Форма и размеры Земли

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОДЕЗИИ

Предмет геодезии

Геодезия в переводе с греческого языка - землеразделение. Это одна из древнейших наук на земле. Задачи геодезии подразделяются на научные и научно - технические.

Главная научная задача геодезии - определение формы, размеров и внешнего гравитационного поля Земли. Кроме того, к научным задачам относятся:

- исследование фигур и гравитационных полей Луны и планет Солнечной системы;

- исследования внутреннего строения Земли, горизонтальных и вертикальных деформаций Земной коры, перемещения береговой линии морей и океанов, земных полюсов и определение разности высот уровней морей;

- создание высокоточных астрономо-геодезических, гравиметрических и высотных (нивелировочных) опорных сетей.

Все перечисленные задачи решает Высшая геодезия.

Кроме того, имеются следующие разделы геодезии:

Геодезия (топография) - изучает способы детального отображения земной поверхности на планах, картах и профилях;

Гидрография – решает те же задачи на морях, океанах и реках в части изображения их дна;

Картография - разрабатывает методы и процессы создания и использования карт. Создание карт основано на обобщении различных геодезических материалов;

Космическая геодезия - изучает возможности использования измерения с ИСЗ для составления карт и изучения природных ресурсов Земли;

Маркшейдерское дело - изучает вопросы выполнения геодезических работ при строительстве шахт, тоннелей, метрополитенов и т.п., то есть - под землей;

Фототопография - наука, изучающая методы создания топографических планов и карт по материалам фотосъемок различных видов (наземной, воздушной, космической). Фототопография является составной частью фотограмметрии - науки, определяющей формы, размеры и расположение объектов по их фотографическим изображениям совместно с изображениями опорных ориентиров местности;

Инженерная геодезия - разрабатывает методы геодезических работ, выполняемых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений, установке и монтаже спецоборудования, а также с целью разведки и эксплуатации природных ресурсов.

Все задачи геодезии решаются на основании специальных геодезических измерений, выполняемых специальными геодезическими приборами.

При этом, как правило, непосредственно результаты измерений определяют еще не искомые величины, а некоторые другие, функционально связанные с искомыми. Связь между измеренными и искомыми величинами устанавливается на основе математических зависимостей. Разработка методов и приемов обработки результатов измерений, в результате которой с заданной достоверностью определяются искомые величины, является важной научно-технической задачей геодезии.

Следовательно:

1. Геодезические измерения и обработка их результатов по надлежаще разработанной программе составляют метод решения задач геодезии.

2. Геодезические измерения должны выполняться с необходимой и достаточной точностью так как излишняя точность влечет за собой излишние затраты сил, времени и средств, а недостаточная точность в измерениях является браком.

При этом геодезические измерения выполняются, как правило, непосредственно на местности под воздействием различных природных факторов.

Форма и размеры Земли

Знания о форме и размерах Земли необходимы для многих практических применений (в мореплавании, освоении природных ресурсов, космонавтике и т.п.). Для практического использования требуется с высокой точностью изображать земную поверхность на картах и планах. Задача эта весьма сложная из-за больших размеров и сложности формы Земли. Общая площадь физической Земной поверхности составляет порядка 510 млн. кв. км, 71% - моря и океаны, 29%-суша. Суша и дно океанов представляют собой сложные сочетания возвышенностей и впадин. Самая высокая точка над уровнем океана - на высоте 8848 м (г. Джомолунгма в Непале), а максимальная глубина океана - в Марианской впадине (Тихий океан) около 11 км. Таким образом, колебания высот точек земной поверхности достигают 20 км. Математическому описанию такая сложная поверхность не поддается, что усложняет разработку и составление карт, а также выполнение необходимых измерений на земной поверхности.

В связи со сложностью физической поверхности Земли применяют различные аппроксимации (приближения).

Фигуру, которую приняла бы Земля, находясь в состоянии гидростатического равновесия и под действием сил тяжести и центробежной силы вращения около неизменной оси, называют Земным сфероидом.

Для изучения физической поверхности Земли и других целей вводятся понятия уровенной поверхности и геоида.

Уровенная поверхность - поверхность, на которой все точки имеют одинаковый потенциал силы тяжести (эквипотенциальная). На уровенной поверхности в каждой точке нормаль к поверхности совпадает с направлением силы тяжести.

Уровенных поверхностей может быть проведено бесконечное множество.

Геоид - тело ограниченное уровенной поверхностью совпадающей со средней поверхностью Мирового океана, продолженной под материки.

Поверхность геоида еще называют основной уровенной поверхностью. В нашей стране в качестве основной принята уровенная поверхность, проходящая через нуль Кронштадтского футштока и совпадающая со средним уровнем Балтийского моря. Основанная на этой поверхности система высот называются "Балтийской". (Кронштадтский футшток - водомерная рейка, вделанная в устой моста на Обводном канале в г. Кронштадте).

Однако поверхность геоида также не поддается простому математическому описанию из-за неравномерного размещения масс в теле Земли.

Из всех правильных геометрических фигур, аппроксимирующих геоид, наилучшей является сжатый эллипсоид вращения, т.е. тело, образованное вращением эллипса вокруг его малой оси (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Сжатый эллипсоид вращения.

Эллипсоид вращения, принятый для обработки геодезических измерений называется референц - эллипсоидом. В нашей стране принят референц - эллипсоид Ф.Н.Красовского, которым совместно с А.А.Изотовым в 1940 г. по данным наиболее обширных измерений были определены размеры референц - эллипсоида: а=6378245 м, b=6356863 м, полярное сжатие a =(а-b)/а=1/298.3 , где а, b - большая и малая полуоси референц - эллипсоида.

Центр референц - эллипсоида совмещается с центром масс Земли, а его малая полуось - с осью вращения Земли.

Отклонения референц - эллипсоида Красовского от геоида не превышают 100-150 м. Иногда при измерениях на очень больших площадях, Земля принимается за шар, радиусом R = 6371.11 км.