43615

Введение в геодезию

Лекция

География, геология и геодезия

Геодезия - это наука, изучающая форму и гравитационное поле Земли, планет солнечной системы, методы и способы определения положения точек в принятой системе координат и занимающаяся точными измерениями на местности, необходимыми для создания карт и планов земной поверхности

Русский

2014-12-20

582 KB

6 чел.

Лекция 1. Введение в геодезию.

  1.  Предмет инженерной геодезии
  2.  Форма и размеры Земли
  3.  Метод проекций в геодезии
  4.  Кривизна Земли и её учёт в геодезии

1.Предмет и задачи геодезии.

Геодезия – в переводе означает землеразделение.

Возникновение науки связано с практическими потребностями человечества:

- с измерением и разделением земельных участков;

- строительством оросительных систем;

- решение инженерных задач, связанных со строительством.

 

Геодезия - это наука, изучающая форму и гравитационное поле Земли, планет солнечной системы, методы и способы определения положения точек в принятой системе координат и занимающаяся точными измерениями на местности, необходимыми для создания карт и планов земной поверхности, решения разнообразных задач народного хозяйства и обороны страны.

В процессе своего развития геодезия разделилась на ряд самостоятельных дисциплин:

  •  Высшая геодезия - изучает фигуру, размеры и гравитационное поле Земли и планет Солнечной системы, а также теорию и методы построения геодезической сети в единой системе координат. Высшая геодезия тесно связана с астрономией, гравиметрией, геофизикой и космической геодезией.
  •  Геодезия (топография) - занимается съемкой сравнительно небольших участков земли и разрабатывает способы их изображения на планах и картах.
  •  Картография - изучает методы создания и использования различных карт.
  •  Фотограмметрия - изучает способы определения формы, размеров и положения объектов в пространстве по их фотографическим изображениям.
  •  Космическая геодезия – изучает методы обработки данных, полученных из космического пространства с помощью искусственных спутников, межпланетных кораблей и орбитальных станций, которые используются для измерений на земле и планетах солнечной системы.
  •  Инженерная (прикладная) геодезия - изучает методы геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации разнообразных и инженерных сооружений, при разведке, использовании и эксплуатации природных богатств.

В инженерной геодезии используются методы высшей геодезии, топографии и фотограмметрии. В более узком смысле в инженерной геодезии изучаются методы топографических изысканий и вынесения в натуру проектов сооружений.

 

 Геодезические работы

Подразделение:

- полевые;

- камеральные.

Главное содержание полевых работ – измерительный процесс.

 Содержание измерительного процесса:

-измерение горизонтальных углов;

- измерение вертикальных углов;

  горизонт прибора

- измерение расстояний;

- измерение превышений, высот.

 

Геодезические измерения не сама цель процесса, а получения характеристик, положения строительных конструкций в проектное положение. Измерения проводятся в принятой системе координат и опираются на точки опорной геодезической сети, закреплённой на местности и имеющей фиксированные координаты.

Геодезические приборы:

- теодолиты или тахеометры;

- дальномеры;

- нивелиры;

- рулетки, мерные ленты;

-спутниковые геодезические приемники.

Фиксация (запись) результатов измерений проводится в журналах.

Вариант формы журнала.

Точка стояния

Точка наблюдения

Результаты измерения

Схема результатов измерений абрис.

 

Единицы измерений, применяемые в геодезии.

при измерительном процессе.

Измерение углов.

Угловые меры измерения выполняют в различных мерах:

- градусной

- радианной

- градовая.

Градусная - окружность делится на 360 градусов;

- прямой угол на 90 градусов;

- содержит (минут) (→ 60 минут)

- содержит (секунд) (→ 60 секунд)

Обозначение угловых мер ставят сверху записи

  

 15

Радианная мера. Радиан – центральный угол, дуга которого равна радиусу окружности.

 

Для перевода значения угла из градусной меры в радианную, надо разделить его на радиан

Для малых углов с достаточной точностью можно считать

Градовая мера. Используют (ФРГ, Франция) и ряд других стран.

-прямой угол делится на 100 частей (град)

В нашей стране не получила распространение.

Линейные измерения.

Производятся в метрической системе мер.

Основная единица метр.

