1.3. Математические модели поверхности Земли, применяемые в геодезии

1. Если бы Земля была бы однородной, неподвижной и подвержена только действию внутренних сил тяготения, она имела бы форму шара (рис.1.2).

Рис. 1.2. Шар

2. Под действием центробежной силы, вызванной вращением вокруг оси с постоянной скоростью, Земля приобрела форму сфероида или эллипсоида вращения (рис.1.3).

Рис. 1.3. Эллипсоид вращения

3. На самом деле, из-за неравномерного распределения масс внутри Земли, эллипсоидальная фигура Земли сдеформирована и имеет форму геоида(рис.1.4). Наибольшие отступления геоида от эллипсоида не превышают 100 – 150 м.

Т.о. специальными инструментами с физической поверхности Земли геодезические измерения проектируют на геоид, фигура которого не изучена. Фигуру геоида заменяют правильной математической фигурой, к которой можно применять математические законы. Размеры земного эллипсоида составляют:

большая полуось а = 6378245 м,

малая полуось b= 6356863 м,

полярное сжатие= 1: 298,3.

Рис. 1.4. Геоид

4. Для того, чтобы земной эллипсоид ближе подходил к геоиду, его располагают в теле Земли, ориентируя определенным образом. Такой эллипсоид с определенными параметрами и определенным образом ориентированный в теле Земли, называется референц-эллипсоидом(рис.1.5).

Рис. 1.5. Референц-эллипсоид

5. Геоид не может быть строго изучен из-за незнания распределения плотности масс внутри Земли. Было предложено вместо геоида принять фигуру квазигеоида(рис.1.6), которая может быть определена точно на основании астрономо-геодезических и гравиметрических измерений на поверхности Земли без учета внутреннего строения и плотности масс внутри Земли. Поверхностьквазигеоида отклоняется от поверхности геоида максимально 2 м в горных районах, на океанах и морях их поверхности совпадают.

Рис. 1.6. Квазигеоид

Тема 2. Системы координат

2.1. Система географических (астрономических) координат

Рис. 2.1. Географическая система координат

Географическая (астрономическая) широта – угол, составленный отвесной линией в данной точке и плоскостью экватора (рис.2.1);

Географическая (астрономическая) долгота – двугранный угол между плоскостью астрономического меридиана, проходящего через данную точку и плоскостью начального меридиана (Гринвича) (рис.2.1);

Астрономический азимут а– двугранный угол, составленный плоскостью астрономического меридиана, проходящего через данную точку и плоскостью, проходящей через данную линию и отвесную линию данной точки (рис.2.1).

Широта может принимать значения 090и называются “северные и южные широты”;

Долгота может принимать значения 0180и называются “западные и восточные долготы”;

Азимут а может принимать значения 0а360, иногда пользуются не азимутами, а румбами, тогда румбы имеют названия.

2.2. Система геодезических координат

Рис. 2.2. Геодезическая система координат

Геодезическая широта В– угол, составленный нормалью к поверхности эллипсоида в данной точке и плоскостью экватора (рис.2.2);

Геодезическая долгота L– двугранный угол между плоскостью геодезического меридиана, проходящего через данную точку и плоскостью начального меридиана (Гринвича) (рис.2.2);

Геодезический азимут А– двугранный угол, составленный плоскостью геодезического меридиана, проходящего через данную точку и плоскостью, проходящей через данную линию и нормаль в данной точке (рис.2.2).

Широта В может принимать значения 0В90и называются “северные и южные широты”;

Долгота Lможет принимать значения 0L180и называются “западные и восточные долготы”;

Азимут А может принимать значения 0А360.

Связь между двумя системами координат:

В = ;L=sec; А = а + (L)sin, (1.1)

где и– уклонения отвесной линии в плоскостях меридиана и первого вертикала.