Предмет и задачи геодезии

Лекция 1

План

1.1 Введение. Задачи долговременные и на ближайшие годы

1.2 Понятие о фигуре Земли. Геоид и квазигеоид

1.2 Референц - эллипсоид Красовского

 

1.1 Введение. Задачи долговременные и на ближайшие годы

Геодезия - в переводе с греческого дословно – «землеразделение». Это название соответствовало содержанию геодезии во времена ее зарождения и начального развития. Так, в Египте задолго до нашей эры измерялись размеры земельных участков, строились оросительные системы; все это выполнялось с участием геодезистов.

С развитием человеческого общества, повышением роли науки и техники расширялось содержание геодезии, которые ставила перед ней жизнь.

В настоящее время геодезия – это наука о методах определения фигуры и размеров Земли и изображения ее поверхности на картах и на планах, а также о способах проведения различных измерений на поверхности Земли (на суше и акваториях), под землей, в околоземном пространстве и на других планетах.

Среди многих задач геодезии можно выделить долговременные задачи и задачи на ближайшие годы.

К первым относятся:

- определение фигуры, размеров и гравитационного поля Земли;

- распространение единой системы координат на территорию отдельного государства, континента и всей Земли в целом;

- изображение участков поверхности земли на топографических картах и планах;

- изучение глобальных смещений блоков земной коры.

Ко вторым в настоящее время относятся:

- создание и внедрение ГИС – геоинформационных систем;

- создание государственных и локальных кадастров: земельного, водного, лесного, городского и т.д.;

- топографо-геодезическое обеспечение делимитации (определения) и демаркации (обозначения) государственной границы России;

- разработка и внедрение стандартов в области цифрового картографирования;

- создание цифровых и электронных карт и их банков данных;

- разработка концепции и государственной программы повсеместного перехода на спутниковые методы автономного определения координат;

- создание комплексного национального атласа России и др.

Усложнение и развитие геодезии привело к разделению ее на несколько научных дисциплин.

Высшая геодезия изучает фигуру Земли, ее размеры и гравитационное поле, обеспечивает распространение принятых систем координат в пределах государства, континента или всей поверхности Земли, занимается исследованием древних и современных движений земной коры, а также изучает форму, размеры и гравитационные поля других планет Солнечной системы.

Топография (описание местности) изучает методы топографической съемки местности с целью изображения ее на планах и картах.

Картография изучает методы и процессы создания и использования карт, планов, атласов и другой картографической продукции.

Фотограмметрия (фототопография и аэрофотосъемка) изучает методы создания карт и планов по фото- и аэрофотоснимкам.

Инженерная геодезия изучает методы и средства проведения геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений.

Маркшейдерия (подземная геодезия) изучает методы проведения геодезических работ в подземных горных выработках.

Геодезия, как и другие науки, постоянно впитывает в себя достижения математики, физики, астрономии, радиоэлектроники, автоматики и других фундаментальных и прикладных наук. Изобретение лазера привело к появлению лазерных геодезических приборов – лазерных нивелиров и светодальномеров; кодовые измерительные приборы с автоматической фиксацией отсчетов могли появиться только на определенном уровне развития микроэлектроники и автоматики.

 

1.2 Понятие о фигуре Земли. Геоид и квазигеоид

 

Фигура Земли, как планеты, издавна интересовала ученых; для геодезистов же установление ее фигуры и размеров является одной из основных задач.

В модели шарообразной Земли поверхность Земли имеет сферическую форму; здесь важен лишь радиус сферы, а все остальное – морские впадины, горы, равнины, - несущественно. В этой модели используется геометрия сферы, теория которой сравнительно проста и очень хорошо разработана (R = 6371км).

Модель эллипсоида вращения имеет две характеристики: размеры большой и малой полуосей. В этой модели используется геометрия эллипсоида вращения, которая намного сложнее геометрии сферы, хотя разработана также достаточно подробно.

Если участок поверхности Земли небольшой, то иногда оказывается возможным применить для этого участка модель плоской поверхности; в этой модели применяется геометрия плоскости, которая проще других.

Направления силы тяжести в разных точках Земли не параллельны, они радиальны, т.е. почти совпадают с направлениями радиусов Земли.

Поверхности, всюду перпендикулярные направлениям силы тяжести, называются уровенными поверхностями (рисунок 1.1). Уровенные поверхности можно проводить на разных высотах; все они являются замкнутыми и почти параллельны одна другой.

Уровенная поверхность, совпадающая с невозмущенной поверхностью мирового океана и мысленно продолженная под материки, называется основной уровенной поверхностью или поверхностью геоида.

Если бы Земля была идеальным шаром и состояла из концентрических слоев различной плотности, имеющих постоянную плотность внутри каждого слоя, то все уровенные поверхности имели бы строго сферическую форму, а направления силы тяжести совпадали бы с радиусами сфер.

В реальной Земле направления силы тяжести зависят от распределения масс различной плотности внутри Земли, поэтому поверхность геоида имеет сложную форму, не поддающуюся точному математическому описанию, и не может быть определена из наземных измерений.

В настоящее время при изучении физической поверхности Земли роль вспомогательной поверхности выполняет поверхность квазигеоида, которая может быть точно определена относительно поверхности эллипсоида по результатам астрономических, геодезических и гравиметрических измерений. На территории морей и океанов поверхность квазигеоида совпадает с поверхностью геоида, а на суше она отклоняется от него в пределах двух метров.

Рисунок 1.1 – Уровенные поверхности

 1.3 Референц - эллипсоид Красовского

 

За действительную поверхность Земли принимают на суше ее физическую поверхность, на территории морей и океанов – их невозмущенную поверхность.

Что значит изучить действительную поверхность Земли? Это значит определить положение любой ее точки в принятой системе координат. В геодезии системы координат задают на поверхности эллипсоида вращения, потому, что из простых математических поверхностей она ближе всего подходит к поверхности Земли. Эллипсоид вращения принятых размеров, на поверхность которого относятся геодезические сети при их вычислении, называется референц - эллипсоидом.

Для территории нашей страны 7.04.1946г. принят эллипсоид Красовского:

большая полуось а = 6378245м,

малая полуось b = 6356863м.

полярное сжатие α = (a – b) ∕ а = 1: 298,3.

Плоскость, касательную к уровенной поверхности, называют горизонтальной плоскостью.

Плоскость, проходящую через отвесную линию, называют вертикальной плоскостью.

Лекция 2