Длина метра определена в результате градусных измерений (Деламбер и Мишеню в 1799г.) Парижского меридиана и по их результатам изготовили эталонный жезл.

В 1875г. Изготовлено 31 жезл.

Россия получила 2 жезла №11 и 28.

№28 хранится в институте метрологии Менделеева(Государственный эталон длины в нашей стране).

1м содержит 100см.

1см содержит 10мм.

1/1000мм называют микрон (мкм)

Запись результатов измерений, как правило, до сотого знака

 50,65м.

Измерение площади.

()

(100м*100м)  

(м*м)

Общее требование к измерениям в геодезии.

Все измерения производятся с контролем, с соблюдением установленных допусков.

Одно измерение бесконтрольно.

Для контроля должны быть избыточные измерения (избыточные не значит излишние).

Революционным шагом в развитии геодезии является:

  1.  разработка геодезических измерений с использованием спутниковых методов определения координат с использованием космических систем. ГЛОНАСС/GPS
  2.  применением ЭОП приборов для измерений.

Вычислительный процесс.

Заключается в математической обработке результатов измерений.

Основные элементы вычислений:

- вычисление горизонтального угла;

- вычисление вертикального угла;

- вычисление длины измеряемой линии;

- вычисление площади;

- вычисление приращений координат;

- вычисление дирекционных углов и длин сторон.

Приборы вычислительного процесса:

-калькуляторы);

- компьютеры с программным обеспечением.

Вычисления фиксируются в ведомостях.

Вариант записи вычислений в ведомости.

Точка стояния

Результат измерения

Результат вычисления

Правила округления чисел.

  1.  Если первая цифра из отбрасываемых меньше 5, то последняя оставляемая цифра сохраняется без изменений 145,274→145,27
  2.  Если первая из отбрасываемых цифр больше 5, то последняя оставляемая цифра увеличивается на единицу 169,287→169,29
  3.  Если последняя цифра равна 5 и она должна быть отброшена, то предшествующую цифру увеличивают на единицу только тогда, когда она нечётная 176,735→176,34

Графический процесс

Построение: - планов;

- профилей;

- рабочих документов.

Революционный шаг в вычислительном процессе, применение компьютерных технологий, вычислений и графических построений.


2.Форма и размеры Земли.

Историческая справка.

На основании астрономических наблюдений, древнегреческие учёные, ещё в IV в. до н.э. пришли к выводу, что Земля шарообразная.

Пример, как была определена длина окружности земного шара.

Измерения выполнены в Египте:

- длина окружности Земного шара Х

- положение Солнца в Зените (полдень) (г. Асуан)

- угол, под которым видно Солнце в полдень  (зенитное расст.)

-расстояние от Асуана до Александрии 800км.

Составляем пропорцию

 

 Х=40000км.

Позже было установлено, что полярный радиус Земли короче экваториального на 21км.

Таким образом, Земля представляет собой немного сплюснутый шар.

Точное значение формы и размеров Земли необходимо для правильного изображения земной поверхности на картах, планах.

Физическая поверхность Земли представляет собой фигуру неправильной и сложной формы, следовательно, и её размеры установить также сложно.

Количественные характеристики поверхности Земли:

 

Так как на физической поверхности Земли очень много неровностей, то задачу по определению формы и размеров Земли принято делить на две части:

- установить типовую форму в общем виде;

- изучить отступления от типовой формы и выработать научно обоснованную форму.

За типовую форму Земли приняли тело, которое получили, продолжив поверхность мирового океана под материк в спокойном его состоянии.

Получим уровенную поверхность Земли, которая получила название ГЕОИД (земле подобный).

Термин геоид был введён в 1873г. Немецким физиком И.Б.Листингом.

Положение уровенной поверхности определяемая положением отвесных линий с точек физической поверхности Земли на уровенную поверхность.

Вывод.

  1.  Положение поверхности Земли определилась направлением отвесных линий, а положение последних зависит от распределения масс в теле Земли и может меняться от воздействия внутренних и внешних сил.
  2.  Поверхность геоида:

- сложная;

- геометрически неправильная;

- нельзя её (поверхность геоида) представить конечным математическим уравнением.

