Фигура и размеры Земли. Предмет и задачи геодезии

1. Фигура и размеры Земли

Выполнила студентка ЕГФ
1 курса 1 группы
Кабаева Алина

2. Предмет и задачи геодезии

«Геодезия – область науки, техники и
производства, изучающая форму, размеры и
гравитационное поле Земли, а также средства
и методы измерений на местности».
Инженерная
геодезия
Морская
геодезия
А.М. Берлянта
Топография
Геодезия
Фотограмметрия
Высшая
геодезия
Картография
Геодезия изучает фигуру Земли, ее внешнее
гравитационное поле и методы определения
координат отдельных точек земной
поверхности в единой системе.
Задачи геодезии
технические
создание
опорных
геодезических
сетей
научные
определение
формы и
размеров Земли

3. Геодезическая и картографическая деятельность в Федеральном законе о геодезии и картографии

В первой статье «Для целей настоящего Федерального закона используются следующие основные понятия:
Правовые основы
деятельности в области
геодезия - область отношений, возникающих в процессе научной, технической и производственной
геодезии и картографии
деятельности по определению фигуры, размеров, гравитационного поля Земли, координат точек
устанавливает Федеральный
земной поверхности и их изменений во времени;
закон «О геодезии и
картографии», который
картография - область отношений, возникающих в процессе научной, технической и производственной
принят в ноябре 1995 года
деятельности по изучению, созданию и использованию картографических произведений, главной
(последние изменения
частью которых являются картографические изображения;
внесены в феврале 2012 г.).
деятельность в области геодезии и картографии (геодезическая и картографическая деятельность) научная, техническая, производственная и управленческая деятельность в области геодезии и
картографии;
геодезические и картографические работы - процесс создания геодезических и картографических
продукции, материалов и данных;
картографо-геодезический фонд - совокупность материалов и данных, созданных в результате
осуществления геодезической и картографической деятельности и подлежащих длительному хранению
в целях их дальнейшего использования».
Геодезическая и картографическая деятельность регламентируется в третьей статье: « Геодезическая и картографическая
деятельность исходя из назначения выполняемых работ включает:
•геодезические и картографические работы федерального назначения, результаты которых имеют общегосударственное,
межотраслевое значение;
•геодезические и картографические работы специального (отраслевого) назначения, необходимость проведения которых
определяется потребностями субъектов РФ, муниципальных образований, отдельных отраслей, граждан и юридических лиц

4. К геодезическим и картографическим работам федерального назначения относятся:

определение параметров фигуры Земли и внешнего
гравитационного поля;
создание и обновление государственных топографических
карт и планов в графической, цифровой, фотографической и
иных формах, точность и содержание которых обеспечивают
решение общегосударственных, оборонных, научноисследовательских и иных задач+ их издание;
дистанционное зондирование Земли в целях обеспечения
геодезической и картографической деятельности;
геодинамические исследования на базе геодезических и
космических изменений;
создание и ведение федерального и региональных
картографо-геодезических фондов;
создание и ведение географических информационных
систем федерального и регионального назначения;
проектирование, составление и издание
общегеографических, политико-административных, научносправочных и других тематических карт и атласов
межотраслевого назначения, учебных картографических
пособий;
проведение геодезических, картографических,
топографических и гидрографических работ в целях
обеспечения обороны и безопасности Российской Федерации;
геодезическое, картографическое, топографическое и
гидрографическое обеспечение делимитации, демаркации и
проверки прохождения линии Государственной границы РФ, а
также делимитации морских пространств РФ;
картографирование Антарктиды, континентального шельфа
РФ, территорий иностранных государств, Мирового океана, в
том числе создание топографических и морских карт;
производство геодезических и гидрографических работ в
океанах и морях в целях обеспечения безопасности общего
мореплавания;
метрологическое обеспечение геодезических,
картографических и топографических работ;
стандартизация, учет и упорядочение употребления
географических названий;
выполнение научно-исследовательских и опытноконструкторских работ по направлениям, указанным в
настоящем пункте;
организация серийного производства геодезической и
картографической техники

5. Способы определения формы и размеров Земли

Геометрический метод
(геодезическим)
Для данного метода необходимо
знать линейную величину одного
градуса дуги меридиана и параллели
на разных широтах. Геодезические
работы по определению длин дуг
меридианов и параллелей
называются градусными
измерениями.
*Виды измерений: измерения
горизонтальных углов и зенитных
расстояний, линейные измерения,
геометрическое нивелирование, а
также астрономические определения
широт, долгот и азимутов
Гравиметрический метод
(основан на изучении
гравитационного поля Земли) и
заключается в измерении значений
сил тяжести в различных точках
земной поверхности.
*Данный метод, в отличие от
геометрического, дает возможность
определить только форму Земли без
ее размеров.
*Достоинством измерений является
то, что их можно производить в
океанах и морях, т. е. там, где
возможности геометрического
способа ограничены.

6. Работы Эратосфена, их значение в исследовании планеты

Первую попытку определить размеры Земли путем измерений предпринял
александрийский ученый Эратосфен Киренский (276—194 гг. до н. э.),
который исходил из представлений о шарообразности нашей планеты и
применил формулу определения длины большого круга и радиуса шара по
величине центрального угла и стягивающей его дуги.
Было замечено, что в г. Сиене (соврем. Ассуан) в день летнего солнцестояния
в полдень Солнце освещает дно глубокого колодца (находится в зените). В
этот же момент в г. Александрии солнечные лучи составляют с отвесной
линией некоторый угол (z). Предполагая, что оба города расположены на
одном меридиане, а Солнце находится в бесконечности и его лучи могут
считаться параллельными, Эратосфен установил равенство углов μ=z (где μ –
центральный угол).
1.
Для измерения зенитного расстояния (z) Эратосфен применил прибор
скафис (чаша)-полая градуированная полусфера, в центре которой (на
дне) был отвесно расположен стержень. Его тень указала на деление 7°,2
(1/50 часть окружности)
2.
Длину дуги меридиана между Александрией и Сиеной Эратосфен
определил по времени прохождения каравана верблюдов=5000 стадий.
3.
Если считать, что египетская стадия может быть равна 158 м, то
окружность Земли, по измерениям Эратосфена, составит 39 500 км, а
величина r=6320 км.
Значение работ
Эратосфена заключается не
только в том, что он
определил размеры Земли с
удовлетворительными для
того времени результатами,
но и в том, что он впервые
применил геодезический
метод определения
размеров нашей планеты.

7. Совершенствование методики градусных измерений

Из исторических источников известны измерения
греческого ученого Посидония (135—50 гг. до н. э.), а
также работы арабских ученых VII в. н. э., в результате
которых были получены данные, близкие к современным
(дуга меридиана в 1° получилась равной 111,8 км, а
радиус Земли — 6406 км).
Положение существенно изменилось в начале XII в. н. э.,
когда голландский ученый В. Снеллиус (1580—1626 гг.)
измерил дугу меридиана в 1° 11'30" между городами
Алькамааром и Берген-он-Зоомом в Нидерландах,
используя для этого метод триангуляции.

8. Дуга Струве

Одной из крупнейших геодезических работ XIX в является измерение
длины дуги меридиана между г. Фугленесом (Норвегия) и устьем Дуная
протяженностью 25° 20', проведенное под руководством русских
геодезистов Карла Ивановича Теннера и Василия Яковлевича Струве
(основатель и первый директор Пулковской обсерватории) в 1848—1852 гг.
По тем временам Русско-скандинавское
градусное измерение (РСГИ) было
выдающимся научным и инженерным
достижением.
*РСГИ сыграло важнейшую роль в развитии исследований о
форме Земли, его результаты использовались в научных и
практических целях более 100 лет, вплоть до начала
спутниковой эпохи в геодезии.

