北アメリカ基準点

北米測地基準( NAD ) は、現在北米の測地網を定義するために使用されている水平基準です。基準は、座標系の「アンカー」ポイントとともに地球の形状を正式に記述したものです。測量、地図作成、土地利用計画では、横方向または「水平」の測定を行うために 2 つの北米測地基準が使用されています。1927 年の北米測地基準 (NAD 27) と 1983 年の北米測地基準 (NAD 83) です。どちらも、わずかに異なる仮定と測定に基づく 測地参照システムです。

平均高潮位（MHW）からの距離に基づく垂直測定は、 1988年北米垂直基準系（NAVD 88）を使用して計算されます。 ^[1]

NAD 83はNAVD 88とともに、2025年に新しいGPSと重力ジオイドモデルに基づく幾何基準フレームとジオポテンシャル基準系に置き換えられる予定です。^[2]

1901年、米国沿岸測地測量局は1866年のクラーク楕円体に基づいて、米国標準データムと呼ばれる国家水平データムを採用しました。これは、その時点で重複し始めていた地域データム用に以前に収集されたデータに適合されました。1913年にカナダとメキシコがこのデータムを採用したため、これも北米データムに改名されました。^{[3] [4]}

より多くのデータが収集されるにつれて矛盾が生じたため、1927 年に、以前のものと同じ回転楕円体と原点を使用してデータムが再計算されました。

1927年の北米測地基準系（NAD 27）は、計算できる限りアメリカ合衆国本土の中心に近いという理由で1901年に選ばれた共通基準点から大陸全体の測量に基づいていました。これは、北緯39度線の1899年の大陸横断三角測量弧とアメリカ合衆国本土の地理的中心に近い西経98度線に沿った三角測量弧の接合部にある三角測量ステーションに基づいていました。 ^{[5] [6] [7] [8]}この測地基準系では、カンザス州オズボーン郡のミードランチ三角測量ステーションが北緯39°13′26.686″、西経98°32′30.506″にあると宣言されています。^[9] NAD 27は、ミード牧場からウォルド基地（同じくオズボーン郡にあり、ラッセル郡ウォルドの北西約4.5マイル（7.2km） ）^[10]への方位角を北から255°28′14.52″と宣言することによって方向付けられています。北米のその他のすべての地点の緯度と経度は、ミード牧場からの距離と方向に基づいています。つまり、ある地点が1866年のクラーク楕円体上で測定された方位角Y度でミード牧場からXメートル離れている場合、その楕円体上の緯度と経度が定義され、計算することができます。

これらはNAD 27の定義寸法ですが、クラークは1866年の球体をa = 20,926,062英国フィート、b = 20,855,121英国フィートと定義しました。メートルへの変換には、クラークの1865年のインチメートル比39.370432を使用します。当時のフィートまたはメートルの長さは、約0.02 mmより正確にベンチマークすることはできませんでした。^[11]

USGS の地形図のほとんどはNAD 27 で公開されており、米国陸軍工兵隊やその他の機関による多くの主要プロジェクトも NAD 27 で定義されているため、より洗練されたデータムが利用可能であるにもかかわらず、データムは依然として重要です。

地球は完全な楕円体から大きく外れているため、その形状に最も近い楕円体は世界中の地域ごとに異なります。1866 年の Clarke 測地基準点と、それを使用した 1927 年の North American Datum は、北米全体に最も適したものになるように測量されました。同様に、歴史的には、世界のほとんどの地域では、それぞれの地域の地球の形状の変動に最も適した、現地で測定された楕円体を使用していました。この方法では、現地で最大限の精度が確保されますが、地域間で情報を統合して配布することが困難になります。

衛星測地学とリモートセンシング技術が高精度に達し、民間用途に利用可能になると、単一の地球楕円体に関する情報を取得できるようになりました。これは、衛星が当然のことながら地球を一枚岩として扱うためです。したがって、地球全体を最も近似するGRS 80楕円体が開発され、1983 年の北米測地基準点の基礎となりました。GRS 80 とそれに近いWGS 84 は、一般に特定の地域に最適というわけではありませんが、地球規模の調査を、地域の状況を補正できるコンピューター、データベース、ソフトウェアと組み合わせると、最も近い適合の必要性はほとんどなくなります。

NAD 27 で特定の緯度と経度を持つ点は、NAD 83 で同じ緯度と経度を持つ別の点から数十メートルずれている可能性があるため、座標とともにデータムを指定することが重要です。1927 年の北米データムは、最初の点 (カンザス州のMeades Ranch 三角測量ステーション) の緯度と経度、この点と指定された 2 番目の点を結ぶ線の方向、および回転楕円体を定義する 2 つの次元によって定義されます。1983 年の北米データムは、新しく定義された回転楕円体 (GRS 80) に基づいています。これは、最初の点や最初の方向を持たない地球中心 (または「地球中心」) データムです。

NOAAは2つのシステム間の変換器を提供しています。^[12]実際の影響としては、NAD 83またはWGS 84で動作するように設定された最新のGPSデバイスを使用してシアトル近郊のNAD 27座標（地形図のように）に移動すると、約95メートル（西に十分離れていない）ずれ、マイアミ近郊では約47メートル（北北東に十分離れていない）ずれますが、シカゴ近郊のポイントでははるかに近くなります。

NAD 83(1986)の定義は、WGS 84と同様にGRS 80回転楕円体に基づいているため、多くの古い出版物では違いがないとされています。WGS 84はその後、わずかに平坦でない回転楕円体に変更されました。この平坦化の変化は約0.1 mmで、その差は非常に小さいため、計算プログラムでは2つの楕円体を区別できないことがよくあります。^[13]ただし、基準楕円体の中心と方向の配置方法が異なるため、2つの基準系の座標は、米国のほとんどの地域で1メートル程度異なります。各基準系は、より正確で後の測定によって改良されています。よく知られている違いの1つは、地球の中心の位置で、2つのシステムは約2.2メートル（7.2フィート）異なります。^[14]

さらに、NAD 83 は北米プレート上の地点では時間の経過とともに一定のままであると定義されていますが、WGS 84 は世界中の観測所の平均に対して定義されています。したがって、2 つのシステムは時間の経過とともに自然に分岐します。米国の大部分では、相対速度は年間 1 ～ 2 cm 程度です。ハワイと、サンアンドレアス断層の西側にある中央および南カリフォルニアの沿岸部は北米プレート上にないため、分岐速度が異なります。

アメリカ合衆国国家空間参照システムNAD 83(2011/MA11/PA11)エポック2010.00は、連続動作基準局(CORS)の非常に正確なGPS受信機のネットワークからのデータを使用してNAD 83データムを改良したものです。NAD 83(2011)は主な北米プレートを表し、MA11とPA11のソリューションはそれぞれマリアナプレートと太平洋プレートを表します。^[15]

国家空間参照系を改善するため、NAD 83 は1988 年の北米鉛直基準系(NAVD 88)とともに、全地球測位システム(GPS)などの全地球航法衛星システム(GNSS) に基づく新しい幾何基準フレームとジオポテンシャル基準系、および新しい重力ジオイドモデルに、おそらく2024 ～ 2025 年に置き換えられる予定です。^[2]新しい重力ジオイドモデルは、アメリカ鉛直基準系の再定義のための重力 (GRAV-D) プロジェクトの成果です。

これらの新しい基準フレームは、時間の経過とともに劣化する物理的な測量マークに依存するNAD 83およびNAVD 88よりもアクセスと維持が容易になるように設計されています。^[2]

• 1988 年の北米鉛直基準点
• 世界測地系

• NOAA-NGS 座標 CORS アクティブ ネットワーク 2013 年 5 月 15 日にWayback Machineにアーカイブ- NAD 83(2011/MA11/PA11) エポック 2010.00 の説明
• NOAA-NGS-座標パッシブネットワーク - パッシブネットワークの最新の調整の説明
• NADCON – NAD 27 と NAD 83 を変換する Microsoft Windows 用の無料ユーティリティ
• nadcon.prl – NADCON の Web ベース ユーティリティ
• NAD 83: それが何なのか、なぜ気にする必要があるのか​​、Dane E. Ericksen、PE、Hammett & Edison、Inc.、コンサルティング エンジニアによる。1994 SBE 全国大会および世界メディア エキスポ。2011 年 6 月 26 日にWayback Machineにアーカイブされました。