Australský údaj o výšce - Australian Height Datum

Australský výškový údaj
Zaměření Chorasmian Expedition v roce 1950.jpg
Příklad geodetické expedice ve 20. století podobné těm, které byly podniknuty k dokončení australského výškového data.
Obecná informace
Systém jednotek metrický
Jednotka výška
datum založení Července 1971
Referenční síť Australská národní vyrovnávací síť

Australian Výška Datum byla představena v roce 1971 jako oficiální vertikálních údajích o Austrálii, a tím slouží jako měřítko , k němuž jsou všechna měření výšky uvedené. Australský výškový datum je sloučením desetiletí práce na vyrovnávání vodivosti prováděné řadou státních a územních úřadů po celé zemi a bylo opraveno tak, aby odpovídalo průměrnému pozorování hladiny moře třiceti měřičů přílivu rozmístěných kolem celého pobřeží. Přestože stále zůstává publikovaným vertikálním vztažným bodem pro všechny geodetické a inženýrské operace prováděné po celé Austrálii , novější technologie odhalily řadu nedostatků, offsetů a zkreslení v rámci australského výškového data, což vedlo k diskusím o definování nového australského vertikálního data.

Starý měřič přílivu umístěný ve Fort Dension, Sydney, Austrálie

Pozadí

Národní rada pro mapování (před rokem 1945)

Před vytvořením australského údaje o výšce byly prováděny průzkumy nivelace profesionálními geodety pro účely stavby a mapování s využitím pouze místních nebo státních vertikálních podkladů. Provádění vojenských operací na australské pevnině během druhé světové války silně odhalilo nedostatek australského topografického mapování , a to do takové míry, že předseda vlády Ben Chifley schválil v roce 1945 vznik Národní rady pro mapování Austrálie s primárním cílem plánování a řízení národních topografických mapovacích aktivit. Inaugurační Národní rada pro mapování se skládala z ředitele Národního mapování, generálního inspektora společenství a příslušných generálních inspektorů státu. První zasedání Rady vedlo diskuse mezi příslušnými státními orgány o potřebě mít jednotný národní systém pro průzkum a mapování Austrálie. Po dokončení schůzky se členové Národní rady pro mapování Austrálie jednomyslně shodli na tom, že ředitel národního mapování Frederick Johnston bude pověřen koordinací místních, státních a společenství úřadů za účelem provádění mapovacích aktivit napříč celým australským kontinent ; aktivita později pojmenovaná australský srovnávací průzkum.

Australská národní vyrovnávací síť (1945-1971)

V letech 1945-1955 zahájily New South Welsh , viktoriánské a západní australské státní úřady za pomoci Královského australského průzkumného sboru australský srovnávací průzkum vyrovnáním 4800 km pevniny. V roce 1960 bylo dokončeno 20 800 km kontrolovaného nivelace s přidáním Severního teritoria a státních úřadů Queenslandu . Na pomoc těžařským společnostem při hledání ropy v 60. letech 20. století australská vláda poskytla další finanční prostředky řediteli National Mapping, aby zaměstnávala soukromé smluvní inspektory, aby urychlila průzkumné úsilí. V roce 1970 konsolidace údajů o nivelacích a přílivu z těchto kolektivních průzkumných operací vyústila ve vytvoření 97 320 km „jediné homogenní sítě“ primárního nivelace pokrývající celou zemi s názvem Australská národní srovnávací síť . Díky lineárnímu přizpůsobení 757 primárních nivelačních sekcí napříč australskou národní srovnávací sítí a současně „držení 30 měřičů přílivu fixovaných na jejich průměrné hodnoty hladiny moře“ byla stanovena australská výška a poté přijata Národní mapovací radou Austrálie v červenci 1971.

Metodika měření

Australský výškový údaj je svislá výška 0,000 m stanovená v rámci australské národní vyrovnávací sítě (ANLN), přičemž průměrná hladina moře měří 30 měřičů přílivu podél celého australského pobřeží v období 1966-1968. Počáteční povrch je založen na úpravě nejmenších čtverců původních „primárních“ údajů o nivelaci o délce 97 320 km v kombinaci s novějšími „doplňkovými“ údaji o nivelaci o délce 80 000 km.

