Введение

Североамериканский датум (NAD) - горизонтальный датум, используемый в настоящее время для определения геодезической сети в Северной Америке. Датум - это формальное описание формы Земли вместе с точкой "якорь" 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 средней высоты воды (MHW), рассчитываются с использованием североамериканского вертикального датума 1988 года (NAVD 88). NAD 83, наряду с NAVD 88, будет заменен новым GPS и гравиметрической геоидной моделью на основе геометрической системы отсчета и геопотенциального датчика, возможно, в 2025 году.

Первый североамериканский Датум 1901 года

В 1901 году береговое и геодезическое обследование Соединенных Штатов приняло национальный горизонтальный датчик, называемый стандартным датчиком Соединенных Штатов, основанным на эллипсоиде Кларка 1866 года. Он был приспособлен к данным, ранее собранным для региональных данных, которые к тому времени начали перекрываться. В 1913 году Канада и Мексика приняли этот датчик, поэтому он также был переименован в Североамериканский датчик.

Североамериканский Датум 1927 года

По мере сбора большего количества данных возникали расхождения, поэтому дата была пересчитана в 1927 году, используя тот же сфероид и происхождение, что и его предшественник. Североамериканский Датум 1927 года (NAD 27) был основан на обследовании всего континента с общей точки отсчета, которая была выбрана в 1901 году, потому что она была так близко к центру сопредельных Соединенных Штатов, как это можно было рассчитать: он был основан на триангуляционной станции на стыке трансконтинентальной треугольной дуги 1899 года на 39-й параллели на север и треугольной дуги вдоль 98-го меридиана на запад, который был недалеко от географического центра сопредельных Соединенных Штатов. Данный показатель указывает, что станция треугольной оценки Meades Ranch в округе Осборн, штат Канзас, находится на 39°13′26.686′′ северной широты, 98°32′30.506′′ западной долготы. NAD 27 ориентируется, объявляя азимут от Meades Ranch до станции Уолдо (также в округе Осборн, примерно в 4,5 милях (7 км) к северо-западу от Уолдо, округ Рассел) 255°28′14.52′′ с севера. Широта и долгота каждой другой точки в Северной Америке затем основаны на ее расстоянии и направлении от Мидс-Ранч: если точка была X метров в азимуте Y градусов от Мидс-Ранч, измеренной на эллипсоиде Кларка 1866 года, то ее широта и долгота на этом эллипсоиде были определены и могли быть рассчитаны. Эллипсоид Полубольшая ось ((по определению) Полумельшая ось ((по определению) Обратное сплющивание ((расчет) Кларк 1866 6 378 206,4 м 6 356 583,8 м 294 978 698214 Это определяющие измерения для NAD 27, но Кларк фактически определил свой сфероид 1866 как a = 20 926 062 британских футов, b = 20 855 121 британских футов. Для преобразования в метрики используется отношение Кларка 1865 дюймов 39,370432. Длина фута или метра в то время практически не могла быть сопоставлена с более чем 0,02 мм. Большинство топографических карт USGS были опубликованы в NAD 27, и многие крупные проекты Корпуса инженеров армии США и других агентств были определены в NAD 27, поэтому датум остается важным, несмотря на то, что доступны более усовершенствованные датмы.

