Прибрежные вертикальные датумы острова Саона: средний уровень моря, картографические датумы и контрольные отметки высот

Введение

Прибрежная съемка включает в себя измерение как высоты суши, так и глубин под водой. Эти измерения необходимы для подготовки карт, проектирования прибрежных сооружений, проведения гидрографических исследований и понимания изменений состояния береговой линии.

Однако измерение высоты – это не просто запись числа. Геодезисты также должны определить опорный уровень, от которого измеряется эта высота.

Эта опорная точка называется вертикальной базой данных.

Например, прибрежная съемка может сообщить о высоте пляжа, а гидрографическая съемка - о глубине близлежащей морской воды. Оба измерения описывают вертикальное положение, но могут использовать разные опорные поверхности.

Если эти измерения объединяются без понимания их опорных систем, результирующая карта или инженерные расчеты могут содержать значительные ошибки.

Для острова Саона в Доминиканской Республике понимание прибрежных вертикальных баз данных имеет отношение к потенциальным исследованиям, включающим картирование береговой линии, съемку высоты пляжа, батиметрию, прибрежную инфраструктуру и мониторинг уровня моря.

В этой статье объясняются основные вертикальные опорные системы, как геодезисты связывают их и как можно построить надежную структуру прибрежных возвышений. быть разработан для острова. Он не утверждает, что конкретная локальная вертикальная точка отсчета или эталонная сеть уже установлена.

1. Что такое вертикальная база?

Вертикальная база – это определенная опорная поверхность, используемая для обозначения высоты или глубины.

Она обеспечивает общую отправную точку для вертикальных измерений.

Например:

• В отчетах высота пляжа может быть указана как 2,5 метра выше указанной точки отсчета.
• Местоположение морского дна может быть указано как записывается как 8 метров ниже нулевой точки карты.
• Высота фундамента прибрежного сооружения может быть привязана к национальной геодезической вертикальной системе.

Без последовательной привязки числа невозможно надежно сравнивать.

Вертикальная датум отличается от горизонтальной датума. Горизонтальная система отсчета определяет базовую структуру для таких положений, как широта и долгота, а вертикальная система отсчета определяет высоту и глубину.

НОАА поясняет, что геодезические вертикальные датумы используются для выражения высоты суши, а датумы уровня воды обеспечивают эталонные уровни для морских измерений и глубин на морских картах.

2. Основные типы прибрежных вертикальных данных

Различные системы вертикальной отсчета служат разным целям.

2.1 Средний уровень моря (MSL)

Средний уровень моря — это средний уровень поверхности моря, рассчитанный на основе наблюдений за уровнем воды за определенный период.

Он часто используется в качестве эталона при картографировании прибрежных зон и исследованиях высоты суши.

Однако средний уровень моря не является идеально однородной поверхностью по всему миру. Местный уровень моря может меняться из-за циркуляции океана, атмосферных условий, приливов, плотности воды, географии побережья и вертикального движения суши.

Также необходимо указать период наблюдения. Краткосрочный средний уровень моря и долгосрочный средний уровень моря не обязательно эквивалентны.

2.2 Средний паводок (MHW)

Средний паводок представляет собой среднее значение наблюдаемых уровней паводка за определенную эпоху приливов.

Это может быть полезно для картографирования береговой линии и управления прибрежными зонами.

Однако его не следует автоматически рассматривать как точную границу суши и моря каждый раз момент.

2.3 Средний низкий уровень воды (MLW)

Средний низкий уровень воды представляет собой среднее значение уровня низкой воды за определенный период наблюдения.

Он может помочь описать повторяющуюся нижнюю часть диапазона приливов.

2.4 Средний нижний уровень низкой воды (MLLW)

Средний нижний уровень низкой воды представляет собой среднее значение нижних уровней низкой воды в течение каждого приливного дня в течение указанного датума. эпоха.

Он используется в качестве справочной карты в некоторых странах, включая США.

Система координат, выбранная для определенного региона, должна быть подтверждена соответствующим гидрографическим органом. MLLW не следует автоматически считать официальной картой острова Саона.

2.5 Средний паводок (MHHW)

Средний высокий паводок представляет собой среднее значение более высоких уровней паводка в каждый приливный день за определенный период.