Pozorování primárního vyrovnání

Pět různých pozorovacích úřadů přispělo k sekcím primárního nivelace v australské národní srovnávací síti, které byly použity k určení australského výškového vztažného bodu, přičemž každý využíval své vlastní nivelační strany, které provedly kombinaci jednosměrného a obousměrného vyrovnání. Tyto nivelační party se skládaly ze dvou řidičů samostatných vozidel a jednoho nástrojového muže, který se střídal mezi vozy, když „skákali žáby po vyrovnávací trase“. Tato strategie spočívala v tom, že nástrojař vzal zpětný pohled personálu, než ho jeden z řidičů řídil kolem stojícího auta druhého řidiče, do další polohy, aby si prohlédl pozorovací personál. Odpovědí obou řidičů bylo držet nivelační štáby , zatímco nástrojař bude obsluhovat úroveň a zaznamenávat naměřené hodnoty do knihy úrovní. Využitím této strategie mohly nivelační strany dosáhnout v průměru 35 km primárního vyrovnání každý den. Jednosměrné vyrovnání zahrnovalo přijetí této nastíněné metodiky pouze v jednom směru, zatímco obousměrné vyrovnání by to také opakovalo v opačném směru, aby se zlepšila přesnost odečtů. Následující text uvádí kumulativní příspěvek nivelačních stran pro jejich příslušný pozorovací orgán:

Příspěvky primárního vyrovnání na australský údaj o výšce každým pozorovacím úřadem
Primární typ nivelace (km) Pozorovací úřad
Státní úřady

(Kombinovaný)

Divize

Národní mapování

oddělení

interiér

Zasněžené hory

Hydro-elektrický úřad

Dodavatelé
Originální a druhý

Jednosměrné vyrovnání

697,0 4,203,8 23 590,0 0,0 19 613,5
První, druhý a třetí řád

Obousměrné vyrovnání

21,529,0 332,3 3,064,2 479,7 47,862,5
Tato mapa ukazuje polohy 30 měřičů přílivu použitých při určování australského výškového data (pevniny)

Průměrná pozorování hladiny moře

Byly také shromážděny údaje o hladině moře ze třiceti přílivových měřidel rozmístěných kolem australského pevninského pobřeží za účelem odvození australského výškového data. Vzdálenosti mezi každým následujícím přílivovým měřidlem se v celé zemi výrazně lišily, přičemž nejmenší interval mezi Port Kembla a Camp Cove (128 km) a největší interval mezi Point Lonsdale a Port Kembla (1150 km). Pozorování hladiny moře byla prováděna hodinově od 1. ledna 1966 do 31. prosince 1968 pro 29 určených přílivových měřidel a od 1. ledna 1957 do 31. prosince 1960 pro jediné přílivové měřidlo v Karumbě v Queenslandu . Jakmile byla shromážděna a zpracována všechna přílivová data, byla jako „nominální původ“ vybrána stanice přílivového měřidla Port MacDonnell a střední hladině moře stanice byla přiřazena hodnota 0,000 m. Rovnice nulových podmínek mezi Port MacDonnell a údaji o hladině ostatních 29 stanic pak byly použity k udržení průměrné hladiny moře na 0,000 m v celé národní síti měřidla přílivu a odlivu, zatímco záznamy o primární a sekundární nivelaci v rámci australské národní vyrovnávací sítě byly současně upraveno tak, aby vyhovovalo tomuto modelu. Přitom byl odvozen povrch australské výškové základny a oficiálně přijat v roce 1971 jako měřítko, na které se vztahují všechna nová měření svislé výšky v Austrálii.

Nedostatky, kompenzace a zkreslení

Od vzniku australského údaje o výšce v roce 1971 byly pomocí novějších technologií identifikovány a prozkoumány četné nedostatky, zkreslení, kompenzace a další chyby. Vzhledem k australské zoufalé potřebě geodetické vertikální kontroly a přesného topografického mapování pro těžařský průzkum v 70. letech minulého století byl australský údaj o výšce konstruován s použitím nižšího standardu zařízení a technik pro vyrovnání spirt, aby bylo zajištěno dokončení v co nejkratším časovém období. Například přibližně 80% (76 520 km) primární nivelace přispívající do australské národní vyrovnávací sítě dokončili soukromí dodavatelé během 10letého období od roku 1960 do roku 1970. Od té doby byly identifikovány významné chyby, včetně severojižního svahu 1,5 m, posunu mezi australskou pevninou a Tasmánii o 26 cm, a také regionálních deformací v celé západní Austrálii .

