4. Исторические сведения развития геодезии.

Геодезия – одна из самых древних наук о Земле и возникла за несколько тысячелетий до Н.Э. из потребности ежегодного определения границ земельных участков после разливов Нила в Древнем Египте. В дальнейшем развивалась параллельно со строительством оросительных и осушительных каналов в государствах дальнего востока, Индии, Греции, Рима и т.д. Без точных геодезических измерений было бы невозможно строительство египетских пирамид и других монументальных сооружений. Ученые античного мира впервые определили форму и размеры Земли.

В V в до н.э. Анаксимандр из Милета выдвинул предположение о шарообразности Земли, а в III в до н.э. Эратосфен, считал Землю шаром, измерил длину части меридиана и получил данные о размерах Земли близкие к современным.

Эпоха великих географических открытий XV-XVI вв дала новый толчок развитию геодезии. Открытие новых земель требовало отобразить эти земли на бумаге, составить карты, а для этого прежде всего было необходимо провести геодезические измерения.

Большие территории государств, метрополий и колоний. Требований высокоточных геодезических измерений, чтобы не допустить ошибок в картах. Для изображения неровной и сферической поверхности Земли на плоскости нужно было определить ее размеры и форму. Для этого с XVIII в и до наших дней организуют так называемые градусные измерения по методу триангуляции.

На Руси геодезические измерения проводились с древних времен. Сохранилось указание на то, что в XI веке была измерена по льду ширина Керченского пролива между современными Керчью и Таманью.

Организованные съемки начали выполняться со времен Петра I, который посылал экспедиции на Волгу, Каспийское море, на Дон, Азовское море, на побережье Северного Ледовитого океана, на Сахалин, Камчатку, и другие районы Российской империи. В XVIII веке была предпринята первая государственная съемка. Было снято в 14 губерниях 190 уездов из 291. Помимо этого геодезисты участвовали в межевании, съемке корабельных лесов и т.д. С начала XIX века начались регулярные съемки на геодезической основе методом триангуляции. Большую работу провел за 100 лет своего существования, с 1822г., корпус военных топографов. Были составлены карты 20 верст в дюйме для значительной части территории России.

Наибольшее развитие геодезия нашей стране получила после подписания Лениным 15 марта 1919 года декрета об учреждении Высшего геодезического управления, реорганизованного впоследствии в Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР(ГУГК). С этого же времени создается отечественная база геодезического приборостроения. С 1924 года при топогеодезических работах стали применять аэрофотосъемку. Это было связано со значительным увеличением объемов строительства новых заводов, шахт, карьеров, городов, ГЭС, сети железных и шоссейных дорог. Колоссальный объем топографических и картографических работ выполнили военные топографы. На территории СССР была развита государственная геодезическая сеть высокой точности, выполнены съемочные картографо-геодезические работы и составлены планы и карты в различных масштабах.

Постановка геодезических и съемочных работ в СССР базировалась на современной научной основе, разработанной советскими геодезистами во главе с выдающимся ученым член-корреспондентом АН СССР Ф.Н.Красовским. Ф.Н.Красовским были получены новые параметры фигуры Земли, М.С.Молоденским разработана новая теория изучения фигуры Земли и ее внешнего гравитационного поля, поставившее геодезию в области теории решения ее основной научной проблемы на первое место в мире.

В развитие инженерной геодезии внесли значительный вклад ученые А.С.Чеботарев, Н.А.Урманов, П.М.Орлов, Н.Т.Кель и др.

Трудами Ф.В.Дробышева, М.М.Русинова, В.А.Белицина и др. созданы первоклассные геодезические и фотограмметрические приборы.

В настоящее время в Украине геодезия переживает период упадка, что в первую очередь связано с недостаточностью финансирования, а соответственно сворачивание прежде всего фундаментальных исследований, резким сокращением кадров и оттоком высококвалифицированных специалистов.

