Зарегистрироваться

Геодезия

Категории Геодезия и картография | Под редакцией сообщества: Науки о Земле

Эта версия статьи от 23 Ноябрь 2010 14:51, редактировал Лурье Ирина Константиновна
Список всех версий Перейти к списку версий
Перейти к последней версии

Геоде́зия (др.-греч. γεωδαισία — деление земли, от γῆ — Земля и δαΐζω — делю) — метрика пространства, область науки и производства об измерениях пространства.

Геоде́зия — наука, исследующая размеры и форму Земли, её гравитационное поле, способы изображения земной поверхности на картах и планах, а также отрасль производства, связанная с измерениями на местности.

Картография тесно связана с геодезическими науками. Геодезия доставляет ей точные данные о форме и размерах Земли, а топография – первичные картографические источники – крупномасштабные топографические карты, которые образуют исходную основу всех географических карт.

Основные задачи геодезии

  • определение фигуры, размеров и гравитационного поля Земли;
  • распространение единой системы координат на территорию отдельного государства, континента и всей Земли в целом;
  • выполнение измерений на поверхности земли;
  • изображение участков поверхности земли на топографических картах и планах;
  • изучение глобальных смещений блоков земной коры.

Исторические вехи. Геодезия, как отрасль науки и техники, зародилась в глубокой древности. На протяжении всей истории своего развития она занималась определением фигуры и размеров Земли. Впоследствии добавились задачи изучения ее внешнего гравитационного поля и геодинамических процессов, развития координатных отсчетных основ, а также решения технических задач по созданию измерительных средств. Геодезия все годы активно впитывала новейшие теоретические и практические достижения в астрономии, математике и физике.

Первоначальный период корнями уходит в глубокую древность, и завершается IV в. до н. э. Геодезия еще не имела собственного предмета изучения, была лишь прикладной частью ранее зародившейся геометрии и решала различные хозяйственные и инженерные задачи. Однако постепенно складывались представления о том, что Земля имеет форму шара. Идея шарообразности Земли была принята многими известными греческими учеными. Среди них был Аристотель (384‑322 до н.э.). Назревала новая научная задача.

Второй период начался в IV в. до н. э. и закончился в XVII‑XVIII в. Он ознаменован выделением геодезии в самостоятельную науку под этим же названием, предложенным Аристотелем. Основной научной задачей было определение радиуса земного шара. Наметились и геометрические принципы его определения. В этот период установились тесные связи геодезии с математикой, астрономией, географией и картографией.

Ранние определения размеров сферической Земли сводились к нахождению длины дуги меридиана, соответствующей разности широт в 1°, и вычислению ее радиуса. Такие определения получили название градусных измерений. Первое исторически известное определение радиуса земного шара выполнил Эратосфен (278-196 до н. э.). Это были довольно грубые оценки. Сравнительно точные результаты получены в Месопотамии в период расцвета арабского государства в VIII‑IX веках. Великий ученый Средней Азии Бируни (973‑1048) для длины дуги окружности в 1° и ее радиуса получил соответственно 110,7 км и 6342 км (по современным данным для этих широт ‑ 110,9 км и 6369 км). Бируни предложил новый метод определения радиуса Земли ‑ путем измерения с известной высоты на берегу моря угла понижения морского горизонта.

Точность градусных измерений заметно выросла, когда для определения длин дуг голландский ученый Снеллиус (1580‑1626) предложил метод триангуляции – построения на местности цепочки треугольников с измерением в них всех углов и лишь некоторых сторон. Этот метод просуществовал вплоть до конца XX в. Значительный вклад в повышение точности измерений внес французский академик Жан Пикар (1620‑1682), снабдив геодезические приборы зрительными трубами с сетками нитей.

К тому времени накопились факты, свидетельствовавшие об отличии Земли от формы шара. В 1666 г. И.Ньютон (1643‑1727) открыл всемирный закон тяготения. Сила притяжения и центробежная сила формируют силу тяжести, действующую по направлению отвеса. В 1672 г. астроном Ж. Рише (1640‑1696) обнаружил, что у экватора маятниковые часы шли медленнее, чем на широте Парижа. Это означало, что ускорение силы тяжести вблизи экватора меньше, чем в севернее расположенном Париже.

Объяснение этому явлению в 1686 г. дал Ньютон. Он представил в теле Земли два канала, заполненных водой. Один канал направил от центра масс Земли к полюсу, другой ‑ к экватору. Давление в каждом из каналов в центре Земли должно быть одинаково. Но центробежная сила растет от полюсов к экватору и слегка уменьшает силу тяжести в экваториальном канале, который поэтому должен быть несколько длиннее. По расчетам Ньютона он длиннее на 1/231 долю. Эта величина названа сжатием.

Работы Ньютона положили начало новым представлениям о фигуре Земли как эллипсоиде. Очень продолжительный временной интервал шарообразной Земли иногда называют периодом "от Аристотеля до Ньютона".

Третий период занимает промежуток времени от начала XVIII в до конца третьей четверти XIX в. Основной задачей геодезии являлось определение размеров земного эллипсоида ‑ радиуса экватора и полярного сжатия Земли. В течение некоторого времени идея эллипсоидальности Земли вызывала сомнение и требовала доказательств.

Четвертый период начался в конце третьей четверти XIX в. и продолжался до второй половины XX в. Он ознаменован дальнейшими определениями размеров земного эллипсоида и изучением геоида. Задачи решались геометрическими и физическими методами – по астрономо-геодезическим и гравиметрическим данным. В этот период истории появились основополагающие работы М.С. Молоденского (1909‑1991). Он доказал невозможность точного определения геоида по измерениям на земной поверхности и разработал теорию и методы определения фигуры физической поверхности Земли. Было введено понятие квазигеоида, разработана теория определения его высот над эллипсоидом и теория нормальных высот физической поверхности над квазигеоидом.

В середине этого периода возникли аэрофотосъемка и фотограмметрия, оказавшие огромное влияние на топографическое изучение и картографирование земной поверхности.

Современный, пятый период связан с научно-техническим прогрессом. Он продолжается примерно с середины XX в. Решались задачи по дальнейшему изучению параметров фигуры Земли, ее гравитационного поля и их изменений во времени. Значительные усилия направлялись на введение общеземных координатных систем отсчета, развитие геодезических сетей, пункты которых являются носителями координат, на использование новейших средств по мониторингу стабильности этих пунктов в целях изучения геодинамических процессов. Геодезические сети важны еще и в прикладном отношении, ибо они служат для координатного обеспечения наземных и морских работ, космического пространства и космических летательных аппаратов, картографирования суши, континентального шельфа, морей и океанов.

В этом периоде появились искусственные спутники Земли. Разработаны высокоточные теодолиты и светодальномеры, что позволило поднять на новую высоту метод триангуляции, дополнив его методом светодальномерной полигонометрии – системой ходов, в которых углы поворота измерялись высокоточными теодолитами, а расстояния между ними – светодальномерами.

Этот период ознаменовался возникновением новой научной дисциплины – спутниковой или космической геодезии. С 1973 г. в США начаты концептуальные разработки системы GPS – глобальной системы позиционирования. Её параллельное наименование NAVSTAR – система определения времени и дальности по навигационным спутникам. Запуск космических аппаратов начат в 1978 г. Эксплутационная готовность объявлена в начале 1995 г.

В середине 70-х годов в бывшем СССР начаты разработки глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС. В 1982 г. выведены первые её спутники. В 1995 г. их число доведено до 24. В январе 1996 г. ГЛОНАСС объявлена полностью развернутой. В настоящее время завершается восстановление этой системы. GPS и ГЛОНАСС – навигационные системы.

Необходимо подчеркнуть, что все пункты геодезической основы закреплены в поверхностном слое земной коры. В силу движения тектонических плит и других причин их координаты со временем изменяются. Служба IGS предоставляет данные об изменениях положений станций своей сети.

В настоящее время Мировые системы координат (глобальные, общеземные СК) устанавливаются для всей Земли введением фундаментальных геодезических постоянных, определяющих её фигуру, размеры, гравитационное поле и гринвичские прямоугольные геоцентрические координаты. Начало координат находится в центре масс Земли, координатные плоскости – плоскости гринвичского меридиана и экватора. Ось Z направлена в точку условного земного полюса (Международное условное начало), ось X расположена в плоскости гринвичского меридиана, ось Y – в плоскости экватора, оси X и Y образуют правую систему координат. Составной частью этих систем являются геодезические сети, закрепляющие координатные системы в теле Земли. Различия Мировых СК обусловлены погрешностями измерений геоида, неравномерностью размещения пунктов наблюдений и особенностями обработки геодезических сетей. Координаты пунктов сети регулярно обновляются с применением новейших методов космической геодезии и систем глобального позиционирования (GPS). Мировые СК широко используются в геодезии, картографии и навигации. Основные Мировые СК:

  • Мировая геодезическая система координат 1984 – WGS-84 (World Geodetic System), наиболее используемая, получившая широкое распространение в связи с созданием и использованием в мире спутниковых систем позиционирования;
  • Международная общеземная система ITRS (International terrestrial reference system), поддерживается Международной службой вращения Земли (IERS);
  • Общеземная система ПЗ–90 (Параметры Земли, 1990), созданная в России. Для навигационных целей системы координат WGS–84 и ПЗ–90 считают совпадающими.

Основные задачи российской геодезии на ближайшее будущее следующие:

  • создание государственных и локальных кадастров: земельного, недвижимости, водного, лесного, городского и т. д.;
  • топографо-геодезическое обеспечение делимитации (определения) и демаркации (обозначения) государственной границы России;
  • разработка и внедрение стандартов в области цифрового картографирования;
  • создание цифровых и электронных карт и их банков данных;
  • разработка концепции и государственной программы повсеместного перехода на спутниковые методы автономного определения координат;
  • создание комплексного национального атласа России и другие.

Эта статья еще не написана, но вы можете сделать это.