绍纳岛沿海垂直基准：平均海平面、海图基准和高程基准

简介

海岸测量涉及测量陆地海拔和水下深度。 这些测量对于准备地图、设计沿海结构、进行水文测量和了解海岸线条件的变化至关重要。

但是，测量高度不仅仅是记录数字的问题。 测量员还必须确定测量高度的参考水平。

此参考称为垂直基准。

例如，沿海测量可能报告海滩的海拔，而水文测量则报告附近海水的深度。 两种测量都描述了垂直位置，但它们可能使用不同的参考表面。

如果在不了解其参考系统的情况下组合这些测量，则生成的地图或工程计算可能会包含重大错误。

对于多米尼加共和国的索纳岛，了解沿海垂直基准与涉及海岸线测绘、海滩高程调查、测深、沿海基础设施和海平面监测的潜在研究相关。

本文介绍了主要的垂直参考系统、测量员如何连接它们以及如何建立可靠的垂直参考系统。 可以为该岛制定沿海高程框架。 它并不声称已经建立了特定的局部垂直基准或基准网络。

1． 什么是垂直基准？

垂直基准是用于表达海拔或深度的定义参考表面。

它为垂直测量提供了通用起点。

例如：

• 海滩海拔可能会报告为高于指定基准 2.5 米。
• A 海底位置可能会记录为海图基准面以下 8 米。
• 海岸结构的基础高程可能会参考国家大地测量垂直系统。

如果没有一致的参考，则无法可靠地比较数字。

垂直基准面与水平基准面不同。 水平基准定义了纬度和经度等位置的参考框架，而垂直基准定义了高度和深度的参考。

NOAA 解释说，大地垂直基准用于表示陆地高程，而水位基准则为海洋测量和海图深度提供参考水平。

2. 沿海垂直基准的主要类型

不同的垂直参考系有不同的用途。

2.1 平均海平面（MSL）

平均海平面是根据特定时期内的水位观测计算出的平均海平面。

它通常用作沿海测绘和陆地高程研究的参考。

但是，平均海平面并不是世界各地完全均匀的表面。 当地海平面可能因海洋环流、大气条件、潮汐、水密度、沿海地理和垂直陆地运动而变化。

还必须确定观测周期。 短期平

2.3 平均低水位 (MLW)

平均低水位表示在规定的观测期内低水位的平均值。

它可以帮助描述潮差中反复出现的较低部分。

2.4 平均低低水位 (MLLW)

平均低低水位是指指定基准面上每个潮汐日的较低低水位的平均值 纪元。

在包括美国在内的一些国家/地区将其用作海图参考。

为特定区域选择的海图基准必须得到相关水道测量机构的确认。 MLLW 不应自动被假定为索纳岛周围的官方海图基准。

2.5 平均较高高水位 (MHHW)

