3. Система высот: геодезические, ортометрические и нормальные высоты.

Превышения между точками земной поверхности, полученные геометрическим нивелированием, зависят от пути нивелирования. Причиной этого является непараллельность уровенных поверхностей между собой, что обусловлено распределением плотности внутри Земли, ее формой и др. В зависимости от способа учета этой непараллельности различают высоты геодезические, ортометрические и нормальные.

Ортометрическая высота точки земной поверхности отсчитывается относительно поверхности геоида (отрезок ММ), а для ее определения требует наличия среднего значения силы тяжести на отрезке ММ, что практически недостижимо. Ортометрическая система высот используется в США, Канаде, Австралии, Бельгии, Дании, Финляндии, Ирландии, Италии, Нидерландах, Португалии, Испании, Швейцарии, Турции, Тайване, Японии и некоторых других странах.

Нормальная высота точки земной поверхности отсчитывается относительно поверхности квазигеоида (отрезок ММ), поверхность которого с помощью соответствующего математического аппарата определяется вполне однозначно относительно эллипсоида и геоида. Такая система принята в России, странах СНГ и некоторых европейских странах (Швеции, Германии, Франции и др.). Поверхность квазигеоида, строго говоря, не является уровенной поверхностью гравитационного потенциала, однако ее можно определить по результатам измерений на физической поверхности Земли.

Геодезическая высота (Н) связана с нормальной (Н^) и ортометрической (Н^g) высотами следующей зависимостью (рис. 1.6.)

Н=Н^ + S^ =Н^g+S^g,

где S^, S^g – высоты квазигеоида и геоида над эллипсоидом (аномалии высот).

По современным данным, высоты геоида над общим земным эллипсоидом меняются в пределах от -107 до 87 м., среднее квадратичесоке значение высоты геоида в целом по земному шару составляет около 30 м.

Поверхность геоида и квазигеоида на территории Мирового океана между собой совпадают; в равнинных районах расстояние между нмим составляет несколько сантиметров, а в высокогорных районах может достигать 2,0-2,5 м.

Высоты квазигеоида над общеземным или референц-эллипсоидом вычисляют в соответствии с моделями гравитационного поля Земли, входящими в состав геодезических параметров «Параметры Земли».

Данные о высотах квазигеоида над общем земным эллипсоидом ПЗ-90 и референц-эллипсоидом Красовского изображают в виде соответствующих карт-схем. На равнинных районах погрешность определения превышений высот квазигеоида при расстояниях между ними в несколько десятков километров составляет не более нескольких сантиметров. Заметим, что на топографических, землеустроительных и других картах (планах) подписаны нормальные высоты точек земной поверхности. Однако при обозначении (написании) высоты точки, вычисленной в Балтийской системе высот, слово «нормальная» опускается. Также нормальную высоту точки земной поверхности в учебной и производственной литературе обозначают заглавной латинской буквой Н без индекса.

Отсчет высот во всем мире выполняется относительно уровнемерных постов, в которых средний многолетний уровень моря отождествляется с поверхностью геоида. Несовпадение средних уровней морей вызывает различия в разных странах систем отчета высот, что должно учитываться при уравнивании планетарных геодезических построений.

В России и странах СНГ высоты отсчитываются в Балтийской системе высот 1977 года, относительно нуля Кранштадского футштока, фиксирующего средний многолетний уровень Финского залива Балтийского моря.

Современные технологии и состояние технических средств снимают остроту вопроса относительно эффективности использования ортометрических и нормальных высот, поскольку в настоящее время находят применение цифровые модели планетарного геоида (квазигеоида), создаваемые по результатам анализа возмущений (уклонений от расчетных) орбит искусственных спутников Земли и данных наземных гравиметрических измерений. Так, в настоящее время на основе спутниковых наблюдений разработано несколько моделей геопотенциала. Например, ПЗ 2002/360 (2002 г., Россия). Модель EGM96 рекомендована Международной службой вращения Земли для обработки астрономических и геодезических наблюдений. Точность определения с их помощью превышений геоида (квазигеоида) над эллипсоидом характеризуется С.К.О. порядка 0,3 м. Такие модели широко используются программным обеспечением спутниковых приемников, обрабатывающими комплексами и системами (Например, PHOTOMOD).

Имеются проекты, реализация которых позволит определять гравитационные аномалии с пространственным разрешением 100 км и относительной ошибкой порядка 10^-8, при этом высоты геоида (квазигеоида), как ожидается, могут быть найдены с ошибкой 1 см.