基准面
几何术语
基准面,是指用来准确定义三维地球形状的一组参数和控制点。当一个旋转椭球体的形状与地球相近时,基准面用于定义旋转椭球体相对于地心的位置。基准面给出了测量地球表面上位置的参考框架。它定义了经线纬线的原点及方向。
基准定义
当一个旋转椭球体的形状与地球相近时,基准面用于定义旋转椭球体相对于地心的位置。基准面给出了测量地球表面上位置的参考框架。它定义了经线纬线的原点及方向。
基准理论
外营力侵蚀为主体,地表受外营力作用时,其向下侵蚀有一最低之限度,此一限度,就是侵蚀基准面,亦称基准面(Base Level)。换言之,基准面就是地表向下侵蚀的终极面,以河川为例,当河床低于此一终极面时,河流就不能再向下侵蚀。
所谓终极基准面(Ultimate Base Level)或永久基准面,是指海水面(Sea Level)而言,事实上海水面并非永久不变的,当地壳变动或冰川后退时,常使海陆之相对位置发生变迁。至于湖面、坚岩层及水库等,均为临时基准面(Temporary Base Level),或称局部基准面。由于侵蚀营力性质不同,其基准面亦随之而异,例如海蚀以波浪作用向下所能到达之波浪基准(Wave Base)为其基准面,风蚀与溶蚀以地下水面为其基准面,冰河侵蚀以雪线为其基准面。
如果陆地上升,基准面即随之下降;反之,则会相对地上升。基准面下降常导致侵蚀作用加速进行;基准面上升,则产生沉积作用
测量学上所说之基准面,是指平均海水面而言,平均海水面是测量陆地高程与海洋深度之起算点,须由特设之验潮站经过多年之观测始可采用。就中国言,中国大陆地区之高程起算点为浙江坎门平均海水面;以零公尺起算;台湾省与澎湖群岛之高程起算点则为基隆与马公平均海水面,亦以零公尺起算。上述地区,测量海洋深度,亦复如此。
沉积基准面相对于地表会产生波状升降,在此过程中伴随着可容空间的变化。一个基准面旋回由一个上升半旋回和随后的一个下降半旋回组成。基准面上升,向陆方向有新增可容空间产生,当基准面下降时,剩余可容空间向盆收缩。在一个基准面旋回变化过程中(可理解为时间域)保存下来的沉积地层为一个成因地层单元,即成因层序,其以时间面为界面,因而为一个时间地层单元,也就是说一个基准面旋回是等时的。
基准数据
当更改基准面或修正基准面时,地理坐标系(数据的坐标值)将发生改变。
以下是加利福尼亚州雷德兰兹的一个控制点基于北美洲基准面 1983(NAD 1983 或 NAD83)的度分秒 (DMS) 坐标:
34 01 43.77884 -117 12 57.75961
该点在北美洲基准面 1927(NAD 1927 或 NAD27)中的坐标是:
34 01 43.72995 -117 12 54.61539
两坐标经度值有约 3 秒的差异,而纬度值有约 0.05 秒的差异。
NAD 1983 和 1984 世界坐标系 (WGS 1984) 在大部分应用中是相同的。以下是同一个控制点在 WGS 1984 中的坐标:
34 01 43.778837 -117 12 57.75961
基准种类
地心
在过去的 15 年中,卫星数据为测地学家提供了新的测量结果,用于定义与地球最吻合的、坐标与地球质心相关联的旋转椭球体。地球中心(或地心)基准面使用地球的质心作为原点。最新开发的并且使用最广泛的基准是 WGS 1984。它被用作在世界范围内进行定位测量的框架。
区域
局域基准面是在特定区域内与地球表面极为吻合的旋转椭球体。旋转椭球体表面上的点与地球表面上的特定位置相匹配。该点也被称作基准面的原点。原点的坐标是固定的,其他点由其计算获得。区域基准面的坐标系原点不在地心上。区域基准面的旋转椭球体中心距地心有一定偏移。NAD 1927 和欧洲基准面 1950 (ED 1950) 都是区域基准面。NAD 1927 旨在尽可能与北美洲吻合,而 ED 1950 是为欧洲而构建。因为区域基准面的旋转椭球体只与地表某特定区域吻合得很好,所以它不适用于该区域之外的其他区域。
北美洲
NAD 1927:
NAD 1927 使用 Clarke 1866 旋转椭球体表示地球形状。此基准面的原点是位于堪萨斯州的一个名为 Meades Ranch 的地球点。许多 NAD 1927 控制点都是基于 19 世纪的观测结果进行计算的。这些计算结果历经多年分阶段手动得出。因此,各观测站均存在不同误差。
NAD 1983:
测绘和大地测量学领域取得的多项技术进步(电子经纬仪全球定位系统 (GPS) 卫星、甚长基线干涉测量法和多普勒系统等)使得现有控制点网络的许多缺点都暴露出来。当连接现有控制点与新确定的测绘结果时,差异尤为明显。新基准面的确立允许单个基准面全面覆盖北美及周围地区。
1983 北美洲基准面使用 1980 大地参考系 (GRS) 旋转椭球体基于地球和卫星两方面的观测结果绘制而成。此基准面的原点是地球的质心。这会对所有经度值和纬度值的表面位置产生足够的影响,使得北美洲先前控制点的位置发生偏移,与 NAD 1927 相比有时会偏移 500 英尺。多个国家经过 10 年的努力,为美国、加拿大、墨西哥、格陵兰岛、中美洲和加勒比海地区连接出了一个控制点网络。
