Лекции по "Геодезии"

Лекция № 1

 

Общие сведения о геодезии

1.  Понятие о геодезии, связь с другими дисциплинами

2.  Роль геодезии в организации и осуществлении землеустройства

3.  Роль геодезии в проведении  земельного кадастра

4.  Краткий исторический очерк развития геодезии

 

1. Геодезия занимается изучением Земли в геометрическом отношении. Название произошло от греческих слов: гео — Земля и дазоман — делю, т. е. землеразделение. Отсюда видно, что геодезия очень близка к геометрии — науке о землеизмерении. Обе эти науки зародились в глубокой древности. С развитием человеческого общества геометрия стала заниматься изучением пространственных форм, а практическая ее часть в приложении к вопросам измерения на Земле получила название   геодезии. Современная геодезия является многогранной наукой, решающей сложные научные, научно-технические и инженерные задачи путем специальных измерений, выполняемых при помощи геодезических и других приборов, и последующей математической и графической обработки их результатов.

Геодезия тесно связана с картографией — наукой о составлении карт. Геодезические материалы служат основой для составления карт.

Задачей геодезии является изучение деталей земной поверхности. В результате изучения получают планы, карты и числовые характеристики, относящиеся к Земле в целом и отдельным участкам, линиям и точкам на ней.

В геодезии изучаются  способы и инструменты, применяемые при измерении углов и линий, при вычислительной обработке результатов измерений и при составлении   планов,   карт,   профилей(слайд 3)

Геодезические работы по содержанию и характеру  подразделяются на две стадии:  1) полевые измерительные работы с   примене нием современной геодезической техники; 2) вычислительная обработка результатов измерений, графическое составление и оформление планов и карт.

С развитием человеческого  общества, с повышением уровня науки и техники меняется и содержание геодезии. В процессе своего развития геодезия разделилась на ряд самостоятельных научных и научно-технических дисциплин Слайд

Исключительно большое значение планово-картографический материал имеет в сельском хозяйстве. Землеустроительные органы занимаются проблемой рационального использования земли. Ведется систематический учет всех категорий земель, составляются землеустроительные проекты, где получают отражение границы колхозов и совхозов, бригад и отделений, полей севооборотов, населенные пункты, дороги, реки, леса и др. Перед сельским хозяйством стоят задачи орошения, осушения земельных участков и проведение мероприятий по борьбе с эрозией почв. Все эти вопросы можно решать только с помощью картографо-геодезических материалов. Для решения многих вопросов агротехники нужны планы и карты с  отображением  почвы,   рельефа, растительности,  водоемов и др.

Методы изучения Земли в целом как планеты в значительной степени отличаются от методов изучения отдельных участков на земной поверхности. Земля в целом представляет сферическое тело. Сведения, относящиеся к изучению формы и размеров Земли в целом, а также больших территорий с учетом сферичности, составляют науку, называемую высшей геодезией.)

В высшей геодезии изучают вопросы построения опорных  геодезических сетей с определением положения точек. Результаты математической обработки опорных геодезических сетей необходимы для инженерной геодезии и картографирования больших территорий. Точные геодезические измерения применяются для изучения движения земной коры, происходящего от внутренних сил Земли. Знание формы и размеров Земли необходимы для геофизики, астрономии и для изучения космического пространства.

Задачей космической  геодезии является определение положения опорных точек при помощи искусственных спутников Земли с применением радиотехники.

Геодезия  имеет связь с другими науками. Математика используется для теоретического обоснования и обработки результатов измерений, физика, механика — для создания приборов. География помогает понять некоторые закономерности в природе и правильно отобразить их на плане. Планы и карты должны быть ориентированы относительно стран света, поэтому геодезия пользуется астрономическими методами определения углов ориентирования линий местности.

 

2. Землеустройство, включающее систему государственных мероприятий, направленных на организацию наиболее полного, рационального и эффективного использования земель, повышение культуры земледелия и охрану земель, имеет тесную связь с геодезией. В землеустроительные работы входит: образование новых, а также упорядочение существующих землепользовании с устранением чересполосицы и других неудобств в расположении земель, уточнение и изменение границ землепользовании на основе схем районной планировки; внутрихозяйственная организация территории колхозов, совхозов и других сельскохозяйственных предприятий, организаций и учреждений с введением экономически обоснованных севооборотов на пахотных землях и устройством всех других сельскохозяйственных угодий (сенокосов, пастбищ, садов и др.), а также разработка мероприятий по борьбе с эрозией почв; выявление новых земель для сельскохозяйственного и иного народнохозяйственного освоения; отвод и изъятие земельных участков; установление и изменение городской черты, поселковой черты и черты сельских населенных пунктов; проведение топографо-геодезических, почвенных, геоботанических и других обследований и изысканий.

