Курс лекции по геодезии. Курс лекции по геодезии Акрам, руси. Лекция по дисциплине Геодезия Лекция Определение геодезии как науки и ее задачи. История геодезии
 Скачать 2.09 Mb.
|
 ТАДЖИКСКИЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Ш.ШОТЕМУР Факультет управления земель и геодезии
КУРС ЛЕКСИЯ По диссциплине основы геодезии для специальности 1-56.02.00 “Геодезия” и 1-31 02 01 03 “География - н геоинформатика”  Д У Ш А Н Б Е - 2 0 22 Курс лекция по дисциплине Геодезия Лекция 1. Определение геодезии как науки и ее задачи. История геодезии Геодезия – одна из древнейших наук о Земли. Само название предмета (геодезия – в переводе с греческого «земле разделение») указывает, что геодезия как наука возникла из практических потребностей человечества, связанных с измерением и разделением участков. Современная геодезия является многогранной наукой, которая решает сложные научные, научно-технические и инженерные задачи путем специальных измерений, выполняемых при помощи геодезических и других приборов, и последующей математической и графической обработки их результатов. Геодезию можно определить как науку о методах и технике производства измерений на земной поверхности, выполняемых с целью изучения фигуры Земли, изображения земной поверхности в виде планов, карт и профилей, а также решения различных прикладных задач. Связь геодезии с другими науками Геодезия опирается на достижения ряда научных дисциплин, в первую очередь математики, физики и астрономии. Математика вооружает геодезию средствами анализа и методами обработки результатов измерений. Астрономия обеспечивает геодезию исходными данными для развития геодезических опорных сетей. На основе законов физики рассчитывают геодезические приборы. Успешно используются достижения науки и техники в области автоматики, телемеханики и радиоэлектроники, на базе которых конструируются приборы. Изучением Земли в различных аспектах занимаются география, геология, геоморфология, гравиметрия и геофизика. Поэтому совершенно естественна тесная связь геодезии с этими науками. Знание географии обеспечивает правильную трактовку элементов ландшафта, который составляют рельеф, естественный покров земной поверхности (растительность, почвы, моря, реки и т.д.) и результаты деятельности человека (населенные пункты, дороги, сооружения, средства связи и т.д.). Формы рельефа и закономерности их изменения познаются при помощи геологии и геоморфологии. Изучение фигуры Земли связано с исследованиями ее внешнего гравитационного поля, которые невозможно без использования законов и приборов гравиметрии. Применение в геодезии фотоснимков требует знания фотограмметрии. Для качественного графического оформления планов, карт и профилей необходимо изучение правил и приемов топографического черчения. Геодезия имеет огромное научное и практическое значение в самых различных сферах экономики нашей страны. Исследование околоземного и космического пространства требует детального изучения внешнего гравитационного поля Земли и распределения масс в ее теле. Поэтому роль геодезии в решении задач космических исследований чрезвычайно велика. Геодезические измерения широко используются в современных научных исследованиях по изучению внутреннего строения Земли и процессов, происходящих на ее поверхности и в недрах. С их помощью фиксируются величины вертикальных и горизонтальных тектонических движений земной коры, изменения береговых линий морей и океанов, колебания уровней последних и т.п. В настоящее время трудно найти практическую область экономики, в которой геодезия и геодезические работы не имели бы существенного значения. Для обеспечения непрерывного роста производительных сил страны чрезвычайно важно изучение ее территории в топографическом отношении, что осуществляют с помощью карт и планов, создаваемых по результатам геодезических работ. Карты являются основой для отображения результатов научных исследований и практической деятельности в области геологии, географии, геофизики и других наук. Карты различного назначения и содержания являются средством познания природы и жизни на Земле, источником разнообразных сведений о мире. Роль геодезии в разных отраслях Геодезия играет важную роль в решении многих задач народного хозяйства: при изысканиях, проектировании и строительстве самых различных сооружений при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых, при планировке, озеленении и благоустройстве населенных пунктов, земле- и лесоустройстве, осушении земель, при наблюдениях за деформациями сооружений и т.