Общие сведения о геодезии

1.

Московский Государственный Университет Геодезии и Картографии
(МИИГАиК)
ЛЕКЦИЯ ПО ТЕМЕ № 1:
«Общие сведения о геодезии»
Москва, 2018 г.
Лектор: доц.
Максимова М.В.

2.

Геодезия, ее научные и практические задачи и роль в государстве
Геодезия (от греч. geodaisia — землеразделение) — одна из наук о Земле. В настоящее
время содержание геодезии понимается значительно шире, и геодезия характеризуется
как наука о методах определения пространственных характеристик предметов и явлений.
Таким образом, объектом изучения геодезии является пространство в его предметном
выражении, т.е. пространство, которое окружает людей, и прежде всего —это
географическая оболочка Земли.
Современная геодезия решает целый ряд научных и практических задач и делится на
несколько самостоятельных дисциплин.
2

3.

Высшая геодезия
Высшая геодезия изучает методы определения формы и размеров планеты Земля,
методы координатных определений на ее поверхности, современные движения
земной коры и их прогнозирование с использованием астрономических,
гравиметрических, геодезических измерений и спутниковых систем позиционирования.
Рис. 1. Реальная форма земли.
3

4.

Топография или геодезия
Топография рассматривает методы производства измерений на земной
поверхности, аэрокосмические методы дистанционного зондирования
земной поверхности, их обработки и представления для создания
топографических карт и планов.
Рис. 2. Топографические карты и планы
4

5.

Прикладная геодезия
Прикладная геодезия рассматривает методы производства геодезических
измерений в условиях строительства различных объектов. Основными задачами
инженерной геодезии являются: топографо-геодезические изыскания; инженерногеодезическое проектирование; геодезические разбивочные работы; геодезическая
выверка конструкций и технологического оборудования при установке их в
проектное положение; наблюдения за деформациями сооружений.
Рис. 3. Геодезическое сопровождение строительства
5

6.

Картография
Картография изучает теоретические основы картографических проекций и
технологию создания карт различных масштабов и назначения для отображения
земной поверхности, различных природных и техногенных объектов на ней,
обеспечения рациональных методов природопользования; в настоящее время
развиваются методы создания и практического использования цифровых и
электронных карт.
Рис. 4. Процесс создания электронных карт
6

7.

Аэрофотосъемка и фотограмметрия
Фотограмметрия рассматривает методы расчета параметров аэрофотосъемки
земной
поверхности
для
получения
стереографического
изображения
и
пространственной модели местности, на основе которой аналитическими методами
создаются топографические карты; в настоящее время внедряются технологии
цифровой и космической фотограмметрии на основе сканерных съемок местности
Рис. 5. Аэрофотосъемка земной поверхности
7

8.

Космическая геодезия
Космическая геодезия рассматривает
методы
координатных
описаний
движения искусственных спутников Земли
в режиме реального времени для
решения геодезических задач методами,
основанными
на
определении
расстояний от наземных приемников до
спутников,
излучающих
специальные
радиосигналы.
Рис. 6. Орбитальная спутниковая группировка
8

9.

Геодезия
Науки связанные с геодезией
Математика
Математика вооружает геодезию
средствами анализа и методами
обработки результатов измерений.
Физика
На основе законов физики создаются
оптико-механические, оптикоэлектронные и лазерные
геодезические приборы.
Астрономия
Астрономия обеспечивает геодезию
необходимыми исходными данными.
География и
геоморфология
Знание географии и геоморфологии
помогает более полно и правильно
отобразить на картах земную
поверхность и результаты деятельности
людей
Топографическое
черчение
Для графического оформления планов
и карт топографам и геодезистам
необходимы знания, приемы и навыки
топографического черчения.
9

10.

Краткая историческая справка о развитии геодезии
Известно, что геодезические измерения на местности в Китае,
Греции, Индии, Вавилонии производились еще в ХХ-Х вв. до н.
э. В Древнем Египте в ХХ-ІХ вв. до н. э. при сооружении каналов
применяли нивелирование. В Греции Аристотель в IV в. до н.э.
определил название науки об измерениях на поверхности
Земли – геодезия. Эратосфен (III в. до н. э.) впервые вычислил
размеры
земного
шара
из
градусных
измерений.
Александрийский астроном Гиппарх во II в. до н.э. изобрел
астролябию (угломерный прибор) и ввел в употребление
понятие «географические координаты».
Рис. 7. Геодезия в Древнем Египте в ХХ-ІХ вв. до н. э
Во второй половине второго тысячелетия в Европе в
связи с оживлением торговых связей, расширением
пространств мореплавания развиваются геодезические
и картографические работы как следствие открытий в
области математики, физики, точной механики и
оптики. К этому периоду относятся изобретения
зрительной трубы, микроскопа, верньера, уровней и т. д.
Рис. 8. Геодезия в Европе
10

11.

Краткая историческая справка о развитии геодезии
Развитие геодезии в России
XI в.
•между Керчью и Таманью
по льду была измерена
ширина
Керченского
пролива (Первые сведения
о
геодезических
измерениях в России ).
XVI в
•Первой
русской
картой является карта
Московского
государства
«Большой Чертеж»
1667 г
•Первая карта Сибири
составлена в 1667 г.
при
Тобольском
воеводстве.
в начале XVIII в
•открыты Навигацкая школа в
Москве и Морская академия в
Петербурге, из стен которых
вышли
первые
русские
геодезисты,
топографы
и
астрономы
1940 г
К середине 50-х годов
•по
результатам
отечественных измерений
определены
фигура
и
размеры
эллипсоида
Красовского
•завершилась работа по
созданию
многолистной
государственной
топографич. карты всей
территории
СССР
в
масштабе 1: 1000 000.
1928 г.
К середине 60-х годов
•открыт Центральный
научно-исследовательский
институт геодезии,
аэросъемки и
картографии (ЦНИИГАиК)
•на всю территорию страны
была
создана
Государственная
астрономо-геодезическая
сеть высокой точности
ХVІІІ-ХІХ вв. и в первой половике
XIX в
•выполнены градусные измерения:
Большое французское и Дуга
Струве в России. Измерение
общей протяженностью 3000 км
(25°20') от Северного Ледовитого
океана до устья Дуная с ошибкой
всего 12 м остается образцом
работ тех лет.
к концу 80-х годов
•карта масштаба 1: 25
000, новые генпланы
более чем 2100 городов
в масштабах 1: 5000 и 1:
2000.
1779 г
К 90-м годам
•Открытие Константиновского
Межевого института (ныне
Московский государственный
университет
геодезии
и
картографии (МИИГАиК))
•более 50% территории
СССР было покрыто
съемками в масштабах
1: 10 000, 1: 5000, 1: 2000
и крупнее.
Контроль
и
общее
руководство за выполнением
всех
топографогеодезических работ в СССР
осуществляло
Главное
управление
геодезии
и
картографии при Совете
Министров СССР (ГУГК). С
1991 г. ведение топографогеодезических
работ
в
стране
возглавляет
Федеральная
служба
геодезии
и
картографии
России (Роскартография)
11

12.

Понятие о форме и размерах Земли
Геоид - фигура Земли, ограниченная
уровенной
поверхностью,
совпадающей со средней уровенной
поверхностью воды в открытых морях и
океанах, мысленно продолженной
под материками так, что для всех
точек
земной
поверхности
она
перпендикулярна отвесным линиям,
проходящим через эти точки.
Рис. 9. Геоид
12

13.

Понятие о форме и размерах Земли
Для целей практической геодезии
достаточно
Землю
принять
за
простейший
из
сфероидов
эллипсоид
вращения
фигуру,
образованную вращением эллипса
вокруг его малой оси. в России
(СССР), с 1946 г. принят эллипсоид
Красовского (а = 6 378 245 м; α = 1/298,
3). Единые общепринятые размеры
земного
эллипсоида
впервые
учреждены
XVI
ассамблеей
Международного геодезического и
геофизического
союза
(Франция,
Гренобль, 1975 г. ): большая полуось а
= 6 378 140 ± 5м (см. рис. 1); сжатие (α
= (а-b)/а) α = 1/298, 257.
Рис. 10. Геоид. Эллипсоид. Поверхность Земли:
σ - отвесная линия; Ν - нормаль к эллипсоиду; U
- уклонение отвеса
113

14.

Определение положения точек земной поверхности. Системы координат, применяемые
в геодезии
Геодезическая широта В - угол от плоскости
экватора до нормали N к поверхности
эллипсоида в данной точке М. Широта
изменяется от 0 до 90°.
Геодезическая долгота L - угол между
плоскостью
начального
меридиана
(Гринвичского) и плоскостью меридиана
данной точки М. Долгота изменяется от 0 до
180°.
Геодезический азимут А - угол в плоскости,
перпендикулярной нормали, от северного
направления меридиана в данной точке до
направления
данной
линии
MD,
измеренный по ходу часовой стрелки.
Азимут изменяется от 0 до 360°.
Рис. 11. Геодезические координаты
14

15.

Определение положения точек земной поверхности. Системы координат, применяемые
в геодезии
Астрономические широта φ, долгота λ и азимут а
определяются аналогично геодезическим, но
относятся они к отвесной линии σМ в данной точке.
Отвесная линия зависит от распределения и
плотности масс внутри Земли и всегда совпадает с
направлением силы тяжести в данной точке.
Рис. 12. Астрономические координаты
Рис. 13. Уклонение отвесной линии
Угол U, образованный нормалью и отвесной
линией в данной точке, называется уклонением
отвесной линии.
15

16.

Определение положения точек земной поверхности. Системы координат, применяемые
в геодезии
Для полного определения положения точки на земной
поверхности необходимо, кроме плановых координат, знать
высоты Н точек. В зависимости от выбора начала отсчета высот
различают:
абсолютные
высоты,
или
альтитуды,
и
относительные, или условные, высоты. За начало отсчета
абсолютных высот принимают средний уровень океана (В
России принят средний уровень Балтийского моря).Числовые
значения высот в геодезии называются отметками.
Рис. 14. НА НВ- абсолютные высоты точек. Н'A, Н'B относительные высоты; h - превышение между
точками А и В
16

17.

Определение положения точек земной поверхности. Системы координат, применяемые
в геодезии
Система прямоугольных пространственных координат X, Υ,
Ζ с началом в центре земного эллипсоида. Оси X и Υ
располагаются в плоскости экватора, первая - в плоскости
начального меридиана, вторая - ей перпендикулярно, ось Ζ по земной оси. Такая система координат называется
геоцентрической.
Рис. 16. Левая и правая система плоских
прямоугольных координат
Рис. 15. Система прямоугольных
пространственных координат.
В отличие от математики где принята левая система плоских прямоугольных
координат, в геодезии принята правая система плоских прямоугольных
координат. Выбор правой системы координат в геодезии обусловлен удобством
и простотой отыскания северного направления меридиана, от которого
отсчитываются углы.
17

18.

Проектирование точек, малых участков земной поверхности на горизонтальную плоскость.
Физическая
земная
поверхность
представляет
собой
сложные
пространственные
формы:
горы,
котловины, хребты, лощины и т. п. Прежде,
чем изобразить участок поверхности Земли
на
плане
или
карте,
необходимо
предварительно
все
точки
неровной
поверхности спроектировать на уровенную
поверхность,
совпадающую
с
горизонтальной плоскостью для малых
участков, и определить координаты и высоты
этих точек. Такое проектирование точек
поверхности Земли на горизонтальную
плоскость в геодезии осуществляется
ортогонально
(перпендикулярно)
по
отвесным линиям.
Рис. 17. Ортогональное проектирование.
18

19.

Измеряемые в геодезии величины
На местности измеряют длины наклонных линий АВ, ВС, CD и т.д., вертикальные и
горизонтальные углы. Горизонтальную проекцию линии местности в геодезии называют
горизонтальным проложением.
Таким образом, задача геодезических измерений на местности сводится к
измерениям длин (наклонных, горизонтальных и вертикальных) и углов (горизонтальных и
вертикальных) с последующим вычислением координат и высот точек.
Рис. 18.Измеряемые в геодезии величины
19

20.

Единицы измерения в геодезии
Единицы
измерения
Линейные
Площадные
1 км2 (квадратный километр) = 1 000 000, 000
000 м2 =
1 км (километр) = 1000, 000 м;
= 100 га;
1 м (метр) = 1, 000 м;
1 га (гектар) = 10 000, 000 000 м2;
1 дм (дециметр) = 0, 100 м;
1 м2 (квадратный метр) = 1, 000 000 м2;
1 см (сантиметр) = 0, 010 м;
1 дм2 (квадратный дециметр) = 0, 010 000 м2;
1 мм (миллиметр) = 0, 001 м.
1 см2 (квадратный сантиметр) = 0, 000 100 м2;
1 мм2 (квадратный миллиметр) = 0, 000 001
м2
Угловые
1° = 1 градус = 1° 00'00" = 60' (минут);
1' = 1 минута = 0° 01'00" = 60" (секунд);
1" = 1 секунда = 0° 00' 01";
lg = 1 град = 1, 0000g = 100с (десятичных
минут);
1c = 1 десятичная минута = 0, 0100g = 100сс
(десятичных секунд);
1cc = 1 десятичная секунда = 0, 0001g
В геодезии также находят применение меры массы, температуры, времени,
давления и частоты колебаний.
20

21.

Влияние кривизны Земли на горизонтальные расстояния и на высоты точек.
Поверхность Земли изображают на
плоскости. Установим искажение при
замене
дуги
сферы
отрезком
касательной. Пусть на поверхности
Земли, принятой за поверхность шара
радиусом
R,
расположены
произвольные точки А и В Если заменить
дугу S отрезком касательной t, то
получим,
По построению
tg ε =
ε
ρ
+
1 ε3
3 ρ3
(3)
С учетом формул (1) - (3) имеем
1