Датум высоты в Австралии - Australian Height Datum

Датум высоты в Австралии
Геодезическая съемка Хорезмийской экспедиции 1950.jpg
Пример геодезической экспедиции в 20 веке, аналогичной тем, которые были предприняты для завершения австралийской высоты.
Общая информация
Система единицметрика
Единицавысота
Дата установленаИюль 1971 г.
Справочная сетьАвстралийская национальная сеть выравнивания

В Датум высоты в Австралии был введен в 1971 г. как официальный вертикальная точка отсчета для Австралии, и тем самым служит ориентир для которого указаны все измерения высоты. Датум высоты в Австралии - это совокупность десятилетий выравнивание духа работы, проводимые многочисленными властями штатов и территорий по всей стране, и были скорректированы в соответствии с средний уровень моря наблюдения тридцати мареографы расположен по всей береговой линии.[1][2] Хотя это все еще остается опубликованной вертикальной системой отсчета для всех геодезия и инженерное дело операции, выполненные на протяжении Австралия новые технологии выявили многочисленные недостатки, смещения и искажения в австралийской системе отсчета высот, что привело к дискуссиям об определении новой австралийской вертикальной системы отсчета.[2][3]

Старый мареограф в форте Денсион, Сидней, Австралия.

Фон

Национальный картографический совет (до 1945 г.)

До создания австралийской системы отсчета высот нивелирные исследования были выполнены профессиональными геодезистами для построения и картографирования с использованием только местных или государственных вертикальных датумов.[4] Выполнение военные операции через материковую часть Австралии во время Вторая Мировая Война сильно разоблачил отсутствие австралийских топографическая карта, до такой степени, что премьер-министр Бен Чифли утвердил создание Национального картографического совета Австралии в 1945 году с основной целью планирования и управления национальной топографической картографической деятельностью.[5] Первый Национальный картографический совет состоял из директора Национального картографического управления, Генерального инспектора Содружества и соответствующих генеральных инспекторов штата.[5][6] На первом заседании Совета представители властей соответствующих штатов обсуждали необходимость создания единой национальной схемы для съемки и картографии Австралии.[6] По завершении встречи члены Национального картографического совета Австралии единогласно согласились с тем, что директор Национального картографического управления, Фредерик Джонстон, будет поручено координировать действия местных властей, властей штата и Содружества в целях выполнения картографических работ на всей территории Австралийский континент; деятельность, позже названная Обзор австралийского уровня.[6]

Австралийская национальная сеть выравнивания (1945-1971)

В 1945-1955 гг. Новый Южный Валлийский, Викторианский и Западная Австралия Государственные органы при содействии Королевский австралийский исследовательский корпус, начали австралийское исследование нивелировки с нивелировки 4800 км материка.[6][7] К 1960 г. было завершено 20 800 км контролируемой планировки с добавлением Северная территория и Квинсленд Государственные органы.[6] Чтобы помочь горнодобывающим компаниям в поисках нефти в 1960-х годах, Правительство Австралии предоставил дополнительные средства директору национального картографического управления для найма частных геодезистов для ускорения работы по съемке.[7] К 1970 году консолидация данных нивелирования и мареографов, полученных в результате этих коллективных съемок, привела к формированию 97 320 км «единой однородной сети» первичного нивелирования, охватывающей всю страну, названной Австралийская национальная сеть выравнивания.[6] Путем линейной корректировки 757 участков первичного нивелирования через Австралийскую национальную сеть нивелирования, одновременно «удерживая 30 мареографов, зафиксированных на их средних значениях уровня моря», австралийская система высот была определена и затем принята Национальным картографическим советом Австралии в июле. 1971 г.[8][9]

Методология измерений

Датум высоты в Австралии - это высота 0,000 м по вертикали, установленная в рамках Австралийской национальной сети нивелирования (ANLN) с помощью средний уровень моря 30 мареографов по всей Австралии береговая линия в период 1966-1968 гг.[1][10] В исходная поверхность основан на корректировка методом наименьших квадратов исходных «первичных» данных нивелирования на 97 320 км в сочетании с более свежими «дополнительными» данными нивелирования на 80 000 км.[6]

