Раздел I основные понятия навигации

Глава 1

Система географических координат

1. Форма и размеры Земли.

Физическая поверхность Земли образуется поверхностью океанов, рельефом материков и островов. Когда говорят о фигуре Земли, то понимают воображаемое земное тело, которое можно представить поверхностью уровня мирового океана. Эта поверхность в любой точке Земли перпендикулярна вектору силы тяжести. Так как плотность масс Земли в ее толще распределяется чрезвычайно неравномерно, то и воображаемая поверхность Земли образует сложное трехмерное тело. Тщательные измерения показали, что такая фигура имеет неправильную форму и не может быть описана общим математическим уравнением. Эта фигура называется геоидом, что в переводе с греческого означаетземлеподобный.

Геометрия геоида очень сложна, поэтому для решения задач навигации на море, используют приближение геоида к правильной математической форме, называемой эллипсоидом вращения. Вращая эллипсоид вокруг малой оси, получают поверхность близкую к поверхности фигуры Земли. Его еще называют земным сфероидом (фигура равновесия вращающейся жидкой массы). Поэтому понятие «Земной сфероид» аналогичен понятию «Земной эллипсоид». Эллипсоид вращения соответствует следующим условиям приближения:

• объем эллипсоида равен объему геоида,

• большая полуось эллипсоида совпадает с плоскостью экватора геоида,

• малая полуось направлена по оси вращения Земли.

Для геодезических и картографических расчетов эллипсоид должен иметь определенную ориентацию и размеры. Это референц-эллипсоид. В конкретных государствах к нему относят все измерения на Земной поверхности. Отсюда вытекает, что координаты одинаковых точек могут не совпадать на картах, изданных в различных странах, так как там все измерения проводят относительно другого референц-эллипсоида.

Для решения задач по определению места судна с помощью глобальных РНС применяют специальные референц-эллипсоиды (р/эллипсоид), имеющие международный статус. Для этой цели применяли р/эллипсоид WGS-72. В настоящее время применяют уточненный р/эллипсоидWGS-84 (WorldGeodeticSystem– 1984year.).

В России и в Украине используют референц-эллипсоид Красовского, параметры которого:

большая полуось а= 6378 245 метров,

малая полуось b= 6356 863 метра

Эксцентриситет е=

Сжатие =

В навигационных задачах, не требующих высокой точности, Землю принимают за шар, объем которого равен объему эллипсоида, исходя из соотношения:

(1.1)

Радиус модели Земли, как шара равен R= 637 110 метров. Радиус шара, одна минута дуги большого круга которого равна одной морской миле, будетR_М=6366 707м

Если в качестве приближенной к поверхности геоида применяется сфера, то в этом случае нормаль к поверхности совпадает с направлением на центр сферы.

Другие референц-эллипсоиды (табл. № 1.1):

Табл. № 1.1

Название референц-эллипсоида	Большая полуось а	Сжатие 	Примечание
W G S - 84	6378137	0,0066943800	Международный
П З - 90	6378136	0,0066946619	Россия
Эйри (1930г.)	6375970	1/293,30	Англия
Южная Америка (1964г.)	6378160	1/298,25	Ю. Америка
Хейфорда (1909г.)	6378383	1/297,0	Европа
Кларка (1866г.)	6378206	1/294,98	С. Америка
Бесселя (1841г.)	6377398	1/299,15	Япония

По последним данным спутниковой геодезии, Земля имеет форму апиоида, т. е. тела грушевидной формы (Земля удлинена к северному полюсу и сплющена у южного полюса). Как не парадоксально, такую форму Земли предполагал Христофор Колумб. Ведутся работы по применению в навигации и более точной модели геоида, которая является трехосным эллипсоидом.