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基準面

鎖定
基準面,是指用來準確定義三維地球形狀的一組參數和控制點。當一個旋轉橢球體的形狀與地球相近時,基準面用於定義旋轉橢球體相對於地心的位置。基準面給出了測量地球表面上位置的參考框架。它定義了經線緯線的原點及方向。
中文名
基準面
外文名
Base Level
定    義
定義三維地球形狀參數和控制點
作    用
定義旋轉橢球體相對於地心的位置

基準面基準定義

基準面 基準面
當一個旋轉橢球體的形狀與地球相近時,基準面用於定義旋轉橢球體相對於地心的位置。基準面給出了測量地球表面上位置的參考框架。它定義了經線緯線的原點及方向。 [1] 

基準面基準理論

區域基準面 區域基準面 [1]
外營力侵蝕為主體,地表受外營力作用時,其向下侵蝕有一最低之限度,此一限度,就是侵蝕基準面,亦稱基準面(Base Level)。換言之,基準面就是地表向下侵蝕的終極面,以河川為例,當河牀低於此一終極面時,河流就不能再向下侵蝕。
所謂終極基準面(Ultimate Base Level)或永久基準面,是指海水面(Sea Level)而言,事實上海水面並非永久不變的,當地殼變動或冰川后退時,常使海陸之相對位置發生變遷。至於湖面、堅岩層及水庫等,均為臨時基準面(Temporary Base Level),或稱局部基準面。由於侵蝕營力性質不同,其基準面亦隨之而異,例如海蝕以波浪作用向下所能到達之波浪基準(Wave Base)為其基準面,風蝕與溶蝕以地下水面為其基準面,冰河侵蝕以雪線為其基準面。
如果陸地上升,基準面即隨之下降;反之,則會相對地上升。基準面下降常導致侵蝕作用加速進行;基準面上升,則產生沉積作用
測量學上所説之基準面,是指平均海水面而言,平均海水面是測量陸地高程與海洋深度之起算點,須由特設之驗潮站經過多年之觀測始可採用。就中國言,中國大陸地區之高程起算點為浙江坎門平均海水面;以零公尺起算;台灣省與澎湖羣島之高程起算點則為基隆與馬公平均海水面,亦以零公尺起算。上述地區,測量海洋深度,亦復如此。 [2] 
沉積基準面相對於地表會產生波狀升降,在此過程中伴隨着可容空間的變化。一個基準面旋迴由一個上升半旋迴和隨後的一個下降半旋迴組成。基準面上升,向陸方向有新增可容空間產生,當基準面下降時,剩餘可容空間向盆收縮。在一個基準面旋迴變化過程中(可理解為時間域)保存下來的沉積地層為一個成因地層單元,即成因層序,其以時間面為界面,因而為一個時間地層單元,也就是説一個基準面旋迴是等時的。 [3] 

基準面基準數據

當更改基準面或修正基準面時,地理座標系(數據的座標值)將發生改變。
以下是加利福尼亞州雷德蘭茲的一個控制點基於北美洲基準面 1983(NAD 1983 或 NAD83)的度分秒 (DMS) 座標:
34 01 43.77884 -117 12 57.75961
該點在北美洲基準面 1927(NAD 1927 或 NAD27)中的座標是:
34 01 43.72995 -117 12 54.61539
兩座標經度值有約 3 秒的差異,而緯度值有約 0.05 秒的差異。
NAD 1983 和 1984 世界座標系 (WGS 1984) 在大部分應用中是相同的。以下是同一個控制點在 WGS 1984 中的座標:
34 01 43.778837 -117 12 57.75961 [1] 

基準面基準種類

基準面地心

在過去的 15 年中,衞星數據為測地學家提供了新的測量結果,用於定義與地球最吻合的、座標與地球質心相關聯的旋轉橢球體。地球中心(或地心)基準面使用地球的質心作為原點。最新開發的並且使用最廣泛的基準是 WGS 1984。它被用作在世界範圍內進行定位測量的框架。 [4] 

基準面區域

局域基準面是在特定區域內與地球表面極為吻合的旋轉橢球體。旋轉橢球體表面上的點與地球表面上的特定位置相匹配。該點也被稱作基準面的原點。原點的座標是固定的,其他點由其計算獲得。區域基準面的座標系原點不在地心上。區域基準面的旋轉橢球體中心距地心有一定偏移。NAD 1927 和歐洲基準面 1950 (ED 1950) 都是區域基準面。NAD 1927 旨在儘可能與北美洲吻合,而 ED 1950 是為歐洲而構建。因為區域基準面的旋轉橢球體只與地表某特定區域吻合得很好,所以它不適用於該區域之外的其他區域。 [1] 