Это может быть полезно для описания приливных условий береговой линии и некоторых приложений прибрежного картографирования.

2.6 Карта Система отсчета

Система отсчета карты – это вертикальная опорная поверхность, к которой относятся глубины и высоты высыхания на морской карте.

Она выбирается в соответствии с гидрографической практикой и потребностями безопасного судоходства.

Система отсчета карты обычно выбирается для обеспечения консервативного ориентира для нанесенных на карту глубин воды, но ее точное определение различается в зависимости от региона.

Для гидрографического проекта острова Саона соответствующая система координат карты должна быть установлена на основе авторитетных морских источников. картографическая информация и местные гидрографические требования.

3. Геодезические вертикальные данные и эллипсоидальные высоты

Не все вертикальные системы отсчета основаны на наблюдаемых приливах.

В геодезических съемках используются системы отсчета, связанные с формой и гравитационным полем Земли.

Двумя важными понятиями являются ортометрическая высота и эллипсоидная высота.

Ортометрическая высота

Ортометрическая высота — это высота точки над опорным геоидом, приблизительно соответствующая среднему уровню моря.

Она обычно используется в инженерных работах, топографическом картографировании и строительных съемках.

Эллипсоидальная высота

Эллипсоидальная высота — это расстояние, измеренное по нормали к математическому опорному эллипсоиду.

Оборудование GNSS, включая высокоточные GPS-приемники, обычно обеспечивает координаты относительно геодезической системы отсчета. и высоты эллипсоида.

Высота эллипсоида не автоматически равна высоте над средним уровнем моря.

Волнистость геоида

Геоид — это гравитационная опорная поверхность, используемая в физической геодезии.

Разделение между геоидом и опорным эллипсоидом называется волнистостью геоида.

Обычно используемое соотношение:

h = H + N

Где:

• h = эллипсоидная высота
• H = ортометрическая высота
• N = волнистость геоида

Следовательно:

H = h − N

Это соотношение позволяет геодезистам конвертировать эллипсоидные высоты преобразуются в ортометрические высоты, если доступна подходящая модель геоида и совместимые системы отсчета.

Перед применением уравнения необходимо проверить модель геоида, систему координат и соглашение о знаках.

4. Почему прибрежные вертикальные данные отличаются?

Распространенным заблуждением является то, что средний уровень моря, картографические данные и геодезические вертикальные данные взаимозаменяемы.

Это не так.

Каждый из них представляет собой отдельную концепцию отсчета.

Приливные данные основаны на наблюдаемом поведении уровня воды в течение определенного периода.

Геодезические вертикальные данные — это системы отсчета, используемые для последовательного выражения высот на более обширной географической территории. регион.

Данные карт выбираются для составления гидрографических карт и навигации.

Их взаимосвязи различаются в зависимости от географического положения.

НОАА поясняет, что взаимосвязь между приливными и геодезическими данными зависит от таких факторов, как диапазон приливов, батиметрия, топография, изменения геоида и вертикальное движение суши.

Поэтому взаимосвязь между базовыми данными, установленная на одной приливной станции, не должна просто переноситься на отдаленную береговую линию без соответствующей необходимости. анализ.

Это особенно важно для островной среды, где местная геометрия побережья и близлежащие глубины воды могут влиять на контрольные уровни приливов и отливов.

5. Что такое приливный эталон?

Приливный эталон – это постоянная физическая точка отсчета с документально подтвержденной связью высот с ближайшей приливной станцией или приливной базой.

Он позволяет связать измерения уровня воды со стабильным наземным контролем съемки.

Отметка может быть установлена в виде прочной металлической отметки, установленной на подходящей бетонной конструкции или устойчивой поверхности камня.

Его положение и высота должны быть задокументированы, чтобы будущие исследовательские группы могли ее восстановить и проверить.

Основные цели приливных отметок

• Установить постоянный эталон уровня воды измерения.
• Привязывайте показания мареографа к высоте суши.
• Обнаруживайте возможное движение оборудования для мониторинга.
• Поддерживайте долгосрочное наблюдение за уровнем моря.
• Подключайте приливные и геодезические опорные системы.

