Вертикальні датуми узбережжя острова Саона: середній рівень моря, дату на карті та орієнтири висоти

Вступ

Зйомка узбережжя включає вимірювання як висоти суші, так і підводних глибин. Ці вимірювання необхідні для підготовки карт, проектування берегових споруд, проведення гідрографічних досліджень і розуміння змін умов берегової лінії.

Однак вимірювання висоти — це не просто запис числа. Геодезисти також повинні визначити контрольний рівень, від якого вимірюється ця висота.

Цей орієнтир називається вертикальною базою.

Наприклад, берегова зйомка може повідомити про висоту пляжу, тоді як гідрографічна зйомка повідомить про глибину морської води поблизу. Обидва вимірювання описують вертикальне положення, але вони можуть використовувати різні опорні поверхні.

Якщо ці вимірювання об’єднати без розуміння їхніх систем відліку, отримана карта чи інженерний розрахунок можуть містити значні помилки.

Для острова Саона в Домініканській Республіці розуміння прибережних вертикальних датумів має відношення до потенційних досліджень, які включають картографування берегової лінії, обстеження висоти пляжів, батиметрію, прибережну інфраструктуру та рівень моря. моніторингу.

Ця стаття пояснює основні вертикальні системи відліку, як геодезисти їх з’єднують і як можна розробити надійну схему висоти узбережжя для острова. Він не стверджує, що конкретну локальну вертикальну систему відліку чи еталонну мережу вже встановлено.

1. Що таке вертикальна дата?

Вертикальна дата — це визначена базова поверхня, яка використовується для вираження висот або глибин.

Вона забезпечує загальну вихідну точку для вертикальних вимірювань.

Наприклад:

• Висота пляжу може бути повідомлена як 2,5 метри над заданою Дані.
• Місцеположення морського дна може бути записано як 8 метрів нижче відліку на карті.
• Висота фундаменту прибережної споруди може бути прив’язана до національної геодезичної вертикальної системи.

Без узгодженого відліку цифри неможливо надійно порівняти.

Вертикальна дата відрізняється від горизонтальної відліку. Горизонтальні датуми визначають базову основу для таких положень, як широта та довгота, тоді як вертикальні датуми визначають висоту та глибину.

NOAA пояснює, що геодезичні вертикальні датуми використовуються для вираження висоти суші, тоді як датуми рівня води забезпечують відлікові рівні для морських вимірювань і глибин на морських картах.

2. Основні типи прибережних вертикальних датувань

Різні системи вертикального відліку служать різним цілям.

2.1 Середній рівень моря (MSL)

Середній рівень моря – це середній рівень поверхні моря, розрахований на основі спостережень за рівнем води протягом певного періоду.

Він часто використовується як еталон у картографуванні узбережжя та дослідженнях висоти суші.

Однак середній рівень моря не є абсолютно однорідною поверхнею в усьому світі. Місцевий рівень моря може змінюватися через циркуляцію океану, атмосферні умови, припливи, щільність води, прибережну географію та вертикальний рух суші.

Також необхідно визначити період спостереження. Короткостроковий середній рівень моря та довгостроковий середній рівень моря не обов’язково є еквівалентними.

2.2 Середня повна вода (MHW)

Середня повна вода представляє середнє значення спостережуваних рівнів високої води за визначену епоху припливу.

Це може бути корисним для картографування берегової лінії та управління узбережжям.

Однак його не слід обробляти автоматично як точний кордон суші та моря в кожен момент.

2.3 Середня низька вода (MLW)

Середня низька вода представляє середнє значення низьких рівнів води за певний період спостереження.

Це може допомогти описати повторювану нижню частину діапазону припливів.

2.4 Середня нижня низька вода (MLLW)

Середня нижня низька вода є середнє значення найнижчих рівнів води протягом кожного дня припливів і відливів протягом зазначеної епохи відліку.

Це використовується як орієнтир на карті в деяких країнах, включаючи Сполучені Штати.

Вибрана дата на карті для певного регіону має бути підтверджена відповідним гідрографічним органом. MLLW не слід автоматично вважати офіційною картою даних навколо острова Саона.

2.5 Середня висока вода (MHHW)

Середня висока вода представляє середнє значення найвищих рівнів води протягом кожного приливного дня протягом визначеного періоду.

