Геодезия это наука изучающая: Общие сведения о геодезии и ее научных дисциплинах

Общие сведения о геодезии и ее научных дисциплинах

Геодезия — наука, изучающая форму и размеры Земли, а также отдельных участков ее поверхности. В геодезии разрабатывают различные методы и средства измерений для решения различных научных и практических задач, связанных с определением формы и размеров Земли, изображения всей или отдельных частей ее на планах и картах, выполнения работ, необходимых для решения различных производственно-технических и оборонных задач. В геодезии применяются преимущественно линейные и угловые измерения.

В процессе своего развития геодезия разделилась на ряд научных и научно-технических дисциплин: высшую геодезию, топографию, фотограмметрию, картографию и инженерную, она же прикладная, геодезию.

Высшая геодезия

Наука, предметом исследования которой является форма, размер и внешнее гравитационное поле Земли (значения и направления силы тяжести в окружающем Землю пространстве и на ее поверхности). Высшая геодезия занимается также методами точных измерений и способами их обработки с целью определения взаимного положения точек на земной поверхности в единой системе координат.

Запуск искусственных спутников Земли положил начало развитию нового направления высшей геодезии — космической геодезии.

Топография

Научная дисциплина, занимающаяся съемкой земной поверхности и разработкой способов изображения этой поверхности на плоскости в виде топографических планов. Топографическими съемками называются практические работы по созданию оригинала топографического плана. В зависимости от применяемых при этом технических средств виды съемок подразделяют на тахеометрическую, мензульную, аэрофототопографическую и фототеодолитную.

Картография

Наука, изучающая вопросы картографического изображения и разрабатывающая методы создания карт и их использования. Картография тесно связана с геодезией, топографией и географией. Результаты геодезических определений размеров и формы Земли и координат пунктов геодезических сетей, а также результаты топографических съемок используются в картографии в качестве исходной основы для составления карт. География дает необходимые данные о сущности изображаемых на картах предметов, явлений природы и общественной жизни.

Фотограмметрия

Измерительная фотография — это научно-техническая дисциплина, изучающая способы определения формы, размеров и положения объектов в пространстве по их фотографическим изображениям. Фотограмметрия применяется в различных областях науки и техники: в геодезии, архитектуре и строительстве, астрономии, военно-инженерном деле и артиллерии, географии и океанологии, в медицине, в космических исследованиях и др. Наибольшее применение фотограмметрия получила в топографии, где объектом изучения и измерения является земная поверхность.

Здесь задача фотограмметрии состоит в том, чтобы полевые измерения на местности, необходимые для создания топографической карты или плана, заменить измерениями в производственных помещениях на аэрофотоснимках при помощи специальных фотограмметрических приборов. Часть фотограмметрии, в которой изучают не только способы определения планового положения объектов, по и способы измерения рельефа, называется стереофотограмметрией. Фотограмметрия является теоретической основой фототопографии, изучающей и разрабатывающей методы и средства создания топографических карт и планов по фотоснимкам местности.

Инженерная геодезия

Прикладная геодезия — это наука, которая изучает вопросы приложения геодезии к инженерному делу. Предметом инженерной геодезии является исследование и разработка методов и средств геодезического обеспечения всех видов строительства на различных его этапах, при реконструкции, расширении и эксплуатации сооружений, в землеустройстве, при лесотехнических работах, при поисках, разведке, разработке и охране природных ресурсов, монтаже и наладке сложных машин и т. п. В настоящее время трудно назвать область народного хозяйства, где бы инженерная геодезия не имела применения.

Геодезия и топография

Геодезия — наука, изучающая форму и размеры Земли, а также отдельных участков ее поверхности. В геодезии разрабатывают различные методы и средства измерений для решения различных научных и практических задач, связанных с определением формы и размеров Земли, изображения всей или отдельных частей ее на планах и картах, выполнения работ, необходимых для решения различных производственно-технических и оборонных задач.

В геодезии применяются преимущественно линейные и угловые измерения.

В процессе своего развития геодезия разделилась на ряд научных и научно-технических дисциплин: высшую геодезию, топографию, фотограмметрию, картографию и инженерную (прикладную) геодезию.

Высшая геодезия — наука, предметом исследования которой является форма, размер и внешнее гравитационное поле Земли (значения и направления силы тяжести в окружающем Землю пространстве и на ее поверхности). Высшая геодезия занимается также методами точных измерений и способами их обработки с целью определения взаимного положения точек на земной поверхности в единой системе координат. Запуск искусственных спутников Земли положил начало развитию нового направления высшей геодезии — космической геодезии.

Топография — научная дисциплина, занимающаяся съемкой земной поверхности и разработкой способов изображения этой поверхности на плоскости в виде топографических планов. Топографическими съемками называются практические работы по созданию оригинала топографического плана. В зависимости от применяемых при этом технических средств виды съемок подразделяют на тахеометрическую, мензульную, аэрофототопографическую и фототеодолитную.

Картография — наука, изучающая вопросы картографического изображения и разрабатывающая методы создания карт и их использования. Картография тесно связана с геодезией, топографией и географией. Результаты геодезических определений размеров и формы Земли и координат пунктов геодезических сетей, а также результаты топографических съемок используются в картографии в качестве исходной основы для составления карт. География дает необходимые данные о сущности изображаемых на картах предметов, явлений природы и общественной жизни.

Фотограмметрия (измерительная фотография) — научно-техническая дисциплина, изучающая способы определения формы, размеров и положения объектов в пространстве по их фотографическим изображениям. Фотограмметрия применяется в различных областях науки и техники: в геодезии, архитектуре и строительстве, астрономии, военно-инженерном деле и артиллерии, географии и океанологии, в медицине, в космических исследованиях и др. Наибольшее применение фотограмметрия получила в топографии, где объектом изучения и измерения является земная поверхность.

Здесь задача фотограмметрии состоит в том, чтобы полевые измерения на местности, необходимые для создания топографической карты или плана, заменить измерениями в производственных помещениях на аэрофотоснимках при помощи специальных фотограмметрических приборов. Часть фотограмметрии, в которой изучают не только способы определения планового положения объектов, по и способы измерения рельефа, называется стереофотограмметрией. Фотограмметрия является теоретической основой фототопографии, изучающей и разрабатывающей методы и средства создания топографических карт и планов по фотоснимкам местности.

Инженерная (прикладная) геодезия

— наука, которая изучает вопросы приложения геодезии к инженерному делу.

Предметом инженерной геодезии является исследование и разработка методов и средств геодезического обеспечения всех видов строительства на различных его этапах, при реконструкции, расширении и эксплуатации сооружений, в землеустройстве, при лесотехнических работах, при поисках, разведке, разработке и охране природных ресурсов, монтаже и наладке сложных машин и т. п. В настоящее время трудно назвать область народного хозяйства, где бы инженерная геодезия не имела применения.

Геодезия и картография в структуре Росреестра

В канун профессионального праздника работников геодезии и картографии, который отмечается каждое второе воскресенье марта, мы побеседовали с начальником отдела геодезии и картографии Управления Росреестра по Красноярскому краю Юрием Разомазовым

 

 

Юрий Валентинович, что такое геодезия?

 

Геодезия – это наука, изучающая форму, размеры и гравитационное поле Земли, а также технические средства и методы измерений на местности.

 

Это одна из древнейших наук. Около 3тыс. лет до н.э. в долине реки Нила существовали оросительные системы, строились пирамиды, которые невозможно было выполнить без геодезических работ. Со временем, накопившийся опыт геодезических измерений перешел в Древнюю Грецию, — колыбель европейской цивилизации, где  эти знания, приумножившись и получили название «Геодезия», что  дословно означает как — «земля» и «разделяю», а в  вольном переводе: «Землеизмерение». 

 

В России первые указания на выполнение геодезических измерений относятся к XI в., когда между Керчью и Таманью по льду была измерена ширина Керченского пролива. В допетровскую эпоху, по приказу Ивана Грозного, составлена карта всей территории России — «Большой Чертеж». Впервые в России топографические съемки были выполнены при Петре I. 

 

Какие задачи решает геодезия в 21 веке?  

 

Современная геодезия — многогранная наука, решающая сложные научные и практические задачи. Это наука об определении формы и размеров Земли, об измерениях на земной поверхности для отображения ее на планах и картах. 

 

На современном этапе геодезия и картография  обеспечивает решение широкого круга государственных задач, а также удовлетворение потребностей частного сектора экономики и граждан — вопросы территориального планирования, архитектурного и строительного проектирования, кадастрового учета недвижимого имущества в целях его гражданского оборота, решение задач в сфере экологии и природопользования, демографической политики и прочее.

 

Различные  виды геодезии решают разнообразные задачи. Высшая геодезия изучает фигуру и размеры Земли, методы определения координат точек на поверхности. Космическая геодезия решает геодезические задачи с помощью искусственных спутников Земли. Топография рассматривает способы измерения и изображения земной поверхности на картах и планах. Фотограмметрия решает задачи измерений по аэрофото и космическим снимкам для различных целей. Инженерная геодезия изучает методы геодезического обеспечения при разработке проектов, строительстве и эксплуатации сооружений, а также при изучении, освоении природных ресурсов.

 

Для решения каждой из указанных задач существуют свои методы, средства и требования к точности их выполнения. 

 

Принятый в конце года Федеральный закон от 30.12.2015 N 431-ФЗ «О геодезии, картографии и пространственных данных и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» и ряд других нормативно правовых актов совершенствует существующее законодательство о геодезии.

 

Какие функции выполняет отдел геодезии и картографии в структуре территориального органа Росреестра?

 

К основной задаче отдела можно отнести организацию и обеспечение геодезической и картографической деятельности на территории Красноярского края, наименований географических объектов, учет геодезических пунктов и федеральный государственный надзор в области геодезии и картографии.

 

Государственное регулирование геодезической и картографической деятельности осуществляется посредством их лицензирования, а также государственного геодезического надзора.

 

 

К основным функциям можно отнести координатное обеспечение геодезической и картографической деятельности на территории Красноярского края путем предоставления субъектам геодезической и картографической деятельности и кадастровым инженерам в пользование материалов и данных федерального картографо-геодезического фонда.

 

Юридические лица и индивидуальные предприниматели, органы государственной власти и местного самоуправления, физические лица (кадастровые инженеры) имеют возможность обратиться в Управление за сведениями о геодезической и картографической изученности местности на участках планируемых работ.

 

В материалах фонда (каталоги координат, технические отчеты о ранее выполненных топографо-геодезических работах, метаданные и пр.) содержится информация о более 30 тысячах пунктах государственной геодезической сети и 32 тысячах реперов государственной нивелирной сети, а также информация о созданных сетях  сгущения.

 

Предоставление в пользование сведений в виде выписки из каталогов координат геодезических пунктов, в требуемой системе координат, для производства топографо-геодезических, проектно-изыскательских, кадастровых, землеустроительных и иных работ осуществляется Управлением бесплатно на основании запроса установленной формы.

 

По итогам 2015 года Управлением на основании запросов выданы сведения о почти 10 000 геодезических пунктов.

 

Что является предметом проверок при осуществлении контрольно-надзорных функций в области геодезии и картографии?

 

Предметом проверок при осуществлении федерального государственного надзора в области геодезии и картографии является соблюдение установленных нормативно-техническими документами требований при проведении работ, порядка передачи материалов и данных в соответствующие картографо-геодезические фонды, порядка установления и применения местных систем координат, обеспечения охраны пунктов государственных геодезических сетей.

 

По результатам надзора осуществляется составление в порядке, установленном законодательством Российской Федерации, протоколов об административных правонарушениях и наложение административных штрафов.

 

По итогам проведенных проверок за 2015 год выдано 9 предписаний по устранению выявленных нарушений в области государственного геодезического надзора, составлено 28 протоколов об административных правонарушениях, 22 юридических и должностных лиц привлечены мировым судом к административной ответственности.

 

Управление осуществляет надзор за правильным отображением государственной границы и территории Российской Федерации, ведение дежурной справочной карты с отображением на ней изменений границ между субъектами Российской Федерации, границ муниципальных образований, а также изменений местности, положения географических объектов и их наименований.

 

На территории Красноярского края в полном объеме создан Государственный каталог географических наименований (свыше 44 тысяч наименований).

 

Управлением осуществляется работы по проверке достоверности и актуализации сведений, содержащихся в Государственном каталоге. Выявленные расхождения в написании, видах (категориях) географических объектов доводятся до оператора Государственного каталога (ФГБУ «Центр геодезии, картографии и ИПД») и администрации Красноярского края.

Например, выявлены расхождения в наименованиях 15 (всего свыше 1700) населенных пунктов Красноярского края. 

 

Переименование географических объектов осуществляется Правительством Российской Федерации по представлениям органов государственной власти субъектов Российской Федерации.

 

Необходимо ли получать лицензию на производство геодезических и картографических работ? 

 

В соответствии с действующим законодательством исполнителями геодезических и картографических работ федерального назначения, результаты которых имеют общегосударственное, межотраслевое значение вправе выступать только лица, получившие в соответствии с положениями о лицензировании геодезической и картографической деятельности лицензию на соответствующий вид работ.

 

Геодезические и картографические работы, осуществляемые в ходе инженерных изысканий, выполняемых для подготовки проектной документации, строительства, реконструкции, капитального ремонта объектов капитального строительства, лицензированию не подлежат.

 

Основными лицензионными требованиями являются соблюдение установленного порядка организации геодезических и картографических работ, технических требований к ним, соблюдение иных положений Федерального закона «О геодезии и картографии», наличие зданий и сооружений, а также наличие у лицензиата специалистов профильного профессионального образования, а также оборудования для выполнения геодезических или картографических работ.

 

Всего в крае 74 действующих лицензий на осуществление геодезической и картографической деятельности федерального назначения, результаты которых имеют общегосударственное межотраслевое значение.

