Лекция_2_Предмет_и_задачи_геодезии_и_картографии_Форма_и_размеры

1.

Московский колледж геодезии и картографии
федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего образования
«Московский государственный университет геодезии и картографии»
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма
и размеры Земли. Определение положения
точек земной поверхности. Системы
координат, применяемые в геодезии.
ОП.03 Основы геодезии и картографии
21.02.20 Прикладная геодезия
Преподаватель: Туфлейкин Андрей Михайлович

2. Геодезия

Слово «геодезия» образовано из греческих слов «ge» ‒ земля и
«dazomai» ‒ разделяю, делю на части; если перевести его дословно, то
получится
«землеразделение».
Это
название
соответствовало
содержанию геодезии во времена её зарождения и начального развития.
С развитием человеческого общества, повышением роли науки и техники
расширялось содержание геодезии, усложнялись задачи, которые ставила
перед ней жизнь
В настоящее время геодезия ‒ это наука о методах определения
фигуры и размеров Земли и изображения её поверхности на картах и
планах, а также о способах проведения различных измерений на
поверхности Земли (на суше и акваториях), под землей, в околоземном
пространстве и на других планетах.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
2

3. Задачи геодезии

Среди
многих
задач
геодезии
можно
выделить
долговременные задачи и задачи на ближайшие годы.
К первым относятся:
• определение фигуры, размеров и гравитационного поля
Земли;
• распространение единой системы координат на территорию
отдельного государства, континента и всей земли в целом;
• изображение
участков
поверхности
земли
на
топографических картах и планах;
• изучение глобальных смещений блоков земной коры.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
13

4. Задачи геодезии

Ко вторым в настоящее время относятся:
создание и внедрение ГИС ‒ геоинформационных систем;
создание государственных и локальных кадастров: земельного, водного,
лесного, городского и т.д.;
топографо-геодезическое обеспечение делимитации (определения) и
демаркации (обозначения) государственной границы России;
разработка
и внедрение
стандартов
в
области
цифрового
картографирования;
создание цифровых и электронных карт и их банков данных;
разработка концепции и государственной программы повсеместного
перехода на спутниковые методы автономного определения координат;
создание комплексного национального атласа России и другие.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
14

5. Связь геодезии с другими науками

- математика
- физика
- астрономия
- информатика
- география
- геология
- космонавтика
- техника и автоматика и др.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
5

6. Связь геодезии с другими науками

Геодезия занимается изучением Земли в содружестве с другими
«геонауками», то есть, науками о Земле. Физические свойства Земли в
целом изучает наука «физика Земли», строение верхней оболочки нашей
планеты изучают геология и геофизика, строение и характеристики
океанов и морей ‒ гидрология, океанография. Атмосфера ‒ воздушная
оболочка Земли ‒ и процессы, происходящие в ней, являются предметом
изучения метеорологии и климатологии. Растительный мир изучает
геоботаника, животный мир ‒ зоология. Кроме этого, есть ещё география,
геоморфология и другие. Среди всех наук о Земле геодезия занимает свое
место: она изучает геометрию Земли в целом и отдельных участков её
поверхности, а также геометрию любых объектов (и естественного, и
искусственного происхождения) на поверхности Земли и вблизи неё.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
6

7. Дисциплины

В настоящее время понятие «геодезия» представляет собой цикл
геодезических наук, который состоит из следующих дисциплин:
• Высшая геодезия
• Геодезическая астрономия
• Топография
• Картография
• Фотограмметрия изучает методы создания карт и планов по фото- и
аэрофотоснимкам.
• Космическая (спутниковая) геодезия
• Геодезическая гравиметрия
• Прикладная (инженерная) геодезия
• Геодезическое приборостроение
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
7

8. Топография и картография

Топография изучает вопросы, связанные с топографической
съемкой сравнительно небольших участков земной поверхности и их
детальным изображением в виде планов.
Картография изучает методы и процессы создания карт
значительных территорий.
Топографические карта и планы, создаваемые геодезистами, нужны
всем, кто работает или передвигается по Земле: геологам, морякам,
лётчикам, проектировщикам, строителям, земледельцам, лесоводам,
туристам, школьникам и т.д. Особенно нужны карты армии: строительство
оборонительных сооружений, стрельба по невидимым целям,
использование ракетной техники, планирование военных операций, ‒ всё
это без карт и других геодезических материалов просто невозможно.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
8