Це може бути корисним для опису приливних умов берегової лінії та певних програм прибережного картографування.

2.6 Діаграма Датум

Датум карти — це вертикальна базова поверхня, до якої відносяться глибини та висоти висихання на морській карті.

Вона вибирається відповідно до гідрографічної практики та потреб безпечної навігації.

Датум карти зазвичай вибирається, щоб забезпечити консервативне посилання для глибин води на карті, але її точне визначення відрізняється в різних регіонах.

Для гідрографічного проекту острова Саона необхідно встановити відповідну дату карти. з офіційної морської картографічної інформації та місцевих гідрографічних вимог.

3. Геодезичні вертикальні координати та еліпсоїдні висоти

Не всі вертикальні системи відліку базуються на спостережуваних припливах.

Геодезичні системи відліку використовують системи відліку, пов’язані з формою та полем сили тяжіння Землі.

Два важливі поняття – ортометрична висота та еліпсоїдна висота.

Ортометрична висота

Ортометрична висота — це висота точки над базовим геоїдом, що приблизно відповідає середньому рівню моря.

Це зазвичай використовується в інженерній справі, топографічному картографуванні та будівельній зйомці.

Еліпсоїдна висота

Еліпсоїдна висота — це відстань, виміряна вздовж нормалі до математичного референц-еліпсоїда.

Обладнання GNSS, у тому числі високоточний GPS приймачі, як правило, надає положення, пов’язані з геодезичною системою відліку та еліпсоїдальними висотами.

Еліпсоїдна висота автоматично не збігається з висотою над середнім рівнем моря.

Хвилястість геоїда

Геоїд — це опорна поверхня, пов’язана з силою тяжіння, яка використовується у фізичній геодезії.

Відділення між геоїдом і референц-еліпсоїдом називається хвилястістю геоїда.

Зазвичай використовуване співвідношення таке:

h = H + N

Де:

• h = еліпсоїдна висота
• H = ортометрична висота
• N = геоїд хвилястість

Отже:

H = h − N

Це співвідношення дозволяє геодезистам перетворювати еліпсоїдні висоти в ортометричні висоти, якщо доступна відповідна модель геоїда та сумісні системи відліку.

Модель геоїда, систему відліку координат і знаки мають бути перевірені перед застосуванням рівняння.

4. Чому прибережні вертикальні датуми відрізняються?

Поширене непорозуміння полягає в тому, що середній рівень моря, дату карти та геодезична вертикальна дата є взаємозамінними.

Це не так.

Кожна представляє різну базову концепцію.

Припливні датуми базуються на спостережуваній поведінці рівня води протягом певного періоду.

Геодезичні вертикальні датуми — це системи відліку, які використовуються для вираження висот у більшому географічному регіоні.

Діаграми даних вибираються для гідрографічних карт і навігації.

Їх взаємозв’язки відрізняються географічно.

NOAA пояснює, що взаємозв’язок між приливними та геодезичними датами залежить від таких факторів, як діапазон припливів, батиметрія, рельєф, варіації геоїда та вертикальний рух землі.

Отже, зв’язок даних, встановлений на одній станції припливів, повинен не можна просто перенести на віддалену берегову лінію без належного аналізу.

Це особливо важливо для острівних середовищ, де місцева геометрія узбережжя та глибини поблизу води можуть впливати на контрольні рівні припливів.

5. Що таке припливний контрольний показник?

Припливний контрольний показник — це постійна фізична контрольна точка із задокументованим відношенням висоти до найближчої станції вимірювання припливів або приливної дати.

Це дозволяє підключати вимірювання рівня води до стабільного наземного контролю зйомки.

Репер можна встановити як міцну металеву позначку, укріплену на відповідній бетонній конструкції чи стійкій поверхні каменю.

Його положення та висоту слід задокументувати, щоб майбутні дослідницькі групи могли відновити та перевірити це.

Основні цілі приливних реперів

• Встановити узгоджена опорна точка для вимірювань рівня води.
• Під’єднайте показання мареографа до висоти землі.
• Виявляйте можливе переміщення моніторингового обладнання.
• Підтримуйте довгострокове спостереження за рівнем моря.
• Під’єднайте припливну та геодезичну системи відліку.

Кілька орієнтирів є важливими, оскільки одна позначка може бути пошкоджена, викривлена або зміщено.

