Référentiels verticaux côtiers de l'île Saona : niveau moyen de la mer, références cartographiques et repères d'élévation

Introduction

L'arpentage côtier consiste à mesurer à la fois les élévations des terres et les profondeurs sous-marines. Ces mesures sont essentielles pour préparer des cartes, concevoir des structures côtières, réaliser des levés hydrographiques et comprendre les changements dans les conditions du littoral.

Cependant, mesurer une hauteur ne consiste pas simplement à enregistrer un nombre. Les géomètres doivent également identifier le niveau de référence à partir duquel cette hauteur est mesurée.

Cette référence est appelée donnée verticale.

Par exemple, un levé côtier peut indiquer l'élévation d'une plage, tandis qu'un levé hydrographique indique la profondeur de l'eau de mer à proximité. Les deux mesures décrivent des positions verticales, mais elles peuvent utiliser des surfaces de référence différentes.

Si ces mesures sont combinées sans comprendre leurs systèmes de référence, la carte ou les calculs techniques qui en résultent peuvent contenir des erreurs importantes.

Pour l'île Saona en République Dominicaine, la compréhension des systèmes de référence verticaux côtiers est pertinente pour les recherches potentielles impliquant la cartographie du littoral, les relevés d'élévation des plages, la bathymétrie, les infrastructures côtières et la surveillance du niveau de la mer.

Cet article explique les principaux systèmes de référence verticale, comment les géomètres les relient et comment un cadre fiable d'élévation côtière pourrait être mis en place. développé pour l'île. Il ne prétend pas qu'une référence verticale locale particulière ou un réseau de référence ait déjà été établi.

1. Qu'est-ce qu'une référence verticale ?

Une référence verticale est une surface de référence définie utilisée pour exprimer des élévations ou des profondeurs.

Elle fournit un point de départ commun pour les mesures verticales.

Par exemple :

• Une élévation de plage peut être signalée à 2,5 mètres au-dessus d'une référence spécifiée.
• Un emplacement du fond marin peut être enregistré à 8 mètres sous un zéro cartographique.
• L'élévation de la fondation d'une structure côtière peut être référencée à un système vertical géodésique national.

Sans une référence cohérente, les chiffres ne peuvent pas être comparés de manière fiable.

Un référentiel vertical est différent d'un référentiel horizontal. Une donnée horizontale définit le cadre de référence pour des positions telles que la latitude et la longitude, tandis qu'une donnée verticale définit la référence pour les hauteurs et les profondeurs.

La NOAA explique que les données verticales géodésiques sont utilisées pour exprimer les élévations des terres, tandis que les données de niveau d'eau fournissent des niveaux de référence pour les mesures marines et les profondeurs des cartes marines.

2. Principaux types de références verticales côtières

Différents systèmes de référence verticale servent à des objectifs différents.

2.1 Niveau moyen de la mer (MSL)

Le niveau moyen de la mer est un niveau moyen de la surface de la mer calculé à partir d'observations du niveau de l'eau sur une période spécifiée.

Il est souvent utilisé comme référence dans la cartographie côtière et les études d'élévation des terres.

Cependant, le niveau moyen de la mer ne constitue pas une surface parfaitement uniforme dans le monde. Le niveau de la mer local peut varier en raison de la circulation océanique, des conditions atmosphériques, des marées, de la densité de l'eau, de la géographie côtière et du mouvement vertical des terres.

La période d'observation doit également être identifiée. Un niveau moyen de la mer à court terme et un niveau moyen de la mer à long terme ne sont pas nécessairement équivalents.

2.2 Moyenne des hautes eaux (MHW)

La moyenne des hautes eaux représente la moyenne des niveaux de hautes eaux observés au cours d'une époque de référence de marée définie.

Elle peut être utile pour la cartographie et la gestion des côtes liées au littoral.

Cependant, elle ne doit pas automatiquement être traitée comme la limite exacte de la terre et de la mer à chaque fois. moment.

2.3 L'étiage moyen (MLW)

L'étiage moyen représente la moyenne des niveaux d'étiage inférieurs sur une période d'observation définie.

Il peut aider à décrire la partie inférieure récurrente de l'amplitude des marées.

2.4 L'étiage inférieur moyen (MLLW)

L'étiage inférieur moyen est la moyenne des niveaux d'étiage inférieurs au cours de chaque jour de marée sur la donnée spécifiée. époque.

Il est utilisé comme référence cartographique dans certains pays, y compris les États-Unis.

Le zéro cartographique sélectionné pour une région particulière doit être confirmé par l'autorité hydrographique compétente. MLLW ne doit pas automatiquement être considéré comme le niveau de référence officiel des cartes autour de l'île Saona.

