on Surveying and Mapping, to serve the posi-
tioning community, overseeing, as a leading 
professional society, the development and use 
of Earth-referencing systems. Its vision is to lead 
the community of geodetic, surveying, and land 
information data users through the 21
st
century. 
To fulfill this vision,  AAGS works to develop new 
educational programs, including presentations, 
seminars, and workshops on topics related to 
geodetic surveying, and articles and papers that 
inform the membership about the latest techni-
cal developments and how to implement them 
in the most cost-effective and efficient manner. 
The society also supports education in all areas 
of surveying related to its vision and objectives 
through the Joe Dracup Scholarship and the 
AAGS Graduate Scholarship.
In the earlier days of AAGS, the association 
interfaced primarily with the geodetic and the 
land surveying communities. Today, the com-
munities that AAGS serves and its membership 
are both much more diverse.
AAGS Membership
The AAGS has a very rich and diverse mem-
bership representing a wide range of fields 
such as geodesy, geographic and land infor-
mation systems, education, natural resources 
and environmental management, geophysics, 
highway control, and professional surveying.  
Additionally, the AAGS membership provides 
a sampling of numerous sectors of the profes-
sions, including private, educational institutions, 
federal, state, county, and local government, as 
Surveying and Land Information Science, Vol. 66, No. 2, 2006, pp. 97-99 
The American Association for Geodetic Surveying: 
Its Continuing Role in Shaping the Profession
Wendy Lathrop and Daniel Martin
ABSTRACT: The profession of surveying and positioning, and their related technologies and activities, 
are evolving at a staggering rate. Additionally, the tools and technology associated with positioning, once 
reserved for scientists and professional surveyors, are now widely available and utilized by many profes-
sional and non-professional disciplines. These disciplines can further be broken down into categories 
referred to as traditional and non-traditional users.  This paper will discuss the past, present, and future 
role of the American Association for Geodetic Surveying (AAGS), highlighting activities which AAGS 
believes are critical to the future of positioning in the United States and to those using the technology.
Introduction
W
hile the founders of the American 
Congress on Surveying and Mapping 
(ACSM) intended the organization 
to be—as the National Congress on Surveying 
and Mapping in 1941—”broad enough to serve 
all fields and branches of surveying and map-
ping” (Walter S. Dix, 1979), several sections grew 
within that organization over the years to accom-
modate the specific interests and concerns of its 
members. One of those sections became the pre-
cursor to the American Association for Geodetic 
Surveying (AAGS), which came into being during a 
restructuring of ACSM in February 1981. 
The more recent reorganization and restruc-
turing of ACSM that went into effect on January 
1, 2004, provided ACSM’s four member orga-
nizations (MOs), including AAGS, with a status 
of independent and autonomous entities, while 
continuing to share mutually beneficial activi-
ties, such as annual conferences and publication 
of a professional magazine, the ACSM Bulletin. 
As an incorporated entity, AAGS also shares con-
trol of the academic journal Surveying and Land 
Information Sciences (SaLIS) with the National 
Society of Professional Surveyors (NSPS) and 
the Geographic and Land Information Society 
(GLIS).
The mission of AAGS has been, since its earli-
est days as a division of the National Congress 
Control Surveying
Wendy Lathrop, PLS, CFM, president of Cadastral Consulting, LLC. E-
mail: <w-lathrop@usa.net>. Daniel Martin, NOAA/NGS Vermont 
State Geodetic Advisor. E-mail: <dan.martin@noaa.gov>. 
Pdf rotate single page - Split, seperate PDF into multiple files in C#.net, ASP.NET, MVC, Ajax, WinForms, WPF
Explain How to Split PDF Document in Visual C#.NET Application
pdf format specification; break pdf into pages
Pdf rotate single page - VB.NET PDF File Split Library: Split, seperate PDF into multiple files in vb.net, ASP.NET, MVC, Ajax, WinForms, WPF
VB.NET PDF Document Splitter Control to Disassemble PDF Document
break apart a pdf in reader; break up pdf file
98                                                                                                                     Surveying and Land Information Science
well as equipment manufactures, and resellers. 
This diversity of membership not only enforces 
the belief that geodetic surveying is important 
to a wide range of disciplines, but also provides 
a valuable resource, allowing AAGS to draw on 
its membership’s knowledge, experience, and 
needs in order to develop meaningful and 
directed educational, outreach, and research 
activities.
Critical AAGS Activities
The American Association for Geodetic 
Surveying believes that there are a number of 
critical activities in which their participation is 
required in order to promote and ensure the 
future of accurate positioning in the United 
States. These activities can broadly be catego-
rized as International, Technical Liaison, and 
Education and Outreach. Below are some exam-
ples of how AAGS is engaging the positioning 
community to meet these needs.
