Лекция 1 СПГН заоч

1.

БУРЯТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
имени В.Р. Филиппова
Определение параметров
земного эллипсоида,
геоида и гравитационного
поля Земли

2.

Форма и гравитация Земли
Истинная форма Земли - это геоид, сложная, неровная
поверхность,
которая
является
идеализированной
поверхностью Мирового океана. Эта форма не идеальна изза неравномерного распределения масс внутри планеты, что
создает локальные гравитационные аномалии. Земля немного
сплюснута у полюсов и расширена на экваторе (эллипсоид
вращения), но геоид описывает ее более точно.
Физическая поверхность Земли — это неровная реальная
поверхность, которую аппроксимируют две модели: геоид и
земной эллипсоид.
Геоид — это уровненная поверхность, эквипотенциальная к
гравитационному полю Земли, которая примерно совпадает с
уровнем спокойного Мирового океана и продолжена под
материками.
Земной эллипсоид — это математически правильная, гладкая
поверхность
(сжатый
эллипсоид
вращения), которая
наилучшим образом аппроксимирует геоид, так как геоид
имеет сложную форму и не может быть описан простой
математической формулой.
2

3.

Важность изучения для геодезии, навигации
(GPS/ГЛОНАСС), картографии, изучения климата
Геодезия
• Определение и
измерение: Геодезия изучает
фигуру и гравитационное поле
Земли, а также методы
определения координат точек на
ее поверхности.
• Применение: Полученные
данные используются для
проектирования и строительства,
землепользования, а также для
создания навигационных систем.
• Точность: Использование
спутниковых систем
(GPS/ГЛОНАСС) обеспечивает
высокую точность, что крайне
важно для геодезических работ.
Картография
•Создание карт и
планов: Данные
геодезических и
топографических
исследований необходимы
для создания точных карт и
планов местности.
•Современные
технологии: Картография
использует геодезические
данные в сочетании с
аэрофотосъемкой, дронами
и 3D-моделированием для
создания современных и
подробных карт.
Навигация (GPS/ГЛОНАСС)
•Точное
позиционирование: Спутни
ковые системы позволяют
точно определять
местоположение объектов на
поверхности Земли.
•Широкий спектр
применения: Спутники и
приемники на земле
вычисляют местоположение,
что используется в
транспорте, логистике,
правоохранительных
органах, службах спасения и
научных исследованиях.
Изучение климата
Моделирование и
прогнозы: Понимание
рельефа, распределения
водных ресурсов и других
факторов, определяемых
геодезией, необходимо для
точного моделирования
климатических процессов.
Адаптация: Исследование
Земли помогает
прогнозировать изменения
урожайности и планировать
действия в условиях
изменяющегося климата.
3

4.

Земной эллипсоид (Сфероид)
Земной эллипсоид - математическая
модель Земли
Эллипсоид вращения, который
наилучшим образом аппроксимирует
фигуру Земли в целом.
Основные параметры:
• a - большая полуось
(экваториальный радиус)
• b - малая полуось (полярный
радиус)
• f = (a-b)/a - сжатие (полярное
сжатие)
4

5. Разные страны и в разное время использовали эллипсоиды, наилучшим образом подходящие для своей территории

Стандартные эллипсоиды в геодезии
Разные страны и в разное время использовали эллипсоиды, наилучшим
образом подходящие для своей территории (референц-эллипсоиды).
Сравнительная таблица параметров основных
эллипсоидов.
Kрасовского
1940
6 378 245
1 / 298.3
WGS 84 (GPS)
1984
6 378 137
1 / 298.257
GRS 80
1980
6 378 137
1 / 298.257
ПЗ-90 (ГЛОНАСС)
1990
6 378 136
1 / 298.258
5

6.

Геоид - фигура Земли "по уровню моря"
Геоид: истинная фигура Земли
Геоид – это уровенная поверхность,
совпадающая со средним уровнем
Мирового океана в состоянии покоя и
мысленно продолженная под материками.
Свойства: поверхность, везде
перпендикулярная направлению силы
тяжести (отвесной линии).
Физический смысл: это
эквипотенциальная поверхность
гравитационного поля.
6

7. Связь между эллипсоидом и геоидом

Отклонение отвеса и высота геоида
Связь между эллипсоидом и
геоидом
Высота геоида (N): Расстояние по
нормали от поверхности эллипсоида до
поверхности геоида.
H = h + N,
где H - высота над геоидом
(ортометрическая), h - высота над
эллипсоидом (эллипсоидальная).
Отклонение отвеса (θ): Угол между
нормалью к эллипсоиду и направлением
силы тяжести (нормалью к геоиду).
7

8. Как измерили Землю?

Методы определения параметров эллипсоида
Как измерили
Землю?
•Исторически: Дуги
меридианов (от Эратосфена до
Красовского).
•Современно:
• Космическая
геодезия: Лазерная
локация спутников
(SLR).
• Спутниковая
геодезия: GPS/ГЛОНАС
С и др. системы.
• Гравиметрия: Измерен
ия силы тяжести.
8

9. Определение: Силовое поле, создаваемое массой Земли и ее вращением. Потенциал силы тяжести (W):  W = V + Φ, где V -

Гравитационное поле Земли – движущая сила
Определение: Силовое поле,
создаваемое массой Земли и ее
вращением.
Потенциал силы тяжести (W):
W = V + Φ,
где V - гравитационный
потенциал, Φ - центробежный
потенциал.
Сила тяжести (g): Векторная
сумма гравитационного притяжения
и центробежной силы.
9

10.

Аномалии силы тяжести
Аномалия силы тяжести: Разница
между измеренным значением g и
нормальным значением γ на
эллипсоиде.
Физический смысл: Отражают
неоднородность распределения
масс внутри Земли (залежи руд,
пустоты, структура земной коры).
•Виды аномалий (введение):
аномалия в свободном воздухе,
аномалия Буге.
10

11.

Спутниковые методы изучения
гравитационного поля
Миссия GRACE (Gravity Recovery and
Climate Experiment): Измеряла
изменения гравитационного поля во
времени (таяние ледников, изменение
уровня грунтовых вод) путем точного
измерения расстояния между двумя
спутниками.
Миссия GOCE (Gravity Field and
Steady-State Ocean Circulation
Explorer): Построила высокоточную
статическую модель геоида.
11

12.

Гравиметрия - наземные и морские измерения
Абсолютные измерения: Определяют
абсолютное значение g в точке
(например, с помощью атомных
гравиметров, лазерных
интерферометров).
Относительные измерения: Измеряют
разность Δg между точками (пружинные
гравиметры).
Морская гравиметрия: Градиентометры
на борту судов.
Аэрогравиметрия: Измерения с
самолетов.
12

13.

Практическое применение
• Системы позиционирования (GNSS): Без учета высоты геоида N GPS
покажет высоту над эллипсоидом (h), а не над уровнем моря (H).
• Океанография: Изучение динамики океана, течений (топография
поверхности океана следует форме геоида с отклонениями).
• Поиск полезных ископаемых: Выявление локальных гравитационных
аномалий.
• Геодинамика: Изучение тектонических движений, поднятия земной коры
после оледенения.
13

14.

СПАСИБО
ЗА
ВНИМАНИЕ!