基準面北美洲

NAD 1927:
NAD 1927 使用 Clarke 1866 旋轉橢球體表示地球形狀。此基準面的原點是位於堪薩斯州的一個名為 Meades Ranch 的地球點。許多 NAD 1927 控制點都是基於 19 世紀的觀測結果進行計算的。這些計算結果歷經多年分階段手動得出。因此,各觀測站均存在不同誤差。
NAD 1983:
測繪和大地測量學領域取得的多項技術進步(電子經緯儀全球定位系統 (GPS) 衞星、甚長基線干涉測量法和多普勒系統等)使得現有控制點網絡的許多缺點都暴露出來。當連接現有控制點與新確定的測繪結果時,差異尤為明顯。新基準面的確立允許單個基準面全面覆蓋北美及周圍地區。
1983 北美洲基準面使用 1980 大地參考系 (GRS) 旋轉橢球體基於地球和衞星兩方面的觀測結果繪製而成。此基準面的原點是地球的質心。這會對所有經度值和緯度值的表面位置產生足夠的影響,使得北美洲先前控制點的位置發生偏移,與 NAD 1927 相比有時會偏移 500 英尺。多個國家經過 10 年的努力,為美國、加拿大、墨西哥、格陵蘭島、中美洲和加勒比海地區連接出了一個控制點網絡。
GRS 1980 旋轉橢球體與 1984 世界座標系 (WGS) 旋轉橢球體幾乎完全一致。WGS 1984 和 NAD 1983 座標系都以地心為中心。1986 年最初發布時,NAD 1983 和 WGS 1984 被認為是一致的。但事實並非如此。WGS 1984 被綁定到國際地球參考系統 (ITRF)。而 NAD 1983 被綁定到北美構造板塊,以儘量減少今後對座標值所做的更改。這導致 NAD 1983 和 WGS 1984 出現漂移。通常,WGS 1984 和 NAD 1983 中的座標約有一到兩米的偏差。GPS 數據實際上是根據 WGS 1984 座標系報告的。但是,如果使用了任何類型的外部控制網絡,如連續運行參考站 (CORS) 服務,則 GPS 座標將與該座標系而非 WGS 1984 相關聯。
HARN 或 HPGN:
美國各州一直在使用最新測繪技術以儘可能將 NAD 1983 基準面重新調整到更高精度,這些技術在開發 NAD 1983 基準面時尚未得到廣泛應用。這項名為“高精度參照網絡”(HARN) 的工作以前被稱為“高精度大地網”(HPGN),屬於“國家大地測量局”(NGS) 與各州的合作項目。
時下除阿拉斯加州以外,其他美國所有州都重新進行了測繪,已發佈了 49 個州和五個準州的變換格網文件。經過調整的控制點已在“國家大地測量局”數據庫中進行了標註,標註形式為 NAD83 (19xx) 或 NAD83 (20xx),其中 xx 代表調整年份。某些點已調整多次,因此年份可能與 HARN 最初的重新調整年份不同。NGS 從未發佈過在原始 HARN 與之後重新調整過的 HARN 之間進行轉換的變換結果。
其他 NAD 1983 重新調整:
NGS 保留了 CORS 站的參照網絡。這一組控制點被標註為 NAD 1983 (CORS96),這些點通過變換被綁定到 ITRF。其他大地控制點使用調整年份進行標註。NGS 在美國全國範圍內進行了重新調整。除 CORS 站以外的全部現有控制點均已更新,現已標註了 NAD 1983 (NSRS2007)。重新調整後的官方名稱是 2007 全國空間參考系 (NSRS)。對於美國大部分地區,HARN 座標系和 NSRS2007 之間的差異只有幾釐米。因此,對於 NAD 1983 (NSRS2007) 和較早實現的 NAD 1983,並沒有針對二者之間的轉換計算和發佈任何標準化變換,詳細信息,請訪問 NGS 網站。
其他美國基準面:
阿拉斯加、夏威夷、美屬薩摩亞關島波多黎各維爾京羣島以及阿拉斯加島除 NAD 1927 外還使用其他基準面。在 NAD 1983 或其歷次重新調整中都參照了最新數據。 [5] 
加拿大國基準面:
在採用 NAD 1983 前,加拿大進行了數次重新調整。先後實施了名為 NAD 1927 DEF 1976(通常稱為 MAY76)的全國調整,以及名為 NAD 1927 CGQ77 的魁北克省地區調整。沿海省份進行了單獨調整並定義了 1977 平均地球座標系 (ATS 1977)。上世紀八十年代,加拿大開始與美國一起定義 NAD 1983。從那時起,加拿大重新調整了其控制網絡,該參考系時下稱為 NAD 1983 (CSRS)。CSRS 代表加拿大空間參考系。 [5] 

