Австралийская система отсчета высот была введена в 1971 году в качестве официальной вертикальной системы отсчета для Австралии и, таким образом, служит точкой отсчета , к которой относятся все измерения высоты. Австралийская система отсчета высот представляет собой объединение десятилетий работы по нивелированию , проводимой многочисленными государственными и территориальными органами по всей стране, и была скорректирована для приведения в соответствие со средними наблюдениями за уровнем моря тридцати мареографов, расположенных по всей береговой линии. [1] [2] Хотя она остается опубликованной вертикальной системой отсчета для всех геодезических и инженерных работ, выполняемых по всей Австралии , новые технологии выявили многочисленные недостатки, смещения и искажения в австралийской системе отсчета высот, что привело к дискуссиям об определении новой австралийской вертикальной системы отсчета высот. [2] [3]
До создания Австралийской системы высотных отметок профессиональные геодезисты проводили нивелирующие съемки для целей строительства и картирования с использованием только местных или государственных вертикальных отметок. [4] Проведение военных операций на материковой части Австралии во время Второй мировой войны в значительной степени выявило отсутствие австралийского топографического картирования , в такой степени, что премьер-министр Бен Чифли одобрил создание Национального совета по картографии Австралии в 1945 году с основной целью планирования и управления деятельностью страны по топографическому картографированию. [5] В состав первого Национального совета по картографии входили Директор национального картографирования, Генеральный геодезист Содружества и соответствующие Генеральные геодезисты штатов. [5] [6] На первом заседании совета состоялись обсуждения между соответствующими государственными органами о необходимости иметь единую национальную схему для съемки и картирования Австралии. [6] По завершении встречи члены Национального картографического совета Австралии единогласно согласились с тем, что директору Национального картографического совета Фредерику Джонстону будет поручено координировать деятельность местных, государственных и федеральных органов власти для выполнения картографических работ по всему австралийскому континенту ; эта деятельность позже получила название Австралийская топографическая съемка. [6]
С 1945 по 1955 год власти штатов Новый Южный Уэльс , Виктория и Западная Австралия при содействии Королевского австралийского геодезического корпуса начали Австралийскую геодезическую съемку, выровняв 4800 км материка. [6] [7] К 1960 году было завершено 20 800 км контролируемого нивелирования с привлечением властей штатов Северная Территория и Квинсленд . [6] Чтобы помочь горнодобывающим компаниям в поисках нефти в 1960-х годах, федеральное правительство выделило дополнительные средства Директору национального картографирования для найма частных контрактных геодезистов с целью ускорения геодезических работ. [7] К 1970 году консолидация данных нивелирования и мареографических измерений в результате этих коллективных геодезических операций привела к формированию 97 320 км «единой однородной сети» первичного нивелирования, охватывающей всю страну, названной Австралийской национальной сетью нивелирования. [6] Путем линейной корректировки 757 основных нивелирных участков по всей Австралийской национальной нивелирной сети, при одновременном «удержании 30 мареографов на их средних значениях уровня моря», была определена австралийская система отсчета высот, которая затем была принята Национальным картографическим советом Австралии в июле 1971 года. [8] [9]
Австралийская система отсчета высот — это вертикальная высота 0,000 м, установленная в рамках Австралийской национальной сети нивелирования (ANLN) путем измерения среднего уровня моря по 30 мареографам вдоль всей береговой линии Австралии в период 1966–1968 гг. [1] [10] Поверхность отсчета основана на корректировке методом наименьших квадратов исходных, «первичных» данных нивелирования, охватывающих 97 320 км, в сочетании с более поздними, «дополнительными» данными нивелирования, охватывающими 80 000 км. [6]
Пять различных наблюдательных органов внесли свой вклад в первичные разделы нивелирования в Австралийской национальной сети нивелирования, которые использовались для определения австралийской системы высот, каждый из которых использовал свои собственные нивелирные партии, которые проводили комбинацию одностороннего и двустороннего нивелирования. Эти нивелирные партии состояли из двух водителей отдельных транспортных средств, а также одного человека с приборами, который поочередно переходил из машины в машину, «перескакивая через маршрут нивелирования». [6] Эта стратегия заключалась в том, что человек с приборами снимал показания как с задней , так и с передней рейки, прежде чем один из водителей проезжал мимо неподвижной машины другого водителя к следующей установочной позиции для снятия следующих показаний. [6] Обязанность двух водителей заключалась в том, чтобы держать нивелирные рейки , в то время как человек с приборами управлял уровнем и записывал показания в журнал нивелирования. [11] Используя эту стратегию, группы нивелирования смогли достичь в среднем 35 км первичного нивелирования каждый день. [6] Одностороннее нивелирование подразумевает применение этой описанной методологии только в одном направлении, в то время как двустороннее нивелирование также повторяет это снова в противоположном направлении для повышения точности показаний. [11] Ниже описывается совокупный вклад сторон, проводящих нивелирование, в их соответствующие наблюдательные органы:
Данные об уровне моря с тридцати приливных постов , расположенных вдоль побережья материковой части Австралии , также собирались для получения австралийской системы отсчета высот. Расстояния между каждым последующим приливным постом значительно различались по всей стране, с наименьшим интервалом между Порт-Кембла и Кэмп-Коув (128 км) и наибольшим интервалом между Пойнт-Лонсдейл и Порт-Кембла (1150 км). [4] Наблюдения за уровнем моря проводились ежечасно с 1 января 1966 года по 31 декабря 1968 года для 29 назначенных приливных постов и с 1 января 1957 года по 31 декабря 1960 года для единственного приливного поста в Карумбе , Квинсленд . [4] После того, как все приливные данные были собраны и обработаны, приливная станция Порт-Макдоннелл была выбрана в качестве «номинального источника», а среднему уровню моря на станции было присвоено значение 0,000 м. [6] [10] Затем уравнения нулевого состояния между данными об уровне моря в Порт-Макдоннелле и данными об уровне моря других 29 станций использовались для удержания среднего уровня моря на уровне 0,000 м по всей национальной сети мареографов, в то время как первичные и вторичные записи нивелирования в Австралийской национальной сети нивелирования одновременно корректировались для соответствия этой модели. [3] [6] [9] При этом была получена и официально принята в 1971 году поверхность австралийской системы отсчета высот в качестве точки отсчета, к которой привязываются все новые измерения вертикальной высоты в Австралии.
