- •Глава I предмет геодезии.
- •Понятие о фигуре земли
- •Расчет размеров участка сферической (уроненной) поверхности земли для обобщения до горизонтальной плоскости.
- •Глава II топографические карты россии, их разграфка и номенклатура. Зональная система координат численный масштаб
- •Линейный и поперечный масштабы
- •Точность масштаба
- •Переходный масштаб
- •Разграфка и номенклатура топографических карт.
- •Понятие о зональной поперечно-цилиндрической проекции гаусса
- •Зональная система прямоугольных координат гаусса. Определение по карте прямоугольных и географических координат точек
- •Дополнительная координатная сетка на границах смежных зон
- •Глава III ориентирование сближение меридианов
- •Истинный азимут и румб линии местности
- •Дирекционный угол
- •Магнитные азимуты и румбы линий местности
- •Ориентирование листа топографической карты
- •Определение истинного азимута и дирекционного угла линии по карте
- •Связь между дирекционными углами предыдущей и последующей линий
Глава I предмет геодезии.
Геодезия - наука о методах определения фигуры и размеров Земли и изображения ее поверхности на картах, а также о способах проведения специальных измерений, необходимых для решения разнообразных задач при изысканиях, проектировании и строительстве инженерных сооружений.
Геодезические измерения производятся различными специальными инструментами и приборами на поверхности Земли, в ее недрах, в приземном слое атмосферы, на море и в космосе. Поэтому в геодезии уделяется большое внимание изучению теории, устройству и исследованию геодезических инструментов и приборов.
Результаты геодезических измерений, как правило, подвергаются соответствующей вычислительной обработке. В связи с этим серьезное внимание в геодезии уделяется вопросам научно обоснованной математической обработки и оценки качества результатов измерений.
Вследствие многочисленности задач, которые призвана решать геодезия, она в настоящее время делится на несколько научных дисциплин, каждая из которых занимается решением сравнительно небольшого числа вопросов. Так, разработка методов определения фигуры и размеров Земли и изучение горизонтальных и вертикальных движений земной коры составляют предмет высшей геодезии.
Изучением методов изображения сравнительно небольших участков поверхности Земли на плоскости занимается геодезия или топография.
Разработка теории и способов изображения па плоскости значительных частей земной поверхности составляет предмет картографии.
Фототопография и фотограмметрия занимаются разработкой методов создания планов и карт по фотоснимкам, аэро и космоснимкам местности.
Прикладная (инженерная) геодезия занимается изучением методов геодезических работ, выполняемых при изысканиях, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений, включая наблюдения за осадками и деформациями последних.
Велико значение геодезии и в обороне страны. Вся армия в целом нуждается в картах различных масштабов. По ним изучают местность, на которой предстоит действовать, на них разрабатываются боевые операции войск. Некоторые рода войск имеют в своем составе геодезические подразделения.
Таким образом, в настоящее время трудно указать область народного хозяйства, в которой геодезия и геодезические работы не имели бы существенного значения.
Понятие о фигуре земли
В более точных знаниях о форме и размерах Земли нуждаются многие области науки и техники и прежде всего сама геодезия, для наиболее правильного изображения поверхности Земли на картах. Сведениями о фигуре Земли пользуются при запуске искусственных спутников и космических ракет, в авиации, в мореплавании, в радиосвязи, при строительстве современных крупных инженерных сооружений, при разведке полезных ископаемых. Знания о фигуре Земли также необходимы геологии, геофизике, географии, астрономии. Фигура Земли составляет предмет специальной научной дисциплины, называемой «Теория фигуры Земли».
Поверхность Земли общей площадью 510 млн. км2 разделяется на мировой океан и сушу (материки). Первый составляет 71%, а вторая 29% всей поверхности Земли. Средняя глубина Мирового океана - около 3800 м; средняя высота суши над средним уровнем воды океана - около 875 м. Поэтому можно считать, что суша имеет вид небольшого (по сравнению с общей поверхностью Земли) и невысокого (над уровнем моря по сравнению с его глубиной) плоскогорья.
Изложенные выше фактические цифровые данные приводят к следующему выводу. Так как поверхность Мирового океана составляет без малого три четверти всей поверхности Земли, то можно принять ее за фигуру Земли. Что касается формы поверхности суши, которая главным образом и интересует человека, а также поверхности дна океана, то ее можно изучать относительно поверхности Мирового океана. Такой взгляд существовал длительный период времени. Рассуждали следующим образом. Представим себе поверхность (рис. 1.1), совпадающую со средним уровнем воды Мирового океана в спокойном состоянии (т. е. при отсутствии возмущающих действий ветров, приливов, отливов и других сил). Такая поверхность называется
уровенной.
Рис.1.1
Уровенная поверхность всюду горизонтальна, т. е, в любой ее точке перпендикулярна (нормальна) к направлению отвесной линии в этой точке. Продолжим эту поверхность под материки таким образом, чтобы она пересекала направления отвесных линий во всех точках также под прямым углом.
