|
|
геодезия. 1. Геодезии и её связь с другими науками
«Геодезия» – слово греческого происхождения, её название образовано из двух греческих слов «gêо» – земля и «daizo» – разделяю, что в переводе означает «Землеразделение». Такое буквальное определение геодезии говорит только лишь о том, что она является одной из древнейших наук о Земле. Возникла эта наука с началом земледелия. В процессе исторического развития содержание каждой науки непрерывно меняется, в связи с чем неизбежен разрыв между названием науки и её содержанием [ГКИНП (ГНТА)-17-004-99]. Так, например, «геометрия», буквально определяется как «землеизмерение». Однако в наше время измерения на Земле не являются предметом геометрии. Данной проблемой занимается геодезия – наука об измерениях на земной поверхности и в околоземном пространстве, а также о вычислениях и графических построениях, проводимых для [Федеральный закон № 431-ФЗ от 25.12.2015 г.]:
определения фигуры и размеров Земли как планеты в целом;
исследования движения земной коры;
изображения земной поверхности и отдельных её частей в виде планов, карт и профилей (вертикальных разрезов);
решения разнообразных научных и практических задач по созданию и эксплуатации искусственных сооружений на земной поверхности и в околоземном пространстве;
создания геодезических опорных сетей как основы для выполнения вышеперечисленных задач.
Таким образом, предметом геодезии является геометрическое изучение физической поверхности Земли и происходящих с ней изменений.
Поверхность Земли характеризуется многообразием форм. На ней находятся всевозможные объекты естественного и искусственного происхождения, геометрическое моделирование которых имеет для человека исключительно важное значение.
Проектирование, строительство и эксплуатация инженерных сооружений, планировка, озеленение и благоустройство населённых мест, изучение и добыча полезных ископаемых, сельскохозяйственное и лесное производство, обеспечение обороноспособности государств – во всех этих и многих других сферах жизнедеятельности человека приходиться решать задачи геометрического характера, связанные с поверхностью Земли. Их решение основывается на методе измерения различных величин. Данный метод является неотъемлемой частью геодезии.
В геодезии широко используют достижения астрономии, физики, математики, механики, электроники, геоморфологии и других наук.
Астрономия, изучающая Землю как одно из небесных тел, влияющих на движение других небесных тел, обеспечивает геодезию необходимыми исходными данными.
Для производства измерений на земной поверхности используют различные приборы и инструменты, в создании которых применяют научные достижения физики, химии, механики, оптики, электроники и других наук.
При измерении различных величин практически невозможно получить их истинное значение. В связи с этим возникает необходимость определения их вероятнейшего значения, т.е. наиболее близкого к истинному. С этой целью в геодезии применяется математическая обработка результатов измерений, в которой используются достижения высшей математики, вычислительной техники, математической статистики, теории вероятностей, теории ошибок, теории информации.
Для оформления результатов измерений и вычислений в геодезии применяется метод графического представления данных. Для его использования необходимо знание приёмов топографического черчения. С помощью данного метода составляются чертежи, являющиеся продуктом производства геодезических работ и характеризующиеся сложной символикой, большой точностью и высоким качеством исполнения.
Тесную связь геодезия имеет также с географией, геологией, в особенности с геоморфологией. География изучает окружающие человеческое общество природные условия, размещения производства и условия его развития. Знание географии обеспечивает правильную трактовку элементов ландшафта, который составляют: рельеф, естественный покров земной поверхности (растительность, почвы, моря, озёра, реки и т.д.) и результаты деятельности человека (населённые пункты, дороги, средства связи, предприятия и т.д.). Геология изучает строение, минеральный состав и развитие Земли. Геоморфология – рельеф земной поверхности и закономерности его изменения.
Применение фотоснимков в геодезии требует знания фотографии.
В настоящее время в связи с широким использованием цифрового и электронного картографирования, геоинформационных и глобальных навигационных систем, дистанционного зондирования Земли аэрокосмическими средствами всё большее значение для геодезии приобретают достижения информатики, автоматики и электроники.
В процессе своего развития геодезия разделилась на ряд научных дисциплин:
высшая геодезия;
топография;
инженерная геодезия (прикладная геодезия);
картография;
фотограмметрия;
космическая геодезия;
маркшейдерия;
геодезическое инструментоведение.
Высшая геодезия изучает форму и размеры Земли, движение её коры и определяет:
вид и размеры Земли (как планеты);
внешнее гравитационное поле Земли (значение и направление силы тяжести в земном пространстве и на поверхности);
взаимное расположение значительно удалённых друг от друга геодезических пунктов;
точность изображения пунктов на плоскости в проекции с учётом искажений из-за кривизны земной поверхности.
Инженерная геодезия изучает методы и способы геодезического обеспечения при разработке проектов, строительстве и эксплуатации разнообразных сооружений, а также при освоении и охране природных ресурсов [Федеральный закон № 431-ФЗ от 25.12.2015 г.].
Космическая геодезия рассматривает теорию и методы решения научных и практических задач на земной поверхности по наблюдениям небесных тел (Луна, Солнце, ИСЗ) и по наблюдениям Земли из космоса. Космическая геодезия включает в себя глобальные навигационные системы, являющиеся основой применяемых в настоящее время координатных систем, и системы космического дистанционного зондирования многоцелевого назначения, используемые для мониторинга поверхности Земли [Федеральный закон № 431-ФЗ от 25.12.2015 г.].
Предметом изучения картографии являются методы и способы отображения поверхности Земли и протекающих на ней процессов в виде различных образно-знаковых моделей, в том числе цифровых и электронных карт [ГОСТ 21667-76].
Фотограмметрия решает задачи измерений по аэрофото- и космическим снимкам для различных целей: создания карт и планов, проектирования и строительства сооружений, обмеров и определения площадей застроек, лесных массивов и т.п. [ГОСТ Р 51833-2001].
Топография (от герч. topos – местность, grapho – пишу) – наука, изучающая физико-географическое и природно-урбанистическое состояние земной поверхности как по средствам имеющегося картографического материала (географических, специальных, топографических карт и планов), так и непосредственно путём простейших измерений на местности. Таким образом, топография изучает методы изображения участков земной поверхности по материалам съёмочных работ и создания на их основе топографических карт и планов [ГКИНП (ГНТА)-17-004-99].
Впервые термин «топография» (землеописание) был введён знаменитым греческим географом и астрономом Птолемеем еще во II в.н.э.
Топография, как наука о Земле, тесно взаимосвязана с геодезией. Эти науки имеют не только общие исторические корни зарождения, но и обладают единой терминологией, базовыми понятиями и принципами. Их связь настолько тесная, что, порой, сложно сказать, где кончается топография и начинается геодезия. Так решение ряда задач инженерной геодезии начинается с изучения картографического материала, с проведения соответствующих графических измерений и построений на карте (плане). И наоборот. На основе принципов геодезических измерений осуществляют топографические работы по лесоустройству, мелиорации земель, отведению участков под строительные работы, проводят озеленение и благоустройство территории, составляют общие планы (схемы) местности.
Вместе с тем научные задачи геодезии имеют более широкий аспект практического применения, а её теоретические положения являются базовыми для многих других наук о Земле, в т.ч. и топографии.
Термин «Геодезия» старше термина «Топография» на несколько столетий, поэтому логично изучать историю развития науки топография на фоне истории развития науки геодезия.
2. История развития геодезии
Геодезия, наряду с геометрией и математикой, относится к древним наукам и практически является их современницей. У человека была не только потребность в счёте или геометрических построениях на земной поверхности. Ему нужны были и карты на обширные территории, геодезические методы и приборы при строительстве храмов, дворцов, оросительных систем и каналов, например, таких, как канал между Нилом и Красным морем, построенный в VI веке до н.э. Имеются сведения, что топографические работы проводились на территории современного Китая еще 10 веков назад, в Египте – за 4000 лет до н.в. В Вавилонии 4500 лет назад решали уравнения с двумя неизвестными, там же строили здания высотой почти 100 м. Примитивные картографические изображения местности на камнях, бересте, бивнях мамонта, обнаруженные археологами, имеют возраст в 15 тысяч лет. На рисунке 1 приведено изображение местности, выполненное на бивне мамонта, обнаруженного при раскопках в Черкасской области. На рисунке показаны четыре строения, которые впоследствии были найдены археологами. На рисунке 2 – изображение морской акватории с островами (морская карта полинезийцев), представляющее собой плетение из прутиков, похожее на рельефную карту, на которой острова изображались раковинами улиток, а наиболее удобные для плавания маршруты – жилками пальмовых веток. На таких картах дополнительно указывались и основные океанические течения, места рыбной ловли.
Первые карты Земли стали появляться еще в V в. до н.э., но они были весьма примитивными и не очень точными. Ориентирование по сторонам света не производилось. Подобная карта была составлена, например, Дикархом Мессинским (350 – 290 гг. до н.э.).
Попытки определения размеров Земли и производства измерений на земной поверхности известны у египтян еще 6 тысяч лет тому назад, а примерно 2230 лет назад Эратосфен (276 – 196 гг. до н.э.) впервые сравнительно точно для того времени определил размеры Земли. Радиус Земли по его определению в переводе в метрическую систему мер составил 6370 км (практически такую же величину, которая используется в настоящее время при грубых расчётах). Он же написал и первую книгу по геодезии, составил карты с параллелями и меридианами. Ещё раньше Эратосфена Аристотель (384 – 322 гг. до н.э.), правда, без доказательства, в своем труде "О небе" привёл размеры Земли. Но приоритет в этом отдают всё-таки Эратосфену. Картой Земли Эратосфена пользовались до 100 г. н.в.
О методах выполнения геодезических работ и описание простейших с нашей точки зрения геодезических инструментов приведено в работе "Диоптрика" Герона Александрийского (род. ок. 155 г. до н.э.), и примерно в то же время александрийский астроном Гиппарх (180 – 125 гг.до н.э.) изобрёл астролябию (дословно – "беру звезду"), ввёл определение места точки на земной поверхности по долготе и широте.
Примерно такой инструмент приобрёл в 1687 г. во Франции Петр I через своего посла князя Я.Ф. Долгорукова. Князь сообщил царевичу, что у него был украден инструмент, которым "можно брать дистанции или расстояния, не доходя до того места". Привезённый князем другой такой же инструмент и оказался астролябией.
Метод проекций при составлении карт впервые применил Птолемей (87 – 165 гг.), он же ввёл деление окружности на 360° (хотя такими вопросами занимались и халдейские жрецы, современники Пифагора; они определяли величину в 1° как угловой размер двух последовательных солнечных дисков). Картой Земли Птолемея (рисунок 3) пользовались довольно долго. На этой карте Индийский океан изображён в виде огромного внутреннего моря, Африка простиралась вплоть до Антарктиды и имела соединение с Китаем, Скандинавский полуостров был изображён в виде острова по своим размерам даже меньше Ирландии, Азовское море изображалось весьма большим, его размеры на север доходили до половины Руси. На этой карте изображена река Волга (Ра) и Каспийское море, очертания которого далеки от действительных. Картой Птолемея пользовался Колумб при поисках берегов Индии. Ошибки на карте Птолемея и привели в то время к открытию Америки.
Открытие и доказательство шарообразности Земли, равно как и достижения теоретической геодезии (да и не только геодезии), с древних времён и практически до конца средневековья были долгие столетия под запретом церкви.
Самые ранние датированные сведения о геодезических работах на территории России относятся к 996 году (Киевская Русь). По приказанию князя Глеба (старшего сына киевского князя Святослава Ярославовича) в 1068 году выполнено измерение расстояния по льду от Тамани до Керчи. Для измерений использовалась, вероятно, верёвка. Геодезические работы на Руси проводились во времена Ивана Грозного, причём с использованием прообраза инструкции: "Книга, именуемая геометрия или землемерие радиусом и циркулем". В ней описывались способы измерений на местности, а также измерений недоступных мест. Большой вклад в развитие геодезии внесла созданная в начале XVIII века Петром I "Школа математических и навигационных наук", основанный в 1822 году "Корпус военных топографов", в 1919 году – "Высшее Геодезическое Управление". Первые фотограмметрические съёмки в России были выполнены в 1890 – 1899 гг. для изысканий при строительстве железной дороги. В 1986 году по снимкам была составлена карта на часть территории Новой Земли.
