Раздел I основные понятия навигации
Глава 1
Система географических координат
Тема 1.1 Форма и размеры Земли.
Физическая поверхность Земли образуется
поверхностью океанов, рельефом материков
и островов. Когда говорят о фигуре
Земли, то понимают воображаемое земное
тело, которое можно представить
поверхностью уровня мирового океана.
Эта поверхность в любой точке Земли
перпендикулярна вектору силы тяжести.
Так как плотность масс Земли в ее толще
распределяется чрезвычайно неравномерно,
то и воображаемая поверхность Земли
образует сложное трехмерное тело.
Тщательные измерения показали, что
такая фигура имеет неправильную форму
и не может быть описана общим математическим
уравнением. Эта фигура называется
геоидом, что в переводе с греческого
означает землеподобный.
Геометрия геоида очень сложна, поэтому для решения задач навигации на море, используют приближение геоида к
Рис. 1.1 Геоид и эллипсоид правильной математической форме, называемой эллипсоидом вращения. Вращая эллипсоид вокруг малой оси, получают поверхность близкую к поверхности фигуры Земли. Его еще называют земным сфероидом (фигура равновесия вращающейся жидкой массы). Поэтому понятие «Земной сфероид» аналогичен понятию «Земной эллипсоид». Эллипсоид вращения соответствует следующим условиям приближения:
объем эллипсоида равен объему геоида,
большая полуось эллипсоида совпадает с плоскостью экватора геоида,
малая полуось направлена по оси вращения Земли.
Для
геодезических и картографических
расчетов эллипсоид должен иметь
определенную ориентацию и размеры.
Это референц-эллипсоид. В конкретных
государствах к нему относят все измерения
на Земной поверхности. Отсюда вытекает,
что координаты одинаковых точек могут
не совпадать на картах, изданных в
различных странах, так как там все
измерения проводят относительно другого
референц-эллипсоида.
Для решения задач по определению места судна с помощью глобальных РНС применяют специальные референц-эллипсоиды (р/эллипсоид), имеющие международный статус. Для этой цели применяли р/эллипсоид WGS-72.
Рис. 1.2 Референц - эллипсоид В настоящее время применяют уточненный р/эллипсоид WGS-84 (World Geodetic System – 1984 year.). В России и в Украине используют референц-эллипсоид Красовского, параметры которого:
большая полуось а = 6378 245 метров,
малая полуось b = 6356 863 метра
Эксцентриситет е =
Сжатие =
В навигационных задачах, не требующих высокой точности, Землю принимают за шар, объем которого равен объему эллипсоида, исходя из соотношения:
(1.1)
Радиус модели Земли, как шара равен R = 637 110 метров. Радиус шара, одна минута дуги большого круга которого равна одной морской миле, будет RМ =636 707м
Если в качестве приближенной к поверхности геоида применяется сфера, то в этом случае нормаль к поверхности совпадает с направлением на центр сферы.
Другие референц-эллипсоиды (табл. № 1.1):
Табл. № 1.1
Название референц-эллипсоида |
Большая полуось а |
Сжатие |
Примечание |
W G S - 84 |
6378137 |
0,0066943800 |
Международный |
П З - 90 |
6378136 |
0,0066946619 |
Россия |
Эйри (1930г.) |
6375970 |
1/293,30 |
Англия |
Южная Америка (1964г.) |
6378160 |
1/298,25 |
Ю. Америка |
Хейфорда (1909г.) |
6378383 |
1/297,0 |
Европа |
Кларка (1866г.) |
6378206 |
1/294,98 |
С. Америка |
Бесселя (1841г.) |
6377398 |
1/299,15 |
Япония |
По последним данным спутниковой геодезии, Земля имеет форму апиоида, т. е. тела грушевидной формы (Земля удлинена к северному полюсу и сплющена у южного полюса). Как не парадоксально, такую форму Земли предполагал Христофор Колумб. Ведутся работы по применению в навигации и более точной модели геоида, которая является трехосным эллипсоидом.