International Activities
It is not only within the U.S. national boundar-
ies that AAGS has worked to serve its constitu-
ents. When ACSM initiated membership in the 
Fédération Internationale des Géomètres (FIG), 
AAGS played an active role in presenting the 
face of U.S. surveying and mapping to this 
highly visible world organization which is rec-
ognized by the World Bank, the United Nations, 
and the International Standards Organization, 
among others. Membership in FIG continues 
to give ACSM and AAGS a chance to promote 
U.S. ideals and values in surveying and map-
ping. The FIG Commission 5: Positioning and 
Measurement is of particular interest to AAGS 
because many of the international GPS stan-
dards have evolved through, or been reviewed 
in, this group. We have been fortunate to have 
many hard-working people—some supported 
by the government agencies that employ them, 
others in private practice—who have served FIG, 
offering their services freely and without consid-
eration of time.
Technical Liaison
The American Association for Geodetic 
Surveying has promoted important technical 
benefits to its own members as well as the survey-
ing and mapping community at large through 
its support of quality-driven control networks 
and monitoring of government activities relat-
ing to geodetic control systems. Presently, the 
AAGS Government Programs Committee works 
to pursue geodetic integrity within the United 
States. This committee was originally formed 
as a liaison between the National Geodetic 
Survey division of the National Oceanic and 
Atmospheric Administration (NGS/NOAA) 
and ACSM in order to review the upcoming 
North American Vertical Datum of 1988 (NAVD 
88) adjustment and criteria. The committee 
reported to NGS and assisted with promoting 
the knowledge base to the States and other users 
of the vertical datum. Educational sessions and 
panel discussions were developed in order to 
educate the users regarding the new datum.
Soon after the completion of NAVD 88, the 
Global Positioning System (GPS) became an 
important part of the vocabulary of the posi-
tioning community, and the committee activities 
expanded to include such things as ellipsoid 
heights, Continuously Operating Reference 
Stations (CORS), and geoid models. The 
committee’s charge also expanded in scope to 
work with government agencies desiring input 
in their activities from both a scientific and a 
user standpoint. Scientific integrity is crucial 
to a program, but if it is not accessible or “user 
friendly” it will fail.
In the early 1990s, NGS began an initiative to 
implement CORS in the U.S. The Government 
Programs Committee within AAGS worked with 
NGS in developing standards for CORS stations 
and provided input to meet the needs of the 
non-governmental positioning community. For 
a number of reasons, private individuals and 
state and local governments began to establish 
their own CORS. These stations were not neces-
sarily at par with the NGS CORS, nor were they 
necessarily tied to the same reference frame. 
The committee worked with NGS to develop the 
“Cooperative CORS Network” whereby these 
non-NGS CORS could receive validation by 
NGS and be represented in the same reference 
frame. Today, these stations are monitored daily 
by NGS just as the National CORS are.
The most recent activity of the Government 
Programs Committee was to review and provide 
input into the NGS Draft Guidelines for GPS 
Derived Orthometric Heights: Standards 2 cm 
and 5 cm. This document is now available to the 
public in draft format.
The AAGS Government Programs Committee 
provides an important forum on geodesy, 
C# PDF Page Rotate Library: rotate PDF page permanently in C#.net
And C# users may choose to only rotate a single page of PDF file or all the pages. See C# programming demos below. DLLs for PDF Page Rotation in C#.NET Project.
pdf no pages selected; break a pdf
VB.NET PDF Page Delete Library: remove PDF pages in vb.net, ASP.
Able to remove a single page from adobe PDF document in VB.NET. using RasterEdge. XDoc.PDF; How to VB.NET: Delete a Single PDF Page from PDF File.
split pdf; can print pdf no pages selected
Vol. 66, No. 2                                                                                                                                                              99 
datums, CORS, and the Global Navigation 
Satellite Systems (GNSS), which includes GPS, 
the Russian GLONASS, and the forthcoming 
European Union Galileo system. The asso-
ciation has reviewed a number of initiatives for 
NGS, commenting on the development and 
implementation of NAVD 88, as well as the 
upcoming national readjustment of the North 
American Datum of 1983 (NAD 83), CORS, and 
the national geoid models before publication. 
The benefits of the committee’s activities extend 
throughout the surveying community in ways 
that affect daily practice. For instance, as a result 
of the Committee’s observation of public and 
private CORS use, the system is now monitored 
on a daily basis rather than the three-month 
cycle originally implemented.
Education and Outreach
Education of our members and of the surveying 
and mapping community at large has always 
been at the forefront of the AAGS mission. The 
AAGS members have been and continue to be 
prolific writers and presenters; AAGS works with 
other member organizations within ACSM in 
developing educational sessions that are of use 
to members across the MOs.