Можно сказать, что примерно с 1500 года геодезические работы и исследования в области геодезии занимают весьма важное место в науке и практике. Большой скачок в области приборостроения был сделан известным учёным Галилеем (1564 – 1642 гг.), изготовившем в 1609 году зрительную трубу (телескоп). В 1611 году Кеплером (1571 – 1630 гг.) была создана зрительная труба с сеткой нитей, но первый теодолит появился только в 1730 году (Англия, Д. Сиссон). Первые нивелиры появились гораздо позже, в середине XIX века.
Совершенствование геодезических приборов позволило выполнять всё более точные геодезические измерения с целью определения длины дуги меридиана в 1° на разных широтах (так называемые градусные измерения). Градусные измерения предпринимались в разное время и в разных частях Земли: Эратосфен – на территории Ассуана; Посидоний (135 – 50 гг.до н.э.) – Александрия – остров Родос; арабы в 827 г. – на территории реки Тигр; Фернель (1497 – 1558 гг.) – недалеко от Парижа и многие другие. С 1816 по 1855 гг. под руководством русских учёных К.И. Теннера (1783 – 1860 гг.) и В.Я. Струве (1793 – 1864 гг.) была измерена дуга меридиана в 25°30' от Северного Ледовитого океана до берегов Дуная. Комплекс градусных измерений в течение 1700 – 1900 гг. позволил сравнительно точно определить параметры Земли (сфероида).
Для определения фигуры и размеров Земли необходимы были результаты градусных измерений на большой ее территории. Работы эти были весьма трудоёмкими и часто даже опасными для исполнителей. Об этом очень подробно написал русский геодезист В.В. Витковский. Например, во время работы Перуанской экспедиции, организованной в 1735 г. французской Академией Наук, работе мешали местные индейцы. Они нападали на геодезическую группу, уничтожали триангуляционные знаки. Во время одного из нападений был убит врач экспедиции. Несмотря на это, основные работы продолжались семь лет, а сама экспедиция закончилась через 17 лет, в 1752 г. Градусные измерения во Франции, проводимые в 1792 – 1798 гг., совпали с Французской Революцией. Деламбер, руководивший экспедицией, писал, что им всевозможными способами мешали в работе группы восставших с окрестных населённых пунктов. Они разбивали лампы, использовавшиеся на триангуляционных пунктах ночью, срывали с пунктов белые холсты (белое знамя было эмблемой Бурбонов), которые служили маяками. Чтобы в дальнейшем избежать народного гнева, пришлось в качестве маяков использовать революционный флаг – холст с белой, красной и синей полосами.
Развитие геодезии связано с разработкой методов измерений и обработки их результатов, разработкой новых геодезических приборов, обеспечивающих проведение геодезических работ различной точности, разработкой принципиально новой геодезической техники для обеспечения инженерно-геодезических работ на уникальных инженерных сооружениях. Большую известность в области приборостроения имеют такие фирмы как "Вильд" (Швейцария), "Карл Цейсс" (Йена, Германия), "Соккиа" (Япония), "Оптон" (Германия), и другие. До Великой Отечественной войны потребности нашей страны в геодезических приборах частично удовлетворялись за счёт поставок из-за рубежа. Затем объём выпуска геодезических приборов внутри страны уже был достаточным для обеспечения всех геодезических предприятий. Основными производителями геодезических приборов были предприятия "Геодезия", "Геофизика", Ленинградское оптико-механическое объединение (ЛОМО), Уральский оптико-механический завод (г. Свердловск, ныне – Екатеринбург), большой вклад в разработку геодезической техники внёс Государственный оптический институт (ГОИ) и др.
В области обработки геодезической информации большой вклад внесли русские учёные А.П. Болотов, А.Н. Савич, В.В. Витковский, Ф.Н. Красовский, В.В. Данилов, В.В. Попов, Н.А. Урмаев, А.С. Чеботарев, М.С. Молоденский, П.С. Закатов, Ю.И. Маркузе, П.А. Гайдаев, А.И. Мазмишвили и др. В области инженерной геодезии следует отметить вклад П.М. Орлова, П.И. Шилова, А.В. Маслова, В.Д. Большакова, П.Н. Кузнецова, Г.П. Левчука, К.К. Ямбаева и др. Учеными и инженерами Н.О. Виллером, Р.Ю. Тиле, П.И. Шуровым, Б.Б. Голицыным, Ф.Н. Чернышовым, Ф.В. Дробышевым, А.С. Валуевым и многими другими разработаны методы и приборы для обработки фотографической информации с целью получения карт и планов местности.
窗体顶端
Исторические этапы развития российской геодезии и топографии
Геодезия как наука формировалась и развивалась тысячелетиями. Древние памятники, возведённые в Египте и Китае, свидетельствуют о том, что человечество имело представление об измерениях на поверхности земли за много веков до нашей эры. Приёмы измерения на земной поверхности были известны и в древней Греции, где они получили теоретическое обоснование и положили начало геометрии. Геодезия и геометрия долго взаимно дополняли и развивали одна другую.
В России первые геодезические работы, зафиксированные документально, выполнялись в ХI веке при измерении князем Глебом ширины Керченского пролива между Керчью и Таманью. Начало картографии было положено составлением в ХI веке карты всего Московского государства.
Интенсивное развитие геодезии в России связано с именем Петра I. В 1745 г. был издан «Первый атлас России», созданный по материалам планомерной инструментальной топографической съёмки всего государства, начатой по указу Петра I в 1720 г. Первые в России астрономо-геодезические и картографические работы возглавил И.К. Кирилов.
В 1779 г. по указу Екатерины II была открыта землемерная школа, которая в 1819 была преобразована в Константиновское землемерное училище, а в 1835 – в Константиновский межевой институт, ныне – крупное высшее учебное заведение по подготовке геодезистов и картографов МИИГАиК – Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъёмки и картографии. В 1809 г. Санкт-Петербурге был учрежден институт Корпуса инженеров путёй сообщения, в 1822 г. – корпус военных топографов, выполнявший впоследствии большую часть топографо-геодезических работ в стране.
В 1816 под руководством русского военного геодезиста К.И. Теннера и астронома В.Я. Струве в западных пограничных губерниях России были начаты большие астрономо-геодезические работы, которые в 1855 г. завершились градусным измерением огромной (более 25° по широте) дуги меридиана, простирающейся по меридиану 30° от устья Дуная до берегов Северного Ледовитого океана.
На развитие геодезии в России большое влияние оказали начавшиеся в XIX веке изыскания и строительство железных дорог. На Кавказе были выполнены первые опытные наземные фотосъёмки, а в 1898 г. инженер П.И. Шуров применил её при изысканиях линии, соединяющей Маньчжурскую и Забайкальскую железные дороги. Инженер Р.Ю. Тилле впервые выдвинул идею применения аэрофотосъёмки при железнодорожных изысканиях. В 1908 – 1909 г.г. он опубликовал трёхтомный труд «Фотография в современном развитии», сыгравший огромную роль в развитии аэрофотосъемки в России.
В 1928 г. советский геодезист Ф.Н. Красовский разработал стройную и научно обоснованную схему и программу построения опорной геодезической сети, предусматривающую создание астрономо-геодезической сети на всей территории СССР. В ходе построения этой сети были усовершенствованы теория, методы и инструменты астрономических определений и геодезических измерений.
В 1940 г. Ф.Н. Красовский и А.А. Изотов определили новые размеры земного эллипсоида, которые по настоящее время используются для картографо-геодезических работ в России и ряде других стран.
窗体顶端
3. Задачи геодезии и топографии
Среди многих задач геодезии можно выделить долговременные задачи и задачи на ближайшие годы.
К первым относятся:
Определение фигуры, размеров и гравитационного поля Земли;
Распространение единой системы координат на территории отдельного государства, континента и всей Земли в целом;
Изображение участков поверхности Земли на топографических планах и картах;
Изучение глобальных смещений блоков земной коры.
Ко вторым в настоящее время относятся:
Создание и внедрение ГИС – геоинформационных систем;
Создание государственных и локальных кадастров: земельного, водного, лесного, городского и т.д.;
Топографо-геодезическое обеспечение делимитации (определения) и демаркации (обозначения) государственной границы России;
Разработка и внедрение стандартов в области цифрового картографирования;
Создание цифровых и электронных карт и их банков данных;
Разработка концепции и государственной программы повсеместного перехода на спутниковые методы автономного определения координат;
Создание комплексного национального атласа России и другие.
