Геоид и GNSS

Геоид — теоретическая модель Земли, представляющая собой эквипотенциальную поверхность гравитационного поля планеты. Проще говоря, это форма, которую принял бы уровень моря, если бы он мог продолжаться сквозь материки и горы, следуя изменениям поля тяжести Земли.

_images/23.png

Рис.23 Представление геоида

Особенности:

  • Неровный и волнистый: в отличие от идеальной сферы или эллипсоида, геоид имеет неправильную форму с возвышениями и понижениями. Эти неровности вызваны изменениями плотности Земли и неравномерным распределением её массы, которые влияют на поле тяжести.
  • Эквипотенциальная поверхность: геоид — теоретическая поверхность, на которой гравитационный потенциал постоянен. На практике это означает, что если бы вода могла свободно следовать за силой тяжести без препятствий в виде суши или иных преград, её уровень установился бы по геоиду.
  • Он представляет «истинный» уровень моря: геоид часто описывают как истинный средний уровень моря на всей планете, продолжающийся и под материками.
  • Важен для измерения высот: геоид служит отсчётной поверхностью для определения высот над уровнем моря. Высоты, измеренные относительно геоида, точнее отражают действительную «высоту» над средним уровнем моря.

Примечание

Напротив, эллипсоид — более простая и правильная математическая модель Земли, применяемая главным образом в картографии и спутниковой навигации. Геоид лучше описывает действительную физическую форму Земли, а эллипсоид даёт упрощённое представление, удобное для вычислений и построения карт.

Глобальные модели геоида дают приближение, справедливое в среднем для всей Земли, и применяются преимущественно в научных целях; они не учитывают местные особенности и пригодны для технических работ лишь тогда, когда требования к точности высот невелики (порядка нескольких десятков сантиметров).

EGM96

EGM96 — пример широко используемой глобальной модели, находящейся в общественном достоянии и свободно доступной по адресу: http://earth-info.nga.mil/GandG/wgs84/gravitymod/egm96/intpt.html

Локальные модели геоида дают лучшее приближение на местности, но справедливы лишь для ограниченных территорий.

ITALGEO

ITALGEO — локальная модель геоида для Италии, вычисленная Миланским политехническим университетом совместно с IGM и выпускавшаяся во всё более точных версиях.

Последняя из них — ITALGEO2005, согласованная с высотной основой национальной нивелирной сети. Её абсолютная точность оценивается примерно в 10 см.

Следует помнить, что для технических работ важнее превышения, чем абсолютные высоты, поэтому наибольший интерес представляет относительная точность (изменение волны геоида между двумя точками), которая несколько выше абсолютной.

Примечание

На практике геоид ITALGEO используется через сетки IGM для преобразования датумов. Сетки .gr1 содержат модель ITALGEO99, а сетки .gr2 и .grk — более новую ITALGEO2005.

Значение волны геоида в нужных точках получают интерполяцией между узлами сетки.

Ниже приводится модель для Италии в формате XYZ (ASCII Gridded XYZ), полученная из доступной онлайн модели. Для преобразования в формат XYZ использовалась библиотека с открытым исходным кодом GDAL.

  • ITG2009_20170606.xyz - Файл в формате XYZ с волной геоида на территории Италии — источник https://www.isgeoid.polimi.it/Geoid/Europe/Italy/italgeo99_g.html

Совет

О загрузке файла в SurPAD и работе в поле сразу с высотами над уровнем моря см. здесь.