д. Важное значение геодезия имеет пери проведении поисковых и геологоразведочных работ, где геодезическое обслуживание, выполняемое для различных видов геологических исследований, требует зачастую применения ряда сложных геодезических методов и приборов и высокой профессиональной подготовки исполнителей. Велика роль геодезии в обороне страны. Карты – «глаза армии» – используются для изучения местности, отражения на ней боевой обстановки и разработки планов проведения боевых операций, при стрельбе по невидимым целям и возведении военно-инженерных сооружений. История геодезии Геодезия возникла в глубокой древности, когда появилась потребность изучения земной поверхности для хозяйственных целей. Еще задолго до нашей эры в Египте, Месопотамии, Китае и Греции геодезия играла важную роль в вопросах землепользования и инженерного строительства каналов, дамб, пирамид и других сооружений. Уже в древности геодезия решала не только практические, но и чисто научные задачи. Представления о форме Земли основывались на научных наблюдениях за явлениями природы. Пифагор и Аристотель считали Землю шарообразной. Эратосфен (276-194г.г. до н.э.) вычислил окружность Земли (около 40 тыс.км.), что почти совпадает с ее современным значением. Предложил тригонометрический метод определения долгот Хорезмский ученый Аль-Бируни решил задачу проектирования сферы на плоскость. Он предложил три способа: стереографической проекции (известный древним грекам); проектирования из центра проекции в какой-либо точке на оси сферы, внутри или вне ее (Абу Хамид ас-Сагани, X в.); цилиндрической проекции (разработан самим Бируни). В третьей книге «Канона Масуда» обобщил труды предшественников и изложил плоскую и сферическую тригонометрию как самостоятельную науку. Широкое развитие геодезии получила в ХVI в. в связи с новой экономикой зарождавшегося буржуазного общества. Новый этап в геодезии открылся с изобретения астрономической трубы в начале XVII в. (Янсен, Галилей, Кеплер), уровня, верньера и дальномера. Первые геодезические приборы с оптической трубой – нивелиры появились во второй половине XVII в. В 1787г. английским механиком Рамеденом был изобретен теодолит с оптической трубой. В начале XVII в. голландский ученый Снеллиус предложил метод триангуляции для определения с высокой точностью значительных расстояний на местности. В конце XVII в. И. Ньютон на основе открытого им закона всемирного тяготения пришел ввыводу, что Земля должна иметь форму шара, сплюснутого у полюсов. Начавшиеся в XVIII в. градусные измерения подтвердили теоретические выводы Ньютона о сфероидичности Земли. Шарль де ла Кондамин - французский астроном, геодезист и путешественник. В 1731 году правительство Франции отправило в географическую экспедицию по Южной Америке. В 1736 он отправил обратно во Францию, в парижскую Академию, валики темной «смолы» - несколько образцов каучука вместе с описанием продукции, производимой из него людьми, населяющими Амазонскую низменность. Впервые дал подробное описание методов изготовления каучуковых изделий, что способствовало ознакомлению европейцев с каучуком. В 1736-43 годах участвовал в Перуанской экспедиции, в ходе которой была измерена в Андах (район Кито-Куэнка) дуга меридиана длиной более 3°. Это измерение вместе с результатами работ Лапландской экспедиции (1735-44) послужило основанием для первого достоверного определения сплюснутости Земли. На рубеже 18 и 19 вв. возросли запросы и требования на топографические карты. Войны того периода показали значение и ценность топографических карт для военного дела. Во многих странах Европы были созданы военно-географические институты и военно-топографические управления, производившие основные астрономо-геодезические и съёмочные работы натерритории своих государств и колоний. При выполнении этих работ совершенствовались методы и инструменты геодезических измерений. В 1-й половине 19 в. стал применяться теодолит с микроскопами-микрометрами, сильно повысивший точность измерения углов, и были сконструированы различные типы жезловых базисных приборов. К этому же времени относится разработка современных методов измерения углов в триангуляции. В 1785 франц. учёный А.