Datums verticales costeros de la isla Saona: nivel medio del mar, datos de la carta y puntos de referencia de elevación
Introducción
El levantamiento costero implica medir tanto las elevaciones terrestres como las profundidades submarinas. Estas mediciones son esenciales para preparar mapas, diseñar estructuras costeras, realizar estudios hidrográficos y comprender los cambios en las condiciones de la costa.
Sin embargo, medir una altura no es simplemente una cuestión de registrar un número. Los topógrafos también deben identificar el nivel de referencia desde el cual se mide esa altura.
Esta referencia se llama datum vertical.
Por ejemplo, un estudio costero puede informar la elevación de una playa, mientras que un estudio hidrográfico informa la profundidad del agua de mar cercana. Ambas mediciones describen posiciones verticales, pero pueden usar diferentes superficies de referencia.
Si estas mediciones se combinan sin comprender sus sistemas de referencia, el mapa resultante o el cálculo de ingeniería pueden contener errores significativos.
Para la isla Saona en la República Dominicana, comprender los datums verticales costeros es relevante para posibles investigaciones que involucren mapeo de costas, estudios de elevación de playas, batimetría, infraestructura costera y monitoreo del nivel del mar.
Este artículo explica los principales sistemas de referencia verticales, cómo los conectan los topógrafos y cómo se podría desarrollar un marco de elevación costera confiable. para la isla. No afirma que ya se haya establecido un dato vertical local particular o una red de referencia.
1. ¿Qué es un datum vertical?
Un datum vertical es una superficie de referencia definida que se utiliza para expresar elevaciones o profundidades.
Proporciona un punto de partida común para mediciones verticales.
Por ejemplo:
- La elevación de una playa se puede informar como 2,5 metros por encima de un datum específico.
- Se puede registrar una ubicación en el fondo marino como 8 metros por debajo de un datum cartográfico.
- La elevación de sus cimientos de una estructura costera puede estar referenciada a un sistema vertical geodésico nacional.
Sin una referencia consistente, los números no se pueden comparar de manera confiable.
Un datum vertical es diferente de un datum horizontal. Un datum horizontal define el marco de referencia para posiciones como latitud y longitud, mientras que un datum vertical define la referencia para alturas y profundidades.
NOAA explica que los datums verticales geodésicos se utilizan para expresar elevaciones terrestres, mientras que los datums a nivel del agua proporcionan niveles de referencia para mediciones marinas y profundidades de cartas náuticas.
2. Principales tipos de referencias verticales costeras
Los diferentes sistemas de referencia verticales sirven para diferentes propósitos.
2.1 Nivel medio del mar (MSL)
El nivel medio del mar es un nivel medio de la superficie del mar calculado a partir de observaciones del nivel del agua durante un período específico.
A menudo se utiliza como referencia en estudios de cartografía costera y elevación del terreno.
Sin embargo, el nivel medio del mar no es una superficie perfectamente uniforme en todo el mundo. El nivel del mar local puede variar debido a la circulación oceánica, las condiciones atmosféricas, las mareas, la densidad del agua, la geografía costera y el movimiento vertical de la tierra.
También se debe identificar el período de observación. Un nivel medio del mar a corto plazo y un nivel medio del mar a largo plazo no son necesariamente equivalentes.
2.2 Agua alta media (MHW)
La marea alta media representa el promedio de los niveles altos de agua observados durante una época de referencia de marea definida.
Puede ser útil para la cartografía y la gestión costera relacionadas con la costa.
Sin embargo, no debe tratarse automáticamente como el límite exacto de la tierra y el mar en cada momento. momento.
2.3 Bajamar media (MLW)
La bajamar media representa el promedio de los niveles de bajamar durante un período de observación definido.
Puede ayudar a describir la parte inferior recurrente del rango de marea.
2.4 La bajamar media (MLLW)
La bajamar media es el promedio de los niveles bajos de agua durante cada día de marea sobre el datum especificado época.
Se utiliza como referencia cartográfica en algunos países, incluido Estados Unidos.
El datum cartográfico seleccionado para una región en particular debe ser confirmado por la autoridad hidrográfica correspondiente. No se debe suponer automáticamente que MLLW es el datum cartográfico oficial alrededor de la isla Saona.
2.5 Marea alta media (MHHW)
La marea alta media representa el promedio de los niveles altos de agua durante cada día de marea durante un período definido.
Puede ser útil para describir las condiciones de la costa de marea y ciertas aplicaciones de cartografía costera.
2.6 Datum de la carta
El datum de la carta es la superficie de referencia vertical a la que se refieren las profundidades y alturas de secado en una carta náutica.
Se selecciona de acuerdo con la práctica hidrográfica y las necesidades de una navegación segura.
Un datum cartográfico generalmente se selecciona para proporcionar una referencia conservadora para las profundidades del agua cartografiadas, pero su definición exacta difiere entre regiones.
Para un proyecto hidrográfico de la Isla Saona, el datum cartográfico apropiado debería establecerse a partir de información de cartas náuticas autorizadas y datos hidrográficos locales. requisitos.
3. Datums verticales geodésicos y alturas elipsoidales
No todos los sistemas de referencia verticales se basan en mareas observadas.
Los levantamientos geodésicos utilizan sistemas de referencia conectados a la forma y el campo de gravedad de la Tierra.
Dos conceptos importantes son la altura ortométrica y la altura elipsoidal.
Altura ortométrica
La altura ortométrica es la altura de un punto sobre un geoide de referencia, que corresponde aproximadamente al nivel medio del mar.
Se usa comúnmente en ingeniería, mapeo topográfico y topografía de construcción.
Altura elipsoidal
La altura elipsoidal es la distancia medida a lo largo de la normal a un elipsoide de referencia matemático.
Los equipos GNSS, incluidos los receptores GPS de alta precisión, comúnmente proporcionan posiciones referenciadas a un marco de referencia geodésico y alturas elipsoidales.
Una altura elipsoidal no es automáticamente lo mismo que una elevación sobre el nivel medio del mar.
Ondulación del geoide
El geoide es una superficie de referencia relacionada con la gravedad que se utiliza en geodesia física.
La separación entre el geoide y el elipsoide de referencia se llama ondulación del geoide.
Una relación comúnmente utilizada es:
h = H + N
Donde:
- h = altura elipsoidal
- H = altura ortométrica
- N = ondulación geoide
Por lo tanto:
H = h − N
Esta relación permite a los topógrafos convertir alturas elipsoidales en alturas ortométricas cuando estén disponibles un modelo de geoide adecuado y sistemas de referencia compatibles.
El modelo de geoide, el marco de referencia de coordenadas y la convención de signos deben verificarse antes de aplicar la ecuación.
4. ¿Por qué son diferentes los datums verticales costeros?
Un malentendido común es que el nivel medio del mar, el datum cartográfico y un datum vertical geodésico son intercambiables.
No lo son.
Cada uno representa un concepto de referencia diferente.
Los datums de marea se basan en el comportamiento observado del nivel del agua durante un período definido.
Los datums verticales geodésicos son sistemas de referencia que se utilizan para expresar alturas de manera consistente en una zona geográfica más amplia región.
Los datos cartográficos se seleccionan para la cartografía hidrográfica y la navegación.
Sus relaciones varían geográficamente.
La NOAA explica que la relación entre los datos de marea y geodésicos depende de factores como el rango de mareas, la batimetría, la topografía, las variaciones de geoide y el movimiento vertical de la tierra.
Por lo tanto, una relación de datos establecida en una estación de mareas no debe simplemente transferirse a una costa distante sin un análisis adecuado.
Esto es particularmente importante para entornos insulares, donde la geometría costera local y las profundidades del agua cercanas pueden influir en los niveles de referencia de las mareas.
5. ¿Qué es un punto de referencia de mareas?
Un punto de referencia de mareas es un punto de referencia físico permanente con una relación de elevación documentada con una estación de mareas o un dato de mareas cercano.
Permite conectar las mediciones del nivel del agua a un control topográfico estable en tierra.
Se puede instalar un punto de referencia como una marca metálica duradera colocada en una estructura de concreto adecuada o en una superficie rocosa estable.
Su posición y elevación deben documentarse para que futuros equipos de reconocimiento puedan recuperarlas y verificarlas.
Propósitos principales de los puntos de referencia de mareas
- Establecer una referencia consistente para las mediciones del nivel del agua.
- Conectar lecturas de mareógrafos a elevaciones terrestres.
- Detectar posibles movimientos del equipo de monitoreo.
- Apoyar la observación del nivel del mar a largo plazo.
- Conectar sistemas de referencia de mareas y geodésicos.
Varios puntos de referencia son importantes porque una sola marca puede dañarse, alterarse o desplazarse.
NOAA recomienda conectar los puntos de referencia de mareas a más de un punto de referencia geodésico al establecer una relación confiable entre las referencias de mareas y geodésicas. sistemas.
6. Conectar las elevaciones terrestres con las profundidades marinas
Uno de los principales desafíos en la ingeniería costera es combinar mediciones topográficas y batimétricas.
Los estudios topográficos describen elevaciones terrestres.
Los estudios batimétricos describen las profundidades submarinas.
Los dos conjuntos de datos pueden tener diferentes referencias verticales.
Por ejemplo, un estudio topográfico podría utilizar un dato ortométrico, mientras que una carta náutica utiliza una carta local. datum.
Si los conjuntos de datos se unen sin una transformación correcta, el fondo marino y la playa pueden aparecer en elevaciones relativas incorrectas.
Esto puede afectar:
- Modelos de terreno costero.
- Mapeo de costa.
- Análisis de perfil de playa.
- Dragado cálculos.
- Modelado de inundaciones costeras.
- Diseño de construcción marina.
- Interpretación de profundidad relacionada con la navegación.
La norma S-44 de la Organización Hidrográfica Internacional establece que se deben especificar marcos de referencia verticales y que las conexiones entre las cartas y los datos verticales topográficos deben determinarse y describirse claramente.
7. ¿Cómo se conectan los datums verticales?
Los topógrafos utilizan una combinación de observaciones del nivel del agua y mediciones geodésicas para establecer relaciones entre sistemas de referencia verticales.
Paso 1: Establecer una estación local de nivel de agua
Un mareógrafo registra los niveles de agua en una ubicación costera adecuada.
El instrumento debe estar conectado a un sistema de referencia local estable.
Paso 2: Instalar permanentemente puntos de referencia
Se establecen marcas físicas adecuadas cerca de la estación de monitoreo.
Sus posiciones y elevaciones deben registrarse y protegerse.
Paso 3: medir las elevaciones de los puntos de referencia
Se puede utilizar una nivelación diferencial precisa o un levantamiento GNSS adecuado para conectar la red de referencia al control geodésico.
Paso 4: observar los niveles de las mareas
Se requiere un registro de nivel de agua suficientemente largo y confiable para estimar los datos de marea relevantes.
El período de observación debe coincidir con la definición de los datos de marea previstos y la metodología aceptada.
Paso 5: Establecer la relación de los datos de referencia
La diferencia vertical entre el datum de marea local y la referencia geodésica se calculan utilizando observaciones documentadas y mediciones topográficas.
Paso 6: verificar la conexión
Los puntos de referencia independientes y las mediciones repetidas ayudan a identificar marcas inestables y errores de medición.
Paso 7: documentar los resultados
El proyecto debe publicar el nombre del datum, la época de referencia, las descripciones de los puntos de referencia, los valores de elevación, las incertidumbres y el método de transformación.
Esta documentación permite a futuros investigadores utilizar correctamente el sistema de referencia.
8. El papel del GNSS en el control vertical costero
Los sistemas globales de navegación por satélite, incluido el GPS, se utilizan ampliamente para establecer posiciones topográficas.
Los métodos GNSS de alta precisión pueden determinar alturas elipsoidales en relación con un marco de referencia geodésico específico.
Estas mediciones pueden luego relacionarse con alturas ortométricas utilizando un modelo geoide apropiado.
Sin embargo, el GNSS no proporciona directamente todos los datos verticales necesarios para las zonas costeras. topografía.
Un topógrafo debe identificar:
- El marco de referencia GNSS.
- La época de coordenadas, cuando sea relevante.
- La referencia de altura elipsoidal.
- El modelo geoide.
- El datum ortométrico o de marea requerido.
- La transformación incertidumbre.
Para un trabajo costero preciso, las mediciones GNSS deben estar respaldadas por estudios de control adecuados y transformaciones verticales documentadas.
9. Transformaciones de datos verticales en cartografía costera
La transformación de datos verticales es el proceso de convertir elevaciones o profundidades de una superficie de referencia a otra.
Por ejemplo, es posible que un proyecto necesite combinar:
- Elevaciones de playa referidas a un datum ortométrico.
- Niveles de agua referenciados a una marea datum.
- Profundidad del fondo marino referenciada a un datum cartográfico.
- Observaciones GNSS referenciadas a un elipsoide.
Un modelo de transformación puede proporcionar las diferencias de altura necesarias cuando se ha desarrollado y validado para la región relevante.
VDatum de NOAA es un ejemplo de un sistema diseñado para transformar datos geoespaciales entre datos verticales de marea, ortométricos y elipsoidales.
Su cobertura y transformaciones respaldadas son específicas de cada región. No se debe asumir que todas las transformaciones están disponibles para la Isla Saona o la República Dominicana.
Para un proyecto local, se debe consultar a las autoridades geodésicas e hidrográficas nacionales pertinentes para identificar los sistemas de referencia aprobados y la información de transformación.
10. Aplicaciones potenciales alrededor de la isla Saona
Un marco de referencia vertical adecuadamente documentado podría respaldar varios tipos de trabajos de investigación e ingeniería alrededor de la isla Saona.
Mapeo topográfico costero
Los topógrafos podrían registrar elevaciones de playas, pendientes costeras y cambios en la forma del relieve utilizando una referencia vertical consistente.
Levantamiento batimétrico
Una conexión de datos cartográficos conocida ayudaría a los investigadores a informar las profundidades submarinas de una manera consistente y rastreable.
Monitoreo del perfil de la playa
Los estudios repetidos podrían comparar las elevaciones de las playas a lo largo del tiempo.
Esto ayudaría a distinguir los cambios reales en la forma de la playa de las diferencias causadas por referencias inconsistentes de los estudios.
Modelado de inundaciones costeras
Los modelos de inundaciones necesitan información compatible sobre las elevaciones del terreno y el nivel del agua.
Una conexión de referencia vertical confiable ayuda a evitar diferencias artificiales de altura entre los datos del terreno y el nivel del agua. entradas.
Diseño de infraestructura costera
Los diseñadores de estructuras costeras necesitan información de elevación consistente para cimientos, niveles de plataformas, drenaje, rutas de acceso y otros componentes de ingeniería.
Monitoreo del nivel del mar
Las observaciones del nivel del agua a largo plazo se vuelven más útiles cuando el mareógrafo está conectado a puntos de referencia terrestres estables.
Esta conexión ayuda a los investigadores a investigar si los cambios observados en el nivel del agua están asociados con cambios en la superficie del mar, movimiento de la tierra o ambos.
Estas son aplicaciones potenciales, no afirmaciones de que exista actualmente una red de referencia local completa.
11. Errores comunes de datos verticales en proyectos costeros
El manejo incorrecto de los datos puede crear serios problemas en topografía e ingeniería.
Mezclar sistemas de referencia no relacionados
Usar elevaciones de playa de un datum vertical y profundidades del lecho marino de otro sin transformación puede producir un modelo de terreno inconsistente.
Asumir que el nivel medio del mar es universal
El nivel medio del mar depende de la ubicación y cambia. tiempo.
Un valor de una estación distante no debe tratarse como una referencia local sin una conexión adecuada.
Ignorar el movimiento del punto de referencia
Un punto de referencia puede estar dañado o desplazado físicamente.
Es necesario realizar comprobaciones repetidas para confirmar su estabilidad.
Usar un modelo de geoide inadecuado
Un modelo de geoide que no es compatible con el marco de referencia o la región geográfica puede producir alturas ortométricas incorrectas.
No documentar la época del datum
Los datums de marea se basan en períodos de observación específicos.
La época debe registrarse para que la referencia pueda interpretarse correctamente.
Omitir incertidumbre
Cada medición y transformación tiene incertidumbre.
Los informes de estudio deben Indique la incertidumbre relevante en lugar de presentar todas las elevaciones como valores exactos.
12. Un marco de referencia vertical propuesto para la isla Saona
Un futuro programa de estudios costeros podría establecer un marco de referencia vertical sistemático a través de las siguientes etapas.
Etapa 1: revisar la información de referencia existente
Identificar control geodésico nacional, cartas hidrográficas, información de mareógrafos y documentación de referencia vertical publicada disponibles.
Etapa 2: seleccionar ubicaciones de monitoreo adecuadas
Elegir ubicaciones donde haya puntos de referencia estables y se puede mantener el equipo de monitoreo del nivel del agua.
Etapa 3: Establecer un control de referencia
Instalar o verificar marcas topográficas permanentes y conectarlas mediante nivelación precisa y observaciones GNSS.
Etapa 4: Recopilar datos del nivel del agua
Registrar los niveles del agua con instrumentos confiables y sincronización precisa.