Для проведения землеустроительных мероприятий требуются планы, карты и профили, на основании которых определяется существующее состояние земельного фонда; затем путем экономических расчетов устанавливают потребность в составе земель для тех или иных целей, после чего на планах и картах проектируют объекты землеустройства (участки, поля) и, наконец, границы спроектированных объектов переносят на местность. В этом сложном процессе землеустройства геодезические действия часто выполняют параллельно с землеустроительными.

Геодезические работы производятся также в связи с проведением осушительной или оросительной мелиорацией земель, планировкой сельских населенных пунктов и других мероприятий, связанных с землеустройством.

В проведении землеустроительных мероприятий под руководством землеустроителя участвует большое число различных специалистов: геодезисты и топографы, почвоведы и геоботаники, мелиораторы и дорожники, агрономы и строители, гидрогеологи и много других, которым также необходимы планы и карты.

 

3. Большая роль принадлежит геодезии в проведении государственного земельного кадастра, направленного на организацию «эффективного использования земель и их охраны, планирования народного хозяйства, размещения и специализации сельскохозяйственного производства, мелиорации земель и химизации сельского хозяйства, а также осуществления других народнохозяйственных мероприятий, связанных с использованием земель».

 

4. Из истории развития общества известно, что понятие об измерениях и вычислениях возникли в глубокой древности. Археология установила, что в Египте за 4000 лет до н. э. производили измерение земли в районе р. Нила. Строительство канала, соединяющего Нил с Красным морем, относится к VI в. до н. э. Следовательно, тогда были известны некоторые методы съемок. В Греции ученый Эратосфен за 230 лет до н. э. определил размер земного шара. Им написана книга по геодезии и составлены карты с меридианами и параллелями. Птоломей (87—150 гг. н. э.) провел большие работы по составлению карт Европы и Азии и применению метода проекций. Он ввел деление окружности на   360°.

В нашей стране первые письменные документы о геодезии относятся ко времени Киевской Руси. В летописи 996 г. имеются указания о порядке пользования землей. В 1068 г. князь Глеб измерял по льду расстояние от Тамани до Керчи. Геодезические работы XIII—XV вв. применялись при земельной переписи, где линии измерялись веревкой, а углы описывались текстом. В XVI в. границы землевладений устанавливались «землемерием». К этому времени относится появление в России первой книги по геодезии. На территории Московского государства в XVII в. было проведено описание обмера земель и составлен «Большой чертеж» с нанесением рек, дорог и населенных пунктов. В XVIII в. при Петре I в Москве была организована первая геодезическая школа под названием «Школа математических и навигационных наук». В XIX в для создания геодезической опоры применялся метод триангуляции. Под руководством знаменитого русского геодезиста-астронома В. Струве был проложен триангуляционный ряд, который был использован для определения размеров земного эллипсоида. К началу XX в. геодезические работы в нашей стране выполнялись корпусом военных топографов, горным ведомством, гидротехническим и переселенческим управлениями. В это время был выполнен большой объем геодезических работ, но они носили разобщенный характер, так как часто были подчинены интересам отдельных  землевладельцев. После Великой Октябрьской социалистической революции содержание геодезических работ в нашей стране значительно изменилось. Совет Народных Комиссаров, возглавляемый В. И. Лениным, высоко оценил роль геодезических работ в народном хозяйстве страны и 15 марта 1919 г. издал декрет об организации Высшего Геодезического Управления. Этим декретом на Высшее Геодезическое Управление были возложены большие функции: а) объединять геодезическую деятельность всех учреждений республики; б) производить основные геодезические работы; в) производить топографические съемки на всей территории   республики;

г)   устранять параллелизм в   геодезических  работах,   систематизировать топографические материалы учреждений и составлять карты; д)  разрабатывать     правила    и    инструкции     для     выполнения картографо-геодезических работ; е) изготовлять и снабжать учреждения геодезическими приборами; ж) организовывать научные работы по геодезии, астрономии, картографии, инструментоведению и готовить кадры специалистов; з) входить в сношения с геодезическими организациями иностранных государств и т.д. В настоящее время наша промышленность выпускает сложные и высокоточные геодезические, астрономические, аэрофотосъемочные и радиоизмерительные приборы. В нашей стране работали и работает много видных ученых. Проф. Ф. Н. Красовский (1878—1948 гг.) научно обосновал методику создания опорных геодезических сетей и определил новые размеры эллипсоида. Проф. В. В. Данилов (1889—1953 гг.) теоретически обосновал метод параллактической полигонометрии. Большой вклад в геодезическую науку внесли ученые-геодезисты В. В. Попов, Н. Г. Келль, А. С. Чеботарев и др. В настоящее время успешно продолжают научные исследования А. А. Изотов, П. С. Закатов, А. В. Маслов, Н. Г. Видуев, Л. С. Хренов, В. Н. Гань-шин и другие.