Поверхность воды Мирового океана в спокойном состоянии, мысленно продолженная под материки, была названа уровенной поверхностью Земли и принята за действительную (общую) фигуру Земли.
В 1873 г. немецкий физик И. Б. Листинг (1808—1882) дал ей специальное название — поверхность геоида. Изучение фигуры Земли в течение длительного периода было связано с изучением геоида.
Из этого следует, что фигура геоида определяется направлением отвесных линий, положение которых зависит от характера распределения масс в теле Земли. Вследствие неравномерного распределения масс внутри Земли поверхность геоида является весьма сложной и установить ее форму, а тем более размеры, не представляется возможным. Данная форма не выражается ни одной из рассматриваемых в математике поверхностей. Поэтому возникла необходимость замены поверхности геоида вспомогательной, возможно ближе подходящей к ней поверхностью. Обычно рассматривают две таких поверхности.
В первом приближении уровенную поверхность Земли можно заменить сферой определенного радиуса.
Рис 1.2
Исследования показали, что наиболее близкой к геоиду математической поверхностью является эллипсоид вращения. Эта поверхность получается при вращении эллипса РQP1Q1 (рис. 1.2) вокруг малой оси РР1, называемой полярной осью.
Размеры эллипсоида вращения характеризуются длинами его полуосей а (большая полуось) и b (малая полуось) и сжатием α, определяемым по формуле
(1.1)
Таким образом, изучение формы математической поверхности Земли сводится к определению размеров полуосей и сжатия эллипсоида, наилучшим образом подходящего к геоиду.
В табл. 1 приведены размеры эллипсоида вращения, полученные учеными разных стран.
Табл. 1
Автор
|
Страна |
Год |
а |
ь |
α
|
|
в м |
||||||
Деламбр Бессель Кларк Жданов Хейфорд Красовский |
Франция Германия Англия Россия США СССР |
1800 1841 1880 1893 1909 1940 |
6 375 653 6377397 6 378 249 6377717 6 378 388 6 378 245 |
6 356 564 6 356 079 6356515 6 356 433 6356912 6 356 863 |
1 : 334,0 1 : 299,2 1 : 293,5 1 : 299,6 1 : 297,0 1 : 298,3 |
В СССР до 1946 г. пользовались эллипсоидом, размеры которого были получены Ф.В.Бесселем (1784—1846). К 1940 г. в Центральном научно-исследовательском институте геодезии, аэрофотосъемки и картографии (ЦНИИГАиК) под руководством проф. Ф. Н. Красовского (1878—1948) при участии проф. А. А. Изотова были получены размеры эллипсоида вращения, наиболее подходящие для территории СССР (см. табл. 1). Эллипсоид указанных размеров принят Постановлением Совета Министров СССР № 760 от 7 апреля 1946 г. для геодезических работ в нашей стране и назван эллипсоидом Красовского. Ф. Н. Красовский и А. А. Изотов за выдающуюся научную работу по выводу размеров эллипсоида были удостоены Государственной премии.
Если в первом приближении считать, что Земля имеет форму шара, то радиус такого шара, по данным Ф.Н.Красовского и А.А. Изотова, равен 6371.11 км.
В 1960 г. проф. И. Д. Жонголович по результатам наблюдений за движением трех советских искусственных спутников Земли вычислил сжатие земного эллипсоида и получил α = 1:298,2. Американский ученый И. Козаи по результатам наблюдений за движением искусственных спутников Земли, запущенных США, в 1961 г. получил α = 1:298,31. Результаты И.Д. Жонголовича и И. Козаи по существу совпадают со значением, полученным Ф. Н. Красовским и А. А. Изотовым. Таким образом, можно сказать, что результат, полученный к 1940 г. Ф. Н. Красовским и А. А. Изотовым, имеет международное значение.
Выдающийся вклад в изучение фигуры Земли сделан трудами чл.-корр. Академии наук СССР, лауреата Ленинской премии М. С. Молоденского. Им была доказана невозможность определения фигуры геоида без знания фактического характера распределения плотностей вещества в теле Земли и что для решения научных и практических задач геодезии знание фигуры геоида не обязательно. М. С. Молоденский (до 1945 г.) разработал теорию, определяющую по результатам геодезических измерений непосредственно фигуру физической поверхности Земли (а не геоида).
В настоящее время за фигуру Земли принимается: на суше — физическая поверхность ее твердой оболочки, а на территории океанов и морей — их невозмущенная поверхность.
Изучение фигуры физической поверхности Земли производится путем определения положения (координат) точек местности в избранной системе, например, относительно расположенной некоторым образом простой поверхности (поверхности относимости). За таковую принимается поверхность эллипсоида вращения Красовского (см. рис. 1.1).
Отметим, что при решении многих задач геодезии (топографии) за фигуру Земли с достаточной для практических целей точностью принимается сфера определенного радиуса.