Australijski punkt odniesienia wysokości — Australian Height Datum

Australijski punkt odniesienia wysokości
Przykład wyprawy geodezyjnej w XX wieku podobnej do tej podjętej w celu uzupełnienia australijskiego punktu odniesienia wysokości.
Informacje ogólne
System jednostkowy	metryczny
Jednostką	wzrost
Data ustanowienia	lipiec 1971
Sieć referencyjna	Australijska Krajowa Sieć Poziomowania

Australijski Wysokość Datum został wprowadzony w 1971 roku jako oficjalny odniesienia pionowego do Australii, a tym samym służy jako punkt odniesienia , do którego wszystkie pomiary wysokości mowa. Australian Height Datum jest połączeniem dziesięcioleci prac związanych z niwelacją spirytusową prowadzonych przez liczne władze stanowe i terytorialne w całym kraju i zostało skorygowane, aby dostosować je do średnich obserwacji poziomu morza z trzydziestu mierników pływów rozmieszczonych wokół całej linii brzegowej. Chociaż nadal pozostaje opublikowanym pionowym układem odniesienia dla wszystkich operacji geodezyjnych i inżynieryjnych wykonywanych w całej Australii , nowsze technologie ujawniły liczne braki, przesunięcia i zniekształcenia w australijskim układzie odniesienia wysokości, prowadząc do dyskusji na temat zdefiniowania nowego pionowego układu odniesienia w Australii.

Stary miernik pływów umieszczony w Fort Dension, Sydney, Australia

Tło

Krajowa Rada Kartograficzna (przed 1945 r.)

Przed utworzeniem australijskiego systemu odniesienia wysokości, pomiary niwelacji były przeprowadzane przez profesjonalnych geodetów do celów konstrukcyjnych i mapowania przy użyciu wyłącznie lokalnych lub stanowych pionowych baz odniesienia. Przeprowadzenie operacji wojskowych na kontynencie australijskim podczas II wojny światowej mocno ujawniło brak australijskiego mapowania topograficznego , do tego stopnia , że premier Ben Chifley zatwierdził utworzenie Narodowej Rady Mapowania Australii w 1945 roku , której głównym celem było planowanie . oraz zarządzanie krajowymi działaniami w zakresie mapowania topograficznego. Inauguracyjna National Mapping Council składała się z Dyrektora National Mapping, Głównego Geodety Wspólnoty Narodów i odpowiednich Państwowych Geodetów Generalnych. Na pierwszym posiedzeniu Rady odbyły się dyskusje między odpowiednimi władzami stanowymi na temat potrzeby posiadania ujednoliconego krajowego systemu pomiarów i mapowania Australii. Po zakończeniu spotkania członkowie Narodowej Rady Mapowania Australii jednogłośnie uzgodnili, że dyrektorowi National Mapping, Frederickowi Johnstonowi , zostanie powierzone zadanie koordynowania władz lokalnych, stanowych i Wspólnoty Narodów w celu prowadzenia działań mapowych na całym terytorium Australii. kontynent ; działalność nazwana później Australian Leveling Survey.

Australijska Krajowa Sieć Leveling (1945-1971)

W latach 1945-1955 władze stanowe Nowej Południowej Walii , Wiktorii i Zachodniej Australii , z pomocą Królewskiego Australijskiego Korpusu Mierniczego , rozpoczęły Australijski Pomiar Niwelacyjny, niwelując 4800 km lądu. Do 1960 roku ukończono 20 800 km kontrolowanej niwelacji, do której dołączyły władze Terytorium Północnego i stanu Queensland . Aby pomóc firmom wydobywczym w poszukiwaniu ropy w latach 60., rząd australijski udostępnił dyrektorowi National Mapping dodatkowe fundusze na zatrudnienie prywatnych geodetów kontraktowych w celu przyspieszenia prac geodezyjnych. Do 1970 roku konsolidacja danych dotyczących niwelacji i pływów z tych zbiorczych operacji geodezyjnych doprowadziła do utworzenia 97320 km „pojedynczej, jednorodnej sieci” niwelacji podstawowej, obejmującej cały kraj, zwanej Australijską Krajową Siecią Niwelacji . Poprzez liniową korektę 757 podstawowych sekcji niwelacyjnych w australijskiej National Leveling Network, przy jednoczesnym „utrzymywaniu 30 wodowskazów ustalonych na ich średnich wartościach poziomu morza”, Australijski punkt odniesienia wysokości został określony, a następnie przyjęty przez Krajową Radę Mapowania Australii w lipcu 1971.

Metodologia pomiarów

Australian Height Datum to pionowa wysokość 0.000m ustalona w ramach Australian National Leveling Network (ANLN), biorąc pod uwagę średni poziom morza 30 pływów wzdłuż całej linii brzegowej Australii w latach 1966-1968. Powierzchnia odniesienia jest oparta na korekcie metodą najmniejszych kwadratów oryginalnych „podstawowych” danych niwelacyjnych obejmujących 97 320 km, w połączeniu z nowszymi, „dodatkowymi” danymi niwelacyjnymi obejmującymi 80 000 km.

