垂直基準点

測地学、測量学、水路測量学、航海学において、鉛直基準面または高度測定基準面は、地球上の地物（地形、水深、水位、建造物）の標高や衛星軌道の高度、航空学など、鉛直位置の基準となる座標面である。惑星科学では、鉛直基準面はゼロ標高面^[1]またはゼロレベル基準面^[2]とも呼ばれる。

垂直基準に一般的に採用されている基準には、次のアプローチが含まれます。

• 潮汐、 NOAAの国立測地測量局が作成した潮汐基準点など、特定の条件が発生したときの海面に基づく。
• 重力基準はジオイドに基づきます。または、水平基準面の計算に使用されるのと同じ地球楕円体に基づきます。たとえば、米国国立測地測量局が 2022 年に発表する予定の NOAA の計​​画中の重力基準と全球測位衛星システム(GNSS) ベースの2022 年基準などがあります。

米国では、専門家が使用する主要な鉛直基準系として、1929 年の国立測地鉛直基準系と1988 年の北米鉛直基準系があります。

一般的に、標高は海抜の高さで示されることが多いが、「海面」が実際に意味するものは、最初に考えられるよりも複雑な問題である。ある場所と時間における海面の高さは、波、風、海流、気圧、潮汐、地形、および近くの氷床や山の存在による重力の強さの違い、および地殻とマントル深部の密度の変化など、さまざまな影響の結果である。

陸上の物体の高さを測定するために通常使用される基準は平均海面(MSL) です。これは、特定の 19 年周期で測定された 1 時間ごとの水位の算術平均として説明される潮汐基準です。この定義は、潮の満ち引き​​ (太陽と月の重力の影響による) と短期的な変動を平均化します。局所的な重力の強さの影響は除去されないため、測地基準に対する MSL の高さは、世界中で、さらには 1 つの国でも異なります。国は、特定の 1 地点の平均海面を、その国のすべての地図作成と測量の標準「海面」として使用するように選択する傾向があります (たとえば、英国では、国の垂直基準であるOrdnance Datum Newlynは、 1915 年から 1921 年までのコーンウォールのニューリンの平均海面に基づいています)。 ^[3]しかし、ある国で定義されたゼロ標高は、他の国で定義されたゼロ標高と同じではありません（MSLはどこでも同じではないため）。そのため、ローカルに定義された垂直基準点は互いに異なります。

海図の基準面を選択する際には、異なる原則が使用されます。安全上の理由から、船員はどの地点でも起こり得る最小水深を知ることができなければなりません。このため、海図上の水深と潮位は、潮位がこの水位より低くなることはめったにないレベルとして定義される海図基準面を基準として測定されます。これをどのように選択するかは、海図を作成する地域の潮汐状況と、問題の海図を作成する水路局の方針によって異なります。一般的な定義は最低天文潮位 (重力の影響から予測できる最低潮位) または平均低潮位 (各日の平均最低潮位) ですが、潮位差が非常に小さい海域では MSL が使用されることもあります。

逆に、船が低い橋や頭上の電力ケーブルの下を安全に通過するには、船員は満潮時に発生するマストの先端と障害物との間の最小クリアランスを知っておく必要があります。したがって、橋のクリアランスなどは、最高天文潮位や平均満潮時など、満潮に基づく基準に対して与えられます。

海面は地質時代を通じて一定ではないため、非常に長期的なプロセスを研究する場合、潮汐基準はあまり役に立ちません。火星の表面をマッピングする場合など、海面がまったく適用されない状況もあり、その場合は平均半径などの別の「ゼロ標高」を使用する必要があります。

測地鉛直基準系は、特定のゼロ点を取り、海面を参照せずに、使用されている測地モデルに基づいて標高を計算します。通常、開始参照点は潮位計であるため、その時点で測地基準系と潮汐基準系は一致する可能性がありますが、海面の変動により、2 つのスケールが他の場所では一致しない場合があります。重力ベースの測地基準系の例としては、北米で使用されるNAVD88があり、これはカナダのケベック州の点を基準としています。WGS 84、GRS80、NAD83などの楕円体ベースの基準系は、ジオイドとは大幅に異なる可能性のある理論上の表面を使用します。

一般的な鉛直基準点の種類には以下のものがある: ^[4]

• データム楕円体の表面。楕円体の高さhになります。
• 重力ジオイドによって記述される平均海面は、標高Hを生む。^{[3] [5]}

緯度 φと経度 λとともに、楕円体高hは場所の3次元測地座標（または地理座標）を提供します。 ^[6]

したがって、地球上、地球内、または地球上の地形的特徴の位置を完全に指定するには、垂直位置も指定する必要があります。地球は球体ではなく、二軸楕円体に近い不規則な形状です。ほぼ球形ですが、赤道が膨らんでいるため、赤道での半径は両極で測った半径より約 0.3% 大きくなります。短い軸は、ほぼ自転軸と一致します。初期の航海士は、海を垂直基準として使用できる水平面と考えていましたが、実際はそうではありません。地球には、その重力場内に等しい位置エネルギーの一連の層があります。高さは、この表面に対して直角に、おおよそ地球の中心に向かって測定されますが、局所的な変動により、等位置層は不規則になります (ただし、おおよそ楕円体です)。高さの定義に使用する層の選択は任意です。

• オーストラリア:オーストラリア高度基準点
• オーストリア、アルバニア、旧ユーゴスラビア共和国：アドリア海より数メートル上
• フランス：フランスの一般的な平準化
• ドイツ: Normalhöhennull、前にNormalnullが付く
• イギリス:兵器データム ニューリン
• オランダ:アムステルダム兵器基準点、プロイセンでも使用されていた
• スイス：海抜メートル
• 米国: 1929年の国家測地鉛直基準、1988年の北米鉛直基準、およびVERTCONにおける両者の差
• 地球（ジオイド）：地球重力モデル（EGM）、EIGEN-6C4など^[7]

海図基準面は、海図上に表示される水深の原点として、また潮位の報告や予測に使用される水面です。海図基準面は一般に何らかの潮汐相から導き出され、その場合は潮汐基準面とも呼ばれます。^{[8]一般的な海図基準面は}最低天文潮位(LAT) ^[8]と平均低潮位(MLLW) です。バルト海などの潮汐のない地域では、平均海面(MSL) が使用されます。^[9]

チャート データムは垂直データムの一種であり、チャートの水平データムと混同しないでください。

• データム参照
• 水平基準点
• 平準化
• レベルを下げる
• 基準点高さ
• 基準水位
• 垂直海洋基準フレーム
• 地上からの高さ
• 海抜高度
• 平均地形からの高さ

• 潮汐データム、NOAAの国立測地測量局が作成したもの