Современная геодезия. Морская геодезия реферат

ГЕОДЕЗИЯ МОРСКАЯ - это... Что такое ГЕОДЕЗИЯ МОРСКАЯ?

Морской энциклопедический справочник. — Л.: Судостроение. Под редакцией академика Н. Н. Исанина. 1986.

• ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ КООРДИНАТЫ
• ГЕОФИЗИКА МОРСКАЯ

Смотреть что такое "ГЕОДЕЗИЯ МОРСКАЯ" в других словарях:

• геодезия морская — отрасль геодезии, связанная с решением научных и прикладных геодезических задач на море. Главной научной задачей остаётся определение формы земной поверхности и гравитационного поля в океанах и морях. Прикладные задачи связаны с практическими… …   Морской биографический словарь

• Морская геофизическая разведка —         (a. off shore geophysical exploration, off shore geophysical prospecting; н. geophysikalische Offshore Erkundung; ф. prospection geophysique marine; и. investigacion geofпsica de mar, prospeccion geofisica de mar, exploracion geofisica de …   Геологическая энциклопедия

• Морская Николаевская академия — Морская Николаевская академия  высшее военно морское учебное заведение в России. Содержание 1 История 2 Поступление в академию 3 Программы 4 …   Википедия

• Морская геодезия — ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ 1. Морская геодезия Раздел геодезии, предметом которого является изучение фигуры и размеров Земли посредством точных измерений на акваториях морей и океанов, а также отображение поверхности моря и морского дна на картах и планах… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Морская Николаевская академия — 29 января 1827 г. при М. кадетском корпусе (см.) был учрежден офицерский класс для усовершенствования некоторого числа отличнейших из вновь произведенных офицеров в высших частях наук, к М. службе потребных . Курс был сначала двух , потом… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

• Военно-морская академия — Морская Николаевская академия  высшее военно морское учебное заведение в России. Содержание 1 История 2 Поступление в академию 3 Программы 4 …   Википедия

• Николаевская морская академия — Морская Николаевская академия  высшее военно морское учебное заведение в России. Содержание 1 История 2 Поступление в академию 3 Программы 4 …   Википедия

• ГОСТ 23634-83: Морская навигация и морская гидрография. Термины и определения — Терминология ГОСТ 23634 83: Морская навигация и морская гидрография. Термины и определения оригинал документа: 14. Абсолютная скорость судна Скорость движения судна по линии пути Определения термина из разных документов: Абсолютная скорость судна …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Военно-морская академия им. Н. Г. Кузнецова — Военно морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н. Г. Кузнецова (ВМА им. Н. Г. Кузнецова) …   Википедия

• Военно-морская академия имени Н. Г. Кузнецова — Военно морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н. Г. Кузнецова (ВМА им. Н. Г. Кузнецова) …   Википедия

sea_enc_reference.academic.ru

"История развития геодезии и топографии"

Выдержка из работы

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Сущность геодезии

2 История развития геодезии

2.1 Древний Египет

2.2 Древняя Греция

2.3 Средние века

2.4 Период возрождения геодезии (XVI-XVII в.в.)

2.5 Современная геодезия

3 Развитие топографии как науки

3.1 Определение понятия «топография»

3.1 История развития топографии

Заключение

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

В научно-техническом прогрессе, в познании мира измерения всегда занимали большое место. Техника измерений, их точность и разнообразие, как правило, соответствовали своему времени, эпохе и зависели от общего уровня научно-технического развития вообще и в данной сфере, в частности. Д. И. Менделееву принадлежат известные слова: «В природе мера и вес суть главные орудия познания. Наука начинается тогда, когда начинают измерять». При этом среди всех видов измерений роль геодезических в общем социально-экономическом и научно-техническом прогрессе всегда имела большое значение.

Ф.Н. Красовский даже отмечал: «успехи геодезии были необходимым обоснованием больших движений мысли в области физики, механики и астрономии».

Значение же непосредственного изучения истории геодезии подчеркивал А. А. Изотов, утверждая, что «как старые, так и новые проблемы геодезической науки могут быть правильно поняты и истолкованы только при рассмотрении их в процессе возникновения и развития. Изучение истории геодезии дает возможность во всей полноте оценить ее вклад в человеческие знания, определить ее значение и место среди других фундаментальных и прикладных наук».

Не многие из современных наук обладают столь древней историей как геодезия. Не относясь изначально к фундаментальным наукам, геодезия дала жизнь некоторым из них и этот феномен даже у историков не нашел еще должного, достаточно разумного и приемлемого объяснения. В историческом же плане очень важными являются связи геодезии с геометрией, астрономией и географией.

Поскольку человеческая цивилизация существует в мире универсальных категорий и понятий -- пространстве, времени и движении, то уровень ее эффективности и скорость развития зависели всегда от умения физически оценивать и измерять соответствующие три величины. Взаимосвязанность и взаимообусловленность пространства, времени и движения предопределили взаимосвязь и первых наук и прогресс в теории познания и практике.

Геодезия первоначально изучала пространство в отрыве от времени и движения, используя лишь второстепенные системы ориентации и отсчета.

Поэтому естественно, что к настоящему времени она стала одной из фундаментальных систем знаний о пространстве.

1. Сущность геодезии

Геодезия -- наука об измерениях, проводимых в целях изучения формы, размеров и внешнего гравитационного поля Земли, изображения отдельных частей ее поверхности в виде планов, карт и профилей, а также решения инженерных задач на местности.

Впервые слово «геодезия» встречается у Аристотеля. В сочинении «Метафизика», где Аристотель рассматривал вопросы, относящиеся к проблемам бытия и познания, он лишь единожды упомянул термин «геодезия», которое образовано из греческих слов «ге» -- Земля и Определение в научном плане суженное. Вот определение XX века:

«Геодезия -- наука, применяющая специализированные методы для определения и контроля окружающего пространства и его элементов, отображения метрической структуры в цифровые и геометрические модели, а также изыскания и перенесения метрики проектных структур в натуру».

Это очень тяжеловесное определение, авторам больше нравится такое определение геодезии: геодезия -- наука об определении пространственного положения систем и объектов и об измерении их геометрических характеристик.

Коротко и ясно, включена сюда и наша планета как один из объектов изучения. Геодезия связана со множеством других наук. По существу, найдется мало наук, которые не использовали бы графический и цифровой материал, поставляемый геодезией. Н. И. Лобачевский говорил, что все, что существует в природе, подчинено необходимому условию быть измеряемым. Действительно, без геодезии невозможно развитие горно-рудной промышленности, строительства, транспорта. Или, к примеру, укажем на связь геодезии с юриспруденцией: без кадастровых съемок невозможно юридически обосновать права владения землей.

2. История развития геодезии

Начатки всех наук надо искать в глубине веков, там, где зарождалась человеческая культура. Геодезия -- одна из старейших наук. Первые ростки геодезии появились в эпоху палеолита, примерно 25 тыс. лет назад. Она была тесно связана с повседневной жизнью человека. Кочевые племена занимались охотой и бортничеством, а охота зависела от сезонных миграций животных, поэтому насущной потребностью было умение ориентироваться на местности по небесным светилам.

Геодезические измерения для разделения поверхности земли на отдельные участки производились в Египте, Китае, других странах за много столетий до н.э. За 6 веков до н.э. в долине реки Нила существовали оросительные системы и каналы, строительство которых требовало выполнения геодезических работ. Уже в третьем веке до н.э. был определён радиус Земли, которая тогда принималась за шар. Сейчас не располагают достаточно полными данными о развитии геодезии в 1-м тысячелетии нашей эры. Известное развитие геодезических наук и работ последовало в середине текущего тысячелетия — в период оживления торговых связей, расширения мореплавания, возникновения потребностей в картах и планах.

С развитием и расширением землеустроительных и строительных работ опыт этих измерений накапливался. Из Египта геодезические работы перешли в Древнюю Грецию. В этих государствах геодезические знания начали формировать науку. Они получили теоретическое обоснование и положили начало геодезии, что в переводе с греческого означает: «земле измерение». Геодезия и геометрия долго взаимно дополняли и развивали друг друга. Развитию и совершенствованию методов геодезических работ способствовали научные достижения в области математики, физики, инструментальной техники.

Во все времена истории человечества задача по определению фигуры Земли представляла сложную научно-техническую проблему, привлекала передовые умы человечества и ее решение требовало использования самых передовых технологий. Мысль о шарообразности Земли высказал древнегреческий философ Пифагор Самосский. В его учении утверждалось, что Земля имеет шарообразную форму и вращается вокруг своей оси, вызывая видимое суточное движение звезд, и обращается вокруг Солнца в течение года. По существу, была выдвинута идея гелиоцентрической системы мира, научно обоснованную Коперником через две тысячи лет.

Проблемой определения формы и размеров Земли занимались такие древнегреческие философы и ученые как Аристотель, Архимед, Эратосфен и другие. В дальнейшем работы по определению форм и размеров Земли были выполнены арабскими и туркестанскими учеными такими как Халиб ибн Абдул Малик, Али ибн Муса, Бируни и другими. Так, философ, астроном и геодезист Бируни из Туркестана в 1023 г. определил радиус земного шара из наблюдений понижения горизонта. По Бируни длина одноградусной дуги меридиана на широте 320 с.ш. равна 110,278 км (по современным данным — 110,895 км). Исследования арабских и туркестанских ученых завершают первый период становления геодезии как самостоятельной науки о Земле, занимающейся изучением её фигуры и измерениями на её поверхности.

Начало второго периода в развитии геодезической науки относится к эпохе великих научных и географических открытий. В этот период свои открытия совершили Колумб, Васко да Гама, Магеллан, Кук, Беринг.

В геодезии в это же время происходит ряд замечательных открытий. Так в 1609 г. Галилеем изобретена зрительная труба Нидерландский астроном и математик Снелиус в 1614 году разработал метод триангуляции, который был впервые применен французским астрономом Пикаром при измерении дуги меридиана от Парижа до Амьена. Пикар впервые использовал приборы с сеткой нитей.