平均较高高水位表示指定时期内每个潮汐日较高高水位的平均值。

它可用于描述潮汐海岸线条件和某些沿海测绘应用。

2.6 海图基准

图表 基准面是指海图上的深度和干燥高度所参考的垂直参考面。

根据海图实践和安全航行的需要来选择。

海图基准面的选择通常是为了给海图水深提供保守的参考，但其具体定义因地区而异。

对于索纳岛水文项目，需要根据权威海图信息和当地水文数据建立适当的海图基准面。 要求。

3. 大地垂直基准和椭球高度

并非所有垂直参考系统都基于观测到的潮汐。

大地测量使用与地球形状和重力场相关的参考系统。

两个重要的概念是正交高度和椭球高度。

正交高度

正高是参考大地水准面上方一点的高度，大约对应于平均海平面。

常用于工程、地形测绘和建筑测量。

椭球体高度

椭球体高度是沿数学参考椭球体法线测量的距离。

GNSS 设备（包括高精度 GPS 接收器）通常提供参考大地参考系的位置 和椭球高度。

椭球高度并不自动与平均海平面以上的海拔相同。

大地水准面起伏

大地水准面是物理大地测量中使用的与重力相关的参考面。

大地水准面和参考椭球体之间的间隔称为大地水准面起伏。

常用的关系 为：

h = H + N

其中：

• h = 椭球体高度
• H = 正交高度
• N = 大地水准面起伏

因此：

H = h − N

当有合适的大地水准面模型和兼容的参考系可用时，这种关系允许测量员将椭球高转换为正高。

在应用方程之前必须检查大地水准面模型、坐标参考系和符号约定。

4. 为什么沿海垂直基准面不同？

一个常见的误解是平均海平面、海图基准面和大地测量垂直基准面是可以互换的。

它们不能互换。

每一个都代表不同的参考概念。

潮汐基准面基于在指定时期内观测到的水位行为。

大地测量垂直基准面是用于在更大的地理范围内一致地表达高度的参考系统

海图基准面被选择用于水文制图和导航。

它们的关系因地理位置而异。

NOAA 解释说，潮汐基准面和大地基准面之间的关系取决于潮差、测深、地形、大地水准面变化和垂直陆地运动等因素。

因此，在一个潮汐站建立的基准面关系不应简单地转移到遥远的海岸线，而没有经过适当的处理。 分析。

这对于岛屿环境尤其重要，因为当地沿海几何形状和附近水深可能会影响潮汐参考水平。

5. 什么是潮汐基准？

潮汐基准是一个永久的物理参考点，具有与附近潮汐站或潮汐基准的高程关系记录。

它允许将水位测量连接到稳定的陆地测量控制。

可以将基准作为耐用的金属标记安装在合适的混凝土结构或稳定的岩石表面中。

应记录其位置和高度，以便将来的调查团队可以恢复和验证它。

潮汐基准的主要目的

• 建立一致的水位参考 测量。
• 将验潮仪读数与陆地海拔连接起来。
• 检测监测设备可能发生的移动。
• 支持长期海平面观测。
• 连接潮汐和大地测量参考系统。

