Связь геодезии с другими науками кратко
Обновлено: 08.07.2024
Основные научные и технические задачи геодезии следующие:
- определение фигуры Земли и ее внешнего гравитационного поля;
- определение положения отдельных точек земной поверхности в выбранной системе координат;
- создание карт и планов местности;
- выполнение измерений на земной поверхности, необходимых для проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений, эксплуатации природных богатств Земли и т. д.
- обеспечение геодезическими данными нужд обороны страны.
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 населенных 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 приемов топографического черчения. С помощью данного метода составляются чертежи, являющиеся продуктом производства геодезических работ и характеризующиеся сложной символикой, большой точностью и высоким качеством исполнения.
Введение
Основные научные и технические задачи геодезии следующие:
- определение фигуры Земли и ее внешнего гравитационного поля;
- определение положения отдельных точек земной поверхности в выбранной системе координат;
- создание карт и планов местности;
- выполнение измерений на земной поверхности, необходимых для проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений, эксплуатации природных богатств Земли и т. д.
- обеспечение геодезическими данными нужд обороны страны.
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 населенных 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 приемов топографического черчения. С помощью данного метода составляются чертежи, являющиеся продуктом производства геодезических работ и характеризующиеся сложной символикой, большой точностью и высоким качеством исполнения.
ГЕОДЕЗИЯ ("гео" - земля, "де" - разделять) - наука об определении фигуры, размеров и гравитационного поля Земли, а так же об измерениях на её поверхности, с целью получения планов и профилей местности для удовлетворения потребностей народного хоз-ва.
Задачи геодезии подразделяются на научные и научно-технические.
Главной научной задачей геодезии является определение формы и размеров ЗЕМЛИ и ее внешнего гравитационного поля. Наряду с этим геодезия играет большую роль в решении многих других научных задач, связанных с изучением Земли. К числу таких задач, например, относятся: исследования структуры и внутреннего строения Земли, горизонтальных и вертикальных деформаций земной коры; перемещений береговых линий морей и океанов; определение разностей высот уровней морей, движений земных полюсов и др.
Научно-технические и практические задачи геодезии чрезвычайно разнообразны; с существенными обобщениями они заключаются в следующем:
- полевые исследования - полевая геодезия обеспечивает составление проектов сооружений путём выполнения полевых геодезических измерений и вычислительно графических работ;
- разбивочные работы - перенесение запроектированных сооружений на местность;
- исполнительные съёмки - с целью того, чтобы выяснить на сколько отличаются результаты исполненного этапа от проекта;
- наблюдения за деформациями
Все задачи геодезии решаются на основе результатов специальных измерений, называемых геодезическими, выполняемых при помощи специальных геодезических приборов. Поэтому разработка программ и методов измерений, создание наиболее целесообразных типов геодезических приборов составляют важные научно-технические задачи геодезии.
Геодезия подразделяется на ряд научных и научно-технических дисциплин:
Высшая геодезия, занимается определением фигуры, размеров, гравитационного поля Земли. Разрабатывает теорию и методы основных геодезических измерений, служащих для построения опорной геодезической сети.
Топография ("топос" - место, "граф" - пишу), занимается детальным изучением конкретных участков Земли (земной поверхности), путём создания топографических карт на основе съёмочных работ (наземные, воздушные). Соединение фотоснимков в единое целое - план или карту производится при помощи пунктов геодезической сети; при этом используются математические законы соответствия между объектом фотографирования и его изображением на снимке.
Область научно-технических знаний, рассматривающая эти законы, а также методы и приборы, используемые для определения взаимного положения объектов фотографирования по фотоснимкам, называется фотограмметрией (измерительной фотографией).
Спутниковая геодезия,(космическая), в её задачи входит рассмотрение теории и методов использования спутников Земли для решения различных практических задач геодезии.
Картография, это наука о картографическом отображении земной поверхности, о методах создания карт и их использовании. Создание карт основано на использовании и обобщении различных геодезических и топографических материалов.
Инженерная геодезия, изучает методы, технику и организацию геодезических работ, связанных с проведением различных инженерных организаций (строительство, мелиорация, рекультивация).
СВЯЗЬ ГЕОДЕЗИИ С ДРУГИМИ НАУКАМИ. РОЛЬ ГЕОДЕЗИИ - В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ, НАРОДНОХОЗЯЙСТВЕННОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ОБОРОНЕ СТРАНЫ.
Методы решения научных и практических задач геодезии основываются на законах математики и физики. На основе математики производится обработка результатов измерений, позволяющая получать с наибольшей достоверностью значения искомых величин. Задача изучения фигуры Земли и ее гравитационного поля решается на основе законов механики. Сведения из физики, особенно ее разделов - оптики, электроники и радиотехники, необходимы для разработки геодезических приборов и правильной их эксплуатации.
Геодезия связана с астрономией, геологией, геофизикой, геоморфологией, географией и другими науками. Геоморфология наука о происхождении и развитии рельефа земной поверхности необходима геодезии для правильного изображения форм рельефа на планах и картах. Без знания размеров и формы Земли невозможно создание топографических карт и решение многих практических задач на земной поверхности. Геодезические измерения обеспечивают соблюдение геометрических форм и элементов проекта сооружения в отношении как его расположения на местности, так и внешней и внутренней конфигурации. Даже после окончания строительства производятся специальные геодезические измерения, имеющие целью проверку устойчивости-сооружения и выявление возможных деформаций во времени под действием различных сил и причин. Исключительное значение имеет геодезия для обороны страны. Строительство оборонительных сооружений, стрельба по невидимым целям, использование военной ракетной техники, планирование военных операций и многие другие стороны военного дела требуют геодезических данных, карт и планов.
