Североамериканский датум
Система координат для геодезии на континенте

Триангуляционная станция Мидс-Ранч , основная станция для североамериканской системы координат 1927 года
Геодезия
Основы
Концепции
Технологии
Стандарты (история)
НГВД 29Уровень моря 1929 г.
OSGB36Картографическое управление Великобритании, 1936 г.
СК-42Система Координатов 1942 года
ЭД50Европейский Дата 1950
САД69 South American Datum 1969
GRS 80 Geodetic Reference System 1980
ISO 6709 Geographic point coord. 1983
NAD 83 North American Datum 1983
WGS 84 World Geodetic System 1984
NAVD 88 N. American Vertical Datum 1988
ETRS89 European Terrestrial Ref. Sys. 1989
GCJ-02 Chinese obfuscated datum 2002
Geo URI Internet link to a point 2010

Североамериканский датум ( NAD ) — это горизонтальный датум, который в настоящее время используется для определения геодезической сети в Северной Америке. Датум — это формальное описание формы Земли вместе с «опорной» точкой для системы координат. В геодезии , картографии и планировании землепользования для выполнения боковых или «горизонтальных» измерений используются два североамериканских датума: североамериканский датум 1927 года (NAD 27) и североамериканский датум 1983 года (NAD 83). Обе являются геодезическими системами отсчета , основанными на несколько разных предположениях и измерениях.

Вертикальные измерения, основанные на расстояниях выше или ниже среднего уровня полной воды (MHW), рассчитываются с использованием Североамериканской системы вертикальных данных 1988 года (NAVD 88). [1]

NAD 83, как и NAVD 88, планируется заменить новой геометрической системой отсчета, основанной на GPS и гравиметрической модели геоида, а также геопотенциальными данными, возможно, в 2025 году . [2]

Первые североамериканские данные 1901 г.

В 1901 году Береговая и геодезическая служба США приняла национальный горизонтальный датум , названный Стандартным датумом США, основанный на эллипсоиде Кларка 1866 года. Он был подобран к данным, ранее собранным для региональных датумов, которые к тому времени начали перекрываться. В 1913 году Канада и Мексика приняли этот датум, поэтому он также был переименован в Североамериканский датум. [3] [4]

Североамериканские данные 1927 г.

По мере сбора новых данных стали появляться расхождения, поэтому в 1927 году датум был пересчитан с использованием того же сфероида и начала координат, что и у его предшественника.

Североамериканская система координат 1927 года (NAD 27) была основана на обследованиях всего континента из общей точки отсчета, которая была выбрана в 1901 году, поскольку она находилась настолько близко к центру смежных Соединенных Штатов, насколько это было возможно вычислить: она была основана на триангуляционной станции на стыке трансконтинентальной триангуляционной дуги 1899 года на 39-й параллели северной широты и триангуляционной дуги вдоль 98-го меридиана западной долготы , которая находилась недалеко от географического центра смежных Соединенных Штатов . [5] [6] [7] [8] В системе координат триангуляционная станция Мидс-Ранч в округе Осборн, штат Канзас, находится на 39°13′26.686″ северной широты, 98°32′30.506″ западной долготы. [9] NAD 27 ориентирован путем объявления азимута от Meades Ranch до станции Waldo (также в округе Осборн, примерно в 4,5 милях (7,2 км) к северо-западу от Waldo, округ Рассел ) [10] равным 255°28′14.52″ от севера. Широта и долгота любой другой точки в Северной Америке затем основываются на ее расстоянии и направлении от Meades Ranch: если точка была X метров по азимуту Y градусов от Meades Ranch, измеренному на эллипсоиде Кларка 1866 года, то ее широта и долгота на этом эллипсоиде были определены и могли быть вычислены.

ЭллипсоидБольшая полуось
(по определению)		Малая полуось
(по определению)		Обратное сглаживание
(расчетное)
Кларк 18666,378,206.4 м6,356,583.8 м294.978698214

Это определяющие размеры для NAD 27, но Кларк фактически определил свой сфероид 1866 года как a = 20 926 062 британских футов, b = 20 855 121 британский фут. Преобразование в метры использует отношение дюймов к метрам Кларка 1865 года 39,370432. Длина фута или метра в то время не могла быть практически измерена с точностью лучше, чем около 0,02 мм. [11]

Большинство топографических карт Геологической службы США были опубликованы в формате NAD 27, а многие крупные проекты Инженерного корпуса армии США и других агентств были определены в формате NAD 27, поэтому этот датум остается важным, несмотря на то, что доступны более точные датумы.