Основные наблюдения за выравниванием

Пять различных наблюдательных органов внесли свой вклад в секции первичного нивелирования в Австралийской национальной сети нивелирования, которые использовались для определения австралийского уровня высоты, каждая из которых использовала свои собственные нивелиры, которые проводили комбинацию одностороннего и двухстороннего нивелирования. Эти выравнивающие группы состояли из двух водителей отдельных транспортных средств, а также одного механика, который попеременно переключался между машинами, когда они «прыгают через лягушку по маршруту выравнивания».[6] Эта стратегия включала в себя инструментального человека, который задний взгляд персонал читает перед тем, как один из водителей проезжает мимо неподвижной машины другого водителя, к следующей позиции, чтобы принять передний план чтение персонала.[6] Ответственность двух водителей заключалась в том, чтобы удерживать выравнивающие посохи, в то время как инструментальный человек будет управлять уровень и запишите показания в книгу уровней.[11] Используя эту стратегию, нивелирующие группы смогли ежедневно проходить в среднем 35 км первичной нивелировки.[6] Одностороннее нивелирование предполагало принятие этой изложенной методологии только в одном направлении, в то время как двухстороннее нивелирование также повторяет это снова в противоположном направлении для повышения точности показаний.[11] Ниже приводится совокупный вклад выравнивающих сторон в их соответствующие наблюдательные органы:

Вклады каждого наблюдательного органа в основной нивелир для австралийской системы отсчета высоты [6]
Тип первичного выравнивания (км)Наблюдательный орган
Государственные органы

(Комбинированный)

Отдел

Национальное картографирование

Департамент

интерьер

Снежные горы

Управление гидроэнергетики

Подрядчики
Оригинал и второй

Одностороннее выравнивание

697.04,203.823,590.00.019,613.5
Первый, второй и третий порядок

Двустороннее выравнивание

21,529.0332.33,064.2479.747,862.5
На этой карте показано положение 30 мареографов, использовавшихся при определении австралийской системы отсчета высоты (материк).

Наблюдения за средним уровнем моря

Уровень моря данные из тридцати приливные датчики расположен вокруг Материковая часть Австралии Береговая линия также была собрана для получения австралийской высоты. Расстояния между каждым последующим мареографом значительно варьировались по стране, с наименьшим интервалом между ними. Порт Кембла до Кэмп-Коув (128 км) и самый большой интервал между Point Lonsdale к Порт Кембла (1150 км).[4] Наблюдения за уровнем моря проводились ежечасно с 1 января 1966 года по 31 декабря 1968 года для 29 из установленных мареографов и с 1 января 1957 года по 31 декабря 1960 года для одиночного мареографа на Карумба, Квинсленд.[4] После того, как все данные о приливах были собраны и обработаны, Порт-Макдоннелл Станция датчика приливов и отливов была выбрана в качестве «номинального источника», а станция средний уровень моря присвоено значение 0,000 м.[6][10] Уравнения нулевого состояния между данными об уровне моря Порт Макдоннелл и других 29 станций были затем использованы для удержания среднего уровня моря на уровне 0,000 м по всей национальной сети мареографов, в то время как первичные и вторичные записи нивелирования в рамках Австралийской национальной сети нивелирования были одновременно подогнан под эту модель. [3][6][9] Таким образом, в 1971 году была получена и официально принята австралийская поверхность отсчета высоты в качестве эталона, на который ссылаются все новые измерения вертикальной высоты в Австралии.

Недостатки, смещения и искажения

С момента создания австралийской системы отсчета высот в 1971 году с использованием новейших технологий были выявлены и исследованы многочисленные недостатки, искажения, смещения и другие ошибки. Из-за отчаянной потребности Австралии в съемке вертикальный контроль и точное топографическое картографирование для добыча разведки в течение 1970-х годов австралийский высотный датум был построен с использованием более низкого стандарта уравновешивание оборудование и методы, обеспечивающие завершение в кратчайшие сроки. [12][13] Например, примерно 80% (76520 км) первичной планировки, входящей в Австралийскую национальную сеть выравнивания, было выполнено частными подрядчиками в течение 10-летнего периода с 1960 по 1970 год.[6] С тех пор были выявлены значительные ошибки, в том числе в отношении Север-Юг. склон 1,5 м, смещение между Материковая часть Австралии и Тасмания 26см, а также региональные искажения по всей Западная Австралия. [10][12][13]

