Heb je je ooit afgevraagd waar de coördinaten op je GPS-apparaat vandaan komen? Hoe zit het met statistieken zoals zeeniveau? Deze getallen zijn afgeleid van datums – een essentieel onderdeel van elk coördinatenreferentiesysteem en de ruggengraat van zoveel landmeetkunde.
Datums worden gebruikt als startreferentiepunt voor landmeetkundige banen en plaatsen uw werk in een grotere context. Hoewel een datum elke referentie kan zijn die wordt gebruikt om een object te meten – inclusief vlakken, lijnen en punten – bij landmetingen zijn het typisch punten, geodetische datums genoemd. Er zijn twee soorten geodetische datums: horizontaal en verticaal.
Om bruikbaar te zijn bij landmetingen, moet een geodetisch datum gebaseerd zijn op een referentieoppervlak, dat deze punten van een abstract idee naar een vaste locatie op het aardoppervlak brengt. Er zijn met name meerdere referentievlakken, afhankelijk van waar je bent en of je meet voor een horizontaal of verticaal nulpunt.
Inhoudsopgave
Geoïden en ellipsoïden begrijpen
Om het idee van een referentieoppervlak te begrijpen en om datums correct te vinden en te gebruiken, moet je eerst het verschil weten tussen een ellipsoïde en een geoïde model van de aarde. Een ellipsoïde is een onvolmaakte bolvorm. In tegenstelling tot een bol zijn de lengte, breedte en hoogte van een ellipsoïde echter niet niet alles hoeft identiek te zijn, volgens Encyclopedia Britannica.
Elk dwarsdoorsnedevlak van de vorm moet echter nog steeds een ellips of een cirkel zijn. Het specifieke ellipsoïdemodel dat de aarde het beste nabootst, wordt de aardellipsoïde genoemd. Omdat ellipsoïden echter nog steeds volledig glad zijn, in tegenstelling tot de aarde zelf, worden ze meestal slechts een “beste benadering” van de vorm van de planeet genoemd.
Een geoïdemodel van de aarde voegt ondertussen de nodige complexiteit toe en geeft een vollediger beeld van de manier waarop het aardoppervlak in hoogte varieert. Geoïde-modellen zijn gebaseerd op het gemiddelde zeeniveau – of de hoogte van het zeespiegeloppervlak van de planeet als het water volledig vlak zou zijn. Gemiddeld zeeniveau is nuttig omdat water reageert op de zwaartekracht van de aarde en geeft dips in hoogte op de oceaanbodem aan, volgens de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).
Geoïden en lokale datum
Terwijl de aardellipsoïde voor de meeste situaties wordt gebruikt, worden geoïdemodellen op een meer lokaal niveau uitgevoerd. Zo gebruikt de VS momenteel de Noord-Amerikaanse verticale datum van 1988, of NAVD 88. Dit model ontstond oorspronkelijk als de National Geodetic Vertical Datum van 1929. NGVD 29 gebruikte fysieke getijmeters in wateren in de VS, Mexico en Canada om gegevens te extrapoleren. Hoewel het huidige model op dit werk is gebaseerd, maakt NAVD 88 ook gebruik van satellietgegevens voor een nauwkeurigere meting. De verschillen tussen de twee systemen zijn meestal niet meer dan een meter.
Terwijl geoïde ellipsoïde modellen worden gebruikt om de vorm van de aarde te verklaren, plotten datums specifieke locaties op elk model, waardoor uw landmeetkundige site in een grotere, globale context wordt geplaatst. Zoals hierboven vermeld, zijn er twee soorten geodetische datums: horizontaal en verticaal. Elk vertrouwt op informatie van geoïde en ellipsoïde modellen om bruikbare informatie te bieden.
Horizontale datums
Horizontale datums gebruiken het ellipsoïde model om een punt op de aardbol te plotten zonder rekening te houden met hoogte of diepte. Deze punten staan in de volksmond bekend als lengte- en breedtegraad en vormen de basis voor GPS-coördinaten. Uw horizontale datum zal echter niet altijd hetzelfde zijn als deze cijfers (daarover hieronder meer).
Horizontale datums worden gevonden door de locatie te berekenen ten opzichte van het middelpunt van het aardellipsoïdemodel. Aangezien de aarde geen perfecte ellipsoïde is, staat dit bekend als het “vastzetten” van de aardellipsoïde op de werkelijke planeet. Omdat lengte- en breedtegraad een wereldwijd wereldwijd referentiesysteem zijn, zijn deze getallen afhankelijk van een wereldwijd ellipsoïdemodel. GPS-coördinaten, in het bijzonder, gebruik a wereldwijd model genaamd de WGS 84. WGS 84 is een vastgemaakt model (experts denken dat het zich binnen 2 cm van het centrum van de aarde bevindt) dat voor het eerst werd uitgebracht door het Amerikaanse ministerie van Defensie in 1987. In 1994 heeft het Pentagon het model bijgewerkt om volledig te zijn gebaseerd op inzichten uit GPS-gegevens, aldus de US Forest Service.
NAD 83 en lokale datum
Hoewel de WGS 84 ongelooflijk nauwkeurig is over de hele planeet, wil je voor nauwkeurige metingen tot op de centimeter een ellipsoïde model gebruiken op basis van datapunten uit een kleiner gebied. Horizontale datums uit deze modellen worden lokale datums genoemd. Hoewel deze modellen kunnen worden uitgebreid tot een volledige ellipsoïde van de aarde, zullen de gegevens onnauwkeurig zijn buiten het geografische gebied waarvoor ze zijn gemaakt.