基準面應用領域

(一)、利用基準面原理對華北地區中、晚石炭世古地理進行了研究。劃分出短期、中期和長期基準面旋迴,並對基準面長期旋迴進行了對比。在此基礎上,分別將基準面上升期和下降期作為編圖單元,進行古地理分析,對本地區沉積面貌有了新的認識:上升期(本溪組)發育兩大體系,下降期(太原組)發育四大體系。
以基準面半旋迴為編圖單元,中、晚石炭世的沉積古地理的面貌更加清晰且規律性更強,在該區進行海陸過渡相基準面原理地層分析是可行的。 [6] 
註明:此處的“基準面”的概念與本詞條中的大地基準面的概念截然不同,此處的基準面概念是層序地層學中的概念,來源於Cross的高分辨率層序地層學,是指一個假象的沉積補償地質界面,基準面以上表現為剝蝕作用,基準面以下表現為沉積作用。請勿與該詞條的大地基準面混淆。 [7-11] 
(二)、基準是機械製造中應用十分廣泛的一個概念,機械產品從設計時零件尺寸的標註,製造時工件的定位,校驗時尺寸的測量,一直到裝配時零部件的的裝配位置確定等,都要用到基準的概念。基準就是用來確定生產對象上幾何關係所依據的點,線或面.
基準分為設計基準和工藝基準,工藝基準又分為工序基準定位基準測量基準和裝配基準
基準面是指以之為基準用來確定其他點,線,面等尺寸的表面,分為設計基準面和加工基準面,前者指圖紙上的基準面,後者用於實際加工,該兩者最好是指工件的同一個表面,基準面通常是指一個平面。在實際的操作中,基準面是為了保證加工精度和便於測量,在工件上選定的一個面作為定位面,在車削加工,常以工件的外圓面、台階面或端面做為基準,目的就是為了便於加工和測量。
在加工中,儘量使設計基準和定位基準相重合,在多工步加工中儘量使用同一個基準面,也不要使用毛坯面做為基準面,這樣便於保證加工的準確性,減少由於基準不重合造成的誤差。
作為初學者也可以這樣來理解:基準面就是在加工工件中,工件上相對於機牀(或夾具上)一個相對固定的一個面,以此來保證其它部位加工的準確性和測量的準確性。
參考資料
  • 1.    基準面  .arcgis[引用日期2013-09-03]
  • 2.    基準面  .中華百科全書[引用日期2013-08-07]
  • 3.    基準面原理  .數字中國[引用日期2013-08-07]
  • 4.    基準面  .地理國情監測雲平台[引用日期2014-05-26]
  • 5.    北美洲基準面  .arcgis[引用日期2013-09-03]
  • 6.    車樹立,王德發.基準面原理在古地理分析中的應用[J].石油勘探與開發,1999,03.
  • 7.    鄧宏文. 美國層序地層研究中的新學派──高分辨率層序地層學[J]. 石油與天然氣地質, 1995(2):89-97.
  • 8.    鄭榮才, 尹世民, 彭軍. 基準面旋迴結構與疊加樣式的沉積動力學分析[J]. 沉積學報, 2000, 18(3):369-375.
  • 9.    鄭榮才, 彭軍, 吳朝容. 陸相盆地基準面旋迴的級次劃分和研究意義[J]. 沉積學報, 2001, 19(2):249-255.
  • 10.    王嗣敏, 劉招君. 高分辨率層序地層學在陸相地層研究中若干問題的討論[J]. 地層學雜誌, 2004, 28(2):179-184.
  • 11.    鄧宏文. 高分辨率層序地層學應用中的問題探析[J]. 古地理學報, 2009(5):471-480.
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