В геодезии , геодезии , гидрографии и навигации вертикальная база координат или альтиметрическая база координат — это 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 опорная точка с нулевым уровнем . [2]
Обычно принятые критерии вертикальной базы включают следующие подходы:
В Соединенных Штатах к известным вертикальным данным, используемым профессионалами, относятся Национальная геодезическая вертикальная система отсчета 1929 года и Североамериканская вертикальная система отсчета 1988 года .
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 местные 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, прогнозируемый с учетом воздействия силы тяжести) или средний нижний уровень низкой воды (средний самый низкий прилив за каждый день), хотя MSL иногда используется в водах с очень низким диапазоном 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 данных на основе эллипсоидов, такие как WGS 84 , GRS80 или NAD83, используют теоретическую поверхность, которая может значительно отличаться от геоида .
Общие типы вертикальных датумов включают: [4]
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.
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] Обычными данными для карт являются самый низкий астрономический прилив (LAT) [8] и средний нижний уровень малой воды (MLLW). В неприливных районах, например, в Балтийском море , используется средний уровень моря (MSL). [9]
ИГД карты — это тип вертикальной ИГД, и его не следует путать с горизонтальной ИГД карты.{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )