубины и приливы на морской карте измеряются относительно нулевой точки карты , которая определяется как уровень, ниже которого приливы опускаются редко. То, как именно это будет выбрано, зависит от приливного режима в районе, наносимого на карту, и от политики гидрографической службы, создающей рассматриваемую карту; типичным определением является самый низкий астрономический прилив (самый низкий прилив, предсказуемый с учетом воздействия гравитации) или средний нижний уровень малой воды (средний самый низкий прилив за каждый день), хотя MSL иногда используется в водах с очень низкими диапазонами приливов.

И наоборот, если судно должно безопасно пройти под низким мостом или подвесным силовым кабелем, моряк должен знать минимальное расстояние между топом мачты и препятствием, которое возникнет во время прилива. Следовательно, просветы мостов и т. д. даны относительно данных, основанных на приливе, таких как самый высокий астрономический прилив или средний уровень половодья.

Уровень моря не остается постоянным на протяжении геологического времени , поэтому данные о приливах менее полезны при изучении очень долгосрочных процессов. В некоторых ситуациях уровень моря вообще не применяется - например, для картографии поверхности Марса - что вынуждает использовать другую «нулевую высоту», например средний радиус.

Геодезическая вертикальная база данных принимает определенную нулевую точку и вычисляет высоту на основе используемой геодезической модели без дополнительной привязки к уровню моря. Обычно начальной точкой отсчета является маремер, поэтому в этот момент геодезические и приливные данные могут совпадать, но из-за изменений уровня моря эти две шкалы могут не совпадать в другом месте. Примером геодезической базы данных, основанной на гравитации, является NAVD88 , используемый в Северной Америке, который привязан к точке в Квебеке , Канада . Базы на основе эллипсоидов, такие как WGS 84 , GRS80 или NAD83, используют теоретическую поверхность, которая может значительно отличаться от геоида .

Типы

К распространенным типам вертикальных датумов относятся: ^{[ 4 ]}

Поверхность базового эллипсоида, в результате чего получается высота эллипсоидная h .
описываемый гравитационным геоидом , дающий высоту ортометрическую H. Средний уровень моря , ^{[ 3 ]}^{[ 5 ]}

Наряду с широтой $φ$ и долготой $λ$ эллипсоидная высота $h$ обеспечивает трехмерные геодезические координаты (или географические координаты ) местоположения. ^{[ 6 ]}

Таким образом, чтобы полностью указать местоположение топографического объекта на Земле, внутри нее или над ней, необходимо также указать вертикальное положение. Земля представляет собой не сферу, а неправильную форму, приближающуюся к двухосному эллипсоиду . Он имеет почти сферическую форму, но имеет экваториальную выпуклость, из-за которой радиус на экваторе примерно на 0,3% больше, чем радиус, измеренный через полюса. Более короткая ось примерно совпадает с осью вращения. Хотя ранние мореплаватели думали о море как о горизонтальной поверхности, которую можно было использовать в качестве вертикальной точки отсчета, на самом деле это не так. Земля имеет ряд слоев равной потенциальной энергии внутри своего гравитационного поля . Высота — это измерение под прямым углом к этой поверхности, примерно к центру Земли, но местные изменения делают эквипотенциальные слои нерегулярными (хотя и примерно эллипсоидными). Выбор слоя для определения высоты произволен.

Примеры

Австралия: австралийская система отсчета высот
Австрия, Албания и бывшие югославские республики: метры над Адриатикой
Франция: Общее выравнивание Франции
Германия: Normalhöhennull , которому предшествует Normalnull.
Великобритания: Данные о боеприпасах Ньюлин
Нидерланды: Амстердамская система координат боеприпасов , также использовалась Пруссией.
Швейцария: метры над уровнем моря
США: Национальная геодезическая система отсчета по вертикали 1929 года , Североамериканская система отсчета по вертикали 1988 года и разница между ними в VERTCON.
Глобальный (геоид): Гравитационная модель Земли (EGM), EIGEN-6C4 и другие. ^{[ 7 ]}

Даты графика

База карты — это поверхность уровня воды , служащая источником глубины , отображаемой на морской карте , а также для сообщения и прогнозирования высоты прилива. Данные карты обычно получаются на основе какой-либо фазы прилива , и в этом случае они также известны как данные приливов. ^{[ 8 ]} Общие датумы карты - это самый низкий астрономический прилив (LAT). ^{[ 8 ]} и среднее значение нижнего межень (MLLW). В неприливных районах, например, в Балтийском море , средний уровень моря (MSL). используется ^{[ 9 ]}

ИГД карты — это тип вертикальной ИГД, и его не следует путать с горизонтальной ИГД карты.

См. также

Ссылки

^ Смит, Дэвид Э.; Зубер, Мария Т.; Соломон, Шон К.; Филлипс, Роджер Дж.; Руководитель Джеймс В.; Гарвин, Джеймс Б.; Банердт, В. Брюс; Мулеман, Дуэйн О.; Петтенгилл, Гордон Х.; Нойманн, Грегори А.; Лемуан, Фрэнк Г.; Абшир, Джеймс Б.; Ааронсон, Одед; Дэвид, К.; Хаук, Стивен А.; Иванов Антон Борисович; Макговерн, Патрик Дж.; Звалли, Х. Джей; Даксбери, Томас К. (28 мая 1999 г.). «Глобальная топография Марса и последствия для эволюции поверхности». Наука . 284 (5419). Американская ассоциация развития науки (AAAS): 1495–1503. Бибкод : 1999Sci...284.1495S . дои : 10.1126/science.284.5419.1495 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 10348732 .
^ Смит, Дэвид Э.; Зубер, Мария Т. (15 декабря 1998 г.). «Взаимосвязь между топографией северного полушария MOLA и атмосферным давлением на поверхности Марса 6,1 Мбар». Письма о геофизических исследованиях . 25 (24). Американский геофизический союз (AGU): 4397–4400. Бибкод : 1998GeoRL..25.4397S . дои : 10.1029/1998gl900085 . ISSN 0094-8276 . S2CID 28320895 .
^ Jump up to: ^а ^б Руководство по системам координат в Великобритании (PDF) , D00659 v2.3, Ordnance Survey, март 2015 г. , получено 22 июня 2015 г.
^ Тейлор, Чак. «Нахождение точки на Земле» . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 4 марта 2014 г.
^ Технический отчет DMA «Геодезия для непрофессионалов», Оборонное картографическое агентство, 1983 г.
^ Квок, Отдел геодезических исследований Земельного департамента Гонконга. «Преобразование геодезических данных, стр. 24» (PDF) . Отдел геодезических исследований Земельного департамента Гонконга. Архивировано из оригинала (PDF) 1 февраля 2016 года . Проверено 4 марта 2014 г.
^ Рейсланд, Франц Бартельмес, Эльмас Синем Инце, Свен. «Международный центр моделей глобального гравитационного поля ICGEM» . icgem.gfz-potsdam.de . {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Jump up to: ^а ^б Австралийского бюро метеорологии Глоссарий Национального центра приливов (получено 30 апреля 2013 г.)
^ Норвежская морская администрация: средний уровень моря

Внешние ссылки

Данные о приливах , созданные для NOAA . Национальной геодезической службой

[Smith_Zuber_Solomon_Phillips_pp._1495–1503-1] Смит, Дэвид Э.; Зубер, Мария Т.; Соломон, Шон К.; Филлипс, Роджер Дж.; Руководитель Джеймс В.; Гарвин, Джеймс Б.; Банердт, В. Брюс; Мулеман, Дуэйн О.; Петтенгилл, Гордон Х.; Нойманн, Грегори А.; Лемуан, Фрэнк Г.; Абшир, Джеймс Б.; Ааронсон, Одед; Дэвид, К.; Хаук, Стивен А.; Иванов Антон Борисович; Макговерн, Патрик Дж.; Звалли, Х. Джей; Даксбери, Томас К. (28 мая 1999 г.). «Глобальная топография Марса и последствия для эволюции поверхности». Наука . 284 (5419). Американская ассоциация развития науки (AAAS): 1495–1503. Бибкод : 1999Sci...284.1495S . дои : 10.1126/science.284.5419.1495 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 10348732 .

[Smith_Zuber_pp._4397–4400-2] Смит, Дэвид Э.; Зубер, Мария Т. (15 декабря 1998 г.). «Взаимосвязь между топографией северного полушария MOLA и атмосферным давлением на поверхности Марса 6,1 Мбар». Письма о геофизических исследованиях . 25 (24). Американский геофизический союз (AGU): 4397–4400. Бибкод : 1998GeoRL..25.4397S . дои : 10.1029/1998gl900085 . ISSN 0094-8276 . S2CID 28320895 .

[OSGB-3] Jump up to: ^а ^б Руководство по системам координат в Великобритании (PDF) , D00659 v2.3, Ordnance Survey, март 2015 г. , получено 22 июня 2015 г.

[Taylor2002-4] Тейлор, Чак. «Нахождение точки на Земле» . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 4 марта 2014 г.

[USDOD-5] Технический отчет DMA «Геодезия для непрофессионалов», Оборонное картографическое агентство, 1983 г.

[Kowk-6] Квок, Отдел геодезических исследований Земельного департамента Гонконга. «Преобразование геодезических данных, стр. 24» (PDF) . Отдел геодезических исследований Земельного департамента Гонконга. Архивировано из оригинала (PDF) 1 февраля 2016 года . Проверено 4 марта 2014 г.

[7] Рейсланд, Франц Бартельмес, Эльмас Синем Инце, Свен. «Международный центр моделей глобального гравитационного поля ICGEM» . icgem.gfz-potsdam.de . {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[Chart_datum_bom-8] Jump up to: ^а ^б Австралийского бюро метеорологии Глоссарий Национального центра приливов (получено 30 апреля 2013 г.)

[9] Норвежская морская администрация: средний уровень моря

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]