9. Геодезическая астрономия

Занимается
определением
исходных
астрономических
координат для опорных геодезических сетей на основе
наблюдений небесных тел (главным образом, звезд).
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
9

10. Прикладная геодезия и геодезическое приборостроение

Прикладная геодезия занимается изучением методов
геодезических работ, выполняемых при изысканиях,
строительстве
и
эксплуатации
инженерных
сооружений,
монтаже
оборудования,
а
также
эксплуатации природных богатств страны.
Геодезическое приборостроение изучает строение
приборов.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
10

11. Космическая (спутниковая) геодезия

Изучает геометрические соотношения между
точками земной поверхности
с
помощью
искусственных спутников Земли (ИСЗ ).
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
11

12. Геодезическая гравиметрия

Занимается изучением фигуры Земли и
ее
гравитационного
поля
путем
измерения силы тяжести в отдельных
пунктах на земной поверхности, а также
создает гравиметрические сети.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
12

13. Высшая геодезия

Решает задачи по изучению фигуры и размеров Земли и
других планет Солнечной системы, а также по созданию
государственных геодезических сетей.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
13

14. Форма и размеры Земли

решение задач
Форма и размеры Земли
Изучение формы и размеров Земли
установление некоторой сглаженной,
обобщенной, теоретической фигуры Земли
определение отклонений от нее фактической
физической поверхности
Учитывая, что поверхность океанов и морей составляет 71%
поверхности Земли, а поверхность суши ‒ только 29%, за
теоретическую фигуру Земли принято тело, ограниченное
поверхностью океанов в их спокойном состоянии, продолженной и
под материками, и называемое геоидом.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
14

15. Модель геоида

В нулевом приближении можно считать,
что Земля имеет форму шара со средним
радиусом 6371,11 км. Такое
представление нашей планеты хорошо
подходит для задач, точность вычислений в
которых не превышает 0,5 %.
В действительности Земля не является
идеальным шаром. Из-за суточного
вращения она:
- сплюснута с полюсов;
- высоты материков различны;
- форму поверхности искажают и
приливные деформации.
Поверхность близкая к поверхности геоида, определяемая только по результатам измерений на
земной поверхности, называется квазигеоидом.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
15

16. Уровенная поверхность

Поверхность, в каждой своей точке
перпендикулярная к отвесной линии
(направлению силы тяжести), называется
уровенной поверхностью. Из множества
уpовенных поверхностей одна совпадает с
поверхностью геоида.
Из-за неравномерности распределения
масс в земной коре геоид имеет
неправильную геометрическую форму, и его
поверхность нельзя выразить
математически, что необходимо для
решения геодезических задач. При
решении геодезических задач геоид
заменяют близкими к нему геометрически
правильными поверхностями.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
16

17. Поверхности относимости

Поверхность относимости – правильная математическая поверхность, на которую
проектируют геодезические измерения (плоскость, шар, эллипсоид)
Метод проектирования – это способ переноса измеренных на физической поверхности
Земли величин на поверхность относимости. В геодезии применяют проектирование по
линиям, перпендикулярным к поверхности относимости.
Поверхности относимости
Земной эллипсоид (общий земной эллипсоид, сфероид) – математически правильная
поверхность, образованная вращением эллипса вокруг малой оси, близкая к
поверхности геоида в целом.
Референц-эллипсоид – эллипсоид, ориентированный в теле Земли для близости к
геоиду на определенной территории. Его центр может не совпадать с центром масс
Земли, а ось вращения не совпадать с осью вращения Земли, но быть параллельна ей.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
17

18. Эллипсоид вращения

Ближе к форме геоида подходит эллипсоид – фигура,
получаемая вращением эллипса вокруг его малой оси.
Размеры земного эллипсоида характеризуют следующими
основными параметрами: a − большая полуось, b − малая
полуось, − полярное сжатие:
a
−
b
α=
a
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
18

19. Эллипсоид вращения

Уровенная поверхность эллипсоида вращения всюду
Уровенная
поверхность
эллипсоида
горизонтальная,
а
направление
силы
тяжести
перпендикулярное (нормальное) к ней, т.е. направление
силы тяжести совпадает в каждой точке с нормалью к
поверхности эллипсоида.
Направление центробежных сил
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
19

20. Отклонение эллипсоида от геоида

Наибольшее отступление геоида от эллипсоида незначительное и не
превышает 100-150 м, поэтому фигурой, наиболее приближенной к
геоиду, является эллипсоид вращения.
Отклонение поверхности геоида от поверхности эллипсоида
составляет 20-30 м на полюсах.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
20

21. Общеземной эллипсоид

Центр общеземного эллипсоида помещают в
центре масс Земли, ось вращения совмещают со
средней
осью
принимают
вращения
такие,
Земли,
а
чтобы
размеры
обеспечить
наибольшую близость поверхности эллипсоида к
поверхности геоида.
Общеземной
эллипсоид
используют
при
решении глобальных геодезических задач, и в
частности,
при
обработке
спутниковых
измерений.
В настоящее время широко пользуются двумя общеземными эллипсоидами: ПЗ-90 (Параметры
Земли 1990 г, Россия) и WGS-84 (Мировая геодезическая система 1984 г, США).
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
21

22. Референц-эллипсоид

Референц-эллипсоид–эллипсоид, принятый для
геодезических работ в конкретной стране.
С референц-эллипсоидом связана принятая в
стране система координат. Параметры референцэллипсоида подбираются аппроксимации под
условием наилучшей данной части поверхности
Земли. При этом совмещения центров эллипсоида
и Земли не добиваются. Вычисление размеров
референц-эллипсоидов началось в XVIIIв. И
продолжается посей день с применением более
совершенных технологий. Для достижения
локальной точности (по причине неровности
Земли) при определении местоположения в
различных частях земной поверхности используют
разные референц-эллипсоиды.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
22
10

23. Референц-эллипсоид

Направление силы тяжести
Уровенная поверхность эллипсоида
Референц эллипсоид
Уровенная поверхность геоида
Эллипсоид, ориентированный в геоиде называется референц-эллипсоид.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
23

24. Эллипсоиды, используемые в России

Эллипсоид
Красовского
Эллипсоид
WGS 84
Эллипсоид
Геоид
В России приняты:
-общийземной эллипсоид ПЗ-90
(а=6378136м,α=1/298,257839303),на нем
задаются координаты для глобальной
навигационной системы ГЛОНАСС;
-референц-эллипсоид Красовского
(а=6378245м,b=6356863м,α=1/298,3),на
котором определяются государственные
референцные системы координат СК-42 и СК95.
Для американской глобальной навигационной
системы GPS используется эллипсоид
WGS-84(а=6378137м,α=1/298,25722356З).
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
24

25. Системы координат

Положение
точек
физической
поверхности
Земли
определяется
координатами — величинами, характеризующими расположение искомых
точек относительно исходных плоскостей, линий и точек выбранной системы
координат.
Координатами могут быть как угловые т а к и линейные величины,
определяющие положение точки на какой-либо поверхности или в
пространстве относительно линий или плоскостей, принятых за начальные.
Системы координат
пространственные
плоские
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
25

26. Системы координат

общеземные системы
Системы координат
референцные системы
системы астрономических и геодезических координат,
пространственных прямоугольных координат
система прямоугольных координат на плоскости
местная прямоугольная система координат
полярная система координат
системы высот
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
26

27. Пространственные системы координат

Если положение точки физической поверхности Земли определяется ее проекцией на поверхность
геоида, то система координат астрономическая; если на поверхность эллипсоида, то –
геодезическая; если на поверхность шара, то – географическая.
Положение точки на поверхности задается пересечением параллели и меридиана. Меридиан задается
долготой, а параллель ‒ широтой. Для определения положения конкретной точки, помимо долготы и
широты, необходимо знать высоту ее от поверхности.
Р - полюс
Поверхность
земли
Параллель
м
Н
Экватор
Уровенная поверхность
геоида, эллипсоида или шара
Меридиан
Малая полярная
ось
Р - полюс
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
27

28. Астрономические координаты

Астрономическая широта точки (φ) – это угол,
образованный отвесной линией в данной точке
и плоскостью экватора.
Астрономическая долгота точки (λ) – это
двугранный угол между плоскостью начального
меридиана и плоскостью меридиана точки.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
28

29. Геодезические координаты

Геодезическая широта точки (B) – это угол,
образованный нормалью к поверхности
эллипсоида в этой точке и плоскостью
экватора.
Геодезическая долгота точки (L) – это
двугранный угол между плоскостью
начального меридиана и плоскостью
меридиана точки.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
29