NOAA рекомендує підключати припливні реперні точки до кількох геодезичних реперних точок під час встановлення надійного зв’язку між припливною та геодезичною системами відліку.

6. Поєднання висот суші з морськими глибинами

Однією з головних проблем у береговій інженерії є поєднання топографічних і батиметричних вимірювань.

Топографічні дослідження описують висоти суші.

Батиметричні дослідження описують підводні глибини.

Два набори даних можуть мати різні вертикальні посилання.

Наприклад, топографічна зйомка може використовувати ортометричний датум, тоді як на морській карті використовується локальний датум.

Якщо набори даних об’єднано без правильного перетворення, морське дно та пляж можуть відображатися на неправильних відносних висотах.

Це може вплинути на:

• прибережну місцевість моделі.
• Картографування берегової лінії.
• Аналіз профілю пляжу.
• Розрахунки днопоглиблювальних робіт.
• Моделювання прибережних повеней.
• Проектування морської конструкції.
• Інтерпретація глибин, пов’язана з навігацією.

Стандарт S-44 Міжнародної гідрографічної організації стверджує, що необхідно вказати вертикальні системи відліку та зв’язки між картою та Вертикальні точки зйомки землі повинні бути чітко визначені та описані.

7. Як з’єднуються вертикальні датуми?

Гдеодезисти використовують комбінацію спостережень за рівнем води та геодезичних вимірювань, щоб встановити взаємозв’язок між системами вертикальної відліку.

Крок 1: Встановіть локальну станцію вимірювання рівня води

Мареограф реєструє рівні води у відповідному місці узбережжя.

Прилад слід підключити до стабільної місцевої референції. система.

Крок 2: Встановіть постійні орієнтири

Відповідні фізичні позначки встановлюються біля станції моніторингу.

Їхнє розташування та висоти мають бути зафіксовані та захищені.

Крок 3: Виміряйте висоти реперів

Точне диференціальне нівелювання або відповідне GNSS-зйомку можна використати, щоб підключити еталонну мережу до геодезичного контролю.

Крок 4: спостерігайте за рівнями припливної води

Для оцінки відповідних припливних відліків потрібен достатньо довгий і надійний запис рівня води.

Період спостереження має відповідати призначеному визначенню датуму та прийнятій методології.

Крок 5: Встановіть взаємозв’язок датуму

Вертикальна різниця між місцевим приливним датумом і геодезичним відліком обчислюється за допомогою задокументованих спостережень і геодезичних вимірювань.

Крок 6: Перевірте зв’язок

Незалежні еталонні показники та повторні вимірювання допомагають визначити нестабільні позначки та помилки вимірювання.

Крок 7: Задокументуйте результати

Проект має опублікувати датум назву, епоху відліку, описи еталонних показників, значення висот, невизначеності та метод перетворення.

Ця документація дозволяє майбутнім дослідникам правильно використовувати систему відліку.

8. Роль GNSS у прибережному вертикальному контролі

Глобальні навігаційні супутникові системи, включно з GPS, широко використовуються для встановлення геодезичних позицій.

Високоточні методи GNSS можуть визначати еліпсоїдні висоти відносно визначеної геодезичної системи відліку.

Ці вимірювання можна потім пов’язати з ортометричними висотами за допомогою відповідного геоїда. модель.

Однак GNSS не надає безпосередньо всіх вертикальних даних, необхідних для зйомки узбережжя.

Годезист повинен визначити:

• Систему відліку GNSS.
• Епоху координат, якщо це необхідно.
• Еліпсоїдну висоту еталон.
• Модель геоїда.
• Необхідна ортометрична або припливна дата.
• Невизначеність трансформації.

Для точних прибережних робіт вимірювання GNSS повинні підтримуватися відповідними контрольними дослідженнями та задокументованими вертикальними перетвореннями.

9. Перетворення вертикальних датумів у прибережному картографуванні

Перетворення вертикальних датумів – це процес перетворення висот або глибин з однієї опорної поверхні на іншу.

Наприклад, у проекті може знадобитися об’єднати:

• Висоти пляжу, прив’язані до ортометричного дату.
• Рівні води, пов’язані з даними припливу.
• Глибини морського дна, прив’язані до дату карти.
• Спостереження GNSS, прив’язані до еліпсоїда.

Модель трансформації може забезпечити необхідні перепади висот, якщо вона розроблена та підтверджена для відповідного регіону.

VDatum NOAA є прикладом системи, призначеної для перетворення геопросторових даних між приливами та відливами. ортометричні та еліпсоїдні вертикальні координати.

Його покриття та підтримувані перетворення залежать від регіону. Не слід припускати, що кожна трансформація доступна для острова Саона чи Домініканської Республіки.

Для місцевого проекту слід проконсультуватися з відповідними національними геодезичними та гідрографічними органами, щоб визначити затверджені системи відліку та інформацію про трансформацію.

10. Потенційне застосування навколо острова Саона

Належним чином задокументована система вертикальних відліків може підтримувати кілька типів досліджень та інженерних робіт навколо острова Саона.

Топографічне картографування узбережжя

Гдеодезисти можуть фіксувати висоти пляжів, берегові схили та зміни рельєфу, використовуючи послідовну вертикальну прив’язку.

Батиметрична зйомка

Відомий зв’язок із даними карти допоможе дослідникам звітувати підводні глибини послідовним і доступним для відстеження способом.

Моніторинг профілю пляжу

Повторні обстеження можуть порівнювати висоту пляжу з плином часу.

Це допоможе відрізнити фактичні зміни форми пляжу від відмінностей, викликаних непослідовними посиланнями на дослідження.

Моделювання прибережних повеней

Моделі повеней потребують сумісних висот землі та рівня води інформація.

Надійний вертикальний зв’язок між даними допомагає уникнути штучної різниці у висоті між даними місцевості та вхідними даними про рівень води.

Проектування прибережної інфраструктури

Проектувальникам прибережних споруд потрібна узгоджена інформація про висоту для фундаментів, рівнів платформ, дренажу, під’їзних шляхів та інших інженерних компонентів.

Моніторинг рівня моря

Довгостроковий рівень води спостереження стають кориснішими, коли мареограф підключено до стабільних наземних еталонних значень.

Цей зв’язок допомагає дослідникам досліджувати, чи пов’язані спостережувані зміни рівня води зі змінами на поверхні моря, рухом суші чи тим і іншим.

Це потенційні застосування, а не твердження, що наразі існує завершена локальна мережа еталонних точок.

11. Поширені помилки вертикальної датуми в прибережних проектах

Неправильна обробка датуму може створити серйозні проблеми в геодезії та інженерії.

Змішування непов’язаних систем відліку

Використання висот пляжу з однієї вертикальної датуми та глибин морського дна з іншої без трансформації може створити непослідовну модель рельєфу.

Припускаючи, що середній рівень моря є універсальним

Середнє значення рівень моря залежить від місця розташування та змінюється з часом.

Значення з віддаленої станції не слід розглядати як локальне посилання без відповідного з’єднання.

Ігнорування руху еталонного реперу

Еталонний репер може бути пошкоджений або фізично зміщений.

Потрібні повторні перевірки, щоб підтвердити його стабільність.

Використання невідповідної моделі геоїда

Модель геоїда, несумісна з системою відліку або географічним регіоном, може давати неправильні ортометричні висоти.

Неможливість задокументувати дату епохи

Датуми припливів і відливів базуються на визначених періодах спостереження.

Епоха має бути записана, щоб еталон можна було правильно інтерпретувати.

Пропуск. невизначеність

Кожне вимірювання та перетворення має невизначеність.

Звіти про обстеження мають зазначати відповідну невизначеність, а не подавати всі висоти як точні значення.

12. Запропонована система вертикальних даних для острова Саона

Майбутня програма прибережних досліджень могла б створити систематичну вертикальну опорну базу на наступних етапах.

Етап 1: Перегляньте існуючу довідкову інформацію

Визначте доступний національний геодезичний контроль, гідрографічні карти, інформацію про мареографи та опубліковану вертикальну довідкову документацію.

Етап 2: Виберіть відповідний моніторинг місця

Виберіть місця, де можна підтримувати стабільні реперні позначки та обладнання для моніторингу рівня води.

Етап 3: Встановіть контроль реперів

Установіть або перевірте постійні геодезичні знаки та з’єднайте їх за допомогою точного нівелювання та спостережень GNSS.

Етап 4: Отримайте дані про рівень води дані

Записуйте рівні води за допомогою надійних інструментів і точного часу.