Склон Север-Юг

Склон Север-Юг - это систематическая ошибка на горизонтальной поверхности австралийской высотной базы на расстоянии примерно 1,5 м от северного до южного побережья Австралии.[3][10] Этот наклон является довольно проблематичным, так как он опровергает главное предположение при использовании австралийской системы отсчета высоты: опорная поверхность имеет нулевой градиент (т.е. идеально горизонтальный).[10] Хотя эта систематическая ошибка относительно несущественна для проектирования «малых инженерных проектов», использующих локальные высоты, наклон Север-Юг очень влияет на дизайн «крупномасштабных исследований», охватывающих большие расстояния по стране.[10] Уклон север-юг в первую очередь связан с тем, что австралийская система высот была принята за фиксированный средний уровень моря 30 мареографов вокруг Австралии за двухлетний период без учета естественных колебаний топография морской поверхности.[3] Национальный картографический совет Австралии решил использовать этот подход «среднего уровня моря», чтобы свести к минимуму использование отрицательных высот, которые являются довольно проблематичными для геодезистов и инженеров вблизи прибрежных районов, где проживает большая часть населения.[6] Используя метод среднего уровня моря, при создании австралийской системы высот не учитывалось значительное влияние средневременной динамической топографии океана на колебания уровень поверхности моря по стране.[10] Пространственная вариация изменение уровня моря, отток пресной воды в гавани где размещены мареографы, и совокупность динамика океана все они внесли свой вклад в формирование отчетливого 1,5-метрового склона с севера на юг в пределах австралийской высоты.[10] Чтобы противодействовать этому наклону, была введена гравиметрическая квазигеоидная модель AUSGeoid09, позволяющая определять высоты австралийского базиса высот из Глобальная навигационная спутниковая система (GNSS) чтения.[10][12][13] В качестве GPS высота обеспечивает гораздо больший предел чтения, чем величина ошибок уровня духа в австралийской системе отсчета высоты,[12] Модель AUSGeoid09 способна «практически» устранить ошибку Север-Юг при преобразовании показаний GNSS в высоты австралийской системы отсчета высоты.[13]

Зачет материковой части Австралии и Тасмании

Датум высоты в Австралии (Тасмания ) считается отдельной системой отсчета по отношению к австралийской системе отсчета высоты, состоящей из наименьших квадратов корректировка семидесяти двух нивелирных секций по всему штату Тасмания, при одновременном назначении среднего уровня моря двух приливных датчиков на Хобарт и Берни вертикальная высота 0,000 м за 1972 год.[1][6] Этот метод отличается от метода, использованного для определения среднего уровня моря, используемого для создания системы высот на материковой части Австралии, которая была взята за период с 1966 по 1968 год для 29 мареографов и в 1957-1960 годах для одиночных мареографов. Карумба.[4] При использовании несовместимых подходов к периоду исследования среднего уровня моря во время установления двух датумов, средние уровни моря для материка и тасманийские датумы с большой вероятностью будут содержать некоторую степень ошибки относительно истинного среднего значения уровня моря.[14] Это пренебрежение различиями в средней по времени динамической топографии океана между созданием австралийских высот (материк) и австралийских высот (Тасмания) привело к явному смещению между высотой материка и Тасмании. исходные поверхности, по оценкам, составляет от −61 мм до +48 мм.[14]

Региональные искажения в Западной Австралии

Помимо склона с севера на юг, многочисленные другие региональные искажения в пределах австралийской системы высот были выявлены в штате Западная Австралия. Самые большие из этих нелинейных искажений присутствуют в Голдфилдс-Эсперанс и северный Кимберли регионы.[15] В отличие от четко определенного и измеримого наклона с севера на юг по штату, линейная регрессия Эти искажения не поддаются каким-либо отчетливым тенденциям.[15] Кроме того, использование гравиметрических квазигеоидных моделей для «практического» устранения влияния средневременной динамической топографии океана не сводит к минимуму масштаб этих региональных искажений.[13][15] По этим причинам региональные искажения по всей Западной Австралии объясняются случайные ошибки «Присутствует в выравнивание духа наблюдения »при создании австралийской системы отсчета высот.[15]

