Geodeziya_kl

Вступ

ГЕОДЕЗІЯ (грец. – земля, ί – поділяю) – наука, яка вивчає форму та розміри Землі,

розробляє методи створення координатних систем для детального вивчення земної поверхні і проведення на ній різних вимірювань (лінійних, кутових та ін.) з урахуванням кривизни земної поверхні. Координатні системи потрібні для визначення планового положення об'єктів (точок) земної поверхні і висотного положення. Сукупність таких об’єктів, закріплених на земній поверхні, складає геодезичну основу (геодезичну опорну мережу) – своєрідний каркас, що забезпечує потрібну точність топографічних знімань та дозволяє звести результати знімальних робіт на окремих ділянках в єдине ціле.

Виділяють вищу геодезію (вивчає фігуру, розміри і гравітаційне поле Землі, а також теорію й методи побудови опорної геодезичної мережі), топографію і прикладну геодезію (використання методів і техніки геодезії для розв'язання спеціальних вимірювальних завдань у різних галузях господарства).

Геодезія тісно пов'язана:

з математикою, фізикою, радіоелектронікою, радіотехнікою, геофізикою, астрономією, картогра фією, географією, геоморфологією, геоінформатикою.

Уперше розміри Землі (як кулі) визначив, очевидно, давньогрецький математик і філософ Піфагор[1]. 1617 року Снелліус (нід. Willebrord Snel van Royen) для геодезичних вимірювань запропонував метод тріангуляції. У XVIII сторіччі завдяки градусним вимірюванням було встановлено, що Земля сплющена з полюсів.

Якби вся Земля була вкрита водою, то її форма передавала б форму еквіпотенціальної поверхні. Цю фігуру для Землі називають геоїдом.

Історія та значення геодезії

Найдавнішою картографічною пам’яткою на території сучасної України є доісторична «Межиріч-карта» – рисунок на уламку бивня мамонта. На території нашої країни перші письмові документи про застосування геодезії відносяться до часів Київської Русі. У літописі 996 року є вказівки про порядок користування землею. У 1068 році князь Гліб виміряв по льоду відстань від Тамані до Керчі. Геодезичні роботи у ХІІІ-ХУ сторіччях застосовувались при переписові землі, коли лінії вимірювались мотузками, а кути описувались текстом.

У 1639 році французький інженер-картограф Гійом де Боплан, який перебував на службі в польського короля, склав карту під назвою «Tadula Geographica Ukrainska» (Українська географічна карта). Геодезичні дисципліни викладали у Києво-Могилянській академії, Харківському колегіумі, Львівському, а згодом і в Київському університетах.

За короткий період державного відродження України в 1918-1919 роках було створено Головну геодезичну управу в складі Військового міністерства, планувалось створення Корпусу українських геодезистів. За час свого існування геодезична управа видала 54 аркуші спеціальної карти України в масштабі 1:1050000, фізичну карту України та два планшети Києва.

Геодезія має велике значення для розвитку народного господарства країни. Особлива роль їй належить при картографуванні, вивченні природних багатств, в оборонній справі. Будь яке значне будівництво починається з укладання проекту, що неможливо без плану місцевості, де буде будова. Тому будівництво починається із геодезичних робіт. Геодезія відіграє важливу роль при проведенні землевпорядкування. Чисто геодезичною роботою є перенесення проекту у натуру. Геодезичні роботи також проводять при плануванні, озелененні і благоустрою території населених пунктів.

Одиниці мір в геодезії. 1

При проведенні вимірювальних робіт на місцевості використовують міри довжини, площі, кутів, маси, температури, часу, тиску та ін. Вимірювання будь-якої фізичної величини полягає у визначенні її відношення до величини, яку прийнято за одиницю виміру. Число, що показує,

скільки разів одиниця виміру вміщується у вимірюваній фізичній величині, називається мірою цієї величини. Сукупність одиниць величин, прийнятих для вимірювання основних величин, називають системою мір.

Одиницею лінійних вимірів є метр (м). Перше визначення метра як десятимільйонної частини чверті Паризького меридіана дано в 1791 р. при встановленні метричної системи мір. У 1799 р. виготовлено перший еталон метра, переданий на зберігання в Національний архів Франції, у зв'язку з чим він дістав назву архівного метра. Згідно з Метричною конвенцією, прийнятою в 1875 р. Міжнародною дипломатичною конференцією з метра, було виготовлено 31 метр-прототип у вигляді платино-іридієвих жезлів. Метр № 6 разом з двома контрольними копіями зберігається у Міжнародному бюро мір і ваг у Севрі (Франція). Інші копії метра розподілені за жеребом між державами.

У 1960 р. XI Генеральна конференція з питань мір і ваг (ГКМВ) ухвалила рішення про введення єдиної універсальної системи - Міжнародної системи одиниць (СІ). В цій системі за основну одиницю довжини також взято метр. Підвищення вимог до точності вимірів змусило конференцію відмінити визначення метра, яке діяло з 1889 р. і ґрунтувалося на міжнародному платино-іридієвому еталоні, та ввести поняття «світловий метр», виражене довжиною світлової хвилі.

На XVII ГКМВ у жовтні 1983 р. було вирішено вважати метр рівним 1650763,73 довжини хвилі, яку випромінює в рожевому діапазоні спектра атом криптону з відносною атомною вагою 86. Кратними одиницями метра є: кілометр (км), дециметр (дм), сантиметр (см), міліметр

(мм), мікрометр (мкм) 10-6м; нанометр (нм) 10-9м; ангстрем (А) =10-10м.

ІСТОІЯ ПОЯВИ МЕТРА

30 березня 1791 Французькою академією наук була прийнята пропозиція визначати метр через довжину мерідиана як одну сорокамільйонну частину від довжини Паризького меридіана (тобто одну десятимільйонну частину відстані від Північного полюса до екватора по поверхні земного еліпсоїда на довготі Парижа). Окрім тієї вигоди, що таке рішення було доступним для фанцузьких геодезистів, була перевага ще й у тому, що частина відстані від Дюнкерка до Барселони (близько 1000 км, тобто одна десята від загальної відстані) могла прокластись від початкової до кінцевої точок, розташованих на рівні моря, а якраз ця частина знаходилась посередині чверті кола, де вплив форми Землі, що не є правильною сферою, був би найменшим[7]. Вирішення завдання реформи системи мір було ще раніше було доручене комісії Академії наук, яку очолював Жан-Шарль де Борда, до складу якої входили такі визначні вчені як Жозеф-Луї Лагранж, П'єр-Симон Лаплас, Гаспар Монж, Ніколя Кондорсе. Нововизначена величина отримала назву «метр справжній і остаточний» (фр. metre vrai et définitif)[8]. Задачу вимірювання довжини дуги меридіана за рішенням революційного Конвенту було доручено вченим П'єру Мешену та Жану-Батісту Деламбру. На її виконання пішло шість років, з 1792 по 1798. Причиною затримок були не лише технічні труднощі, а й неспокій революційних часів. За 6 років вчені виміряли дугу паризького меридіана довжиною у 9°40' від Дюнкерка до Барселони, проклавши ланцюг із 115 трикутників через всю Францію й частину Іспанії. Копія за № 27 платино-іридієвого еталона, що була виготовлена у 1889 році. Виходячи з теоретичного визначення та результатів вимірювання частини дуги Паризького меридіана 1799 року було виготовлено еталон метра у вигляді платинової лінійки шириною близько 25 мм, товщиною близько 4 мм і довжиною, що відповідала одній сорокамільйонній частині Паризького меридіана. Цей еталон дістав назву «метра архіву» («архівного метра»), оскільки його було передано на зберігання до національного архіву Франції[9].

За часів правління Наполеона метрична система поширилась багатьма країнами Європи. Вигода від її застосування була настільки очевидною, що і після усунення Наполеона від влади запровадження метричних одиниць продовжилось[10]:

Одиниці мір в геодезії. 2

Одиницею виміру плоского кута за СІ є радіан ( ), що дорівнює кутові, утвореному двома радіусами кола, довжина дуги між якими дорівнює радіусу. Поряд з радіаном допускається застосовувати градусні одиниці кутових вимірів: градус (1°), величину якого одержують в результаті поділу прямого кута на 90 рівних частин, мінута (1') і секунда (1"),

1 = 60' = 3600", 1' = 60".

Залежність між радіанами і градусними одиницями наступна:

1 = 57,3° = 3438' = 206265".

Ще однією одиницею є град, величина якого становить соту частину прямого кута; 1 град = 100 градових мінут (сантиград), 1 градова мінута = 100 градових секунд (сантисантиград), тобто

1g = 100с = 10 000 сс,

а також

1g = 0 ,9 = 54'; 1с = 32',4; 1с с = 0',324.

Одиницею вимірювання кута є також гон,

1гон=1град=1000 мілігон.

Співвідношення між кутовими і лінійними величинами вздовж меридіанів і екватора на земній поверхні, якщо Землю прийняти за кулю радіусом у 6376 км, такі:

1 = 111,11 км, 1' = 1852 м, 1'' = 31 м 1g = 100 км, 1с = 1км, 1сс = 10 м

Одиницею виміру площі є квадратний метр (м2); його кратні одиниці: квадратний кілометр

(км2), квадратний дециметр (дм2), квадратний сантиметр (см2), квадратний міліметр (мм2). Для вимірювання площі земельних ділянок допускається позасистемна одиниця гектар (га).

0,1 га = 1 ар, 100 ар = 1 га, 1 га = 10 000 м2, 10 га = 1 км2.

Одиниці мір в геодезії. 3

В 1955 році Міжнародний астрономічний союз визначив, а в 1956 році Міжнародний союз ваг і мір прийняв одиницю вимірювання часу-секунду, як 1/31566925,9747 частину тропічного року на 1 січня 1900 року о 12 годині європейського часу. Це рішення ратифіковано Головною конференцією ваг і мір в 1960 році. Не змінюючи дане визначення, в 1964 році Головна конференція ваг і мір дала визначення атомної секунди: ”Секунда є тривалість 9192631770 періодів випромінювання, що відповідають переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезія-133”.