Североамериканские данные 1983 г.

Поскольку Земля значительно отклоняется от идеального эллипсоида , эллипсоид, который лучше всего аппроксимирует ее форму, варьируется от региона к региону по всему миру. Clarke 1866 и North American Datum 1927 с ним были обследованы, чтобы наилучшим образом соответствовать Северной Америке в целом. Аналогично, исторически большинство регионов мира использовали эллипсоиды, измеренные локально, чтобы наилучшим образом соответствовать капризам формы Земли в их соответствующих местах. Гарантируя наибольшую точность на местном уровне, эта практика делает интеграцию и распространение информации по регионам проблематичным.

Поскольку спутниковая геодезия и технология дистанционного зондирования достигли высокой точности и стали доступны для гражданских приложений, стало возможным получать информацию, относящуюся к одному глобальному эллипсоиду. Это связано с тем, что спутники естественным образом имеют дело с Землей как с монолитным телом. Поэтому эллипсоид GRS 80 был разработан для наилучшего приближения Земли в целом и стал основой для Североамериканского датума 1983 года. Хотя GRS 80 и его близкий родственник WGS 84 , как правило, не являются наилучшими для любого данного региона, необходимость в наиболее близком соответствии в значительной степени исчезает, когда глобальная съемка сочетается с компьютерами, базами данных и программным обеспечением, способным компенсировать местные условия.

ЭллипсоидБольшая полуось
(по определению)		Малая полуось
(по определению)		Обратное сглаживание
(расчетное)
ГРС 806,378,137 м6,356,752.3141 м298.257222101

Сравнение НАД 27 с НАД 83

Сдвиг датума между NAD 27 и NAD 83

Точка с заданной широтой и долготой в NAD 27 может быть смещена на порядок на десятки метров относительно другой точки с идентичной широтой и долготой в NAD 83, поэтому важно указать датум вместе с координатами. Североамериканский датум 1927 года определяется широтой и долготой начальной точки ( триангуляционная станция Meades Ranch в Канзасе), направлением линии между этой точкой и указанной второй точкой и двумя измерениями, которые определяют сфероид. Североамериканский датум 1983 года основан на более новом определенном сфероиде (GRS 80); это геоцентрический (или « геоцентрический ») датум, не имеющий начальной точки или начального направления.

NOAA предоставляет преобразователь между двумя системами. [12] Практический эффект заключается в том, что если вы используете современное устройство GPS, настроенное на работу в NAD 83 или WGS 84, для навигации по координатам NAD 27 (как на топографической карте) около Сиэтла , вы ошибетесь примерно на 95 метров (недостаточно далеко на запад), и вы будете примерно на 47 метров около Майами (недостаточно далеко на северо-северо-восток), тогда как вы будете намного ближе для точек около Чикаго .

Сравнение NAD 83 с WGS 84

Определение NAD 83 (1986) основано на сфероиде GRS 80, как и WGS 84, поэтому многие более старые публикации не указывают на разницу. WGS 84 впоследствии изменился на немного менее сплющенный сфероид . Это изменение в сплющивании составляет около 0,1 мм, разница настолько мала, что вычислительные программы часто не различают два эллипсоида. [13] Однако из-за различий в том, как центрируются и ориентируются референц-эллипсоиды, координаты в двух системах отсчета отличаются друг от друга на величину порядка метра на большей части территории Соединенных Штатов. Каждая система отсчета подверглась уточнениям с более точными и более поздними измерениями. Одним из хорошо известных различий является расположение центра Земли, при этом две системы отличаются примерно на 2,2 метра (7,2 фута). [14]

Кроме того, NAD 83 определяется как постоянный с течением времени для точек на Североамериканской плите , тогда как WGS 84 определяется относительно среднего значения станций по всему миру. Таким образом, две системы естественным образом расходятся с течением времени. Для большей части Соединенных Штатов относительная скорость составляет порядка 1–2 см в год. Гавайи и прибрежные части центральной и южной Калифорнии к западу от разлома Сан-Андреас не находятся на Североамериканской плите, поэтому скорость их расхождения отличается.