В 1687 году вышел монументальный труд Ньютона — гениального английского математика, механика, астронома и физика «Математические начала натуральной философии», в котором на основании открытого им закона всемирного тяготения доказывается наличие полярного сжатия Земли. Ньютон не только установил сплюснулось фигуры Земли по оси вращения, но и теоретически определил величину её полярного сжатия.

Третий период развития геодезии (18 — 19 века) характеризуется тем, что основной научной задачей геодезии становится определение размеров земного эллипсоида. В течение этого времени получили начало такие науки как гравиметрия, геофизика. В это же время ученые — геодезисты пришли к выводу, что сглаженная до уровня Мирового океана фигура Земли не является простой геометрической фигурой, т. е. возникло понятие геоида.

К началу 19 века были накоплены значительные материалы геодезических и астрономических наблюдений. В связи с этим возникла проблема совместной обработки материалов обработки. Метод решения этой проблемы был предложен независимо немецким математиком, астрономом и геодезистом К. Ф. Гауссом и известным французским математиком Лежандром. Этот метод, названный методом наименьших квадратов, находит широкое применение при обработке геодезических сетей. В России метод наименьших квадратов в геодезии и астрономии на практике применили известные российские астрономы и геодезисты Струве, Шуберт, Померанцев, Цингер, Певцов, Гедеонов и другие.

Четвертый период (конец 19 — вторая половина 20 века) ознаменовалась основополагающими работами известного советского ученого — геодезиста Молоденского, который доказал невозможность точного определения фигуры геоида только по измерениям на земной поверхности и разработал теорию и методы определения фигуры физической поверхности Земли.

Начало современного периода развития геодезии совпадает с запуском первых искусственных спутников Земли (ИСЗ). Появление ИСЗ открыло новые возможности для решения научных и практических задач геодезии. Ярким примером тому служит появление систем глобального позиционирования (GPS).

Наряду с научными задачами геодезия решает целый комплекс практических задач. К таким задачам относятся создание геодезических сетей для обеспечения топографических съёмок, применение геодезических методов при строительстве сооружений, дорог и других объектов, проведении подземных работ в шахтах, тоннелях, метрополитене (маркшейдерские работы), проведение работ по землеустройству (кадастровые съёмки), наблюдение за деформацией и осадкой зданий и сооружений и т. д.

Велика роль геодезии в деле обороны страны и обеспечении боевых действий, т.к. невозможно эффективное использование современного высокоточного оружия (в том числе стратегических ракет) без точного геодезического и гравиметрического обеспечения.

2.1 Древний Египет

Примерно 6 000 лет назад в Египте зарождается земледелие. Разливы Нила, с одной стороны приносили стране плодородие, с другой — грозили наводнениями, поэтому именно ирригационное земледелие стало основой древнеегипетского хозяйства. Долина Нила была разделена продольными и поперечными дамбами на бассейны различной площади. Ежегодные разливы реки меняли поверхность, размывая границы земельных участков, снося межевые знаки, восстановить которые без помощи знающего геометра было невозможно.

В 4-м тысячелетии до н.э. в городах-государствах Египта строятся новые оросительные каналы и водозащитные дамбы, проводятся работы по определению земельных площадей, разбиваются площадки под строительство дворцов, многочисленных храмов и пирамид — все это способствует развитию геодезии в Древнем Египте.

В специальных школах особо одаренным ученикам давали знания в области геодезии и географии. Ученик должен был уметь измерить площадь поля, составить схему канала, начертить план здания, вычислить размеры и объёмы пруда, различных фигур, в т. ч. и объём полушария. Выпускники школ умели размежевать земельные участки, устанавливать пограничные стелы на границах полей, вести кадастр, рассчитывать ставки налогов, сооружать каналы, дамбы и здания, прокладывать дороги. В общеобразовательный минимум выпускников входили даже сведения, необходимые архитектору.

Геодезические приборы того времени элементарны: мерные жезлы, мерный шнур (веревка), отвесы, линейка, циркуль. Для нивелирования применяли ватерпас — прибор в форме буквы, А с отвесом при вершине и меткой на перекладине для регистрации отвесной линии.

От планов земельных участков и зданий египтяне переходят к составлению географических карт. На египетском папирусе, возраст которого 3 800 лет, содержатся правила производства съёмки местности.

Египетские картографы при составлении карт использовали сведения, получаемые от купцов, посещавших дальние края. От военачальников, ведущих непрерывные войны с соседними государствами, поступали сведения о населении, естественных богатствах этих стран, природных условиях.

В Туринском музее хранится карта на папирусе времен Рамсеса II (1 300 лет до н.э.), где изображены золотоносные области на территории Нубии. Карта выполнена в 5-ти красках.

Первые кадастровые съёмки были осуществлены египтянами около 3 000 лет до н.э. в целях установления границ разрабатываемых участков, их площадей, а также регистрации имен их владельцев.

Возведение пирамид невозможно представить без разбивочных геодезических работ. Пирамиды тянутся к югу от Каира на 60 км по границе песков Ливийской пустыни и долины Нила. Всего там находится 80 пирамид разной высоты и степени сохранности. Пирамида Хеопса хорошо ориентирована по странам света, максимальная ошибка составляет всего 5,5 минут. Повторные обмеры многих египетских пирамид позволили установить, что точность линейных измерений при их разбивке характеризуется относительной ошибкой 1:3 000, угловых — ошибкой 2−4 минуты, измерения превышений — 3−5 мм. Египтяне могли с высокой точностью измерять и откладывать на местности значительные длины — до 15 км.

2.2 Древняя Греция

Практические приемы измерения Земли получили первое теоретическое обоснование в Греции и положили начало геометрии.

Геронт Александрийский (I век н.э.) в сочинении «О диоптре» излагает правила земельной съёмки, описывает диоптру — прибор для измерения горизонтальных и вертикальных углов. Диоптра Геронта применялась при сооружении зданий, каналов, при измерениях неприступных расстояний. В сочинении «Метрика» Геронт приводит формулы и правила для расчета различных геометрических фигур. Работы Геронта как практические пособия по геодезии прослеживаются в Европе до XVI века.

Первые карты мира появились у греков в VI в. до н.э. в виде схематических рисунков.

Известный философ Платон ученик Сократа и учитель Аристотеля, представлял землю в виде куба, но идея о шарообразности Земли уже завоёвывала господство. Эту идею признавал Пифагор и его школа (VI в. до н.э.), но закрепил её главенство Аристотель.

Походы Александра Македонского познакомили греков с новыми странами и обогатили уже имевшиеся сведения о Земле. Армию Македонского сопровождали специалисты (бематисты — геодезисты), которые составляли описания маршрутов и карты захваченных территорий.

Ученик Аристотеля Дикеарх Мессинский составил несколько карт мира, положив начало построению картографических проекций. На его картах имеется «диафрагма» — линия, проходящая через Средиземное море от Геркулесовых столбов через о. Родос до восточных окраин Азии; перпендикулярные к ней линии соответствуют современным меридианам. Отсюда появляются названия «долгота» и «широта».

Астроном Аристарх Самосский первым высказал идею гелиоцентризма, утверждая, что Земля совершает оборот вокруг своей оси в течение суток и в течение года — вокруг Солнца; все планеты также вращаются вокруг Солнца. Эту идею позднее отстаивал Николай Коперник. Но взгляды Аристарха оказались слишком смелыми для того времени и не были приняты ученым миром.

Живший в Александрии, основанной А. Македонским, Эратосфен сумел измерить Землю по меридиану (39 690 км), что примерно соответствует современным измерениям (40 000).

Значительные познания в области астрономии, геодезии и географии, позволили ему создать карту Земли, с сетью меридианов и параллелей, которая служила до конца I в.н.э., незначительно меняясь в деталях. Однако географическая сетка Эратосфена не имела в основе научных принципов. Их заложил Гиппарх Никейский — величайший астроном древности. Он первым начал определять местоположение пунктов земной поверхности по астрономическим наблюдениям, ввел географические координаты: назвал расстояние от экватора к полюсам до данного пункта широтой, а расстояние к востоку или к западу от начального меридиана — долготой. Именно Гиппарх окончательно построил геоцентрическую систему мира и все ученые согласились с тем, что Солнце и планеты вращаются вокруг Земли. Позднее эта система была названа системой Птолемея.

Велико значение работ Клавдия Птолемея для практического определения географических координат из астрономических наблюдений. Он ввел термин «топография» для обозначения рельефа, улучшил карту Земли, правильно применил географическую сетку. Карта Птолемея в течение нескольких веков являлась стимулом развития геодезии и картографии — у арабов и в Европе в эпоху Возрождения геодезии. Птолемей создал «Мегале Синтаксис» («Великое сочинение») в 13-ти томах — дело всей его жизни — в которой разработал систему мира с Землей в центре Вселенной. Птолемей считался непогрешимым авторитетом, и его геоцентрическая система мира, поддерживаемая церковью, просуществовала до открытия Николая Коперника. Птолемей заканчивает период научных идей и открытий в древний период. Далее, вплоть до эпохи Возрождения геодезии, геодезия едва сохраняет достижения греков, часто приходя в полный упадок.

2.3 Средние века

Период с VI по XV века считается черными страницами в истории человечества. Войны стали постоянным явлением. Было забыто всё, что знали египтяне, греки, римляне, утеряны древние карты, угасла тяга к открытиям. Человечество возвратилось к мифологическому мировоззрению. Учение Птолемея отвергалось. Землю представляли в виде прямоугольника, окруженного хрустальными стенами, куполообразно сходящимися наверху. Это учение поддерживалось священниками и на Руси вплоть до XVII века.

На фоне общего невежества прошло незамеченным открытие в IX -X в.в. Винлянда (Северная Америка), и Америку пришлось открывать вторично.

Тем не менее, в XI в. в Европе вошел в употребление компас. С конца XII в. итальянцы начали составлять «портоланы», так называемые «компасные карты».

В начале XIV в. некоторое улучшение в познании мира имело место в связи с путешествием Марко Поло на восток через Европу, Закавказье, Среднюю Азию, Тибет к берегам Тихого океана. Поло описал природу Китая и Японии. Вернулся в Венецию он через 25 лет морем, подтвердив, что Азия с юга и востока омывается океаном.

Во время крестовых походов европейцы знакомятся с геодезией арабов. Именно арабы помогли сохранению научных знаний во мраке Средневековья. С VIII в. арабы распространили свое владычество от Инда до Испании, от Кавказа до тропической Азии. Появившись на берегах Средиземного моря, они частично усвоили греческие науки.

С IX в. арабы производили топографические съёмки, выполняли градусные измерения, определяли астрономические пункты, сооружали астрономические обсерватории. В 1004 г. в г. Ургенче (бывшая столица Хорезма) была создана обсерватория, в работе которой принимал известнейший астроном и геодезист Средневековья ал-Бируни. Он первым предложил тригонометрический метод определения расстояний, производил работы по определению размеров земного шара, а также высказал мысль об обращении Земли вокруг Солнца. Ал-Бируни определил радиус Земли — 6342,2 км, (в действительности 6371,11 км).

Тем не менее, арабы недостаточно критично подходили к греческим источникам и повторяли их ошибки, например, Индийский океан они представляли в виде узкого моря с чрезвычайно увеличенным островом (ныне Шри-Ланка) посередине. Арабские карты полны ошибок и искажений. Так, Балтийское море они изображали как бухту Ледовитого океана, Волга на их картах впадала одним рукавом в Каспийское море, другим — в Азовское. За центр Вселенной они принимали Мекку и подгоняли к этому весь картографический материал.

Так или иначе, труды арабов стояли на значительной высоте по сравнению со средневековой Европой. Кроме того, именно арабы внедрили изобретённый в Китае компас, свою систему вычислений и арабские цифры. В Европе же на протяжении тысячелетия, с VI по XV век, царил полный застой науки.

2.4 Период возрождения геодезии (XVI-XVII в.в.)

Период Возрождения геодезии начинается с эпохой Великих географических открытий (последние годы XV века — вторая половина XVI века). Португальцы первыми начинают серию Великих открытий. В 1484 г. португалец Бартоломеу Диаш первый из европейцев пересёк экватор. Христофор Колумб отправился открывать морской путь в Индию, но обнаружил неизвестный материк. 12 октября 1492 г. он достиг небольшого острова и назвал его Сан-Сальвадор, а вышеуказанная дата считается официальной датой открытия Америки. Сам же Колумб до конца своих дней верил в то, что он достиг островов Вест-Индии.

В 1497 г. экспедиция португальца Васко да Гамы обогнула мыс Доброй Надежды и дошла до Калькутты, открыв морской путь в Индию.

В 1498 г. Джон Кабот, генуэзец на английской службе, высадился на острове Ньюфаундленд и открывает побережье североамериканского материка.

В 1519 — 1521 годах Фернан Магеллан совершил первое кругосветное путешествие. Он обогнул Южную Америку с юга, открыл пролив, впоследствии названный его именем, прошел через Тихий океан и достиг Марианских островов. 27 апреля 1521 г. Магеллан погиб в схватке с туземцами на одном из Филиппинских островов. Из 265 человек, отправившихся в экспедицию, домой вернулось всего 18 моряков. Путешествие Магеллана подтвердило не только шарообразность Земли, но и доказало, что Земля вращается вокруг оси с запада на восток. Кроме того, после экспедиции Магеллана картографы стали допускать наличие пролива между Азией и Европой, в дальнейшем открытого Семёном Дежнёвым в 1648 году.

Со II половины 15 в. геодезисты начинают создавать новые картографические проекции, позволяющие без существенных искажений изобразить шарообразную Землю на плоскости.

Использовали и другой путь — создание глобуса. Первый уцелевший и дошедший до нас глобус был создан астрономом и картографом Мартином Бехаймом в 1492 г. в Нюренберге. Лучшим глобусом того времени был глобус Меркатора, созданный в 1541 году. Голландский ученый Герард Меркатор выполнил большую работу по устранению ошибок старых карт. Карты Меркатора отличались большой точностью и наглядностью. Меркатора считают основоположником картографии как науки. На карте, созданной им в 1569 г., компасные румбы заменены градусной сеткой меридианов и параллелей — проекцией Меркатора. На морских картах эта проекция применяется до сих пор. Меркатор занимался земным магнетизмом и первым указал на несовпадение Северного магнитного полюса с географическим.

В 1552 г. в литературе впервые встречается название «теодолит». Прибор ещё не имел оптических деталей, но им можно было измерять горизонтальные углы. Серийно теодолиты стал создавать английский механик Д. Рамсден с 1787 года. Прибор имел лимб диаметром 90 см и массу 91 кг. Труды Николая Коперника, Иогана Кеплера, Галилео Галилея стали основой создания гелиоцентрической системы мира. Это философское достижение было признано католической церковью только после 1875 года.

2.5 Современная геодезия

Современная геодезия решает множество задач. Прежде всего, очевидна ее роль в создании карт больших и малых территорий (соответственно географических и топографических). Но не только: геодезия совместно с астрономией, гравиметрией (наукой об измерении ускорения силы тяжести), геофизикой, геодинамикой и другими науками о Земле позволяет определять геометрические и геофизические параметры планеты, находить вариации скорости ее вращения, учитывать движение полюсов, изучать деформации земной коры, осуществлять прецизионный контроль инженерных сооружений. В отдельные дисциплины выделились морская геодезия, прикладная геодезия, космическая (спутниковая) геодезия. Но при всем разнообразии решаемых задач и областей применения собственно геодезические измерения сводятся к определению всего трех геометрических величин: расстояний, углов и превышений (разностей высот точек). Эти величины могут быть полезны и сами по себе, особенно в прикладной геодезии (на стройплощадках, при разметке местности), но, главное, они позволяют вычислить координаты определяемых точек. Координаты — вот что интересует чаще всего; они нужны и морякам, и авиаторам, и военным, и участникам экспедиций, и строителям.

За последние двадцать лет произошел новый качественный скачок, который можно назвать второй революцией в геодезии. Появились глобальные спутниковые системы, кардинально изменившие ситуацию в геодезии и навигации. Они позволяют сразу же, без всяких предварительных измерений, определять координаты любых точек на поверхности Земли и находить расстояние между ними с высокой точностью.

Геодезия играет важную роль в городском и линейном строительстве. Сейчас развитие населенных пунктов и городов, не выполнимо без подробного топографического плана, в котором подробно отображены все подземные коммуникации. На топографических картах также подробно показан рельеф и названия улиц с номера домов.

Геодезические работы предшествуют проектированию как мелких, так и крупных объектов строительства, осуществляют контроль строительства, сопровождают строительство, а при окончании строительства создается исполнительная съемка, в которой четко отображены все деформации и отклонения от проекта.

Также большую роль геодезические работы играют при оформлении земли в собственность. Ведь любая сделка с участками в настоящий момент требуют межевого плана, а составление межевого плана без геодезических работ невозможно. Сейчас изучением геодезии как основной науки занимаются многие колледжи и университеты. На сегодняшний день наука геодезия и деятельность геодезиста — один из самых перспективных и востребованных отраслей.

3. Развития топографии как науки

3.1 Определение понятия «топография»

Топография (др. -греч. ??? -- место и ??? -- пишу) -- научная дисциплина, изучающая методы изображения географических и геометрических элементов местности на основе съёмочных работ (наземных, с воздуха или из космоса) и создания на их основе топографических карт и планов. Топография может рассматриваться и как самостоятельный раздел картографии, изучающий проблемы картографирования территорий, и как раздел геодезии, посвященный вопросам проведения измерений для определения геометрических характеристик объектов на земной поверхности.

В сферу интересов топографии входят вопросы содержания топографических карт, методики их составления и обновления, вопросы их точности и классификации, а также извлечения из них различной информации о местности.

3.2 История развития топографии

Топография появилась ещё до появления письменности в первобытном обществе. Путешественники, расспрашивавшие эскимосов северной Америки о расположении окрестных островов и берегов, получали от них сравнительно внятные описания, в виде карт, нарисованных на кусочках коры или на песке. Сохранились карты в форме наскальных рисунков в итальянской долине Камоника относящиеся к бронзовому веку. В сферу интересов топографии входят вопросы содержания топографических карт, методики их составления и обновления, вопросы их точности и классификации, а также извлечения из них различной информации о местности. Особое развитие геодезической науки последовало в XV—XVIII вв.еках н.э. Этот период можно по праву назвать «эрой измерений».

Усилия геодезистов были направлены на точное измерения дуг меридианов и параллелей (определение формы Земли). Развитию и совершенствованию методов геодезических работ способствовали научные достижения в области математики, физики и инструментальной техники. Например изобретение Галилеем зрительной трубы (1609г.) позволило резко повысить точность геодезических измерений. В 1731 году англичанин Джон Хэдли изобрел октант (прообраз секстанта), с помощью которого высоту светила над горизонтом можно было определять в 15 раз точнее, чем градштоком. В 1590 году Иоганн Преториус изобрел мензулу -- полевой чертежный столик, состоящий из планшета, штатива и скрепляющей их подставки. Этот период можно считать началом современной топографии

Современный этап развития топографии характеризуется внедрением средств автоматизации в дело создания топографических карт. Практически приемлемые результаты уже получены для процессов считывания с помощью ЭВМ информации с аэроснимков и её записи в цифровой форме, автоматизированного преобразования последней при составлении оригиналов карт (включая трансформирование из центральной проекции в ортогональную, рисовку рельефа в горизонталях, дешифрирование части объектов) на различных приборах и гравировании (или вычерчивании) оригиналов для издания. Наряду с изготовлением карт средства автоматизации применимы в топографии для построения так называемых цифровых моделей местности, то есть формализованных её моделей, представленных координатами и характеристиками точек местности, записанными цифровым кодом (например, на магнитной ленте) для последующей обработки на ЭВМ.