Етап 5: Оцініть відповідні припливні дати

Використовуйте відповідний період спостереження та підтверджені методи аналізу, щоб встановити припливні базові рівні, необхідні для проекту.

Етап 6: З’єднайте приливні та геодезичні прив’язки

Визначте вертикальне співвідношення за допомогою документованих зйомок і спостереження за рівнем води.

Етап 7: Розробка документації трансформації

Підготуйте чітку інформацію з описом систем відліку, еталонних висот, значень трансформації та невизначеностей.

Етап 8: Підтвердьте структуру

Проведіть незалежні перевірки та повторіть спостереження, щоб виявити невідповідності або еталон рух.

Етап 9: Застосуйте структуру до картографування

Використовуйте перевірену систему відліку для топографічних зйомок, батиметричних зйомок, берегового моделювання та досліджень інфраструктури.

13. Важливість узгодженості вертикальних даних у майбутніх дослідженнях узбережжя

У міру того, як картографування узбережжя стає все більш інтегрованим, дослідники все частіше поєднують дані з різних приладів і платформ.

Один проект може використовувати супутникові спостереження, дослідження GNSS, моделі висоти на основі дронів, мареографи, багатопроменеві гідролокатори та берегові числові моделі.

Ці набори даних можна порівняти безпосередньо, лише якщо їх горизонтальні та вертикальні системи відліку правильно зрозуміли.

Послідовна система вертикальних даних може покращити:

• Інтеграцію даних.
• Повторюваність дослідження.
• Порівняння висот узбережжя.
• Інженерний дизайн надійність.
• Довгостроковий моніторинг навколишнього середовища.
• Інтерпретація зміни рівня моря.

Для острова Саона встановлення надійного зв’язку між висотою суші та морськими глибинами було б цінною основою для майбутніх досліджень узбережжя.

Часті запитання

1. Що таке берегова вертикальна дата?

Це опорна поверхня, яка використовується для узгодженого вираження висот суші та глибин води.

2. Чи збігається середній рівень моря з даними карти?

Ні. Середній рівень моря – це середній орієнтир рівня води, тоді як базова поверхня карти – це опорна поверхня, яка використовується для нанесених на карту глибин і висихань.

3. Яка різниця між припливною датою та геодезичною датою?

Припливна дата визначається на основі спостережуваної поведінки рівня води. Геодезична вертикальна дата є опорною основою для висот землі.

4. Що таке припливний репер?

Це постійний фізичний оглядовий знак із задокументованим відношенням висоти до станції припливів або приливної дати.

5. Чи може GPS безпосередньо вимірювати висоту над середнім рівнем моря?

GNSS зазвичай надає еліпсоїдні висоти. Щоб перетворити їх на ортометричні або приливні висоти, потрібна відповідна інформація про геоїд і перетворення датуму.

6. Чому вертикальні датуми важливі для батиметричної зйомки?

Вони забезпечують контрольний рівень для вимірювання глибини під водою та дозволяють порівнювати батиметричні дані з даними зйомок висоти суші.

7. Чи є на острові Саона перевірену локальну мережу вертикальних датувань?

Ця стаття не підтверджує існування такої мережі. Необхідно дослідити місцеві контрольні показники, спостереження за рівнем води та офіційні записи досліджень.

8. Що станеться, якщо дві геодезії використовують різні вертикальні бази даних?

Їхні значення висоти та глибини можуть не збігатися. Перш ніж надійно об’єднати набори даних, потрібне перевірене перетворення.

Висновок

Прибережні вертикальні датуми забезпечують базову основу, необхідну для послідовного вимірювання висот суші, рівня моря та підводних глибин. Середній рівень моря, відліки припливів, відліки на карті, ортометричні висоти та еліпсоїдні висоти служать різним цілям.

Для острова Саона майбутній проект вертикального контролю міг би поєднати спостереження рівня прибережної води зі стабільними геодезичними орієнтирами. Це допоможе дослідникам об’єднати топографічні та батиметричні дані, покращити картування узбережжя та підтримати інженерні та екологічні дослідження.

Найважливіший принцип простий: кожне вимірювання висоти та глибини має мати чітко визначену вертикальну прив’язку. Точність геодезії залежить не лише від інструменту, який використовується, а й від точного знання нуля.