Предмет геодезии

Ротарь М.Ф.

Лекция №1

1. Предмет и задачи геодезии

Геодезия – наука о методах изучения формы и размеров Земли или отдельных ее участков, изображения Земли на картах, планах, а также о методах специальных измерений, необходимых для решения инженерных, экономических и других наук.

Геодезия- обширная область знаний. В настоящее время геодезические измерения осуществляются на поверхности Земли, а также в ее недрах, на море, в космосе, на Луне и планетах солнечной системы. Для проведения любого мероприятия, связанного с использованием земли требуются: изучение земной поверхности, форм рельефа, места расположения различных объектов.

Геодезические работы проводятся также для обеспечения геодезической информацией различных видов изысканий ( в том числе- землеустроительных) ,проектирования, перенесения проектов на местность (в натуру), строительства и эксплуатации инженерных сооружений, наблюдений за деформациями земной поверхности и инженерных сооружений

При развитии рыночных отношений в нашей стране резко возросла роль земельного кадастра (учета и контроля земельных ресурсов), ведение которого немыслимо без точных геодезических измерений и использования карт различных масштабов, а также цифровых моделей местности.

Вследствие многочисленности задач геодезия делится на ряд научных дисциплин: высшая геодезия, геодезия или топография, инженерная геодезия, маркшейдерское дело, космическая геодезия, морская геодезия.

Геодезия или топография - научная дисциплина, занимающаяся подробным изучением земной поверхности в геометрическом отношении и разработкой способов изображения этой поверхности на плоскости в виде топографических карт и планов (в их графическом и цифровом виде). Практические работы по созданию топографических карт и планов называются топографическими съемками. В зависимости от применяемых при этом технических средств топографические съёмки условно подразделяются на наземные, аэрофототопографические и космические.

При топографической съёмке незначительных по площади территорий применяют, как правило, наземные методы топографической съёмки. При картографировании больших участков местности широко применяют аэрофототопографические и космические методы, основанные на измерениях снимков местности.

Весь производственный процесс, направленный на решение какой-либо геодезической задачи можно условно разделить на три части

1. измерительные операции (измерение углов и линий на поверхности Земли с использованием специальных геодезических инструментов;

2. математическая обработка измеренных величин и создание цифровых моделей местности с использованием электронно-вычислительной техники;

3. составление технической документации и оформление карт, планов, профилей с использованием машинной графики.

Измерения в геодезии проводятся с помощью специальных геодезических приборов, поэтому в геодезии большое внимание уделяется изучению их теории, устройству и исследованию.

Следует отметить, что в настоящее время автоматизация сопровождает все составные части геодезического производства, широко применяются материалы космических съемок, внедряется цифровое картографирование. Последние годы характеризуются стремительным внедрением электроники в в область геодезического приборостроения. Открылись широкие возможности для создания точных, высокоточных с высоким уровнем автоматизации приборов и систем.

2. Понятие о форме и размерах Земли.

Земля третья от солнца планета солнечной системы. Имеет почти шарообразную форму, несколько сплюснутую в направлении полюсов.

Физическая поверхность Земли с геометрической точки зрения очень сложная (особенно поверхность суши) и её невозможно выразить какой-либо математической формулой, поэтому, физическую поверхность Земли заменяют её моделями.

Первая модель - геоид.

Физическая поверхность Земли

Отвесная линия

Для его определения введём понятие - « отвесная линия ».

Отвесная линия это направление вектора силы тяжести в данной точке земной поверхности.

Теперь рассмотрим термин «уровенная поверхность».

Уровенная поверхность представляет собой всюду выпуклую поверхность, касательная к которой в любой точке перпендикулярна направлению отвесной линии. Фигура, ограниченная уровенной поверхностью, проходящей через начало счета высот, называется геоидом.

90град.