Рекомендации

  1. ^ а б c Геонауки Австралия (2014). "Австралийский отсчет высоты". www.ga.gov.au. Получено 21 сентября 2020.
  2. ^ а б Филмер, М. С .; Фезерстоун, В. Э. (2012). «Три жизнеспособных варианта для новой австралийской вертикальной системы координат». Журнал пространственной науки. 57 (1): 19–36. Дои:10.1080/14498596.2012.679248. HDL:20.500.11937/20186. ISSN  1449-8596. S2CID  56168131.
  3. ^ а б c d Фезерстоун, У. Э. (2006). «Еще одно свидетельство склона север-юг в системе отсчета высоты в Австралии». Журнал пространственной науки. 51 (2): 1–6. Дои:10.1080/14498596.2006.9635076. HDL:20.500.11937/39721. ISSN  1449-8596. S2CID  53571234.
  4. ^ а б c d Блюм, П. Х. (1975). «Австралийская система отсчета высоты и стандартная система отсчета в Новом Южном Уэльсе». Австралийский геодезист. 27 (1): 11–21. Дои:10.1080/00050326.1975.10440774. ISSN  0005-0326.
  5. ^ а б Ламберт, Б. П. (1985). "Национальный картографический совет Австралии - сорок лет спустя". Картография. 14 (2): 112–115. Дои:10.1080/00690805.1985.10438299. ISSN  0069-0805.
  6. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п Roelse, A .; Granger, H .; Грэм, Дж. (1975). КОРРЕКТИРОВКА АВСТРАЛИЙСКОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ УРОВНЯ 1970-1971. Канберра, Австралия: Департамент полезных ископаемых и энергетики и Отдел национального картографирования. С. 1–11.
  7. ^ а б Ламберт, Б. П. (1973). «Национальное картографирование». Австралийский геодезист. 25 (2): 163–167. Дои:10.1080/00050326.1973.10440669. ISSN  0005-0326.
  8. ^ Дейли, П. (1972). Преобразование системы отсчета уровня A.C.T в систему отсчета высоты в Австралии. Канберра, Австралия: Австралийский геодезический офис, Департамент административных служб Содружества. С. 1–2.
  9. ^ а б Филмер, М. С. (2010). Исследование австралийской высоты. Перт, Австралия: Департамент пространственных наук, Технологический университет Кертина. С. 1–10, 31–32.
  10. ^ а б c d е ж грамм час я Featherstone, W. E .; Филмер, М. С. (2012). «Наклон с севера на юг в австралийской системе отсчета высот объясняется средней динамической топографией океана». Журнал геофизических исследований: океаны. 117 (C8): н / д. Bibcode:2012JGRC..117.8035F. Дои:10.1029 / 2012jc007974. ISSN  0148-0227.
  11. ^ а б Brinker, R .; Минник, Р. (1995). Справочник геодезии (Второе изд.). Бостон, Массачусетс: Springer США. ISBN  978-1-4615-2067-2. OCLC  852789601.CS1 maint: дата и год (связь)
  12. ^ а б c d Филмер, М. С .; Фезерстоун, В. Э. (2009). «Обнаружение ошибок нивелирования в AHD: недавние открытия и проблемы для любых новых австралийских данных высоты». Австралийский журнал наук о Земле. 56 (4): 559–569. Bibcode:2009AuJES..56..559F. Дои:10.1080/08120090902806305. HDL:20.500.11937/33679. ISSN  0812-0099. S2CID  129898464.
  13. ^ а б c d е Featherstone, W. E .; Кирби, Дж. Ф .; Hirt, C .; Филмер, М. С .; Claessens, S.J .; Brown, N.J .; Обнимать.; Джонстон, Г. М. (2010). "Модель австралийской высоты системы координат AUSGeoid09". Журнал геодезии. 85 (3): 133–150. Дои:10.1007 / s00190-010-0422-2. ISSN  0949-7714. S2CID  3818132.
  14. ^ а б Филмер, М. С .; Фезерстоун, В. Э. (2012). «Повторная оценка смещения в австралийской системе отсчета высоты между материковой частью Австралии и Тасманией». Морская геодезия. 35 (1): 107–119. Дои:10.1080/01490419.2011.634961. HDL:20.500.11937/15509. ISSN  0149-0419. S2CID  53474023.
  15. ^ а б c d Featherstone, W. E .; Филмер, М. С. (2008). «Новая основанная на GPS оценка искажений австралийских высот в Западной Австралии». Журнал Королевского общества Западной Австралии. 91 (2): 199–206.