Podstawowe uwagi dotyczące niwelacji

Pięć różnych autorytetów wzięło udział w tworzeniu podstawowych sekcji niwelacji w australijskiej National Leveling Network, które zostały użyte do określenia Australian Height Datum, z których każdy wykorzystuje własne grupy niwelacyjne, które przeprowadziły kombinację niwelacji jednokierunkowej i dwukierunkowej. Te grupy niwelacyjne składały się z dwóch kierowców oddzielnych pojazdów, a także jednego człowieka od przyrządów, który przesiadał się między samochodami, gdy „przeskakiwali żabką po trasie wyrównania”. Strategia ta opierała mężczyznę instrumentu biorąc powrotem wzroku personelu czytania, przed napędzany przez jeden z kierowców, obok nieruchomego samochodu drugiego kierowcy, do następnej pozycji do podjęcia dziobowy wzroku personelu czytania. Odpowiedzialność obu kierowców było trzymać sztabów poziomujących , podczas gdy człowiek instrument obsługiwać poziom i zapisz odczyty w książce poziomu. Stosując tę ​​strategię, niwelatory były w stanie osiągnąć średnio 35 km podstawowej niwelacji każdego dnia. Poziomowanie jednokierunkowe wiązało się z przyjęciem tej opisanej metodologii tylko w jednym kierunku, podczas gdy poziomowanie dwukierunkowe również powtórzyłoby to ponownie w przeciwnym kierunku, aby poprawić dokładność odczytów. Poniżej przedstawiono skumulowany wkład stron niwelujących dla ich odpowiednich władz obserwujących:

Ta mapa ilustruje pozycje 30 mierników pływów używanych do wyznaczania australijskiego punktu odniesienia wysokości (kontynent)

Obserwacje średniego poziomu morza

Zebrano również dane o poziomie morza z trzydziestu mierników pływów rozmieszczonych wokół linii brzegowej kontynentalnej Australii , aby wyznaczyć Australian Height Datum. Odległości między każdym kolejnym miernikiem pływów różniły się znacznie w całym kraju, z najmniejszym odstępem między Port Kembla a Camp Cove (128 km) i największym odstępem między Point Lonsdale a Port Kembla (1150 km). Obserwacje poziomu morza prowadzono co godzinę od 1 stycznia 1966 do 31 grudnia 1968 dla 29 wyznaczonych mierników pływów oraz od 1 stycznia 1957 do 31 grudnia 1960 dla pojedynczego miernika pływów w Karumba, Queensland . Po zebraniu i przetworzeniu wszystkich danych dotyczących pływów, jako „nominalne pochodzenie” wybrano stację pomiaru pływów Port MacDonnell, a średniemu poziomowi morza przypisano wartość 0,000 m. Równania stanu zerowego między Port MacDonnell a danymi poziomu morza z pozostałych 29 stacji zostały następnie wykorzystane do utrzymania średniego poziomu morza na poziomie 0,000 m w całej krajowej sieci wodowskazów, podczas gdy zapisy niwelacji pierwotnej i wtórnej w ramach australijskiej sieci niwelacji krajowej były jednocześnie dopasowany do tego modelu. W ten sposób w 1971 r. została wyprowadzona i oficjalnie przyjęta powierzchnia Australian Height Datum jako punkt odniesienia, do którego odnoszą się wszystkie nowe pomiary wysokości w pionie w Australii.

Braki, przesunięcia i zniekształcenia

Od czasu powstania Australian Height Datum w 1971 roku, przy użyciu nowszych technologii zidentyfikowano i zbadano liczne braki, zniekształcenia, przesunięcia i inne błędy. Ze względu na rozpaczliwą potrzebę Australii w zakresie geodezyjnej kontroli pionowej i dokładnego mapowania topograficznego do poszukiwań górniczych w latach 70., Australian Height Datum został skonstruowany przy użyciu niższego standardu sprzętu i technik niwelacyjnych , aby zapewnić ukończenie w możliwie najkrótszym czasie. Na przykład około 80% (76520 km) podstawowej niwelacji wchodzącej w skład Australian National Leveling Network zostało wykonane przez prywatnych wykonawców w okresie 10 lat 1960-1970. Od tego czasu zidentyfikowano znaczące błędy, w tym nachylenie północ-południe o długości 1,5 m, przesunięcie między australią kontynentalną a Tasmanią o 26 cm, a także zniekształcenia regionalne w całej Australii Zachodniej .

