Dati verticali costieri dell'isola di Saona: livello medio del mare, dati cartografici e benchmark di elevazione

Introduzione

Il rilevamento costiero prevede la misurazione sia delle elevazioni terrestri che delle profondità sottomarine. Queste misurazioni sono essenziali per preparare mappe, progettare strutture costiere, condurre rilievi idrografici e comprendere i cambiamenti nelle condizioni della costa.

Tuttavia, misurare un'altezza non è semplicemente questione di registrare un numero. I topografi devono anche identificare il livello di riferimento da cui viene misurata l'altezza.

Questo riferimento è chiamato datum verticale.

Ad esempio, un rilevamento costiero potrebbe riportare l'elevazione di una spiaggia, mentre un rilevamento idrografico riporta la profondità dell'acqua di mare vicina. Entrambe le misurazioni descrivono posizioni verticali, ma possono utilizzare superfici di riferimento diverse.

Se queste misurazioni vengono combinate senza comprenderne i sistemi di riferimento, la mappa risultante o il calcolo ingegneristico potrebbero contenere errori significativi.

Per l'isola di Saona nella Repubblica Dominicana, comprendere i datum verticali costieri è rilevante per una potenziale ricerca che coinvolge la mappatura della costa, i rilievi dell'elevazione della spiaggia, la batimetria, le infrastrutture costiere e il monitoraggio del livello del mare.

Questo articolo spiega i principali sistemi di riferimento verticali, come i geometri li collegano e come potrebbe essere sviluppato un quadro affidabile dell'elevazione costiera. per l'isola. Non afferma che un particolare dato verticale locale o una rete di riferimento sia già stato stabilito.

1. Che cos'è un datum verticale?

Un datum verticale è una superficie di riferimento definita utilizzata per esprimere elevazioni o profondità.

Fornisce un punto di partenza comune per le misurazioni verticali.

Ad esempio:

• L'elevazione di una spiaggia potrebbe essere segnalata come 2,5 metri sopra un datum specificato.
• Potrebbe essere registrata una posizione del fondale marino come 8 metri sotto un datum cartografico.
• Una struttura costiera potrebbe avere l'elevazione delle fondamenta riferita a un sistema verticale geodetico nazionale.

Senza un riferimento coerente, i numeri non possono essere confrontati in modo affidabile.

Un datum verticale è diverso da un datum orizzontale. Un datum orizzontale definisce il quadro di riferimento per posizioni come latitudine e longitudine, mentre un datum verticale definisce il riferimento per altezze e profondità.

NOAA spiega che i datum verticali geodetici vengono utilizzati per esprimere elevazioni del terreno, mentre i datum del livello dell'acqua forniscono livelli di riferimento per misurazioni marine e profondità delle carte nautiche.

2. Principali tipi di riferimenti verticali costieri

Diversi sistemi di riferimento verticali servono a scopi diversi.

2.1 Livello medio del mare (MSL)

Il livello medio del mare è un livello medio della superficie del mare calcolato dalle osservazioni del livello dell'acqua in un periodo specifico.

Viene spesso utilizzato come riferimento nella mappatura costiera e negli studi sull'elevazione del territorio.

Tuttavia, il livello medio del mare non è una superficie perfettamente uniforme in tutto il mondo. Il livello del mare locale può variare a causa della circolazione oceanica, delle condizioni atmosferiche, delle maree, della densità dell'acqua, della geografia costiera e del movimento verticale del terreno.

È inoltre necessario identificare il periodo di osservazione. Il livello medio del mare a breve termine e il livello medio del mare a lungo termine non sono necessariamente equivalenti.

2.2 Mean High Water (MHW)

Mean High Water rappresenta la media dei livelli di alta marea osservati in un'epoca di dati di marea definita.

Può essere utile per la mappatura relativa al litorale e la gestione costiera.

Tuttavia, non dovrebbe essere trattato automaticamente come il confine esatto della terra e del mare in ogni momento. momento.