М. Лежандр ввёл понятие о потенциальной функции, положившее начало развитию теории потенциала и имеющее большое значение для геодезии, особенно в вопросах изучения фигуры Земли. В 1792-99 во Франции П. Мешен и Ж. Деламбр заново измерили дугу меридиана от Дюнкерка до Барселоны для установления длины метра как 1/10000000 доли четверти земного меридиана. По результатам этой работы был сделан первый достаточно достоверный вывод размеров земного эллипсоида. В начале 19 в. появилась теория ошибок и принцип наименьших квадратов, лежащий в основе современных методов обработки геодезических измерений. С начала 19 в. потребности геодезии вызвали развитие теории поверхностей и, в частности, теории отображения одной поверхности на другойВ 1821-24 нем. учёный К.Ф. Гаусс в Ганновере выполнил градусное измерение по дуге меридиана протяжённостью около 2°. Он внёс усовершенствования в методы измерения углов и впервые применил для дневных наблюдений гелиотроп. В 1831-34 нем. астроном Ф.В. Бессель произвёл небольшое градусное измерение в Восточной Пруссии. Он сконструировал базисный прибор, основанный на принципе биметаллизма, применявшийся в Германии до начала 20 в. Гаусс и Бессель разработали новые способы решения геодезич. задачи на поверхности земного эллипсоида. Организационные формы геодезической службы в РК В РК государственную топографо-геодезическую и картографическую службу возглавляет Агенство по управлению земельными ресурсами РК. В его подчинении находятся ПО «Южгеодезия», «Севергеодезия», «Астана-топография», «Караганда-маркшейдерия». Главными производственными задачами Агенства и его производственных объединении являются: 1. Производство высокоточных работ по развитию геодезических сетей на территории республики и выполнение топографических съемок для создания карт. 2. Координация и государственный контроль геодезических и топографических работ, выполняемых различными ведомствами и организациями. При Агенстве по управлению земельными ресурсами республики имеется картографический фонд (Алматыгеокарт), в котором сосредоточены все материалы картографо-геодезических работ, выполняемых на территории республики. В Республике создан «Центр по геоинформационному обеспечению Вооруженных сил РК», который создает и издает различного рода и назначения карт, планов и атласов. Лекция 2. Понятие о форме и размерах Земли Точное знание формы и размеров Земли необходимо во многих областях науки и техники (при запуске искусственных спутников и космических ракет, в авиации, мореплавании, радиосвязи и т.д.) и прежде всего в самой геодезии для правильного изображения земной поверхности на картах. В геодезии для обозначения формы земной поверхности используют термин «фигура Земли». 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. Средняя глубина Мирового океана – около 3800 м; средняя высота над средним уровнем воды в океанах – 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. Представление о фигуре Земли (рис. 2) 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. 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.  Рис. 27. Вертикальный разрез (а) и профиль (б) местности умноженный на цену деления левого основания, плюс отсчет делений вверх по трансверсали, умноженный на цену наименьшего деления масштаба. Точность измерения длины линий по поперечному масштабу оценивается половиной цены его наименьшего деления. Переходный масштаб. Иногда в практике приходится пользоваться картой или аэроснимком, масштаб которых не является стандартным, например, 1:17500, то-есть, 2 см на карте соответствуют 350 м на местности; наименьшее деление нормального поперечного сотенного масштаба будет при этом 3.5 м. Оцифровка такого масштаба неудобна для практических работ, поэтому поступают следующим образом. Основание поперечного масштаба берут не 2 см, а расчитывают так, чтобы оно соответствовало круглому числу метров, например, 400 м. Длина основания в этом случае будет a = 400 м / 175 м = 2.28 см. Если теперь построить поперечный масштаб с длиной основания a = 2.28 см, то одно деление левого основание будет соответствовать 40 м, а цена наименьшего деления будет равна 4 м. Поперечный масштаб с дробным основанием называется переходным. ^ Точность