Вместе с тем, мировая наука не стоит на месте. На основе созданных в последний период высокоточных геодезических приборов и спутниковых систем появилась возможность в очень короткое время с точностью до метра и сантиметров (JPS) определять координаты любой точки на планете. Лазерные измерения позволили установить, что, например Атлантический океан расширяется со скоростью до 5 см в год, молодые горные системы растут, что подтверждает теорию тектоники плит.

Зондирование земной поверхности со спутников показало, что поверхность мирового океана тоже имеет свои впадины и поднятия(привести пример - Хейсон), что связано с неоднородностью гравитационного поля Земли.

Не смотря на поспешные трудности, работы топографам и землеустроителям на ближайшие десятилетия хватит. Это связанно с возникновением с/х предприятий разных форм собственности, большим индивидуальным строительством, развитием фермерских хозяйств. Каждому субъекту хозяйственной деятельности надо будет иметь утвержденный план землепользования, который составляться будет в будущем вами.

5. Форма и размеры Земли

Чтобы изобразить участок поверхности Земли на чертеже, надо знать форму поверхности и размеры Земли, которые определяются как общей фигурой Земли, так и характером рельефа данной местности. Физическая поверхность Земли не является правильным геометрическим телом. Из 510 млн.км² общей площади земной поверхности суша занимает только 29 %(149 млн.км²), остальные 71 %(361 млн.км²) занимает гидросфера(океаны, моря, реки, озера). Как суша, так и дно океанов представляет собой сложную совокупность возвышенностей и углублений. Однако самые значительные из этих неровностей – горы, достигающие высоты более 8 000 м, и глубины океанов – более 11 000 м – ничтожно малы по сравнению с диаметром Земли. Поэтому в геодезии форму Земли определяют как тело, ограниченное уровенной поверхностью. Уровенная поверхность – поверхность, которая пересекает отвесные линии под прямым углом. Теоретически такая поверхность может быть образована около любой заданной точки. Однако для практических целей принимают за основную ту из них, которая совпадает с наибольшим числом точек земной поверхности. Этим условиям соответствует поверхность океанов и морей в спокойном состоянии. Поэтому в геодезии форму Земли определяют как тело, ограниченное уровенной поверхностью, под которой понимается поверхность океана, мысленно продолженная и под материками. В СССР за уровенную поверхность принималась нулевая отметка …

Идеальную фигуру, ограниченную уровенной поверхностью называют геоидом (землеподобным) и принимают за общую фигуру Земли. Выпуклая поверхность геоида, соответственно обладает важным свойством – в каждой своей точке она нормальна (перпендикулярна) к отвесной линии, проходящей через эту точку.

Вследствие неравномерного распределения масс в теле Земли форма геоида представляет собой очень сложную геометрическую фигуру, которая еще недостаточно изучена и поверхность которой нельзя выразить математической формулой. Вот почему для решения геодезических задач принимают вспомогательное тело, простое и хорошо изученное в математическом отношении и в то же время наиболее близкое к поверхности геоида. Таким телом является эллипсоид вращения, образуемый вращением эллипса вокруг его малой оси. Как известно, эллипсом называется кривая замкнутая линия, обладающая тем свойством, что сумма расстояний от каждой ее точки до двух данных неподвижных точек F₁ и F₂, называемых фокусами, есть величина постоянная.

Поэтому на практике форму Земли принимают за эллипсоид вращения, называют земным эллипсоидом или сфероидом. Геоид в одних местах располагается немного выше поверхности сфероида, в других ниже ее. Но эти отклонения не превышают 150 м и ими пренебрегают. Эллипсоидальная форма связана с вращением Земли вокруг своей оси. Отношение разности большой (экваториальной) и малой (полярной) полуосей к большой полуоси носит название степенью сжатия.

, для Земли

Чем быстрее вращается планета вокруг своей оси, тем больше степень сжатия. Например для Юпитера скорость вращения составляет – 9 часов 50 мин , для Венеры соответственно .

