3.1.2. Выбор референц-эллиисоида, наилучшим образом представляющего Землю в изучаемом районе.

Геодезические измерения выполняются на физической поверхности Земли. Эта поверхность является весьма сложной и не позволяет получить достаточно простые соотношения между геодезическими элементами, например, между координатами точек и расстоянием между ними.

К тому же и само понятие расстояния между точками здесь не определено. Можно говорить о расстоянии по прямой, о расстоянии по дуге большого круга для сферы, по геодезической линии для эллипсоида, по некоторой кривой, лежащей на физической поверхности Земли. Для внесения в вопрос определенности в геодезии делаются упрощения. При решении геодезических задач на малых участках земной поверхности Земля представляется плоскостью и соответственно решение получается на основе положений плоской геометрии. При решении геодезических задач для значительных участков Земли или всей Земли в целом, Земля представляется эллипсоидом вращения.

Нахождение эллипсоида, наилучшим образом представляющего всю Землю в целом, так называемого общего земного эллипсоида, может быть осуществлено при условии полной геодезической и гравиметрической изученности Земли. Этот эллипсоид должен быть ориентирован в теле Земли так, чтобы соблюдались условия: 1) совпадения центра эллипсоида с центром масс Земли; 2) совпадения их осей вращения.

Если эллипсоид вывести по результатам измерений на какой- либо ограниченной территории, то он будет представлять наилучшим образом именно эту территорию. До сих пор в различных странах пользуются различными эллипсоидами. В СССР был принят так называемый эллипсоид Красовского. Большая полуось которого равна 6378245 м, а сжатие равно 1:298,3. Все геодезические измерения для их последующей обработки должны быть спроектированы на поверхность эллипсоида.

Элементы геодезических измерений, редуцированные на эллипсоид, являются исходным материалом для решения геодезических задач.

3.1.3. Основные геодезические задачи

После первой и второй задачи получают данные, которые в последствии будут участвовать в решении многочисленных геодезических задач.

Основными геодезическими задачами являются: 1) уточнение формы и размеров земного эллипсоида; 2) перенос направлений и расстояний с физической поверхности Земли, где производятся измерения, на референц-эллипсоид (редукционная проблема); 3) нахождение координат точек на заданном эллипсоиде по известным координатам исходной точки, расстоянию от нее и направлению (так называемая прямая геодезическая задача); 4) нахождение расстояния между точками и направлений при заданных координатах точек на заданном эллипсоиде (так называемая обратная геодезическая задача); 5) уточнение координат точек при изменениях основных элементов эллипсоида.

3.2. Гравиметрический метод

Земля представляет собой сложную форму. Если бы Земля имела бы форму шара или эллипсоида то она характеризовалась бы одной величиной –радиусом для шара ; или двумя величинами – большой и малой полуосью для эллипса. В этом случае определить форму и размер планеты геометрическим способом не составило труда, но Земля образовалась и приняла свою форму под воздействием силы тяготения. Именно гравитация определяет ее форму, в основном близкую к эллипсоиду вращения, и в значительной степени отклонения ее от этой усредненной формы: возвышающиеся континенты и горные области, заполненные водой впадины морей. А это значит, что форму Земли нельзя описать геометрическим способом. Решение этой проблемы заключается в исследование силы тяжести и гравитационного поля Земли, а точнее в редуцирование (перенос) точек с поверхности Земли на форму или тело которое можно описать математической формулой.

Сила тяжести управляет процессами, протекающими на поверхности и в недрах Земли. Очевидно, что, изучая силу тяжести, мы можем изучить фигуру Земли и объяснить основные черты ее, а также понять многие процессы, протекающие в ее недрах. Первоначально силу тяжести измеряли с помощью механического маятника, но в течение времени их заменили гравиметры. Гравиметр – специальный прибор, в который встроена пружина, которая реагирует на изменение силы тяжести.

Для удобства теоретических, а также и практических построений, задачу изучения формы Земли разбивают на две части: определение общего земного сфероида и изучение отклонений уровненной поверхности силы тяжести Земли, так называемого геоида, от этого сфероида. В гравитационном поле это соответствует нормальной его части и аномалиям. Первая задача была решена Клеро, вторая поставлена и решена Стоксом.

Мы рассмотрим обе задачи изучения формы Земли.