 

Одним из направлений деятельности является подготовка в соответствии с законодательством Российской Федерации экспертных заключений о степени секретности геодезических и картографических материалов и данных по запросу субъектов геодезической и картографической деятельности и подразделений Федеральной службы безопасности России.

 

Наличие экспертного заключения о степени секретности выполненных работ позволяет исполнителю принимать решения о возможности открытого опубликования произведенной им продукции. 

 

Росреестр обеспечивает край геодезической и картографической информацией, необходимой для устойчивого функционирования отраслей экономики, изучения и использования природных ресурсов, охраны окружающей среды, строительства, управления земельными ресурсами, обеспечения обороноспособности и безопасности, предотвращения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.

 

Мы поздравляем всех сотрудников отдела геодезии и картографии Управления Росреестра по Красноярскому краю с профессиональным праздником!

Для чего нужна геодезия земельного участка? Стоимость работ

Геодезия – это наука, изучающая формы, размеры земли, методы их определения. Для проведения данных работ специалисты используют специальные карты, составленные на основании произведенных измерений, которые являются неотъемлемой частью для геодезистов.

Проведение геодезических работ необходимо для решения множества задач, которые связаны с ландшафтом. Это нужно для прокладки коммуникаций, строительства домов, работ по благоустройству территории, оформления. Теперь, когда Вы знаете что такое геодезия участка, мы расскажем, для чего нужна геодезия земельного участка.

Для чего проводится геодезическое исследование почвы

Они крайне необходимы для определения гравитационного поля и форм земли. Оно должно проводится тщательно, с особой точностью, поскольку его результаты влияют на возведение будущего объекта. Даже небольшое отклонение, может привести к непоправимым последствиям. Например, к искажению конструкции постройки.

Геодезическое исследование проводится перед началом составлением проекта будущего здания, сопровождает его на всех этапах строительства. От того, насколько точно проведено геодезическое исследование, будет зависеть успешность и качество выполнения будущего проекта. Должны учитываться все особенности земельного участка, на котором будет выполняться стройка.

Кому нужно проводить изучение

Его нужно проводить всем, кто желает что-либо построить или выполнить другие действия на определённом земельном участке. Обратившись к геодезисту, вы получите четкое обозначение границ своего земельного участка и его детальные план, с использованием особой съемки. План будет составлен подробно, с указанием особенностей рельефа.

Без наличия этого плана невозможно составить архитектурный проект и начать строительство объекта. Проектирование, обустройство коммуникаций и строительство будет осуществляться на основании геодезического плана.

Что включают в себя геодезические работы

Поскольку геодезия – это область науки, которая занимается измерением углов и расстояний между ними на земельных участках, то такие работы заключаются в выполнении следующих действий:

• определение, детальное описание географических координат земельного участка;
• определение площади изучаемой площади;
• составление плана, детальных топографических карт изучаемой местности;
• размещение межевых знаков на границе надела;
• предоставление официальных документов, подтверждающих законность, достоверность размещённых на земельном участке межевых знаков.

Геодезическое измерение может быть нескольких видов:

1. Топографическая съемка – нужна при создании проекта строительства земельного участка. Она позволяет точно установить форму и размеры земельного участка, угол наклона и координаты расположения различных объектов на изучаемой местности.
2. Инженерная съемка – используется для точного нанесения на чертежи участка всех важных высот, точек, линий, которые требуются для правильного размещения планируемых объектов.
3. Геодезическая съемка – проводится для выдачи документов, которые будут подтверждать право собственности на землю.
4. Кадастровая съемка – используется для точного определения и законного оформления границ земельного участка.

Преимущества проведения геодезических работ для застройщика

Проведение геодезических работ имеет множество преимуществ для застройщика, к ним следует отнести:

1. Возможность определить место для строительства дома на рельефе с учетом особенностей. Чтобы выбрать лучшее место, на котором будет построен жилой дом, проект рекомендуют составлять на основании выпаленной топографической съемки.
2. Решение вопросов, связанных с выполнением дренажных и земляных работ, установление их объемов. В некоторых случаях, даже самый ровный земельный участок имеет незначительный угол наклона. Постройку следует располагать таким образом, чтобы был отток вод от фундамента. Сделать это можно, подняв дом или обеспечив дренаж. Топографическая съемка позволит выполнить данные работы точно и правильно.
3. Обустройство территории вокруг постройки. Геодезическое исследование земельного участка поможет обустроить ландшафт территории с любым рельефом и уклоном. Подробный план участка даст возможность удачно высадить растения, обустроить беседки, зоны отдыха.
4. Гарантия устойчивости и долговечности постройки. Профессиональные строители проводят работы лишь при наличии геодезической съемки. Поскольку точное произведение геодезического выноса осей постройки, нулевой отметки и точной геометрии, возможно только при наличии исполнительной съемки конструкций. В результате вы получаете крепкий дом для длительной эксплуатации. Надеемся, из этой статьи вы поняли, что такое геодезия участка, зачем нужна, как проводится.

Частые вопросы

О геодезии участка

Какова стоимость геодезии земельного участка?

Для определения стоимости рассматривается каждый отдельный случай. Минимальные комплексы работ начинаются от 15000 р.

У Вас можно заказать геодезию земельного участка?

Да, для этого позвоните нам по телефону +8 (800) 550-18-92 или отправьте запрос на e-mail:info@abs. ru.

Что делают геодезисты на земельном участке?

Топографическая съемка.

Геодезические работы.Помимо этого на данном этапе работ определяются уклоны и перепады высот, предоставляются рекомендации относительно расположения будущей застройки по сторонам света.

Согласование выявленных подземных коммуникаций.

Инженерно-геологические мероприятия.

Оформление межевого плана.

Всегда ли нужна геодезия участка??

Да, если Вы собираетесь что-то строить.

Тема: Общие сведения по геодезии. Предмет геодезии



Лекция 1

1. Что такое геодезия

_______ Геодезия – это наука об измерениях на земной поверхности, выполняемых для изучения общей фигуры Земли, для составления планов и карт, для решения инженерных задач при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений.

_______В процессе своего развития геодезия разделилась на ряд самостоятельных научных дисциплин: высшую геодезию, топографию, инженерную геодезию, аэрофотогеодезию, картографию и космическую геодезию.

_______Высшая геодезия занимается определением фигуры и размеров всей Земли и значительных ее частей.

_______Топография занимается измерением и изображением на планах и картах земной поверхности.

_______Инженерная геодезия занимается вопросами геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений, при монтаже оборудования, при наблюдениях за вертикальными и горизонтальными смещениями инженерных сооружений и технологического оборудования.

_______Аэрофотогеодезия занимается изучением методов и средств создания топографических карт и планов по материалам фотографирования Земли.

_______Картография занимается изучением методов составления, издания и использования карт.

_______Космическая геодезия занимается обработкой измерений, полученных при помощи искусственных спутников Земли, орбитальных станций и межпланетных кораблей.

_______Геодезия имеет тесную связь с другими научными дисциплинами: математикой, астрономией, физикой, механикой, автоматикой, электроникой, географией, фотографией и черчением.

2. Предмет геодезии. Понятие о форме и размерах Земли

_______Предметом геодезии является планета Земля. Общая площадь Земли – 510 млн. км²; 71% поверхности Земли – это моря и океаны, 29% – суша. При определении положения точек земной поверхности обычно относят их к общей фигуре Земли, которую называют геоидом.

_______Геоид – это геометрическое тело, ограниченное уровенной поверхностью.

_______Уровенная поверхность – поверхность, совпадающая с поверхностью воды в морях и океанах, которые находятся в спокойном состоянии, продолженная под материками.

_______Уровенная поверхность в каждой своей точке перпендикулярна к отвесной линии, проведенной через эту точку.

_______Фигура геоида в геометрическом отношении является весьма сложной, однако она очень близка к эллипсоиду вращения. Такой эллипсоид получается в результате вращения вокруг малой полуоси эллипса РQP₁Q₁ (рис. 1).

_______Эти величины определяют форму и размеры Земли. В 1946 году были приняты размеры земного эллипсоида, вычисленные группой российских ученых под руководством профессора Ф.Н. Красовского. Эти размеры: а = 6378245 м и b = 6356863 м.

3. Способы изображения земной поверхности.

Метод проекций в геодезии

_______На местности точки, линии, углы и контуры расположены в силу неровностей земной поверхности на возвышениях или впадинах. Так как возвышения и впадины являются пространственными формами, изобразить их на бумаге в виде плоской карты или плана достаточно непросто. Способы изображения земной поверхности на плоскости основываются на методе проекций.

_______При изучении действительной поверхности Земли точки местности проецируют отвесными линиями на поверхность земного эллипсоида. Так как уровенная поверхность радиусом до 20 км может быть заменена плоскостью, при относительно небольших площадях, точки местности проецируют на горизонтальную плоскость. Положение полученных проекций точек может быть определено координатами.

_______В результате перенесения точек на плоскость длины линий заменяют их горизонтальными проекциями, называемыми горизонтальными проложениями; пространственные углы заменяются плоскими, и вся фигура заменяется проекцией на горизонтальную плоскость (рис. 2).

4. Системы координат, принятые в геодезии

_______В геодезии применяются следующие системы координат:
• Географическая система координат,
• Зональная система плоских прямоугольных координат Гаусса–Крюгера,
• Полярная система координат.

4.1. Географические координаты

_______С помощью географических координат, то есть широт (φ) и долгот (λ), определяют положение точки относительно экватора и начального меридиана.

_______Широтой (φ) точки называется угол, составленный отвесной линией в данной точке и плоскостью экватора.

_______Долготой (λ) точки называется двугранный угол между плоскостью меридиана данной точки и плоскостью начального меридиана.

swf» type=»application/x-shockwave-flash» flashvars=»file=planeta.flv» bgcolor=»#FFFFFF»/>

_______Широта отсчитывается по дуге меридиана к северу и к югу от экватора от 0° до 90°. К северу от экватора широта называется северной, к югу – южной.

_______Долгота отсчитывается от меридиана, проходящего через Гринвич на окраине Лондона. Долгота отсчитывается по дуге экватора или параллели от начального меридиана в сторону востока и запада от 0° до 180°. Долгота к востоку от Гринвичского меридиана называется восточной долготой, к западу – западной. Широты и долготы определяют положение любой точки на земной поверхности и выражаются в угловой мере. Географические координаты определяются из астрономических наблюдений и, а также с помощью геодезических измерений.

4.2. Зональная система плоских прямоугольных координат Гаусса–Крюгера

_______При геодезических работах на больших территориях применяется зональная система плоских прямоугольных координат Гаусса–Крюгера (рис. 4). Для этого земной шар делится меридианами на шестиградусные или трехградусные зоны (рис. 3). Счет зон ведется к востоку от Гринвичского меридиана. Каждая зона проецируется на плоскость таким образом, чтобы средний меридиан зоны был изображен прямой линией. Средний меридиан зоны называется осевым меридианом.

_______Изображение осевого меридиана принимается за ось абсцисс (x), изображение экватора – за ось ординат (y). За начало координат принимают точку пересечения осевого меридиана с экватором.

_______Чтобы не иметь отрицательных ординат, ординату осевого меридиана принимают равной 500 км. Перед ординатой точки указывается номер зоны, в которой точка расположена.

Зональная система плоских прямоугольных координат Гаусса–Крюгера

_______Зная географические координаты точки земной поверхности, можно вычислить зональные прямоугольные координаты, и, наоборот.

4.3. Полярная система координат

_______В полярной системе координат используются полярные углы и расстояния. Подробнее эта система будет рассмотрена в последующих лекциях.

5. Системы высот, принятые в геодезии

_______Для полного определения положения точек земной поверхности необходимо знать высоты точек над принятой уровенной поверхностью. Высоты точек, которые определяются относительно поверхности эллипсоида (по отвесной линии), называются абсолютными высотами.

_______Абсолютная высота – длина перпендикуляра, опущенного из точки на уровенную поверхность, принятую за начало отсчета (поверхность эллипсоида).

_______За начало счета абсолютных высот принимается нуль Кронштадтского футштока (средний уровень воды в Балтийском море). Такая система высот называется Балтийской.

_______Уровень Балтийского моря установленный по данным многолетних наблюдений и отмеченный награвированной чертой на металлической пластине, вмурованной в гранитный устой одного из мостов через обводной канал в Кронштадте, является началом счета высот уже третий век. Если счет высот ведется от другой уровенной поверхности, такая высота называется относительной высотой.

_______Числовые значения абсолютных высот точек земной поверхности называют отметками. Разность абсолютных высот двух любых точек называют превышением (h).
_______В строительстве для отдельных зданий счет высот ведется от чистого пола первого этажа.

6. Ориентирование линий

_______Ориентировать линию – значит определить ее направление относительно исходного меридиана.

_______В качестве исходного направления служит меридиан начальной точки линии, или осевой меридиан зоны. Для ориентирования линий служат углы, называемые азимутами, дирекционными углами и румбами.

_______Азимутом — горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления меридиана по ходу часовой стрелки до направления данной линии.

_______Азимуты изменяются от 0º до 360º.

_______Азимутом называется истинным, если он отсчитывается от истинного меридиана, и магнитным, если отсчитывается от магнитного меридиана. Направление истинного меридиана в данной точке определяется из астрономических наблюдений, а направление магнитного меридиана – при помощи магнитной стрелки.

_______Азимут одной и той же линии в разных ее точках различен. Меридианы разных точек не параллельны между собой, так как они сходятся в точках полюсов. Отсюда азимут линии в разных ее точках имеет разное значение. Угол между направлениями двух меридианов называется сближением меридианов и обозначается γ. _______Для определения положения магнитного меридиана в геодезии применяют буссоль. Буссоль применяется в комплекте геодезических приборов (теодолитов, тахеометров и т. д.)_______Для перехода от магнитного азимута к истинному надо знать величину и название склонения магнитной стрелки δ. Склонение магнитной стрелки указывается в зарамочном оформлении листа топографической карты. _______В зональной системе координат Гаусса-Крюгера за исходное направление принимается осевой меридиан зоны, поэтому для ориентирования используют дирекционные углы.

_______Дирекционным углом называется горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления осевого меридиана или линии ему параллельной по часовой стрелке до направления данной линии. Обозначается буквой α.

_______Дирекционные углы бывают прямыми и обратными (рис.10).

_______Обратный дирекционный угол вычисляется по формуле:

_______Румбом называется острый угол, отсчитываемый от ближайшего направления осевого меридиана (северного или южного) до данной линии (r).
Румб всегда сопровождается названием четверти, в которой расположена линия (рис. 11).

7. Съемки

_______Для составления планов и карт необходимо на местности производить геодезические измерения. Комплекс таких измерений называется съемкой.

В зависимости от приборов и методов работы съемка бывает теодолитной, тахеометрической, фототопографической и т.д.
Геодезические измерения, выполняемые на местности, называют полевыми работами. Обработка результатов измерений, вычислений и графические работы по составлению карт и планов называют камеральной обработкой полевых измерений. Тест
    Инструкция по прохождению теста

• Выберите один из вариантов в каждом из 10 вопросов;
• Нажмите на кнопку «Показать результат»;
• Скрипт не покажет результат, пока Вы не ответите на все вопросы;
• Загляните в окно рядом с номером задания. Если ответ правильный, то там (+). Если Вы ошиблись, там (-).
• За каждый правильный ответ начисляется 1 балл;
• Оценки: менее 5 баллов — НЕУДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНО, от 5 но менее 7.5 — УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНО, 7.5 и менее 10 — ХОРОШО, 10 — ОТЛИЧНО;
• Чтобы сбросить результат тестирования, нажать кнопку «Сбросить ответы»;

1. Геодезия это-
   Наука, которая изучает мир и все, что его окружает.
   Наука о изучение минеральных веществ, полезных ископаемых и частиц.
   Наука об измерениях на земной поверхности, выполняемых для изучения общей фигуры Земли, для составления планов и карт, для решения инженерных задач при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений.
2. Какая наука занимается изучением методов составления, издания и использования карт?
   Высшая геодезия
   Картография
   Аэрография
3. В геодезии НЕ применяются системы координат:
   Географическая система координат
   Зональная система плоских прямоугольных координат Гаусса– Крюгера
   Математическая система координат
   Полярная система координат
4. Географической координатой называется?
   Широта и долгота
   Высота и долгота
   Широта и высота
5. Что такое Абсолютная высота?
   Расстояние от точки до указанной прямой
   Расстояние от точки до уровня земли
   Длина перпендикуляра, опущенного из точки на уровенную поверхность, принятую за начало отсчета
6. Что принимается за начало отчета абсолютных высот?
   Нуль Кронштадтского футштока
   Любая точка на поверхности Земли
   Начало измерямой линии
7. Что означает «ориентировать линию» ?
   Нарисовать ее
   Определить направление относительно исходного
   Найти угол между линей и поверхностью
8. Горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления осевого меридиана или линии ему параллельной по часовой стрелке до направления данной линии — это . ..
   Дирекционный угол
   Угол наклона
   Румб
9. Острый угол, отсчитываемый от ближайшего направления осевого меридиана (северного или южного) до данной линии — это …
   Дирекционный угол
   Угол наклона
   Румб
10. Какой вид сьемки не используется в геодезии?
    Теодолитная съемка
    Видео съемка
    Тахеометрическая съемка

    

1.Предмет и задачи геодезии.

Лекция 1. Введение в геодезию.

1. Предмет инженерной геодезии

2. Форма и размеры Земли

3. Метод проекций в геодезии

4. Кривизна Земли и её учёт в геодезии

Геодезия – в переводе означает землеразделение.

Возникновение науки связано с практическими потребностями человечества:

— с измерением и разделением земельных участков;

— строительством оросительных систем;

— решение инженерных задач, связанных со строительством.

Геодезия — это наука, изучающая форму и гравитационное поле Земли, планет солнечной системы, методы и способы определения положения точек в принятой системе координат и занимающаяся точными измерениями на местности, необходимыми для создания карт и планов земной поверхности, решения разнообразных задач народного хозяйства и обороны страны.

В процессе своего развития геодезия разделилась на ряд самостоятельных дисциплин:

• Высшая геодезия — изучает фигуру, размеры и гравитационное поле Земли и планет Солнечной системы, а также теорию и методы построения геодезической сети в единой системе координат. Высшая геодезия тесно связана с астрономией, гравиметрией, геофизикой и космической геодезией.

• Геодезия (топография) — занимается съемкой сравнительно небольших участков земли и разрабатывает способы их изображения на планах и картах.

• Картография — изучает методы создания и использования различных карт.

• Фотограмметрия — изучает способы определения формы, размеров и положения объектов в пространстве по их фотографическим изображениям.

• Космическая геодезия – изучает методы обработки данных, полученных из космического пространства с помощью искусственных спутников, межпланетных кораблей и орбитальных станций, которые используются для измерений на земле и планетах солнечной системы.

• Инженерная (прикладная) геодезия — изучает методы геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации разнообразных и инженерных сооружений, при разведке, использовании и эксплуатации природных богатств.

В инженерной геодезии используются методы высшей геодезии, топографии и фотограмметрии. В более узком смысле в инженерной геодезии изучаются методы топографических изысканий и вынесения в натуру проектов сооружений.

Геодезические работы

Подразделение:

— полевые;

— камеральные.

Главное содержание полевых работ – измерительный процесс.

Содержание измерительного процесса:

-измерение горизонтальных углов;

— измерение вертикальных углов;

горизонт прибора

— измерение расстояний;

— измерение превышений, высот.

Геодезические измерения не сама цель процесса, а получения характеристик, положения строительных конструкций в проектное положение. Измерения проводятся в принятой системе координат и опираются на точки опорной геодезической сети, закреплённой на местности и имеющей фиксированные координаты.

Геодезические приборы:

— теодолиты или тахеометры;

— дальномеры;

— нивелиры;

— рулетки, мерные ленты;

-спутниковые геодезические приемники.

Фиксация (запись) результатов измерений проводится в журналах.

Вариант формы журнала.

Точка стояния	Точка наблюдения	Результаты измерения	Схема результатов измерений абрис.

Единицы измерений, применяемые в геодезии.

при измерительном процессе.

Измерение углов.

Угловые меры измерения выполняют в различных мерах:

— градусной

— радианной

— градовая.

Градусная — окружность делится на 360 градусов;

— прямой угол на 90 градусов;

— содержит(минут) (→ 60 минут)

— содержит(секунд) (→ 60 секунд)

Обозначение угловых мер ставят сверху записи

15

Радианная мера. Радиан – центральный угол, дуга которого равна радиусу окружности.

Для перевода значения угла из градусной меры в радианную, надо разделить его на радиан

Для малых углов с достаточной точностью можно считать

Градовая мера. Используют (ФРГ, Франция) и ряд других стран.

-прямой угол делится на 100 частей (град)

В нашей стране не получила распространение.

Линейные измерения.

Производятся в метрической системе мер.

Основная единица метр.

Длина метра определена в результате градусных измерений (Деламбер и Мишеню в 1799г.) Парижского меридиана и по их результатам изготовили эталонный жезл.

В 1875г. Изготовлено 31 жезл.

Россия получила 2 жезла №11 и 28.

№28 хранится в институте метрологии Менделеева(Государственный эталон длины в нашей стране).

1м содержит 100см.

1см содержит 10мм.

1/1000мм называют микрон (мкм)

Запись результатов измерений, как правило, до сотого знака

Геодезия – это главный фундамент в строительстве дома

Мало кто из заказчиков знает о том, что такая малоизвестная наука как геодезия занимает особое место в строительстве любого сооружения. Вопрос: «Зачем нужна геодезия в строительстве?» является риторическим. Это наука, изучающая рельеф, форму, размеры земли, а также выявление точного местоположения различных объектов, имеющихся на ее поверхности. Для добросовестной постройки любого здания перед началом любых строительных работ настоятельно рекомендуется провести некоторые прикладные геодезические мероприятия, среди них: топографическая съемка, определение границ участка, межевание земли, инженерно-геодезические изыскания и т.д.
Купив землю в уже застроенном районе, казалось бы, можно и вовсе смело отказываться от половины дорогостоящих услуг этих специалистов, но в реальной жизни все обстоит вовсе не так радужно. Ситуаций много, рассмотрим одну из самых примитивных. Усердный сосед, поселившийся в этих местах раньше Вас, мог оказаться намного хитрее и проворнее, построив свой забор с захватом куска земли, которая ему не принадлежит. И это лишь малый пример из тысячи возможных ситуаций, когда геодезист критически необходим.
Несмотря на солидную стоимость геодезических работ, они необходимы как воздух перед началом строительных работ, и, можно сказать, что они являются не столько тратой, сколько выгодным вложением средств. Именно так, это вложение сегодня поможет сэкономить Вам гораздо больших трат в дальнейшем. И это не считая потерянных впустую нервов, сил и времени.
Работы проводятся по-разному, и зависят от масштабности будущего здания и купленного участка. Если Вы хотите построить средний коттедж на большом участке, то рекомендуется заказать полный комплекс геодезических работ. В этом случае после их выполнения, сотрудничество с фирмой прервется. Если же у Вас небольшой участок, и Вы хотите построить небольшое здание, да и не нужен Вам весь спектр геодезических услуг, — будет достаточно договориться о единичных выездах специалиста на участок. Как правило, такое удовольствие по отдельности стоит дороже, чем при комплексном обслуживании, но все равно это экономнее и удобнее первого варианта. Заказчикам, которые хотят построить огромные сооружения (например: гипермаркет, торговый или деловой центр, многоэтажный дом и т. д.) рекомендуется выбрать третий вариант. Он заключается в том, чтобы геодезист все время присутствовал на площадке.

Невидимая основа навигации

Хотя мы часто думаем о Земле как о сфере, наша планета на самом деле очень неровная и неровная. Геодезия — это наука о точном измерении и понимании геометрической формы Земли, ориентации в пространстве и гравитационного поля. Это составное цветное видимое изображение полного диска было получено 15 января 2017 года с помощью GOES-16, первого космического корабля в составе геостационарных спутников следующего поколения NOAA.

Слушайте наш последний подкаст

Загрузите этот подкаст.

Выписка

ВЕДУЩИЙ: Вы слушаете подкаст NOAA Ocean… Я Меган Форбс. В этом эпизод, мы поговорим о науке, которая влияет на наши повседневные живет, но с которым вы, возможно, не знакомы. На самом деле я бы рискнул думаю, что большинство людей никогда о нем не слышали. Я говорю о геодезии.Геодезия — это наука, которая точно измеряет и понимает наши геометрическая форма планеты, ее ориентация в пространстве и ее поле сила тяжести. Все это имеет важное влияние на нашу жизнь, но всегда работаем на заднем плане, которого большинство из нас не замечает. Геодезия такая Важно, что NOAA имеет целую программу офисов, посвященных геодезическим Информация. Я хотел узнать больше о геодезии, поэтому я сел с Галеном Скотт с отделом геофизических исследований Национальной геодезической службы Обзор, и мы поговорили об основах этой науки и почему она такая увлекательная тема.

ВЕДУЩИЙ: Спасибо, Гален, что встретил меня сегодня в Центре сотрудничества. в кампусе NOAA в Силвер-Спринг. Так почему бы вам не провести нас через немного о геодезии. Должен сказать, до того, как я пришел в NOAA, у меня никогда не было слышал слово геодезия , хотя понимал время и пространство и гравитации отдельно, я, конечно, не знал о науке, которая все вместе. Даже после работы здесь мне все равно пришлось провести некоторое исследование это — поэтому я подумал: «Почему бы не поговорить с кем-нибудь, кто много знает об этом», так что Вы можете объяснить это мне и, надеюсь, любому из наших слушателей там.

ГАЛЕН СКОТТ: Отлично! Что ж, спасибо, что пригласили меня, я действительно рада быть разговариваю с вами сегодня. Геодезия — это изучение размера и формы Земля и как мы на ней позиционируемся. Это также связано с изучение гравитации и ее вариаций на планете… потому что это имеет значение для инструментов, которые мы используем для проведения съемок, это имеет значение, в каком направлении течет вода. Это наука, которая охватывает Сама Земля, откуда мы знаем, где мы находимся, и как мы можем делать карты этого места мы есть и куда хотим идти.Если человек рассматривает только город или деревню, в которой они находятся, [они] могут по существу думать о Земле как о плоская поверхность, потому что они преодолевают относительно небольшие расстояния. Один раз вы начинаете уходить все дальше и дальше, вам нужно начать учитывать тот факт, что Земля искривлена. Земля изгибается примерно на 8 дюймов в секунду. миля.

ВЕДУЩИЙ: Итак, как бы вы описали форму Земли… потому что это действительно важно для понимания геодезии, не так ли?

ГАЛЕН СКОТТ: Верно.Итак, Земля — ​​это то, что мы называем сплюснутым сфероидом. Это сферы, но она немного сдавлена ​​и толще в середине экваторе, чем на полюсах. На самом деле это довольно «неровная» ухабистая »… это не идеальная сфера. Возможность измерить это и контролировать для этого нужно иметь возможность видеть его из космоса. если ты подумайте о навигации — на самом деле все началось с навигации и вопросы «как мне добраться?», «в каком направлении мне нужно идти. добраться из одного места в другое? » и «как далеко это?» — все эти вопросы требуют некоторой геодезии.Мы должны учитывать эту кривизну Земля, поэтому создание карты большой площади становится немного сложнее чем составить карту маленького городка. Геодезия — это измерение углов и расстояния. Мы начали с изучения астрономических углов и расстояний до звезды для поддержки навигации. Исторически мы использовали звезды для навигации и ориентации себя на Земле относительно солнце, луна и звезды действительно помогали людям исследовать Земной шар.Еще за день до появления GPS люди поняли, знали ли они, что хотели идти на север, они проверяли длину своей тени каждый раз днем в полдень и ночью они могли отслеживать свой прогресс по ориентация Полярной звезды. Итак, отношения между Землей и звезды действительно предоставляют инструменты для повседневного применения геодезия.