Несколько реперов важны, поскольку одна отметка может быть повреждена, нарушена или смещена.

NOAA рекомендует при установке привязывать приливные реперы к более чем одному геодезическому реперу. надежная связь между приливными и геодезическими системами отсчета.

6. Соединение возвышений суши с морскими глубинами

Одной из основных проблем в прибрежной инженерии является объединение топографических и батиметрических измерений.

Топографические съемки описывают возвышения суши.

Батиметрические съемки описывают подводные глубины.

Два набора данных могут иметь разные вертикальные привязки.

Например, топографическая съемка может использовать ортометрическую датум, а морская карта - местную карту. датум.

Если наборы данных объединяются без правильного преобразования, морское дно и пляж могут отображаться на неправильных относительных высотах.

Это может повлиять на:

• модели прибрежной местности.
• Картографирование береговой линии.
• Анализ профиля пляжа.
• Дноуглубительные работы расчеты.
• Моделирование прибрежных наводнений.
• Проектирование морских сооружений.
• Интерпретация глубины, связанная с навигацией.

Стандарт S-44 Международной гидрографической организации гласит, что вертикальные системы отсчета должны быть указаны, а связи между картографическими и геодезическими вертикальными данными должны быть четко определены и описаны.

7. Как связаны вертикальные данные?

Геодезисты используют сочетание наблюдений за уровнем воды и геодезических измерений для установления связи между вертикальными системами отсчета.

Шаг 1: Создайте местную станцию измерения уровня воды

Мареограф регистрирует уровни воды в подходящем прибрежном месте.

Прибор должен быть подключен к стабильной местной системе отсчета.

Шаг 2: Установите постоянную систему отсчета отметки

Рядом со станцией мониторинга устанавливаются соответствующие физические отметки.

Их положения и высоты должны быть записаны и защищены.

Шаг 3: Измерьте отметки отметок

Для подключения эталонной сети к геодезическому контролю можно использовать точное дифференциальное нивелирование или подходящую GNSS-съемку.

Шаг 4: Наблюдение за уровнями приливной воды

Для оценки соответствующих данных приливов требуется достаточно длинная и надежная запись уровня воды.

Период наблюдения должен соответствовать предполагаемому определению исходных данных и принятой методологии.

Шаг 5: Установите взаимосвязь между исходными данными

Вертикальная разница между местными приливными данными и геодезической привязкой рассчитывается с использованием документированных наблюдений и геодезических измерений.

Шаг 6. Проверьте связь

Независимые реперы и повторные измерения помогают выявить нестабильные отметки и ошибки измерений.

Шаг 7. Документируйте результаты

В проекте следует опубликовать название датума, базовую эпоху, описания реперов, значения высоты, неопределенности и метод преобразования.

Эта документация поможет будущим исследователям правильно пользоваться системой отсчета.

8. Роль GNSS в прибрежном вертикальном контроле

Глобальные навигационные спутниковые системы, включая GPS, широко используются для определения местоположения при съемке.

Высокоточные методы GNSS могут определять эллипсоидные высоты относительно заданной геодезической системы отсчета.

Эти измерения затем могут быть связаны с ортометрическими высотами с использованием соответствующей модели геоида.

Однако GNSS не обеспечивает напрямую все вертикальные данные, необходимые для прибрежных данных. геодезические съемки.

Геодезист должен определить:

• Систему отсчета GNSS.
• Координатную эпоху, где это уместно.
• Привязку эллипсоидной высоты.
• Модель геоида.
• Необходимую ортометрическую или приливную датум.
• Преобразование неопределенность.

Для точных прибрежных работ измерения GNSS должны подкрепляться соответствующими контрольными съемками и документированными вертикальными преобразованиями.

9. Преобразования вертикальных данных при картографировании побережья

Преобразование вертикальных данных — это процесс преобразования высот или глубин с одной базовой поверхности в другую.

Например, в проекте может потребоваться объединить:

• Высоты пляжа, привязанные к ортометрической базовой поверхности.
• Уровни воды, привязанные к ортометрической базовой поверхности.
• Уровни воды, привязанные к приливная база.
• Глубины морского дна привязаны к нулевой карте.
• Наблюдения GNSS привязаны к эллипсоиду.

