Понятие о формах и размерах Земли: геоид, референц-эллипсоид.

Понятие о формах и размерах Земли: геоид, референц-эллипсоид.

Фигура Земли формируется под влиянием внутренних и внешних сил. Основными являются сила внутреннего тяготения и центробежная сила. По данным геофизики Земля ведет себя как пластичное тело. Если бы она была неподвижным и однородным по плотности телом, то под действием только сил внутреннего тяготения она, как фигура равновесия, имела бы форму шара/^Вследствие центробежной силы, вызванной вращением ^вокруг оси, Земля приобрела бы форму шара, сплюснутого с полюсов, то есть форму эллипсоида вращения с малой степенью сжатия в направлении полюсов.

На самом деле внутреннее строение Земли по плотности неоднородное В результате процессов, связанных с образованием и жизнью нашей планеты, вещество Земли распределяется, в общем, концентрическими слоями, плотность которых возрастает от поверхности к центру. При таком строении Земля также должна была бы иметь фигуру эллипсоида, но с другой степенью сжатия, нежели при однородной плотности.

Уровненная поверхность- это поверхность морей и океанов, мысленно продолженная под материками. Геоид (уровн поверх)-это тело ограниченное уровненной поверхностью, неправильное геометрическое тело, напоминает поверхность эллипсоида. Поверхность геоида в каждой точке перпендикулярна отвесной линии. Однако земная кора (наружный слой земли толщиной в среднем 40 км) состоит из неоднородных по плотности участков: материки и океанические впадины сложных геометрических форм, равнинные и гористые формы рельефа материков и соседствующих с ними океанов и морей. /Вследствие такого неравномерного распределения масс в земной коре изменяются направления сил притяжения, а значит, и сил тяжести./При этом уровенная поверхность, как перпендикулярная к направлениям силы тяжести, отступает от эллипсоидальной и становится столь сложной и неправильной в геометрическом отношении, что ее форму нельзя описать конечным математическим выражением. / Фигуре Земли, образованной уровенной поверхностью, совпадающей с поверхностью океанов и морей и мысленно продолженной под материками, присвоено название геоид/

Для математической обработки результатов геодезических измерений нужно знать форму поверхности Земли. Использовать для этой цели физическую поверхность 5 или поверхность геоида 4 нельзя вследствие их сложности. Поскольку наибольшие отступления геоида от эллипсоида не превышают 100—150 м, фигурой, наиболее близкой к геоиду, является эллипсоид вращения, называемый земным эллипсоидом. Параметрами, определяющими его размеры и форму, являются большая а и малая b полуоси или большая полуось а и полярное сжатие а т = (а — Ь)/а (рис. 1, 6). Величины этих параметров могут быть получены посредством градусных измерений, т. е. путем геодезических измерений длины дуги меридиана в Г. Зная длину градуса в различных местах меридиана, можно установить фигуру и размеры Земли.

Параметры земного эллипсоида неоднократно определялись учеными различных стран. В 1946 г. для геодезических и картографических работ в СССР приняты следующие размеры земного эллипсоида: а Щ 6 378 245 м, b = 6 356 863 м, а = 1: 298, 3. Эти параметры получены в 1940 г. выдающимся советским геодезистом Ф. Н. Красовским.

Чтобы максимально приблизить поверхность земного эллипсоида к поверхности геоида, эллипсоид соответствующим образом ориентируют в теле Земли. Такой эллипсоид называют референц-эллипсоидом.

В практике инженерно-геодезических работ поверхности эллипсоида и геоида считают совпадающими, во многих случаях значительные по размерам участки земной поверхности принимают даже за плоскость, а при необходимости учета сферичности Земли считают ее шаром, равным по объему земному эллипсоиду. Радиус такого шара равен 6371, 11 км

Системы координат: географическая, плоская прямоугольная, полярная.

Координаты — числа, определяющие положение точки земной поверхности относительно начальных (исходных) линий или поверхностей. В инженерной геодезии наибольшее применение получили системы географических, прямоугольных, и полярных координат.

Система географических координат . В этой системе за координатную поверхность принимается шар, а за координатные линии — географические (истинные) меридианы и параллели. Сечения поверхности шара плоскостями проходящими через полярную ось вращения Земли РР_г, называют меридианами. За начальный принят меридиан, проходящий через центр зала Гринвичской обсерватории вблизи Лондона. Сечения поверхности шара плоскостями, перпендикулярными к оси вращения Земли, называют

параллелями. Параллель, плоскость которой проходит через центр шара О, называют экватором.

Положение точки М на шаре определяется пересечением меридиана и параллели, проходящих через эту точку. Меридиан задаётся географической долготой точки, а параллель- географической широтой. Географической широтой фи точки М называют угол между отвесной линии в точке М называют двугранный угол между плоскостью меридиана точки М и плоскостью Гринвичского меридиана.

Система полярных координат

Эту систему применяют при определении планового положения точек на небольших участках в процессе съемки местности и при геодезических разбивочных работах.

За начало координат — полюс принимают точку О местности, за начальную координатную линию — полярную ось ОА, произвольно расположенную на местности. Полярными координатами точки М будут полярный угол бета, отсчитываемый по часовой стрелке от полярной оси и полярное расстояние (радиус-вектор ) OM-S

Система плоских прямоугольных координат Гаусса-Крюгера

Данную систему координат используют при крупномасштабном изображении значительных частей земной поверхности на плоскости, следовательно, и, при решении большинства задач, связанных с проектированием строительных комплексов.

Поверхность разбивают меридианами на зоны широты 3 или 6 градусов по долготе. Земной шар вписывают цилиндр так, чтобы плоскость экватора совместилась с осью цилиндра. Каждая зона из центра Земли проецируется на боковую поверхность цилиндра. После проектирования боковую поверхность цилиндра разворачивают в плоскость, разрезав её по образующим, проходящим через земные полюса. На полученном изображении средние меридианы зон и экватор-прямые линии, остальные меридианы и параллели-кривые.

Система координат в каждой зоне одинаковая. Для территории России расположенном в северном полушарии, абсциссы всегда положительны. Для того чтобы и ординаты были всегда положительны начало координат смещают на запад на 500 км. В этом случае все точки к востоку и западу от осевого меридиана будут иметь положительные ординаты. Такие ординаты называются преобразованными.

Системы высот в геодезии.

Для определения положения точек физической поверхности Земли недостаточно знать только две их плановые координаты х и у. Необходима третья координата, характеризующая отстояние точки земной поверхности от начальной поверхности. Расстояние Н_лот точки А земной поверхности по отвесной линии до начальной поверхности называют высотой (рис. 4). За начальную (отсчетную) поверхность для определениявысот в геодезии принимается основная уровенная поверхность — поверхность геоида называемая так же уровнем моря . Относително её и определяют геодезическими измерениями (нивелированием) высоты точек земной поверхности. Такие высоты называются абсолютными. Если за начало счета принимают произвольную уровненную поверхность, то высоты, отсчитываемые по этой поверхности; называют относительными. Так в гражданском и промышленном строительстве при проектирвании и возведении зданий и сооружений применяют относительную систему высот. За отсчётную поверхность принимают уровненную поверхность, совпадающую с полом первого этажадома. Такую отсчётную поверхность называют уровнем чистого пола, а высоты отсчитываемые от него, - условными. Численное значение высоты называют отметкой.На рис. 4: Н_А и Н_в — высоты точек А и В на земной поверхности, через точки А и В проведены горизонтальные линии. Разность «высот двух точек называют превышением.

Рис. 4. Высоты и превышения точек земной по верхности

Плановые геодезические сети: триангуляция, трилатерация, полигонометрия.

1.Триангуляция — это метод построения плановой геодезической сети в виде примыкающих друг к другу треугольников, в которых измеряют все углы и длину хотя бы одной стороны, называемой базисом или базисной стороной /—// (рис. 61, а). Триангуляция является наиболее распространенным методом построения плановых геодезических сетей. Системы треугольников строят в виде рядов или сетей. Решая последовательно треугольники от начальной непосредственно измеряемой стороны I—II, находят все стороны системы треугольников. В основе метода триангуляции лежит решение треугольников по стороне и двум углам с использованием теоремы синусов

Таким образом, решая последовательно треугольники триангуляции, находят длины всех сторон, их дирекционные углы (азимуты), а затем и координаты всех пунктов. Координаты начального пункта определяют по измерениям в сети высшего разряда. Далее координаты пунктов триангуляционного ряда или сети получают путем последовательного решения прямых геодезических задач, начиная с начального пункта и по ходовой линии.

2.Трилатерация — это метод построения плановой геодезической сети в виде примыкающих друг к другу треугольников, в которых измеряют длины всех сторон. Из решения треугольников находят их углы, а затем вычисляют координаты всех вершин треугольников. Недостатком метода трилатерации является отсутствие надежного полевого контроля измерений.

3. Полигонометрия — это метод построения геодезической сети в виде системы замкнутых или разомкнутых ломаных линий, в которых непосредственно измеряют все элементы: углы поворота |5 и длины сторон d (рис. 61, б).

Углы в полигонометрии измеряют точными теодолитами, а стороны — мерными проволоками или светодаль-номерами. Ходы, в которых стороны измеряют стальными з емлемерными лентами, а углы — теодолитами технической точности 30" или Г, называются теодолитными ходами. Теодолитные ходы находят применение при создании съемочных геодезических сетей, а также в инженерно-геодезических и съемочных работах. В методе поли тонометрии все элементы построения измеряются непосредственно, а дирекционные углы а и координаты вершин углов поворота определяют так же, как и в методе триангуляции.

Порядок построения планов сетей: по принципу от общего к частному, от крупного к мелкому, от точного к менее точному.

Понятие о формах и размерах Земли: геоид, референц-эллипсоид.

12 Следующая ⇒