GRS 1980 旋转椭球体与 1984 世界坐标系 (WGS) 旋转椭球体几乎完全一致。WGS 1984 和 NAD 1983 坐标系都以地心为中心。1986 年最初发布时,NAD 1983 和 WGS 1984 被认为是一致的。但事实并非如此。WGS 1984 被绑定到国际地球参考系统 (ITRF)。而 NAD 1983 被绑定到北美构造板块,以尽量减少今后对坐标值所做的更改。这导致 NAD 1983 和 WGS 1984 出现漂移。通常,WGS 1984 和 NAD 1983 中的坐标约有一到两米的偏差。GPS 数据实际上是根据 WGS 1984 坐标系报告的。但是,如果使用了任何类型的外部控制网络,如连续运行参考站 (CORS) 服务,则 GPS 坐标将与该坐标系而非 WGS 1984 相关联。
HARN 或 HPGN:
美国各州一直在使用最新测绘技术以尽可能将 NAD 1983 基准面重新调整到更高精度,这些技术在开发 NAD 1983 基准面时尚未得到广泛应用。这项名为“高精度参照网络”(HARN) 的工作以前被称为“高精度大地网”(HPGN),属于“国家大地测量局”(NGS) 与各州的合作项目。
时下除阿拉斯加州以外,其他美国所有州都重新进行了测绘,已发布了 49 个州和五个准州的变换格网文件。经过调整的控制点已在“国家大地测量局”数据库中进行了标注,标注形式为 NAD83 (19xx) 或 NAD83 (20xx),其中 xx 代表调整年份。某些点已调整多次,因此年份可能与 HARN 最初的重新调整年份不同。NGS 从未发布过在原始 HARN 与之后重新调整过的 HARN 之间进行转换的变换结果。
其他 NAD 1983 重新调整:
NGS 保留了 CORS 站的参照网络。这一组控制点被标注为 NAD 1983 (CORS96),这些点通过变换被绑定到 ITRF。其他大地控制点使用调整年份进行标注。NGS 在美国全国范围内进行了重新调整。除 CORS 站以外的全部现有控制点均已更新,现已标注了 NAD 1983 (NSRS2007)。重新调整后的官方名称是 2007 全国空间参考系 (NSRS)。对于美国大部分地区,HARN 坐标系和 NSRS2007 之间的差异只有几厘米。因此,对于 NAD 1983 (NSRS2007) 和较早实现的 NAD 1983,并没有针对二者之间的转换计算和发布任何标准化变换,详细信息,请访问 NGS 网站。
其他美国基准面:
阿拉斯加、夏威夷、美属萨摩亚关岛波多黎各维尔京群岛以及阿拉斯加岛除 NAD 1927 外还使用其他基准面。在 NAD 1983 或其历次重新调整中都参照了最新数据。
加拿大国基准面:
在采用 NAD 1983 前,加拿大进行了数次重新调整。先后实施了名为 NAD 1927 DEF 1976(通常称为 MAY76)的全国调整,以及名为 NAD 1927 CGQ77 的魁北克省地区调整。沿海省份进行了单独调整并定义了 1977 平均地球坐标系 (ATS 1977)。上世纪八十年代,加拿大开始与美国一起定义 NAD 1983。从那时起,加拿大重新调整了其控制网络,该参考系时下称为 NAD 1983 (CSRS)。CSRS 代表加拿大空间参考系。
应用领域
(一)、利用基准面原理对华北地区中、晚石炭世古地理进行了研究。划分出短期、中期和长期基准面旋回,并对基准面长期旋回进行了对比。在此基础上,分别将基准面上升期和下降期作为编图单元,进行古地理分析,对本地区沉积面貌有了新的认识:上升期(本溪组)发育两大体系,下降期(太原组)发育四大体系。
以基准面半旋回为编图单元,中、晚石炭世的沉积古地理的面貌更加清晰且规律性更强,在该区进行海陆过渡相基准面原理地层分析是可行的。
注明:此处的“基准面”的概念与本词条中的大地基准面的概念截然不同,此处的基准面概念是层序地层学中的概念,来源于Cross的高分辨率层序地层学,是指一个假象的沉积补偿地质界面,基准面以上表现为剥蚀作用,基准面以下表现为沉积作用。请勿与该词条的大地基准面混淆。
(二)、基准是机械制造中应用十分广泛的一个概念,机械产品从设计时零件尺寸的标注,制造时工件的定位,校验时尺寸的测量,一直到装配时零部件的的装配位置确定等,都要用到基准的概念。基准就是用来确定生产对象上几何关系所依据的点,线或面.
基准分为设计基准和工艺基准,工艺基准又分为工序基准定位基准测量基准和装配基准
基准面是指以之为基准用来确定其他点,线,面等尺寸的表面,分为设计基准面和加工基准面,前者指图纸上的基准面,后者用于实际加工,该两者最好是指工件的同一个表面,基准面通常是指一个平面。在实际的操作中,基准面是为了保证加工精度和便于测量,在工件上选定的一个面作为定位面,在车削加工,常以工件的外圆面、台阶面或端面做为基准,目的就是为了便于加工和测量。
在加工中,尽量使设计基准和定位基准相重合,在多工步加工中尽量使用同一个基准面,也不要使用毛坯面做为基准面,这样便于保证加工的准确性,减少由于基准不重合造成的误差。
作为初学者也可以这样来理解:基准面就是在加工工件中,工件上相对于机床(或夹具上)一个相对固定的一个面,以此来保证其它部位加工的准确性和测量的准确性。
参考资料
基准面.arcgis.
基准面.中华百科全书.
基准面原理.数字中国.
最新修订时间:2022-08-25 14:58
目录
概述
基准定义
基准理论
参考资料