Модель преобразования может обеспечить необходимые перепады высот, если она была разработана и проверена для соответствующего региона.

VDatum NOAA – это пример системы, предназначенной для преобразования геопространственных данных между приливной, ортометрической и эллипсоидальной вертикалью. данные.

Охват и поддерживаемые преобразования зависят от региона. Не следует предполагать, что все преобразования доступны для острова Саона или Доминиканской Республики.

Для местного проекта следует проконсультироваться с соответствующими национальными геодезическими и гидрографическими органами для определения утвержденных базовых систем и информации о преобразованиях.

10. Потенциальные применения вокруг острова Саона

Правильно документированная система вертикальной привязки может поддержать несколько типов исследовательских и инженерных работ вокруг острова Саона.

Прибрежное топографическое картирование

Геодезисты могут фиксировать возвышения пляжей, береговые склоны и изменения формы рельефа, используя последовательную вертикальную привязку.

Батиметрическая съемка

Известная связь с исходными данными на карте поможет исследователям сообщать о подводных глубинах в единообразной и прослеживаемой форме.

Мониторинг профиля пляжа

Повторяющиеся исследования могут сравнивать высоту пляжа с течением времени.

Это поможет отличить фактические изменения в форме пляжа от различий, вызванных противоречивыми данными исследований.

Моделирование прибрежных наводнений

Модели наводнений нуждаются в совместимой информации о высоте суши и уровне воды.

Надежное вертикальное соединение исходных данных помогает избежать искусственных различий в высоте между данными местности и уровнем воды. исходные данные.

Проектирование прибрежной инфраструктуры

Проектировщикам прибрежных сооружений необходима последовательная информация о высоте фундаментов, уровней платформ, дренажа, путей доступа и других инженерных компонентов.

Мониторинг уровня моря

Долгосрочные наблюдения за уровнем воды становятся более полезными, когда маремер подключен к стабильным наземным ориентирам.

Эта связь помогает исследователям выяснить, связаны ли наблюдаемые изменения уровня воды с изменениями морской поверхности, движением воды. земля или и то, и другое.

Это потенциальные применения, а не утверждения о том, что в настоящее время существует завершенная локальная эталонная сеть.

11. Распространенные ошибки в вертикальных базах данных в прибрежных проектах

Неправильная обработка данных может создать серьезные проблемы при съемке и проектировании.

Смешение несвязанных систем отсчета

Использование высоты пляжа из одной вертикальной базы данных и глубины морского дна из другой без преобразования может привести к противоречивой модели местности.

Предполагая, что средний уровень моря универсален

Средний уровень моря зависит от местоположения и меняется время.

Значение удаленной станции не следует рассматривать как локальную привязку без соответствующей связи.

Игнорирование движения эталона

Эталон может быть поврежден или физически смещен.

Для подтверждения его стабильности необходимы повторные проверки.

Использование неподходящей модели геоида

Модель геоида, несовместимая с системой отсчета или географическим регионом, может давать неверные ортометрические высоты.

Невозможно задокументировать исходную эпоху

Приливные датумы основаны на указанных периодах наблюдений.

Эпоха должна быть записана, чтобы можно было правильно интерпретировать привязку.

Опуская неопределенность

Каждое измерение и преобразование имеет неопределенность.

Отчеты о съемках следует указывать соответствующую неопределенность, а не представлять все высоты как точные значения.

12. Предлагаемая система отсчета по вертикали для острова Саона

Будущая программа прибрежных исследований могла бы создать систематическую систему отсчета по вертикали в рамках следующих этапов.

Этап 1: Обзор существующей справочной информации

Определить доступные национальные геодезические данные, гидрографические карты, информацию о мареографах и опубликованную справочную документацию по вертикали.

Этап 2: Выбор подходящих мест для мониторинга

Выбрать места со стабильными ориентирами и оборудование для мониторинга уровня воды может быть сохранено.

Этап 3: Установите контрольный уровень

Установите или проверьте постоянные геодезические отметки и соедините их посредством точного нивелирования и наблюдений GNSS.

Этап 4: Сбор данных об уровне воды

Запишите уровни воды с помощью надежных инструментов и точного времени.

