Эллипсоидальная и нормальная высота

Эллипсоидальная высота отсчитывается от гладкой математической модели Земли — эллипсоида. Это чистая геометрическая поверхность, никак не связанная с силой тяжести, что как раз и нужно спутниковому позиционированию.

Нормальная (ортометрическая) высота отсчитывается от геоида — поверхности, которую фактически задаёт сила тяжести, примерно среднего уровня моря, продолженного под континенты. Она неровная, потому что масса Земли распределена неравномерно.

Обе называются «высотой», обе в метрах — и в одной и той же точке могут различаться на десятки метров.

Зазор между двумя поверхностями называют высотой геоида (часто обозначают N). Связь простая: нормальная высота ≈ эллипсоидальная высота − N.

N не мала и не постоянна. В глобальном масштабе она меняется примерно от −100 до +85 метров и различается даже в пределах одной страны. Поэтому одним общим сдвигом задачу не решить, если объект не совсем небольшой.

Вода не течёт вниз по эллипсоиду. Водоотвод, вертикальная планировка, отметки затопления и всё остальное, чем управляет сила тяжести, должно считаться на нормальных высотах — иначе проект просто неверен.

Объёмы прощают больше, но не защищены полностью. Объём — это разность двух поверхностей, поэтому постоянный вертикальный сдвиг взаимно сокращается, но только если обе поверхности несут один и тот же вид высоты. Смешайте эллипсоидальную поверхность с нормальной — и получите систематическую ошибку по всему объекту.

Аэросъёмка с БПЛА обрабатывается по ГНСС-обоснованию и выходит в эллипсоидальных высотах. Её сравнивают с более ранней съёмкой, привязанной нивелированием к реперам, то есть в нормальных высотах. Обе корректно привязаны, обе открываются без предупреждений — а разность между ними уже загрязнена высотой геоида.

Характерный признак — карта разностей с равномерным смещением: весь объект «поднят» или «опущен» на подозрительно круглую величину, а реальные изменения лежат поверх этого сдвига.

Записывайте вертикальную основу каждого набора данных сразу при получении — в имя файла или в проектную заметку. Высотные файлы редко несут её в машиночитаемом виде, поэтому метаданные приходится вести вручную.

Любое преобразование выполняйте один раз, в источнике, с моделью геоида, подходящей для вашего региона, — а затем держите весь проект в этой единственной основе.

STREAM считает отметки, уклоны и объёмы в той вертикальной основе, которую уже несут ваши данные; он НЕ преобразует эллипсоидальные высоты в нормальные и обратно. Отсюда простое правило: загружайте поверхности, уже имеющие одну вертикальную основу, — и все производные величины будут согласованы. STREAM предупредит, если система координат слоя не совпадает с проектной, но никакое ПО не способно распознать вертикальную основу, которую никто не зафиксировал.