什么是垂直基准？
当联邦紧急事务管理局 (FEMA) 评估发生 100 年一遇洪水的可能性并指出洪水将上升 25 英尺时……
……“25 英尺”到底指的是什么？
我们需要一个一致的起点来比较洪水和地面高程。输入垂直基准。
测量员、大地测量师和保险公司使用垂直基准作为可以参考高度的零高程表面。
潮汐基准与垂直大地基准
当您谈论垂直基准时，您可以将它们分为两部分：
潮汐数据反映了水陆之间的界面，并由潮汐变化定义。例如，水中的潮汐计测量平均海平面。潮汐基准面是本地化的，因为不同类型的基准面之间的转换可以快速转移。这也是时间依赖性的。
GEODETIC DATUMS是零高程的参考表面，其高度在较大的地理范围内被引用。这些基准面用于测量平均海平面以上和以下的高度（海拔）和深度（洼地）。北美常用的垂直基准有1929 年国家大地垂直基准（NGVD29）和1988 年北美垂直基准（NAVD88） 。
（垂直）大地基准通常与潮汐基准相关联。大地基准参考可能使用潮汐基准作为起点。如果您考虑一下，社区的高度系统应该与潮汐基准一致，因为那是水流的地方。
参考高度的类型
在提及垂直基准时，需要注意不同类型的高度。这些是 3 种主要的身高类型，但也存在其他类型的身高：
ORTHOMETRIC表示地球表面与大地水准面在特定点的高度距离。测量员通常参考正高。当你在山顶上取得高度时。它是一个正高，测量为表面和大地水准面之间的距离。
GEOID与平均海平面重合，就好像您将其想象为陆地区域下方（或上方）的延伸。大地水准面是重力正常的等势面——非常接近平均海平面。这是因为地球上不同地方的密度不同。存在重力异常，各地起伏不一。
陆地和山脉使我们无法看到地球的大地水准面。地球内部各处的密度不同。这意味着重力在地球上随处变化。这就是我们测量重力或重力等势面的原因。然后我们可以推断这就是水的沉降方式并对其进行数学建模。然后大地水准面给出了一个真正的零表面来测量高程。
REFERENCE ELLIPSOID是参考椭球体，是地球形状的数学模型，主轴沿赤道半径。它近似于大地水准面，但主要与参考点坐标（ 纬度和经度）的大地测量网络计算一致。
1. 1929 年国家大地垂直基准 (NGVD29)
北美常用的垂直基准有 1929 年国家大地垂直基准 (NGVD29) 和 1988 年北美垂直基准 (NAVD88)。
1929 年国家大地测量垂直基准 (NGVD29) （以前称为平均海平面基准）是使用 26 个长期潮汐测量站和限制在平均海平面的一阶水准站得出的。
这26个验潮站分别设置在美国东西海岸（以及墨西哥湾沿岸）的港口。美国有21个，加拿大有5个。
从 1877 年开始的 20 年期间，一条“水平线”在整个美国进行了测量。随着全国水平线网络的扩大，这成为垂直基准的基础。
NGVD29 是 20 世纪大部分时间测量员、工程师和测绘人员使用的系统。但由于其在漫滩管理中的重要性，它被1988 年更准确的北美垂直基准所取代。
2. 1988年北美垂直基准
更改为 NAVD88 的主要原因之一是国家大地测量局 (NGS) 发现海平面实际上根本不水平。海床的风、洋流和地形造成局部变化。
这些数字不合适，因为与其他地方相比，一个地点的平均海平面更高。最终，卫星技术发现这些扭曲是由重力引起的。
1988 年北美垂直基准 (NAVD 88)是基于对全国水平观测的调整。一种称为大地水准测量的高精度测量技术用于测量全国各地的高度差异。
1988 年的垂直基准基于超过 600,000 公里的控制水准。它还使用卫星技术改进早期的垂直基准。
多年来，用于精确高程测量的工具也与使用水平杆和瞄准仪器测量两点之间的高度差保持相当一致。今天，激光可能会取代望远镜的使用，但方法保持不变。
最终，与 GPS 技术配对的 GRACE 和 GOCE 等卫星发现，这些扭曲是由重力引起的。这些卫星系统解释了不同地区重力的差异。
使用垂直基准绘制洪泛区地图
您家发生洪水的可能性有多大？这是联邦紧急事务管理局 (FEMA)等组织的职责。
如果我们说洪水将上升 25 英尺，那么“25 英尺”究竟指的是什么？我们需要一个一致的起点来比较洪水和地面高程。这就是为什么一致的垂直基准和平均海平面如此重要的原因。有效的洪泛区管理取决于准确的测量。
在新建工程期间，FEMA 会测量建议的结构标高。他们比较基线洪水高程，以确保新建筑在合理范围内免受洪水侵袭。
重要的是所有测量点必须在整个测量过程中使用相同的垂直基准。垂直基准的差异范围从重力高的落基山脉的三英尺或更多……到其他地区的几英寸。
NAVD88 纠正了 NGVD29 的许多问题。 1988 年的垂直基准基于 1929 年以来执行的超过 600,000 公里的控制水准测量，反映了可能改变基准高程的地质地壳运动或沉降。
如果您要对洪泛区绘图进行调查，直到最近大多数洪水保险地图都使用 NGVD29。但是，FEMA 已改用 NAVD88。
垂直基准变换
重要的是，在进行调查时，所有测量必须在整个调查过程中使用相同的垂直基准。 NAVD29 和 NAVD88 之间的差异范围从重力高的落基山脉的三英尺或更多……到其他地区的几英寸。
垂直坐标变换不是简单的即插即用公式。这些转换需要软件转换成不同的垂直基准。 NAVD88 是对数千个高程基准控制点的校正。
VDatum是 NOAA 的一款免费工具，用于在各种潮汐、正射和椭圆体垂直基准之间转换数据。用户可以将他们的数据从不同的水平/垂直参考转换成一个共同的和期望的参考水平。
结论
水平坐标系为我们提供了纬度和经度。垂直基准是典型水平坐标系的另一个组成部分。
北美的大多数垂直基准都使用海平面作为我们测量海拔变化的基本参考平面。以平均海平面 (MSL) 作为零参考点，可以准确测量高度或地形。我们还可以开始了解海平面是否随时间上升或下降。
我们处在一个三维的星球上，在地表的水平坐标系中，除了左右之外，还有起伏。
为了处理起伏，我们有垂直基准，它提供了一个地方来设置零测量值，平均海平面作为我们起伏的基础。这称为大地水准面。
参考
来自 NASA Grace Mission 的大地水准面——图片由 NASA/JPL 提供