One of the challenges that AAGS faces is to 
provide geodetic education to the non-survey-
ing and non-traditional communities. Consider, 
for example, the use of GNSS technology and 
data, which have become common in nearly all 
mapping applications. Advances in software 
have made it relatively easy for anyone to collect, 
process, and represent GNSS data. As a result, a 
great need has developed for education of that 
user segment, not necessarily in the use of GNSS, 
but in terms of basic geodesy, datums and refer-
ence frames, and surveying procedures.
As little as 10 years ago, one would require 
significant education and experience in order 
to conduct geodetic surveys, or to create high-
end mapping products referenced to a national 
datum. Today it can be done (and it is done) by 
individuals with minimal knowledge of survey-
ing and geodesy. Anticipating that this trend will 
continue, AAGS is working to address the grow-
ing need for geodetic education in the surveying 
and other professional communities, such as 
GIS users. In addition, AAGS plans to develop 
education materials geared toward elementary, 
middle, and high school students.
Future Trends
With the nearly exponential growth and devel-
opment of positioning technology, it is clear that 
much work will be necessary to the above activi-
ties. Technologies and programs that once took 
years to develop, test, document, and learn, now 
seem to make the same cycle in a fraction of the 
time. In addition, once today’s latest technology 
is acquired and learned by the users, it has prac-
tically become functionally obsolete in favor of 
new advances. Keeping up with these advances, 
and keeping their users up-to-date is the chal-
lenge of the present and the future.
Conclusion
The American Association for Geodetic Surveying 
has been an important source of outreach and 
education within the surveying and mapping com-
munity. As positioning technologies and techniques 
evolve, AAGS must strive to stay ahead of the curve 
in order to serve those who rely on them. Liaison 
between AAGS and similar organizations, as well as 
with governmental entities who develop geodetic 
systems, is critical to the future of positioning in the 
United States and to those using the technology.
C# PDF Page Delete Library: remove PDF pages in C#.net, ASP.NET
application. Able to remove a single page from PDF document. Ability Demo Code: How to Delete a Single PDF Page from PDF File in C#.NET. How to
acrobat split pdf; break apart pdf pages
VB.NET PDF Page Rotate Library: rotate PDF page permanently in vb.
anticlockwise in VB.NET. Rotate single specified page or entire pages permanently in PDF file in Visual Basic .NET. Batch change PDF page
pdf split pages in half; cannot select text in pdf file
100
Surveying and Land Information Science
Surveying and Land Information Science
How to C#: Basic SDK Concept of XDoc.PDF for .NET
insert, delete, re-order, copy, paste, cut, rotate, and save or query data and save the PDF document. The PDFPage class presents a single page in a PDFDocument
pdf split pages; pdf rotate single page
VB.NET PDF- View PDF Online with VB.NET HTML5 PDF Viewer
C#.NET PDF file & pages edit, C#.NET PDF pages extract, copy, paste, C#.NET rotate PDF pages, C# Users can view PDF document in single page or continue
pdf file specification; break password on pdf
Surveying and Land Information Science, Vol. 66, No. 2, 2006, pp. 101-106 
The Future Role of Geodetic Datums in Control 
Surveying in the United States
Dru A. Smith and David R. Doyle
ABSTRACT: For nearly 200 years, the U.S. Government has been in the business of defining, maintain-
ing, and providing access to geodetic datums. However, for all but the last 20 years, the definition and 
realization of those datums has been through very similar observational techniques using passive marks 
in the ground. The advent of space geodetic techniques has allowed the National Geodetic Survey to 
approach datum definition and control surveys in an entirely new way. A plan is being established which 
will allow future datums to be defined through 4-dimensional coordinates on continuously operating 
GNSS reference stations (CORS) and an accurate gravimetric geoid, thus effectively minimizing the need 
for passive survey marks in the ground.
Introduction
G
eodetic control surveys in the United 
States have a history as old as the 
country itself. President Thomas 
Jefferson (a land surveyor himself) was vital to 
this history. He was instrumental in the design 
of the Public Land Survey System in 1784, in the 
commission of the expedition of Lewis and Clark 
and the Corps of Discovery in 1804, and, finally, 
in the signing of an act of Congress on February 
10, 1807, which created the Survey of the Coast. 
Almost 200 years later—and after three name 
changes (Coast Survey, 1836; U.S. Coast and 
Geodetic Survey, 1878; and National Geodetic 
Survey, 1970)—the National Oceanic and 
Atmospheric Administrations’ (NOAA) National 
Geodetic Survey (NGS) carries on the legacy and 
responsibility of developing and maintaining 
the horizontal and vertical geodetic datums of 
the United States
.