多个基准非常重要，因为单个标记可能会被损坏、干扰或移位。

NOAA 建议将潮汐基准与多个大地测量基准连接起来 在潮汐和大地测量参考系统之间建立可靠的关系时。

6。 连接陆地高程与海洋深度

海岸工程的主要挑战之一是将地形和水深测量相结合。

地形测量描述陆地高程。

水深测量描述水下深度。

两个数据集可能具有不同的垂直参考。

例如，地形测量可以使用正交基准，而海图则使用当地海图

如果在没有正确转换的情况下连接数据集，海底和海滩可能会出现不正确的相对高程。

这可能会影响：

• 沿海地形模型。
• 海岸线测绘。
• 海滩剖面分析。
• 疏浚 计算。
• 沿海洪水建模。
• 海洋施工设计。
• 与导航相关的深度解释。

国际海道测量组织的 S-44 标准规定，必须指定垂直参考框架，并且必须明确确定和描述海图与陆地测量垂直基准之间的联系。

7. 垂直基准如何连接？

测量员结合使用水位观测和大地测量来建立垂直参考系统之间的关系。

步骤 1：建立当地水位站

验潮仪记录合适沿海位置的水位。

仪器应连接到稳定的当地参考系统。

步骤 2：安装永久参考系统 基准点

在监测站附近建立合适的物理标记。

必须记录和保护它们的位置和高程。

步骤3：测量基准高程

可以使用精确的差分水准测量或合适的 GNSS 测量将基准网络与大地测量控制连接起来。

步骤 4：观测潮汐水位

需要足够长且可靠的水位记录来估计相关潮汐基准。

观测周期应符合预期的基准定义和可接受的方法。

步骤 5：建立基准 关系

使用记录的观测和测量测量计算当地潮汐基准和大地参考之间的垂直差。

步骤 6：验证连接

独立基准和重复测量有助于识别不稳定标记和测量误差。

步骤 7：记录结果

项目应公布基准名称、参考历元、基准描述、高程值、不确定性和转换 方法。

该文档使未来的研究人员能够正确使用参考系统。

8. GNSS 在沿海垂直控制中的作用

包括 GPS 在内的全球导航卫星系统广泛用于建立测量位置。

高精度 GNSS 方法可以确定相对于指定大地参考系的椭球高度。

然后可以使用适当的大地水准面模型将这些测量结果与正高相关联。

但是，GNSS 并不能直接提供沿海所需的所有垂直数据。 测量。

测量员必须确定：

• GNSS 参考系。
• 相关的坐标历元。
• 椭球高度参考。
• 大地水准面模型。
• 所需的正交或潮汐 数据。
• 变换不确定性。

为了准确的沿海工作，GNSS 测量应得到适当的控制调查和记录的垂直变换的支持。

9. 海岸测绘中的垂直基准面变换

垂直基准面变换是将高程或深度从一个参考表面转换为另一个参考表面的过程。

例如，项目可能需要组合：

• 参照正交基准面的海滩高程。
• 参照基准面的水位 潮汐基准。
• 参考海图基准的海底深度。
• 参考椭球体的 GNSS 观测结果。

转换模型可以提供必要的高度差（已针对相关区域开发和验证）。

NOAA 的 VDatum 是设计用于在潮汐、正交和椭球垂直之间转换地理空间数据的系统示例。 数据。

其覆盖范围和支持的转换是针对特定区域的。 不应假设每种变换都适用于绍纳岛或多米尼加共和国。

对于当地项目，应咨询相关国家大地测量和水文学当局以确定批准的参考系统和变换信息。

10. 索纳岛周围的潜在应用

正确记录的垂直参考框架可以支持索纳岛周围多种类型的研究和工程工作。

海岸地形图

测量员可以使用一致的垂直参考记录海滩海拔、海岸坡度和地貌变化。

水深测量

已知的海图基准连接将帮助研究人员以一致且可追踪的方式报告水下深度

海滩剖面监测

重复调查可以比较海滩随时间的高程。

这将有助于区分海滩形状的实际变化与不一致的调查参考造成的差异。

沿海洪水建模

洪水模型需要兼容的陆地高程和水位信息。

可靠的垂直基准连接有助于避免地形数据和水位之间的人为高度差异 海岸基础设施设计

海岸结构的设计者需要地基、平台水平、排水、通道和其他工程组件的一致高程信息。

海平面监测

当潮汐计连接到稳定的陆地基准时，长期水位观测变得更加有用。

这种连接有助于研究人员调查观测到的水位变化是否与海面变化、海水运动有关。 土地或两者兼而有之。

这些是潜在的应用，而不是声称当前存在完整的本地基准网络。

11。 沿海项目中常见的垂直基准误差

不正确的基准处理可能会在测量和工程中造成严重问题。

混合不相关的参考系统

使用一个垂直基准的海滩高程和另一个垂直基准的海底深度而不进行转换可能会产生不一致的地形模型。

假设平均海平面是通用的

平均海平面取决于位置，并且随着时间的推移而变化

如果没有适当的连接，不应将来自远程站的值视为本地参考。

忽略基准移动

基准可能会损坏或物理移位。

需要重复检查以确认其稳定性。

使用不合适的大地水准面模型

与参考系或地理区域不兼容的大地水准面模型可能会产生不正确的正高。

无法记录基准历元

潮汐基准基于指定的观测周期。

必须记录历元，以便能够正确解释参考。

忽略不确定性

每次测量和转换都有 不确定性。

调查报告应说明相关的不确定性，而不是将所有海拔高度呈现为精确值。

12. 拟议的索纳岛垂直基准框架

未来的海岸调查计划可以通过以下阶段建立系统的垂直参考框架。

第一阶段：审查现有参考信息

确定可用的国家大地测量控制、水道测量图、潮位计信息和已发布的垂直参考文件。

第二阶段：选择合适的监测 地点

选择能够保持稳定基准和水位监测设备的地点。

第三阶段：建立基准控制

安装或验证永久测量标记，并通过精确的水准测量和GNSS观测将它们连接起来。

第四阶段：收集水位数据

使用可靠的仪器和准确的记录水位

第 5 阶段：估计相关潮汐基准

使用适当的观测周期和经过验证的分析方法来建立项目所需的潮汐参考水平。

第 6 阶段：连接潮汐和大地测量参考

通过记录的测量和水位观测确定垂直关系。

第 7 阶段：制定 转换文档

准备描述参考系统、基准高程、转换值和不确定性的清晰信息。

第8阶段：验证框架

进行独立检查和重复观察，以识别不一致或基准移动。

第9阶段：将框架应用于测绘

使用经过验证的参考系统进行地形测量、测深 调查、沿海建模和基础设施研究。

13。 垂直基准面一致性在未来海岸研究中的重要性

随着海岸测绘变得更加一体化，研究人员越来越多地结合来自不同仪器和平台的数据。

单个项目可能会使用卫星观测、GNSS 调查、基于无人机的高程模型、潮汐计、多波束声纳和海岸数值模型。

只有正确理解这些数据集的水平和垂直参考系，才能直接进行比较。

一致的垂直基准框架可以改进：

• 数据集成。
• 测量可重复性。
• 海岸高程比较。
• 工程设计 可靠性。
• 长期环境监测。
• 海平面变化解释。

对于绍纳岛来说，建立陆地海拔和海洋深度之间的可靠关系将是未来海岸研究的宝贵基础。

常见问题

1. 什么是海岸垂直基准面？

它是用来以一致的方式表达陆地高程和水深的参考面。

2． 平均海平面与海图基准相同吗？

不。 平均海平面是平均水位参考，而海图基准面是用于绘制深度和干燥高度的参考表面。

3. 潮汐基准和大地测量基准之间有什么区别？

潮汐基准是根据观测到的水位行为定义的。 大地垂直基准为陆地高程提供参考框架。

4. 什么是潮汐基准？

它是一个永久的物理测量标记，记录了与潮汐站或潮汐基准的海拔关系。

5. GPS 可以直接测量平均海平面以上的海拔吗？

GNSS 通常提供椭球体高度。 将这些转换为正高或潮汐高度需要合适的大地水准面信息和基准面转换。

6. 为什么垂直基准在测深测量中很重要？

它们为水下深度测量提供参考水平，并允许将测深数据与陆地高程测量进行比较。

7. 绍纳岛是否有经过验证的本地垂直基准网络？

本文并未证实存在这样的网络。 需要调查当地基准、水位观测和权威调查记录。

8. 如果两次测量使用不同的垂直基准会发生什么？

它们的高程和深度值可能不一致。 在可靠地组合数据集之前，需要经过验证的转换。

结论

海岸垂直基准面提供了一致测量陆地高程、海平面和水下深度所需的参考框架。 平均海平面、潮汐基准、海图基准、正高和椭球高各自有不同的用途。

对于绍纳岛，未来的垂直控制项目可以将沿海水位观测与稳定的大地测量基准联系起来。 这将有助于研究人员结合地形和水深数据，改进海岸测绘并支持工程和环境研究。

最重要的原则很简单：每次高程和深度测量都必须有明确标识的垂直参考。 准确的测量不仅取决于所使用的仪器，还取决于准确知道零在哪里。