【科普】什么是垂直基准？地球高程参考框架？

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概述

潮汐基准与垂直大地基准?当你谈论垂直基准时，你可以把它们分成两部分。

潮汐基准：反映了水和陆地之间的界面，由潮汐变化定义。

例如，潮位计在水中测量平均海平面，潮汐基准是局部的，因为基准类型之间的转换可以快速移动，这也取决于时间。

安装验潮仪

垂直大地基准：是指高度在很大地理范围内所指的零高程基准面。

这些基准用于测量平均海平面以上和以下的高度（高度）和深度（凹陷）。

北美常用的垂直基准是 1929年国家大地垂直基准（NGVD29） 以及 1988年北美垂直基准面（NAVD88）。

垂直大地基准面通常与潮汐基准面联系在一起，大地基准参考可以使用潮汐基准作为起点。

如果你考虑一下，一个社区的高度系统应该和潮汐基准保持一致，因为那是水流的地方。

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参考高度类型

当参考垂直基准时，需要注意不同类型的高度，这是3种主要的高度类型，尽管存在其他类型的高度。

参考高度类型

垂直大地基准表示特定点处地球表面和大地水准面之间的高度距离，测量员通常指的是正位高度，当你登上山顶的时候，它是一个以表面和大地水准面之间的距离来测量的正射高度。

大地水准面与平均海平面一致，就好像你把它想象成陆地下的延伸，大地水准面是重力正常的等位面，接近平均海平面，这是因为地球上不同地方的密度不同，存在重力异常，各个位置的波动不同。

陆地和山脉阻止我们看到大地水准面，地球内部的密度到处都不一样。这意味着重力在地球上的任何地方都会发生变化，这就是我们测量重力或重力等位面的原因，然后我们可以推断，这就是水是如何沉淀的，并用数学建模，然后大地水准面给出了一个测量高程的真实零平面。

参考椭球是地球形状的数学模型，长轴沿着赤道半径，它近似大地水准面，但大多与点坐标的大地网计算相吻合。

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1929年国家大地测量垂直基准（NGVD29）

北美常用的垂直基准是1929年的国家大地垂直基准（NGVD29）和1988年的北美垂直基准（NAVD88）。

这个 1929年国家大地垂直基准（NGVD29)(之前题为平均海平面基准)采用26个长期验潮站和一级水准测量站，将其限制在平均海平面,这26个验潮仪设在美国东海岸和西海岸（以及墨西哥湾）的港口,21个车站在美国，5个在加拿大。

 1929年国家大地垂直基准（NGVD29）

从1877年开始的20年期间，整个美国都在调查“水平线”,随着全国水准线网的扩大，这就成为垂直基准的基础。

NGVD29是20世纪大部分时间测量员、工程师和制图员使用的系统,但它被更精确的 1988年北美垂直基准 因为它在漫滩管理中的重要性。

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1988年北美垂直基准

改变NAVD88的主要原因之一是，国家大地测量局（NGS）发现海洋实际上根本没有水平。由于风、洋流和海床的地形，有局部变化。

这些数字不合适，因为同一地点的平均海平面比其他地方高。最终，卫星技术发现这些扭曲是由重力造成的。

来自美国国家航空航天局Grace Mission的大地水准面

这个 1988年北美垂直基准面（NAVD88） 基于全国水准观测的调整。

一种高度精确的测量技术 大地水准测量 被用来测量全国的身高差异。

1988年的垂直基准是基于60多万公里的控制水准测量。它还利用卫星技术改进了早期的垂直基准。

多年来，使用水准杆和观测仪器测量两点之间的高度差，精确测量高程的工具也保持相当一致。今天，激光可以代替望远镜，但方法仍然是一样的。

最终，Grace、Goce等卫星与GPS技术结合发现，这些变形是由重力造成的。这些卫星系统解释了不同地区引力的差异。

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垂直基准面的洪泛区映射

你家发生洪水的可能性有多大？

这是由像这样的组织 联邦应急管理局(FEMA) 负责的。

如果我们说洪水会涨25英尺，那么“25英尺”究竟指的是什么？我们需要一个一致的起点来比较洪水和地面高程。

这就是为什么 致的垂直基准 平均海平面非常重要。有效的漫滩管理有赖于精确的测量。

在新的施工过程中，FEMA测量了建议的结构标高。

他们比较了基础洪水高度，以确保新建筑在洪水中的安全性。

NGVD29与NAVD88

重要的是 所有测量点在整个测量过程中必须使用相同的垂直基准。

垂直基准面的差异可能在洛矶山脉的3英尺或3英尺以上，那里的重力很高……到其他地区的几英寸。

NAVD88修正了NGVD29的许多问题，1988年的垂直基准是基于1929年以来进行的60多万公里的控制水准测量，反映了可能改变基准高程的地质地壳运动或沉降。

如果你要为漫滩地图进行调查，直到最近大多数洪水保险地图都使用了NGVD29。然而，联邦应急管理局已将开关切换至NAVD88。

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垂直基准转换

重要的是，进行测量时，所有测量必须在整个测量过程中使用相同的垂直基准。Navd29和Navd88之间的差异可能在重力很高的洛基山脉中有3英尺或更多，在其他地区有几英寸。

数据来源于NASA的格雷斯重力模型——山区重力异常

垂直坐标转换不是一个简单的即插即用公式。

这些转换需要软件转换为不同的垂直基准。

NAVD88是对数千个高程基准控制点的校正。

VDatum 是美国国家海洋和大气管理局的一个免费工具，用于在各种潮汐、正交和椭圆体垂直基准之间转换数据。

用户可以将其数据从不同的水平/垂直引用转换为一个公共的和所需的引用级别。

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结论

水平坐标系使我们并排，即我们的纬度和经度，垂直基准是典型水平坐标系的另一个组成部分。

在北美，大多数垂直基准都使用海平面作为我们测量海拔变化的基本基准面。

以平均海平面（MSL）为参考点，可以准确测量高度或地形。我们也可以开始了解海平面是随时间上升还是下降。

我们在一个三维的行星上，除了表面上水平坐标系的边到边之外，还有上下起伏。

为了处理起伏，我们有一个垂直基准，它给我们提供了一个放置零测量的地方，以平均海平面作为我们起伏的基础，这叫做大地水准面。

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来源：网络

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