Stok północ-południe

Nachylenie Północ-Południe jest błędem systematycznym w poziomej powierzchni Australian Height Datum o długości około 1,5 m od północnego wybrzeża do południowego wybrzeża Australii. To nachylenie jest dość problematyczne, ponieważ unieważnia główne założenie stosowania australijskiego punktu odniesienia wysokości: powierzchnia odniesienia ma gradient równy zero (tj. idealnie pozioma). Podczas gdy ten systematyczny błąd jest stosunkowo nieistotny przy projektowaniu „projektów inżynieryjnych na małą skalę”, które wykorzystują lokalne wysokości, nachylenie północ-południe ma bardzo duży wpływ na projektowanie „badań na dużą skalę”, które obejmują większe odległości w całym kraju. Nachylenie Północ-Południe wynika głównie z faktu, że Australian Height Datum przyjęto jako stały średni poziom morza wynoszący 30 mierników pływów wokół Australii w okresie 2 lat, ignorując naturalne różnice w topografii powierzchni morza . Australijska Narodowa Rada Mapowania zdecydowała się na zastosowanie podejścia „średniego poziomu morza”, aby zminimalizować stosowanie wysokości ujemnych, które są dość problematyczne dla geodetów i inżynierów, w pobliżu obszarów przybrzeżnych, gdzie zamieszkuje większość populacji. Wykorzystując podejście średniego poziomu morza, tworzenie australijskiego punktu odniesienia wysokości pomijało znaczący wpływ średniej czasowej dynamicznej topografii oceanu na fluktuacje poziomu powierzchni morza w całym kraju. Zmienność przestrzenna zmian poziomu morza , odpływ wody słodkiej w obszarach portowych, gdzie umieszczone są wskaźniki pływów, oraz połączenie dynamiki oceanów , wszystko to przyczyniło się do powstania wyraźnego 1,5-metrowego zbocza północ-południe w australijskim układzie odniesienia wysokości. W celu przeciwdziałania temu nachyleniu wprowadzono grawimetryczny model quasigeoidy AUSGeoid09 do wyznaczania wysokości Australian Height Datum z odczytów Globalnego Systemu Nawigacji Satelitarnej (GNSS) . Ponieważ wysokości GPS zapewniają znacznie większą granicę odczytu niż wielkość błędów poziomu ducha w Australijskim Odniesieniu Wysokości, model AUSGeoid09 jest w stanie „praktycznie” wyeliminować błąd Północ-Południe podczas konwersji odczytów GNSS na wysokości Odniesienia Wysokości w Australii.

Offset Australia kontynentalna-Tasmania

Australijski punkt odniesienia wysokości ( Tasmania ) jest uważany za oddzielny punkt odniesienia do australijskiego punktu odniesienia wysokości, składający się z korekty metodą najmniejszych kwadratów z siedemdziesięciu dwóch odcinków poziomujących w całym stanie Tasmanii, przy jednoczesnym przypisaniu średniego poziomu morza dwóch mierników pływów w Hobart i Burnie w pionie o wysokości 0,000 m w roku 1972. Metoda ta odbiega od metody stosowanej do określenia średniego poziomu morza użytej do stworzenia kontynentalnej Australii Height Datum, która została przyjęta w latach 1966 – 1968 dla 29 mierniki pływów i 1957-1960 dla pojedynczego miernika pływów w Karumba . Dzięki zastosowaniu niespójnych podejść do okresu badania średniego poziomu morza podczas ustanawiania dwóch układów odniesienia, średnie poziomy morza dla układu odniesienia kontynentalnego i tasmańskiego z dużym prawdopodobieństwem będą zawierać pewien stopień błędu w stosunku do rzeczywistej wartości średniego poziomu morza. To zaniedbanie różnic w średniej czasowej dynamicznej topografii oceanu między utworzeniem Australian Height Datum (kontynent) a Australian Height Datum (Tasmania) spowodowało wyraźne przesunięcie między wysokością lądu a powierzchniami odniesienia Tasmanii , szacowane na między − 61 mm i +48 mm.

Regionalne zniekształcenia w Australii Zachodniej

Oprócz nachylenia północ-południe, w całym stanie Australia Zachodnia zidentyfikowano liczne inne zniekształcenia regionalne w australijskim układzie odniesienia wysokości . Największe z tych nieliniowych zniekształceń występują w regionach Goldfields-Esperance i północnej Kimberley . W przeciwieństwie do dobrze zdefiniowanego i mierzalnego nachylenia północ-południe w całym stanie, liniowa regresja tych zniekształceń nie prowadzi do żadnych wyraźnych trendów. Co więcej, wykorzystanie grawimetrycznych modeli quasigeoidów do „praktycznego” wyeliminowania wpływu średniej czasowej dynamicznej topografii oceanu nie minimalizuje zakresu tych regionalnych zniekształceń. Z tych powodów regionalne zniekształcenia w całej Australii Zachodniej przypisuje się przypadkowym błędom „obecnym w obserwacjach wyrównywania poziomu ducha ” podczas tworzenia australijskiego punktu odniesienia wysokości.

Bibliografia