المرجع الجيوديسي لأمريكا الشمالية

يُعدّ نظام الإسناد الجيوديسي لأمريكا الشمالية ( NAD ) نظام الإسناد الأفقي المستخدم لتحديد خطوط الطول والعرض ( الإحداثيات الأفقية ) في أمريكا الشمالية. ويُمثّل نظام الإسناد وصفًا رسميًا لشكل الأرض، بالإضافة إلى علامات مسح تُستخدم كنقاط مرجعية لنظام الإحداثيات. في مجالات المسح ورسم الخرائط وتخطيط استخدام الأراضي ، يُستخدم نظامان من أنظمة الإسناد الجيوديسي لأمريكا الشمالية: نظام الإسناد الجيوديسي لأمريكا الشمالية لعام 1927 (NAD 27) ونظام الإسناد الجيوديسي لأمريكا الشمالية لعام 1983 (NAD 83). وكلاهما نظامان مرجعيان جيوديسيان يعتمدان على افتراضات وقياسات مختلفة قليلاً.  

يتم حساب القياسات الرأسية، بناءً على المسافات فوق أو تحت متوسط ​​المد العالي (MHW)، باستخدام المرجع الرأسي لأمريكا الشمالية لعام 1988 (NAVD 88). ^{[ 1 ]}

من المقرر استبدال نظام الإحداثيات NAD 83، إلى جانب نظام NAVD 88، في عام 2026 بنظام الإحداثيات لعام 2022 ، وهو إطار مرجعي هندسي جديد ونظام إحداثيات جيوبوتنشال يعتمد على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ونموذج الجيود الجاذبي . ^{[ 2 ]}

في عام 1901، اعتمدت هيئة المسح الساحلي والجيوديسي الأمريكية مرجعًا أفقيًا وطنيًا يُسمى المرجع القياسي للولايات المتحدة، استنادًا إلى القطع الناقص لكلارك لعام 1866. وقد تمّت ملاءمته مع البيانات التي جُمعت سابقًا لمراجع إقليمية، والتي بدأت تتداخل بحلول ذلك الوقت. وفي عام 1913، اعتمدت كندا والمكسيك هذا المرجع، فأُعيدت تسميته أيضًا إلى المرجع الأمريكي الشمالي. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

مع جمع المزيد من البيانات، ظهرت التناقضات، لذلك أعيد حساب المرجع في عام 1927، باستخدام نفس الشكل الكروي والأصل مثل سابقه.

استند نظام الإحداثيات لأمريكا الشمالية لعام 1927 (NAD  27) إلى مسوحات للقارة بأكملها انطلاقًا من نقطة مرجعية مشتركة تم اختيارها عام 1901، نظرًا لقربها من مركز الولايات المتحدة المتصلة قدر الإمكان: فقد استند إلى محطة تثليث عند تقاطع قوس التثليث العابر للقارات لعام 1899 على خط العرض 39 شمالًا وقوس التثليث على طول خط الطول 98 غربًا، والذي كان قريبًا من المركز الجغرافي للولايات المتحدة المتصلة . ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

يُحدد المرجع الجيوديسي موقع محطة ميدز رانش للتثليث في مقاطعة أوزبورن، كانساس، عند خط عرض 39°13′26.686″ شمالًا وخط طول 98°32′30.506″ غربًا. ^{[ 9 ]}  ويُحدد اتجاه نظام NAD 27 بتحديد السمت من ميدز رانش إلى محطة والدو (أيضًا في مقاطعة أوزبورن، على بُعد حوالي 7.2 كيلومتر شمال غرب والدو، مقاطعة راسل ) ^{[ 10 ]} عند 255°28′14.52″ شمالًا. وبناءً على ذلك ، يُحدد خط العرض وخط الطول لأي نقطة أخرى في أمريكا الشمالية بناءً على بُعدها واتجاهها من ميدز رانش: فإذا كانت نقطة ما تبعد مسافة X مترًا في سمت Y درجة عن ميدز رانش، مُقاسة على سطح كلارك الإهليلجي لعام 1866، فإن خط عرضها وخط طولها على ذلك السطح الإهليلجي يكونان مُحددين ويمكن حسابهما.  

هذه هي الأبعاد الأساسية لنظام NAD  27، لكن كلارك عرّف في الواقع شكله الكروي عام 1866 على النحو التالي: أ = 20,926,062 قدمًا بريطانية، ب = 20,855,121 قدمًا بريطانية. ويعتمد التحويل إلى الأمتار على نسبة البوصة إلى المتر التي وضعها كلارك عام 1865، وهي 39.370432. لم يكن من الممكن عمليًا قياس طول القدم أو المتر بدقة أفضل من 0.02  ملم تقريبًا في ذلك الوقت. ^{[ 11 ]}

تم نشر معظم الخرائط الطبوغرافية لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية  في نظام NAD 27 وتم تحديد العديد من المشاريع الرئيسية التي قام بها فيلق المهندسين بالجيش الأمريكي ووكالات أخرى في نظام NAD  27، لذلك يظل هذا النظام مهمًا، على الرغم من توفر أنظمة بيانات أكثر دقة.

نظرًا لأن شكل الأرض يختلف اختلافًا كبيرًا عن الشكل الإهليلجي المثالي ، فإن الشكل الإهليلجي الذي يُقارب شكلها بدقة يختلف من منطقة إلى أخرى حول العالم. وقد تم مسح إحداثيات كلارك لعام 1866، والمرجع الجيوديسي لأمريكا الشمالية لعام 1927 المرتبط بها، لتناسب أمريكا الشمالية ككل على أفضل وجه. وبالمثل، تاريخيًا، استخدمت معظم مناطق العالم أشكالًا إهليلجية تم قياسها محليًا لتناسب تقلبات شكل الأرض في مواقعها. ورغم أن هذه الممارسة تضمن أعلى دقة على المستوى المحلي، إلا أنها تجعل دمج المعلومات ونشرها بين المناطق أمرًا صعبًا.

مع بلوغ تقنيات الجيوديسيا الفضائية والاستشعار عن بُعد مستويات عالية من الدقة، وإتاحتها للاستخدامات المدنية ، أصبح من الممكن الحصول على معلومات تُنسب إلى شكل بيضاوي عالمي واحد. ويعود ذلك إلى أن الأقمار الصناعية تتعامل مع الأرض كجسم متجانس. لذا، طُوّر الشكل البيضاوي GRS 80 لتقريب شكل الأرض ككل على أفضل وجه، وأصبح أساسًا لنظام الإسناد الجيوديسي لأمريكا الشمالية لعام 1983. ورغم أن GRS 80، ونظام WGS 84  القريب منه ، لا يُعدّان الأنسب عمومًا لأي منطقة محددة، إلا أن الحاجة إلى أقرب تطابق تتلاشى إلى حد كبير عند دمج مسح عالمي مع أجهزة الحاسوب وقواعد البيانات والبرامج القادرة على مراعاة الظروف المحلية. 

مقارنة بين NAD  27 و NAD  83

قد تنزاح نقطة ذات خط عرض وخط طول محددين في نظام الإحداثيات NAD  27 مسافة عشرات الأمتار عن نقطة أخرى لها نفس خط العرض وخط الطول في نظام الإحداثيات NAD  83، لذا من المهم تحديد المرجع الجيوديسي مع الإحداثيات. يُعرَّف المرجع الجيوديسي لأمريكا الشمالية لعام 1927 بخط عرض وخط طول نقطة ابتدائية ( محطة ميدز رانش للتثليث في كانساس)، واتجاه خط بين هذه النقطة ونقطة ثانية محددة، وبُعدين يُحددان الشكل الإهليلجي. أما المرجع الجيوديسي لأمريكا الشمالية لعام 1983 فيستند إلى شكل إهليلجي مُعرَّف حديثًا (GRS  80)؛ وهو مرجع جيوديسي مركزي الأرض (أو " جيومركزي ") ليس له نقطة ابتدائية أو اتجاه ابتدائي.

توفر الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) محولًا بين النظامين. ^{[ 12 ]} من أمثلة الاختلافات بين النظامين، أنه عند استخدام جهاز GPS حديث مضبوط على نظام NAD  83 أو WGS  84 للوصول إلى  إحداثيات NAD 27 (كما في الخريطة الطبوغرافية) بالقرب من سياتل ، ستكون دقة موقعك خاطئة بحوالي 95 مترًا (لأنك لست متجهًا غربًا بما فيه الكفاية). وستكون دقة موقعك خاطئة بحوالي 47 مترًا بالقرب من ميامي (لأنك لست متجهًا شمالًا وشمالًا شرقيًا بما فيه الكفاية)، بينما ستكون دقة موقعك أقرب بكثير بالنسبة للنقاط القريبة من شيكاغو .

لتحسين النظام المرجعي المكاني الوطني، من المقرر استبدال نظام NAD 83، إلى جانب نظام الإسناد الرأسي لأمريكا الشمالية لعام 1988 (NAVD 88)، بإطار مرجعي هندسي جديد ونظام إسناد جيوبوتنشالي يعتمد على أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية (GNSS)، مثل نظام تحديد المواقع العالمي ⁽ GPS)، ونموذج جيود جاذبي جديد، ربما في عام 2025 أو 2026. ^{[ 2 ] [ 17} ] يُعد نموذج الجيود الجاذبي الجديد نتاج مشروع الجاذبية لإعادة تعريف الإسناد الرأسي الأمريكي (GRAV-D).

تهدف هذه الأطر المرجعية الجديدة إلى أن تكون أسهل في الوصول إليها وصيانتها من NAD 83 وNAVD 88، والتي تعتمد على علامات المسح المادي التي تتدهور بمرور الوقت. ^{[ 2 ]}

• المرجع الرأسي لأمريكا الشمالية لعام 1988
• النظام الجيوديسي العالمي

• شبكة إحداثيات NOAA-NGS النشطة CORS مؤرشفة في 15 مايو 2013 على Wayback Machine - شرح لـ NAD  83 (2011/MA11/PA11) حقبة 2010.00
• شبكة الإحداثيات السلبية التابعة للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA-NGS) - شرح لأحدث تعديل للشبكة السلبية
• NADCON – أداة مجانية لنظام التشغيل مايكروسوفت ويندوز لتحويل البيانات بين نظامي الإحداثيات NAD  27 و NAD  83
• nadcon.prl – أداة مساعدة عبر الإنترنت لـ NADCON
• NAD  83: ما هو ولماذا يجب أن تهتم به؟ بقلم داين إي. إريكسن، مهندس محترف، شركة هاميت وإديسون للاستشارات الهندسية. المؤتمر الوطني لجمعية المهندسين الاستشاريين ومعرض الإعلام العالمي لعام 1994. مؤرشف في 26 يونيو 2011 على موقع Wayback Machine .