Initially, Ferdinand Hassler, an immigrant 
from Aarau, Switzerland, oversaw the newly 
created Survey of the Coast. Hassler set out to 
establish a nationwide geodetic control survey 
to support the mission of providing accurate 
nautical charts. However, progress of the Survey 
during the early years was slow due to the 
size of the country, with independently deter-
mined astronomic observations controlling 
local triangulation nets. It was not until 1896 
that a single survey (the Transcontinental Arc 
of Triangulation along the 39
th
parallel) tied 
together many local surveys and created the 
first consistent nationwide horizontal datum for 
the country. This eventually led to the creation 
of the North American Datum of 1927 (NAD 
27), adopted by Canada and the United States, 
which stood as the official geodetic datum for 
both countries for the next 50 plus years.
Efforts at creating a consistent vertical datum 
did not begin until the 1870s. Prior to that, 
many local vertical ties were made to tide gauges, 
but without direct connections between them. 
In the early 1900s, rapid changes in leveling 
instrumentation and techniques led to greatly 
improved capacity for the Coast and Geodetic 
Survey (C&GS) to extend leveling to many 
different parts of the country. In 1929, C&GS 
undertook a rigorous adjustment of all the level-
ing data observed up to that time. Referenced 
as the Sea Level Datum of 1929 (eventually 
renamed the National Geodetic Vertical Datum 
of 1929, or “NGVD 29”), the adjustment was 
constrained to 26 long-term (19 plus year) tide 
gauges along the East, Gulf and West coasts of 
the United States and Canada. Much like NAD 
27, this vertical datum served the United States 
for over 50 years.
The 1970s marked a significant time in the 
history of geodetic surveying in the United 
States. The systematic errors in both NAD 
27 and NGVD 29 were recognized, and new 
observations and analysis techniques were put 
in place to replace both datums. A new trans-
continental traverse served as the foundation for 
the creation of the North American Datum of 
1983 (NAD 83), while thousands of kilometers 
of new leveling led to the creation of the North 
Control Surveying
Dru A. Smith and David R. Doyle, NOAA/National 
Geodetic Survey, 1315 East-West Highway, Silver 
Spring Maryland 20910. E-mail: <dru.smith@noaa.gov; 
dave.doyle@noaa.gov>.
C# PDF Convert to Tiff SDK: Convert PDF to tiff images in C#.net
Both single page and multipage tiff image files can be created from PDF. Supports tiff compression selection. Supports for changing image size.
break a pdf into parts; reader split pdf
VB.NET PDF: Basic SDK Concept of XDoc.PDF
insert, delete, re-order, copy, paste, cut, rotate, and save or query data and save the PDF document. The PDFPage class presents a single page in a PDFDocument
break pdf password; break pdf into multiple documents
102                                                                                                                    Surveying and Land Information Science
American Vertical Datum of 1988 (NAVD 88).  
While space geodetic techniques were still in their 
infancy, they did play a role in NAD 83, especially 
Doppler and GPS, with reference frame corrections 
provided by VLBI- and SLR-determined orienta-
tion parameters (Schwarz 1989).
Although both NAD 83 and NAVD 88 were the 
largest and most accurate datum definition proj-
ects ever undertaken in the United States, they 
(like their predecessor datums) were not flawless. 
The incredible accuracies with which modern 
GPS surveys are done have proven that these 
latest datums contain systematic errors at a 
magnitude that overshadows the random errors 
in modern control surveys.  For example, using 
GPS to establish coordinates on a control point 
can be done with just a few hours’ worth of data 
to 1-2 cm of accuracy within the network (Soler 
et al. 2006; Wielgosz et al. 2005). However, the 
Cartesian origin of the NAD 83 datum has been 
conclusively shown to differ from the recent 
estimates of the Earth’s geocenter location by 
approximately 2.2 meters (Snay 1999), causing 
systematic non-geocentric offsets of NAD 83 
based GPS coordinates, relative to geocentric 
coordinates, at the 50-150 cm range over the 
conterminous 48 United States region (Smith 
and Milbert 1999).
In similar fashion, geodetic leveling remains 
a very precise tool for disseminating local dif-
ferential heights. Surveyors performing 1
st
order 
class 2 surveys can yield sub-cm accuracy of the 
differential height between two points over local 
(4-5 km) areas (Rappleye 1976). However, recent 
research shows that NAVD 88 is displaced from 
the best global geoid model by 20-40 cm (Smith 
and Roman 2001; Smith and Milbert 1999), with 
the additional difficulty being that many points 
have moved vertically, undetected and uncor-
rected for decades, by as much as 5 or more cm / 
year (Dixon et al. 2006; Snay 1999).