2.5 Moyenne des hautes eaux (MHHW)

La moyenne des plus hautes eaux représente la moyenne des niveaux de hautes eaux les plus élevés au cours de chaque jour de marée sur une période définie.

Il peut être utile pour décrire les conditions du littoral à marée et certaines applications de cartographie côtière.

2.6 Données des cartes

Carte Le niveau de référence est la surface de référence verticale à laquelle les profondeurs et les hauteurs de séchage sur une carte marine sont référencées.

Il est sélectionné en fonction des pratiques hydrographiques et des besoins d'une navigation sûre.

Un niveau de référence cartographique est généralement sélectionné pour fournir une référence conservatrice pour les profondeurs d'eau cartographiées, mais sa définition exacte diffère selon les régions.

Pour un projet hydrographique de l'île de Saona, le niveau de référence approprié devrait être établi à partir des informations de carte marine faisant autorité et des données hydrographiques locales. exigences.

3. Références verticales géodésiques et hauteurs ellipsoïdales

Tous les systèmes de référence verticale ne sont pas basés sur les marées observées.

Les levés géodésiques utilisent des systèmes de référence liés à la forme et au champ de gravité de la Terre.

Deux concepts importants sont la hauteur orthométrique et la hauteur ellipsoïdale.

Hauteur orthométrique

La hauteur orthométrique est la hauteur d'un point au-dessus d'un géoïde de référence, correspondant approximativement au niveau moyen de la mer.

Elle est couramment utilisée en ingénierie, en cartographie topographique et en levé de construction.

Hauteur ellipsoïdale

La hauteur ellipsoïdale est la distance mesurée le long de la normale à un ellipsoïde de référence mathématique.

Les équipements GNSS, y compris les récepteurs GPS de haute précision, fournissent généralement des positions référencées par rapport à un cadre de référence géodésique et hauteurs ellipsoïdales.

Une hauteur ellipsoïdale n'est pas automatiquement la même qu'une élévation au-dessus du niveau moyen de la mer.

Ondulation du géoïde

Le géoïde est une surface de référence liée à la gravité utilisée en géodésie physique.

La séparation entre le géoïde et l'ellipsoïde de référence est appelée ondulation du géoïde.

Une relation couramment utilisée est :

h = H + N

Où :

• h = hauteur ellipsoïdale
• H = hauteur orthométrique
• N = ondulation du géoïde

Par conséquent :

H = h − N

Cette relation permet aux géomètres de convertir hauteurs ellipsoïdales en hauteurs orthométriques lorsqu'un modèle de géoïde approprié et des systèmes de référence compatibles sont disponibles.

Le modèle de géoïde, le cadre de référence de coordonnées et la convention de signe doivent être vérifiés avant d'appliquer l'équation.

4. Pourquoi les référentiels verticaux côtiers sont-ils différents ?

Un malentendu courant est que le niveau moyen de la mer, le référentiel cartographique et un référentiel géodésique sont interchangeables.

Ils ne le sont pas.

Chacun représente un concept de référence différent.

Les référentiels de marée sont basés sur le comportement observé du niveau de l'eau sur une période définie.

Les référentiels verticaux géodésiques sont des systèmes de référence utilisés pour exprimer les hauteurs de manière cohérente sur une zone géographique plus vaste. région.

Les références cartographiques sont sélectionnées pour la cartographie hydrographique et la navigation.

Leurs relations varient géographiquement.

La NOAA explique que la relation entre les références de marée et géodésiques dépend de facteurs tels que l'amplitude des marées, la bathymétrie, la topographie, les variations du géoïde et le mouvement vertical des terres.

Par conséquent, une relation de référence établie à une station de marée ne doit pas simplement être transférée à un littoral éloigné sans analyse.

Ceci est particulièrement important pour les environnements insulaires, où la géométrie côtière locale et les profondeurs d'eau à proximité peuvent influencer les niveaux de référence des marées.

5. Qu'est-ce qu'un repère de marée ?

Un repère de marée est un point de référence physique permanent avec une relation d'élévation documentée avec une station de marée ou une référence de marée à proximité.

Il permet de connecter les mesures du niveau d'eau à un contrôle d'enquête terrestre stable.

Un repère peut être installé sous la forme d'une marque métallique durable fixée dans une structure en béton appropriée ou une surface rocheuse stable.

Sa position et son élévation doivent être documentées afin que les futures équipes d'enquête puissent les récupérer et les vérifier.

Objectifs principaux des repères de marée

• Établir une référence cohérente pour les mesures du niveau d'eau.
• Connecter
• Détecter les mouvements possibles de l'équipement de surveillance.
• Supporter l'observation à long terme du niveau de la mer.
• Connecter les systèmes de référence géodésiques et de marée.