масштаба. Карта или план - это графические документы. Принято считать, что точность графических построений оценивается величиной 0.1 мм. Длина горизонтального проложения линии местности, соответствующего на карте отрезку 0.1 мм, называется точностью масштаба. Практический смысл этого понятия заключается в том, что детали местности, имеющие размеры меньше точности масштаба, на карте в масштабе изобразить невозможно, и приходится применять так называемые внемасштабные условные знаки. Кроме понятия "точность масштаба" существует понятие "точность плана". Точность плана показывает, с какой ошибкой нанесены на план или карту точечные объекты или четкие контуры. Точность плана оценивается в большинстве случаев величиной 0.5 мм; в нее входят ошибки всех процессов создания плана или карты, в том числе и ошибки графических построений Разграфка и номенклатура топографических карт Номенклатурой называется система нумерации отдельных листов топографических карт и планов разных масштабов. Схема взаимного расположения отдельных листов называется разграфкой. В нашей стране принята международная система разграфки и номенклатуры топографических карт; ее основой является лист карты масштаба 1:1 000 000. Вся поверхность Земли условно разделена меридианами и параллелями на трапеции размером 6o по долготе и 4o по широте; каждая трапеция изображается на одном листе карты масштаба 1:1 000 000. Листы карт, на которых изображаются трапеции, расположенные между двумя соседними параллелями, образуют ряды, которые обозначаются буквами латинского алфавита от A до V от экватора к северу и к югу. Листы карт, на которых изображаются трапеции, расположенные между двумя соседними меридианами, образуют колонны. Колонны имеют порядковые номера от 1 до 60, начиная с меридиана 180o; колонна листов карт, на которой изображена 1-я зона проекции Гаусса (см. раздел 1.7), имеет порядковый номер 31 (рис.5.3). Номенклатура листа карты миллионного масштаба составляется из буквы ряда и номера колонны, например, N-37.  Листы карты масштаба 1:50 000 получают делением листа масштаба 1:100 000 на 4 части средним меридианом и средней параллелью. Размеры листа - 15' по долготе и 10' по широте. Номенклатуру листа карты масштаба 1:50 000 получают, добавляя к номенклатуре листа 1:100 000 справа прописную букву русского алфавита А, Б, В, Г, например, N-37-144-А.  Рис.5.3 Схема расположения листов карты масштаба 1: 1 000 000. Листы карты масштаба 1:500 000 получают делением листа миллионного масштаба на 4 части средним меридианом и средней параллелью. Размеры листа - 3o по долготе и 2o по широте. Номенклатуру листа карты масштаба 1:500 000 получают, добавляя к номенклатуре миллионного листа справа прописную букву русского алфавита А, Б, В, Г, например, N-37-А. Рис. 5.4 Пример разграфки листа миллионной карты на карты масштаба 1:500 000 (синие), 1:200 000 (зелёные) и 1:100 000 (жёлтые) Листы карты масштаба 1:200 000 получают делением листа миллионного масштаба на 36 частей меридианами и параллелями. Размеры листа - 1o по долготе и 40' по широте. Номенклатуру листа карты масштаба 1:200 000 получают, добавляя к номенклатуре миллионного листа справа римскую цифру от I до XXXYI, например, N-37-XXIY. Листы карты масштаба 1:100 000 получают делением листа миллионного масштаба на 144 части меридианами и параллелями. Размеры листа - 30' по долготе и 20' по широте. Номенклатуру листа карты масштаба 1:100 000 получают, добавляя к номенклатуре миллионного листа слева числа от 1 до 144, например, N-37-144. Листы карты масштаба 1:25 000 получают делением листа масштаба 1:50 000 на 4 части средним меридианом и средней параллелью. Размеры листа - 7'30" по долготе и 5' по широте. Номенклатуру листа карты масштаба 1:25 000 получают, добавляя к номенклатуре листа 1:50 000 справа строчную букву русского алфавита а, б, в, г, например, N-37-144-А-а. Листы карты масштаба 1:10 000 получают делением листа масштаба 1:25 000 на 4 части средним меридианом и средней параллелью. Размеры листа - 3'45" получают, добавляя к номенклатуре листа 1:25 000 справа цифру от 1 до 4, например, N-37-144-А-а-1. Севернее 60-й параллели листы карт издаются сдвоенными по долготе, севернее 76-й параллели - счетверенными по долготе и 2'30" по широте. Номенклатуру листа карты масштаба 1:10 000 . . . . . .. . . . . . |