Основными задачами инженерной геодезии при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации различных сооружений являются:
получение геодезических данных (геодезические измерения) при разработке проектов строительства сооружений (инженерно-геодезические изыскания);
определение на местности основных осей и границ сооружений в соответствии с проектом строительства (разбивочные работы);
обеспечение в процессе строительства геометрических форм и размеров элементов сооружения в соответствии с его проектом, геометрических условий установки и наладки технологического оборудования;
определение отклонений геометрической формы и размеров возведенного сооружения от проектных (исполнительные съёмки);
изучение деформаций (смещений) земной поверхности под сооружением, самого сооружения или его частей под воздействием природных факторов и в результате действий человека.
Инженерно-геодезические изыскания проводят для создания карт, планов, цифровых моделей местности, на которых по результатам наземных и аэрокосмических съёмок изображают то, что находится на местности. Созданную топографо-геодезическую основу используют для проектирования сооружения – разработки его проекта.
При строительстве с помощью геодезических измерений выполняют обратное геометрическое преобразование – переносят проект сооружения на местность, т.е. определяют на местности то место, где сооружение должно располагаться по проекту. Данный процесс называют геодезическим сопровождением строительства.
Для разных видов сооружений применяют различные требования к точности геодезического сопровождения. Точность выполнения работ при установке конструкций здания на предусмотренные проектом места должна быть в пределах 5…10 мм, деталей заводского конвейера – 1...2 мм, оборудования физических лабораторий для ускорителей ядерных частиц – 0,2...0,5 мм.
По окончании строительства объекта и в период его эксплуатации возникает задача периодического контроля за состоянием возведенного сооружения, называемая мониторингом состояния сооружения. Данный мониторинг выполняется специализированными изыскательскими и геодезическими организациями как наземными, так и аэрокосмическими методами.
По виду выполняемых работ инженерная геодезия подразделяется на:
наземную;
подземную (маркшейдерское дело);
воздушную;
подводную.
4. Формы и размеры Земли
В геодезии для обозначения формы земной поверхности используют термин «фигура Земли» [ГОСТ 22268-76].
Знание фигуры и размеров Земли необходимо во многих областях и прежде всего для определения положения объектов на земной поверхности и правильного её изображения в виде карт, планов и цифровых моделей местности.
Физическая поверхность Земли состоит из подводной (70,8 %) и надводной (29,2 %) частей. Подводная поверхность включает в себя систему срединно-океанических хребтов, подводные вулканы, океанические желоба, подводные каньоны, океанические плато и абиссальные равнины. Надводная часть земной поверхности также характеризуется многообразием форм. С течением времени поверхность Земли из-за тектонических процессов и эрозии постоянно изменяется.
Представление о фигуре Земли (рис. 4) в целом можно получить, вообразив, что вся планета ограничена мысленно продолженной поверхностью океанов в спокойном состоянии.
Уровенных поверхностей, огибающих Землю, можно вообразить множество. Та из них, что совпадает со средним уровнем воды океанов в спокойном состоянии, т.е. в момент полного равновесия всей массы находящейся в ней воды под влиянием силы тяжести, называется основной уровенной поверхностью Земли [ГОСТ 22268-76].
![]()
Рис. 4. Фигура Земли (вид из космоса)
В геодезии, как и в любой другой науке, одним из основополагающих принципов является принцип перехода от общего к частному. Исходя из него, для решения научных и инженерных задач по изучению физической поверхности Земли, а также других геодезических задач, сначала необходимо определиться с математической моделью поверхности Земли.
Математическая поверхность Земли
Рассмотрим любую материальную точку А на физической поверхности Земли (рис. 5 а).
![]()
Рис. 5. Геоид – уровенная поверхность Земли
На эту точку оказывают влияние две силы: сила притяжения Fп, направленная к центру Земли, и центробежная сила вращения Земли вокруг своей оси Fц, направленная от оси вращения по перпендикуляру. Равнодействующая этих сил называется силой тяжести Fт.
В любой точке земной поверхности направление силы тяжести, называемое ещё вертикальной или отвесной линией, можно легко и просто определить с помощью уровня или отвеса. Оно играет очень большую роль в геодезии. По направлению силы тяжести ориентируется одна из осей пространственной системы координат.