Частота переходу атома цезію між цими двома рівнями енергії дорівнює 9192631770 Гц і є цезієвим стандартом частоти.

У 1967 році визначення атомної секунди стало стандартним визначенням секунди в міжнародній системі одиниць (СІ). Узявши за основу таке визначення секунди цезієвий стандарт можна розглядати як атомний годинник.Точність збереження резонансної частоти в таких годинниках дорівнює 5×10-15

іеквівалентна відхиленню на 1 сек. на протязі понад 30 мільйонів років.

Одиниця виміру маси - кілограм (кг), сили - ньютон (Н), температури - кельвін (К). Температура,

визначена в кельвінах за термодинамічною шкалою, називається абсолютною і позначається Т, її точка відліку — 273,15 . Температура Т може бути виміряна також в одиницях шкали Цельсія (ºС), Фаренгейта (ºF). Співвідношення між значеннями температури, вираженої в кельвінах, градусах Цельсія і Фаренгейта таке:

°C= 5/9(°F-32); °F=9/5(°C + 32); °K= (°C + 273,15)

У міжнародній системі одиниць передбачено вимірювання тиску в паскалях. Проте у зв'язку з тим, що і досі на практиці широко застосовуються прилади зі шкалою у міліметрах ртутного стовпа і атмосферах, слід пам'ятати, що:

1 стандартна атмосфера =1013,25 гПа (мбар) = 760 мм рт.ст.= 760 торр

760 мм.рт.ст. = 1 013 гПа (прийнято за нормальний атмосферний тиск).

За одиницю виміру частоти періодичних електромагнітних (світлових) коливань прийнято герц –

одне коливання за секунду (Гц); 1 КГц = 103 Гц ,1 МГц = 106 Гц ,1 ГГц = 109Гц.

Системи координат

Координатами називаються лінійні і кутові величини, що визначають положення точок на якій-небудь поверхні чи в просторі.

Лінії та поверхні (площині), стосовно яких визначається положення точок,

називаються відповідно осями координат або координатними поверхнями (площинами). Координати в геодезії - сукупність трьох чисел, що визначають положення точки земної поверхні щодо деякої вихідної поверхні (поверхні відносності). Такою поверхнею служить поверхня еліпсоїда обертання, поверхня сфери («земної кулі») або площина. На цій поверхні можна отримати лише дві координати. Третьою ж координатою є висота точки над поверхнею геоїда (над рівнем моря). Основними системами координат в геодезії є географічні та плоскі прямокутні координати. Координатними площинами в системі географічних координат є площини екватора і меридіана, прийнятого за початковий (нульовий). У цій системі положення якої-небудь точки визначається географічною широтою та географічною довготою.

Геодезичні координати

Географічні координати (широта і довгота), що визначаються за даними геодезичних вимірювань і шляхом подальших обчислень на поверхні земного еліпсоїда, називаються геодезичними.

Геодезичною широтою точки (M) називається кут (B), утворений нормаллю (Mn) до поверхні еліпсоїда в цій точці і площиною екватора. Рахунок шпрот ведеться від 0 до 90 ° на північ і південь від екватора. Широти точок, розташовані на північ від екватора, називаються північними, а на південь - південними. Північним широтам надається знак плюс, а південним -

мінус. Геодезичною довготою точки (М)

називається двогранний кут (L) утворений площиною геодезичного меридіана даної точки і площиною меридіана, прийнятого за початковий (нульовий). За початковий прийнятий Грінвічський меридіан, що проходить через обсерваторію в Грінвічі (поблизу Лондона). Довготи відлічуються від початкового меридіана на схід, зі знаком плюс, і на захід, зі знаком мінус, і відповідно називаються східними і західними. Рахунок їх ведеться від 0 до

180 °.

Астрономічні координати

Іншим видом географічних координат є астрономічні координати (астрономічні широта і довгота), що визначаються астрономічним методом, тобто за результатами спостережень небесних світил. Ці координати відносяться до геоїда.

Астрономічною широтою ( ) точки М називається кут між напрямом прямовисної лінії (Мт) в даній точці й площиною земного екватора.

Астрономічною довготою ( ) точки М називається двогранний кут між площиною астрономічного (істинного) меридіана, що проходить через дану точку, і площиною початкового (нульового) меридіана. Астрономічні широта і довгота відраховуються аналогічно геодезичним, але астрономічна довгота виражається, як правило, в годинній мірі, коло ділиться на 24 частини, звані умовно годинами (24h).

Година ділиться на 60 хвилин, а кожна хвилина - на 60 секунд. Отже, 1h відповідає 15 °; 1m - 15 '; 1s - 15 ".

І так, астрономічні широта ( ) і довгота ( ) визначають точку на поверхні геоїда, а геодезичні широта (B) і довгота (L) - на поверхні земного еліпсоїда. У астрономічній системі координат положення площини астрономічного меридіана і астрономічна широта точки визначаються

прямовисною лінією. Положення ж площини геодезичного меридіана і геодезична широта точки визначаються напрямом нормалі до поверхні еліпсоїда в цій точці.