Лекция 1. Форма и размеры Земли. Системы координат. Ориентирование линий
Геодезия – наука, изучающая фигуру и внешнее гравитационное поле Земли и разрабатывающая методы создания систем координат, определения положения точек на Земле и околоземном пространстве, изображения земной поверхности на картах.
Инженерная геодезия разрабатывает методы геодезического обеспечения изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений.
Основными задачами инженерной геодезии являются:
- топографо-геодезические изыскания, в ходе которых выполняется создание на объекте работ геодезической сети, топографическая съемка, геодезическая привязка точек геологической и геофизической разведки;
- инженерно-геодезическое проектирование, включающее разработку генеральных планов сооружений и их цифровых моделей; геодезическую подготовку проекта для вынесения его в натуру, расчеты по горизонтальной и вертикальной планировке, определению площадей, объемов земляных работ и др.;
- геодезические разбивочные работы, включающие создание на объекте геодезической разбивочной сети и последующий вынос в натуру главных осей сооружения и его детальную разбивку;
- геодезическая выверка конструкций и технологического оборудования при установке их в проектное положение;
- наблюдения за деформациями сооружений, определяющие осадки оснований и фундаментов, плановые смещения и крены сооружений.
Повышение скоростей и интенсивности движения поездов, увеличение нагрузок на оси подвижного состава приводят к увеличению числа случаев расстройства пути. Для обеспечения безопасности движения поездов требуется качественный оперативный контроль соответствия состояния пути правилам технической эксплуатации. Измерения по контролю положения пути опираются на специальную, создаваемую на участках высокоскоростного движения, высокоточную геодезическую сеть (так называемую реперную систему). Эта сеть служит геодезической основой для реконструкции, ремонта и эксплуатации пути, наблюдения за деформациями земляного полотна и искусственных сооружений. Создание такой сети в сокращенные сроки и с высокой точностью решается с помощью аппаратуры, работающей по сигналам спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS.
2.1. Форма и размеры Земли
Изучение формы и размеров Земли включает решение двух задач. Это установление некоторой сглаженной, обобщенной, теоретической фигуры Земли и определение отклонений от нее фактической физической поверхности.
Учитывая, что поверхность океанов и морей составляет 71 поверхности Земли, а поверхность суши только 29, за теоретическую фигуру Земли принято тело, ограниченное поверхностью океанов в их спокойном состоянии, продолженной под материками, и называемое геоидом.
Поверхность, в каждой своей точке перпендикулярная к отвесной линии (направлению силы тяжести), называется уровенной поверхностью. Из множества уpовенных поверхностей одна совпадает с поверхностью геоида.
Из-за неравномерности распределения масс в земной коре геоид имеет неправильную геометрическую форму, и его поверхность нельзя выразить математически, что необходимо для решения геодезических задач. Поэтому геоид заменяют близкими к нему геометрически правильными поверхностями.
Так, для приближенных вычислений Землю принимают за шар. Радиус шара, равного по объему геоиду, равен R = 6371,11 км.
Ближе
к форме геоида подходит эллипсоид –
фигура, получаемая вращением эллипса
(рис. 2.1) вокруг его малой оси. Размеры
земного эллипсоида характеризуют
следующими основными параметрами: a
большая полуось, b
малая полуось и
полярное сжатие.
|
Рис. 2.1. Меридианный эллипс: Рс – северный полюс; Рю – южный полюс
|
Различают общеземной эллипсоид и референц-эллипсоид.
Центр общеземного эллипсоида помещают в центре масс Земли, малую ось совмещают со средней осью вращения Земли, а размеры принимают такие, чтобы обеспечить наибольшую близость поверхности эллипсоида к поверхности геоида. Общеземной эллипсоид используют при решении глобальных геодезических задач, и в частности при обработке спутниковых измерений. В настоящее время пользуются двумя общеземными эллипсоидами: ПЗ-90 (Параметры Земли 1990 г, Россия) и WGS-84 (Мировая геодезическая система 1984 г, США).
Референц-эллипсоид – эллипсоид, принятый для конкретной страны, как наиболее близкий к ее поверхности. При определении параметров референц-эллипсоида совмещения центров эллипсоида и Земли не добиваются.
В России с 1946 г. в качестве референц-эллипсоида используется эллипсоид Красовского с параметрами: а = 6 378 245 м, = 1/ 298,3.