Североамериканский Датум 1983 года

Поскольку Земля значительно отклоняется от идеального эллипсоида, эллипсоид, который лучше всего приближает его форму, варьируется в зависимости от региона мира. Кларк 1866 года и Северноамериканский Датум 1927 года вместе с ним были обследованы, чтобы лучше всего соответствовать Северной Америке в целом. Аналогичным образом, исторически большинство регионов мира использовали эллипсоиды, измеренные локально, чтобы лучше всего соответствовать капризам формы Земли в их соответствующих локальных условиях. Эта практика обеспечивает максимальную точность на местном уровне, но затрудняет интеграцию и распространение информации в разных регионах. Поскольку спутниковая геодезия и технология дистанционного зондирования достигли высокой точности и стали доступны для гражданских применений, стало возможным получать информацию, относящуюся к одному глобальному эллипсоиду. Это потому, что спутники, естественно, обращаются с Землей как с монолитным телом. Поэтому эллипсоид GRS 80 был разработан для лучшего приближения Земли в целом, и он стал основой для североамериканского Датума 1983 года. Хотя GRS 80 и его близкий родственник, WGS 84, как правило, не лучше всего подходят для любого конкретного региона, необходимость в наиболее близком подходе в значительной степени испаряется, когда глобальное обследование сочетается с компьютерами, базами данных и программным обеспечением, способным компенсировать местные условия. Эллипсоид Полубольшая ось ((по определению) Полумельшая ось ((по определению) Обратное сплющивание ((расчет) GRS 80 6,378,137 м 6,356,752.3141 м 298.257222101

Сравнение NAD 27 с NAD 83

Точка, имеющая данную широту и долготу в NAD 27, может быть смещена на порядок многих десятков метров от другой точки, имеющей идентичную широту и долготу в NAD 83, поэтому важно указать датчик вместе с координатами. Североамериканский Датум 1927 года определяется широтой и долготой начальной точки (Триангуляционная станция Мидс Ранч 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 центр Земли (или "геоцентрический") датум, не имеющий начальной точки или начального направления. NOAA предоставляет конвертер между двумя системами. Практическое воздействие заключается в том, что если вы используете современное GPS-устройство, настроенное на работу в NAD 83 или WGS 84, чтобы перемещаться к координатам NAD 27 (как с топографической карты) возле Сиэтла, вы будете отклонены примерно на 95 метров (не достаточно далеко на запад), и вы будете примерно на 47 метров от Майами (не достаточно далеко на северо-северо-восток), тогда как вы будете намного ближе к точкам возле Чикаго.

Сравнение NAD 83 с WGS 84

Определение NAD 83 ((1986) основано на сфероиде GRS 80, как и WGS 84, поэтому многие 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. Однако из-за различий в том, как ориентированы и центрированы эталонные эллипсоиды, координаты в двух датах отличаются друг от друга на величину порядка метра на большей части Соединенных Штатов. Каждый из этапов был улучшен с помощью более точных и более поздних измерений. Одно из известных различий - расположение центра Земли, причем две системы отличаются примерно на 83 °. Кроме того, NAD 83 определяется как остающаяся постоянной во времени для точек на североамериканской пластине, тогда как WGS 84 определяется относительно среднего числа станций во всем мире. Таким образом, эти две системы со временем естественно расходятся. Для большей части Соединенных Штатов относительная скорость составляет от 1 до 2 см в год. Гавайи и прибрежные части центральной и южной Калифорнии к западу от разлома Сан-Андреас не находятся на североамериканской плите, поэтому их скорость расхождения отличается.

Текущее осуществление NAD 83

Национальная пространственная система отсчета США NAD 83 ((2011/MA11/PA11) эпоха 2010.00 является усовершенствованием датчика NAD 83 с использованием данных из сети очень точных GPS-приемников на непрерывно работающих справочных станциях (CORS). NAD 83 ((2011) описывает основную североамериканскую плиту, в то время как MA11 и PA11 решения относятся к Марианской плите и Тихоокеанской плите соответственно.

Новый Датум 2022 года

Для улучшения Национальной системы пространственной отсчета NAD 83 вместе с Североамериканским вертикальным датом 1988 года (NAVD 88) должны быть заменены новой геометрической системой отсчета и геопотенциальным датом, основанным на глобальных навигационных спутниковых системах (GNSS), таких как Глобальная система позиционирования (GPS), и новой гравиметрической модели геоида, потенциально в 2024 году. Новая гравиметрическая модель геоида является продуктом проекта "Гравитация для переопределения американского вертикального датума" (GRAV D). Эти новые системы отсчета должны быть более доступными и удобными в обслуживании, чем NAD 83 и NAVD 88, которые основаны на физических марках обследования, которые со временем ухудшаются.