 

Лекция № 2.

Общие понятия  о земной поверхности, формах и размерах Земли.

1. Физическая поверхность Земли.
2. Координаты местности.
3. Абсолютные и относительные высоты местности.

 

1. При решении геодезических задач требуется знать форму и размеры Земли. Земля не  является  правильным  геометрическим  телом.   Ее  физическая поверхность и в особенности поверхность суши очень сложная (рис. 1), и ее невозможно выразить какой-либо математической формулой.

 

Поэтому в геодезии введено  понятие уровенной поверхности. Уровенной поверхностью называют выпуклую поверхность, перпендикулярную к направлению силы тяжести (отвесной линии) в каждой точке.  Поверхность Мирового океана,   мысленно продолженная под сушей,  названа  поверхностью геоида. Но и поверхность    геоида   из-за   неравномерного размещения масс в теле Земли  также очень сложная и не выражается   какой-либо математической поверхностью,   например   поверхностью шара. Под формой Земли в геодезии принято понимать поверхность воды в морях и океанах, находящейся в спокойном состоянии, продолженную под материки. Во всех точках эту поверхность пересекают отвесные линии под углом 90⁰.

Исследования показали, что Земля сплюснута у полюсов, поэтому в качестве математической поверхности, характеризующей форму  Земли, принимают поверхность такого эллипсоида вращения (сфероида), т.е. тела, получающегося от вращения эллипса вокруг его малой оси, которая по форме близко подходит к поверхности геоида.

 

Определением размеров земного эллипсоида занимались многие ученые разных стран. Советские геодезисты в 1942 г. под руководством проф. Ф.Н. Красовского  закончили вычисления и получили новые размеры эллипсоида Земли: большая полуось а = 6 378 245 м,

          малая полуось      b = 6 356 863 м,

          полярное сжатие α = (a-b)/а = 1/298,3

 

2. Положение  точек  земной поверхности на карте  и  плане  определяется координатами.   Наиболее   употребительны   географические   и   прямоугольные координаты.

Географическими координатами являются широта и долгота точки. Гео- графической широтой φ точки М называют угол, составленный отвесной линией, проходящей через эту точку, и плоскостью экватора (рис.  2),   а географической      долготой — двугранный угол, заключенный между плоскостью   меридиана,    проходящего через эту точку, и плоскостью начального   меридиана.   Широты бывают  северная и южная, изменяются от 0° (на экваторе) до 90° (на   земных   полюсах).    Долготы бывают восточная и западная, изменяются  от 0° (на начальном — гринвичском   меридиане)   на   восток и на запад до 180° (на тихоокеанской ветви гринвичского меридиана. Линия, проходящая через точки с одинаковыми широтами, называется naраллелъю, а с одинаковыми долготами — меридианом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Угол, составленный  нормалью к поверхности эллипсоида  и плоскостью экватора называется геодезической широтой, а двугранный угол, заключенный между плоскостями  геодезического и начального меридианов, — геодезической долготой.

Если для  составления карты на большую  территорию строят географическую сетку меридианов и параллелей, то для составления планов и карт в инженерной геодезии чаще всего пользуются системой прямоугольных координат. Положение точки определяется относительно оcей прямоугольных координат: оси абсцисс хх и оси ординат уу. Система прямоугольных координат в геодезии повернута относительно системы прямоугольных координат, принятых в математике, на 90°, после чего еще повернута около оси абсцисс на 180° (зеркальное изображение). При таком расположении осей углы в геодезии для ориентирования линий, как увидим ниже, отсчитывают от вертикальной оси по ходу часовой стрелки, тогда как углы в тригонометрии отсчитывают от горизонтальной оси против хода часовой стрелки. Благодаря этому формулы тригонометрии и аналитической геометрии полностью применимы в геодезии. В связи с этим четверти системы координат в геодезии пронумерованы по ходу часовой стрелки. Положение каждой точки определяется абсциссой х и ординатой у. Знаки координат зависят от четверти, в которой находится точка (табл. 1).