9. "Геодезическая Дуга Струве" (ГДС) - это:

"Геодезическая Дуга Струве" (ГДС) - это:
первый в истории СВН ЮНЕСКО мультинациональный и первый научнотехнический объект "выдающейся универсальной ценности";
самое масштабное в мировой истории до 20 века измерение фигуры Земли,
оно выполнено под общим руководством российского академика В.Я. Струве
— т.е. является и важным российским научно-техническим достижением;
первый геодезический объект в СВН (он имеет точно измеренные
геометрические характеристики, которые были востребованы мировой наукой
в течение более 120 лет) ;
немногие (34) пункты, на которых велись полевые измерения; они
произвольно выбраны в 10 европейских странах из общего числа 318 полевых
пунктов ГДС; в СВН включены пока только 7 из 13 основных пунктов ГДС,
которые Струве избрал "носителями" математических результатов
исторического измерения меридиана;
очень необычный объект истории науки и техники, нуждающийся в
представлении его как единого культурного целого, несмотря на его
огромную географическую протяженность и различную государственную
принадлежность отдельных сегментов.

10. Гравиметрический метод исследования формы Земли. Работы М.С. Молоденского

Огромная работа по составлению карт высот геоида и вычислению
уклонений отвеса была проведена с высокой точностью и достаточно
экономно благодаря применению метода астрономо-гравиметрического
нивелирования и интерполяции астрономо-геодезических уклонений отвеса
через гравиметрические, разработанного в 1937 г. М. С. Молоденским.
Методика этих вычислений, в которых наиболее целесообразным путем
совместно используются гравиметрические и астрономо-геодезические
данные, служит образцом для аналогичных исследований в СССР и за
рубежом.
М.С. Молоденский разработал теорию фигуры Земли и её
гравитационного поля, изменившую классические представления о методах
решения основной задачи высшей геодезии; предложил метод изучения
фигуры физической поверхности Земли, свободный от каких-либо
предположений о распределении масс в земной коре и поэтому имеющий
существенное практическое значение.

11. Использование ИСЗ в геодезических целях Космическая (спутниковая) геодезия как научная и инженерная дисциплина возникла в XX

столетии после запуска первого искусственного спутника Земли в СССР 4 октября 1957 г.
Решение методов космической геодезии
Геометрическая задача
Динамическая задача
Задачи: а) определение координат ряда точек на
земной поверхности; б) создание опорной
геодезической сети для картографирования
акваторий, вмещающих множество удаленных друг от
друга островных групп; в) создание планетарной
единой геодезической сети.
Цели: определение характера действительного
движения искусственных спутников по орбите в
околоземном пространстве (решается
наблюдением за спутником при его полете по
орбите и определении его пространственных
координат в заданные моменты времени). Для
наблюдения движения спутников создается сеть
станций слежения, координаты которых
определены с высокой степенью точности.
Таким образом, при решении этой задачи по
возмущениям орбит спутников могут быть
определены гравитационное поле Земли и
форма.
При решении геометрических задач спутники играют
роль высоко поднятой цели, для которой
определяются координаты в результате наблюдений с
наземных станций с известными координатами.
ее
Определив координаты спутника и наблюдая за ним с
наземных пунктов, для которых желательно
определить координаты, можно решить поставленную
задачу и с заданной точностью определить положение
этих пунктов на земной поверхности в единой
координатной системе.

12. Для решения геометрических задач в спутниковой геодезии применяются два метода:

а) метод синхронных наблюдений (для него
необходимо, чтобы наблюдаемый спутник был
одновременно виден как с твердых пунктов с
известными координатами, так и спутников,
положение которых желательно определить. В
организационном отношении этот метод труден, т.к.
не всегда наблюдения за спутником можно вести из
всех пунктов)
б) орбитальный метод (что наблюдение
за спутниками может производиться в
разные моменты времени)
Таким образом, по результатам
наблюдений можно прогнозировать
положение спутника и определять его
координаты, используя для этого законы
теории движения ближних спутников)

13. Математические модели Земли

1.Если бы Земля была бы однородной,
неподвижной и подвержена только
действию внутренних сил тяготения,
она имела бы форму шара.
2.Под действием центробежной силы,
вызванной вращением вокруг оси с
постоянной скоростью, Земля
приобрела форму сфероида
или эллипсоида вращения.
3. Из-за неравномерного
распределения масс внутри Земли,
эллипсоидальная фигура
сдеформирована и имеет
форму геоида . Фигуру геоида
заменяют правильной
математической фигурой, к которой
можно применять математические
законы. Размеры земного
эллипсида :
большая полуось а = 6378245 м,
малая полуось b = 6356863 м,

14.

4. Для того, чтобы земной эллипсоид
ближе подходил к геоиду, его
располагают в теле Земли,
ориентируя определенным образом.
Такой эллипсоид
называется референцэллипсоидом.
5. Геоид не может быть строго изучен из-за
незнания распределения плотности масс
внутри Земли. Было предложено вместо
геоида принять фигуру квазигеоида,
которая может быть определена точно на
основании астрономо-геодезических и
гравиметрических измерений на
поверхности Земли без учета внутреннего
строения и плотности масс внутри Земли.
Его поверхность отклоняется от поверхности
геоида максимально 2 м в горных районах,
на океанах и морях их поверхности
совпадают.
*В нашей стране в 1940 г. расчет эллипсоида был выполнен выдающимся
ученым Ф.Н. Красовским и его учеником А.А. Изотовым. Эллипсоид
Красовского-Изотова был утвержден в СССР для геодезических и
картографических работ. Положение эллипсоида в теле Земли определено
геодезическими координатами центра круглого зала Пулковской
обсерватории: широта В = 59° 46' 18'', 55 с.ш., долгота L = 30° 19' 42'', 09 в.д.

15. Параметры эллипсоидов и взаимосвязь между ними

В настоящее время параметры современной точности имеют эллипсоид системы GRS-80, WGS-84
Таблица 1. Основные земные эллипсоиды и их параметры.
Эллипсои
д
Деламбра
Годы
Сжатие (α)
1800
Большая
полуось
6 375 653
Вальбека
1819
6 376 896
1/303
Эйри
1830
1/299,3249646
Эвереста
1830
Бесселя
1841
6 377
563,396
6 377
276,345
6 377 397
Кларка
1866
6 378 206
1/294,98
Кларка
1880
6 378 249
1/293,46
Хейфорд
а
Красовск
ого
Авст
рали
йски
й
GRS-67
1909
6 378 388
1/297
1940
6 378 245
1/298,3
1965
6 378 160
1/298,25
1967
6 378 160
WGS-72
1972
6 378 135
1/298.2471672
47
1/298,26
GRS-80
1979
6 378 137
WGS-84
1984
6 378 137
ПЗ-90
1990
6 378 136
1/334
1/300,8017
1/299,15
1/298,2572221
01
1/298,2572235
63
1/298,2578393
03
Эллипсоид вращения характеризуют два параметра:
большая экваториальная полуось (а) и полярное
сжатие (α). Кроме них в расчетах используются и
другие, например малая полярная полуось (в) и
первый эксцентриситет меридионального эллипса
(е).
Эти параметры взаимосвязаны следующим образом:
α=(а-в)/а;
в = а(1- α)= а 1-e2
е2 = α (2- α).
е2=(а2-в2)/а2;
α=1- 1-e2

16. Таблица 2. Параметры основных земных эллипсоидов

Эти параметры, а также площади
поверхностей для эллипсоидов WGS84, ПЗ-90 и Красовского, наиболее
важных для картографических и
геодезических работ в России,
приведены в таблице.
Таблица 2. Параметры основных земных
эллипсоидов
Эллипсоиды
Параметры
WGS-84
ПЗ-90
Красовского
а
в
6 378 137
6 356
77752,314
6 378 136
6 356 751,362
6 378 245
6 356 863,019
а
1/298,257
223563
1/298,257
839303
0,0066943
79990
0,006694
366193
е2
Площадь
510 065 622
510 065 464
1/298,3
0,006693
421623
510 083 059

17.

18. Спасибо за внимание !