Severojižní svah

Severojižní svah je systematická chyba ve vodorovném povrchu australské výškové základny přibližně 1,5 m od severního pobřeží k jižnímu pobřeží Austrálie. Toto naklonění je docela problematické, protože ruší hlavní předpoklad při používání australského výškového vztažného bodu: vztažný povrch má gradient nula (tj. Dokonale vodorovný). I když je tato systematická chyba relativně nevýznamná pro návrh „malých inženýrských projektů“ využívajících místní výšky, svah sever-jih má velký vliv na návrh „rozsáhlých studií“, které pokrývají větší vzdálenosti po celé zemi. Severojižní svah je způsoben především skutečností, že australský výškový údaj byl vzat jako fixní průměrná hladina moře 30 měřičů přílivu kolem Austrálie po dobu 2 let, přičemž se ignorovaly přirozené odchylky v topografii mořského povrchu . Národní rada pro mapování Austrálie se rozhodla použít tento přístup „průměrné hladiny moře“ k minimalizaci používání negativních výšek, které jsou docela problematické pro geodety a inženýry, v blízkosti pobřežních oblastí, kde žije většina populace. Využitím přístupu k průměrné hladině moří tvorba australského výškového data zanedbala významný vliv časově průměrné dynamické topografie oceánu na kolísání hladin mořské hladiny v celé zemi. Prostorová variabilita změny hladiny moře , odliv sladké vody v přístavních oblastech, kde jsou umístěny měřiče přílivu, a sloučení dynamiky oceánů, to vše přispělo k vytvoření výrazného 1,5 m severojižního svahu v australské výškové základně. Aby bylo možné tomuto sklonu čelit, byl zaveden gravimetrický kvazigoidní model AUSGeoid09 pro určování australských výškových vztažných výšek z naměřených hodnot globálního navigačního satelitního systému (GNSS) . Protože výšky GPS poskytují mnohem větší limit čtení, než je velikost chyb vodováhy v australském výškovém referenčním bodu, model AUSGeoid09 je schopen „prakticky“ eliminovat chybu sever-jih při převodu hodnot GNSS na australské výšky vztažných výšek.

Ofset Austrálie a pevniny-Tasmánie

Australský výškový vztažný bod ( Tasmánie ) je považován za samostatný vztažný bod k australskému výškovému vztažnému bodu, který sestává z úpravy nejmenších čtverců sedmdesáti dvou nivelačních úseků napříč tasmánským státem a současně přiřazuje průměrnou hladinu moře dvěma přílivovým měřidlům v Hobartu and Burnie, vertikální výška 0,000 m za rok 1972. Tato metoda se odchyluje od metody používané ke stanovení průměrné hladiny moře používané k vytvoření pevninského australského výškového data, které bylo vzato v letech 1966 - 1968 pro 29 z přílivové měřidla a 1957-1960 pro jediné přílivové měřidlo v Karumbě . Využíváním nekonzistentních přístupů ke studijnímu období průměrné hladiny moře během vytváření těchto dvou referenčních míst bude střední hladina mořské hladiny na pevninské a tasmánské základně vysoce pravděpodobně obsahovat určitý stupeň chyb ve vztahu ke skutečné střední hodnotě hladiny moře. Toto zanedbání rozdílů v časově průměrné dynamické topografii oceánu mezi vytvořením australského výškového vztažného bodu (pevniny) a australského výškového vztažného bodu (Tasmánie) vedlo k výraznému posunu mezi výškou pevninských a výchozích ploch Tasmánie , která se odhaduje mezi- 61 mm a +48 mm.

Regionální zkreslení v západní Austrálii

Kromě severojižního svahu byla v celém státě Západní Austrálie identifikována řada dalších regionálních zkreslení v rámci australského výškového data . Největší z těchto nelineárních zkreslení jsou přítomny v oblastech Goldfields-Esperance a severní Kimberley . Na rozdíl od dobře definovaného a měřitelného severojižního sklonu napříč státem se lineární regrese těchto zkreslení nehodí k žádným výrazným trendům. Využití gravimetrických kvazigeoidních modelů k „praktickému“ odstranění vlivu časově průměrné dynamické topografie oceánu navíc minimalizuje rozsah těchto regionálních zkreslení. Z těchto důvodů jsou regionální zkreslení v celé Západní Austrálii připisována náhodným chybám „přítomným v pozorováních vyrovnávání duchů “ při vytváření australského výškového data.

Reference