2. ФОРМА И РАЗМЕРЫ ЗЕМЛИ. Геоид, референц-элипсоид, шар. Общая форма Земли как материального тела определяется действием внутренних и внешних сил на ее частицы, т.е. поверхность Земли образует фигуру неправильной, сложной формы. При определении фигуры и размеров Земли в геодезии вводится понятие уровенных поверхностей. Основная уровенная поверхность – это поверхность воды в океанах и собирающимися с ними морями, в состоянии полного покоя и равновесия, мысленно продолженная под материками так, чтобы она пересекала направление отвесной линии под прямым углом (90'). Направление отвесной линии к уровневой поверхности в геодезии принимают за одну из осей координат. Фигура Земли, ограниченная основной уровенной поверхностью, называется – геоид. Вследствие особой сложности, геометрической направленности геоида его заменяют другой фигурой – эллипсоидом, который получается от вращения эллипса вокруг его малой оси PP1. (a=6378245м; b=6356863м; сжатие a=(a-b)/a=1/298,3; R=6371,11км).
Земной эллипсоид ориентируют в теле Земли так, чтобы его поверхность в наибольшей мере соответствовала поверхности геоида. Эллипсоид с определенными размерами и определенным образом ориентированный в теле Земли называется референц-эллипсоидом (сфероидом).
Наибольшие отклонения геоида от сфероида составляют 100–150 м. В тех случаях, когда при решении практических задач фигуру Земли принимают за шар, радиус шара, равновеликого по объему эллипсоиду Красовского, составляет R = 6 371 110 м = 6371,11 км.
При решении практических задач в качестве типичной фигуры Земли принимают сфероид или шар, а для небольших участков кривизну Земли вообще не учитывают. Такие отступления целесообразны, так как упрощается проведение геодезических работ.
Начало отсчёта плановых координат для всех карт находится в центре Круглого зала Пулковской обсерватории. Малая ось референт эллипсоида совпадает с осью вращения Земли. Третья координата (высотная) определяется от среднего многолетнего уровня Балтийского моря, зафиксированного 0' Кронштадского футштока.
Геодезия – наука об измерениях на земной поверхности и в околоземном пространстве, проводимых для определения формы и размеров Земли, отображения ее поверхности или отдельных частей в виде обычных карт, планов, профилей или цифровых компонентов геоинформационных систем, используемых для инвентаризации, проектирования, строительства и управления объектами и сооружениями.
В теории и практике геодезии широко используются средства и методы математики, астрономии, информатики и геоинформатики, физики, электроники, географии, геофизики и других смежных наук.
Билет №2. Инженерная геодезия и геоинформатика, их задачи и место при изыысканиях, строительстве и эксплуатации железных дорог, мостов и транспортных тоннелей.
Инженерная геодезия – комплекс геодезических работ, выполняемых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений и монтаже технологического оборудования.
Геоинформатика – наука, изучающая все аспекты сбора, обработки и представления информации об объектах, процессах и явлениях, происходящих на Земле во времени и пространстве.
Инженерная геодезия и геоинформатика на стадии инженерно-геодезических изысканий обеспечивают полную топографо-геодезическую геоинформацию, необходимую для проектирования и реконструкции сооружений, в виде карт, планов, цифровых моделей местности, которые и являются основой проектирования любых сооружений.
Билет №3. Форма и размеры Земли. Отвесная линия. Уровенная поверхность. Геоид. Референц-эллипсоид.
За форму Земли принято тело, ограниченное поверхностью океанов в их спокойном состоянии, продолженной и под материками, и называемое геоидом.
Поверхность, в каждой своей точке перпендикулярная к отвесной линии (направлению силы тяжести), называется уровенной поверхностью. Из множества уpовенных поверхностей одна совпадает с поверхностью геоида.
Из-за неравномерности распределения масс в земной коре геоид имеет неправильную геометрическую форму, и его поверхность нельзя выразить математически, что необходимо для решения геодезических задач. Поэтому геоид заменяют близкими к нему геометрически правильными поверхностями.
Так, для приближенных вычислений Землю принимают за шар. Радиус шара, равного по объему геоиду, равен R = 6371,11 км.
Ближе к форме геоида подходит эллипсоид – фигура, получаемая вращением эллипса вокруг его малой оси. Размеры земного эллипсоида характеризуют следующими основными параметрами: a - большая полуось, b - малая полуось и - полярное сжатие.
Различают общеземной эллипсоид и референц-эллипсоид.
Центр общеземного эллипсоида помещают в центре масс Земли, малую ось совмещают со средней осью вращения Земли, а размеры принимают такие, чтобы обеспечить наибольшую близость поверхности эллипсоида к поверхности геоида. Общеземной эллипсоид используют при решении глобальных геодезических задач, и в частности при обработке спутниковых измерений. Референц-эллипсоид – эллипсоид, принятый для конкретной страны, как наиболее близкий к ее поверхности. При определении параметров референц-эллипсоида совмещения центров эллипсоида и Земли не добиваются.
В России с 1946 г. в качестве референц-эллипсоида используется эллипсоид Красовского с параметрами: а = 6 378 245 м, в = 6 356 863 м(малая полуось), a=(а-в)/а = 1/ 298,3.
Билет №5. Геоцентрические пространственные прямоугольные координаты.
Это пространственная прямоугольная система координат, представляющая собой геоцентрическую экваториальную систему координат, ось Z которой направлена на северный полюс Земли, а ось X – в точку гринвича G пересечения гринвичского меридиана с экватором. Полученная система координат (OXYZ) участвует в суточном вращении Зеемли, оставаясь неподвижной относительно точек земной поверхности, и потому удобна для определения положения объектов земной поверхности.
Билет №6. Система зональных прямоугольных координат.
Для решения задач инженерной геодезии от пространственных и геодезических координат переходят к более простым - плоским координатам, позволяющим изображать местность на плоскости и определять положение точек двумя координатами х и у.
Поскольку выпуклую поверхность Земли изобразить на плоскости без искажений нельзя, введение плоских координат возможно только на ограниченных участках, где искажения так малы, что ими можно пренебречь.
В России принята система прямоугольных координат, основой которой является равноугольная поперечно-цилиндрическая проекция Гаусса. Поверхность эллипсоида изображается на плоскости по частям, называемым зонами. Зоны представляют собой сферические двуугольники, ограниченные меридианами, и простирающиеся от северного полюса до южного (рис. 2.3). Размер зоны по долготе равен 6°. Центральный меридиан каждой зоны называется осевым.
Долгота осевого меридиана зоны с номером N равна:l0 = 6°× N - 3° .
Осевой меридиан зоны и экватор изображаются на плоскости прямыми линиями. Осевой меридиан принимают за ось абсцисс x, а экватор - за ось ординат y. Их пересечение (точка О) служит началом координат данной зоны. Чтобы избежать отрицательных значений ординат, координаты пресечения принимают равными x0 = 0, y0 = 500 км, что равносильно смещению оси х к западу на 500 км.
Чтобы по прямоугольным координатам точки можно было судить, в какой зоне она расположена, к ординате y слева приписывают номер координатной зоны.
Билет №11. План и карта. Цифровая модель местности, цифровая и электронная карты.
Планом называется уменьшенное подобное изображение горизонтальной проекции небольшого участка местности.
Для составления плана местности расположенные на ней точки проецируют на уровенную поверхность по направлению отвесных линий. Ввиду малости участка отвесные линии оказываются практически параллельными, а фрагмент уровенной поверхности может рассматриваться как плоскость. Полученную проекцию местности уменьшают и изображают на плане. Степень уменьшения характеризуется масштабом плана.
Картой называют уменьшенное и обобщённое изображение на плоскости всей земной поверхности или значительных её частей. Для изготовления карты объекты местности проецируют на поверхность земного эллипсоида и полученное изображение переносят на плоскость. Такой перенос невозможно выполнить без искажений. Каковы будут искажения, определяется картографической проекцией – законом перехода от геодезических координат объектов к плоским координатам карты. В геодезии чаще всего пользуются равноугольными (или иначе - конформными) проекциями, сохраняющими без искажений углы и очертания малых объектов. Карты классифицируют также по виду изображения на них меридианов и параллелей. В конических проекциях параллели изображаются концентрическими окружностями, а меридианы – радиальными прямыми, углы между которыми пропорциональны разностям долгот. В цилиндрических проекциях линии меридианов и параллелей изображаются взаимно перпендикулярными прямыми.
Топографические карты в России издают в поперечной цилиндрической проекции Гаусса - конформной проекции, в которой прямыми линиями без искажений изображаются осевой меридиан зоны и экватор.
В условиях применения компьютерных технологий, наряду с изображениями местности на бумажных носителях - картами и планами, используются их цифровые аналоги.
Цифровой моделью местности (ЦММ) называется представленное в виде цифровых кодов и хранимое на магнитных носителях логико-математическое описание местности, адекватное по содержанию плану местности. Основным содержанием ЦММ является топографическая информация: координатыи высоты точек, очертания объектов, их свойства. ЦММ содержит и общую информацию - название участка, система координат и высот, номенклатура.
Цифровой картой называют цифровую модель значительного участка земной поверхности, сформированную с учётом генерализации изображаемых объектов и принятой картографической проекции.
Электронной картой называется изображение местности на экране дисплея, полученное на основе цифровой карты
Билет №1. Предмет и задачи геодезии. Её связь с другими науками.
Геодезия – наука об измерениях на земной поверхности и в околоземном пространстве, проводимых для определения формы и размеров Земли, отображения ее поверхности или отдельных частей в виде обычных карт, планов, профилей или цифровых компонентов геоинформационных систем, используемых для инвентаризации, проектирования, строительства и управления объектами и сооружениями.
В теории и практике геодезии широко используются средства и методы математики, астрономии, информатики и геоинформатики, физики, электроники, географии, геофизики и других смежных наук.
Билет №1. Предмет и задачи геодезии. Её связь с другими науками.
Геодезия – наука об измерениях на земной поверхности и в околоземном пространстве, проводимых для определения формы и размеров Земли, отображения ее поверхности или отдельных частей в виде обычных карт, планов, профилей или цифровых компонентов геоинформационных систем, используемых для инвентаризации, проектирования, строительства и управления объектами и сооружениями.
В теории и практике геодезии широко используются средства и методы математики, астрономии, информатики и геоинформатики, физики, электроники, географии, геофизики и других смежных наук.
Билет №2. Инженерная геодезия и геоинформатика, их задачи и место при изыысканиях, строительстве и эксплуатации железных дорог, мостов и транспортных тоннелей.
Инженерная геодезия – комплекс геодезических работ, выполняемых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений и монтаже технологического оборудования.
Геоинформатика – наука, изучающая все аспекты сбора, обработки и представления информации об объектах, процессах и явлениях, происходящих на Земле во времени и пространстве.
Инженерная геодезия и геоинформатика на стадии инженерно-геодезических изысканий обеспечивают полную топографо-геодезическую геоинформацию, необходимую для проектирования и реконструкции сооружений, в виде карт, планов, цифровых моделей местности, которые и являются основой проектирования любых сооружений.
Билет №3. Форма и размеры Земли. Отвесная линия. Уровенная поверхность. Геоид. Референц-эллипсоид.
За форму Земли принято тело, ограниченное поверхностью океанов в их спокойном состоянии, продолженной и под материками, и называемое геоидом.
Поверхность, в каждой своей точке перпендикулярная к отвесной линии (направлению силы тяжести), называется уровенной поверхностью. Из множества уpовенных поверхностей одна совпадает с поверхностью геоида.
Из-за неравномерности распределения масс в земной коре геоид имеет неправильную геометрическую форму, и его поверхность нельзя выразить математически, что необходимо для решения геодезических задач. Поэтому геоид заменяют близкими к нему геометрически правильными поверхностями.
Так, для приближенных вычислений Землю принимают за шар. Радиус шара, равного по объему геоиду, равен R = 6371,11 км.
Ближе к форме геоида подходит эллипсоид – фигура, получаемая вращением эллипса вокруг его малой оси. Размеры земного эллипсоида характеризуют следующими основными параметрами: a - большая полуось, b - малая полуось и - полярное сжатие.
Различают общеземной эллипсоид и референц-эллипсоид.
Центр общеземного эллипсоида помещают в центре масс Земли, малую ось совмещают со средней осью вращения Земли, а размеры принимают такие, чтобы обеспечить наибольшую близость поверхности эллипсоида к поверхности геоида. Общеземной эллипсоид используют при решении глобальных геодезических задач, и в частности при обработке спутниковых измерений. Референц-эллипсоид – эллипсоид, принятый для конкретной страны, как наиболее близкий к ее поверхности. При определении параметров референц-эллипсоида совмещения центров эллипсоида и Земли не добиваются.
В России с 1946 г. в качестве референц-эллипсоида используется эллипсоид Красовского с параметрами: а = 6 378 245 м, в = 6 356 863 м(малая полуось), a=(а-в)/а = 1/ 298,3.
Билет №5. Геоцентрические пространственные прямоугольные координаты.
Это пространственная прямоугольная система координат, представляющая собой геоцентрическую экваториальную систему координат, ось Z которой направлена на северный полюс Земли, а ось X – в точку гринвича G пересечения гринвичского меридиана с экватором. Полученная система координат (OXYZ) участвует в суточном вращении Зеемли, оставаясь неподвижной относительно точек земной поверхности, и потому удобна для определения положения объектов земной поверхности.
Билет №6. Система зональных прямоугольных координат.
Для решения задач инженерной геодезии от пространственных и геодезических координат переходят к более простым - плоским координатам, позволяющим изображать местность на плоскости и определять положение точек двумя координатами х и у.
Поскольку выпуклую поверхность Земли изобразить на плоскости без искажений нельзя, введение плоских координат возможно только на ограниченных участках, где искажения так малы, что ими можно пренебречь.
В России принята система прямоугольных координат, основой которой является равноугольная поперечно-цилиндрическая проекция Гаусса. Поверхность эллипсоида изображается на плоскости по частям, называемым зонами. Зоны представляют собой сферические двуугольники, ограниченные меридианами, и простирающиеся от северного полюса до южного (рис. 2.3). Размер зоны по долготе равен 6°. Центральный меридиан каждой зоны называется осевым.
Долгота осевого меридиана зоны с номером N равна:l0 = 6°× N - 3° .
Осевой меридиан зоны и экватор изображаются на плоскости прямыми линиями. Осевой меридиан принимают за ось абсцисс x, а экватор - за ось ординат y. Их пересечение (точка О) служит началом координат данной зоны. Чтобы избежать отрицательных значений ординат, координаты пресечения принимают равными x0 = 0, y0 = 500 км, что равносильно смещению оси х к западу на 500 км.
Чтобы по прямоугольным координатам точки можно было судить, в какой зоне она расположена, к ординате y слева приписывают номер координатной зоны.
Билет №11. План и карта. Цифровая модель местности, цифровая и электронная карты.
Планом называется уменьшенное подобное изображение горизонтальной проекции небольшого участка местности.
Для составления плана местности расположенные на ней точки проецируют на уровенную поверхность по направлению отвесных линий. Ввиду малости участка отвесные линии оказываются практически параллельными, а фрагмент уровенной поверхности может рассматриваться как плоскость. Полученную проекцию местности уменьшают и изображают на плане. Степень уменьшения характеризуется масштабом плана.
Картой называют уменьшенное и обобщённое изображение на плоскости всей земной поверхности или значительных её частей. Для изготовления карты объекты местности проецируют на поверхность земного эллипсоида и полученное изображение переносят на плоскость. Такой перенос невозможно выполнить без искажений. Каковы будут искажения, определяется картографической проекцией – законом перехода от геодезических координат объектов к плоским координатам карты. В геодезии чаще всего пользуются равноугольными (или иначе - конформными) проекциями, сохраняющими без искажений углы и очертания малых объектов. Карты классифицируют также по виду изображения на них меридианов и параллелей. В конических проекциях параллели изображаются концентрическими окружностями, а меридианы – радиальными прямыми, углы между которыми пропорциональны разностям долгот. В цилиндрических проекциях линии меридианов и параллелей изображаются взаимно перпендикулярными прямыми.
Топографические карты в России издают в поперечной цилиндрической проекции Гаусса - конформной проекции, в которой прямыми линиями без искажений изображаются осевой меридиан зоны и экватор.
В условиях применения компьютерных технологий, наряду с изображениями местности на бумажных носителях - картами и планами, используются их цифровые аналоги.
Цифровой моделью местности (ЦММ) называется представленное в виде цифровых кодов и хранимое на магнитных носителях логико-математическое описание местности, адекватное по содержанию плану местности. Основным содержанием ЦММ является топографическая информация: координатыи высоты точек, очертания объектов, их свойства. ЦММ содержит и общую информацию - название участка, система координат и высот, номенклатура.
Цифровой картой называют цифровую модель значительного участка земной поверхности, сформированную с учётом генерализации изображаемых объектов и принятой картографической проекции.
Электронной картой называется изображение местности на экране дисплея, полученное на основе цифровой карты
Билет №1. Предмет и задачи геодезии. Её связь с другими науками.
Геодезия – наука об измерениях на земной поверхности и в околоземном пространстве, проводимых для определения формы и размеров Земли, отображения ее поверхности или отдельных частей в виде обычных карт, планов, профилей или цифровых компонентов геоинформационных систем, используемых для инвентаризации, проектирования, строительства и управления объектами и сооружениями.
В теории и практике геодезии широко используются средства и методы математики, астрономии, информатики и геоинформатики, физики, электроники, географии, геофизики и других смежных наук.
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Геодезические измерения на местности производились в далекой древности . Еще до нашей эры в Вавилонии составлялись планы земельных участков. В Древнем Египте в XX - IX вв. до н.э.. при сооружении каналов применяли нивелирование. В Греции Аристотель в IV в. до н.э. определил название науки - геодезия. Эратосфен (Ш в. до н.э.) впервые вычислил размеры земного шара из градусных измерений. Александрийский астроном Гиппарх во П в. до н.э. изобрел астролябию (угломерный прибор) и ввел в употребление понятие географических координат. По знаменитым сочинениям Герона ( П в. до н.э.) "Измерения"', "О диоптре" известно о высоком уровне геодезических знаний того времени. О развитии геодезии в первом тысячелетии нашей эры нет достоверных данных.
Во второй половине текущего тысячелетия в Европе в связи с оживлением торговых связей, расширением мореплавания развиваются геодезические и картографические работы как следствие открытий в области математики, физики, точной механики и оптики. К этому периоду относится изобретение зрительной трубы, микроскопа, верньера, уровней и т.д.
Первые сведения о геодезических измерениях в России относятся к Х 1 в., когда между Керчью и Таманью по льду была измерена ширина Керченского пролива.
С укреплением государства Российского при Петре I , в начале ХУШ в. открыты Навигатская школа в Москве и Морская академия в Петербурге, из стен которых вышли первые русские геодезисты, топографы и астрономы; с 1779 г. их подготовка началась в Константиновском Межевом институте,.
Со времени организации в России корпуса военных топографов (1822 г.) съёмочные работы получили быстрое развитое.
На рубеже ХУШ и XIX вв. и в первой . половине XIX в. выполнены знаменитые градусные измерения: Большое французское и Дуга Струве в России. Измерение Б.Я.Струве - К.П.Таннера общей протяженностью 3000 км (25°20') от Ледовитого океана до устья Дуная с ошибкой всего 12 м остается образцом работ, тех лет.
В XIX веке в геодезии был разработан научно обоснованный способ математической обработки результатов астрономических и геодезических измерений - способ наименьших квадратов.
Геодезические и съёмочные работы в советский период базировались на результатах работ, проведенных советскими геодезистами под руководством Ф. Н. Красовского. В 1928 г. открыт ЦНИИГАиК , В 1940 г. вычислены фигура и размеры эллипсоида Красовского (Ф.Н.Красовский, А.А.Изотов). М.С.Молоденским разработана новая теория изучения фигуры Земли и её внешнего гравитационного поля. Создана отечественная научная школа аэрофотогеодезии и прикладной геодезии. В 60-х годах созданы НИИПГ и Госцентр "Природа".
На территории СССР к середине 60-х годов созданы Государственная астрономо-геодезическая сеть высокой точности, в середине 50-х годов - карта масштаба 1:100000, в середине 80гх_ годов - карта масштаба 1:25000, новые генпланы более чем 2000 городов в масштабе 1:2000 и 1:5000.
Более 50% территории СССР покрыто съемками в масштабах 1: 10 000, 1: 5 000, 1: 2 000. С 1965 г. начаты и ведутся в больших объемах работы по съемке шельфа морей и океанов.
С 1991 г., со времени образования Российской Федерации, ведение топографо-геодезических работ в стране возглавляет Федеральная служба геодезии и картографии России. В ее состав входят:
маркшейдерские предприятия: Северное, Центральное, Уральское, Кузбасское;
5 топографических техникумов: Санкт-Петербургский, Московский, Новосибирский, Томский, Хабаровский.
3. Понятие о форме и размерах Земли, поверхности относимости
Необходимость знания фигуры и размеров Земли возникла в связи с потребностями мореплавания. В наши дни требуются более точные данные о размерах Земли. В истории вопроса о фигуре Земли различают три периода. До конца Х VII в. Землю принимали за шар. Последующие 150 лет, когда И. Ньютон обосновал, что Земля сплюснута у полюсов, ее стали считать сфероидом (фигура равновесия вращающейся вязкой массы). В 1735 г. французская Академия наук снарядила две экспедиции для выполнения градусных измерений в Перу (ближе к экватору) и Лапландию (ближе к Северному полюсу), которые подтвердили вывод И. Ньютона (у полюса дуга одного . градуса меридиана оказалась длиннее, чем у экватора). Последние 120 лет - современный период - наука пришла к выводу, что сфероид-это лишь второе приближение к истинной фигуре Земли. Землю стали считать по определению немецкого физика Листинга геоидом (в переводе с греческого " гео " - земля, - " эйдос " - вид) - телом, имеющим неправильную математическую фигуру. Геоид - фигура Земли, ограниченная уровенной поверхностью, совпадающей со средней уровенной поверхностью воды в открытых морях и океанах, мысленно продолженной под материками так, что для всех точек земной поверхности она перпендикулярна отвесным линиям, проходящим через эти точки. Поверхность геоида - сложная поверхность, связанная с плотностью и распределением масс внутри Земли (рис. 1).