30. Пространственные системы координат

Если положение точки физической поверхности Земли определяется ее проекцией на поверхность
геоида, то система координат астрономическая; если на поверхность эллипсоида, то – геодезическая; если
на поверхность шара, то – географическая.
Различие геодезических и астрономических координат точки зависит от угла между отвесной линией
данной точки и нормалью к поверхности эллипсоида в этой же точке. Этот угол называется уклонением
отвесной линии (u); он обычно не превышает 5". В некоторых районах Земли, называемых
аномальными, уклонение отвесной линии достигает нескольких десятков секунд.
При геодезических работах
невысокой точности
астрономические и геодезические
координаты не различают; их
общее название – географические
координаты – используется
довольно часто.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
30

31. Пространственные системы координат

Астрономические
координаты
Геодезические
координаты
Географические
координаты
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
31

32. Пространственные системы координат

Один градус делится на
60 минут (обозначается
символом «′»).
Одна минута делится на
60 секунд (обозначается
символом «″»).
37°39'41" в.д.
Угол долготы измеряется:
Долготы отсчитывают от начального меридиана в пределах от 0° до 360° на восток, или
от 0° до 180° на восток (положительные) и от 0° до 180° на запад (отрицательные).
Либо:
В восточном полушарии – от 0° до 180° восточной долготы на линии смены дат.
В западном полушарии – от 0° до 180° западной долготы на линии смены дат.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
32

33. Пространственные системы координат

Один градус делится на
60 минут (обозначается
символом «′»).
Одна минута делится на
60 секунд (обозначается
символом «″»).
55°44'38" с.ш.
Угол широты измеряется:
Широта отсчитывается от экватора к северу и югу от 0° до 90° и называется северной или
южной. Северную широту считают положительной, а южную ‒ отрицательной.
Либо:
В северном полушарии– от 0° до 90° северной широты на северном полюсе.
В южном полушарии – от 0° до 90° южной широты на южном полюсе.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
33

34. Пространственные прямоугольные координаты

Начало системы координат расположено в центре O земного эллипсоида. Ось Z направлена
вдоль оси вращения эллипсоида на север. Оси X и Y расположены в плоскости экватора, Ось
Х направлена в точку пересечения плоскости экватора с начальным — гринвичским
меридианом, проходящим через центр обсерватории в городе Гринвич (близ Лондона). Ось
Y направлена перпендикулярно осям Z и X на восток. Подобные системы называют
геоцентрическими системами координат.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
34

35. Полярные координаты

Применяются для определения положения точек на плоскости.
Систему образует направленный прямой луч ОХ – полярная ось. Точка О – полюс
системы.
Полярные координаты:
- Радиус-вектор r (синоним – полярное
расстояние S).
- Полярный (горизонтальный) угол β,
отсчитываемый от оси ОХ по ходу часовой
стрелки.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
35

36. Система прямоугольных координат на плоскости

Локальные системы плоских прямоугольных координат применяют на небольших по
площади участках.
Систему образуют две взаимно
перпендикулярные прямые – оси координат.
Ось абсцисс Х совмещают с меридианом,
проходящим через некоторую точку.
Положительное направление оси Х – северное, оси
ординат У – восточное.
Принятая в геодезии левая система
декартовых прямоугольных координат
отличается от общепринятой в математике
правой системы не только поворотом
положительного направления оси абсцисс на
север и положительного направления оси
ординат на восток, но и счетом четвертей ‒ по
часовой стрелке относительно положительного
направления оси абсцисс.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
36

37. Системы высот

Счет высот в геодезии ведут от одной из уровенных поверхностей. Высотой точки
называют расстояние по отвесной линии от точки до уровенной поверхности, принятой за
начало счета высот.
Если высоты отсчитываются от основной
уровенной поверхности, то есть от поверхности
геоида, то их называют абсолютными высотами.
Если за начало счета высот выбрана
какая-либо другая уровенная поверхность, то
высоты называют условными.
В России принята Балтийская система высот. Счет
абсолютных высот ведут от уровенной
поверхности проходящей через нуль
Кронштадтского футштока.
Численное значение высоты принято называть
отметкой.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
37

38. Системы высот

Разность высот двух точек называется относительной высотой или превышением. Так,
превышение точки В над точкой А равно:
hAB = HВ - HA
Зная высоту точки А, для определения высоты точки В на местности измеряют
превышение hAB. Высоту точки В вычисляют по формуле:
HВ = HA + hAB
Измерение превышений и последующее вычисление высот точек называется
нивелированием.
Предмет и задачи геодезии и картографии. Форма и размеры Земли. Определение положения точек земной
поверхности. Системы координат, применяемые в геодезии.
38