El Datum de América del Norte ( NAD ) es el datum horizontal que se utiliza actualmente para definir la red geodésica en América del Norte. Un datum es una descripción formal de la forma de la Tierra junto con un punto de "anclaje" para el sistema de coordenadas. En topografía , cartografía y planificación del uso de la tierra , se utilizan dos Datums de América del Norte para realizar mediciones laterales u "horizontales": el Datum de América del Norte de 1927 (NAD 27) y el Datum de América del Norte de 1983 (NAD 83). Ambos son sistemas de referencia geodésica basados en suposiciones y mediciones ligeramente diferentes.
Las mediciones verticales, basadas en distancias por encima o por debajo de la marea alta media (MHW), se calculan utilizando el Datum vertical de América del Norte de 1988 (NAVD 88). [1]
Está previsto que el NAD 83, junto con el NAVD 88, sea reemplazado por un nuevo marco de referencia geométrico basado en modelos de geoide gravimétrico y GPS y un datum geopotencial, posiblemente en 2025. [ 2]
En 1901, el Servicio Geodésico y Costero de los Estados Unidos adoptó un datum horizontal nacional llamado Datum Estándar de los Estados Unidos, basado en el Elipsoide de Clarke de 1866. Se adaptó a los datos recopilados previamente para los datums regionales, que en ese momento habían comenzado a superponerse. En 1913, Canadá y México adoptaron ese datum, por lo que también se lo rebautizó como Datum de América del Norte. [3] [4]
A medida que se recopilaron más datos, aparecieron discrepancias, por lo que el dato se volvió a calcular en 1927, utilizando el mismo esferoide y origen que su predecesor.
El Datum de América del Norte de 1927 (NAD 27) se basó en estudios de todo el continente desde un punto de referencia común que se eligió en 1901, porque estaba lo más cerca del centro de los Estados Unidos contiguos que se podía calcular: se basó en una estación de triangulación en la unión del arco de triangulación transcontinental de 1899 en el paralelo 39 norte y el arco de triangulación a lo largo del meridiano 98 oeste que estaba cerca del centro geográfico de los Estados Unidos contiguos . [5] [6] [7] [8] El datum declara que la estación de triangulación de Meades Ranch en el condado de Osborne, Kansas, está a 39°13′26.686″ de latitud norte y 98°32′30.506″ de longitud oeste. [9] NAD 27 se orienta declarando que el acimut desde Meades Ranch hasta Waldo Station (también en el condado de Osborne, aproximadamente a 4,5 mi (7,2 km) al noroeste de Waldo, condado de Russell ) [10] es 255°28′14.52″ desde el norte. La latitud y longitud de cualquier otro punto en América del Norte se basa entonces en su distancia y dirección desde Meades Ranch: si un punto estaba a X metros en acimut Y grados desde Meades Ranch, medido en el elipsoide de Clarke de 1866, entonces su latitud y longitud en ese elipsoide estaban definidas y podían calcularse.
Estas son las dimensiones que definen al NAD 27, pero Clarke definió en realidad su esferoide de 1866 como a = 20.926.062 pies británicos, b = 20.855.121 pies británicos. La conversión a metros utiliza la relación pulgada-metro de Clarke de 1865 de 39,370432. En ese momento, la longitud de un pie o metro no podía compararse prácticamente con una mejor precisión que unos 0,02 mm. [11]
La mayoría de los mapas topográficos del USGS se publicaron en NAD 27 y muchos proyectos importantes del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos y otras agencias se definieron en NAD 27, por lo que el datum sigue siendo importante, a pesar de que hay datums más refinados disponibles.
Debido a que la Tierra se desvía significativamente de un elipsoide perfecto , el elipsoide que mejor se aproxima a su forma varía de una región a otra en todo el mundo. Clarke 1866, y el North American Datum de 1927 con él, fueron medidos para adaptarse mejor a América del Norte en su conjunto. Asimismo, históricamente, la mayoría de las regiones del mundo utilizaron elipsoides medidos localmente para adaptarse mejor a los caprichos de la forma de la Tierra en sus respectivos lugares. Si bien garantiza la mayor precisión a nivel local, esta práctica hace que la integración y difusión de información entre regiones sea problemática.