2.3 Mean Low Water (MLW)

Mean Low Water rappresenta la media dei livelli di bassa marea in un periodo di osservazione definito.

Può aiutare a descrivere la porzione inferiore ricorrente dell'intervallo di marea.

2.4 Mean Lower Low Water (MLLW)

Mean Lower Low Water è la media dei livelli inferiori di bassa marea durante ogni giorno di marea nel dato specificato epoca.

Viene utilizzato come riferimento cartografico in alcuni paesi, inclusi gli Stati Uniti.

Il datum cartografico selezionato per una particolare regione deve essere confermato dall'autorità idrografica pertinente. MLLW non dovrebbe essere automaticamente considerato il datum ufficiale della carta intorno all'Isola di Saona.

2.5 Mean Higher High Water (MHHW)

Mean Higher High Water rappresenta la media dei livelli più alti di alta marea durante ogni giorno di marea in un periodo definito.

Può essere utile per descrivere le condizioni della costa e alcune applicazioni di mappatura costiera.

2.6 Chart Datum

Chart Datum è la superficie di riferimento verticale a cui si riferiscono le profondità e le altezze di essiccazione su una carta nautica.

Viene selezionato in base alla pratica idrografica e alle esigenze di navigazione sicura.

Un datum cartografico viene generalmente selezionato per fornire un riferimento conservativo per le profondità dell'acqua riportate sulla carta, ma la sua definizione esatta differisce da una regione all'altra.

Per un progetto idrografico dell'isola di Saona, il datum cartografico appropriato dovrebbe essere stabilito da informazioni autorevoli sulla carta nautica e dall'idrografia locale requirements.

3. Riferimenti geodetici verticali e altezze ellissoidali

Non tutti i sistemi di riferimento verticale sono basati sulle maree osservate.

Il rilevamento geodetico utilizza sistemi di riferimento collegati alla forma e al campo gravitazionale della Terra.

Due concetti importanti sono l'altezza ortometrica e l'altezza ellissoidale.

Altezza ortometrica

L'altezza ortometrica è l'altezza di un punto sopra un geoide di riferimento, corrispondente approssimativamente al livello medio del mare.

È comunemente utilizzata in ingegneria, cartografia topografica e rilevamento edile.

Altezza ellissoidale

L'altezza ellissoidale è la distanza misurata lungo la normale a un ellissoide di riferimento matematico.

Le apparecchiature GNSS, inclusi i ricevitori GPS ad alta precisione, forniscono comunemente posizioni riferite a un quadro di riferimento geodetico e altezze ellissoidali.

Un'altezza ellissoidale non corrisponde automaticamente a un'elevazione sopra il livello medio del mare.

Ondulazione del geoide

Il geoide è una superficie di riferimento correlata alla gravità utilizzata nella geodesia fisica.

La separazione tra il geoide e l'ellissoide di riferimento è chiamata ondulazione del geoide.

Una relazione comunemente usata è:

h = H + N

Dove:

• h = altezza ellissoidale
• H = altezza ortometrica
• N = ondulazione geoide

Pertanto:

H = h − N

Questa relazione consente ai topografi di convertire l'ellissoidale altezze in altezze ortometriche quando sono disponibili un modello geoide adatto e sistemi di riferimento compatibili.

Il modello geoide, il sistema di riferimento delle coordinate e la convenzione dei segni devono essere controllati prima di applicare l'equazione.

4. Perché i datum verticali costieri sono diversi?

Un malinteso comune è che il livello medio del mare, il datum cartografico e un datum verticale geodetico siano intercambiabili.

Non lo sono.

Ciascuno rappresenta un concetto di riferimento diverso.

I datum delle maree si basano sul comportamento osservato del livello dell'acqua in un periodo definito.

I datum verticali geodetici sono sistemi di riferimento utilizzati per esprimere altezze in modo coerente in un'area geografica più ampia. regione.

I datum cartografici vengono selezionati per la cartografia idrografica e la navigazione.

Le loro relazioni variano geograficamente.

NOAA spiega che la relazione tra i datum di marea e quelli geodetici dipende da fattori quali l'intervallo di marea, la batimetria, la topografia, le variazioni geoidi e il movimento verticale del terreno.

Pertanto, una relazione di datum stabilita in una stazione di marea non dovrebbe essere semplicemente trasferita a una costa distante senza un'analisi appropriata.

Ciò è particolarmente importante per gli ambienti insulari, dove la geometria costiera locale e le profondità dell'acqua vicine possono influenzare i livelli di riferimento delle maree.

5. Cos'è un benchmark delle maree?

Un benchmark delle maree è un punto di riferimento fisico permanente con una relazione di elevazione documentata con una stazione di marea o un dato di marea nelle vicinanze.

Consente di collegare le misurazioni del livello dell'acqua a un controllo di rilevamento stabile a terra.

Un benchmark potrebbe essere installato come un segno metallico durevole inserito in una struttura di cemento adatta o in una superficie rocciosa stabile.

La sua posizione e elevazione dovrebbero essere documentate in modo che le future squadre di rilevamento possano recuperarle e verificarle.

Scopi principali dei benchmark delle maree

• Stabilire un riferimento coerente per le misurazioni del livello dell'acqua.
• Connetti letture dei mareografi alle elevazioni del terreno.
• Rilevare possibili movimenti delle apparecchiature di monitoraggio.
• Supportare l'osservazione a lungo termine del livello del mare.
• Collegare i sistemi di riferimento geodetico e di marea.

Parametri multipli sono importanti perché un singolo segno può essere danneggiato, disturbato o spostato.

NOAA consiglia di collegare i parametri di riferimento delle maree a più di un punto di riferimento geodetico quando si stabilisce una relazione affidabile tra maree e sistemi di riferimento geodetici.

6. Collegare le altitudini terrestri con le profondità marine

Una delle sfide principali nell'ingegneria costiera è la combinazione di misurazioni topografiche e batimetriche.

I rilievi topografici descrivono le elevazioni del terreno.

I rilievi batimetrici descrivono le profondità sottomarine.

I due set di dati possono avere riferimenti verticali diversi.

Ad esempio, un rilievo topografico potrebbe utilizzare un datum ortometrico, mentre una carta nautica utilizza una carta locale datum.

Se i set di dati vengono uniti senza una trasformazione corretta, il fondale marino e la spiaggia potrebbero apparire ad altitudini relative errate.

Ciò può influenzare:

• Modelli del terreno costiero.
• Mappatura della linea costiera.
• Analisi del profilo della spiaggia.
• Dragaggio calcoli.
• Modellazione delle inondazioni costiere.
• Progettazione di costruzioni marine.
• Interpretazione della profondità relativa alla navigazione.

Lo standard S-44 dell'Organizzazione Idrografica Internazionale stabilisce che i quadri di riferimento verticali devono essere specificati e che le connessioni tra la carta e i datum verticali del rilievo terrestre devono essere chiaramente determinate e descritte.

7. Come sono collegati i riferimenti verticali?

I geometri utilizzano una combinazione di osservazioni del livello dell'acqua e misurazioni geodetiche per stabilire le relazioni tra i sistemi di riferimento verticali.

Passaggio 1: stabilire una stazione locale del livello dell'acqua

Un mareografo registra i livelli dell'acqua in una posizione costiera adatta.

Lo strumento deve essere collegato a un sistema di riferimento locale stabile.

Passaggio 2: installazione permanente punti di riferimento

I contrassegni fisici adeguati vengono stabiliti vicino alla stazione di monitoraggio.

Le loro posizioni e elevazioni devono essere registrate e protette.

Passaggio 3: misurare le elevazioni dei punti di riferimento

È possibile utilizzare un livellamento differenziale preciso o un rilevamento GNSS adeguato per collegare la rete di riferimento al controllo geodetico.

Fase 4: osservare i livelli dell'acqua delle maree

È necessaria una registrazione del livello dell'acqua sufficientemente lunga e affidabile per stimare i datum delle maree rilevanti.

Il periodo di osservazione deve corrispondere alla definizione del datum prevista e alla metodologia accettata.

Fase 5: stabilire la relazione tra i datum

La verticale La differenza tra il datum delle maree locali e il riferimento geodetico viene calcolata utilizzando osservazioni documentate e misurazioni di rilievo.

Passaggio 6: verificare la connessione

Benchmark indipendenti e misurazioni ripetute aiutano a identificare segni instabili ed errori di misurazione.

Passaggio 7: documentare i risultati

Il progetto dovrebbe pubblicare il nome del datum, l'epoca di riferimento, le descrizioni dei benchmark, i valori di elevazione, le incertezze e il metodo di trasformazione.

Questa documentazione consente i futuri ricercatori a utilizzare correttamente il sistema di riferimento.

8. Il ruolo del GNSS nel controllo verticale della costa

I sistemi satellitari di navigazione globale, compreso il GPS, sono ampiamente utilizzati per stabilire posizioni di rilevamento.

I metodi GNSS ad alta precisione possono determinare altezze ellissoidali rispetto a un quadro di riferimento geodetico specificato.

Queste misurazioni possono quindi essere correlate alle altezze ortometriche utilizzando un modello geoide appropriato.

Tuttavia, il GNSS non fornisce direttamente tutti i datum verticali necessari per la costa rilevamento.

Un rilevatore deve identificare:

• Il sistema di riferimento GNSS.
• L'epoca delle coordinate, se pertinente.
• Il riferimento dell'altezza ellissoidale.
• Il modello geoide.
• Il dato ortometrico o di marea richiesto.
• La trasformazione incertezza.

Per un accurato lavoro costiero, le misurazioni GNSS dovrebbero essere supportate da adeguate indagini di controllo e trasformazioni verticali documentate.

9. Trasformazioni di datum verticale nella mappatura costiera

La trasformazione di datum verticale è il processo di conversione di elevazioni o profondità da una superficie di riferimento a un'altra.

Ad esempio, un progetto potrebbe dover combinare:

• Elevazioni della spiaggia riferite a un datum ortometrico.
• Livello dell'acqua riferito a una marea datum.
• Profondità del fondale marino riferite a un datum cartografico.
• Osservazioni GNSS riferite a un ellissoide.

Un modello di trasformazione può fornire le differenze di altezza necessarie laddove è stato sviluppato e convalidato per la regione pertinente.

VDatum della NOAA è un esempio di un sistema progettato per trasformare i dati geospaziali tra datum verticali di marea, ortometrici ed ellissoidali.

La sua copertura e le trasformazioni supportate sono specifiche della regione. Non si deve dare per scontato che ogni trasformazione sia disponibile per l'Isola di Saona o la Repubblica Dominicana.

Per un progetto locale, è necessario consultare le autorità geodetiche e idrografiche nazionali competenti per identificare i sistemi di riferimento approvati e le informazioni sulla trasformazione.

10. Potenziali applicazioni intorno all'isola di Saona

Un quadro di riferimento verticale adeguatamente documentato potrebbe supportare diversi tipi di lavori di ricerca e ingegneria intorno all'isola di Saona.

Mappatura topografica costiera

I geometri potrebbero registrare le elevazioni delle spiagge, i pendii costieri e i cambiamenti della morfologia utilizzando un riferimento verticale coerente.

Rilevamento batimetrico

Una connessione nota ai dati cartografici aiuterebbe i ricercatori a riportare le profondità sottomarine in modo coerente e tracciabile. modo.

Monitoraggio del profilo della spiaggia

Rilievi ripetuti potrebbero confrontare le elevazioni della spiaggia nel tempo.

Ciò aiuterebbe a distinguere i cambiamenti effettivi nella forma della spiaggia dalle differenze causate da riferimenti di rilievo incoerenti.

Modellazione delle inondazioni costiere

I modelli delle inondazioni necessitano di elevazioni del terreno compatibili e informazioni sul livello dell'acqua.

Una connessione affidabile al datum verticale aiuta a evitare differenze di altezza artificiali tra i dati del terreno e il livello dell'acqua. input.

Progettazione di infrastrutture costiere

I progettisti di strutture costiere necessitano di informazioni coerenti sull'altitudine per fondazioni, livelli di piattaforma, drenaggio, vie di accesso e altri componenti tecnici.

Monitoraggio del livello del mare

Le osservazioni a lungo termine del livello dell'acqua diventano più utili quando il mareografo è collegato a parametri di riferimento stabili a terra.

Questa connessione aiuta i ricercatori a indagare se i cambiamenti osservati del livello dell'acqua sono associati a cambiamenti nella superficie del mare, al movimento della terra o entrambi.

Si tratta di potenziali applicazioni, non di affermazioni sull'esistenza attualmente di una rete di benchmark locale completa.

11. Errori comuni dei datum verticali nei progetti costieri

La gestione errata dei datum può creare seri problemi nel rilevamento e nell'ingegneria.

Mischiare sistemi di riferimento non correlati

L'utilizzo delle elevazioni della spiaggia da un datum verticale e delle profondità del fondale marino da un altro senza trasformazione può produrre un modello del terreno incoerente.

Supponendo che il livello medio del mare sia universale

Il livello medio del mare dipende dalla posizione e cambia a seconda del luogo. tempo.

Un valore proveniente da una stazione distante non deve essere trattato come un riferimento locale senza una connessione appropriata.

Ignorare il movimento del benchmark

Un benchmark potrebbe essere danneggiato o spostato fisicamente.

Sono necessari controlli ripetuti per confermarne la stabilità.

Utilizzo di un modello geoide non adatto

Un modello geoide che non è compatibile con il sistema di riferimento o la regione geografica può produrre altezze ortometriche errate.

Mancata documentazione dell'epoca del datum

I datum delle maree si basano su periodi di osservazione specifici.

L'epoca deve essere registrata in modo che il riferimento possa essere interpretato correttamente.

Omissione dell'incertezza

Ogni misurazione e trasformazione presenta incertezza.

I rapporti di rilevamento dovrebbero indicare l'incertezza rilevante anziché presentando tutte le quote come valori esatti.

12. Una proposta di quadro di riferimento verticale per l'isola di Saona

Un futuro programma di rilevamento costiero potrebbe stabilire un quadro di riferimento verticale sistematico attraverso le seguenti fasi.

Fase 1: rivedere le informazioni di riferimento esistenti

Identificare il controllo geodetico nazionale disponibile, carte idrografiche, informazioni sui mareografi e la documentazione di riferimento verticale pubblicata.

Fase 2: selezionare luoghi di monitoraggio idonei

Scegliere luoghi con punti di riferimento stabili e le apparecchiature per il monitoraggio del livello dell'acqua possono essere mantenute.

Fase 3: stabilire un controllo di riferimento

Installare o verificare i punti di rilevamento permanenti e collegarli tramite livellamento preciso e osservazioni GNSS.

Fase 4: raccogliere dati sul livello dell'acqua

Registrare i livelli dell'acqua con strumenti affidabili e tempi accurati.

Fase 5: stimare le maree rilevanti datums

Utilizzare un periodo di osservazione appropriato e metodi di analisi convalidati per stabilire i livelli di riferimento delle maree richiesti per il progetto.

Fase 6: collegare i riferimenti geodetici e di marea

Determinare la relazione verticale attraverso rilievi documentati e osservazioni del livello dell'acqua.

Fase 7: sviluppare la documentazione di trasformazione

Preparare informazioni chiare che descrivano i sistemi di riferimento, le elevazioni di riferimento, valori di trasformazione e incertezze.

Fase 8: convalidare il quadro

Condurre controlli indipendenti e ripetere osservazioni per identificare incoerenze o movimenti di riferimento.