Текущая реализация NAD 83

Национальная система пространственных координат США NAD 83(2011/MA11/PA11) эпохи 2010.00 является уточнением даты NAD 83 с использованием данных из сети очень точных приемников GPS на непрерывно действующих опорных станциях (CORS). NAD 83(2011) описывает основную Североамериканскую плиту, в то время как решения MA11 и PA11 предназначены для Марианской плиты и Тихоокеанской плиты соответственно. [15]

Новая дата 2022 года

Для улучшения Национальной системы пространственных координат NAD 83, а также Североамериканский вертикальный датум 1988 года (NAVD 88) должны быть заменены новой геометрической системой отсчета и геопотенциальными данными на основе глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS), таких как Глобальная система позиционирования (GPS), и новой гравиметрической моделью геоида, возможно, в 2025 или 2026 году . [2] [16] Новая гравиметрическая модель геоида является продуктом проекта «Гравитация для переопределения Американского вертикального датума» (GRAV-D).

Предполагается, что эти новые системы отсчета будут более доступными и удобными в обслуживании, чем NAD 83 и NAVD 88, которые опираются на физические отметки съемки, которые со временем изнашиваются. [2]

Смотрите также

Ссылки

  1. ↑ Североамериканская система вертикальных высот 1988 года (NAVD 88), Национальная геодезическая служба
  2. ^ abc Новые системы отсчета: замена NAVD 88 и NAD 83
  3. ↑ Шаловиц, Бюллетень полевых инженеров USC&GS, декабрь 1938 г.
  4. ↑ Крейг, Синди (октябрь 2013 г.) «Там, где теория встречается с практикой: стандартные данные США» Профессиональный журнал геодезиста Фредерик, Мэриленд
  5. ↑ Береговая и геодезическая служба США, «Триангуляция в Канзасе» [ постоянная нерабочая ссылка ‍ ] , Специальная публикация № 70 (1921)
  6. ↑ Бюллетень Национального исследовательского совета, выпуски 77-80, стр. 230
  7. ↑ Ван Зандт, Границы Соединенных Штатов и нескольких штатов, стр. 265
  8. ↑ Уолтер Х. Шоуи, «Канзас и геодезические данные Северной Америки», Труды Канзасской академии наук 51 (1948) 117–124, www.jstor.org
  9. ^ Данные NGS
  10. ^ Уолдо
  11. ^ Кардарелли, Франсуа Энциклопедия научных единиц, весов и мер: их эквиваленты в системе СИ и происхождение , Springer-Verlag London Limited 2003, ISBN  1-85233-682-X , стр. 5, таблица 2.1, данные из Giacomo, P., Du platine a la lumiere , Bull. Bur. Nat. Metrologie, 102 (1995) 5–14.
  12. ^ Преобразователь NAD 27 и NAD 83 NOAA
  13. ^ «В чем разница между WGS84 и NAD83?» (PDF) .
  14. ^ «Как перейти на национальную систему координат США 2022 года, не отставая» (PDF) .
  15. ^ "NA2011".
  16. ^ «Обновленный график внедрения модернизированной национальной системы пространственных координат (NSRS)». Федеральный регистр . 9 октября 2024 г. Получено 20 ноября 2024 г.
  • NOAA-NGS-координаты CORS-активная сеть Архивировано 15 мая 2013 г. на Wayback Machine - объяснение NAD 83(2011/MA11/PA11) эпохи 2010.00
  • Пассивная сеть координат NOAA-NGS - объяснение последней корректировки пассивной сети
  • NADCON – бесплатная утилита для Microsoft Windows для конвертации между NAD 27 и NAD 83
  • nadcon.prl – веб-утилита для NADCON
  • NAD 83: Что это такое и почему вам следует беспокоиться, автор Дейн Э. Эриксен, инженер-консультант, Hammett & Edison, Inc., инженеры-консультанты. 1994 SBE National Convention и World Media Expo. Архивировано 26 июня 2011 г. на Wayback Machine
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=North_American_Datum&oldid=1258511489"