Астрономические координаты

Определение положения точек земной поверхности

Астрономические координаты

Положение точки на поверхности сферы определяется двумя сферическими координатами - широтой и долготой (рис.1.2: точка O - центр сферы, точка P - северный полюс, точка P' - южный полюс). Проведем линию экватора QQ, полученную от пересечения плоскости экватора и поверхности сферы.

Плоскость меридиана точки A, лежащей на поверхности сферы, проходит через отвесную линию точки A и ось вращения Земли PP'. Меридиан точки A - это линия пересечения плоскости меридиана точки A с поверхностью сферы.

Широта точки A - это угол, образованный отвесной линией точки A и плоскостью экватора; этот угол лежит в плоскости меридиана точки.

Широта отсчитывается в обе стороны от экватора (к северу - северная широта, к югу - южная) и изменяется от 0o до 90o.

Рис.1.2

Долгота точки A - это двугранный угол между плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана точки A. Начальный меридиан проходит через центр главного зала Гринвичской обсерватории, расположенной вблизи Лондона. Долготы изменяются от 0o до 180o, к западу от Гринвича - западные и к востоку - восточные. Все точки одного меридиана имеют одинаковую долготу.

Проведем через точку A плоскость, параллельную плоскости экватора; линия пересечения этой плоскости с поверхностью сферы называется параллелью точки; все точки параллели имеют одинаковую широту.

Проведем плоскость G, касательную к поверхности сферы в точке A; эта плоскость называется плоскостью горизонта точки A.

Линия пересечения плоскости горизонта и плоскости меридиана точки называется полуденной линией; направление полуденной линии - с юга на север.

Если провести полуденные линии двух точек, лежащих на одной параллели, то они пересекутся в точке на продолжении оси вращения Земли PP' и образуют угол, который называется сближением меридианов этих точек.

Широту и долготу точек местности определяют из астрономических наблюдений, потому они и называются астрономическими координатами.

1.3.2. Геодезические координаты

На поверхности эллипсоида вращения положение точки определяется геодезическими координатами - геодезической широтой B и геодезической долготой L (рис.1.3).

Геодезическая широта точки - это угол, образованный нормалью к поверхности эллипсоида в этой точке и плоскостью экватора. Геодезическая долгота точки - это двугранный угол между плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана точки.

Плоскость геодезического меридиана проходит через точку A и малую полуось эллипсоида; в этой плоскости лежит нормаль к поверхности эллипсоида в точке A. Геодезическая параллель получается от пересечения поверхности эллипсоида плоскостью, проходящей через точку A и параллельной плоскости экватора.

Рис.1.3

Различие геодезических и астрономических координат точки A зависит от угла между отвесной линией данной точки и нормалью к поверхности эллипсоида в этой же точке. Этот угол называется уклонением отвесной линии; он обычно не превышает 5". В некоторых районах Земли, называемых аномальными, уклонение отвесной линии достигает нескольких десятков дуговых секунд. При геодезических работах невысокой точности астрономические и геодезические координаты не различают; их общее название - географические координаты - используется довольно часто.

Две координаты - широта и долгота - определяют положение точки на поверхности относимости (сферы или эллипсоида). Для определения положения точки в трехмерном пространстве нужно задать ее третью координату, которой в геодезии является высота. В нашей стране счет высот ведется от уровенной поверхности, соответствующей среднему уровню Балтийского моря; эта система высот называется Балтийской.

1.3.3. Прямоугольные координаты

Систему плоских прямоугольных координат образуют две взаимноперпендикулярные прямые линии, называемые осями координат; точка их пересечения называется началом или нулем системы координат. Ось абсцисс - OX, ось ординат - OY.

Существуют две системы прямоугольных координат: левая и правая. В геодезии чаще применяется левая система (рис.1.4-а). По ложение точки в прямоугольной системе однозначно определяется двумя координатами X и Y; координата X выражает расстояние точки от оси ОY, координата Y - расстояние от оси OY.

Рис.1.4-а

Значения координат бывают положительные (со знаком " + ") и отрицательные (со знаком " - ") в зависимости от того, в какой четверти (квадранте) находится искомая точка (рис.1.4-a).

1.3.4. Полярные координаты

Систему полярных координат образует направленный прямой луч OX. Начало координат - точка O - называется полюсом системы, линия OX - полярной осью. Положение любой точки в полярной системе определяется двумя координатами: радиусом-вектором r (синоним полярное расстояние S) - расстоянием от полюса до точки, - и полярным углом β при точке O, образованным осью OX и радиусом вектором точки и отсчитываемым от оси OX по ходу часовой стрелки (рис.1.4-б).

Рис.1.4-б

Переход от прямоугольных координат к полярным и обратно для случая, когда начала обеих систем находятся в одной точке и оси OX у них совпадают (рис.1.4-в), выполняется по формулам: X = S * Cosβ, Y = S * Sinβ, tgβ = Y/X,.

Рис.1.4-в

Эти формулы получаются из решения ΔOBA по известным соотношениям между сторонами и углами прямоугольного треугольника.

Системы прямоугольных и полярных координат применяются в геодезии для определения положения точек на плоскости.

Лекция 1

Предмет и задачи топографии. Понятие о форме и размерах Земли.

Общие требования. Литература, вводное слово.

Геодезия.

Геодезия – наука об измерениях на земной поверхности, проводимых с целью изучения формы и размеров Земли, изображение всей Земли или отдельных ее частей на картах, планах и профилях и методов их использования, а также решение различных инженерных задач на местности.

Геодезия («гео»- земля, «дезия»- делю на части, разделяю) является одной из древнейших наук, в процессе развития разделилась на несколько дисциплин.

Высшая геодезия – изучает форму и размеры Земли, а также методы высокоточного определения координат точек земной поверхности и изображения их на плоскости.

Геодезия (топография – «топо»-место, «графо»- пишу) изучает форму и размеры земной поверхности, измерения и методы съемки местности, с целью изображения ее на планах и топографических картах.

Космическая геодезия, изучает геометрические соотношения между точками земной поверхности при помощи ИСЗ.

Фототопография, изучает методы составления карт и планов на фотоснимках, полученных при фотографировании местности с самолета(аэрофотосъемка) или и земли(наземная фототеодолитная съемка).

Инженерная геодезия изучает комплекс геодезических работ, выполняемых при изысканиях, строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений.

Картография изучает методы и процессы создания и использования различных карт.

Геодезия находит широкое применение во всех отраслях народного хозяйства и в обороне страны.

Роль топографии в землеустройстве.

Большая роль принадлежит топографии в сельском хозяйстве при ведении государственного земельного кадастра, направленного на организацию эффективного использования земель и их охраны, планирования народного хозяйства, размещения и специализации сельскохозяйственного производства, мелиорации земель и химизации с/х, а также осуществления других мероприятий, связанных с использованием земель. Топогеодезические работы выполняются при новых и упорядоченных существующих землепользований с устранением чересполосицы и других неудобств в расположении земель; уточнения и изменения границ землепользований на основе схем районной планировки; внутрихозяйственных предприятий всех форм собственности с введение экономически обоснованных севооборотов на пахотных землях и устройством других сельскохозяйственных угодий(сенокосов, пастбищь, садов, виноградников и пр.), а также при разработке мероприятий по борьбе с эрозией почв; выявление новых земель для использования в с/х, отводе и изъятии земельных участков под строительство, карьеры и т.д.; установлении и изменении границ населенных пунктов; проведении топографогеодезических, почвенных, геоботанических и других обследований и изысканий.

Методы и приемы геодезии используются почвоведами и геоботаниками, мелиораторами и строителями, агрономами и экономистами и другими специальностями с/х.

Для проведения различных мероприятий, необходимых при использовании земли в с/х, требуется изучение земной поверхности путем проведения измерений на ней, вычислительной обработки результатов измерений и составлении планов, карт и профилей по ним.

Поэтому в задачу геодезии(топографии) входит изучение методов:

1· геодезических измерений с помощью специальных приборов;

2 вычислительной обработки результатов измерений;

3· графических построений и оформления планов, карт и профилей;

4· использование результатов измерений и построений для решения различных задач.

Геодезия как инженерная наука в своем развитии опирается на математику, физику, астрономию и геофизику, тесно связана с географией и геологией, геоморфологией и почвоведением, земледелием и геоботаникой, землеустроительным проектированием и экономикой с/х, мелиорацией, дорожным делом и другими науками.

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.