Fase 9: applicare il quadro alla mappatura

Utilizzare il sistema di riferimento convalidato per rilievi topografici, rilievi batimetrici, modellazione costiera e studi sulle infrastrutture.

13. L'importanza della coerenza dei dati verticali nella futura ricerca costiera

Man mano che la mappatura costiera diventa sempre più integrata, i ricercatori combinano sempre più dati provenienti da diversi strumenti e piattaforme.

Un singolo progetto può utilizzare osservazioni satellitari, rilievi GNSS, modelli di elevazione basati su droni, mareografi, sonar multiraggio e modelli numerici costieri.

Questi set di dati sono direttamente confrontabili solo quando i loro sistemi di riferimento orizzontale e verticale vengono adeguatamente compresi.

Un quadro di datum verticale coerente può migliorare:

• Integrazione dei dati.
• Ripetibilità del rilievo.
• Confronti di elevazione costiera.
• Affidabilità della progettazione ingegneristica.
• A lungo termine monitoraggio ambientale.
• Interpretazione del cambiamento del livello del mare.

Per l'isola di Saona, stabilire una relazione affidabile tra elevazioni terrestri e profondità marine costituirebbe una base preziosa per la futura ricerca costiera.

Domande frequenti

1. Cos'è un datum verticale costiero?

È una superficie di riferimento utilizzata per esprimere le elevazioni del terreno e la profondità dell'acqua in modo coerente.

2. Il livello medio del mare è uguale al dato della carta?

No. Il livello medio del mare è un riferimento medio del livello dell'acqua, mentre il datum della carta è la superficie di riferimento utilizzata per le profondità sulla carta e le altezze di essiccazione.

3. Qual è la differenza tra un datum di marea e un datum geodetico?

Un datum di marea è definito dal comportamento osservato del livello dell'acqua. Un datum verticale geodetico fornisce un quadro di riferimento per le elevazioni del terreno.

4. Che cos'è un punto di riferimento delle maree?

È un segno di rilevamento fisico permanente con una relazione di elevazione documentata con una stazione di marea o un dato di marea.

5. Il GPS può misurare direttamente l'elevazione sopra il livello medio del mare?

Il GNSS fornisce comunemente altezze ellissoidali. La conversione di queste in altezze ortometriche o di marea richiede adeguate informazioni sul geoide e trasformazioni dei datum.

6. Perché i datum verticali sono importanti nel rilevamento batimetrico?

Forniscono il livello di riferimento per le misurazioni della profondità subacquea e consentono di confrontare i dati batimetrici con i rilievi di elevazione terrestre.

7. L'isola di Saona dispone di una rete di dati verticali locali verificata?

Questo articolo non stabilisce l'esistenza di tale rete. Sarebbe necessario studiare i parametri di riferimento locali, le osservazioni del livello dell'acqua e i dati di rilevamento autorevoli.

8. Cosa succede se due rilevamenti utilizzano riferimenti verticali diversi?

I relativi valori di elevazione e profondità potrebbero non essere allineati. È necessaria una trasformazione convalidata prima che i set di dati possano essere combinati in modo affidabile.

Conclusione

I dati verticali costieri forniscono il quadro di riferimento necessario per misurare in modo coerente le elevazioni del territorio, il livello del mare e le profondità sottomarine. Il livello medio del mare, i dati delle maree, i dati delle carte, le altezze ortometriche e le altezze ellissoidali hanno ciascuno scopi diversi.

Per l'isola di Saona, un futuro progetto di controllo verticale potrebbe collegare le osservazioni del livello dell'acqua costiera con parametri geodetici stabili. Ciò aiuterebbe i ricercatori a combinare dati topografici e batimetrici, a migliorare la mappatura costiera e a supportare studi ingegneristici e ambientali.

Il principio più importante è semplice: ogni misurazione di elevazione e profondità deve avere un riferimento verticale chiaramente identificato. Un rilevamento accurato dipende non solo dallo strumento utilizzato, ma anche dal sapere esattamente dove si trova lo zero.