It is with a firm understanding of the his-
tory of datums in the United States, coupled 
with a desire and ability to modernize, that 
the National Geodetic Survey (NGS) has begun 
planning a transition to modernize the National 
Spatial Reference System (NSRS), including the 
datums therein.
Theory vs Practice: 
Horizontal Datums
For almost ten years, NGS has been providing a 
dual set of coordinates on their CORS stations. 
These two sets of coordinates are in the NAD 
83 and ITRF reference frames (the exact frame 
epoch will remain unspecified, because that has 
changed as either NAD 83 or ITRF have gone 
through re-adjustments over the last ten years). 
What this means to those using GPS to position 
themselves relative to CORS is they have had to 
understand and carefully delineate the differ-
ences between NAD 83 and ITRF.  
The “dual reference frame” issue came up 
when GPS and CORS became significant meth-
ods for both defining and accessing latitude and 
longitude in the United States. Prior to that, the 
NAD 83 datum was the only datum to which 
NGS provided latitude and longitude informa-
tion, as that datum was defined and accessed 
via a set of passive survey marks in the ground. 
Additionally, attempts to transform from NAD 
83 to a global reference frame were not accurate 
enough to identify the 2.2 meter non-geocen-
tricity in NAD 83 until GPS came into regular 
use. In fact, the original version of NAD 83 was 
adopted with an official transformation to the 
original version of NGA’s (then DMA’s) WGS 
84 with zero translations and zero rotations. As 
data holdings have improved, and as new tech-
nologies have advanced and accuracies have 
improved, adjustments to NAD 83 were made, 
but only in the form of cm-level adjustments to 
coordinates. No significant attempt to correct 
the non-geocentricity of NAD 83 has been made 
since its discovery in the 1990s. Meanwhile, 
WGS 84 has been repeatedly corrected for non-
geocentricity, in accordance with the prolific use 
of GPS, ultimately ending with most modern 
adjustments of WGS 84 and ITRF sharing the 
same geocenter location within +/- 5 cm.  
This situation has led to serious confusion in 
the United States. While many people continue 
to think that the geocenters of NAD 83 and 
WGS 84 are perfectly aligned (as was stated 
in the original documentation), they are now 
approximately 2.2 meters apart (see Figure 1).
Further confounding this dual-frame issue 
is the fact that the United States, like many 
countries straddling a tectonic plate boundary, 
resides on more than just one tectonic plate. 
Hawaii, American Samoa, Guam, and even 
parts of southern California sit on the Pacific 
plate; Puerto Rico and the Virgin islands reside 
on the Caribbean plate; the Marianas Islands 
are on the Marianas Plate; and while the states 
of Washington and Oregon reside on the North 
American Plate, their western edges are close to 
the subduction zone with the Juan de Fuca plate. 
VB.NET PDF File & Page Process Library SDK for vb.net, ASP.NET
With VB.NET PDF SDK, PDF document page can be rotated to 90, 180, and 270 in clockwise. Both a single page and whole file pages can be rotated and saved as
cannot print pdf no pages selected; split pdf into multiple files
VB.NET PDF File Merge Library: Merge, append PDF files in vb.net
all. This guiding page will help you merge two or more PDF documents into a single one in a Visual Basic .NET imaging application.
break pdf into separate pages; pdf splitter
Vol. 66, No. 2                                                                                                                                                             103 
Because these plates are all in motion relative 
to one another, and since the plates themselves 
compress and expand, the establishment of coor-
dinates in a localized plate-centric set of coordi-
nates will have complications as these dynamics 
affect the relation of one point to another. For 
example, in Puerto Rico, coordinates are given 
in the NAD 83 datum, even though Puerto Rico 
sits on the Caribbean Plate, which is moving 
relative to the North American Plate where the 
preponderance of NAD 83 points are located.
While the scientific issues with the continued 
use of NAD 83 (non-geocentricity, tectonic 
motion) can be clearly articulated, their solu-
tion can not so easily be implemented. Of the 
50 United States, 44 have adopted some form 
of legislation adopting NAD 83 as the official 
datum for their surveying activities.  This has not 
significantly affected the “few cm” adjustments 
made to various NAD 83 published coordinates 
over the years. The periodic re-adjustments to 
NAD 83 have not come with a name change to 
the datum; the name has always remained NAD 
83, but has had “adjustment/epoch tags” asso-
ciated with it, such as NAD 83(86), and NAD 
83(HARN). However, a complete correction 
(at the 2.2 meter level) to the non-geocentric-
ity of NAD 83 would effectively constitute a new 
datum, and thus require a datum name change, 
which would be complicated by the existence 
of 44 state laws. No easy solution exists to this 
problem, although one may argue that the solu-
tion which would prevent the most long-last-
ing problems would be to adopt a geocentric 
datum sooner rather than later, and one which 
accounts also for the various intra-plate and 
inter-plate motions.
Theory vs Practice: 
Vertical Datums
The current official vertical datum of the United 
States for all federal mapping activities is known as 
the North American Vertical Datum of 1988 (NAVD 
88, Zilkoski et al. 1992). The heights in this datum 
are Helmert orthometric heights (ibid) above a 
specific geopotential surface, defined by assigning 
a height to the datum origin point at Father Point/
Rimouski in Quebec, Canada. The realization of 
this datum was achieved by installing hundreds of 
thousands of monumented benchmarks around 
North America, performing geodetic leveling to 
those benchmarks, and performing a general 
adjustment of this data, fixing the single datum 
point as a constraint.
A number of political issues affected the scientific 
needs in defining this datum. One of them was 
the decision that the geopotential numbers in the 
NAVD 88 datum would be identical to those in the 
International Great Lakes Datum of 1985 (IGLD 
85) at points common to the two datums. This was 
ensured by performing the general adjustment of 
NAVD 88 in geopotential numbers (Zilkoski et al. 
1992) and then converting those values to dynamic 
heights for IGLD 85 but also converting the geo-
potential numbers to Helmert orthometric heights 
for NAVD 88.
Another political issue of greater impact to the 
actual scientific implications of NAVD 88 was the 
decision to choose the defining height of Father 
Point/Rimouski in a way that minimized USGS 
topographic map re-compilations east of the 
Rocky Mountains (historically on the old NGVD 
29 datum), rather than choosing a height value 
that actually corresponded to the height above the 
best scientifically known global geoid at the time. 
As such, the NAVD 88 datum has a reference geo-
potential surface that has been estimated to differ 
from the best global geoid surface by as much as 50 
centimeters (Smith and Roman 2001; Smith and 
Milbert 1999). Consequently, heights in NAVD 88 
are biased relative to “true” orthometric heights.
Although NGS has attempted to educate the 
general public on this subtle difference, the small 
magnitude of NAVD 88 (and its intra-datum consis-
tency) has not seriously impacted most applications. 
One glaring exception to this was brought to light 
in the aftermath of Hurricane Katrina in 2005. The 
U.S. Army Corps of Engineers (USACE) commis-
sioned an Interagency Program Evaluation Team 
(IPET) to study the levee breaches in the New 
Orleans area that occurred during the storm. 
In that study, both the motion (subsidence) of 
Figure 1. Simplified concept of current geocenter fiffer-
ences, NAD 83 vs WGS 84.
104                                                                                                                    Surveying and Land Information Science
NAVD 88 points and the lack of accounting for 
the difference between NAVD 88 heights and 
true orthometric heights meant the USACE’s 
knowledge of the heights of the levees was in 
error by over one meter in many places (USACE 
2006). Thankfully, it appears that this bias was 
not responsible for the levee failures, but it defi-
nitely contributed to an overall “knowledge gap” 
as to the state of elevations in the region.
As mentioned before, the very nature of Earth’s 
dynamics causes points to move. From a tectonic 
point of view, these motions are very broad and 
can range over hundreds or thousands of kilo-
meters. Similar broad motions in the vertical 
can be seen from post-glacial rebound. However, 
vertical motions, in ways very unlike the hori-
zontal ones, can be highly localized. Ground 
water withdrawal, sinkholes, and subsidence 
can change the height of points on the surface 
of the Earth in very local regions (Dixon et al. 
2006). Combine this situation with the fact that 
construction in the United States continually 
expands and destroys hundreds of survey marks 
every year. Between the destruction of marks, 
the observed motion of some, and the presumed 
(yet unmonitored) motion of others, NGS recog-
nizes that the next realization of a vertical datum 
in the United States can not rely upon hundreds 
of thousands of passive marks.  
Since the adoption of NAVD 88, NGS has con-
tinually been adjusting the published heights of 
benchmarks in that datum based on geodetic 
leveling projects performed by NGS and those 
external to (but processed by) NGS. Note that 
while hundreds of marks have been found to 
have either moved or been destroyed, the actual 
number of undetected movements and destruc-
tions remains unknown. The work of re-adjust-
ing the heights on these passive marks, while 
ignoring overall tectonic trends, must thus be 
viewed as a losing battle, but one that must be 
fought until such time that a new method of 
realizing the vertical datum is achieved.
Interconnecting Datums: 
The NSRS
For centuries, horizontal and vertical survey-
ing projects have used different methods and 
instruments and have been subject to different 
physical processes, resulting in the separation 
of horizontal and vertical information. With the 
advent of GPS, a near-breakthrough occurred. 