Etapa 5: Estimar las mareas relevantes datums
Utilice un período de observación apropiado y métodos de análisis validados para establecer los niveles de referencia de mareas requeridos para el proyecto.
Etapa 6: Conecte las referencias de mareas y geodésicas
Determine la relación vertical mediante levantamientos documentados y observaciones del nivel del agua.
Etapa 7: Desarrollar documentación de transformación
Prepare información clara que describa los sistemas de referencia, las elevaciones de referencia y la transformación valores e incertidumbres.
Etapa 8: Validar el marco
Realizar verificaciones independientes y repetir observaciones para identificar inconsistencias o movimientos de referencia.
Etapa 9: Aplicar el marco a la cartografía
Utilizar el sistema de referencia validado para levantamientos topográficos, levantamientos batimétricos, modelado costero y estudios de infraestructura.
13. La importancia de la coherencia de los datos verticales en la futura investigación costera
A medida que la cartografía costera se vuelve más integrada, los investigadores combinan cada vez más datos de diferentes instrumentos y plataformas.
Un solo proyecto puede utilizar observaciones satelitales, estudios GNSS, modelos de elevación basados en drones, mareógrafos, sonares multihaz y modelos numéricos costeros.
Estos conjuntos de datos solo son directamente comparables cuando sus sistemas de referencia horizontal y vertical se entienden adecuadamente.
Un marco de datos vertical consistente puede mejorar:
- Integración de datos.
- Repetibilidad de los estudios.
- Comparaciones de elevación costera.
- Confiabilidad del diseño de ingeniería.
- A largo plazo monitoreo ambiental.
- Interpretación del cambio en el nivel del mar.
Para la isla Saona, establecer una relación confiable entre las elevaciones terrestres y las profundidades marinas sería una base valiosa para futuras investigaciones costeras.
Preguntas frecuentes
1. ¿Qué es un datum vertical costero?
Es una superficie de referencia utilizada para expresar elevaciones de tierra y profundidades de agua de manera consistente.
2. ¿El nivel medio del mar es el mismo que el dato de la carta?
No. El nivel medio del mar es una referencia promedio del nivel del agua, mientras que el datum de la carta es la superficie de referencia utilizada para las profundidades y las alturas de secado cartografiadas.
3. ¿Cuál es la diferencia entre un datum de marea y un datum geodésico?
Un datum de marea se define a partir del comportamiento observado del nivel del agua. Un datum vertical geodésico proporciona un marco de referencia para las elevaciones del terreno.
4. ¿Qué es un punto de referencia de mareas?
Es una marca topográfica física permanente con una relación de elevación documentada con una estación de mareas o un dato de mareas.
5. ¿Puede el GPS medir la elevación sobre el nivel medio del mar directamente?
El GNSS normalmente proporciona alturas elipsoidales. Convertirlos a alturas ortométricas o de marea requiere información geoide adecuada y transformaciones de datos de referencia.
6. ¿Por qué son importantes los datos verticales en los levantamientos batimétricos?
Proporcionan el nivel de referencia para las mediciones de profundidad bajo el agua y permiten comparar los datos batimétricos con los levantamientos de elevación del terreno.
7. ¿Tiene la isla Saona una red de datos verticales local verificada?
Este artículo no establece que dicha red exista. Sería necesario investigar los puntos de referencia locales, las observaciones del nivel del agua y los registros de estudios autorizados.
8. ¿Qué sucede si dos levantamientos utilizan diferentes puntos de referencia verticales?
Es posible que sus valores de elevación y profundidad no estén alineados. Se necesita una transformación validada antes de que los conjuntos de datos puedan combinarse de manera confiable.
Conclusión
Los datums verticales costeros proporcionan el marco de referencia necesario para medir las elevaciones terrestres, los niveles del mar y las profundidades submarinas de manera consistente. El nivel medio del mar, los datos de marea, los datos de cartas, las alturas ortométricas y las alturas elipsoidales tienen diferentes propósitos.
Para la isla Saona, un futuro proyecto de control vertical podría conectar las observaciones del nivel del agua costera con puntos de referencia geodésicos estables. Esto ayudaría a los investigadores a combinar datos topográficos y batimétricos, mejorar la cartografía costera y respaldar los estudios ambientales y de ingeniería.
El principio más importante es simple: cada medición de elevación y profundidad debe tener una referencia vertical claramente identificada. Un levantamiento topográfico preciso depende no sólo del instrumento utilizado, sino también de saber exactamente dónde está el cero.
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