книги из ГПНТБ / Демин В.М. Авиационная картография лекции
.pdf- 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 |
|
0° |
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. |
|