Этап 5: Оцените соответствующие приливы исходные данные

Используйте соответствующий период наблюдений и проверенные методы анализа для установления приливных опорных уровней, необходимых для проекта.

Этап 6: Соедините приливные и геодезические привязки

Определите вертикальную взаимосвязь посредством документированных съемок и наблюдений за уровнем воды.

Этап 7: Разработайте документацию по преобразованию

Подготовьте четкую информацию, описывающую опорные системы, контрольные показатели высоты, значения трансформации и неопределенности.

Этап 8. Подтвердите структуру.

Проведите независимые проверки и повторите наблюдения для выявления несоответствий или смещения ориентиров.

Этап 9. Примените структуру к картированию.

Используйте проверенную опорную систему для топографических съемок, батиметрических съемок, прибрежного моделирования и исследований инфраструктуры.

13. Важность согласованности вертикальных данных в будущих прибрежных исследованиях.

Поскольку картографирование побережья становится более интегрированным, исследователи все чаще объединяют данные, полученные с разных инструментов и платформ.

В одном проекте могут использоваться спутниковые наблюдения, GNSS-съемки, модели рельефа с помощью дронов, мареографы, многолучевые гидролокаторы и численные модели побережья.

Эти наборы данных можно напрямую сравнивать только тогда, когда правильно поняты их горизонтальные и вертикальные системы отсчета.

Последовательная система вертикальных баз данных может улучшить:

• Интеграция данных.
• Повторяемость съемки.
• Сравнение высот берегов.
• Инженерное проектирование надежность.
• Долгосрочный мониторинг окружающей среды.
• Интерпретация изменения уровня моря.

Для острова Саона установление надежной взаимосвязи между высотой суши и морской глубиной станет ценной основой для будущих прибрежных исследований.

Часто задаваемые вопросы

1. Что такое прибрежная вертикальная база?

Это базовая поверхность, используемая для согласованного выражения высоты суши и глубины воды.

2. Соответствует ли средний уровень моря нулевой отметке карты?

Нет. Средний уровень моря – это средний эталонный уровень воды, а нулевая точка карты — это эталонная поверхность, используемая для нанесения на карту глубины и высоты высыхания.

3. В чем разница между приливными данными и геодезическими данными?

Приливные данные определяются на основе наблюдаемого поведения уровня воды. Геодезическая вертикальная база данных обеспечивает основу для определения высот суши.

4. Что такое приливная точка?

Это постоянная физическая отметка с документально подтвержденным соотношением высот к приливной станции или приливной точке.

5. Может ли GPS напрямую измерять высоту над средним уровнем моря?

GNSS обычно предоставляет эллипсоидные высоты. Преобразование их в ортометрические или приливные высоты требует соответствующей информации о геоиде и преобразований датума.

6. Почему вертикальные данные важны при батиметрической съемке?

Они обеспечивают опорный уровень для измерений подводной глубины и позволяют сравнивать батиметрические данные с данными наземных съемок.

7. Есть ли на острове Саона проверенная локальная вертикальная сеть отсчета?

В этой статье не утверждается, что такая сеть существует. Необходимо изучить местные ориентиры, наблюдения за уровнем воды и данные авторитетных исследований.

8. Что произойдет, если в двух съемках используются разные вертикальные датумы?

Их значения высоты и глубины могут не совпадать. Прежде чем наборы данных можно будет надежно объединить, необходима проверенная трансформация.

Заключение

Прибрежные вертикальные данные обеспечивают эталонную структуру, необходимую для последовательного измерения высоты суши, уровня моря и подводных глубин. Средний уровень моря, данные приливов, данные карт, ортометрические высоты и эллипсоидные высоты служат разным целям.

Для острова Саона будущий проект вертикального контроля может связать наблюдения за уровнем прибрежной воды со стабильными геодезическими ориентирами. Это поможет исследователям объединить топографические и батиметрические данные, улучшить картографирование побережья и поддержать инженерные и экологические исследования.

Самый важный принцип прост: каждое измерение высоты и глубины должно иметь четко определенную вертикальную привязку. Точность съемки зависит не только от используемого инструмента, но и от точного знания того, где находится ноль.