Plusieurs repères sont importants car une seule marque peut être endommagée, perturbée ou déplacée.

La NOAA recommande de connecter les repères de marée à plusieurs repères géodésiques lors de l'établissement d'une relation fiable entre les références de marée et géodésiques. systèmes.

6. Relier les élévations terrestres aux profondeurs marines

L'un des principaux défis de l'ingénierie côtière est de combiner les mesures topographiques et bathymétriques.

Les levés topographiques décrivent les élévations terrestres.

Les levés bathymétriques décrivent les profondeurs sous-marines.

Les deux ensembles de données peuvent avoir des références verticales différentes.

Par exemple, un levé topographique pourrait utiliser une donnée orthométrique, tandis qu'une carte marine utilise une carte locale. données.

Si les ensembles de données sont joints sans transformation correcte, le fond marin et la plage peuvent apparaître à des élévations relatives incorrectes.

Cela peut affecter :

• Modèles de terrain côtier.
• Cartographie du littoral.
• Analyse du profil de plage.
• Dragage calculs.
• Modélisation des inondations côtières.
• Conception de construction marine.
• Interprétation de la profondeur liée à la navigation.

La norme S-44 de l'Organisation hydrographique internationale stipule que les cadres de référence verticaux doivent être spécifiés et que les connexions entre les références verticales des cartes et des levés terrestres doivent être clairement déterminées et décrites.

7. Comment les systèmes de référence verticaux sont-ils connectés ?

Les géomètres utilisent une combinaison d'observations du niveau d'eau et de mesures géodésiques pour établir des relations entre les systèmes de référence verticaux.

Étape 1 : Établir une station de niveau d'eau locale

Un marégraphe enregistre les niveaux d'eau à un emplacement côtier approprié.

L'instrument doit être connecté à un système de référence local stable.

Étape 2 : Installer des repères permanents

Convient des marques physiques sont établies à proximité de la station de surveillance.

Leurs positions et élévations doivent être enregistrées et protégées.

Étape 3 : Mesurer les élévations de référence

Un nivellement différentiel précis ou un levé GNSS approprié peut être utilisé pour connecter le réseau de référence au contrôle géodésique.

Étape 4 : Observer les niveaux d'eau de marée

Un enregistrement du niveau d'eau suffisamment long et fiable est nécessaire pour estimer les données de marée pertinentes.

La période d'observation doit correspondre à la définition de données prévue et à la méthodologie acceptée.

Étape 5 : Établir la relation de données

Le La différence verticale entre le référentiel de marée local et la référence géodésique est calculée à l'aide d'observations documentées et de mesures d'enquête.

Étape 6 : Vérifier la connexion

Des repères indépendants et des mesures répétées aident à identifier les repères instables et les erreurs de mesure.

Étape 7 : Documenter les résultats

Le projet doit publier le nom du référentiel, l'époque de référence, les descriptions des repères, les valeurs d'élévation, les incertitudes et la méthode de transformation.

Ceci la documentation permet aux futurs chercheurs d'utiliser correctement le système de référence.

8. Le rôle du GNSS dans le contrôle vertical des côtes

Les systèmes mondiaux de navigation par satellite, y compris le GPS, sont largement utilisés pour établir des positions de levé.

Les méthodes GNSS de haute précision peuvent déterminer des hauteurs ellipsoïdales par rapport à un cadre de référence géodésique spécifié.

Ces mesures peuvent ensuite être liées aux hauteurs orthométriques à l'aide d'un modèle de géoïde approprié.

Cependant, le GNSS ne fournit pas directement toutes les données verticales nécessaires pour les zones côtières. l'arpentage.

Un géomètre doit identifier :

• Le cadre de référence GNSS.
• L'époque des coordonnées, le cas échéant.
• La référence de hauteur ellipsoïdale.
• Le modèle du géoïde.
• La donnée orthométrique ou de marée requise.
• La transformation incertitude.

Pour un travail côtier précis, les mesures GNSS doivent être étayées par des levés de contrôle appropriés et des transformations verticales documentées.

9. Transformations de données verticales dans la cartographie côtière

La transformation de données verticales est le processus de conversion d'élévations ou de profondeurs d'une surface de référence à une autre.

Par exemple, un projet peut devoir combiner :

• Les élévations de plage référencées par une donnée orthométrique.
• Les niveaux d'eau référencés à une marée.
• Profondeurs du fond marin référencées par rapport à un référentiel cartographique.
• Observations GNSS référencées par rapport à un ellipsoïde.

