Введение
Инженерно-геодезические работы являются важной и неотъемлемой частью комплекса работ по изысканиям, проектированию, строительству и эксплуатации зданий и сооружений, автомобильных дорог и сооружений на них, аэродромов, гидромелиоративных систем, объектов лесного хозяйства и лесного инженерного дела. Эти работы во многом определяют как стоимость и качество строительства, так и условия последующей эксплуатации инженерных объектов. Поэтому инженер-строитель, инженер-землеустроитель, инженер лесного хозяйства должны хорошо владеть традиционными методами геодезии. Только зная их, можно овладеть новыми высокопроизводительными методами инженерно-геодезических работ, необходимых на современном этапе научно-технического прогресса.
Учебное пособие написано в соответствии с программой курса, с учетом того, что студенты закончили изучение таких дисциплин, как высшая математика, физика и другие общетехнические науки. В пособии рассмотрены теоретические вопросы, методы и точность измерений, приборы таким образом, чтобы максимально облегчить самостоятельную работу студентов при изучении основ инженерной геодезии.
1. Общие сведения
1.1. Предмет и метод геодезии как науки
В переводе слово «геодезия» означает «землеразделение». Зародившись в странах Древнего Востока как необходимая составная часть хозяйственных работ, она переросла это узкое понятие и выделилась в самостоятельную науку, имеющую свой предмет изучения и свои методы, свою историю.
Объектом изучения геодезии являются Земля и другие планеты Солнечной системы.
Выделяют следующие методы изучения Земли:
1. Непосредственный – заключается в непосредственном измерении определенных величин на поверхности Земли с помощью геодезических инструментов (теодолиты, нивелиры, дальномеры, тахеометры и др.). Виды измерений: углы и расстояния, направления меридианов, сила тяжести и т.д.
2. Фотометоды: решение задач путем преобразований фотоснимков земной поверхности. По месту расположения фотографирующего устройства они делятся на наземные и воздушные.
3. Космические методы: а) наблюдение и фотографирование Земли и других планет из космоса; б) наземные наблюдения за движением космических аппаратов с помощью оптических, фотографических и лазерных систем.
4. Комбинированные методы.
Геодезия решает научные и практические задачи.
Научные задачи:
Определение формы и размеров Земли.
Изучение движений земной коры.
Определение внешнего гравитационного поля Земли.
Изучение внутреннего строения Земли.
Геодезическое изучение и картографирование небесных тел.
Практические задачи:
Составление планов и карт земной поверхности, а также рельефа дна морей и океанов в прибрежной зоне – шельфе; составление их электронных аналогов – цифровых моделей местности и электронных карт.
Решение инженерных задач в различных областях народного хозяйства: строительстве, сельском хозяйстве, землеустройстве, ирригации и др.
Ввиду большого разнообразия и сложности решаемых задач геодезия делится на ряд дисциплин: высшая геодезия (решает научные задачи), топография или просто геодезия (1-я практическая задача), космическая геодезия, морская геодезия, фототопография, маркшейдерское дело и инженерная геодезия (прикладная).
На основании вышеизложенного геодезию можно определить как науку об измерениях на поверхности Земли и измерениях других космических объектов. Это наука, изучающая методы определения их фигур и размеров для получения изображений в графическом и электронном видах и измерения этих изображений. Геодезия изучает также способы проведения специальных измерений для решения инженерных задач в народном хозяйстве.
1.2. История развития геодезии, ее значение и связь
с другими науками
Эту тему студенты прорабатывают самостоятельно.
2. Общая фигура Земли и определение положения точек
земной поверхности
2.1.Форма и размеры Земли
Точное знание фигуры Земли необходимо для наиболее правильного изображения поверхности Земли на картах, для космонавтики, авиации, мореплавания и т.д.
Форма всякого тела определяется ограничивающей его поверхностью. Для определения фигуры Земли в геодезии используется четыре вида поверхностей:
Физическая поверхность – совокупность всех неровностей суши и дна океанов, а также поверхности воды. Она не может быть выражена конечным математическим уравнением, поэтому используется для решения лишь некоторых практических задач.
Уровенная поверхность – поверхность воды Мирового океана в спокойном состоянии, мысленно продолженная под материками. В 1873 году немецкий ученый Листинг назвал ее поверхностью геоида. Океаны составляют 71 %, суша – 29 %. Поверхность воды всюду горизонтальна, т.е. перпендикулярна к отвесным линиям (направление силы тяжести). Поверхность суши и дна океанов изучают относительно поверхности геоида. Расстояния от точек физической поверхности Земли до уровенной поверхности по направлению отвесных линий называют высотами точек, а их числовое выражение называют отметками. Они могут быть положительными и отрицательными. В России за поверхность, совпадающую с геоидом, принята поверхность Балтийского моря (ноль Кронштадского футштока). Высоты, отсчитываемые от уровня Балтийского моря, называются абсолютными, от другой какой-либо уровенной поверхности – условными. Геоид пригоден для решения практических задач. Для теоретических расчетов он не пригоден, так как не имеет конечного математического выражения из-за непостоянства направления отвесных линий вследствие неравномерного распределения масс внутри Земли. Кроме того, уровень поверхности воды в различных океанах различен; имеются приливы и отливы.
Поверхность эллипсоида вращения получается при вращении эллипса вокруг малой (полярной) полуоси. Эллипсоид характеризуется тремя величинами: а – большая полуось, b – малая полуось, α полярное сжатие:
.
Эллипсоид ориентируется в теле Земли определенным образом. Постановлением Совета министров СССР №760 от 7 апреля 1946 года в нашей стране для геодезических работ принят эллипсоид Ф.Н. Красовского
Его размеры: а=6378245 м, b =6356863 м.
По наблюдениям ИСЗ Козаи И. в 1961 году получил α=1: 298,31; Жонголвич И.Д. в 1960 году – α=1: 298,2; Козаи И. в 1962 году – 1: 298,3.
Эллипсоид, относительно которого ведутся все геодезические работы в данной стране, называется референц-эллипсоид.
Для решения многих практических задач достаточно за фигуру Земли принять шар с радиусом R=6371 км.