земля географический открытие птолемей

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Общество развивается, повышается роль науки и техники, расширяется понятие геодезии, появляются ряд новых задач, которые ставила перед этой наукой жизнь. В наше время геодезия — наука о способах определения рельефа и размеров нашей планеты, изображения земной поверхности на планах и картах, методах проведения геодезических измерений на суше, в акваториях, под землей, в околоземном пространстве и даже уже на других планетах.

«Геодезия представляет одну из полезнейших отраслей знания. Все наше земное существование ограничено пределами Земли, и изучать ее вид и размеры человечеству так же необходимо, как отдельному человеку — ознакомиться с подробностями своего жилья» — так охарактеризовал геодезию выдающийся ученый-геодезист В. В. Витковский.

Геодезия дает множество преимуществ при изучении планеты: определение точного расположения субъектов на плане, возможность создать и посмотреть будущий план объекта на компьютере, с помощью программ создания трехмерного изображения 3D-Max. Проведение геодезических работ, а дальнейшем на стадии проектирования помогает с выбором вариантов планировки участка: прямоугольную, диагональную, круговую и др., также позволяет учитывать рельеф на данном участке: неровные поверхности, холмы, склоны, низины, провалы.

Геодезия, как и другие науки, постоянно впитывает в себя достижения математики, физики, астрономии, радиоэлектроники, автоматики и других фундаментальных и прикладных наук. Изобретение лазера привело к появлению лазерных геодезических приборов — лазерных нивелиров и свет дальномеров; кодовые измерительные приборы с автоматической фиксацией отсчетов могли появиться только на определенном уровне развития микроэлектроники и автоматики. Что же касается информатики, то ее достижения вызвали в геодезии подлинную революцию, которая происходит сейчас на наших глазах.

Таким образом, совместное решение научных проблем геодезии с другими науками позволяет познавать и глубже изучать Вселенную и Землю, на которой мы живем, и способствовать развитию человечества как части Вселенной.

Список использованной литературы

· .П. Папковский. Из истории геодезии, топографии и картографии в России. — М. :Наука.- 1983, 160 с.

· А. В. Постников. Развитие картографии и вопросы использования старых карт. — М. :Наука. -1985

· Л. С. Хренов. Хронология отечественной геодезии с древнейших времен и до наших дней. — Ленинград, 1987, 2

· Захаров А. И. «Геодезические приборы» — Москва «Недра», 1989.

. ur

sinp.com.ua

Реферат - Геодезия - Рефераты на репетирем.ру

Геодезия

Исторические сведения

Развитие геодезии в СССР

Исторические сведения

Геодезия, как наука, возникла еще в глубокой древности, когда появилась необходимость землеизмерения и изучения земной поверхности для хозяйственных нужд. В Древнем Египте еще в 18 в. до н.э. существовало руководство по решению арифметических и геометрических задач, связанных с землеизмерением и определением площадей земельных участков. Геодезия развивалась в тесной связи с задачами составления планов и карт земной поверхности. Планами и картами отдельных местностей и даже больших стран также пользовались в глубокой древности. Имеются сведения, что в Китае уже около 10 в. до н.э. существовало особое учреждение для топография, съёмок страны. В 7 в. до н.э. в Вавилоне и Ассирии на глиняных дощечках составлялись общегеографические и специальные карты, на которых давались сведения также и экономического характера.

Слово Геодезия произошло от греческого geo - земля и desio - разделяю - наука. Можно дать более полное определение; геодезия — наука, занимающаяся определением фигуры и размеров Земли, изображением земной поверхности на планах и картах и точными измерениями на местности при осуществлении различных инженерных мероприятий.

Название “геодезия” (“землеразделение”) указывают на те первоначальные практические задачи, которые обусловили возникновение этой науки, но уже не характеризует современного многостороннего содержания геодезии и не раскрывает сущности ее научных проблем и практических задач, связанных с разнообразными потребностями человеческой деятельности.

Методы геодезии уже на ранней ступени её развития получили применение при решении различных инженерных задач. В б в. до н.э. существовали такие инженерные сооружения, как канал между Нилом и Красным морем, оросительные системы в долине Нила и т. д. Эти сооружения не могли быть осуществлены без соответствующих геодезических измерений, явившихся началом инженерной геодезия.

В 6 в. до Рождества Христова появились предположения о шарообразности Земли, а в 4 в. до н.э. были высказаны и некоторые из известных нам доказательств, что Земля имеет форму шара. В это время геодезия получила своё современное название и стала выделяться в самостоятельную науку о методах измерения на земной поверхности и определения размеров земного шара. Знание размеров Земли было необходимо для составления географических карт, в которых нуждались торговля, мореплавание, военное дело и вообще развивающаяся хозяйственная и культурная жизнь народов.

Первое в истории науки определение размеров Земли, как шара, было произведено в Древнем Египте греч. учёным Эратосфеном в 3 в. до н.э. Оно было основано на правильном геометрическом методе, который получил название градусных измерений. В связи с постановкой и решением задачи определения вида и размеров Земли, как планеты, геодезия вступила в тесный контакт с астрономией, возникшей задолго до этого из практической необходимости измерения времени и предсказания смены времён года. Астрономы и математики еще во 2 в. до н.э. установили понятия о географической широте и долготе места, разработали первые картографические проекции, ввели сетку меридианов и параллелей на картах, предложили первые методы определения взаимного положения точек земной поверхности из астрономических наблюдений и тем самым создали один из методов картографических работ.

Применение геодезия и выполнение геодезия, работ в России относится к глубокой древности. Еще в 1068 по приказанию князя Глеба было измерено расстояние между городами Тамань и Керчь по льду Керченского залива. В сборнике законов Древней Руси “Русская Правда”, относящемся к 11— 12 вв., содержатся постановления о земельных границах, которые устанавливались путём измерений на местности. Одна из первых карт Московского государства, т. н. “Большой чертёж”, время составления которой неизвестно (оригинал и сделанная в 1627 копия не сохранились), основывалась на маршрутных съёмках и опросных данных. В царствование Ивана IV служилые люди были обязаны производить съёмку и составлять описание тех местностей, куда они направлялись. Таким образом, был собран большой описательный и картографический материал для создания карт Московского государства и прилегающих к нему территорий.

Развитие современной геодезии и методов геодезических работ началось только в 17 в. В начале 17 в. была изобретена зрительная труба, которая имела большое значение для геодезических работ. В то же время была изобретена триангуляция, превратившаяся впоследствии в один из основных методов определения опорных геодезических пунктов для топографических съёмок. Появление угломерного инструмента, называемого теодолитом, и сочетание его со зрительной трубой, снабжённой сеткой нитей, сильно повысило точность угловых измерений, ставших важнейшей частью работ по триангуляции. В середине 17 в. был изобретён барометр, явившийся одним из инструментов для определения высоты точек земной поверхности. Были разработаны графические методы топографической съёмки, упростившие задачи составления топографических карт. На рубеже 16 и 17 вв. было установлено, что на Земле действуют силы, которые позднее получили название сил тяготения, или гравитационных сил. Во второй половине 17 в. была открыта центробежная сила и обнаружена зависимость периода колебания физического маятника от его длины и ускорения силы тяжести. К этому же времени относится установление фактов изменения длины секундного маятника с изменением широты места. Обобщение и объяснение этих явлений и фактов привело к открытию закона всемирного тяготения и обоснованию взгляда о сфероидичности Земли, т. е. сплюснутости её в направлении полюсов.

Исходя из теории тяготения и некоторых гипотез о внутреннем строении Земли, во второй половине 17 в. И. Ньютоном и X. Гюйгенсом были сделаны два определения величины сжатия земного сфероида чисто теоретическим путём. Эти определения дали сильно различающиеся друг от друга результаты, вызвавшие сомнения не только в сплюснутости фигуры Земли, но и в обоснованности закона всемирного тяготения, который в то время имел много противников. Поэтому для проверки сплюснутости фигуры Земли в конце 17 и начале 18 вв. во Франции было произведено Д. Кассини градусное измерение по меридиану от Парижа к северу до Дюнкерка и от Парижа к югу до Коллиура на границе с Испанией. Но оно привело к выводу, что Земля вытянута в направлении полюсов, и вызвало в этом вопросе большой спор, длившийся почти до середины 18 в. Спор был окончательно решён результатами работ двух геодезических экспедиций, организованных Парижской академией наук и выполнивших в 1735—42 градусные измерения в Перу и Лапландии. Результаты градусных измерений окончательно подтвердили сплюснутость Земли в направлении полюсов и дали ещё одно доказательство обоснованности закона всемирного тяготения. Указанные геодезические экспедиции, кроме полученного ими научного результата громадной важности, разработали основные принципы организации и исполнения астрономо-геодезических работ и внесли усовершенствования в методы и инструменты для астрономических определений и геодезических измерений.

К середине 18 в. были произведены первые исследования по теории фигуры Земли. Французский математик А. Клеро вывел линейное дифференциальное уравнение 2-го порядка, связывающее плотность и сжатие внутренних сфероидальных слоев Земли, и разъяснил противоречие между указанными выше теоретическими выводами сжатия земного эллипсоида. Это дифференциальное уравнение, впоследствии надлежащим образом уточнённое, служит теперь для определения сжатия Земли на основании данных о её внутреннем строении. Эти исследования привели к открытию закона распределения силы тяжести на поверхности земного эллипсоида и установили связь между сжатием земного эллипсоида и распределением силы тяжести на его поверхности, т. е. были созданы теоретические основы определения сжатия Земли по измерениям силы тяжести.

Эпоха открытия закона всемирного тяготения и указанных геодезических экспедиций явилась эпохой окончательного становления геодезия как самостоятельной науки о фигуре Земли и методах её изучения.

Развитие геодезии и геодезических работ в России усилилось при Петре I. В 1701 он основал в Москве одну из первых в России астрономических обсерваторий и Школу математических и навигацких наук, готовившую астрономов, геодезистов, географов, гидрографов и навигаторов. В 1715 такая же школа, названная Морской академией, была открыта в Петербурге. В 1703 была издана “Арифметика” Л. Ф. Магницкого, в корой содержались основные сведения по геодезии и астрономии.

Первые топографические съёмки в России были начаты в 1696 на р. Дон, а в 1715 на р. Иртыш. В 1718—1722 геодезисты И. М. Евреинов и Ф. Ф. Лужин выполнили топографические и географические работы на Камчатке и Курильских о-вах. В 1720 “для сочинения ланд-карт”, т. е. для топографических съёмок, геодезисты были направлены в губернии. Пётр I подчинил картографические работы непосредственно Сенату, подчеркнув тем самым их большое государственное значение. В 1720 была издана первая инструкция для ведения астрономо-геодезических работ в России. В 1725 была организована Петербургская академия наук, которая на первом же заседании обсуждала вопрос о сфероидичности Земли. В 1737 Академия рассматривала проект большого градусного измерения в России по меридиану для определения размеров Земли. В том же году впервые в России измерением базиса на льду Финского залива были начаты триангуляционные работы. Петербургская академия наук с самого начала своего существования и особенно после образования в ней География, департамента (1739), которым с 1758 руководил великий русский учёный М. В. Ломоносов, стала осуществлять общее руководство геодезическими и картографическими работами в России. Во 2-й четверти 18 в. был организован ряд астрономо-геодезических и географических экспедиций для съёмки и описания северных и восточных окраин России. По изданному в 1765 Екатериной II манифесту о генеральном межевании земель проводились геодезические работы по составлению планов землевладений, продолжавшиеся почти до середины 19 в. и доставившие материал для уточнения и составления уездных планов и карт 36 губерний страны. В 1766 в Петербурге было издано сочинение акад. С. Котельникова “Молодой геодет или первые основания геодезии...”, которое являлось одним из первых систематических руководств по геодезии на русском языке. В нём излагались теории и методы различных геодезических измерений и описывались угломерные и нивелирные инструменты. В 1779 в Москве была основана Межевая школа, которая в 1819 была преобразована в Землемерное училище, а в 1835 — в Межевой институт, превратившийся в крупное учебное заведение по подготовке геодезистов.

На рубеже 18 и 19 вв. возросли запросы и требования на топографические карты. Войны того периода показали значение и ценность топографических карт для военного дела. Во многих странах Европы были созданы военно-географические институты и военно-топографические управления, производившие основные астрономо-геодезические и съёмочные работы на территории своих государств и колоний. При выполнении этих работ совершенствовались методы и инструменты геодезических измерений. В 1-й половине 19 в. стал применяться теодолит с микроскопами-микрометрами, сильно повысивший точность измерения углов, и были сконструированы различные типы жезловых базисных приборов. К этому же времени относится разработка современных методов измерения углов в триангуляции.

В 1797 в России при Генеральном штабе армии было организовано Депо карт, которое в 1812 было преобразовано в Военно-топографическое депо, а в 1822 создан Корпус военных топографов (КВТ). Все основные астрономо-геодезические и топографические работы на территории России в 19 и в начале 20 вв. выполнялись этим учреждением, создавшим отечественную школу геодезии “Записки КВТ” (св. 70 томов), издававшиеся в течение почти 100 лет, являются замечательным памятником развития отечественной научной мысли в области геодезии.

В 1785 франц. учёный А. М. Лежандр ввёл понятие о потенциальной функции, положившее начало развитию теории потенциала и имеющее большое значение для геодезии, особенно в вопросах изучения фигуры Земли. В 1792—99 во Франции П. Мешен и Ж. Деламбр заново измерили дугу меридиана от Дюнкерка до Барселоны для установления длины метра как 1/10000000 доли четверти земного меридиана. По результатам этой работы был сделан первый достаточно достоверный вывод размеров земного эллипсоида. В начале 19 в. появилась теория ошибок и принцип наименьших квадратов, лежащий в основе современных методов обработки геодезических измерений. С начала 19 в. потребности геодезии вызвали развитие теории поверхностей и, в частности, теории отображения одной поверхности на другой.

В 1816 под руководством русского военного геодезиста К. И. Теннера было начато построение триангуляции в западных пограничных губерниях России, а в прибалтийских губерниях России — градусное измерение по меридиану, которое возглавлялось известным астрономом В. Я. Струве. Эти работы имели очень большое значение в развитии теории геодезия и методов геодезических работ. Теннер впервые ввёл деление триангуляции на классы и наметил научные принципы её построения. Он сконструировал один из типов базисного прибора, который позволял измерять базисы с точностью до 1/300000. Струве разработал названный его именем способ измерения углов триангуляции, исследовал влияние рефракции на результаты измерения углов и создал наилучший для того времени базисный прибор, применявшийся в течение всего 19 в. Работы Струве и Теннера завершились в 1855. Было закончено измерение огромной дуги меридиана, простирающейся от устьев Дуная до берегов Ледовитого океана и имеющей протяжённость более 25° по широте. Это градусное измерение, называемое “дугой Струве”, которое являлось выдающейся работой по геодезии в 19 в. и для того времени имело наивысшую точность, оказало решающее влияние на развитие теорий и методов геодезических и астрономических работ во всём мире. Оно неоднократно использовалось и до сих пор не потеряло значения для определения размеров Земли.

В 1821—24 немецкий учёный К. Ф. Гаусс в Ганновере выполнил градусное измерение по дуге меридиана протяжённостью около 2°. Он внёс усовершенствования в методы измерения углов и впервые применил для дневных наблюдений гелиотроп. В 1831—34 нем. астроном Ф. В. Бессель произвёл небольшое градусное измерение в Восточной Пруссии. Он сконструировал базисный прибор, основанный на принципе биметаллизма, применявшийся в Германии до начала 20 в. Гаусс и Бессель разработали новые способы решения геодезич. задачи на поверхности земного эллипсоида.

В 1836—37 В. Я. Струве, А. Н. Савич и др. определили разности уровней Азовского и Каспийского морей. При этом отечественные учёные усовершенствовали метод геодезического нивелирования и разработали один из методов базисной полигонометрии. Для развития теорий и методов геодезических и астрономических работ во всём. мире выдающееся значение имела деятельность организованной в 1839 Пулковской астрономической обсерватории, которая вплоть до первой мировой войны являлась центром научного руководства этими работами в России. Два способа, разработанные русскими геодезистами, получили общее признание в астрономических работах на пунктах градусных измерений и при определениях положений опорных пунктов для топографических съёмок. Это способ определения времени, предложенный Н. Я. Цингером в 1874, и способ определения широты из астрономических наблюдений, предложенный М. В. Певцовым в 1887. Русский астроном О. А. Баклунд и др. в 1888 выполнили первое исследование базисного прибора Едерина, который стал применяться в России значительно раньше, чем в других странах.

Кроме “дуги Струве”, в 1848—58 на территории России были осуществлены градусные измерения по параллели 48° от Кишинёва до Астрахани протяжённостью ок. 20° и в 1861—70 по параллели 52° от западных границ до Орска протяжённостью ок. 39° по долготе. По результатам этих градусных измерений А. М. Жданов в 1893 произвёл одно из известных определений размеров земного эллипсоида. В 1859 русскими военными геодезистами был разработан и применялся метод нивелир-теодолитных работ, который в 1871 был заменён методом геометрического нивелирования. Творческое развитие многих теоретических и методических вопросов принадлежит отечественным геодезистам — И. И. Померанцеву, Д. Д. Гедеонову, С. Д. Рьыысе и др. Они предложили нивелир с уровнем при трубе, исследовали земную рефракцию, влияние её на результаты нивелирования и создали оригинальные теории этого явления. В 19 в. трудами КВТ были созданы топографические карты многих пограничных районов России в масштабе 1 и 2 версты в дюйме, 3-вёрстная карта Западной России, 10-вёрстная карта Европейской России и Западной Сибири и др. Эти карты принесли отечественным геодезистам и картографам мировую славу и долгое время использовались при решении различных хозяйственных задач и в военном деле.

В 1828 Гаусс предложил принять за математическую поверхность Земли уровненную поверхность потенциала силы тяжести, совпадающую с средним уровнем моря. К середине 19 в. на основе градусных измерений был выполнен ряд определений размеров земного эллипсоида. Обнаружившиеся в этих выводах большие разногласия, необъяснимые ошибками измерений, вызвали дальнейшую разработку вопроса о фигуре Земли. Русский военный геодезист Ф. Ф. Шуберт в 1859 впервые высказал мысль о возможной трёхосности Земли и определил размеры трёхосного земного эллипсоида. Изучение этих разногласий показало, что фигура Земли имеет сложный вид и не может быть точно представлена какой-нибудь геометрической фигурой. Отсюда возникло понятие о геоиде, введённое нем. физиком Листингом в 1873, и наметились методы изучения фигуры геоида по результатам астрономо-геодезических и гравиметрических измерений. К 1888 русский геодезист Ф. А. Слудский создал оригинальную теорию фигуры Земли и обосновал один из методов её изучения. Померанцев разработал свой метод изучения местной фигуры геоида и в 1897 применил его к исследованию геоида в Ферганской долине.

В середине 19 в. исследование наблюдённых уклонений отвеса показало, что они по величине значительно меньше теоретически ожидаемых влияний видимых неправильностей распределения притягивающих масс. Это привело геодезистов к мысли, что горы и впадины, т. е. кажущиеся избытки и недостатки видимых масс, уравновешены соответственным уменьшением и увеличением плотности нижележащих масс и что земная кора находится в состоянии особого равновесия, называемого изостатическим. Отсюда возникла теория шостазии, являющаяся одной из геофизических теорий о строении земной коры. В 60-х Геодезия русский учёный Б. Я. Швейцер по наблюдённым уклонениям отвеса вблизи Москвы открыл гравитационную аномалию. Исследованиями сотрудников Межевого института и Московского ун-та, произведёнными под руководством Швейцера, были установлены неправильности в строении земной коры около Москвы. При этом впервые были разработаны методы изучения строения земной коры по результатам астрономо-геодезических и гравиметрических измерений.

