В геодезии , съемке , гидрографии и навигации вертикальный датум или альтиметрический датум — это опорная координатная поверхность, используемая для вертикальных положений , таких как высоты земных объектов ( рельеф , батиметрия , уровень воды и построенные сооружения) и высоты спутниковых орбит , а также в авиации . В планетарной науке вертикальные датумы также известны как поверхность нулевой высоты [1] или нулевой уровень отсчета . [2]
Обычно принятые критерии для вертикальной системы отсчета включают следующие подходы:
В Соединенных Штатах к основным вертикальным датумам, используемым профессионалами, относятся Национальная геодезическая вертикальная система отсчета 1929 года и Североамериканская вертикальная система отсчета 1988 года .
В обиходе возвышенности часто обозначаются как высота над уровнем моря , хотя на самом деле «уровень моря» — более сложный вопрос, чем может показаться на первый взгляд: высота морской поверхности в любом месте и в любое время является результатом многочисленных эффектов, включая волны, ветер и течения, атмосферное давление, приливы , топографию и различия в силе гравитации из-за наличия близлежащих ледяных щитов, гор и изменений плотности в земной коре и глубоко в мантии.
Для измерения высоты объектов на суше обычно используется средний уровень моря (MSL). Это приливной датум, который описывается как среднее арифметическое часового подъема воды, взятого за определенный 19-летний цикл. Это определение усредняет приливные максимумы и минимумы (вызванные гравитационным воздействием солнца и луны) и краткосрочные изменения. Это не устранит влияние локальной силы тяжести, и поэтому высота MSL относительно геодезического датума будет различаться по всему миру и даже по одной стране. 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 национальный вертикальный датум, Ordnance Datum Newlyn , основан на том, что было средним уровнем моря в Ньюлине в Корнуолле между 1915 и 1921 годами). [3] Однако нулевая высота, определенная в одной стране, не совпадает с нулевой высотой, определенной в другой (поскольку средний уровень моря не везде одинаков), поэтому локально определенные вертикальные данные отличаются друг от друга.
Другой принцип используется при выборе нулевой точки для морских карт . В целях безопасности мореплаватель 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 прилив опускается редко. То, как именно это выбирается, зависит от приливного режима в районе, на который наносится карта, и от политики гидрографического управления, выпускающего рассматриваемую карту; типичное определение — Самый низкий астрономический прилив (самый низкий прилив, предсказуемый по воздействию гравитации) или Средняя нижняя отливная вода (средний самый низкий прилив за каждый день), хотя MSL иногда используется в водах с очень низкими приливными диапазонами.
И наоборот, если судно должно безопасно пройти под низким мостом или воздушным силовым кабелем, моряк должен знать минимальный зазор между верхушкой мачты и препятствием, который возникнет во время прилива. Следовательно, зазоры моста и т. д. даются относительно данных, основанных на приливе, таких как Самый высокий астрономический прилив или Средний уровень высокой воды.
Уровень моря не остается постоянным в течение геологического времени , и поэтому приливные данные менее полезны при изучении очень долгосрочных процессов. В некоторых ситуациях уровень моря вообще не применяется – например, для картирования поверхности Марса – что заставляет использовать другую «нулевую высоту», такую как средний радиус.
Геодезический вертикальный датум берет некоторую определенную нулевую точку и вычисляет высоты на основе используемой геодезической модели без дальнейшей ссылки на уровень моря. Обычно начальной точкой отсчета является мареограф, поэтому в этой точке геодезический и приливный датумы могут совпадать, но из-за колебаний уровня моря эти две шкалы могут не совпадать в других местах. Примером геодезического датума на основе гравитации является NAVD88 , используемый в Северной Америке, который привязан к точке в Квебеке , Канада . Датумы на основе эллипсоида, такие как WGS 84 , GRS80 или NAD83, используют теоретическую поверхность, которая может значительно отличаться от геоида .
Распространенные типы вертикальных данных включают в себя: [4]
Наряду с широтой φ и долготой λ , эллипсоидальная высота h обеспечивает трехмерные геодезические координаты (или географические координаты ) местоположения. [6]
Итак, чтобы полностью указать местоположение топографического объекта на Земле, в ней или над ней, необходимо также указать вертикальное положение. Земля — не сфера, а неправильная форма, приближающаяся к двухосному эллипсоиду . Она почти сферическая, но имеет экваториальную выпуклость, из-за чего радиус на экваторе примерно на 0,3% больше радиуса, измеренного через полюса. Более короткая ось приблизительно совпадает с осью вращения. Хотя ранние мореплаватели считали море горизонтальной поверхностью, которую можно использовать в качестве вертикальной точки отсчета, на самом деле это не так. Земля имеет ряд слоев равной потенциальной энергии в своем гравитационном поле . Высота — это измерение под прямым углом к этой поверхности, примерно по направлению к центру Земли, но локальные изменения делают эквипотенциальные слои нерегулярными (хотя и примерно эллипсоидальными). Выбор того, какой слой использовать для определения высоты, произволен.
Картографическая система отсчета — это поверхность уровня воды , служащая источником глубин , отображаемых на морской карте , а также для сообщения и прогнозирования высоты прилива. Картографическая система отсчета, как правило, выводится из некоторой приливной фазы , в этом случае она также известна как приливная система отсчета. [8] Обычными картографическими системами отсчета являются самый низкий астрономический прилив (LAT) [8] и средняя нижняя отливная вода (MLLW). В неприливных районах, например, в Балтийском море , используется средний уровень моря (MSL). [9]
Картографическая система координат представляет собой тип вертикальной системы координат и ее не следует путать с горизонтальной системой координат карты.{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )