Фигура и размеры земли

1 2 3

Лекция № 1.1

Тема: Фигура и размеры Земли. Основные линии, точки и плоскости.

Система координат, принятая в судовождении.

(в соответствии с рабочей программой дисциплины)

Время 2 часа.

Вопросы выносимые на лекцию

1. Введение

2.Фигура и размеры Земли.

3.Основные точки, линии и плоскости на поверхности Земли.

4.Система координат принятая в судовождении.

Введение

Перемещение судна в море из одной точки в другую производится на основе строгих математических расчетов: рассчитывается оптимальный по критериям безопасности путь, оценивается влияние на движение судна гидрометеофакторов, вычисляются элементы движения судна (направление движения и скорость хода) для следования по выбранному пути и определяется действительное местоположение судна в целях непрерывного контроля безопасности движения и соответствия по месту и времени намеченному пути. Наука о вождении судна в море намеченным маршрутом с учетом влияния внешней среды на направление и скорость судна называется навигацией.

Содержание навигации составляет основу судовождения, представляющего собой комплекс мероприятий, методов и средств, обеспечивающих безопасность плавания судна. Современный штурманский метод судовождения основан на законах физики, механики и математики. Он предусматривает применение всех последних достижений современных прикладных наук в области метеорологии, астрономии с использованием -искусственных спутников Земли, гидрографии, гидромеханики, геодезии, радиотехники, автоматического управления системами и т. д. Судовождение включает в себя теорию, состоящую из ряда научных дисциплин, предметом которых является, обобщение и анализ опыта плавания, теоретическое обоснование существующих и разработка новых способов судовождения. Конечная задача науки судовождения — практическое применение на судах методов, выработанных теорией. Наука судовождение состоит из следующих основных дисциплин: навигации, мореходной астрономии, технических средств судовождения, лоции, морской гидрометеорологии. Навигация разрабатывает способы аналитического и графического решения задач судовождения, определения и измерения направлений и расстояний в море, ведения прокладки, определения маневренных элементов судна, счисления пути, определения места по береговым предметам и объектам, проводки судна в узкостях, во льдах, в плохую видимость и на внутренних водных путях. Навигация — основная дисциплина науки судовождения. Мореходная астрономия изучает методы определения места судна по небесным светилам и искусственным спутникам Земли в открытом море. Технические средства судовождения — дисциплина, дающая сведения о действии различных технических средств судовождения (в том числе и магнитных компасов), типичных конструкциях этих средств, правилах технической эксплуатации и обслуживания, необходимых для правильного использования на судне навигационных систем. Лоция подробно изучает морские карты и книги, системы ограждения опасностей, условия плавания в отдельных географических районах,, а также рассматривает вопросы подготовки навигационных пособий к предстоящему переходу. Морская гидрометеорология включает в себя прикладные разделы океанографии и метеорологии, имеющие прямое отношение к судовождению и, в частности, к вопросам обеспечения безопасности плавания при различных условиях погоды. Последние достижения науки и техники позволяют создавать принципиально новые технические средства судовождении, которые могут лечь в основу автоматизации процессов судовождения.

Фигура и размеры земли.

Впервые предположение о шарообразности Земли высказаны Аристотелем(384-322 г. до н.э.) в его труде «Метеорология». К III веку до н.э. относят первое научное определение размеров Земли, которое было предложено греческим астрономом и математиком Эратосфеном. Он впервые ввёл понятие широты точки на земной поверхности, а во II веке до н.э. Гиппарх ввёл понятие долготы точки на земной поверхности. В начале 15 века увеличились экономические связи между различными странами, организовывались новые экспедиции для открытия новых земель. И именно в этот период было совершенно первое кругосветное путешествие(Магеллан) в результате которого было окончательно установлено, что Земля имеет круглую форму.

Штурманский метод решения задач судовождения требует знания закономерностей движения судна по водной поверхности Земли. Это возможно лишь при знании формы нашей планеты и ее основных размеров. Многовековые попытки решить эту научную проблему привели к представлению физической формы Земли в виде геоида - сглаженного тела, размеры которого наиболее близки к размерам нашей планеты.

Геоид - Неправильная в математическом отношении фигура, образованная уровенной поверхностью морей и океанов, мысленно продолженной подо все материки, называется геоидом.

Рис№1

Поверхность геоида во всех точках перпендикулярна отвесной линии. Вследствие неправильности формы геоида обработка измерений, относимых к его поверхности, очень сложна. Поэтому при решении основных задач судовождения пользуются схожестью геоида с математически правильным телом — эллипсоидом вращения —фигурой, образованной вращением эллипса вокруг малой оси см Рис 2.

Рис №2

Измерения, произведенные на поверхности Земли и отнесенные к поверхности эллипсоида, поддаются сравнительно простой математической обработке, основанной на использовании известного уравнения эллипсоида вращения.

Геоиду можно сопоставить множество эллипсоидов, различающихся между собой размерами и способом ориентировки в теле геоида. При этом из-за различия фигур геоида и эллипсоида вращения невозможно подобрать эллипсоид, одинаково близко совпадающий с геоидом во всех точках уровенной поверхности. Поэтому в разных странах за фигуру Земли принимают эллипсоиды таких размеров, которые наиболее близко совпадают с геоидом на территории данной страны.

Эллипсоид вращения определенных размеров, принятый за фигуру Земли в данном государстве, называют референц-эллипсоидом. Иными словами, референц-эллипсоид — это эллипсоид, к которому в данном государстве относят результаты всех измерений, производимых на поверхности Земли.

В 1940г ряд ученых, под руководством Ф.Н. Красовского, установили следующие размеры эллипсоида: большая полуось а=378245м; малая полуось б=6356863м.

Референц-эллипсоид Красовского имеет максимальное отклонение от геоида, не превышающее 100—150 м. Этот эллипсоид принят за модель Земли не только в РФ, но и в ряде других стран.

В 1964 г. на XIIконгрессе Международного астрономического союза был принят общий земной эллипсоид, который хорошо согласуется со всей поверхностью геоида. Его размеры: а = 6378160 м; = 1: 298,5. В наши дни для решения геодезических и навигационных задач широко используются общие земные эллипсоиды (Wor1d Geodetic System), разработанные в разные годы: WGS-72, WGS-84, элементы которых даны в табл. 1.1.

Положение референц-эллипсоида в теле Земли определяется исходными геодезическими датами:

координатами точки, в которой выполнена взаимная привязка геоида и эллипсоида;
направлением между двумя объектами на поверхности Земли;
высотой геоида над референц-эллипсоидом.

Положение (ориентировка) эллипсоида Красовского определяется:

координатами центра круглого зала Пулковской обсерватории (широта 59°46'18,55" N, долгота 30°19'42,09"E);

· направлением из этой точки на пункт Бугры (азимут 121°10'38,79");

· нулевой разностью высот геоида и референц-эллипсоида Красовского в Пулкове.

Наименование (автор)	Год	Большая полуось, м	Сжатие
Бесселъ	1841	6377397	1:299,15
Кларк	1866	6378206	1:295,0
Хейфорд	1910	6378388	1:297,0
Красовский	1942	6378245	1:298,3
WGS-72	1972	6378135	1:298,26
Международный (европейская система)	1979	6378388	1:297
WGS-84	1984	6378137	1:298,257

Таблица 1.1. Элементы основных земных эллипсоидов

В различных государствах рассчитаны и используются в качестве моделей Земли референц-эллипсоиды различных размеров (табл. 1.1).

Рис №3

При решении многих задач навигации, не требующих повышенной точности, Землю принимают за шар определенного радиуса R (рис.3). При этом для определения размеров земного шара могут быть поставлены различные условия, например:

· объем земного шара равен объему земного эллипсоида, при этом . Подставив значения полуосей эллипсоида Красовского, получим значение радиуса земного шара R = 6371109,7 м;