De plus en plus, les données spatiales sont en 3D : nos traces GPS incluent les hauteurs ; nous utilisons le LIDAR pour créer des modèles 3D de bâtiments et de villes ; et nous disposons de modèles numériques d'élévation (MNE) qui capturent les collines, les montagnes et les vallées de notre terrain. La rubrique Concepts clés des systèmes de coordonnées et de la cartographie décrit comment les systèmes de coordonnées relient les données à des emplacements physiques sur la terre, ce qui permet de combiner les données et de les visualiser dans leur contexte. Ce processus peut fonctionner entièrement en 2D (par exemple, en conduisant à des coordonnées lat/long ou x/y), mais il est particulièrement intéressant lorsqu'il est étendu à la troisième dimension. Il est essentiel de bien connaître les détails supplémentaires, notamment le référentiel vertical et les unités utilisées, non seulement pour combiner les données, mais aussi pour les interpréter correctement.
Il y a au moins trois options importantes pour traiter les altitudes :
- Marée : Le niveau de la mer peut être utilisé pour dériver une hauteur de base, puis le nivellement à l'esprit peut être utilisé pour étendre les mesures de hauteur loin de l'eau. En général, on utilise le niveau moyen de la mer, mais il existe un nombre surprenant de variantes. Ces approches sont particulièrement utiles pour les applications côtières (par exemple, pour cartographier les limites relatives à l'interface terre/eau).
- Ellipsoïde (géodésique) : Les positions GPS sont initialement calculées en tant que coordonnées géocentriques - décalages linéaires X, Y et Z par rapport au centre de l'ellipsoïde WGS84. Elles sont ensuite converties en latitude, longitude et hauteur de l'ellipsoïde. Dans ce cas, la hauteur est la distance perpendiculaire entre un point et l'ellipsoïde (sphère aplatie) utilisé pour modéliser la forme de la Terre. Bien que pratiques, les hauteurs ellipsoïdales n'ont pas les propriétés intuitives des hauteurs : Elles ne sont pas liées au niveau de la mer et ne tiennent pas compte de la direction dans laquelle la gravité attire les choses vers le bas.
- Orthométrique (gravimétrique) : Les altitudes orthométriques sont dérivées des altitudes de l'ellipsoïde et d'un modèle du géoïde. Elles mesurent les hauteurs au-dessus d'une surface équipotentielle, choisie pour correspondre au niveau moyen global de la mer ou à un référentiel vertical existant.
La principale différence entre les hauteurs de marée et les hauteurs orthométriques est que le niveau moyen local de la mer n'a pas la même "hauteur" (au sens de l'énergie potentielle) partout. Certaines parties de l'océan sont constamment plus hautes que d'autres en raison de facteurs locaux tels que la température et les courants. Par conséquent, les référentiels marégraphiques sont supérieurs pour mesurer les hauteurs par rapport au littoral et au niveau local de la mer, et les référentiels verticaux basés sur le géoïde sont supérieurs pour mesurer les hauteurs de manière cohérente sur de vastes zones comprenant à la fois l'océan et la terre.
Il est possible de convertir entre les référentiels verticaux basés sur différents types de hauteurs. Cela vous permet de superposer les données correspondantes ou de tirer parti des propriétés d'un système altimétrique donné. Les modèles du géoïde peuvent être utilisés pour convertir directement les altitudes ellipsoïdales et orthométriques, mais il faut tenir compte de nombreux détails. L'approche la plus simple consiste à déterminer vos référentiels verticaux source et destination, puis à appliquer un décalage de grille ou une procédure recommandée pour effectuer la conversion. Par exemple :
- Une grille de géoïde EGM96 est disponible pour convertir les altitudes ellipsoïdales WGS84 en altitudes orthométriques EGM96/WGS84 sans marée, partout dans le monde.
- Les grilles GEOID96/99/03 convertissent les altitudes ellipsoïdales NAD83 en altitudes orthométriques NAVD88 aux États-Unis.
- VERTCON permet la conversion entre NGVD29 (Datum vertical légal) et les altitudes orthométriques NAVD88 également aux États-Unis.
Les systèmes de coordonnées et les métadonnées associées jouent un rôle énorme dans l'utilité des cartes, et il est important de garder trace de ces détails. Lorsque vous travaillez avec des données comprenant des hauteurs, assurez-vous de connaître le système de coordonnées dans lequel elles se trouvent, y compris les aspects horizontaux et verticaux, et sachez qu'il existe des options pour transformer vos données à des fins d'analyse ou de combinaison avec d'autres types de données.