De Verenigde Staten gebruiken bijvoorbeeld het NAD 83-model. De NAD 83 begon eigenlijk als de NAD 27, die was gebaseerd op een ellipsoïde model uit 1866 dat ongeveer het middelpunt van de VS, Meade’s Ranch Kansas, als uitgangspunt gebruikte. NAD 83 gebruikte NAD 27 als basis, maar voegde meer dan 250.000 extra fysieke datapunten toe, evenals nieuwe satellietgegevens. Sindsdien is het model meerdere keren bijgewerkt om te profiteren van de ontwikkeling van GPS-technologie.
Meades Ranch Triangulation Station, Kansas
Omdat NAD 27 en NAD 83 vóór WGS 84 kwamen, is het oorspronkelijke globale model opmerkelijk omdat het eigenlijk gebaseerd is op dit op de VS gerichte lokale model. De bijgewerkte WGS 84, die meer geavanceerde GPS-gegevens gebruikt, heeft sindsdien de kleine onnauwkeurigheden goedgemaakt die het gevolg waren van een dergelijk model.
Verticale datums
Natuurlijk heeft u in de meeste gevallen ook nauwkeurige hoogte-informatie nodig om uw landmeetkundige taak te voltooien. Daarvoor heb je verticale datums nodig. In tegenstelling tot horizontale datums, zijn verticale datums gebaseerd op lokale geoïde modellen van de aarde, zoals de NAVD88. Er is ook een andere vorm van verticale datum, genaamd getijdendatums, die wordt berekend door het meten van de veranderingen in het wateroppervlak in de loop van de tijd. Aangezien de meeste landmetingen op het land plaatsvinden, is deze vorm van meten meestal niet van toepassing.
Verticale nulpunten gebruiken om de orthometrische hoogte te berekenen
Hoewel het berekenen van de verticale datums van uw site belangrijk is, is dit slechts de eerste stap naar het maken van een nauwkeurige gegevensset. Hoewel je drone misschien op dezelfde hoogte blijft, zal de afstand tot de grond voortdurend veranderen omdat geen enkele site perfect vlak is. Om uw gegevens consistent te houden, moet u de verschillende verticale datums van uw hele site converteren naar één orthometrische hoogte. Zowel de aardellipsoïde als uw gebiedsgeoïdemodel worden gebruikt om de verticale datum van een locatie om te zetten.
Gelukkig kan dit met een simpele formule:
Ellipsoïde hoogte – Geoïde hoogte = Orthometrische hoogte
De ellipsoïde hoogte is het verschil tussen een ellipsoïde model en de door u gekozen coördinaat op het aardoppervlak. Als de WGS 84 voldoende nauwkeurigheid kan bieden voor uw doeleinden, zijn er geen aanvullende berekeningen nodig om dit nummer te vinden als u een GPS-ontvanger gebruikt. De hoogte van de geoïde is de offsetwaarde tussen het geoïdemodel waarnaar u verwijst – zoals de NAVD88 – en de aardellipsoïde.
Het resultaat van het invoegen van deze getallen in uw formule is de orthometrische hoogte. Dit is het nummer dat consistent moet blijven in al uw gegevens.
De juiste drones en payloads voor landmeten
Nu we hebben besproken hoe u een horizontaal nulpunt kunt opzoeken en een verticaal nulpunt kunt gebruiken om nauwkeurigheid over een hele site te garanderen, is het tijd voor u om uw apparatuur te upgraden om de klus te klaren. Zoek niet verder dan de Matrice 300 RTK. Met hoge snelheden en batterijen die lang meegaan, gaat deze drone waar je hem nodig hebt. De mogelijkheid om drie payloads tegelijk te monteren, maakt het ook gemakkelijk om gegevens te verzamelen met zo min mogelijk vluchten.
Of u nu fotogrammetrie of LiDAR-mapping uitvoert op uw volgende site, DJI heeft ook de payload die u zoekt. De Zenmuse P1, ons paradepaardje op het gebied van fotogrammetrie, is uitgerust met een 45-megapixel full-frame geluidsarme, zeer gevoelige sensor met verwisselbare 24/35/50 mm lenzen met vaste focus. In combinatie met superieur datakwaliteitsbeheer bent u klaar om elk klein detail in kaart te brengen.
Voor landmeetkundige taken waarvoor LiDAR vereist is, raden we de Zenmuse L1 aan. Met een zeer nauwkeurige IMU en dichte penetratie van gebladerte tegen een redelijke prijs, is dit laadvermogen perfect voor het inmeten van elk terrein. Beide camera’s zijn ontworpen voor eenvoudige integratie met onze kaartsoftware, DJI Terra.
bronnen:
https://www.britannica.com/science/ellipsoid
https://www.propelleraero.com/blog/the-differences-and-evolutions-of-horizontal-and-vertical-datums/
https://oceanservice.noaa.gov/facts/geoid.html
https://www.keyence.com/ss/products/measure-sys/gd-and-t/basic/datum.jsp
https://www.unoosa.org/pdf/icg/2012/template/WGS_84.pdf
https://geodesy.noaa.gov/datums/vertical/north-american-vertical-datum-1988.shtml
https://www.vims.edu/research/units/labgroups/tc_tutorial/tide_datum.php