A medida que la geodesia satelital y la tecnología de teledetección alcanzaron una alta precisión y se pusieron a disposición de las aplicaciones civiles , se hizo posible adquirir información referida a un único elipsoide global. Esto se debe a que los satélites tratan naturalmente a la Tierra como un cuerpo monolítico. Por lo tanto, el elipsoide GRS 80 se desarrolló para aproximar lo mejor posible la Tierra en su conjunto, y se convirtió en la base para el Datum de América del Norte de 1983. Aunque el GRS 80 y su pariente cercano, el WGS 84 , generalmente no son los más adecuados para ninguna región determinada, la necesidad de un ajuste más cercano desaparece en gran medida cuando un estudio global se combina con computadoras, bases de datos y software capaces de compensar las condiciones locales.
Un punto que tenga una latitud y longitud dadas en NAD 27 puede estar desplazado en el orden de muchas decenas de metros de otro punto que tenga la misma latitud y longitud en NAD 83, por lo que es importante especificar el datum junto con las coordenadas. El Datum norteamericano de 1927 se define por la latitud y longitud de un punto inicial ( estación de triangulación de Meades Ranch en Kansas), la dirección de una línea entre este punto y un segundo punto especificado, y dos dimensiones que definen el esferoide. El Datum norteamericano de 1983 se basa en un esferoide definido más recientemente (GRS 80); es un datum centrado en la Tierra (o " geocéntrico ") que no tiene un punto inicial ni una dirección inicial.
La NOAA proporciona un convertidor entre los dos sistemas. [12] El impacto práctico es que si utiliza un dispositivo GPS moderno configurado para funcionar en NAD 83 o WGS 84 para navegar a coordenadas NAD 27 (como las de un mapa topográfico) cerca de Seattle , estaría desviado por unos 95 metros (no lo suficientemente al oeste), y estaría desviado por unos 47 metros cerca de Miami (no lo suficientemente al norte-noreste), mientras que estaría mucho más cerca para puntos cerca de Chicago .
La definición de NAD 83 (1986) se basa en el esferoide GRS 80, al igual que WGS 84, por lo que muchas publicaciones anteriores no indican ninguna diferencia. WGS 84 posteriormente cambió a un esferoide ligeramente menos aplanado . Este cambio en el aplanamiento es de aproximadamente 0,1 mm, una diferencia tan pequeña que los programas computacionales a menudo no distinguen entre los dos elipsoides. [13] Sin embargo, debido a las diferencias en cómo se centran y orientan los elipsoides de referencia, las coordenadas en los dos datums difieren entre sí en cantidades del orden de un metro en gran parte de los Estados Unidos. Cada datum ha sufrido refinamientos con mediciones más precisas y posteriores. Una diferencia bien conocida es la ubicación del centro de la Tierra, con los dos sistemas que difieren en aproximadamente 2,2 metros (7,2 pies). [14]
Además, se define que NAD 83 permanece constante a lo largo del tiempo para los puntos de la placa norteamericana , mientras que WGS 84 se define con respecto al promedio de las estaciones de todo el mundo. Por lo tanto, los dos sistemas divergen naturalmente con el tiempo. Para gran parte de los Estados Unidos, la tasa relativa es del orden de 1 a 2 cm por año. Hawái y las porciones costeras del centro y sur de California al oeste de la falla de San Andrés no están en la placa norteamericana, por lo que su tasa de divergencia difiere.
El Sistema Nacional de Referencia Espacial de los Estados Unidos NAD 83(2011/MA11/PA11) de la época 2010.00 es un refinamiento del datum NAD 83 que utiliza datos de una red de receptores GPS muy precisos en estaciones de referencia de funcionamiento continuo (CORS). El NAD 83(2011) describe la placa principal de América del Norte, mientras que las soluciones MA11 y PA11 son para la placa de las Marianas y la placa del Pacífico respectivamente. [15]
Para mejorar el Sistema Nacional de Referencia Espacial, el NAD 83, junto con el Datum Vertical de América del Norte de 1988 (NAVD 88), se reemplazarán por un nuevo marco de referencia geométrico y un datum geopotencial basado en sistemas globales de navegación por satélite (GNSS), como el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), y un nuevo modelo de geoide gravimétrico, potencialmente en 2024-25 . [2] El nuevo modelo de geoide gravimétrico es el producto del proyecto Gravedad para la redefinición del Datum Vertical Americano (GRAV-D).
Se pretende que estos nuevos marcos de referencia sean más fáciles de acceder y mantener que los NAD 83 y NAVD 88, que se basan en marcas topográficas físicas que se deterioran con el tiempo. [2]