Для целей практической геодезии достаточно Землю принять за простейший из сфероидов - эллипсоид вращения - фигуру, образованную вращением эллипса вокруг его малой оси.
До второй половины XX века в разных странах принимались разные размеры земных эллипсоидов. Это объяснялось не только недостаточной изученностью формы и размеров Земли, но, главным образом, исторически сложившейся практикой топографо-геодезических работ в разных странах.
В Германии в 1841 г. - эллипсоид Бесселя ( а =6377397 м; a Хейфорда ( а =6378388 м ; a Красовского а =6378245 м; a =1/298,3).
Единые общепринятые размеры земного эллипсоида впервые учреждены Х VI ассамблеей Международного геодезического и геофизического союза (Франция, Гренобль, 1975 г.): большая полуось:
а =6378140 ± 5 м( рис. 1), Сжатие ( a = (а- b )/ a ) a =1/298,257
В последующие годы размеры земного эллипсоида уточнялись:
в 1983г.- а = 6378137 + I м , a =1/298,256;
в1987г.- а = 6378136 ±1 м, a = 1/298,256.
Чтобы земной эллипсоид, ближе подходил к геоиду, его соответственно располагают в теле Земли или, как говорят, ориентируют.
Эллипсоид с определенными размерами и определенным образом ориентированный в теле Земли называется референц-эллипсоидом . Поверхность референц-эллипсоида является той поверхностью, на которую проектируют (относят) все измерения, выполненные не физической поверхности Земли. Такая поверхность называется поверхностью относимости .
Во многих случаях практики геодезических работ достаточно считать, что поверхность относимости (поверхность референц-эллипсоида совпадает с поверхностью геоида (с уровенной поверхностью) , и ее можно принять за поверхность шара, равновеликого по объему с земным эллипсоидом. Например, для эллипсоида Красовского радиус такого шара R = 6371,11 км.
4. Определение положения точек земной поверхности.
Системы координат, применяемые в геодезии. Положение любой точки земной поверхности определяется однозначно, если известим её координаты и высота. В геодезии, как правило, применяются геодезические, астрономические и прямоугольные координаты. 3 геодезической системе координат основной координатной поверхностью считают поверхность референц-эллипсоида . Проектирование точек физической поверхности Земли на эту поверхность выполняется по нормалям. Основными координатными линиями являются геодезические меридианы и параллели.
Плоскостью геодезического меридиана называют сечение эллипсоида плоскостью, проходящей через малую (полярную) ось. Плоскостью геодезической параллели называют плоскость сечения эллипсоида, перпендикулярную полярной оси. Положение точки на эллипсоиде определяется пересечением меридиана и параллели, которые задаются соответственно долготой и широтой.
Н - произвольная точка земной поверхности; РР'- малая ось эллипсоида;
PQP '- Гринвичский меридиан;
B - геодезическая широта точки М;
L - геодезическая долгота точки М;
А - геодезический азимут линии MD ;
N - нормаль к поверхности эллипсоида в точке М;
G М - отвесная линия в точке M
О - центр эллипсоида;
U - уклонение отвесной линии.
Геодезическая широта (В) - угол от плоскости экватора до нормали N к поверхности эллипсоида в данной точке М (рис. 2). Широта изменяется от 0 до 90°, к северу - северная, к югу - южная. Геодезическая долгота ( L ) - угол между плоскостью начального меридиана (Гринвича) и плоскостью меридиана данной точки М. Долгота изменяется от 0 до 180°, к востоку - восточная, к западу - западная.
Геодезический азимут (А) - угол в плоскости, перпендикулярной нормали, от северного направления-меридиана в данной точке до направления данной линии (МД), измеренный по ходу часовой стрелки. Азимут изменяется от 0 до 360°.
Астрономическая широта ( j ), долгота ( l ) и азимут ( a ) . определяются аналогично геодезическим , но относятся они к отвесной линии ( G М) в данной точке. Отвесная линия зависит от распределения и плотности масс внутри Земли и всегда, совпадает с направлением силы тяжести в данной точке.
Угол ( U ), образованный нормалью и отвесной линией в данной точке, называется уклонением отвесной линии. Величина угла U на территории бывшего СССР не превышает 1' и в практике массовых инженерно-геодезических работ может не учитываться. Тогда, принимая Землю за шар и. не учитывая уклонение отвеса, геодезические и астрономические координаты будут равны между собой. В этом случае они иногда называются географическими координатами,
Для полного определения положения точки на земной поверхности необходимо, кроме плановых координат, знать высоты (Н) точек. В зависимости от выбора начала отсчета высот различают: абсолютные высоты, или альтитуды, и относительные, или условные, высоты. За начало отсчета абсолютных высот принимают средний уровень океана (рис.3).
Числовые значения высот в геодезии называют отметками.
Могут примениться другие системы координат. Например, система прямоугольных - пространственных координат Х ,У , Z с началом в центре земного эллипсоида. Оси X и У располагаются в плоскости экватора, первая - в плоскости начального меридиана, вторая - ей перпендикулярно, ось Z - по земной оси;
На ограниченных участках, когда сферичностью Земли можно пренебречь, применяют систему плоских прямоугольных координат Х ,У .