Размеры эллипсоида на протяжении последних трех веков определялись неоднократно, однако общепринятых до настоящего времени нет. В некоторых странах на сравнительно небольшой территории определены размеры так называемых «референц-эллипсоиды», поверхность которых на данной территории наиболее близка к поверхности геоида. В СССР в 1946 году используют референц-эллипсоид вычисленный в 1940 году под руководством Ф.Н.Красовского, который так и называется «референц-эллипсоид Красовского». Его размеры вычислены на материалах изучения огромных территории являются наиболее точными и составляют

м, м,

До 1942 года использовались размеры референц-эллипсоида Бесселя полученные в 1841 году.

Ввиду небольшой разности (около 21 км) в величинах полуосей a и b по сравнению с их размерами, для решения ряда инженерно-геодезических задач без ущерба для их точности фигуру Земли принимают за шар, радиус которого км.

Лекция 2

1.Элементы измерения на местности.

Геодезия, как отмечалось ранее, является наукой об измеренных на земной поверхности, которые в основном сводятся к определению длин линий, углов и превышений.

Измерить какую-либо величину – значит сравнить ее с другой величиной, однородной с ней и принятой за единицу меры.

За единицу линейных измерений в геодезии принят метр, длина которого была определена в 1798 году как одна десятимиллионная часть четверти Парижского медиана (от экватора до полюса) по результатам градусных измерений, проведенных в 1792 – 1798 году под руководством французских академиков Машена и Деламбе. Жезл – эталон метра, изготовлен из платино-придиевого сплава в 1889 году хранится в Международном бюро мер и весов в Париже. Копии № 11 и 28 этого жезла, изготовлены из того же сплава в том же году, по жребию достались России и хранятся в Академии наук и Институте метрологии им. Менделеева в Санкт-Питербурге.

В настоящее время принято новое определение единицы линейных измерений, как более точное. Метр был выражен в 1650763,73 длины волны оранжевой линии излучения изотопа Kr86. В СССР он был принят в 1968 году в качестве государственного эталона.

При угловых измерениях за единицу меры принят градус, составляющий 1/360 часть окружности. Градус делится на 60 минут, минута на 60 секунд (градус – степень, мера; minutus – маленький; sekunda – вторая ступень деления на части). При записи градус обозначается значком, минута , секунда. Например . В европейских странах, кроме Великобритании, принято деление окружности на грады 1/400 часть окружности, которые делятся на 100 минут, минуты на 100 секунд. Поэтому геодезические приборы, выпущенные в странах ЕЭС и Японии, предназначенные для угловых измерений, имеют градовые обозначения.

В качестве единицы измерений углов в геодезии пользуются ещё радианами, которые обозначаются

В геодезии измеряются горизонтальные и вертикальные углы, о чем будет более детально говорится в дальнейшем.

2.Понятие о плане, карте и профиле

Земную поверхность можно изобразить в уменьшенном виде на шаре в виде глобуса, т.е. тела подобного Земле или на чертежах – в виде планов и карт. Глобусы, как правило, применяют только для учебно-демонстрационных целей ввиду того, что на малом глобусе нельзя изобразить все потребности местности (под местностью подразумевается суша со всеми находящимися на ней не перемещающимися объектами – предметами местности и рельефом). Большие же глобусы громозди (так, для изображения Земли, уменьшенной в миллион раз, нужен глобус размером 6,4 м), неудобны для пользования и, главное, по ним нельзя решать инженерные задачи. Для этих целей предназначены планы и карты.

Для графического изображения местности пользуются главным образом ортогональным методом проектирования принимая за основу отвесные линии как сохраняющие неизменные и вполне определённое направление в любой точке Земли.

Допустим, что ABCD – пространственный многоугольник находящийся на физической поверхности Земли, а MN – часть сферы радиуса R, являющейся первым приближением воображаемой уровенной поверхности. Если точки A, B, C, D Земли отвесными линиями спроектировать на уровенную поверхность MN, то сферический многоугольник abcd будет проекцией пространственного многоугольника ABCD.