For the first time, fast, accurate, 3-dimensional 
coordinates relative to a global reference frame 
were achievable. Unfortunately the heights from 
GPS, being a purely geometric abstraction, have 
no direct connection to the Earth’s gravity field. 
Simply put, ellipsoid heights (from GPS) are not 
orthometric heights and, therefore, they do not 
tell people what they most desire to know from 
heights: Where will water flow?
1
Most contour maps in the United States are 
built around Helmert orthometric heights in 
the NAVD 88 datum. In the 1980s, when the 
future potential of geodetic positioning with 
GPS was becoming obvious, NGS embarked on 
a plan to provide users of GPS with a conver-
sion from their GPS-derived ellipsoid heights 
into (Helmert) orthometric heights. Simply put, 
NGS needed a model of the geoid of the Earth 
to perform this computation. Figure 2 shows 
how ellipsoid and orthometric heights and the 
geoid are related.
Beginning with GEOID90 (Milbert 1991) NGS 
has continually refined the model of the geoid 
over the United States. With the GEOID96 
model, the purely gravimetric geoid model was 
deemed by NGS no longer appropriate to serve 
the needs of users. What they needed, it was 
determined, was a fast accurate way to trans-
form GPS-derived ellipsoid heights in the NAD 
83 datum into Helmert orthometric heights in 
the NAVD 88 datum. (Previous geoid models 
1
Strictly speaking, water flow is determined from dynamic heights, not orthometric heights.  However, both dynamic and ortho-
metric heights are functions of Earth’s gravity field (unlike ellipsoid heights), and for most applications, orthometric heights will 
accurately predict the directional flow of water.
Figure 2. The relationship between orthometric height, 
ellipsoid height and geoid undulation.
Vol. 66, No. 2                                                                                                                                                             105 
had not specifically considered the datum of the 
ellipsoid or orthometric heights, merely provid-
ing “best fit” values). The systematic errors of 
those two datums were thus into the gravimetric 
geoid, producing what became known as 
“hybrid” geoid models. From 1996 until 2003, 
these hybrid geoid models have gotten progres-
sively better at doing what they were designed 
to do—convert one datum to another, with no 
regard to fixing the systematic errors within 
those datums.
The National Geodetic Survey has effectively 
taken the concept of hybrid geoids as far as it 
can, providing precisions of 1 cm RMS over the 
conterminous United States (Roman et al. 2004). 
And while this good statistic still allows for some 
areas to have outliers of 10 cm or so, correcting 
those outliers would require the installation of 
more passive monuments, and leveling to them. 
However, while there will always be some need 
for passive monuments (for example, to provide 
control in areas where GPS signals can not be 
reached, or to provide a backup system in the 
event of a catastrophic GPS failure), for the most 
part, NGS is not looking for ways to expand the 
already deteriorating network of passive points.  
The future of geodetic datums in the United 
States will hinge upon the improvement of two 
things:  CORS and the gravimetric geoid. The 
NGS is the manager of CORS data, but it does 
not own or operate CORS. Even though the 
system has grown as a cooperative effort, it has 
grown unevenly (both in distribution and in the 
type of sites in the system). It seems unwise that 
the NSRS, as a critical piece of that National 
Spatial Data Infrastructure, should be defined 
through points that are not owned, operated, or 
directly controlled by the U.S. Government. This 
is not to dismiss the excellent work of CORS, but 
rather to highlight the need for the federal gov-
ernment to provide an inherently governmental 
function—namely, the foundation for the NSRS. 
The CORS network can, and should, continue 
but with an appropriate foundation of govern-
ment-operated “base” stations.
Furthermore, some of these base stations 
should have their data included in the IERS 
Terrestrial Reference Frame (ITRF), so that the 
datum of the United States is consistent with 
that of other countries.  As a foundation for both 
the horizontal and vertical aspects of the control 
surveys, these base CORS stations should be 
built and monitored carefully with well known 
positions, velocities (and possibly seasonal varia-
tions). Upon this foundation, the greater CORS 
network should be built, densifying the access 
points to the NSRS.  
The determination of orthometric heights 
from GPS will rely essentially on the combined 
accuracy of GPS-derived ellipsoid heights and 
gravimetrically determined geoid undulations. 
In this way, absolute heights can be determined 
at any point on the Earth’s surface that can 
access GPS signals. Control surveys requiring 
highly accurate local heights generally do not 
require absolute accuracy at the millimeter level, 
but rather require local height difference accu-
racies of that magnitude. Within this concept, 
a control surveyor will be able (in the not too 
distant future) to establish an absolute height 
mark to a few cm of absolute accuracy (using 
CORS and a gravimetric geoid), and then dis-
tribute accurate local height differences relative 
to that mark through standard geodetic leveling 
techniques.  
While NAVD 88 was established and defined 
via leveling, NGS recognizes that the rise of GPS 
provides a much more consistent continent-scale 
method of determining a vertical datum, pro-
vided the accuracy of the geoid can be improved. 
The role of leveling will be reduced from a con-
tinent-scale tool to a more regional one, used 
to distribute local height differences. In this 
way the vertical datum very strongly resembles 
that of the gravity datum, where absolute gra-
vimeters determine fixed points, while relative 
meters distribute local changes to the absolute.
Conclusions
The history of geodetic datums prior to the 
1980s is a history of improved knowledge and 
improved accuracy, but this improvement has, 
for the most part, been an improvement of 
the same basic surveying methodologies that 
have existed for centuries. With the advent 
of space-based technologies, including SLR 
and VLBI, but most notably GPS, the entire 
approach to defining and accessing a geodetic 
datum has changed. Given its mission to define 
and maintain geodetic datums for the United 
States, NGS has begun transforming the defini-
tion and access of geodetic datums from the old 
philosophy of “passive marks in the ground” to 
the newer philosophy of “virtual monuments in 
the sky.” Currently, GPS satellites are tracked 
and their orbital positions are known to 1-2 
centimeters. Contrast that to the great many 
passive survey marks that define the NAD 83 
106                                                                                                                    Surveying and Land Information Science
and NAVD 88 datums which have not been re-
surveyed, and whose motions are generally not 
tracked. With these two facts comes a strangely 
counterintuitive conclusion: We know more 
about the positions of satellites 20,000 km away 
from us than we do about a passive survey mark 
in the ground at our feet. With this fact firmly 
rooted in mind, it makes the greatest sense for 
the future that the predominant portion of our 
positioning (including the definition of geodetic 
datums) be done relative to those satellites, and 
not relative to the passive marks in the ground.
REFERENCES
Dixon, T, F. Amelung, A. Ferretti, F. Novali, F. Rocca, 
R. Dokka, G. Sella, S. Kim, S. Wdowinski and D. 
Whitman. 2006.  New Orleans subsidence and 
relation to flooding after hurricane Katrina, as 
measured by space geodesy. Nature 441: 587-8.
Milbert, D.G. 1991. Computing GPS-derived ortho-
metric heights with the GEOID90 geoid height 
model. In: Technical Papers of the 1991 ACSM-ASPRS 
Fall Convention, Atlanta, October 28 -November 
1, 1991. American Congress on Surveying and 
Mapping, Washington, D.C. pp. A46-55.
Rappleye, H.S. 1976.  Manual of geodetic leveling. 
Special Publication No. 239, U.S. Department of 
Commerce, Coast and Geodetic Survey (now 
National Geodetic Survey, NOAA), Silver Spring, 
MD.
Roman, D.R., Y.M. Wang, W. Henning, and J. 
Hamilton. 2004: Assessment of the New National 
Geoid Height Model, GEOID03 , Proceedings of the 
American Congress on Surveying and Mapping 
2004 meeting. 
Schwarz, C. (ed.). 1989. North American Datum 
of 1983. NOAA Professional Paper NOS 2, U.S. 
Department of Commerce, National Oceanic and 
Atmospheric Administration.
Smith, D.A., and D.R. Roman. 2001. GEOID99 and 
G99SSS: 1-arc-minute geoid models for the United 
States. Journal of Geodesy 75, no.  9-10: 469-90.
Smith, D.A., and D.G. Milbert. 1999.  The GEOID96 
high-resolution geoid height model for the United 
States. Journal of Geodesy 73, no. 5: 219-36.
Snay, R. A. 1999. Using the HTDP software to trans-
form spatial coordinates across time and between 
reference frames. Surveying and Land Information 
Systems 59(1): 15-25.
Soler, T., P. Michalak, N.D. Weston, R.A. Snay, and 
R.H. Foote. 2006. Accuracy of OPUS solutions for 1- 
to 4-h observing sessions. GPS Solutions 10(1): 45-55.
USACE (U.S. Army Corps of Engineers). 2006. 
Performance evaluation of the New Orleans and 
southeast Louisiana hurricane protection system. 
Draft final report. [https://ipet.wes.army.mil/].
Wielgosz, P., D. Grejner-Brzezinska, and I. Kashani. 
2005. High-accuracy DGPS and precise point posi-
tioning based on Ohio CORS network. Navigation 
52(1): 23-8.
Zilkoski, D.B., J.H. Richards, and G.M. Young. 1992. 
Results of the general adjustment of the North 
American Vertical Datum of 1988. Surveying and 
Land Information Systems 52(3): 133-49.
Documents you may be interested
Documents you may be interested