ВЕДУЩИЙ: Как вы думаете, почему мы так мало знаем о геодезии?

ГАЛЕН СКОТТ: Геодезия — одна из наук о Земле. определяется словом «гео» в начале слова — география, геология… Геодезия происходит от греческого, что означает «сегментировать Землю», разделять ее. на сегменты, которые мы затем сможем немного лучше понять и измерить. Геодезия — это сочетание разных наук, в частности физики и математика. Есть много вещей, которые следует учитывать, когда вы думаете о Земля и гравитационное поле, и ориентация Земли в космосе, и поэтому одна из причин, по которой геодезия относительно неизвестна, заключается в том, что она довольно сложный и представляет собой сочетание других довольно сложных наук.

Итак … гравитация — это функция массы. Чем массивнее объект, тем больше гравитация, и тем сильнее притяжение к ней.За Например, большая гора обладает более сильным притяжением, чем близлежащая долина, потому что в этой горе больше массы. Мы на самом деле измерить силу гравитации, чтобы создать модель гравитации Земли поле вызвать модель геоида. Модель геоида — это модель того, что Земля выглядело бы так, если бы вся Земля была покрыта водой, не было бы волны, приливы или течения, и вода будет искать свой собственный уровень относительно к гравитации. Это была бы гладкая волнистая поверхность с водой, выше в областях, где значение силы тяжести выше, и опускается вниз, где значения силы тяжести ниже.

ВЕДУЩИЙ: На сайте Национальной океанической службы есть бесплатный план, где вы можно распечатать собственную масштабную модель геоида. Он демонстрирует немного проще то, о чем вы только что говорили. Вы можете проверить это на веб-сайт Ocean Service.

ГАЛЕН СКОТТ: Да, это действительно классный маленький проект. Модель геоида что мы используем для измерения отметок поверхности с высокой степенью точности.

ВЕДУЩИЙ: Думаю о пересечении нашей страны… используя геодезию для создания железнодорожная система или система дорог, которые мы используем для перевозки вещей туда и обратно через всю страну … корабли для навигации … геодезия — такая важная часть нашей экономики и наших потребительских товаров, что мы, вероятно, не будем ну без него!

ГАЛЕН СКОТТ: Итак, когда мы начали строить конструкции… дома, дороги и мосты и туннели … и особенно такие вещи, как акведуки, канализация и сантехника, нам было действительно важно знать, в каком направлении течет вода. Так нам действительно нужно было учитывать гравитацию и идею о том, что геодезия может нам помочь очень точно измерять высоту и проектировать такие вещи, как контроль воды конструкции. Это действительно важная часть всего этого, это то, что это наука, которая помогает нам понять системы Земли и их движение, а также дает нам возможность проводить измерения, которые позволят нам построить эти большие конструкции. Если бы мы не могли точно измерить высоту, мы не могли быть уверены, что канализационная труба будет вести от от того места, где мы живем (смех).Другая часть этого о собственности. Когда у нас возникают вопросы «что является моей собственностью?», «Где твоя собственность?», «Где линия?»… Геодезия — это что помогает нам делать эти определения. Это очень важный роль с точки зрения владения недвижимостью, а также с точки зрения налогов — для налоговых цели и понимание правительством того, где разные сюжеты есть земли и как они соотносятся друг с другом, чтобы их можно было облагать налогом соответственно.

Если задуматься… как только вы начнете смотреть на такие крупные товары, как строя железную дорогу по стране или систему межгосударственных автомагистралей, вы нужно иметь что-то, что учитывает форму Земли над этими большие расстояния. Геодезисты, для измерения точек на Земле, назначают координаты — как уникальный адрес любой точки на Земле — чтобы мы можем построить все, что мы пытаемся построить. Для чего-то вроде железной дороги или система автомагистралей между штатами, мы должны иметь возможность использовать ту же последовательную систему координат, чтобы все было правильно.Представьте, если бы у нас было две разные системы координат, и мы хотели построить шоссе из одной состояние к другому, и мы начали строить от обоих концов к средний … ну, если вы используете две разные системы координат, есть хорошая шанс, что вы не встретитесь чисто посередине. Итак, имея это единая система координат для всей страны позволяет нам делать вещи например, построить дорогу, начинающуюся с двух разных концов, и убедиться, что мы встретится посередине, потому что у нас есть точная система адресации для тех мест. Так что концепция наличия последовательного национального система координат — это то, за что отвечает мой офис. Национальный Геодезическая служба отвечает за то, что называется Национальным пространственным Справочная система. Эта справочная система обеспечивает фундаментальные система отсчета для всех видов геопространственной деятельности, чтобы убедиться, что мы все начинаются с одной и той же нулевой точки, с одинаковыми координатами, и мы можем сделать это здание и это сооружение и будьте уверены, что все встретится посередине, где они должны.

ВЕДУЩИЙ: Итак, вы говорили о Национальной системе пространственной привязки… как геодезию переводить между странами?

ГАЛЕН СКОТТ: Национальная система пространственной привязки является частью того, что называется Международной наземной системой отсчета, которая работает на в глобальном масштабе и лучше всего подходит для земного шара в целом, и мы как бы помассируйте это, переместите и немного измените, чтобы было больше точен для США. Картографическая система в США.S. определяется нашим Федеральное агентство, но другие агентства и другие страны по всему миру создавать свои собственные справочные системы для улучшения карт для своих конкретных места. Подумайте о … своем мобильном телефоне и желании использовать Карты Google на своем сотовый телефон. На этой карте собраны данные из множества, самых разных источники. У вас есть данные о зданиях, ресторанах и офисные здания и ваш дом, и где эти здания соотносятся друг к другу … а затем у вас есть дорожная сеть и система метро и другие уровни информации, которые вам нужны, чтобы иметь возможность перемещаться и делай то, что делаешь каждый день.

ВЕДУЩИЙ: Итак, действительно, если вы планируете куда-нибудь переехать — будь то вы идете пешком или за рулем, едете по городу или по штатам, вы действительно используя геодезию, знаете вы это или нет!

ГАЛЕН СКОТТ: Верно! Геодезия — ее можно рассматривать как «инфраструктуру инфраструктура ». Это невидимая опора науки и техники. за всеми этими данными, которые собирает ваш телефон, что позволяет ему все, чтобы выстроиться в линию и хорошо работать вместе.Это одна из тех вещей, которые в значительной степени невидимый для вас … пока он не перестанет работать.

ВЕДУЩИЙ: Верно.

ГАЛЕН СКОТТ: Итак, одно из того, что мы делаем сейчас, — это то, что мы создание новой системы отсчета. В 2022 году мы заменим все датумов, частей Национальной пространственной системы отсчета, чтобы создать новый набор систем отсчета для страны.

ВЕДУЩИЙ: Вау!

ГАЛЕН СКОТТ: Да, и это одно из моих любимых сокращений! Большой проект который подталкивает нас к этой цели, называется GRAV-D или Gravity для Новое определение американской вертикальной базы.ГРАВ-Д собирается создать новая модель гравитации, новая модель геоида… гораздо более точная и точная модель геоида. Мы сможем использовать эту модель геоида с информацию, поступающую от ваших GPS-приемников, чтобы получить более точную и точное положение и высоту на поверхности Земли. Действительно большой Преимущество этого заключается в том, чтобы иметь возможность гораздо лучше отображать и моделировать, как вода потоки, особенно на равнинных участках.

ВЕДУЩИЙ: Я хотел бы знать, что лично делает геодезию такой крутой темой. для вас — того, кто думает об этом гораздо чаще, чем я.

ГАЛЕН СКОТТ: Что мне действительно нравится в геодезии, так это то, что она такая междисциплинарный! Есть так много разных видов науки, которые в него, и он может ответить на так много разных вопросов. Существует так много различные приложения к нему, и это важно во многих отношениях что люди просто не понимают. Итак, идея использования разных части науки, разные части науки из разных дисциплин и собрать их все вместе — вот что меня интересует больше всего.В основные вопросы «где мы?», «куда мы хотим пойти?» и «как сделать мы туда доберемся? » фундаментальные вопросы, которые мы задавали эоны времени, и мы даже спрашивая сегодня… и геодезия дает нам возможность ответить на эти вопросы.

ВЕДУЩИЙ: Это все для этого выпуска подкаста NOAA Ocean. Спасибо Галену Скотту за помощь в понимании геодезии и ее важности. в наших жизнях. Чтобы узнать больше об этой науке или любой другой теме, связанной с океаном, посетите наш сайт в Oceanservice.noaa.gov. Благодарим вас за то, что время учиться вместе с нами, и надеюсь, вы скоро к нам присоединитесь. До того как тогда… спасибо за внимание.

Что такое геодезия

Геодезия — это наука о точном измерении размера, формы, ориентации, распределения массы Земли и того, как они меняются со временем.

Гравитация определяется массой. Масса Земли распределяется неравномерно и также меняется со временем. Эта визуализация гравитационной модели (геоида) была создана на основе данных NASA Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) и показывает вариации гравитационного поля Земли.Красным показаны области с относительно сильной гравитацией, а синим — области, где гравитация слабее.

Происхождение: Создано: НАСА / Лаборатория реактивного движения / Центр космических исследований Техасского университета в Остине. Загружено с: https://eos.org/features/einstein-says-its-309-7-meter-oclock?utm_source= eos & utm_medium = email & utm_campaign = EosBuzz102519
Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может использоваться повторно без ограничений.

Пример раннего геодезического метода — немецкие геодезисты времен Первой мировой войны.

Место происхождения: Это изображение было предоставлено Wikimedia Commons Федеральным архивом Германии (Deutsches Bundesarchiv) в рамках проекта сотрудничества. Федеральный архив Германии гарантирует подлинное представление только с использованием оригиналов (негативных и / или позитивных), соответственно. оцифровку оригиналов, как это предусмотрено Архивом цифровых изображений. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bundesarchiv_Bild_183-S12054,_Vermessungstruppe_bei_Fernaufnahmen. jpg
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

За последнее столетие геодезия превратилась из довольно простых геодезических технологий, которые помогали точно определять положение на Земле, до сложного набора методов, доступных теперь научным исследователям и студентам. В последние десятилетия геодезические приложения быстро расширились: от измерения движений плит и мониторинга опасностей землетрясений до исследований вулканических, оползневых и погодных опасностей; изменение климата; и водные ресурсы.Узнайте больше из этого видео о 9 воздействиях геодезии.

Геодезические методы

GPS / GNSS (Глобальная система позиционирования / Глобальная навигационная спутниковая система) Высокоточная GPS-станция в районе Сьерра-Невада в обсерватории границы плиты (станция P149)

Provenance: UNAVCO — http://www. unavco.org/instrumentation/networks/status/pbo/photos/P149
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Три спутника GPS используются для определения местоположения, а четвертый обеспечивает временную коррекцию. Вместе они позволяют рассчитывать точные позиции.

Provenance: NOAA — http://oceanservice.noaa.gov/education/kits/geodesy/media/supp_geo09b3.html
Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может использоваться повторно без ограничений.

GPS — это базирующийся в США флот, состоящий из более чем 30 спутников, которые вращаются вокруг нашей планеты на высоте примерно 11 000 миль над поверхностью Земли. GNSS включает в себя GPS США и аналогичные спутники из других стран. Положение может быть вычислено с использованием трех спутников плюс четвертый для корректировки неточности часов. Возможно, вы уже знакомы с портативными устройствами GPS, которые есть в телефонах, планшетах, камерах, автомобилях и т. Д. В то время как портативный GPS может иметь точность до нескольких метров или десятков метров, высокоточные «дифференциальные» устройства GPS, которые используют ученые Земли в своих исследованиях, могут измерять движения со скоростью до одного миллиметра в год.Первыми основными приложениями высокоточного GPS были мониторинг тектонических движений плит и оценка землетрясений и вулканических опасностей. Совсем недавно ученые смогли применить этот метод к опасностям оползней, мониторингу грунтовых вод, измерениям приливов, ледяному / снежному покрову, а также к влажности почвы и атмосферы. Узнайте больше о GPS из образовательных ресурсов UNAVCO или из Википедии. Некоторые полезные ресурсы по продуктам для водного цикла GPS и «GPS с отражением» можно найти на сайте GPS Spotlight.

модулей GETSI с данными GPS:

Лидар (обнаружение света и дальность)

С бортовым LiDAR сканер устанавливается на самолете и комбинируется с данными GPS и IMU (инерциальный измерительный блок) для получения топографических данных с высоким разрешением.

Происхождение: Эд Ниссен (Горная школа Колорадо)
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ You может повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях, если вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы по аналогичной лицензии.

Лидар — это технология дистанционного зондирования, которая измеряет расстояние, посылая лазерные импульсы и вычисляя время возврата отражения.Лидарные сканеры могут быть установлены на самолетах, наземных треногах или мобильных устройствах (бортовой лидар, наземное лазерное сканирование [TLS] и мобильный лидар соответственно). В зависимости от способа настройки съемки полученная топографическая модель может иметь разрешение от метров до сантиметров. Лазерные лучи также обладают способностью проникать и возвращаться через отверстия в растительном покрове, таким образом создавая топографию «голой земли» по последним возвращаемым сигналам, что невозможно при использовании других методов.Разница между первым и последним возвращением на участках с растительностью может дать объем и плотность растительного покрова. Повторное сканирование одной и той же области позволяет детально измерить топографические изменения. Лидар может использоваться для широкого спектра приложений оценки опасностей, стратиграфического анализа, понимания геоморфических и тектонических процессов и исследований растительности. Узнайте больше о лидаре из OpenTopography, Wikipedia, Департамента природных ресурсов Вашингтона или Национальной сети экологических обсерваторий.

модулей GETSI с данными лидара:

InSAR (Интерферометрический радар с синтезированной апертурой) InSAR использует изменение фазы между последовательными изображениями для измерения изменений уровня земли.

В этом примере показан метод, применяемый для измерения изменений, вызванных землетрясением.

Provenance: Gareth Funning (University of California Riverside)
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ You может повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях, если вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы по аналогичной лицензии.

Интерферограмма, показывающая вулканическое поднятие примерно в 3 милях к западу от Саут-Систер, штат Орегон.Геологическая служба США (К. Уикс).

Provenance: Интерферограмма подготовлена ​​C. Wicks из USGS — http://volcanoes.usgs.gov/activity/methods/insar/
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: //creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3. 0/ Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

InSAR измеряет деформацию земли с помощью двух или более изображений радара с синтезированной апертурой (SAR).Чаще всего изображения поступают с радарных спутников, находящихся на околоземной орбите, но этот метод также можно использовать с самолетов или наземных датчиков. Изменения фазы радиолокационного сигнала между повторяющимися изображениями позволяют измерять деформацию в сантиметровом масштабе на промежутках от дней до лет и на больших территориях. Хотя осложнения могут возникать из-за влажности поверхности земли и изменения атмосферных условий, радар способен проникать в облака и предоставлять данные на больших площадях, что делает его хорошим дополнением к другим методам, таким как GPS, лидар и SfM, которые имеют более ограниченную пространственную протяженность.InSAR имеет приложения для мониторинга стихийных бедствий (например, землетрясений, вулканов и оползней), измерения оседания земли и даже оценки уровня поверхностных вод и скорости ледникового льда. Узнайте больше об InSAR из статьи М. Притчарда Physics Today, инфографики и плаката UNAVCO InSAR, информационного бюллетеня USGS InSAR или Википедии.

модулей GETSI с данными InSAR:

GRACE (Эксперимент по восстановлению гравитации и климату) и дополнительная миссия Художественное исполнение спутников GRACE-FO.Подобно оригинальной GRACE, спутники-близнецы GRACE-FO следуют друг за другом на орбите вокруг Земли на расстоянии около 137 миль (220 км). Точное расстояние зависит от изменяющегося гравитационного поля внизу и постоянно измеряется лазером между спутниками.

Место происхождения: НАСА https://gracefo.jpl.nasa.gov/mission/overview/
Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может использоваться повторно без ограничений.

Одна из первых созданных компанией GRACE гравитационных карт Земли на основе данных за 111 дней в 2003 году.ГРЕЙС.

Происхождение: Кейт Шервейс, Государственный университет Колорадо
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons. org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент для некоммерческих целей, если вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы по аналогичной лицензии.

Измерение гравитационного поля Земли также является элементом геодезии. Появление спутниковых измерений силы тяжести сильно повлияло на нашу способность определять изменение распределения массы на Земле.GRACE (Эксперимент по восстановлению гравитации и климату) привел к беспрецедентным наблюдениям. Гравитационное поле Земли неравномерно, что отражает распределение массы на нашей планете. Орбита спутников-близнецов GRACE нарушена из-за неравномерного гравитационного поля, меняющего расстояние между спутниками. Это изменение расстояния измеряется с помощью системы микроволнового измерения дальности. Этот метод используется в тандеме с GPS, так как каждый из спутников оснащен высокоточным приемником GPS. Эта мера силы тяжести Земли может использоваться для многих приложений, но изменения в грунтовых водах и массе льда были двумя из самых значительных. Они помогли исследователям понять последствия изменения климата и изменения грунтовых вод с течением времени. Данные GRACE можно использовать для отслеживания распределения воды по поверхности Земли на континентах, объема ледяного покрова, изменения уровня моря, океанских течений и динамики внутренней структуры Земли. Узнайте больше о GRACE на официальном веб-сайте GRACE, на веб-сайте GRACE Follow-on, в брошюре о GRACE для непрофессионала или на страницах миссий НАСА.

модулей GETSI с данными GRACE:

Высотомер: лед и уровень моря

Спутниковая альтиметрия измеряет расстояние между спутником и целью на Земле.Обычно это делается с помощью радиолокационной системы измерения высоты, которая посылает радиолокационный импульс к поверхности Земли, а затем измеряет время, которое требуется импульсу, чтобы достичь поверхности и вернуться, чтобы оценить расстояние. Конкретные характеристики сигнала, такие как величина и форма сигнала, дают информацию о типе исследуемой поверхности. Существуют и другие системы альтиметрии, такие как ATLAS (Advanced Topographic Laser Altimeter System), лазерная система альтиметрии на ICESat-2 (запланирована на весну 2017 года).

Эти методы используются для съемки как уровня моря, так и высоты льда.Эти спутниковые миссии длятся годами, поэтому сбор данных идеально подходит для изучения изменения климата, поскольку лед и уровень моря можно измерить с течением времени. Эти данные можно сравнить с данными, полученными от GRACE, чтобы получить полную картину того, как меняются объем льда и уровень моря. Для получения дополнительной информации см. Страницу Aviso + по основам альтиметрии и страницу ICESat-2 для получения информации о спутниковой альтиметрии со льдом. Некоторые примеры результатов спутниковой альтиметрии есть в JPL, NOAA и CU Sea Level Research Group.

модулей GETSI с данными альтиметрии:

Фотограмметрия структуры по движению (SfM) Карикатура на технику SfM, основанная на съемке с самых разных ориентаций и расстояний.

Местоположение камеры для каждой фотографии рассчитывается с использованием функций, распознаваемых на нескольких фотографиях.

Происхождение: Кейт Шервейс, Государственный университет Колорадо
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Пример модели SfM из зоны сдвига Pofadder. Синие прямоугольники указывают рассчитанные местоположения камеры; модель представляет собой трехмерное облако точек с наложенной фотографией. Джейми Киркпатрик.

Происхождение: Кейт Шервейс, Государственный университет Колорадо
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons. org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Структура из движения или SfM — это фотограмметрический метод создания трехмерных моделей объекта или топографии на основе перекрывающихся двухмерных фотографий, сделанных из разных мест и ориентаций, для восстановления сфотографированной сцены. Области применения SfM очень разнообразны: от многих под-областей наук о Земле (геоморфология, тектоника, структурная геология, геодезия, горное дело) до археологии, архитектуры и сельского хозяйства.В дополнение к орто-ректифицированным изображениям, SfM создает набор данных плотного облака точек, который во многом похож на тот, который создается с помощью бортового или наземного лидара. Преимуществами SfM являются его относительная стоимость по сравнению с лидаром, а также простота использования. Единственное необходимое оборудование — это камера. Для обработки данных необходимы компьютер и программное обеспечение. Кроме того, воздушная платформа, такая как воздушный шар или дрон, также может быть полезна для приложений топографической картографии. Поскольку SfM полагается на оптические изображения, он не может генерировать топографические продукты «голой земли», которые являются типичными производными лидарных технологий — таким образом, SfM обычно лучше всего подходит для участков с ограниченной растительностью.Узнайте больше о структуре из движения из GETSI Introduction to SfM.

модулей GETSI с данными SfM:

метров: скважина, наклон, ползучесть Карта сети скважинных тензометров Plate Boundary Observatory на западе США. Эта сеть используется для изучения трехмерного поля деформации, возникающего в результате активной деформации Тихоокеанской и Североамериканской плит.

Происхождение: UNAVCO https://www.unavco.org/instrumentation/geophysical/borehole/bsm/bsm.html
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons. org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях, пока поскольку вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы по аналогичной лицензии.

Инженеры гавайской вулканической обсерватории USGS опускают наклономер в глубокую скважину на западном склоне Мауна-Лоа, которая поможет отслеживать вулканическую активность.

Provenance: USGS https://www.usgs.gov/media/images/creative-engineering-helps-hvo-monitor-mauna-loa-volcano
Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может быть повторно использован повторно. без ограничений.

Три типа измерителей могут дополнять данные, собранные с помощью геодезических методов, описанных выше: скважинные деформографы, наклономеры и измерители ползучести.

Скважинные деформографы устанавливаются в скважинах и измеряют очень небольшие изменения размеров скважины на глубине, отражая постоянную деформацию земной коры. Это достигается путем измерения изменения диаметра или объема тензометра, установленного в стволе скважины. Обычно тензометрические датчики устанавливаются на глубине 200 м в скважине диаметром 15 см. Над деформографом установлен сейсмометр. В скважине также может быть установлен наклономер. Для получения дополнительной информации см. Страницу тензометра UNAVCO или страницу инструментов USGS.

Наклономеры — очень чувствительные инклинометры, которые измеряют отклонение от горизонтали. Их можно устанавливать в скважинах с помощью скважинных тензометров.Наклономер также может быть установлен на поверхности земли. Наклономеры обычно используются для мониторинга разломов, вулканов, плотин, оценки потенциальных оползней, а также ориентации и объема трещин гидроразрыва. Для получения дополнительной информации см. Страницу Tiltmeter UNAVCO или страницу инструментов USGS.

Измерители ползучести

используются исключительно для количественного определения скольжения при повреждении. Два памятника установлены по обе стороны разлома на расстоянии 30 метров друг от друга. Проволока соединяет два памятника, и смещение провода представляет собой перемещение по разлому.Для получения дополнительной информации см. Страницу USGS.

модулей GETSI с данными наклона:

Прочие ресурсы

О нас | Школа наук о Земле

Что такое геодезия?

Геодезия — это наука об определении размера и формы Земли (включая ее изменение во времени) с использованием измерений в основном (сегодня) расстояния, времени и силы тяжести. Будучи одной из самых древних наук, с историей более двух тысяч лет, традиционные измерения были в основном связаны с межеванием (расстояние и направление измерение ориентиров и небесных объектов) и гравитационных наблюдениями (для определения геоида, как опорная поверхность для высоты и вертикального направления).Эпоха спутников, радионауки и компьютерных технологий полностью изменила эти методы и позволила геодезии стать частью многих наук о Земле, где высокая точность измерений позволила определять колебания уровня океана, деформацию земной коры, движения тектонических плит, ледяной покров. высоты, изменение вращения Земли и другие геодинамические явления с беспрецедентной детализацией и точностью. Современная геодезия использует новейшие достижения в области математического моделирования, физических исследований, астрометрии, информатики и статистического анализа, чтобы помочь в понимании океанских течений, повышения уровня моря, мировых гидрологических циклов, атмосферных условий, глобального изменения климата, послеледникового восстановления и т. Д. и другие деформации земной коры, особенно в связи с опасными природными явлениями, такими как землетрясения, извержения вулканов и наводнения.В этих приложениях для наук о Земле точные системы координат, глобальные гравитационные модели с высоким разрешением и точное измерение времени имеют первостепенное и фундаментальное значение. Геодезия, конечно же, продолжает традицию формирования основы для всех национальных и международных систем отсчета и систем отсчета, необходимых для установления трехмерного позиционного управления региональными и глобальными сетями наземных точек. Некоторые геодезические принципы и методы также нашли применение в исследованиях Луны и других планет.

Stud. Hist. Фил. Мод. Физ., 31 (3): 371-404

Краткая история геодезии в ОГУ

1947: Исследовательская лаборатория картографии и картографии впервые предлагает ученую степень.

1950: Основан Институт геодезии, фотограмметрии и картографии (Г. Хардинг, директор; В. А. Хейсканен, научный руководитель).

1953: Первый M.S. присуждена степень (В.М.Каула).

1955: Первый доктор философии. присуждается степень (К.Э. Юинга).

1961: Институт становится отделением геодезических наук в Колледже математических и физических наук.

1964: Проф. Урхо Уотила начинает 20-летнее руководство кафедрой.

1975: Б.С. в геодезию добавлен.

1981: Название кафедры меняется на Геодезические науки и геодезия.

1984: Профессор Иван Мюллер становится заведующим кафедрой.

1986: 35 лет геодезии в ОГУ. Создан Центр картографии, в основном благодаря усилиям Департамента; Проф.Джон Босслер становится его директором.

1992: Профессор Клайд Гоуд становится заведующим кафедрой.

1995: Кафедра передана Инженерному колледжу в рамках общеуниверситетской реструктуризации.

1996: Департамент объединяется с Отделом гражданского строительства, который становится Департаментом гражданского строительства и окружающей среды и геодезии.

1996: Программа геодезии и геодезии продолжается в новом отделе, но независимо от программ гражданского строительства.

1998: Б.С. в Surveying изменен на B.S. в области геоматики.

2002: Программа геодезических наук отмечает 50-летие ОГУ проведением симпозиума В.А. Хейсканена по геодезии.

2005: Большая часть факультета геодезии переходит на факультет геологических наук (Колледж математических и физических наук).

2006: Департамент геологических наук становится Школой наук о Земле с отделениями, одним из которых является Отдел геодезии и геопространственных наук.

2009: Программа для аспирантов по геодезическим наукам полностью переходит в Школу наук о Земле. Название отдела меняется на Отделение геодезии. Геодезическая наука в инженерии становится направлением «Геоинформация и геодезическая инженерия» в программе повышения квалификации в области гражданского строительства.

Геодезия — GIS Wiki | ГИС-энциклопедия

Геодезия (произносится / dʒi˝ˈɒd ɪ si / ^[1] ), также называемая геодезия , раздел наук о Земле, представляет собой научную дисциплину, которая занимается измерением и представление Земли, включая ее гравитационное поле, в трехмерном изменяющемся во времени пространстве.Геодезисты также изучают геодинамические явления, такие как движение земной коры, приливы и полярное движение. Для этого они проектируют глобальные и национальные сети управления, используя космические и наземные методы, полагаясь на системы координат и системы координат.