т.А

Уровенная поверхность

Следовательно, понятие геоид неразрывно связано с понятием отвесная линия. Заметим, что в связи с неравномерным размещением масс в теле Земли фигура «геоид» с геометрической точки зрения также очень сложна и математически не определяемая, поэтому используют для определения фигуры земли математически определяемую модель наиболее близкую к фигуре Земли эллипсоид вращения.

Вторая модель- эллипсоид вращения.

Эллипсоид вращения это тело, получающееся от вращения эллипса вокруг его малой (полярной ) оси.

Малая полуось b=6356863 км (красовский,1940)

Большая полуось а=6378245 км

Размеры эллипсоида вполне определяются его большой и малой полуосями. Кроме большой и малой полуосей характеристиками фигуры эллипсоида служат его сжатие

а также эксцентриситет

Различают общий земной эллипсоид, который наиболее близок к фигуре Земли в целом, и «рабочие» эллипсоиды, называемые референц-эллипсоидами. Референц-эллипсоид это эллипсоид, наиболее близкий не для всей поверхности геоида, а только для части поверхности геоида, принятый для обработки геодезических измерений и установления системы геодезических координат

В геодезических работах в России (СССР) принят эллипсоид Красовского. Ранее параметры общего земного эллипсоида устанавливались по наземным измерениям. Использование в последнее время методов космической геодезии позволило значительно уточнить его параметры. По результатам многочисленных наблюдений ИСЗ в России получены параметры земного эллипсоида в системе ПЗ-90 (геодезическая система отсчета «Параметры Земли 1990 г.»). В США проведены аналогичные работы и получены параметры общего земного эллипсоида в системе WGS-84

Третья модель – шар используется для решения многих практических задач не требующих высокой точности фигуру Земли представляют в виде шара, равновеликого по объему общему земному эллипсоиду. Радиус такого шара приблизительно равен 6371,1 км.

Четвёртая модель - горизонтальная плоскость.

3 . Понятия о картографических проекциях.

Проекции карт.

Подобное изображение земной поверхности может быть сделано только на географическом глобусе, т.е. на теле, подобном Земле. Однако на глобусе поверхность Земли может быть изображена лишь в общих чертах.

Сферическую поверхность Земли невозможно изобразить на плоскости без искажений, при отображении сферической поверхности на плоскости применяют картографические проекции, устанавливающие связь между координатами точек на карте и на поверхности земного эллипсоида или шара.

Выбор картографической проекции зависит от размеров картографируемой территории, а также ее расположения на земном эллипсоиде.

Для создания топографических карт в нашей стране применяют равноугольную поперечную цилиндрическую проекцию Гаусса-Крюгера, суть которой состоит в следующем:

- для изображения земной поверхности на плоскости переходят от физической поверхности Земли к поверхности эллипсоида, проецируя точки отвесными линиями.

- затем эту математически определяемую поверхность преобразовывают в плоскость, для чего эллипсоид вписывают в цилиндр, ось которого НН расположена в плоскости экватора и проходит через центр земли, при этом эллипсоид коснется боковой стенки цилиндра по одной линии.

- поверхность земного эллипсоида условно делят меридианами на отдельные зоны, например через шесть градусов по долготе; средний меридиан зоны линия касания принимается за осевой и изображается на плоскости прямой линией. Точки с поверхности эллипсоида проецируют на боковую поверхность цилиндра по известному математическому закону.

- после этого поверхность цилиндра разрезается по направляющим КК и LL боковая поверхность разворачивается в плоскость

После проектирования изображение зоны на плоскости примет вид:

Осевые меридианы каждой зоны взаимно параллельны.

Ширина шестиградусной зоны (по экватору) примерно равна 1000 км.

Проекция Гаусса-Крюгера равноугольная - т.е. такая картографическая проекция, в которой сохраняются углы изображаемых фигур. Выполнение этого условия приводит к искажению длин линий - все линии на плоскости длиннее по сравнению с их горизонтальными проекциями. Таким образом в проекции Гаусса-Крюгера изображаемые фигуры сохраняют конфигурацию но искажается их площади. Искажения возрастают от середины к краям зоны.

7