Поэтому и напрашивается решение 2-ой задачи отыскание поверхности с конечным математическим выражением.

Путём точных геодезических измерений установлено, что по форме поверхность геоида наиболее близко подходит к математической поверхности эллипсоида вращения, которая образуется вращением эллипса.

ось вращения Земного эллипсоида

и называется поверхностью земного эллипсоида или сфероида.

Установленные размеры земного эллипсоида

а=6378,245м. Размеры эллипсоида

в=6356,863м.  Ф.Н.Красовского (1940г.)

Отметим также важные линии сечения поверхности сфероида плоскостями:

- перпендикулярными оси вращении – параллели;

- параллельными оси вращения – меридианы.

В заключительной части решения 2-ой задачи, необходимо как можно точнее ориентировать поверхность земного эллипсоида в поверхности геоида (чтобы эти поверхности совпадали).

И такое ориентирование было выполнено под руководством профессора Красовского в 1940г. и получило название референц. - эллипсоида (Р-Э).

Положение поверхности эллипсоида определяется нормалями (отвесными линиями только к поверхности эллипсоида).

Несовпадение положения нормали и отвесной линии в конкретной точке Земли называется уклонением отвесных линий.

(Р-Э) Красовского ориентирован в теле геоида, по отвесной линии, проходящей через центр зала Пулковской обсерватории.

В этой точке отвесная линия и нормаль совпадают и поверхность р-э совмещена с поверхностью геоида.

Точностные данные ориентирования:

- u (уклонения) до

- разность высот не превышает 150м.

Определение радиуса Земли, определён из условия равенства объёмов шара и эллипсоида.

 

 


3.Метод проекций в геодезии.

а) небольшой участок (кривизна земли не учитывается)

проекция – ортогональная

(проектируемые лучи параллельны и перпендикулярны к проектируемой поверхности).

Для определения прямоугольных координат точки, нужно иметь прямоугольную систему координат.

Для определения высот точек, используем длины отвесных линий проектирования от точки Земли, до уровенной поверхности.

Начало отсчёта высот точек нуль пункт Кронштадского футштока (Балтийская система высот).

Численное значение высоты точки называется абсолютная высота точки или отметка точки

Разность высот двух точек называется превышением

б) участок местности значительный (т.е. кривизна Земли должна учитываться).

Изображение значительных территорий.

Проектирование производится на уровенную поверхность Земли, по отношению к которой отвесные линии являются нормалями.

В геодезии при изображении значительных участков поверхности широкое распространение получена равноугольная поперечно-цилиндрическая проекция Гаусса.

Сущность этой проекции заключается в раздельном (зональном ) проектировании земного эллипсоида на плоскость и установлении соответствия между геодезическими или координатами точки на поверхности земного эллипсоида и прямоугольными координатами этой же точки.

Проектирование поверхности:

- разделение поверхности на зоны меридианами с интервалом (60 зон);

- последовательное проектирование зоны на поверхность цилиндра;

- развёртывание зон на плоскости.

Изображение земной поверхности на плоскости

Для определения прямоугольных координат точек, установлена система координат.

По оси Х масштаб без искажений

По оси Y масштаб по мере удаления точки от осевого меридиана будет меняться, т.е. при изображении линий и размеры будут содержать погрешность, но величина искажений не превышает


4.Кривизна Земли и её учёт в геодезии.

а) При измерении расстояний.

R- радиус Земли

α- центральный угол в радианной мере ()

d- горизонтальное проложение

(кратчайшее расстояние по горизонтальной поверхности)

S- длина линии с учётом кривизны Земли.

Задача определить разность Δd длин d и S

 

 

 т.к. 

 

Анализ R=6371км.

 S=10км.

Δd=1см.

 

На участке земной поверхности при радиусе 10км., кривизну Земли можно не учитывать.

б) При измерении превышений (высот).Задача определить Δh.

 

Анализ: R=6371км.

 S=1км.

Δh=8см.

Допустимая разность Δh на 1км. не более 5см.

Уменьшим значение S до 0,3км. S=0,3км.

Кривизну Земли на участке длиной до 300 при измерении высот можно не учитывать. Кривизна Земли не влияет на условие измерения (т.к. проекция равноугольная) и её при измерениях не учитывают.