Výškoměr: od normálního k GPS

O geometrii gravitačního pole Země

Satelitní dvojčata GRACE s gravitačním polem Země (ve velmi přehnané formě) odvozená z naměřených dat družicového CHAMP GFZ. © GFZ Postupim
číst nahlas

Výška hraje pro člověka zvláštní roli: turisté se vyšplhají na věže, aby si užili výhled a lidé se zachránili před záplavami do vyšších terénů. Přesné informace o výšce jsou ještě potřebnější při stavbě silnic, železnic, mostů, mrakodrapů nebo hydraulických konstrukcí. Ale kdo ví, že v Evropě existuje pouze 15 různých referenčních výškových systémů a že mezi měřeními výšky pomocí GPS a výškami může být až 110 metrů vzhledem k hladině moře?

V roce 2003 byl nový most přes Rýn na německo-švýcarské hranici v rozpacích: inženýři z obou břehů postavili v Laufenburgu současně most, který se nakonec setkal přes střed řeky. Brzy se však ukázalo, že mezi oběma částmi mostu byl rozdíl ve výšce asi 54 centimetrů, což znemožnilo nejdříve spojit most. Co se stalo?

Hladina moře jiná

Ve Švýcarsku a Německu se používají dva různé výškové systémy: Švýcarsko odvozuje své výšky od úrovně Středozemního moře připojením k úrovni Marseille, zatímco Německo odkazuje na úroveň Amsterdamu na hladinu moře Severního moře. Avšak vzhledem k topografii moře mezi Severním mořem a Středozemním mořem existuje přirozený rozdíl v nadmořské výšce. Rozdíl mezi výškovými systémy Švýcarska a Německa byl známý v Laufenburgu. Opravili však různé výškové specifikace nesprávným znaménkem a způsobili tak neobvyklou „díru mostu“.

Slanost a teplota rozhodující

Hladina moře byla používána po celá staletí k určování nadmořské výšky. Jeho výška, ovlivněná gravitačním polem a přílivem Země, se však odchyluje až 110 metrů od rotačního elipsoidu Země, matematicky vypočítaného ideálního tvaru Země. „Systém ideální výšky se však nevztahuje na elipsoid, ale na fyzickou ideální postavu Země, geoid, “ vysvětluje Johannes Ihde, vedoucí oddělení geodézie Federální agentury pro kartografii a geodézii (BKG) ve Frankfurtu nad Mohanem. „V důsledku rozdílů ve slanosti a teplotě oceánů, oceánských proudů nebo větrných bouří se střední mořská hladina také liší od geoidu globálně o jeden až dva metry. Tato mořská topografie samozřejmě také odlišuje výškové systémy jednotlivých zemí nebo regionů, “dodává Ihde.

Rozdíly mezi národními výškovými systémy v Evropě a amsterdamskou úrovní v centimetrech a souvisejícími referenčními úrovněmi BKG

Pouze v Evropě existuje 15 různých výškových referenčních systémů, které byly sjednoceny Evropským vertikálním referenčním systémem (EVRS), alespoň pro meziregionální geodata. Mnoho národních referenčních systémů je však stále založeno na vlastních referenčních bodech, jako je například úroveň Amsterdamm. Toto bylo založeno na konci 17. století a bylo používáno především pro protipovodňovou ochranu - možná dokonce první systém včasného varování v Evropě. zobrazit

Tři výškové referenční systémy v Německu

„Rovněž v Německu označuje indikace výšky normální nula (NN) hladinu Amsterdam, “ vysvětluje Ihde národní referenční systémy výšky. Highland (HN), zavedený v NDR, je však založen na průměrné hladině vody poblíž Kronstadtu před Petrohradem a je asi o 14 centimetrů vyšší než hladina v Amsterdamu. S cílem vyloučit budoucí nedorozumění se proto v roce 1993 rozhodlo o zavedení jednotného referenčního systému pro Německo, dodává Ihde. Také tato německá síť hlavních věcí92 (DHHN92) se sama orientuje svými hodnotami v normální výšce (NHN) na úrovni Amsterdam. UrPři nadmořské výšce se měří potenciální rozdíly zemského gravitačního pole a poté se převádějí do metrického systému vysvětluje fyzický přístup k výškovým systémům.

Satelity měří geometrické výšky

Dnes má Istanbul asi 9, 8 milionu obyvatel inhabitants desetkrát více než před 50 lety. Ve velkém městě žije a pracuje dokonce 11, 6 milionů lidí. Istanbul je vedle Tokia jednou z megacit, které jsou zemětřesením nejvíce ohroženy. NASA / JSC

Novější metodou je na druhé straně GPS, které lze použít ke stanovení geometrických výšek. GPS není ovlivněno zemským gravitačním polem, a tak poskytuje trojrozměrné souřadnice s ohledem na těžiště Země. Protože však základní elipsoid rotace Země se liší až do 110 metrů od geoidu zemského gravitačního pole, neměly by se tyto dva typy měření výšek smíchat dohromady, “uvedl Ihde. Například v Německu se rozdíly mezi těmito dvěma metodami měření liší mezi 36 metrů na pobřeží Baltského moře a 50 metrů v Černém lese.

V posledních letech však geodetové využívající družicový radarový výškoměr a měření gravitačního pole ve spojení s oceánografy odvozili globální modely pro střední mořskou topografii. „Ty popisují odchylky mezi geoidem a povrchem středního oceánu s přesností na decimetry, čímž se zmenšují možné rozdíly ve výškovém určování hor nebo hloubek na různých úrovních, “ vysvětluje Ihde výhody měření. Kromě toho geodetové na celém světě pracují na realizaci jednotného systému světové výšky. Nové mise družicové gravitační pole CHAMP, GRACE a GOCE posunou geoscientisty o krok dále k měření Země s přesností na cm a lepší předpovědí změn.

(Johannes Ihde (BKG), 28.04.2006 - AHE)