Геодезия - это наука, изучающая форму и гравитационное поле Земли, планет солнечной системы, методы и способы определения положения точек в принятой системе координат и занимающаяся точными измерениями на местности, необходимыми для создания карт и планов земной поверхности, решения разнообразных задач народного хозяйства и обороны страны.
По назначению геодезия подразделяется на ряд самостоятельных дисциплин – высшую геодезию, топографию, космическую геодезию, морскую геодезию, фототопографию и инженерную (прикладную) геодезию.
Высшая геодезия занимается определением фигуры, размеров и внешнего гравитационного поля Земли.
Топография предполагает изучение сравнительно небольших участков земной поверхности с целью получения их изображений в виде карт, планов, ЭК, ЦММ и профилей.
Космическая геодезия служит для измерений на Земле и планетах Солнечной системы с использованием данных, получаемых из космического пространства искусственными спутниками Земли, межпланетными кораблями и орбитальными пилотируемыми станциями, этот вид геодезии применяется при исследовании природных ресурсов Земли.
Морская геодезия занимается исследованием природных ресурсов континентальных шельфов и картографированием морского дна.
Фототопография – наука, изучающая методы создания топографических планов, карт. ЦММ, ЭК по материалам фото- или цифровой съемки. Она является составной частью фотограмметрии – науки, определяющей формы, размеры и положение объектов по их фотографическим изображениям. Материалы этой съемки могут быть получены наземным фотографированием местности, с летательных аппаратов или из космоса.
Инженерная геодезия рассматривает геодезические работы, выполняемые при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений и монтаже технического оборудования.
По способу производства работ различают наземную геодезию, аэрогеодезию, космическую геодезию, подземную геодезию (маркшейдерию) и подводную геодезию.
В задачу геодезии входит изучение методов:
Измерений линий и углов на поверхности Земли, под землей и над землей с помощью специальных геодезических приборов;
Вычислительной обработки результатов измерений и создания цифровых моделей местности с использованием электронно-вычислительной техники;
Графических построений и оформления карт, планов и профилей с использованием машинной графики;
Использования результатов измерений и графических построений при решении задач промышленного, с/х, транспортного, культурного строительства, научных исследований, землеустройства, земельного и других кадастров.
Инженерная (или прикладная) геодезия — одно из основных направлений современной геодезии.
Инженерная геодезия разрабатывает методику геодезических измерений для изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений, выверки конструкций, наблюдений за деформациями сооружений.
К задачам инженерной геодезии относится следующее:
получение материалов для проектирования;
определение на местности положения основных осей границ сооружений и других характерных точек;
обеспечение на местности геометрических форм и размеров сооружений в соответствии с проектом;
определение отклонений сооружаемого объекта от проекта (исполнительные съёмки);
изучение деформаций основания тела сооружений, которые происходят под действием различного фактора.
Понятие о форме и размерах Земли. Поверхность Земли общей площадью 510 млн. км2 имеет возвышения и углубления, заполненные водой. Поверхность морей и океанов занимает 71%, а суша всего лишь 29% от общей поверхности Земли. Поэтому за фигуру Земли принимают поверхность воды океанов в спокойном состоянии, мысленно продолженную под материками, эту поверхность называют уровенной поверхностью. Уровенная поверхность в любой точке перпендикулярна к отвесной линии (к направлению силы тяжести), проходящей через эту точку. Уровенная поверхность Земли имеет сложную форму и не поддается строгому математическому описанию и называется поверхностью геоида. Для характеристики фигуры и размеров Земли ближе всего подходит тело, образованное вращением эллипса вокруг его малой оси, называемое эллипсоидом вращения или сфероидом.
Линии пересечения поверхности сфероида плоскостями, перпендикулярными оси вращения Земли, называют параллелями.
б
а
Линии пересечения поверхности сфероида плоскостями, проходящими через ось вращения Земли, называют меридианами. Параллели представляются на эллипсоиде окружностями, а меридианы – эллипсами. Параллель, образованную плоскостью, проходящей через центр сфероида, называют экватором.
Линии а и б называют соответственно большой и малой полуосями сфероида или: а – радиус экватора; б - полуось вращения Земли. Вследствие вращения Земли сфероид приплюснут с полюсов и отношение α =(а-б)/б называют сжатием сфероида.
В нашей стране с 1946 г. Для геодезических и картографических работ приняты размеры земного сфероида по Ф. Н. Красовскому:
а= 6 378 245 м; б= 6 356 863 м; α= 1: 298,3
Размеры эллипсоида Красовского довольно близко совпадают с размерами Земли.
Для решения многих задач прикладного значения Землю можно принимать за шар, с радиусом 6 371,11 км.
Метод проекций. Изображение земной поверхности на сфере и плоскости.
В геодезии используют ортогональный метод проектирования, при котором точки земной поверхности А, В, С, D и Е проектируют отвесными линиями на уровенную (горизонтальную)поверхность и получают горизонтальную проекцию соответствующих точек физической земной поверхности а, б, с, d и е.
Ортогональные проекции линий и площадей пространственных объектов местности будут в общем случае меньше их физических величин, а проекции углов могут быть больше и меньше физических. Равенство физических величин и их проекций обеспечивается лишь для горизонтальных контуров земной поверхности.
Положение горизонтальных проекций точек местности на уровенной поверхности может быть определено координатами, взятыми в какой-либо системе. Координаты – это величины, определяющие положение точек земной поверхности в пространстве относительно принятой системы координат.
Помимо контуров местности, необходимо знать и высотное положение точек местности относительно уровенной поверхности (их высоты или глубины).
Высоты точек, отнесенные к уровню мирового океана, называют абсолютными, а отнесенный к произвольной уровенной поверхности – условными.
Система географических координат.
Координатными плоскостями, относительно которых определяют положение точек земной поверхности, являются плоскость экватора земного эллипсоида и плоскость начального меридиана, проходящего через Гринвичскую обсерваторию, расположенную на окраине Лондона. За начало отсчета высот принимают средний уровень Мирового океана. В России отсчет абсолютных высот ведут от нуля Кронштадтского футштока (медная доска с горизонтальной чертой, вделанная в гранитный устой моста через обводной канал в Санкт-Петербурге).
Географической долготой называют двугранный угол между плоскостью меридиана, проходящего через точку, и плоскостью начального меридиана. Долготы отсчитывают от начального меридиана в направлении с запада на восток от 0 до 180 0 или в обе стороны с указанием соответствующего направления «западная» или «восточная».
Географической широтой называют угол, образованный нормалью к поверхности земного эллипсоида в данной точке и плоскостью экватора. Широты, отсчитываемые от экватора к северу, называют «северными», со знаком плюс; широты, отсчитываемые от экватора к югу, называют «южными», со знаком минус. Они имеют значения от 0 до 900.
Географической высотой точки называют расстояние по нормали от этой точки до поверхности эллипсоида.
Зональная система прямоугольных координат Гауса-Крюгера.
В
основу этой системы положено
поперечно-цилиндрическая равноугольная
проекция Гаусса-Крюгера (названа
по имени немецких ученых ее
предложивших). В этой проекции поверхность
земного эллипсоида меридианами делят
на шестиградусные зоны и номеруют с 1-й
по 60-ю от Гринвичского меридиана на
восток. Средний меридиан шестиугольной
зоны принято называть осевым.
Географические координаты могут быть распространены на всю поверхность земного элепсоида. В этом их большое достоинство. Однако их применение в массовых геодезических работах затруднено.
В
инж. геодезии в связи с этим используют
плоские прямоугольные координаты. Для
установления связи между географическими
координатами любой точки на земном
сфероиде и прямоугольными координатами
той же точки на плоскости применяют
специальный способ проектирования
всего земного шара на плоскость по
шестиградусным зонам,
простирающимся от северного полюса к
южному.
Счет зон ведут на восток от нулевого, проходящего через Гринвическую обсерваторию, меридиана. Каждую полученную таким образом зону проектируют поочередно на плоскость при помощи цилиндра.
Если общую фигуру Земли представить в виде сферы, то ось АВ такого цилиндра будет проходить через центр сферы О. При этом ось вращения Земли РР1 будет перпендикулярна оси цилиндра АВ, и каждая зона будет касаться поверхности цилиндра по своему среднему меридиану.
Каждую зону последовательно проектируют на внутреннюю боковую поверхность цилиндра и получают плоское изображение земной поверхности, называемую равноугольной поперечно-цилиндрической. Она дает не сплошное изображение всей земной поверхности, а с разрывами, увеличивающимися от экватора к полюсам.
В этой системе начало координат в каждой зоне принимают в точке пересечения среднего меридиана с экватором. Средний меридиан зоны принимают за ось абсцисс - х, поэтому его называют еще осевым меридианом. Изображение экватора в виде прямой, перпендикулярной осевому меридиану, принимают за ось ординат.
Оси координат делят плоскость на четыре четверти. Счет четвертей в геодезии ведется по ходу часовой стрелки.
Четверть……………………………..I II III IV
Знак абсцссы………………………..+ - - +
Знак ординаты………………………+ + - -
Чтобы не иметь отрицательных ординат, ординату осевого меридиана считают равной не нулю, а (+500 км). Впереди ординаты указывается номер зоны, в которой находится точка. Например, запись ординаты 6 354 125 означает, что точка в шестой зоне и в действительности ордината
y=354 125 – 500 000 = - 145 875 м., то есть точка находится на расстоянии 145 875 м западнее осевого меридиана.