К концу 19 в. и в течение 1-й половины 20 в. работы по построению астрономо-геодезических сетей и гравиметрической съёмке охватили значительные территории многих стран мира. Одновременно с этим продолжалось дальнейшее развитие теорий геодезии и методов геодезических работ. К концу 19 в. наметились принципы и методы обработки астрономо-геодезических сетей и вывода размеров земного эллипсоида из обработки этих сетей. С конца 19 в. методы геодезии и геодезических работ стали использоваться для решения различных инженерных задач, а также для изучения движений земной коры и выяснения её внутреннего строения. В годы первой мировой войны (1914— 1918) для топографических съёмок начали пользоваться аэросъемкой, получившей в дальнейшем широкое развитие. К середине 20 в. для измерения расстояний начали применяться новые физико-технические методы, основанные на интерференции света и интерференции радиоволн.

Развитие геодезии в СССР

После Великой Октябрьской социалистической революции наступила новая эпоха развития геодезии и геодезических работ в нашей стране. По декрету СП К РСФСР от 15 марта 1919, подписанному В.И. Лениным, было создано Высшее геодезическое управление при ВСНХ, преобразованное в Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР, являющееся теперь основным учреждением государственной геодезической службы в СССР. После организации государственной геодезической службы в СССР возникли геодезические институты и средние технические учебные заведения, выпускающие инженеров и техников по всем видам геодезических работ. В конце 1928 в Москве был организован Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъёмки и картографии, превратившийся впоследствии в крупнейший центр развития научной мысли в области геодезических знаний.

В годы Советской власти основные геодезические работы и топографические съёмки на территории СССР развернулись на основе новых программных установок, принятых с учётом их значения для народного хозяйства страны и для решения важнейших научных проблем геодезии. В ходе развития геодезических работ в СССР непрерывно совершенствовались теории и методы геодезии и складывалась самобытная советская геодезическая наука, достигшая выдающихся успехов, которые выдвинули её на первое место в мире.

Работы по созданию государственной триангуляции СССР выполнялись по стройной схеме и научно обоснованной программе, предложенной в 1928 советским геодезистом Ф. Н. Красовским, которая предусматривала построений современной астрономо-геодезической сети и после её уточнения получила описанное выше содержание. Все геодезические измерения и астрономические определения в триангуляции производились современными методами и инструментами, обеспечивающими полную однородность и высокую точность результатов на всём её протяжении. В настоящее время государственная триангуляция СССР по стройности построения и точности измерений является лучшей в мире. Были разработаны строгие методы уравнивания и оценки точности рядов и сетей триангуляции (Ф. Н. Красовский, А. С. Чеботарёв, И. Ю. Пранис-Правевич и др.). Изобретены новые методы создания опорных сетей (В. В. Данилов, А. И. Дурнев и др.) и обработки полигонометрии отдельно и совместно с триангуляцией. Методы измерения базисов и базисный прибор Э. Едерина были значительно усовершенствованы. Для определения длин и исследования мерных проволок этого прибора в Москве построен компаратор. В годы Советской власти освоено получение инвара и изготовление инварных мерных проволок с желательными коэффициентами теплового расширения, а также разработан термоэлектрический метод определения этих коэффициентов (А. С. Юркевич, Б. А. Ларин и др.). Создана строгая теория подвесных мерных приборов. Изучена проблема измерения длин мерных приборов методом интерференции света и разработаны оригинальные принципы устройства интерференционных компараторов стационарного и переносного типов.

Усовершенствованы методы точного измерения углов и рассмотрены вопросы об ослаблении влияния рефракции на результаты угловых измерений. Изучены общие закономерности влияния больших полей рефракции на точность астрономо-геодезической сети (Б.Н. Рабинович). Советские геодезисты успешно решили труднейшие вопросы математической обработки измерений на больших территориях. Ф. Н. Красовский и Н. А. Урмаев разработали способы уравнивания больших астрономо-геодезических сетей. Ф. Н. Красовский выяснил несовершенство метода развёртывания и обосновал строгий принцип проектирования астрономо-геодезической сети на поверхность принятого эллипсоида.

За годы Советской власти работы по созданию основной нивелирной сети развивались на основе повышенных требований в отношении их точности. Для повышения точности нивелирных работ усовершенствованы методы нивелирования, а также изучены источники ошибок. Разработаны вопросы об оценке точности результатов нивелирования и методы уравнивания нивелирных сетей.

Создана промышленность, выпускающая астроно-могеодезические инструменты, аэросъёмочную аппаратуру и фотограмметрические приборы. В СССР сконструированы и выполняются высокоточные инструменты для угловых измерений, астрономические наблюдений и нивелирных работ. Изобретены и изготовляются новые типы дальномеров, позволяющие измерять линии на местности до 1 км с ошибкой не более 1 : 1000 их длины (В. А. Белицын и др.), а также автоматические и полуавтоматические приборы для определения координат и высот точек местности (Геодезия Ю. Стодолкевич и др.).

Советскими геодезистами разработаны новые методы решения геодезических задач на поверхности эллипсоида при неограниченно больших расстояниях между опорными пунктами (А. М. Вировец и др.). В СССР с 1928 применяется система прямоугольных координат в проекции Гаусса, теория которой в исследованиях советских геодезистов получила исчерпывающую разработку. Для вычисления геодезических и прямоугольных координат созданы фундаментальные таблицы геодезических величин.

С 1932 по постановлению Совета Труда и Обороны началась общая гравиметрическая съёмка территории СССР и прилегающих морей. Развитие гравиметрических работ в СССР способствовало созданию новых методов решения научных и практических задач геодезии. М. С. Молоденский предложил методы интерполирования наблюдённых астрономо-геодезических уклонений отвеса с учётом нелинейной части их изменения по гравиметрическим данным и обосновал метод астрономо-гравиметрического нивелирования, являющийся теперь лучшим методом изучения фигуры геоида. В результате исследований А. А. Михайлова, М. С. Молоденското и др. сложился новый раздел геодезических знаний — геодезическая гравиметрия, рассматривающая теории и методы изучения фигуры Земли и решения др. задач геодезии путём совместного использования астрономо-геодезических и гравиметрических данных.

В СССР работы по триангуляции, нивелированию и гравиметрической съёмке получили широкое развитие. К 1950 протяжённость рядов триангуляции I класса составила ок. 75000 км, причём по этим рядам определено ок. 800 пунктов Лапласа. Протяжённость линий нивелирования I и II классов достигает 150000 км. Общее количество гравиметрии, определений составляет 20000. В пределах значительной части территории СССР созданы сплошные сети триангуляции. Результаты этих работ, явившиеся выдающимся событием 20 в. в области геодезии, не имеют себе равных в мире. Они представляют огромный и ценнейший материал для изучения фигуры Земли в отношении вида и размеров, а также для решения других научных проблем.

По градусным измерениям СССР и других стран Ф. Н. Красовский и его ученики определили новые размеры Земли, более обоснованные, чем ранее имевшиеся. Результаты этих исследований послужили для установления размеров земного эллипсоида, удовлетворяющего требованиям геодезических и картографических работ, проводимых и СССР. Позднее А. А. Изотов определил элементы ориентировки земного эллипсоида в теле Земли для установления исходных геодезических дат СССР, а М. С. Молоденский выполнил исследование фигуры геоида в пределах более половины территории СССР. В 1942—45 под руководством Д. А. Ларина было произведено общее уравнивание образовавшейся к тому времени астрономо-геодезической сети СССР методом проектирования. В 1946 завершена работа по упорядочению всей государственной опорной геодезической сети СССР и введению единой системы координат и высот. Все эти исследования и работы явились первым в мире опытом проведения такого рода научных мероприятий в области геодезии. Они создали необходимые основы для правильной постановки всех видов геодезических работ на территории СССР.

Топографические съёмки и картографические работы в СССР развивались по общему государственному плану и в тесной связи с нуждами народного хозяйства и обороны страны. Проведение таких крупнейших народнохозяйственных мероприятий, как создание угольно-металлургической базы на Урале и в Западной Сибири, нефтяной базы между Волгой и Уралом, сопровождалось сложным комплексом геодезических и съёмочных работ. С 1925 в топографических съёмках стала применяться аэрофотосъёмка, которая ныне является наиболее совершенным методом картографирования территории и изучения земной поверхности в различных хозяйственных и инженерных целях. Методы аэросъёмки и фотограмметрической обработки аэроснимков, а также фотограмметрические приборы разработаны советскими учёными (Ф. В. Дробышев, М. Д. Коншин, Г. В. Романовский).

В 1945 завершилась работа по созданию многолистной государственной топографической карты всей территории СССР в масштабе 1: 1000 000. Эта карта является крупнейшим картографическим произведением, подводящим итоги географического изучения Советского Союза и служащим основой для составления различных специальных карт (геологических, почвенных, геоботанических и др.). Выполняется работа по составлению топографических карт территории СССР в различных масштабах, в основе которых лежат громадные астрономо-геодезические и аэросъёмочные работы, осуществлённые за годы Советской власти.

Развитие геодезии в СССР ознаменовалось постановкой и решением таких крупнейших научных проблем и практических задач, которые никогда не ставились в других странах. Область геодезических знаний занимает теперь видно место в культурном и хозяйственном строительстве.

referat.store

Современная геодезия

Министерство образования и найки республики Казахстан

Казахская Головная Архстектурно Строительная АкадемияДоклад на тему:

Cовременная геодезияВыполнил: студент группы стр. 09-4

Розыбакиев Ришат

Проверил: ассист. Профессора Яценко Е.С.Алматы, 2009Проводить измерения на поверхности Земли люди начали в глубокой древности. Несколько тысячелетий назад египтяне научились восстанавливать границы своих небольших полей после ежегодного разлива Нила и рисовать их планы. Так родилась геометрия - наука об измерении Земли. Рост государств и географические открытия, сделанные в дальних походах, потребовали более масштабных изображений - карт местности. Возникла особая наука - геодезия. Столетиями геодезические измерения производились различными механическими инструментами и приборами. И только в конце XX века в древнюю науку пришла электроника, положив начало геотронике.