Если через точку А построить замкнутую поверхность, которая в каждой своей точке будет перпендикулярна отвесной линии (направлению силы тяжести), то данную поверхность можно принять в качестве математической при решении некоторых частных задач в геодезии. Такая поверхность получила название уровенной или горизонтальной. Её недостаток в том, что она содержит элемент неопределенности, т.е. через любую точку можно провести свою уровенную поверхность, и таких поверхностей будет бесчисленное множество.
Для устранения этой неопределенности при решении общих геодезических задач принимается так называемая общая математическая поверхность, т.е. уровенная поверхность, которая в каждой своей точке совпадает со средним уровнем морей и океанов в момент полного равновесия всей массы воды под влиянием силы тяжести. Такая поверхность носит название общей фигуры Земли или поверхности геоида [ГОСТ 22268-76].
Геоид – выпуклая замкнутая поверхность, совпадающая с поверхностью воды в морях и океанах в спокойном состоянии и перпендикулярная к направлению силы тяжести в любой её точке (см. рис. 5 а).
Из-за неравномерного распределения масс внутри Земли геоид не имеет правильной геометрической формы, и в математическом отношении его поверхность характеризуется слишком большой сложностью. Поэтому там, где это допустимо, поверхность геоида заменяется приближенными математическими моделями, в качестве которых принимается в одних случаях земной сфероид, в других – земной шар, а при топографическом изучении незначительных по размеру территорий – горизонтальная плоскость, т.е. плоскость, перпендикулярная к вертикальной линии в данной точке.
В настоящее время при изучении физической поверхности Земли роль вспомогательной поверхности выполняет поверхность квазигеоида, которая может быть точно определена относительно поверхности эллипсоида по результатам астрономических, геодезических и гравиметрических измерений. На территории морей и океанов поверхность квазигеоида совпадает с поверхностью геоида, а на суше она отклоняется от него в пределах двух метров (рис. 5 б).
Земной сфероид – эллипсоид вращения получается вращением эллипса вокруг его малой оси b (см. рис. 5), совпадающей с осью вращения Земли, причём центр эллипсоида совмещается с центром Земли [ГОСТ 22268-76].
Размеры эллипсоида подбирают при условии наилучшего совпадения поверхности эллипсоида и геоида в целом (общеземной эллипсоид) или отдельных его частей (референц-эллипсоид). Фигура референц-эллипсоида наилучшим образом подходит для территории отдельной страны или нескольких стран. Как правило, референц-эллипсоиды принимают для обработки геодезических измерений законодательно.
Наиболее удачная математическая модель Земли в виде референц-эллипсоида была предложена проф. Ф.Н. Красовским с большой полуосью a=6378245 м, малой – b=6356863 м и коэффициентом сжатия у полюсов a=(a-b)/a = 1/298.3 1/300.
Постановлением Совета Министров СССР № 760 от 7 апреля 1946 года эллипсоид Красовского принят для территории нашей страны в качестве математической поверхности Земли. В инженерной геодезии для практических расчётов за математическую поверхность Земли принимают шар со средним радиусом R=6371,11 км. Объём шара равен объёму земного эллипсоида.
Физическая поверхность Земли
При топографическом изучении физической поверхности Земли надводная и подводная части рассматриваются отдельно. Надводная часть (суша) – местность (территория) является предметом изучения топографии. Подводную часть – акваторию (поверхность, покрытую водами морей и океанов) изучает океанография. В свою очередь местность разделяют на ситуацию и рельеф.
Ситуацией называют совокупность постоянных предметов местности: рек, озёр, растительного покрова, дорожной сети, населённых мест, сооружений и т.п. Границы между отдельными объектами ситуации называются контурами местности.
Рельефом (от лат. relevo – поднимаю) называют совокупность неровностей суши, дна океанов и морей, разнообразных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития. Рельеф как совокупность неровностей физической поверхности Земли рассматривается по отношению к её уровенной поверхности [ГОСТ 22268-76].
![]()
Рис. 6. Рельеф местности
Рельеф слагается из положительных (выпуклых) и отрицательных (вогнутых) форм (рис. 6) и образуется главным образом в результате длительного одновременного воздействия на земную поверхность эндогенных (внутренних) и экзогенных (внешних) процессов.
Рельеф изучает геоморфология. Основными формами рельефа являются гора, котловина, хребет, лощина и седловина.
窗体底端
|
|
|
Скачать 337.71 Kb.