Определение

Геодезия (от греческого γεωδαισία — geodaisia ​​, букв. «Разделение Земли») в первую очередь касается позиционирования в пределах изменяющегося во времени гравитационного поля. В настоящее время несколько устаревшая геодезия в немецкоязычном мире подразделяется на «Высшую геодезию» («Erdmessung» или «höhere Geodäsie»), которая связана с измерением Земли в глобальном масштабе, и «Практическая геодезия» или «Инженерная геодезия». («Ingenieurgeodäsie»), который связан с измерением определенных частей или регионов Земли, и который включает геодезию.

Форма Земли в значительной степени является результатом ее вращения, которое вызывает ее экваториальную выпуклость, и конкуренции геологических процессов, таких как столкновение плит и вулканизма, которым противодействует гравитационное поле Земли. Это относится к твердой поверхности, жидкой поверхности (динамическая топография морской поверхности) и атмосфере Земли. По этой причине изучение гравитационного поля Земли некоторые называют физической геодезией.

История

Основная статья: История геодезии

Геоид и опорный эллипсоид

Геоид — это, по сути, фигура Земли, абстрагированная от ее топографических особенностей. Это идеализированная равновесная поверхность морской воды, ровная поверхность при отсутствии течений, колебаний давления воздуха и т. Д. И продолжающаяся под континентальными массами. Геоид, в отличие от эллипсоида, имеет неправильную форму и слишком сложен, чтобы служить вычислительной поверхностью для решения геометрических задач, таких как позиционирование точек. Геометрическое разделение между геоидом и опорным эллипсоидом называется геоидальной волнистостью. В глобальном масштабе он колеблется в пределах ± 110 м.

Опорный эллипсоид, обычно выбираемый таким же размером (объемом), что и геоид, описывается его большой полуосью (экваториальной радиус) a и уплощение f .Величина f = ( a — b ) / a , где b — малая полуось (полярный радиус), является чисто геометрической. Механическая эллиптичность Земли (динамическое уплощение, обозначение J ₂ ) может быть определена с высокой точностью путем наблюдения возмущений спутниковой орбиты. Его связь с геометрическим уплощением косвенная. Взаимосвязь зависит от распределения внутренней плотности или, проще говоря, от степени центральной концентрации массы.

Геодезическая справочная система 1980 года (GRS80) установила большую полуось 6 378 137 м и сплющенность 1: 298,257. Эта система была принята на XVII Генеральной ассамблее Международного союза геодезии и геофизики (IUGG). По сути, это основа для геодезического позиционирования Глобальной системы позиционирования и, таким образом, также чрезвычайно широко используется за пределами геодезического сообщества.

Множество других систем, которые использовались разными странами для своих карт и диаграмм, постепенно выходят из употребления, поскольку все больше и больше стран переходят на глобальные геоцентрические системы отсчета, использующие опорный эллипсоид GRS80.

Системы координат в космосе

Расположение точек в трехмерном пространстве удобнее всего описывать тремя декартовыми или прямоугольными координатами, и. С появлением спутникового позиционирования такие системы координат обычно геоцентрические: ось совмещена с осью вращения Земли (условной или мгновенной).

До эры спутниковой геодезии системы координат, связанные с геодезическими данными, пытались быть геоцентрическими, но их начало отличалось от геоцентра на сотни метров из-за региональных отклонений в направлении отвеса (вертикального).Эти региональные геодезические данные, такие как ED50 (European Datum 1950) или NAD83 (North American Datum 1983), имеют связанные с ними эллипсоиды, которые регионально « лучше всего подходят » геоидам в пределах их областей действия, минимизируя отклонения вертикали по этим области.

Только потому, что спутники GPS вращаются вокруг геоцентра, эта точка естественным образом становится источником системы координат, определяемой с помощью спутниковых геодезических средств, поскольку положения спутников в космосе сами вычисляются в такой системе.

Геоцентрические системы координат, используемые в геодезии, естественным образом можно разделить на два класса:

1. Инерциальные системы отсчета, в которых оси координат сохраняют свою ориентацию относительно неподвижных звезд или, что эквивалентно, осей вращения идеальных гироскопов; ось указывает на точку весеннего равноденствия
2. Вращение в одном направлении, также ECEF («Земля по центру, Земля неподвижна»), где оси прикреплены к твердому телу Земли. Ось лежит в плоскости меридиана Гринвичской обсерватории.

Преобразование координат между этими двумя системами описывается с хорошим приближением с помощью (кажущегося) звездного времени, которое учитывает вариации осевого вращения Земли (вариации длины дня). Более точное описание также принимает во внимание полярное движение — явление, за которым внимательно следят геодезисты.

Системы координат на плоскости

При съемке и картографии, важных областях применения геодезии, на плоскости используются два основных типа систем координат:

1. Плоско-полярный, в котором точки на плоскости определяются расстоянием от указанной точки вдоль луча, имеющего указанное направление относительно базовой линии или оси;
2. Прямоугольник, точки определяются расстояниями от двух перпендикулярных осей, называемых и.Геодезическая практика — вопреки математическому соглашению — допускать, чтобы ось указывала на север, а ось — на восток.

Прямоугольные координаты на плоскости могут быть использованы интуитивно относительно текущего местоположения, и в этом случае ось будет указывать на местный север. Более формально, такие координаты могут быть получены из трехмерных координат с помощью уловки картографической проекции. не возможно отобразить искривленную поверхность Земли на плоской поверхности карты без деформации.Наиболее часто выбираемый компромисс — называемый конформной проекцией — сохраняет углы и отношения длины, так что маленькие круги отображаются как маленькие кружки, а маленькие квадраты как квадраты.

Примером такой проекции является UTM (Универсальная поперечная проекция Меркатора). В плоскости карты у нас есть прямоугольные координаты и. В этом случае северное направление, используемое для справки, — это карта North, а не местное North. Разница между ними называется сходимостью меридианов .

Достаточно легко «перевести» между полярными и прямоугольными координатами на плоскости: пусть, как указано выше, направление и расстояние равны и соответственно, тогда мы имеем

Обратное преобразование определяется следующим образом:

Высота

В геодезии, точка или местность Высота — «над уровнем», неровная физически определенная поверхность. Следовательно, в идеале высоту , а не следует называть координатой.Это больше похоже на физическую величину, и хотя может возникнуть соблазн рассматривать высоту как вертикальную координату в дополнение к горизонтальным координатам и, и хотя на самом деле это хорошее приближение к физической реальности в небольших областях, оно быстро становится недействительным для региональные соображения. Высоты бывают следующих вариантов:

1. Ортометрические высоты
2. Нормальная высота
3. Геопотенциальные высоты

У каждой есть свои преимущества и недостатки.Как ортометрическая, так и нормальная высота — это высота в метрах над уровнем моря, тогда как геопотенциальные числа — это меры потенциальной энергии (единица измерения: м² с ⁻² ), а не метрические. Ортометрические и нормальные высоты различаются точным способом, которым средний уровень моря концептуально продолжается под континентальными массами. Базовая поверхность для ортометрических высот геоид, эквипотенциальная поверхность аппроксимирующей среднего уровня моря.

Ни одна из этих высот никоим образом не связана с геодезическими высотами или эллипсоидами , которые выражают высоту точки над опорным эллипсоидом.Приемники спутникового позиционирования обычно обеспечивают высоту эллипсоида, если они не оснащены специальным программным обеспечением для преобразования, основанным на модели геоида.

Геодезические данные

Поскольку координаты геодезических точек (и высоты) всегда получаются в системе, которая была построена с использованием реальных наблюдений, геодезисты вводят концепцию геодезической базы : физическая реализация системы координат, используемой для описания местоположения точек. Реализация является результатом выбора условных значений координат для одной или нескольких опорных точек .

В случае опорных точек высоты достаточно выбрать одну опорную точку : контрольную точку, обычно датчик уровня моря на берегу. Таким образом, у нас есть вертикальные датумы, такие как NAP (Normaal Amsterdams Peil), североамериканский вертикальный датум 1988 (NAVD88), данные Кронштадта, данные Триеста и так далее.

В случае плоских или пространственных координат обычно требуется несколько опорных точек. Региональная, эллипсоидальная, как точка привязка ED50 может быть исправлена ​​путем назначения волнистости геоида и отклонения по вертикали в один точек начала отсчета, в этом случае Гельмерта башня в Потсдаме.Однако также можно использовать переопределенный ансамбль опорных точек.

Изменение координат набора точек, относящихся к одной системе отсчета, таким образом, чтобы они относились к другой базе данных, называется преобразованием датума . В случае вертикальных баз данных это состоит из простого добавления постоянного сдвига ко всем значениям высоты. В случае плоских или пространственных координат преобразование датума принимает форму подобия или преобразования Хельмерта , состоящего из операции поворота и масштабирования в дополнение к простому перемещению.На плоскости преобразование Хельмерта имеет четыре параметра; в космосе семь.

Примечание по терминологии

В абстрактной форме система координат, используемая в математике и геодезии, например, в терминологии ISO называется системой координат . Международные геодезические организации, такие как IERS (Международная служба вращения Земли и систем отсчета), говорят о системе отсчета .

Когда эти координаты реализуются путем выбора исходных точек и фиксации геодезических данных, ИСО использует терминологию координат системы отсчета , в то время как IERS говорит о отсчета.Преобразование датума снова упоминается в ISO как преобразование координат . (ISO 19111: Пространственная привязка по координатам).

Точечное позиционирование

Позиционирование точки — это определение координат точки на суше, на море или в космосе относительно системы координат. Положение точки определяется путем вычисления на основе измерений, связывающих известные положения наземных или внеземных точек с неизвестным наземным положением. Это может включать преобразования между астрономической и земной системами координат или между ними.

Известные точки, используемые для определения местоположения, могут быть точками триангуляции сети более высокого порядка или спутниками GPS.

Традиционно строилась иерархия сетей, позволяющая позиционировать точки внутри страны. Высшими в иерархии были сети триангуляции. Они были уплотнены в сети переходов (многоугольников), к которым привязаны местные измерения, проводимые при съемке карт, обычно с рулеткой, угловой призмой и знакомыми красными и белыми полюсами.

В настоящее время все измерения, кроме специальных (например,g., подземные или высокоточные инженерные измерения) выполняются с помощью GPS. Сети более высокого порядка измеряются с помощью статической GPS, используя дифференциальные измерения для определения векторов между наземными точками. Затем эти векторы корректируются традиционным сетевым способом. Глобальный многогранник из постоянно действующих станций GPS под эгидой IERS используется для определения единой глобальной геоцентрической системы отсчета, которая служит глобальной точкой отсчета «нулевого порядка», к которой привязаны национальные измерения.

Для съемки карт часто используется кинематическая GPS в реальном времени, связывающая неизвестные точки с известными наземными точками поблизости в реальном времени.

Одной из целей позиционирования точек является предоставление известных точек для измерения на карте, также известного как (горизонтальный и вертикальный) контроль. В каждой стране существуют тысячи таких известных точек, которые обычно документируются национальными картографическими агентствами. Сюрвейеры, занимающиеся недвижимостью и страхованием, будут использовать их, чтобы привязать свои местные измерения к.

Геодезические задачи

В геометрической геодезии существуют две стандартные проблемы:

Первая геодезическая задача

Зная точку (с точки зрения ее координат), направление (азимут) и расстояние от этой точки до второй точки, определите (координаты) этой второй точки.

Вторая (обратная) геодезическая задача

Для двух точек определите азимут и длину линии (прямой, дуги или геодезической), соединяющей их.

В случае плоской геометрии (справедливой для небольших участков на поверхности Земли) решения обеих задач сводятся к простой тригонометрии. На сфере решение значительно сложнее, например, в обратной задаче азимуты будут различаться между двумя конечными точками соединяющей большой окружности, дуги, то есть геодезической.

На эллипсоиде вращения геодезические можно записать в терминах эллиптических интегралов, которые обычно вычисляются в терминах разложения в ряд; например, см. формулы Винсенти.

В общем случае решение называется геодезической для рассматриваемой поверхности. Дифференциальные уравнения геодезической решаются численно.

Концепции геодезических наблюдений

Здесь мы определяем некоторые основные концепции наблюдений, такие как углы и координаты, определенные в геодезии (а также в астрономии), в основном с точки зрения местного наблюдателя.

• Отвес или вертикальный — это направление местной силы тяжести или линия, возникающая в результате следования за ней.Он немного изогнут.
• Зенит — это точка на небесной сфере, где направление вектора гравитации в точке, вытянутой вверх, пересекает ее. Правильнее было бы называть его <направление>, а не точкой.
• Надир — это противоположная точка (или, скорее, направление), где направление силы тяжести, простирающееся вниз, пересекает (невидимую) небесную сферу.
• Небесный горизонт — это плоскость, перпендикулярная вектору гравитации точки.
• Азимут — это угол направления в плоскости горизонта, обычно отсчитываемый по часовой стрелке от севера (в геодезии и астрономии) или юга (во Франции).
• Высота — это угловая высота объекта над горизонтом. В качестве альтернативы зенитное расстояние, равное 90 градусам минус высота.
• Местные топоцентрические координаты — это азимут (угол направления в плоскости горизонта), угол места (или зенитный угол) и расстояние.
• Северный небесный полюс является продолжением оси мгновенного вращения Земли (прецессии и нутации), вытянутой на север и пересекающей небесную сферу. (Аналогично для Южного полюса мира. )
• Небесный экватор — это точка пересечения (мгновенной) экваториальной плоскости Земли с небесной сферой.
• Плоскость меридиана — это любая плоскость, перпендикулярная небесному экватору и содержащая небесные полюса.
• Местный меридиан — это плоскость, содержащая направление на зенит и направление на небесный полюс.

Геодезические измерения

Уровень используется для определения разницы высот и систем отсчета высоты, обычно называемых уровнем. Традиционный спиртовой уровень обеспечивает эти практически наиболее полезные высоты непосредственно над уровнем моря; более экономичное использование GPS приборов для определения высоты требует точного знания фигуры геоида, так как GPS дает только высоту над опорными GRS80 эллипсоидом.По мере накопления знаний о геоидах можно ожидать распространения использования высоты GPS.

Теодолит используется для измерения горизонтальных и вертикальных углов к целевым точкам. Эти углы относятся к местной вертикали. Тахеометр дополнительно определяет, электронным или электрооптическим способом, расстояние до цели, и его операции полностью автоматизированы и даже автоматизированы. Широко используется метод свободного положения станции.

Для местной детальной съемки обычно используются тахеометры, хотя устаревшая прямоугольная техника с использованием угловой призмы и стальной ленты по-прежнему является недорогой альтернативой.Также используются методы GPS с кинематикой в ​​реальном времени (RTK). Собранные данные помечаются и записываются в цифровом виде для ввода в базу данных Географической информационной системы (ГИС).

Геодезические GPS-приемники напрямую выдают трехмерные координаты в геоцентрической системе координат. Таким кадром является, например, WGS84 или кадры, которые регулярно производятся и публикуются Международной службой вращения Земли и систем отсчета (IERS).

Приемники GPS почти полностью заменили наземные инструменты для крупномасштабных обследований базовой сети. Для геодезических съемок на всей планете, которые ранее были невозможны, мы все же можем упомянуть методы спутникового лазерного измерения (SLR), лунного лазерного измерения (LLR) и интерферометрии со сверхдлинной базой (VLBI). Все эти методы также служат для наблюдения за неравномерностями вращения Земли, а также за тектоническими движениями плит.

Гравитация измеряется гравиметрами. В основном гравиметры бывают двух видов. Гравиметры Absolute , которые в настоящее время также могут использоваться в полевых условиях, основаны непосредственно на измерении ускорения свободного падения (например, отражающей призмы в вакуумной трубке).Они используются для установления вертикального геопространственного контроля. Наиболее распространенные гравиметры или имеют пружинную основу. Они используются при гравиметрической съемке на больших площадях для определения фигуры геоида на этих площадях. Самые точные относительные гравиметры — это сверхпроводящих, гравиметров, и они чувствительны к одной тысячной одной миллиардной силы тяжести земной поверхности. Двадцать с небольшим сверхпроводящих гравиметров используются во всем мире для изучения земных приливов, вращения, недр, океанических и атмосферных нагрузок, а также для проверки ньютоновской постоянной гравитации.

Единицы и меры на эллипсоиде

Географические широта и долгота указываются в градусах, угловых минутах и ​​секундах. Это углов , неметрические меры и описывают направление из локальной нормали к эллипсоиду вращения. Это примерно на совпадает с направлением отвеса, то есть с местной силой тяжести, которая также является нормалью к поверхности геоида. По этой причине определение астрономического положения — измерение направления отвеса астрономическими средствами — работает довольно хорошо при условии использования эллипсоидальной модели фигуры Земли.

Одна географическая миля, определяемая как одна угловая минута на экваторе, равна 1855,32571922 м. Одна морская миля — это одна минута астрономической широты. Радиус кривизны эллипсоида зависит от широты: самый длинный на полюсе и самый короткий на экваторе, как и морская миля.

Изначально метр был определен как 40-миллионная часть длины меридиана (цель не была полностью достигнута в реальной реализации, поэтому в текущих определениях она отклонена на 0,02%).Это означает, что один километр примерно равен (1/40 000) * 360 * 60 меридиональных дуговых минут, что равняется 0,54 морской миле, хотя это не совсем точно, поскольку эти две единицы определены на разных основаниях (международная морская миля определяется ровно 1852 м, что соответствует округлению от 1000 / 0,54 м до четырех цифр).

Временное изменение

В геодезии изменение во времени можно изучать с помощью множества методов. Точки на поверхности Земли меняют свое положение благодаря множеству механизмов:

• Движение континентальных плит, тектоника плит
• Эпизодические движения тектонического происхождения, особенновблизи линий разлома
• Периодические эффекты, вызванные земными приливами
• Постледниковое поднятие суши из-за изостатической адаптации
• Различные антропогенные перемещения в результате, например, добычи нефти или воды или строительства резервуаров.

Наука, изучающая деформации и движения земной коры и твердой Земли в целом, называется геодинамикой. Часто в его определение также включается изучение неправильного вращения Земли.

Методы изучения геодинамических явлений в глобальном масштабе включают:

• спутниковое позиционирование с помощью GPS и других подобных систем,
• Интерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ)
• спутниковый и лунный лазерный дальномер
• Регионально и локально, точное выравнивание,
• тахеометры точные,
• мониторинг изменения силы тяжести,
• Интерферометрический радар с синтезированной апертурой (InSAR) с использованием спутниковых изображений и т. Д.

Известные геодезисты

Геодезисты-математики до 1900 г.

• Пифагор 580–490 до н.э., Древняя Греция ^[2]
• Эратосфен 276–194 до н.э., Древняя Греция
• Посидоний ок. 135–51 до н. Э., Древняя Греция
• Клавдий Птолемей 83 – ок. 168 нашей эры, Римская империя (Римский Египет)
• Абу Райхан Бируни 973–1048, Хорезм (Иран / Персия) ^{[3] [4]}
• Сэр Джордж Бидделл Эйри 1801–1892, Кембридж и Лондон
• Мухаммад аль-Идриси, 1100–1166, (Аравия и Сицилия)
• Аль-Мамун 786–833, Багдад (Ирак / Месопотамия)
• Педро Нуньес 1502–1578 Португалия
• Герхард Меркатор 1512–1594 (Бельгия и Германия)
• Снеллиус (Виллеброрд Снель ван Ройен) 1580–1626, Лейден (Нидерланды)
• Христиан Гюйгенс 1629–1695 (Нидерланды)
• Пьер де Мопертюи 1698–1759 (Франция)
• Пьер Бугер 1698–1758, (Франция и Перу)
• Жан Анри Ламбер 1728–1777 (Франция)
• Алексис Клеро 1713–1765 (Франция)
• Иоганн Якоб Байер 1794–1885, Берлин (Германия)
• Карл Максимилиан фон Бауэрнфейнд, Мюнхен (Германия)
• Фридрих Вильгельм Бессель, Кенигсберг (Германия)
• Roger Joseph Boscovich, Рим / Берлин / Париж
• Генрих Брунс 1848–1919, Берлин (Германия)
• Александр Росс Кларк, Лондон (Англия)
• Лоранд Этвеш 1848–1919 (Венгрия)
• Сэр Джордж Эверест 1830–1843 (Англия и Индия)
• Эрве Фай 1814–1902 (Франция)
• Абель Фуллон (Франция)
• Карл Фридрих Гаусс 1777–1855, Геттинген (Германия)
• Фридрих Роберт Хельмерт, Потсдам (Германия)
• Гиппарх, Никосия (Греция)
• Пьер-Симон Лаплас 1749–1827, Париж (Франция)
• Адриан Мари Лежандр 1752–1833, Париж (Франция)
• Иоганн Бенедикт, листинг 1808–1882 гг. (Германия)
• Фридрих Х.К. Пашен, Шверин (Германия)
• Чарльз Сандерс Пирс 1839–1914 (США)
• Анри Пуанкаре, Париж (Франция)
• Дж. Х. Пратт 1809–1871, Лондон (Англия)
• Regiomontanus (Германия / Австрия)
• Георг фон Райхенбах 1771–1826, Бавария (Германия)
• Генрих Кристиан Шумахер 1780–1850 (Германия и Эстония)
• Иоганн Георг фон Зольднер 1776–1833, Мюнхен (Германия)
• Джордж Габриэль Стоукс (Англия)
• Фридрих Георг Вильгельм Струве 1793–1864, Дерпт и Пулкова / St.-Петербург (Россия)

20 век

• Арне Бьерхаммар, 19167-2011 (Швеция)
• Уильям Боуи, 1872–1940 (США)
• Джон Филмор Хейфорд, 1868-1925 (США)
• Вейкко Алексантери Хейсканен, 1895–1971 (Финляндия и США)
• Фридрих Хопфнер, 1881-1949 (Австрия)
• Гарольд Джеффрис, 1891-1989 (Англия)
• Карл-Рудольф Кох, 1935- (Германия)
• Михаил Сергеевич Молоденский, 1909–1991 (Россия)
• Джон А. О’Киф, 1916–2000 (США)
• Карл Рамсайер, 1911-1982 (Германия)
• Хельмут Шмид, 1914-1998 (Швейцария)
• Петр Ванижек, 1935- (Канада)
• Юрьё Вяйсяля, 1889–1971 (Финляндия)
• Феликс Андрис Венинг-Майнес, 1887–1966 (Нидерланды)
• Фаддей Винценти, 1920-2002 (Польша)
• Альфред Вегенер, 1880–1930 (Германия и Гренландия)

Международные организации

Государственные учреждения

• Национальная геодезическая служба (NGS), Силвер-Спринг, Мэриленд, США
• Национальное агентство геопространственной разведки (NGA), Bethesda MD, США (ранее — Национальное агентство изображений и картографии NIMA, ранее — Defense Mapping Agency DMA)
• U.Геологическая служба США (USGS), Рестон, штат Вирджиния, США,
• Национальный географический институт (IGN), Сен-Манде, Франция
• Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG), Франкфурт a. M., Германия (ранее Institut für Angewandte Geodäsie, IfAG)
• Центральный научно-исследовательский институт геодезии, дистанционного зондирования и картографии (ЦНИИГАИК), Москва, Россия
• Отдел геодезических изысканий, Министерство природных ресурсов Канады, Оттава, Канада
• Geoscience Australia, Федеральное агентство Австралии
• Финский геодезический институт (FGI), Масала, Финляндия
• Португальский географический институт (IGEO), Лиссабон, Португалия
• Бразильский институт географии и статистики — IBGE
• Испанский национальный географический институт (IGN), Мадрид, Испания
• Land Information New Zealand.
• Отдел геодезии Королевского технологического института, Стокгольм, Швеция

Примечание. Этот список все еще в значительной степени неполный.

См. Также

Банкноты

Список литературы

• Б. Хофманн-Велленхоф и Х. Мориц, Physical Geodesy , Springer-Verlag Wien, 2005. (Этот текст представляет собой обновленное издание классического произведения В.А. Хейсканена и Х. Морица 1967 г.).
• Vaníĝek P. и E.J. Krakiwsky, Геодезия: концепции , стр.714, Эльзевир, 1986.
• Томас Х. Мейер, Дэниел Р. Роман и Дэвид Б. Зилкоски. «Что на самом деле означает высота ?» (Это серия из четырех статей, опубликованных в журнале Surveying and Land Information Science, SaLIS .)
  • «Часть I: Введение» SaLIS Vol. 64, No. 4, pages 223–233, December 2004.
  • «Часть II: Физика и гравитация» SaLIS Vol. 65, № 1, страницы 5–15, март 2005 г.
  • «Часть III: Высотные системы» SaLIS Vol.66, No. 2, pages 149–160, June 2006.
  • «Часть IV: GPS-высота» SaLIS Vol. 66, No. 3, pages 165–183, September 2006.

Внешние ссылки

Международная ассоциация геодезии

Сегодня глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS) обеспечивают доступ к точным координатам точек в глобальной системе отсчета в любое время и в любом месте на поверхности Земли с точностью до сантиметра и без дополнительных измерений в ближайших опорных точках.

Что касается пользователей, это технологическое развитие стимулировало появление новых приложений, требующих еще большей точности и лучшего доступа к геодезически определенным позициям. В масштабах от местного до регионального, такие приложения, как землеустройство, мониторинг инфраструктуры, предотвращение и смягчение воздействий экологических опасностей, а также многочисленные технические приложения требуют более или менее мгновенного доступа к геодезическим позициям в надежной системе отсчета с точностью до сантиметра или лучше. .Уже сегодня экономическая выгода от геодезической системы координат огромна.

Геодезия обеспечивает основу для всех наблюдений Земли, а также важнейших наблюдений за изменениями геометрии Земли, гравитационного поля и вращения, которые связаны с переносом массы в системе Земли и динамикой системы. Следовательно, геодезия имеет решающее значение для удовлетворения многих требований к наблюдениям за глобальными изменениями и наблюдениям, поддерживающим исследования системы Земля.Обеспечивая основу для точного позиционирования, геодезия также имеет решающее значение для поддержки многих процессов в современном обществе.

В настоящее время геодезия сталкивается с растущим спросом со стороны науки, сообщества наблюдателей Земли и общества в целом на улучшенные услуги, наблюдения и продукты. Большинство из этих требований связаны с повышенной точностью, большей надежностью (включая решение вопроса об ответственности) и улучшенным доступом к системе отсчета.

Исторически геодезия ограничивалась определением формы Земли, ее гравитационного поля и ее вращения, включая их изменения во времени.Благодаря современным приборам и методам, объем геодезии расширился, чтобы включить источники наблюдаемых изменений в этих «трех столпах», то есть динамики и массопереноса в системе Земли. В этом более широком масштабе появляются новые пути, по которым геодезия может способствовать научному пониманию системы Земли, а также развитию, функционированию и безопасности общества в целом.

В значительной степени геодезия — это «наука о предоставлении услуг».В прошлом основными «заказчиками» геодезии были специалисты по геодезии и картографии, а сегодня геодезия обслуживает все науки о Земле, включая геофизические, океанографические, атмосферные и экологические сообщества.