С момента создания Австралийской системы высот в 1971 году были выявлены и исследованы многочисленные недостатки, искажения, смещения и другие ошибки с использованием новых технологий. Из-за отчаянной потребности Австралии в вертикальном контроле съемки и точном топографическом картировании для разведки месторождений в 1970-х годах Австралийская система высот была создана с использованием более низкого стандарта оборудования и методов нивелирования, чтобы обеспечить завершение в кратчайшие сроки. [12] [13] Например, приблизительно 80% (76520 км) первичного нивелирования, вносящего вклад в Австралийскую национальную сеть нивелирования, было выполнено частными подрядчиками в течение 10-летнего периода с 1960 по 1970 год. [6] С тех пор были выявлены значительные ошибки, включая уклон с севера на юг в 1,5 м, смещение между материковой частью Австралии и Тасманией в 26 см, а также региональные искажения по всей Западной Австралии. [10] [12] [13]
Уклон с севера на юг является систематической ошибкой в горизонтальной поверхности австралийской системы высот, составляющей приблизительно 1,5 м от северного побережья до южного побережья Австралии. [3] [10] Этот наклон довольно проблематичен, поскольку он сводит на нет основное предположение при использовании австралийской системы высот: поверхность системы высот имеет градиент, равный нулю (т. е. идеально горизонтальна). [10] Хотя эта систематическая ошибка относительно незначительна для проектирования «небольших инженерных проектов», использующих локальные высоты, уклон с севера на юг оказывает большое влияние на проектирование «крупномасштабных исследований», охватывающих большие расстояния по всей стране. [10] Уклон с севера на юг в первую очередь обусловлен тем, что австралийская система высот была принята за фиксированный средний уровень моря 30 мареографов вокруг Австралии за двухлетний период, игнорируя естественные изменения в топографии морской поверхности . [3] Национальный картографический совет Австралии решил использовать этот подход «среднего уровня моря», чтобы минимизировать использование отрицательных высот, которые весьма проблематичны для геодезистов и инженеров, вблизи прибрежных районов, где проживает большая часть населения. [6] Используя подход среднего уровня моря, при создании австралийской системы отсчета высот было проигнорировано значительное влияние динамической топографии океана по времени на колебания уровней морской поверхности по всей стране. [10] Пространственное изменение изменения уровня моря , отток пресной воды в портовых районах , где расположены мареографы, и объединение динамики океана — все это способствовало формированию отчетливого 1,5-метрового уклона с севера на юг в австралийской системе отсчета высот. [10] Чтобы противодействовать этому уклону, была введена гравиметрическая квазигеоидная модель AUSGeoid09 для определения высот австралийской системы отсчета высот по показаниям Глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) . [10] [12] [13] Поскольку высоты GPS обеспечивают гораздо больший предел считывания, чем величина ошибок спиртового уровня в австралийской системе высот, [12] модель AUSGeoid09 способна «практически» устранить ошибку север-юг при преобразовании показаний GNSS в высоты австралийской системы высот. [13]
Австралийская система высот ( Тасмания ) рассматривается как отдельная система высот по отношению к Австралийской системе высот, состоящая из корректировки методом наименьших квадратов семидесяти двух нивелирных участков по всему штату Тасмания, при одновременном назначении среднего уровня моря двух приливных постов в Хобарте и Берни вертикальной высоты 0,000 м за 1972 год. [1] [6] Этот метод отличается от метода, используемого для определения среднего уровня моря, который использовался для создания материковой Австралийской системы высот, которая была принята за период с 1966 по 1968 год для 29 приливных постов и с 1957 по 1960 год для единственного приливного поста в Карумбе . [4] Применяя непоследовательные подходы к периоду исследования среднего уровня моря во время установления двух систем отсчета, средние уровни моря для материковой и тасманийской систем отсчета, скорее всего, будут содержать некоторую степень ошибки относительно истинного значения среднего уровня моря. [14] Это пренебрежение различиями в средней по времени динамической топографии океана между созданием австралийской системы отсчета высот (материк) и австралийской системы отсчета высот (Тасмания) привело к отчетливому смещению между высотой поверхностей материковой и тасманийской систем отсчета высот , которое оценивается в пределах от -61 мм до +48 мм. [14]
В дополнение к наклону с севера на юг, в пределах австралийской системы высот были выявлены многочисленные другие региональные искажения в пределах австралийской системы высот по всему штату Западная Австралия. Самые большие из этих нелинейных искажений присутствуют в регионах Голдфилдс-Эсперанс и северной части Кимберли . [15] В отличие от четко определенного и измеримого наклона с севера на юг по всему штату, линейная регрессия этих искажений не поддается каким-либо отчетливым тенденциям. [15] Более того, использование гравиметрических моделей квазигеоида для «практического» устранения влияния усредненной по времени динамической топографии океана не минимизирует масштаб этих региональных искажений. [13] [15] По этим причинам региональные искажения по всей Западной Австралии приписываются случайным ошибкам, «присутствовавшим в наблюдениях по нивелированию духа» во время создания австралийской системы высот. [15]