Раздел 2. Понятие о фигуре земли и системах координат, применяющихся в геодезии

2.1. Понятие о форме и размерах Земли

За форму Земли принимают физическое тело, образованное уровенной поверхностью, совпадающей с поверхностью морей и океанов, мысленно продолженное под сушей. Такую обобщенную поверхность принято называть геоидом.

Плотность масс в земной коре распределена неравномерно, поэтому геоид имеет сложную форму и ее строго математически выразить невозможно.

Исследованиями установлено, что Земля имеет форму близкую к эллипсоиду вращения. Это поверхность, образованная эллипсом при вращении его вокруг малой оси РР₁, а тело ограниченное ею называется эллипсоидом вращения или сфероидом. Эллипсоид, ориентированный в теле геоида так, что наилучшим образом совпадает с поверхностью геоида, называется референц-эллипсоидом. Размеры эллипсоида определяются параметрами его большой (а) , малой (b) полуосей (рис.2.1.) и сжатием у полюсов

	Ученые разных стран неоднократно определяли и уточняли размеры эллипсоида и получали несколько отличающиеся результаты, в зависимости от исходных данных, принятых в обработку.
Рис.2.1. Эллипсоид

В 1940 году советские ученые под руководством проф. Ф.Н.Красовского при участии проф. Г.А.Изотова вычислили размеры Земного эллипсоида со следующими параметрами: а = 6378245 м, b = 6356863 м и сжатие  = 1:298,3≈ 1:300.

Референц-эллипсоид указанных размеров принят в 1946 году для геодезических и картографических работ в СССР и ряде европейских стран. Он назван референц-эллипсоидом Красовского.

Учитывая, что величина сжатия незначительна, в первом приближении можно считать, что Земля имеет форму шара с радиусом R = 6371 км.

В настоящее время форму и размеры Земли с большей точностью определяют по результатам спутниковых наблюдений. Так, например, величину сжатия Земли у полюсов определяли в 1960 году проф. И.Д.Жонголович, в 1962 году американский ученый И.Козаи; они получили в результате вычислений сжатие α = 1:298,3, т.е. такое же, какое было получено Ф.Н. Красовским и Г.А. Изотовым.

2.2. Методы проектирования поверхности Земли на плоскость.

Точки физической поверхности Земли имеют разные высоты над уровенной поверхностью. Чтобы составить карту, надо спроектировать сетку меридианов и параллелей по нормалям на поверхность эллипсоида, а затем полученное изображение физической поверхности Земли развернуть в плоскость.

Таким образом, положение каждой точки физической поверхности можно определить по ее горизонтальной проекции на уровенную поверхность и по высоте точки над уровенной поверхностью.

Расстояние по отвесной линии от основной уровенной поверхности геоида до точки физической поверхности Земли называют абсолютной высотой. Расстояние от любой другой условно принятой уровенной поверхности до точки физической поверхности Земли называют условной или относительной высотой (рис. 2.2).

Разность высот двух точек называется превышением. Числовое значение высоты называется отметкой точки.

В СССР за начало отсчета абсолютных высот принят нуль Кронштадского футштока. Положение средней уровенной поверхности определено из многолетних наблюдений. Футшток представляет собой рейку с делениями, на которой фиксируют средний уровень моря. Элементы земной поверхности – здания, дороги, леса, реки и т. д. принято называть ситуацией, определяемой в принятой системе координат, а неровности земной поверхности называются рельефом.

Рис. 2.2. Аппроксимация поверхности Земли