В отличие от математики (рис. 4) , где принята левая система плоских прямоугольных координат с положительным направлением оси абсцисс ( X ), совпадающим с направлением неподвижного радиуса (на восток), в геодезии принята правая система прямоугольных плоских координат (рис.5) с положительным направлением оси Х, совпадающим с северным направлением меридиана и направлением оси У - на восток. Из рис. 4 и 5 очевидно, что тригонометрические функции углов и знаки координат в одноименных четвертях левой и правой систем совпадают.
Выбор правой системы координат в геодезии обусловлен удобством и простотой отыскания северного направления меридиана, от которого отсчитываются углы a (по тени в полдень, по Полярной звезде, по Солнцу).
5. Проектирование точек малых участков земной поверхности на горизонтальную плоскость. Измеряемые в геодезии величины. Единицы измерения, применяемые в геодезии.
Физическая земная поверхность представляет собой сложные пространственные формы: горы, котловины, хребты, лощины и т.п. Равнинные участки встречаются редко. Прежде чем изобразить участок поверхности Земли на плане или карте необходимо предварительно все точки неровной поверхности спроектировать на уровенную поверхность, совпадающую с горизонтальной плоскостью для малых участков, и определить координаты и высоты этих точек. Такое проектирование точек поверхности Земли на горизонтальную плоскость в геодезии осуществляется ортогонально (перпендикулярно) по отвесным линиям. На рис. 6 показан малый участок поверхности 3емли.
Точки пространственного многоугольника АВС D Е FG Н1 требуется спроектировать ортогонально на горизонтальную плоскость Р *. Каждой точке земной поверхности будет соответствовать точка на горизонтальной плоскости. Так, точкой а является горизонтальной проекцией точки А на местности, точки Б и т.д.
Плоский многоугольник abcdefghi является горизонтальной проекцией пространственного многоугольника. Горизонтальная проекция а b =АВ' = ABcos n , где n - угол наклона (вертикальный угол) линии местности АВ. Проекция линии АБ на вертикальную плоскость ВВ' = ABsin n = h - превышение точки В над точкой А. Угол ва i является горизонтальной проекцией пространственного угла EAI .
Итак, на местности измеряют длины наклонных линий АВ , ВС , CD и т.д., углы: вертикальные и горизонтальные. Горизонтальную проекцию линий местности в геодезии называют горизонтальным проложением и обозначают буквой S .
Таким образом, задача геодезических измерений на местности сводится к измерениям длин (наклонных, горизонтальных и вертикальных) и углов (горизонтальных и вертикальных) с последующим вычислением координат и высот точек.
Единицей линейных мер является международный метр - одна десятимиллионная часть четверти земного (Парижского) меридиана, хранимого в Париже. В России имеются два экземпляра этого метра (№11 и № 28) из всех 32. Современное определение метра введено в 19б0г., согласно которому I м равен 1650763,73 длины волны оранжевого излучения цветящегося газа криптон 86. Линейные меры:
I км (километр) = 1000,000 м;
I м (метр )= 1,000 м;
I дм (дециметр) = 0,100 м;
I см (сантиметр) = 0,010 м;
I мм (миллиметр) = 0,001 м.
По линейным мерам выводятся меры площадей и объемов:
1 км 2 (квадратный километр) = 1000000,000000 м 2 = 100 га.
1га (гектар) = 10000,000000 м 2
1 дм 2 (квадратный дециметр) = 0,010000 м 2
I с м 2 (квадратный сантиметр) = 0,000100 м 2 ;
I м м 2 (миллиметр) = 0,000001 м 2 .
Единицей объема является 1 м 3 ( 1 кубический метр).
1 ° = 1 градус = 1 ° 00 ¢ 00 ¢ ¢ = 60 ¢ (минут)
1 ¢ = 1 минута =0 ° 01 ¢ 00 ¢ ¢ = 60 ¢ ¢ (секунд)
1 ¢ ¢ = 1 секунда = 0 ° 00 ¢ 01 ¢ ¢ ;
Значения углов можно выражать в радианной мере. В таком случае соответствующий угол понимается как центральный угол окружности, а его величина выражается отношением длины соответствующей дуги к радиусу.
Величине одной дуговой меры соответствует угол r (один радиан), для которого длина дуги равна радиусу. Значения радиана в шестидесятичной и десятичной угловых мерах: r ° = 180 ° / p = 57,2958 ° =57,3 ° ; r ' = 3437,75' = 3438 ¢ ;
r "= 2626464.8" = 206265";
В геодезии также находят применение меры массы, температуры, времени, давления и частоты колебаний.
Единицей массы является 1 кг (один килограмм), единицей измерения температуры является 1 ° С (один градус по шкале Цельсия) , единицей измерения времени - 1 с (одна секунда), единицей измерения давления - 1 Па (один Паскаль ) За единицу измерения частоты колебаний принят . 1 Гц(1 герц)- одно колебание в 1с.
6. Изображение земной поверхности на сфере и на плоскости. Влияние кривизны Земли на горизонтальные расстояния и на высоты точек. Понятие о плане, карте, профиле местности. Аэрофотоснимок.
Изобразить земную поверхность казалось бы естественным на сфере, например на глобусе. Для этого достаточно нанести на поверхность глобуса сетку меридианов и параллелей и по координатам j и l нанести все контуры и предметы. Зная высоты, можно изобразить и неровности местности. Но изображение на глобусе не будет наглядным даже при значительных его размерах. Например, на глобусе радиусом в 1 м самая высокая гора Эверест над поверхностью такого глобуса обозначится песчинкой чуть больше I мм. К тому же изображение на сфере не представляется возможным использовать для целей проектирования инженерных сооружений. Поэтому поверхность Земли изображают на плоскости.
