Фигура и размеры Земли. Предмет и задачи геодезии

и методы определения координат отдельных точек земной поверхности в единой системе.

«Геодезия – область науки, техники и производства, изучающая форму, размеры и гравитационное поле Земли, а также средства и методы измерений на местности».
А.М. Берлянта

Геодезия

Высшая
геодезия

Топография

Фотограмметрия

Картография

Морская геодезия

Инженерная
геодезия

Задачи геодезии

научные

технические

создание опорных геодезических сетей

определение формы и размеров Земли

основы деятельности в области геодезии и картографии устанавливает Федеральный закон «О геодезии и картографии», который принят в ноябре 1995 года (последние изменения внесены в феврале 2012 г.).

В первой статье «Для целей настоящего Федерального закона используются следующие основные понятия:
геодезия - область отношений, возникающих в процессе научной, технической и производственной деятельности по определению фигуры, размеров, гравитационного поля Земли, координат точек земной поверхности и их изменений во времени;
картография - область отношений, возникающих в процессе научной, технической и производственной деятельности по изучению, созданию и использованию картографических произведений, главной частью которых являются картографические изображения;
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

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, научно-исследовательских 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, научно-справочных 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 опытно-конструкторских работ по направлениям, указанным в настоящем пункте;
организация серийного производства геодезической и картографической техники

р и ч е с к и й м е т о д (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

Г р а в и м е т р и ч е с к и й м е т о д
(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.

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).
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)
Длину дуги меридиана между Александрией и Сиеной Эратосфен определил по времени прохождения каравана верблюдов=5000 стадий.
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.

(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.

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.

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.

и первый научно-технический 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.

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.

дисциплина возникла в XX столетии после запуска первого искусственного спутника Земли в СССР 4 октября 1957 г.

Динамическая задача

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 ее форма.

Геометрическая 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.
При решении геометрических задач спутники играют роль высоко поднятой цели, для которой определяются координаты в результате наблюдений с наземных станций с известными координатами.
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.

Решение методов космической геодезии

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)

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,

в теле Земли, ориентируя определенным образом. Такой эллипсоид называется референц-эллипсоидом.

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.

имеют эллипсоид системы GRS-80, WGS-84
Таблица 1. Основные земные эллипсоиды и их параметры.

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; е2=(а2-в2)/а2;
в = а(1- α)= а 1-e2 α=1- 1-e2
е2 = α (2- α).

для эллипсоидов WGS-84, ПЗ-90 и Красовского, наиболее важных для картографических и геодезических работ в России, приведены в таблице.