Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Демин В.М. Авиационная картография лекции

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
29.10.2023
Размер:
6.86 Mб
Скачать

- 10 -

Сечение

эллипсоида пдоскостьв, проходящей через ось вращения

Р Р

S

,

образует

 

м е р и д и а н ,

представляющий собой

Я

полуосями

 

 

 

 

 

эллипс

с

а л о .

 

 

 

 

Через

точку

С

на поверхности эллипсоида проведем касательную

плоскость КК .

Перпендикуляр СО к этой плоскости

называется

н о р м а л ь ю

к

поверхности эллипсоида в

данной точке

С .

В общем случае нормаль не проходит через центр эллипсоида

0 , но

она всегда

лежит в

плоскости меридиана.

 

 

 

 

Плоскость, проходящая через нормаль, называется

н о р м а л ь

н о й ,

 

а

след

на

поверхности эллипсоида от

ее сечения называется

н о р м а л ь н ы м

 

с е ч е н и е м

или

в е р т и к а л о м .

Нормальное сечение,

перпендикулярное л меридиану, называется се­

чением

 

п е р в о г о

в е р т и к а л а .

Меридианное сече­

ние и сечение первого вертикала называются главными сечениями элли­

псоида в данной точке.

 

 

 

Поверхность эллипсоида в различных точках обладает различной

кривизной, зависящей от широты точки

и направления нормального се­

чения.

 

 

_

 

Радиусы кривизны главных сечений эллипсоида в точке

Ь с широ­

той

В

определяются соотношениями:

 

 

 

 

М = a ( i - e 2) ( i - e ss in 2B )

( i . i )

 

 

 

 

 

 

N = a ( i - e s sin 2B )

2 j

( 1. 2)

где

М

- радиус кривизны меридиана;

 

 

 

N

- радиус кривизны первого вертикала;

 

а- больная полуось земного сфероида;

в- первый меридианный эксцентриситет.

Значения радиусов кривизны М л

для трех широт приведены

в табл.1 Л .

 

- II -

 

 

 

 

Т а б д i ц a

I . I

Широта

Радиус кривизны

Радиус кривизны

 

меридиана

первого вертикала

 

 

 

М ,

М

 

К ,

м

 

6

335

553

6 378

245

 

60°

6

383

561

6

394

315

 

90°

6

399

699

6

399

699

 

Положение

точки на поверхности

з е н н о г о

э л л

и п с о ­

и д а

может

быть определено

геодезическими координатами

- миро-

той и долготой.

 

 

 

С называется

Г е о д е з и ч е с к о й

ш и р о т о й

точки

угол Б

, заключенный между плоскостью экватора и нормалью к по­

верхности эллипсоида в данной точке (рис. 1 .3 ). Широта отсчитыва­ ется от плоскости экватора к полюсам от 0 до 90°. Если точка рас­ полагается севернее экватора, иироту называют северной и обозна­ чают знаком "плюс". Если точка южнее экватора, иироту называют вжной и считают отрицательной. Поскольку нормаль СО к поверхности эллипсоида не проходит через центр 0, иироту нельзя измерять цент­ ральным углом. Ее нельзя измерять и дугой меридиана, так как кри­ визна последнего является переменной величиной. Один градус дуги

меридиана наибольшую длину имеет на полюсе (Ш 695 м), а

наимень­

шую - на экваторе (II0576 м ). Максимальная разница в длине

1° ду­

ги меридиана достигает III9 м.

 

4,

 

- 12 -

Г е о

д е з и ч

е с к о й

д о л г о т

о й

называют двугран­

ный угод

L (рже

.1 .3 ), заключенный между

плоскостями начального

меридиана ж меридиана данной точки. Долгота измеряется либо цент­ ральным углом в плоскости экватора (в плоскости параллели), либо дугой экватора от начального меридиана до меридиана точки С в пределах от 0 до 180° к востоку или западу. В первом случае она называется восточной и считается положительной, во втором - запад­ ной и считается отрицательной. При решении некоторых задач долгота отсчитывается только на восток от 0 до 360°. За начальный меридиан принимается так называемый гринвичский меридиан, проходящий через центр Гринвичской астрономической обсерватории близ Лондона.

Для определения положения точек непосредственно на поверхности Земли испольвуются а с т р о н о м и ч е с к и е к о о р д и ­ н а т ы - астрономическая широта и астрономическая долгота, по­ дучаемые путем математической обработки результатов астрономических измерений.

При астрономических измерениях за основу берется отвесная линия, совпадающая с направлением ускорения силы тяжести (а не нормали). Ее положение определяется с помощью пузырьковых уровней геодези­

ческих инструментов.

 

 

А с т р о н о м и ч е с к о й

ш и р о т о й

некоторой точки

на поверхности Земли называется угол Ф# , заключенный между плос­ костью экватора и направлением отвесной линии в этой точке (рис. 1.4).

Отвесная линия не совпадает с направлением нормали к поверхности эллипсоида. Ее направление зависит от распределения различных по плотности масс в теле Земли.

- 13 -

Распределение этих касс неравномерно, поэтому и уклонение отвес­ ной линии от нормали различно в различных точках Земли. В районе Москвы оно составляет около 10м. Значительно большие величины укло­ нений имеют место в горных районах, а также вблизи береговых линий морей и океанов. Так, в районе Кавказа оно достигает 35я . Разность уклонений отвесных линий на противоположных берегах озера Байкал равно 40й.

А с т

р о н о м и ч е с к о й

д о л г о т о й

некоторой

точки на

поверхности Земли называется двугранный угол

(рис. 1 .4 ),

заключенный между плоскостями начального меридиана и меридиана дан­ ной точки.

Поскольку отвесные линии не совпадают с нормалями и плоскости астрономических меридианов не совпадают с плоскостями геодезичес­ ких меридианов, астрономические координаты отличаются от геодези­ ческих.

Значения геедезичесжх координат зависят от ориентирования ре- ференц-эллипсоида в теле геоида. Эллипсоид Красовского сориентиро­ ван так, что в одной точке - в исходном пункте триангуляции - гео­ дезические координаты и азимут иа заданный ориентир равны астроно­ мическим координатам и азимуту на этот ориентир. Высота геоида над референц-эллипсоидом в этом пункте равна нули. За такой пункт при­ нята Пулковская астроношческая обсерватория (центр снгиажа "А")

с координаташ:

В 0= Ф*0~ 59°46'15; 359}

Z " Л о= 30°i9'2& ",m .

Азимут с сигнала "А" на пункт Бугры Саблннской базисной сети равен 121°06 42я , 305. Малая ось и экватор референц-эллипсоида соответст­

венно параллельны оси

вращения и

экватору Земли.

 

 

 

Разработка системы

координат,

отнесенных к эллипсоиду Красовско­

го, была проведена в

1942-1943гг,,в связи

о чем она

получила назва­

ние' с и с т е м ы

к о о р д и н а т

1 9 4 2

г .

Вместе

с

введением этой системы была принята Б а л т и й с к а я

о и

с -

т е п а

в ы с о т ,

по которой счет высот над уровнен океана ве­

дется от

к у л я

к р о н ш т а д т с к о г о

ф у т ш т о к а3^ .

Часто пользуется

терянном

г е о г р а ф и ч е с к и е

к о ­

о р д и н а т ы .

Строго говоря, такой системы координат нет. В

настояцее время этям термином объединяют два рода координат:

гео­

дезические и астрономические. Данный термин находит применение в

случаях приближенного решения задач, когда нет надобности учиты­

вать разности

геодезических и астрономических координат точек.

 

§

3 . ЗЕМНАЯ СФЕРА.

СФЕРИЧЕСКИЕ КООРДИНАТЫ

 

Для решения многих задач навигации и составления карт мелких масятабов Землю принимают за сферу. Положение точек на сфере опре­ деляется сферическими координатами: сферической широтой и сфери­

ческой долготой.

 

 

С ф е р и ч е с к о й

д о л г о т о й

называется двугранный

угол А I заключенный между плоскостями

начального меридиана и ме­

ридиана данной точки (рис.1 .5 ). Сферическая долгота может измерять­ ся центральным углом, дугой экватора или дугой параллели в тех же пределах, что и долгота геодезическая.

Р*

х) Футшток - специальная рейка с делениями, установленная в Кронштадте для наблюдения уровня воды в море.

- 15 -

С ф е р и ч е с к о й ш и р о т о й называется угод Lp , за­ ключенный между плоскостью экватора и направлением на данную точку из центра земной сферы (рис. 1 .5 ). Сферическая широта измеряется центральным углом или дугой меридиана в тех же пределах, что и гео­ дезическая широта.

В общем случае сферические координаты точки отличаются от ее геодезических координат. Разности координат зависят от способа, по которому поверхность эллипсоида переносится на поверхность сфе­

ры. Применяемые для этой цели способы будут изложены в гд.Ш. Здесь

же отметим лишь,

что различные способы дают две разновидности сфе­

рических широт:

геоцентрическую и параметрическую (приведенную).

Под

г е о ц е н т р и ч е с к о й

широтой понимают централь­

ный угол

Ц/

, заключенный между плоскостью экватора и радиусом -

вектором ОС^

(рис.1 .6 ). Для получения геоцентрической широты точ­

ку С с поверхности эллипсоида переносят

на поверхность сферы по

направлению

указанного радиуса-вектора.

 

flue. / 6

Связь между геоцентрической я геодезической широтами определя­ ется соотношением:

 

 

 

- 1 6

-

 

 

 

 

(1 .3 )

Наибольшая разность

В ~

достигает

около I I 1 ,5 на широте 45°.

П а р а м е т р и ч е с к о й

(приведенной) широтой называют

центральный угод U.

(ри с .1 .6 ),

заключенный между плоскостью эква­

тора и радиусом-вектором 0В^(0В2 )

. Для получения указанной

широты точку С с поверхности

эллипсоида переносят на поверх­

ность описанной сферы в точку

по направлению, параллельному

оси вращения эллипсоида ]^.Рд,или на поверхность вписанной сферы

в точку Вд по направлению, перпендикулярному к оси

Pg .

При­

веденная широта может быть рассчитана по формуле:

 

 

t(j,u = — t<j,B .

(1.4)

Разность В - U достигает наибольшего значения

около б*

на

широте 45°.

 

 

- 17 -

 

 

 

Г л а в а

П

 

 

 

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ СФЕРИЧЕСКОЙ ТРИГОНОМЕТРИИ

 

§ 4 . ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.

СФЕРИЧЕСКИЙ ТРЕУГОЛЬНИК

 

Предметом сферической тригонометрии является реоеиие сферичес­

ких треугольников,

образуемых на поверхности

сферы дугами больших

кругов.

 

 

 

 

 

 

 

 

Всякая плоскость

О- ,

пересекающая сферу,

образует на ее по­

верхности окружность радиуса 't

(рис. 2 .1 ) .

Диаметр сферы, пер­

пендикулярный к плоскости

Q.

, пересекает ее в двух точках Р

и

Р , называемых

с ф е р и ч е с к и м и

 

ц е н т р а м и

 

данного круга.

Дуга Р К

носит

название

с ф е р и ч е с к о г о

р а д и у с а .

Сферический радиус всегда

составляет угол 90°

со

своим кругом.

 

 

 

 

 

 

 

 

А,с *>/

В том случае, когда секущая плоскость проходит черев центр оферы, она образует на поверхности сферы окружность больного круга ра­ диуса R иди просто больной круг. Сферические центры больного кру-

- 18 -

га называется его полюсами. Полюса отстоят от соответствующих боль- ш кругов на 90°. Иными словами, сферический радиус больного круга равен четверти окружности. Через две точки поверхности сферы, не расположенные на противоположных концах диаметра, можно провести только одну дугу больного круга и бесчисленное множество дуг малых кругов.

Возьмем на поверхности сферы три точки А , В я С , из кото­ рых никакие две не являются диаметрально противоположными. Соединив

их дугами больших кругов, меньшими Ж ,

получим на поверхности сфе­

ры фигуру, называемую

э й л е р о в ы м

с ф е р и ч е с к и м

т р е у

г о л ь н и к о м

или просто

с ф е р и ч е с к и м

т р е у

г о л ь н и к о м

(р и с .2 .2 ). Точки А , В и С называ-

Р

ются вершинами, а соединяющие их дуги - сторсвами сферического тре­ угольника. Стороны, противолежащие вершинам А , В и С , обо­ значаются соответственно малыми буквами а , 6 и С . Стороны, пересекающиеся в данной вершине, образуют в ней угол сферического

треугольника.

 

С (рис.2.3) сферического тре­

Если продолжить стороны В я

угольника, то они пересекутся в

точке

А { , являющейся антиподом

точки А .

Сферический треугольник превращается в

с ф е р и ­

ч е с к и й

д в у у г о л ь н и к .

Треугольник А {ВС , допол­

няющий основной треугольник ЛВС

до двуугольника,

называется

с о п р я ж е н н ы м

т р е у г о л ь н и к о м

по стороне а .

- 19 -

Рио. 2.3

Сферический угол А

(рис.2

.3)

измеряется линейным углом Т А Т { ,

заключенным между касательными АТ

и А ,

проведенными к

сторонам

АВ и АС в вершине А

, или

центральным

углом М 0I f .

Но всякий

центральный угол измеряется дугой, стягивающей его. Поэтому сфери­ ческий угол может измеряться дугой больного круга, в отношении ко­ торого вершина угла является полюсом.

Стороны сферического треугольника как дуги больших кругов изме­

ряются соответствующими центральными углами:

сторона а измеряет­

ся углом ВОС (рис. 2 .2 ), сторона $ - углом

АО С и сторона С -

углом АО В .

Углы и стороны сферического треугольника называются его основ­ ными элементами.

Выше было показано, что эйлеров треугольник в пределе превраща­ ется в сферический двуугольник, значит, сумма его сторон не может

быть больше 2 ) Г ,

т .е .:

 

 

 

О< а + В+

3 6 0 ° .

(2 .1)

При определении свойств сферического треугольника используют

так называемый

п о л я р н ы й

с ф е р и ч е с к и й

т р е ­

у г о л ь н и к .

Покажем его сущность.