Установим искажение при замене дуги сферы отрезком касательной. Пусть на поверхности Земли, принятой за поверхность шара радиусом R , расположены произвольные точки А и В (рис. 7). Если заменить дугу S отрезком касательной t , то получим D S = t - S , (6.1)
D S - влияние кривизны Земли на горизонтальное расстояние. Докажем, что при S ≤ 10 км и R =6371 км, искажение D S является малой величиной и ею можно пренебречь.
По малости угла e ( e ¢ ) tg e = e / r + 1/3* e 3 / r 3
С учетом (6.2) - (6.4) имеем
D S = 1/3 R * e 3 / r 3 (6.5)
Принимая e = S r / R получим D S = 1/3 S 3 / R 2 (6.6)
или, в относительной мере,
D S / S = 1/3 S 2 / R 2 (6.7)
Для разных длин дуги S влияние кривизны D S в абсолютных и относительных величинах приведено в таблице.
Лекция №1. ГЕОДЕЗИЯ КАК НАУКА. ИСТОРИЯ ГЕОДЕЗИИ. СВЯЗЬ ГЕОДЕЗИИ С ДРУГИМИ НАУКАМИ. ФОРМА И РАЗМЕРЫ ЗЕМЛИ. ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ. ЭЛЛИПСОИД ВРАЩЕНИЯ. ГЕОИД. ЭЛЛИПСОИД КРАСОВСКОГО. РАЗМЕРЫ ЗЕМЛИ. РАЗМЕРЫ ЗЕМЛИ В ДРУГИХ ПРОЕКЦИЯХ. ПЛАН. КАРТА. МАСШТАБ. ОРИЕНТИРОВАНИЕ ЛИНИЙ. Геодезия - наука об измерениях на поверхности земли с целью определения ее формы и размеров, составления планов и карт, а так же решения различных инженерных задач на местности. Она подразделяется на: Высшая геодезия – изучает форму и размеры земли, а также методы высокоточного определения координат точек земной поверхности и изображение ее на плоскости. Измерение силы тяжести (гравиметрия). Геодезическая астрономия основана на наблюдениях за астрономическими светилами с целью определения географических широт, долгот и направлений меридианов в отдельных точках поверхности Земли. Наблюдение за искусственными спутниками земли с целью определения координат точек на земной поверхности. Системы GPS и ГЛОНАСС. Топография – рассматривает методы производства топографических съемок, для составления планов небольших участков земной поверхности. Топография занимается изучением твердой оболочки Земли – суши. Изучение ее жидкой оболочки – океанов, морей, их берегов и дна – составляет предмет гидрографии. В состав работ, рассматриваемых в топографии, входят сгущение государственной геодезической сети и съемки на ее основе ситуации и рельефа местности.
Инженерная геодезия - рассматривает постановку и методы геодезических работ, необходимых для проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений. Методы инженерной геодезии основаны на теории и способах высшей геодезии и топографии, но имеют свои особенности связанные с характером строительства. Инженерная геодезия широко используется при разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Фототопография – основана на получении топографических планов с использованием аэрофотоснимков. Соединение аэрофотоснимков в единое целое – план или карту производится при помощи пунктов геодезической сети; при этом используются математические законы соответствия между объектом фотографирования и его изображением на местности. Методы и приборы , используемые для определения взаимного положения фотографируемых объектов по аэрофотоснимкам , называется фотограмметрией. Методы фотограмметрии позволяют по фотоснимкам определить взаимное положение точек сфотографированных объектов, в том числе и сооружений. Фотографирования поверхности Земли с космических спутников дают возможность получить в короткие сроки разнообразные данные и сведения о земной поверхности на огромных по площади территориях. Картография - это наука о картах, как особом способе отображения действительности, их создании и использовании. Создание карт основано на использовании и обобщение различных геодезических, топографических и фототопографических материалов и в первую очередь более подробных планов, чем составляемая карта.
В постсоветский период получают применение глобальные навигационные спутниковые системы ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США), которые используются для определения координат точек земной поверхности. Использование при определении положения точек спутниковых методов, имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционными геодезическими методами. Традиционные геодезические методы широко применяются при проведении строительных работ, решения геодезических задач на строительной площадке и составлении планов небольших участков земной поверхности. После революции 1917 года требования к проведению геодезических работ возрастали с каждым годом. Приведение в единую систему материалов съемочных работ, выполняемых различными ведомствами, вызвало изменение техники геодезических измерений и их вычислительной обработки. В Советское время широкое развитие геодезии позволило определить размеры Земного эллипсоида, а также покрыть всю территорию СССР топографической съемкой 1: 100000 масштаба и частично 1:25000 масштаба.
СВЯЗЬ ГЕОДЕЗИИ С ДРУГИМИ НАУКАМИ. Геодезия тесно связана с такими науками как математика, физика, астрономия, география, геология и геоморфология. Математические методы широко используются в геодезических расчетах. При помощи математики разрабатываются научно обоснованные схемы постановки и выполнения геодезических измерений. Производится обработка результатов измерений. Сведения из физики, особенно ее разделов – оптики, электроники и радиотехники, необходимы для разработки и правильной эксплуатации геодезических приборов. Путем астрономических наблюдений определяют положение точек на поверхности земли и ориентирование линий на северный и южный полюсы. Геоморфология – наука о происхождении и развитии рельефа земной поверхности необходимы геодезии для правильного изображения форм рельефа на планах и картах. С этой же целью используются данные по геологии и геофизике. Отмечается и обратная связь между этими науками. Так все геологические, геоморфологические и геофизические карты создаются на основе топографических карт различного масштаба.
Читайте также: