3.3 Система геодезических пространственных координат

В системе геодезических пространственных координат положении любой точки пространства можно задать тремя координатами (рис. 4): геодезической широтой В, геодезической долготой L и геодезической высотой НГ.

Рис. 4. Система геодезических пространственных координат

Геодезической широтой В называется острый угол, образованный нормалью Kn к поверхности эллипсоида вращения и плоскостью его экватора. Нормалью к поверхности в заданной точке является перпендикуляр к касательной плоскости в точке К1. Геодезическая широта изменяется от 0 на экваторе до 90 градусов на полюсах. Различают северные и южные широты для соответствующих полушарий.

Координатная линия равных широт называется геодезической параллелью. С геометрической точки зрения она представляет собой линию пересечения поверхности эллипсоида вращения и плоскости перпендикулярной оси его вращения. Все геодезические параллели - окружности разного радиуса. Если секущая плоскость будет проходить через центр эллипсоида, то будет получена параллель максимального радиуса называемая экватором.

Геодезической долготой L называется двугранный угол, образованный плоскостями геодезических меридианов начального (Гринвича) и точки К (меридиан РК1GР1). Долгота может изменяться от 0 до 360 градусов и отсчитываться от Гринвичского меридиана на восток или изменяться от 0 до 180 градусов. В последнем случае необходимо указывать к востоку или к западу от Гринвича находится точка К.

Координатная линия равных долгот является геодезическим меридианом. Геодезический меридиан это части линии пересечения поверхности эллипсоида вращения и плоскости, содержащей ось вращения и заключенная между полюсами. Все геодезические меридианы одинаковы и являются половинами эллипсов.

Геодезической высотой НГ принято называть отрезок нормали КК1 к поверхности эллипсоида вращения, заключенный между этой поверхностью и точкой К (НГ=КК1). Геодезическая высота обычно положительна, но встречаются особые случаи, когда она может быть отрицательной (например, в шахтах, карьерах и т. п.). Геодезическую высоту не следует путать с ортометрической и нормальной высотами, которые отсчитываются от начальных уровенной (геоид) или почти уровенной (квазигеоид) поверхностей соответственно. Различия между ними могут достигать десятков метров. На территории РФ в каталогах координат пунктов и реперов хранятся нормальные высоты.

Данная система координат обладает рядом достоинств:

Триада координат B, L, HГ однозначно определяет положение любой точки пространства.

Она едина для всей поверхности Земли, что позволяет объединять в общей координатной системе материалы геодезических, съемочных и картографических работ.

Координатными линиями в этой системе являются геодезические меридианы и параллели, относящиеся непосредственно к поверхности эллипсоида вращения. Поэтому они являются основными линиями любой картографической проекции, их используют для составления карт и объединения всех съемочных и картографических материалов в единое целое.

Геодезические широта и долгота определяют положение нормали к поверхности принятого эллипсоида. Это обстоятельство используется при определении составляющих уклонений отвесных линий и проведении других исследований поверхности Земли.

Геодезические широта и долгота точек К и К1 одинаковы, а высоты разные (НГ1=0). Поэтому использование данной системы позволяет общую сложную задачу по определению координат разделить на две подзадачи и тем самым уменьшить размерность вектора совместно вычисляемых координат точек. Так для определения B, L (х, у) на объекте создаются плановые геодезические сети, а третья координата высота вычисляется по результатам нивелирования.

6. Поправки в измеренные величины (редукции) за переход с физической поверхности Земли на поверхность эллипсоида вращения обычно незначительны. Во-первых, это позволяет использовать приближенные (грубые) значения аргументов для их вычисления, а во-вторых, не учитывать такие поправки при выполнении работ невысокой точности.

К недостаткам системы геодезических пространственных координат обычно относят следующее:

Трудности вычисления широт и долгот, так как решение прямых и обратных геодезических задач в этой системе выполняется по очень сложным громоздким формулам.

При использовании спутниковых технологий создания геодезических сетей поправки в результаты измерений за редукцию на поверхность эллипсоида вращения станут большими, соизмеримыми с самими измерениями. Поэтому применение геодезических пространственных координат будет не выгодным или даже невозможным.