Un modèle de transformation peut fournir les différences de hauteur nécessaires lorsqu'il a été développé et validé pour la région concernée.

Le VDatum de la NOAA est un exemple de système conçu pour transformer des données géospatiales entre des références verticales de marée, orthométriques et ellipsoïdales.

Sa couverture et les transformations prises en charge sont spécifiques à la région. Il ne faut pas supposer que toutes les transformations sont disponibles pour l'île de Saona ou la République dominicaine.

Pour un projet local, les autorités géodésiques et hydrographiques nationales compétentes doivent être consultées pour identifier les systèmes de référence approuvés et les informations de transformation.

10. Applications potentielles autour de l'île Saona

Un cadre de référence vertical correctement documenté pourrait prendre en charge plusieurs types de travaux de recherche et d'ingénierie autour de l'île Saona.

Cartographie topographique côtière

Les géomètres pourraient enregistrer les élévations des plages, les pentes côtières et les changements de relief à l'aide d'une référence verticale cohérente.

Levés bathymétriques

Une connexion connue aux données cartographiques aiderait les chercheurs à signaler les profondeurs sous-marines de manière cohérente et traçable.

Surveillance du profil de plage

Des enquêtes répétées pourraient comparer les élévations des plages au fil du temps.

Cela permettrait de distinguer les changements réels dans la forme de la plage des différences causées par des références d'enquête incohérentes.

Modélisation des inondations côtières

Les modèles d'inondation nécessitent des informations compatibles sur les élévations des terres et le niveau de l'eau.

Une connexion de données verticales fiable permet d'éviter les différences de hauteur artificielles entre les données de terrain et le niveau de l'eau. entrées.

Conception des infrastructures côtières

Les concepteurs de structures côtières ont besoin d'informations cohérentes sur l'élévation des fondations, des niveaux de plate-forme, du drainage, des voies d'accès et d'autres composants techniques.

Surveillance du niveau de la mer

Les observations à long terme du niveau de l'eau deviennent plus utiles lorsque le marégraphe est connecté à des repères terrestres stables.

Cette connexion aide les chercheurs à déterminer si les changements observés du niveau de l'eau sont associés à des changements dans la surface de la mer, le mouvement des terres ou les deux.

Il s'agit d'applications potentielles et non d'affirmations selon lesquelles un réseau de référence local complet existe actuellement.

11. Erreurs de référence verticale courantes dans les projets côtiers

Une gestion incorrecte des données peut créer de sérieux problèmes d'arpentage et d'ingénierie.

Mélanger des systèmes de référence non liés

L'utilisation des élévations de plage à partir d'une référence verticale et des profondeurs du fond marin d'une autre sans transformation peut produire un modèle de terrain incohérent.

En supposant que le niveau moyen de la mer est universel

Le niveau moyen de la mer dépend de l'emplacement et change. temps.

Une valeur provenant d'une station distante ne doit pas être traitée comme une référence locale sans une connexion appropriée.

Ignorer le mouvement du repère

Un repère peut être endommagé ou physiquement déplacé.

Des contrôles répétés sont nécessaires pour confirmer sa stabilité.

Utiliser un modèle de géoïde inapproprié

Un modèle de géoïde qui n'est pas compatible avec le cadre de référence ou la région géographique peut produire des hauteurs orthométriques incorrectes.

Ne pas documenter l'époque de référence

Les références de marée sont basées sur des périodes d'observation spécifiées.

L'époque doit être enregistrée afin que la référence puisse être interprétée correctement.

Omettre l'incertitude

Chaque mesure et transformation comporte une incertitude.

Les rapports d'enquête doivent indiquer l'incertitude pertinente plutôt que de présenter toutes les élévations comme des valeurs exactes.

12. Un cadre de référence vertical proposé pour l'île de Saona

Un futur programme d'étude côtière pourrait établir un cadre de référence vertical systématique à travers les étapes suivantes.

Étape 1 : Examiner les informations de référence existantes

Identifier le contrôle géodésique national disponible, les cartes hydrographiques, les informations de marégraphes et la documentation de référence verticale publiée.

Étape 2 : Sélectionner des emplacements de surveillance appropriés

Choisir des emplacements où des points de référence stables et les équipements de surveillance du niveau d'eau peuvent être entretenus.

Étape 3 : Établir un contrôle de référence

Installer ou vérifier des marques d'arpentage permanentes et les connecter grâce à un nivellement précis et des observations GNSS.

Étape 4 : Collecter des données sur le niveau d'eau

Enregistrer les niveaux d'eau avec des instruments fiables et un timing précis.

Étape 5 : Estimer les marées pertinentes datums

Utiliser une période d'observation appropriée et des méthodes d'analyse validées pour établir les niveaux de référence de marée requis pour le projet.

Étape 6 : Connecter les références de marée et géodésiques

Déterminer la relation verticale grâce à des levés documentés et des observations du niveau d'eau.

Étape 7 : Développer la documentation de transformation

Préparer des informations claires décrivant les systèmes de référence, les élévations de référence, valeurs de transformation et incertitudes.

Étape 8 : Valider le cadre

Effectuer des contrôles indépendants et répéter des observations pour identifier les incohérences ou les mouvements de référence.

Étape 9 : Appliquer le cadre à la cartographie

Utiliser le système de référence validé pour les levés topographiques, les levés bathymétriques, la modélisation côtière et les études d'infrastructures.

13. L'importance de la cohérence des données verticales dans les futures recherches côtières

À mesure que la cartographie côtière devient plus intégrée, les chercheurs combinent de plus en plus de données provenant de différents instruments et plates-formes.

Un seul projet peut utiliser des observations par satellite, des levés GNSS, des modèles d'élévation basés sur des drones, des marégraphes, des sonars multifaisceaux et des modèles numériques côtiers.

Ces ensembles de données ne sont directement comparables que lorsque leurs systèmes de référence horizontaux et verticaux sont correctement compris.

Un cadre de référence vertical cohérent peut améliorer :

• Intégration des données.
• Répétabilité des levés.
• Comparaisons d'élévations côtières.
• Fiabilité de la conception technique.
• Environnemental à long terme surveillance.
• Interprétation du changement du niveau de la mer.

Pour l'île Saona, l'établissement d'une relation fiable entre les élévations terrestres et les profondeurs marines constituerait une base précieuse pour les futures recherches côtières.

Foire aux questions

1. Qu'est-ce qu'une référence verticale côtière ?

Il s'agit d'une surface de référence utilisée pour exprimer les élévations des terres et les profondeurs de l'eau de manière cohérente.

2. Le niveau moyen de la mer est-il le même que le zéro des cartes ?

Non. Le niveau moyen de la mer est une référence de niveau d'eau moyen, tandis que le zéro des cartes est la surface de référence utilisée pour les profondeurs cartographiées et les hauteurs de séchage.

3. Quelle est la différence entre un système de référence de marée et un système de référence géodésique ?

Un système de référence de marée est défini à partir du comportement observé du niveau d'eau. Une donnée verticale géodésique fournit un cadre de référence pour les élévations des terres.

4. Qu'est-ce qu'un repère de marée ?

Il s'agit d'un repère physique permanent avec une relation d'élévation documentée avec une station de marée ou une référence de marée.

5. Le GPS peut-il mesurer directement l'élévation au-dessus du niveau moyen de la mer ?

Le GNSS fournit généralement des hauteurs ellipsoïdales. Leur conversion en hauteurs orthométriques ou de marée nécessite des informations de géoïde et des transformations de données appropriées.

6. Pourquoi les références verticales sont-elles importantes dans les levés bathymétriques ?

Ils fournissent le niveau de référence pour les mesures de profondeur sous-marine et permettent de comparer les données bathymétriques avec les levés d'élévation des terres.

7. L'île Saona dispose-t-elle d'un réseau de référence vertical local vérifié ?

Cet article n'établit pas qu'un tel réseau existe. Il faudrait étudier des repères locaux, des observations du niveau de l'eau et des relevés d'enquête faisant autorité.

8. Que se passe-t-il si deux levés utilisent des références verticales différentes ?

Leurs valeurs d'altitude et de profondeur peuvent ne pas s'aligner. Une transformation validée est nécessaire avant que les ensembles de données puissent être combinés de manière fiable.

Conclusion

Les systèmes de référence verticaux côtiers fournissent le cadre de référence nécessaire pour mesurer de manière cohérente les élévations des terres, le niveau de la mer et les profondeurs sous-marines. Le niveau moyen de la mer, les niveaux de référence des marées, les niveaux de référence des cartes, les hauteurs orthométriques et les hauteurs ellipsoïdales ont chacun des objectifs différents.

Pour l'île Saona, un futur projet de contrôle vertical pourrait relier les observations du niveau d'eau côtière à des repères géodésiques stables. Cela aiderait les chercheurs à combiner les données topographiques et bathymétriques, à améliorer la cartographie côtière et à soutenir les études techniques et environnementales.

Le principe le plus important est simple : chaque mesure d'altitude et de profondeur doit avoir une référence verticale clairement identifiée. Un levé précis dépend non seulement de l'instrument utilisé, mais également de la connaissance exacte de l'emplacement zéro.