С самых древних времен, когда главными насущными потребностями людей были добывание пищи и защита от врагов, человеку приходилось постоянно перемещаться. А для этого необходимо хорошо ориентироваться на местности. Развитие торговли, походы и путешествия потребовали совершенствования пространственных представлений. Появляются примитивные картографические изображения и планы местности, помогающие людям определять свое местонахождение и намечать новые маршруты переходов. Развитие мореходства и эпоха великих географических открытий потребовали уже достаточно точных карт больших территорий, что было невозможно без проведения определенных измерений на местности. Наряду с этим накопление астрономических знаний, наблюдения небесных тел и осознание, что Земля - одна из планет Солнечной системы, поставили крайне важный для науки вопрос об определении формы и размеров Земли и изучении ее гравитационного поля, оказывающего сильное влияние на формирование фигуры нашей планеты.

Так родилась и стала интенсивно развиваться наука об измерении Земли - геодезия. Ее еще с прошлого века подразделяют на две части: "элементарную" геодезию(ее сейчас называют просто "геодезией"), имеющую дело с небольшими участками местности, которые можно считать плоскими, и высшую геодезию, изучающую Землю в целом или на достаточно больших территориях, где кривизна ее поверхности играет существенную роль.

Современная геодезия решает множество задач. Прежде всего, очевидна ее роль в создании карт больших и малых территорий (соответственно географических и топографических). Но не только: геодезия совместно с астрономией, гравиметрией (наукой об измерении ускорения силы тяжести), геофизикой, геодинамикой и другими науками о Земле позволяет определять геометрические и геофизические параметры планеты, находить вариации скорости ее вращения, учитывать движение полюсов, изучать деформации земной коры, осуществлять прецизионный контроль инженерных сооружений. В отдельные дисциплины выделились морская геодезия, прикладная геодезия, космическая (спутниковая) геодезия. Но при всем разнообразии решаемых задач и областей применения собственно геодезические измерения сводятся к определению всего трех геометрических величин: расстояний, углов и превышений (разностей высот точек). Эти величины могут быть полезны и сами по себе, особенно в прикладной геодезии (на стройплощадках, при разметке местности), но, главное, они позволяют вычислить координаты определяемых точек. Координаты - вот что интересует чаще всего; они нужны и морякам, и авиаторам, и военным, и участникам экспедиций, и строителям.

Существует довольно много различных систем координат. На плоскости используют известные еще из школьной математики прямолинейные прямоугольные (декартовы) и полярные координаты, а также криволинейные координаты, когда определяемая точка получается в пересечении, например, двух окружностей (круговые координаты) или двух гипербол (гиперболические координаты). В трехмерном случае применяют различные системы пространственных координат, например геоцентрическую (с началом в центре масс Земли) прямоугольную систему координат, наиболее перспективную сейчас в геодезии.

Измерения производятся на физической поверхности Земли, которую невозможно описать никакими математическими формулами. Поэтому все измерения редуцируют (приводят) на некую поверхность "правильной" формы, которая может быть описана уравнениями математики и в среднем достаточно хорошо соответствует фигуре Земли. Такой поверхностью служит поверхность эллипсоида или, в более грубом приближении, - шара. На этих поверхностях применяются криволинейные координаты, известные всем широта и долгота. Но любая карта - поверхность плоская, и возникает задача изображения криволинейной поверхности на плоскости. При этом неизбежны искажения, так как сферическую поверхность нельзя развернуть на плоскость без разрывов и складок. Этой проблемой занимается математическая картография,в которой разработано множество проекций -- способов переноса изображений на плоскость с минимальными искажениями. Очень часто применяются цилиндрические проекции, при которых земной шар вписывается в цилиндр, касающийся шара по экватору. Сетка географических координат (меридианов и параллелей) проектируется на поверхность цилиндра в виде взаимно перпендикулярных прямых линий, а цилиндр разрезается по вертикали и разворачивается в плоскость. Одна из таких проекций - конформная (равноугольная) проекция Меркатора - часто применяется как для навигационных, так и для мировых карт, физических и политических. Для крупномасштабных топографических карт в нашей стране используют, как правило, так называемую проекцию Гаусса-Крюгера, относящуюся также к группе цилиндрических проекций.

Но вернемся к координатам, которые можно получить на карте в виде плоских прямоугольных координат х, у (третью координату указывают в виде высоты Н над некоторой "исходной" поверхностью, например над уровнем моря). Но для этого необходимо провести целый комплекс измерений расстояний, углов и высот.

Современный электронный теодолит измеряет углы с точностью до 1,5 угловой секунды.

Если мысленно вернуться хотя бы на полвека назад, обнаружится следующая картина. Геодезисты последовательно укладывают на местности вдоль измеряемой линии стальные 20-метровые ленты, а при точных измерениях - подвешивают на опорах 24-метровые проволоки из инвара - сплава, очень слабо подверженного термическому расширению. Это исключительно трудоемкая работа! Для быстрых измерений применяются оптические дальномеры, основанные на использовании чисто геометрического принципа - решения сильно вытянутого треугольника с небольшим основанием (базой). Их точность не превышает одной тысячной от измеряемой длины, а дальность действия - нескольких сотен метров.

Угловые измерения производят при помощи теодолитов - оптико-механических приборов, основной частью которых служит зрительная труба, снабженная горизонтальным и вертикальным угломерными кругами с отсчетными приспособлениями.

Наконец, для определения превышений служат нивелиры, представляющие собой зрительную трубу с точным пузырьковым уровнем, позволяющим приводить визирную ось трубы в строго горизонтальное положение. Выполнив такое приведение, наблюдатель берет отсчеты по двум вертикальным рейкам с делениями, установленным на точках, разность высот которых надо определить. Это так называемое геометрическое нивелирование, наиболее точное. Существует еще тригонометрическое нивелирование, выполняемое не горизонтальным, а наклонным лучом при помощи теодолита; в этом случае определяется превышение наблюдаемой точки над точкой стояния инструмента по углу наклона и горизонтальному расстоянию, измеренному отдельным дальномером. Теодолиты, способные работать в таком режиме, получили название тахеометров (приборов для быстрой съемки).

Было также множество других геодезических инструментов с изящными и остроумными усовершенствованиями. Но все инструменты того времени - исключительно оптико-механические устройства.

Такая ситуация сохранялась примерно до середины 50-х годов XX столетия. А дальше наступил период, который можно смело назвать революцией в геодезическом приборостроении: в геодезию пришла электроника.

Лазерный нивелир с вращающейся призмой

Она начала свое триумфальное шествие в геодезии с линейных измерений, затем проникла в угловые измерения, а в последнее время и в наиболее консервативную область - нивелирование. Огромную роль сыграло появление в 1960 году лазеров, развитие микроэлектроники, а впоследствии - компьютерной техники и спутниковых технологий. Совокупность основанных на этих достижениях новых методов и средств геодезических измерений и составляет существо того, что в последнее время обозначают словом "геотроника" (ранее использовался менее удачный термин "радиогеодезия"). Геотроника - это сочетание слов "геодезия" и "электроника", отражающее тот факт, что сейчас вся измерительная геодезическая техника практически основана на электронике в широком смысле этого слова. Что же представляет собой геотроника в настоящее время?

Лазерный нивелир с электронным устройством на рейке

Прежде всего, для измерения расстояний вместо мерных лент и проволок сегодня используются электромагнитные волны. Это сократило время собственно измерений (без затрат времени на установку приборов) буквально до нескольких секунд (вместо дней и недель!), причем независимо от длины измеряемой линии. Здесь есть два основных подхода. Первый из них заключается в том, что расстояние между, скажем, пунктами А и В можно получить, измерив время распространения электромагнитных волн между ними и умножив его на скорость света (при этом учитывается показатель преломления воздуха, рассчитанный по измерениям температуры, давления и влажности). Этот метод особенно удобен при использовании коротких импульсов излучения. Излучаемый импульс разделяется на две части, одна из которых запускает электронный счетчик времени, а другая - проходит расстояние до пункта измерения, где установлен отражатель, возвращается и останавливает счетчик.

Второй подход к измерению расстояний очень напоминает ситуацию с мерными лентами: в качестве своеобразной мерной ленты выступает длина волны непрерывного электромагнитного излучения, которую "укладывают" в двойном измеряемом расстоянии. Расстояние получается как половина произведения длины волны на число "уложенных" волн. Это число в общем случае (как и при измерении железной лентой) не будет целым - оно равно N + DN, где N - целое число, а DN - дробь, меньшая единицы. Длину волны можно определить, зная заранее или измерив частоту колебаний. Но как найти число волн? Дробную часть DN получить легко: нужно просто измерить разность фаз излученных и принятых колебаний. А вот определение целого числа N - задача посложнее. Ее можно решить, измерив разность фаз на нескольких различных длинах волн, поэтому данный метод называется фазовым. Он используется как со световыми лучами, так и с радиоволнами.

В наземных фазовых дальномерах в качестве длины волны, "укладываемой" в расстоянии, используется не длина волны излучения, а так называемая длина волны модуляции. Дело в том, что частота самого излучения оказывается слишком высокой для выполнения фазовых измерений. Поэтому излучение подвергают модуляции - периодическому изменению какого-либо параметра (например, интенсивности) по синусоидальному закону с частотой, намного меньшей частоты электромагнитных колебаний. Так образуются более длинные "волны модуляции", которые и играют роль мерной ленты.

Наземные фазовые дальномеры измеряют расстояния до нескольких десятков километров с погрешностью от нескольких сантиметров до нескольких миллиметров. Точность импульсного метода гораздо ниже - в лучшем случае дециметры. Это связано с тем, что в оптическом диапазоне трудно сформировать короткие импульсы с крутым фронтом. Поэтому импульсные лазерные дальномерные системы применяются для измерения очень больших расстояний - до искусственных спутников Земли и даже до Луны, где относительная погрешность получается весьма малой. Напомним, что критерием точности измерений служит именно относительная погрешность, равная погрешности абсолютной, деленной на измеренную величину. В этом легко убедиться: предположим, нам сказали, что расстояние измерено с погрешностью 10 сантиметров. Можем ли мы оценить, высока точность измерения или нет? Если с такой ошибкой измерена, скажем, длина стола (1 метр), это крайне невысокая точность (10%), а если измерялось расстояние от Земли до спутника (скажем, 1000 километров), это прекрасный результат (10-3%). Точность определяется только относительной погрешностью.

Для коротких расстояний (десятки и сотни метров) наиболее точен оптический интерференционный метод, позволяющий измерять эти расстояния с точностью, недостижимой никакими другими методами, - до тысячных долей миллиметра (микрометров). Он реализуется при помощи лазерных интерферометров с маломощным гелий-неоновым лазером, излучающим в красной области спектра на длине волны l = 0,63 мкм. Интерферометр строится по известной в оптике схеме Майкельсона (см. "Наука и жизнь" N 5, 2000 г.): излучение лазера разделяется на два пучка, один из которых при помощи "опорного" отражателя направляется сразу на фотоприемник, а другой поступает на тот же фотоприемник после прохождения расстояния до "дистанционного" отражателя и обратно. На фотоприемнике образуется интерференционная картина в виде системы темных и светлых полос, из которых выделяют только одну при помощи диафрагмы. Когда отражатель смещается наполовину длины волны, картина интерференции сдвигается на одну полосу. Пересчитав пробежавшие через приемник полосы при смещении отражателя из начальной точки измеряемого расстояния до конечной, получают результат измерений. Точность их очень высока: ошибка измерений не превышает половины длины волны - около 0,3 микрона. Лазерные интерферометры используют для калибровки электронных дальномеров.

Аналогичные принципы используются и в диапазоне радиоволн. Это так называемая радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ). Такой интерферометр состоит из двух разнесенных на очень большое расстояние (до тысяч километров) радиотелескопов, которые принимают и записывают радиоизлучение от одного и того же внегалактического квазара. Обе записи получаются идентичными, но сдвинутыми по времени: расстояния от квазара до каждого из радиотелескопов различны. Эти записи сводятся в корреляторе, позволяющем менять задержку одного сигнала относительно другого. Когда длительность задержки становится равна величине временного сдвига между записями, сигнал на выходе коррелятора достигает максимума. А так как из-за вращения Земли разность расстояний до квазара, а следовательно, и задержка периодически изменяются, возникает "частота интерференции", которая тоже может быть измерена. По измеренным величинам длина базы (расстояние между радиотелескопами) и направление на квазар определяются с очень высокой точностью (порядка 3 сантиметров и до 0,001 угловой секунды соответственно). Метод РСДБ весьма перспективен при изучении многих геофизических и геодинамических явлений.

Электроника позволила автоматизировать и угловые измерения. Электронный теодолит представляет собой устройство, которое преобразует в электрические сигналы угловые величины, записанные в виде системы непрозрачных штрихов или кодовых дорожек на стеклянном диске. Диск просвечивается световым лучом; при повороте теодолита на фотоприемнике создается сигнал в двоичном коде, который после расшифровки выводится на табло в цифровом виде.

Объединение электронного теодолита, малогабаритного фазового светодальномера и микрокомпьютера в единую конструкцию позволило создать электронный тахеометр-прибор, позволяющий выполнять как угловые, так и линейные измерения с их обработкой в полевых условиях. В зарубежной литературе такие приборы получили название Total Station (универсальная станция). Их точность доходит до 0,5 угловой секунды и 2 миллиметров + 2 мм/км, а дальность действия - до 5 километров.

Внедрение лазерной техники в геодезию привело, в частности, к разработке остроумного метода нивелирования "лазерной плоскостью" (системы Laserplane). Ярко-красный луч вертикально расположенного лазера падает на вращающуюся призму, создающую развертку луча в горизонтальной плоскости. Это позволяет брать отсчет по световому пятну на рейке, поставленной в любом направлении от лазера. Такой способ не дает высокой точности, но отличается быстротой и обеспечивает работу по неограниченному числу реек, что удобно для многих работ по высотной съемке. Для точных измерений сконструирован цифровой нивелир, работающий по кодированной рейке. Код несет информацию о высоте любого места рейки относительно ее "нуля". Изображение преобразуется в электрический сигнал, и при работе по двум рейкам автоматически определяется превышение между точками их установки.

Лазерный луч представляет собой и почти идеально прямую опорную линию в пространстве, относительно которой можно производить измерения при точном монтаже оборудования, строительных работах и пр.

За последние двадцать лет произошел новый качественный скачок, который можно назвать второй революцией в геодезии. Появились глобальные спутниковые системы,кардинально изменившие ситуацию в геодезии и навигации. Они позволяют сразу же, без всяких предварительных измерений, определять координаты любых точек на поверхности Земли и находить расстояние между ними с высокой точностью.

Подобных систем сейчас две: разработанная в США система GPS (Global Positioning System - глобальная система определения местоположения) и отечественная система ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система). Как GPS, так и ГЛОНАСС построены, в общем, по одному и тому же принципу, хотя и различаются в некоторых деталях. Аналогичные системы, только попроще, используются в специализированной автомобильной аппаратуре (см. "Наука и жизнь" N 11, 2001 г.).

Космический комплекс представляет собой систему из двадцати четырех спутников, размещенных: в GPS - в шести орбитальных плоскостях, развернутых через 60њ по долготе; в системе ГЛОНАСС - в трех плоскостях через 120њ на высоте порядка 20 тысяч километров. Это позволяет постоянно наблюдать в любой точке земного шара не менее четырех спутников каждой системы. На всех спутниках имеются стандарты частоты с долговременной стабильностью порядка 10-12 - 10-13. Спутники излучают радиоволны на двух частотах (с длинами волн порядка 20 сантиметров), которые "несут" сложные кодированные сигналы.

Наземный комплекс системы определяет координаты спутников и передает их на борт, где они закладываются в сигнал, посылаемый на Землю, синхронизирует спутниковые "часы" и сверяет их с наземной опорной шкалой времени. Для этого на центральной станции имеется водородный стандарт частоты со стабильностью 10-14, что соответствует уходу на 0,3 секунды за миллион лет.

Сигналы со спутников принимает и обрабатывает аппаратура в пункте измерения. Приемники могут работать в двух режимах, получивших название кодовых и фазовых измерений. Кодовые измерения называют также абсолютными, так как сразу определяют координаты пункта в геоцентрической системе координат. Делается это следующим образом. Радиоволны, излучаемые со спутника, модулируются по фазе так называемым дальномерным кодом, и такой же код вырабатывается в приемнике. (Предусмотрены два кода - "грубый", доступный для всех, и "точный", доступ к которому должен быть санкционирован.) Путем сравнения этих двух кодовых сигналов определяют время распространения сигнала от спутника до приемника с учетом разности показаний их часов относительно опорного времени. Если одновременно измерить расстояния до четырех спутников, получится система из четырех уравнений с четырьмя неизвестными - три координаты и разность во времени, решением которой и находят искомые координаты.

Режим кодовых измерений дает "навигационную" точность - порядка нескольких десятков метров. Чтобы ее повысить, используют два приемника. Один устанавливают на пункте с известными координатами, определяют в нем разности измеренных и вычисленных ("эталонных") величин и передают их на подвижной приемник для исправления измерений. Такой способ сводит ошибку к величине до одного метра.

Для геодезических целей применяют гораздо более точный режим фазовых измерений, при которых определяют не время распространения сигнала от спутника до приемника, а сдвиг фазы несущей частоты, излучаемой спутником. Выполняют их с двумя разнесенными приемниками и определяют разности их координат, по которым можно вычислить расстояние между приемниками с точностью до миллиметров. А если один из них поместить в точку с известными координатами, что обычно и делается, то можно легко получить и абсолютные координаты второго приемника на сантиметровом уровне точности.

Основная задача здесь, как и в наземных фазовых дальномерах, - точное определение целого числа длин волн, "уложившихся" на трассе спутник - приемник. Это то самое число N, о котором говорилось выше, но в данном случае оно намного больше и определять его гораздо сложнее. Поскольку расстояние до спутника равно примерно 20 тысячам километров, а длина волны - около 20 сантиметров, число длин волн N получается порядка миллиона; измерить же его нужно совершенно точно: ошибка на единицу даст отклонение по дальности на 20 сантиметров. Сейчас разработано несколько способов решения этой задачи, но именно с ней чаще всего связаны сбои в работе системы.

К настоящему времени в разных странах разработано очень много типов GPS-приемников, различающихся по своим возможностям. По сути дела, большинство геодезических задач может быть решено при использовании двух основных измерительных средств: глобальной спутниковой системы и электронного тахеометра. Добавление к ним спутниковых лазерных дальномеров, аппаратуры РСДБ и оптических интерферометров образует мощный арсенал геодезической измерительной техники ХХI века.

www.coolreferat.com

Смотрите также

• 
  Маслосменное оборудование реферат
• 
  Кыргыз маданияты реферат
• 
  Желудочковая экстрасистолия реферат
• 
  Дини зардушт реферат
• 
  Болезнь гоше реферат
• 
  Бионический глаз реферат
• 
  Братья вавиловы реферат
• 
  Реферат ясельная педагогика
• 
  Реферат акустические преобразователи
• 
  Реферат источники кпзс
• 
  Синоптические евангелия реферат