Geodesy обеспечивает уникальную основу для мониторинга и, в конечном итоге, понимания системы Земли в целом. Современные космические геодезические методы хорошо подходят для наблюдений за явлениями в глобальном и региональном масштабах и, таким образом, являются важным дополнением к традиционным системам наблюдения на месте.

Геодезические наблюдения и продукция имеют решающее значение для использования преимуществ наблюдения Земли, поскольку геодезия обеспечивает основу для глобальной геодезической системы координат (такой как ITRF), которая может использоваться всеми системами наблюдения Земли для мониторинга атмосферы, океана и других объектов. ресурсов, что позволяет проводить измерения в глобальной согласованной системе отсчета. Мониторинг величин, относящихся к геологическим опасностям, глобальному водному циклу, климату и погоде, энергии и даже здоровью, в решающей степени зависит от быстрого и надежного доступа к системе отсчета.

Смитсоновский журнал Air & Space Magazine посвящен геодезии и геодезической обсерватории Макдональда UT — Центр космических исследований

Как спутники и телескопы отслеживают влияние глобальных изменений с точностью до миллиметра

Александра Витце
Журнал Air & Space
Сентябрь 2019

Эта визуализация вариаций гравитационного поля Земли, известная как «Потсдамский гравитационный картофель», была создана немецким исследовательским центром GFZ на основе спутниковых и наземных данных.«Максимумы» силы тяжести — красные, «минимумы» — синие. Различия в основном связаны с разной плотностью материалов над или под поверхностью Земли. (GFZ Potsdam)

В горах Дэвис на крайнем западе Техаса, в обсерватории Макдональд Техасского университета, астрономы проводят ночи, глядя на звезды через одни из самых мощных телескопов в мире. Скоро они добавят более приземленную работу. В пределах видимости гигантских куполов НАСА устанавливает разветвленную сеть оборудования, чтобы помочь исследователям изучать планетарные изменения.

В июле прошлого года инженеры впервые осветили высокую радиоантенну диаметром 12 метров, которая отслеживает сигналы космических маяков, называемых квазарами, расположенных в далекой вселенной. Поблизости ученые установили новые станции системы глобального позиционирования — штативы с выпуклыми головками, которые связываются со спутниками GPS для определения своего точного местоположения на поверхности Земли. На соседней горе техники планируют построить мощную лазерную систему, которая сможет направить луч света на спутник, а затем отследить, как быстро он отражается обратно на Землю.Вместе все это высокотехнологичное оборудование позволит ученым определять отдельные участки земли в обсерватории Макдональд с точностью до миллиметра.

Подобные мероприятия ведутся по всему миру. НАСА помогает модернизировать земные обсерватории от Таити до Южной Африки. Связывая измерения Макдональда с другими, исследователи стремятся лучше понять, как форма, вращение и сила тяжести Земли меняются со временем.

Эта область науки, называемая геодезией, лежит в основе практически всех аспектов современной жизни, будь то использование Google Maps для поиска ближайшего кафе или определение того, как уровень моря повышается по мере потепления планеты.«Вы бы никогда не подумали, что управление автомобилем зависит от наших измерений далеких квазаров», — говорит Стивен Мерковиц, астрофизик из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, который руководит проектом космической геодезии агентства. «Но это.»

* * *

Земля может выглядеть как идеальный синий мрамор на фотографиях, сделанных из космоса, но она не совсем круглая. Он раздавлен на полюсах и выпирает на экваторе, делая его примерно на 43 километра (27 миль) шире, чем его высота.Части земного шара, такие как Скандинавия и северная Канада, поднимаются в воздух, продолжая подниматься после того, как вес огромных северных ледниковых щитов исчез тысячи лет назад в конце последнего ледникового периода. Планета также меняет свою форму в течение года, когда масса движется по ее поверхности — например, когда лед тает летом или когда вода циркулирует между океаном и атмосферой во время Эль-Ниньо.

Вся эта информация и многое другое попадает в так называемую Международную наземную систему отсчета (ITRF), которую системные ученые используют для определения местоположения наземных наблюдений.Думайте об этом как о глобальной сети координат, которая определяет, где находится любое конкретное место на Земле в любой момент времени. «Если вы хотите выполнить какое-либо позиционирование или навигацию на Земле или в космосе, все это делается в рамках системы отсчета», — говорит Ричард Гросс, ученый-исследователь и специалист по геодезии в Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния.

Сегодня используются тысячи местных систем отсчета, но ITRF широко признан во всем мире. Без глобальных стандартов инженерам пришлось бы постоянно приспосабливаться к местным различиям, что и произошло во время строительства в 2004 году моста Лауфенбург на швейцарско-германской границе.Швейцарские инженеры использовали Средиземное море в качестве ориентира уровня моря. Немецкие инженеры использовали Северное море. Обе группы знали, что им придется адаптироваться, поскольку контрольные уровни двух морей находились на расстоянии 27 сантиметров. Но исправление было сделано с неправильным знаком, в результате чего между двумя концами моста возникла ошибка в 54 сантиметра. Это классический пример провала системы отсчета. «Вот почему мы делаем все возможное, чтобы предоставить точную глобальную систему отсчета и продвигать ее использование», — говорит Гросс.

Исследователи генерируют ITRF, используя данные четырех различных методов измерения Земли, включая GPS. Последнее обновление системы было проведено в 2014 году. Точность системы относительно центра Земли составляет несколько сантиметров. Но в мире, где все больше и больше проводов, такого уровня точности уже недостаточно. «Вы хотите, чтобы беспилотные автомобили оставались на своей полосе движения», — говорит Шринивас Беттадпур, директор Центра космических исследований Техасского университета в Остине. Специалисты по геодезии сейчас настаивают на повышении точности ITRF до одного миллиметра.Это позволило бы ученым лучше измерять крошечные сигналы, такие как повышение уровня моря, которое происходит во всем мире со скоростью чуть более трех миллиметров в год.

Вот тут-то и пригодится модернизация оборудования НАСА. Для измерения крошечных изменений требуются большие средства — плюс интеграция данных, собранных с использованием различных геодезических методов. «Они помогают друг другу, потому что представляют собой совершенно разные типы измерений», — говорит Ян МакГарри, математик из Годдарда.

Первый и самый известный — это GPS.В Соединенных Штатах, Европе, России и Китае действуют свои собственные спутниковые созвездия, которые позволяют приемникам GPS, подобным тому, который установлен в вашем мобильном телефоне, определять ваше местоположение с точностью до метра или около того. Ученые могут извлекать дополнительную информацию из сигналов для повышения точности, но только с большими усилиями. «Мы можем взять систему, которая на самом деле предназначена только для измерения вещей с точностью до метра или 10 метров, но уменьшить ее до миллиметра или двух», — говорит Кристин Ларсон, геофизик и почетный профессор Университета Колорадо в Боулдере.«Конечно, вы тратите примерно в 1000 раз больше денег».

С точностью до миллиметра исследователи могут разместить приемники GPS на противоположных сторонах геологического разлома, такого как Сан-Андреас в Калифорнии, и наблюдать, как они перемещаются относительно друг друга, возможно, намекая на будущее землетрясение. Или они могут разместить приемники вокруг вулканов, таких как Килауэа на Гавайях, чтобы отслеживать, как земля движется вверх и вниз, когда магма перемещается под ней.

GPS не идеален. Спутники немного смещаются по своим орбитам, поэтому со временем могут закрасться незаметные ошибки.Поэтому геодезистам нужны другие методы для независимой проверки. «Чтобы улучшить систему отсчета, можно использовать эти инструменты бок о бок», — говорит Ларсон.

Спутниковая лазерная система определения дальности следующего поколения НАСА направляет луч в небо над Центром космических полетов Годдарда в пригороде Вашингтона, округ Колумбия (Фелипе Холл / HTSI)

. Метод второй линии, называемый спутниковым лазерным дальномером, отражает лазерный луч от спутника и измеряет, сколько времени нужно, чтобы вернуться. Эта техника появилась в Годдарде в 1964 году, всего через четыре года после изобретения лазера.Ученые НАСА выпустили лазер на спутник Beacon Explorer-B, который был покрыт отражающими поверхностями, а телескоп измерил возврат луча. Расчеты, основанные на этом измерении, позволили определить расстояние до центра масс Земли.

Сегодня лазерная локация осуществляется с помощью многих различных типов спутников, включая запущенный в прошлом году NASA ICESat-2 и блестящий шар из металла и стекла под названием LAGEOS-2, запущенный в 1992 году. НАСА управляет восемью спутниковыми лазерными локационными станциями по всему миру. , но большинство из них устарели.«Иногда мы покупаем запчасти на eBay для их обслуживания», — говорит Мерковиц.

Запуск спутниковой системы лазерной локации также требует много времени и внимания. Операторы обычно используют радиолокационную систему, установленную рядом с лазером, для обнаружения самолетов, которые могут отклониться от цели, и автоматического отключения лазера. МакГарри помнит старые времена, когда операторам приходилось сканировать небо в бинокли. «Я могла делать это только около часа за раз», — говорит она.

Третьим инструментом, доступным геодезистам, является интерферометрия с очень длинной базой, или РСДБ.Он использует большие радиотелескопы, чтобы отследить, когда на Землю приходят радиосигналы от квазаров, энергетических центров массивных галактик, находящихся на расстоянии миллиардов световых лет. Заметив разницу во времени прибытия на разные станции РСДБ по всему миру, ученые могут рассчитать небольшие вариации скорости вращения планеты — из-за таких факторов, как смена сезонов, приливов и погодных условий.

В обсерватории Макдональд в Техасе была построена новая антенна для РСДБ (интерферометрия с очень длинной базой).(Предоставлено Техасским университетом)

РСДБ-наблюдений происходят скачкообразно, по словам Фрэнка Лемуана, эксперта по геодезии из Годдарда. Обычно до дюжины РСДБ-станций по всему миру отслеживают набор квазаров в течение 24 часов один или два раза в неделю. Эти наблюдения дополняются одночасовыми ежедневными занятиями. Иногда более длительные кампании, длящиеся недели, помогают повысить точность еще больше.

У существующих телескопов VLBI есть досадное ограничение: они не могут двигаться достаточно быстро.Одним из основных источников ошибок является изменение атмосферных условий в небе над радиотарелкой; По словам Лемуана, более старые антенны буквально не могут поворачиваться достаточно быстро, чтобы учесть это. Новые телескопы, такие как один, установленный на Кауаи, Гавайи, в 2016 году, и тот, который был установлен в Макдональдсе в этом году, работают быстрее и, следовательно, точнее.

Наблюдая квазары в далекой Вселенной, геодезисты надеются измерить местоположение на поверхности Земли с точностью до миллиметра. (Предоставлено Техасским университетом)

Четвертый и последний инструмент, используемый в геодезии — система под названием DORIS — отправляет сигналы с Земли на специальные спутники, приемники которых вычисляют расстояние до передатчика на основе доплеровского сдвига сигнала.Французское космическое агентство создало DORIS в 1990 году для помощи в измерениях уровня моря. Это означает, что DORIS проводит наблюдения дольше, чем любая другая геодезическая сеть.

Распределение 50 передатчиков DORIS почти равномерно по всему миру является преимуществом в попытке понять глобальные изменения. Большинство спутниковых станций лазерной локации и РСДБ находится в северном полушарии. «Если все ваши станции находятся в Европе, вы как бы знаете, что делает Европа, но вы не знаете, что делают Южная Америка или Африка», — говорит Гросс.

Основанная во Франции в 1990 году геодезическая сеть, известная как DORIS, насчитывает около 50 передающих станций, расположенных более или менее равномерно по всему миру. Это в Антарктиде. (Национальный центр космических исследований)

По мере того, как НАСА модернизирует свои геодезические сети, оно также работает над устранением дисбаланса. По словам Мерковица, в идеальной системе было бы от 24 до 30 станций, равномерно распределенных по всему миру, с использованием по крайней мере трех из четырех методов на каждом участке. Такая сеть наблюдений могла бы достичь цели ITRF — миллиметровой точности.«Сейчас серьезным препятствием является создание этой глобальной сети», — говорит он.

НАСА тратит около 18 миллионов долларов в год на свой проект «Космическая геодезия», чтобы обновить старое оборудование и ввести в эксплуатацию новые инструменты.

Международные партнеры вносят свой вклад в это глобальное усилие. Норвежское картографическое управление сотрудничает с НАСА в размещении спутниковой системы лазерной локации на арктической цепи островов Шпицберген. Расположенная всего в 1000 км от Северного полюса, система будет иметь лучший вид на спутники на полярной орбите, когда они летают над головой.Он должен быть запущен к 2024 году.

НАСА также работает с французским космическим агентством над модернизацией оборудования на Таити и имеет сотрудников в Австралии, Южной Африке и Бразилии. «Мы смотрим на континент за континентом», — сказал Мерковиц своей аудитории на встрече Американского геофизического союза в декабре.

* * *

спутников-близнецов, запущенных в 2002 году, после чего последовала следующая миссия, запущенная в прошлом году, дали геодезистам еще один мощный критерий для точных измерений изменения размеров Земли.Геофизик Изабелла Великогна из Калифорнийского университета в Ирвине использует их, чтобы отследить, как ледяные щиты Гренландии и Антарктики теряют в весе летом, когда лед тает, и восстанавливают его зимой, когда снег накапливается и замерзает. Спутники США и Германии, известные как GRACE, для Gravity Recovery и Climate Experiment, измеряют изменяющуюся силу гравитации на поверхности Земли.

Два спутника GRACE летят на расстоянии около 220 километров друг от друга и используют микроволны и лазеры для очень точного измерения расстояния между ними.Когда ведущий спутник проходит над объектом большой массы, например, горным хребтом или ледяным покровом, он очень немного тянется вперед, и расстояние между двумя спутниками увеличивается. Когда ведомый спутник приближается к тому же горному хребту или ледовому щиту, он тоже тянется вперед, и разрыв становится короче. GRACE может измерять изменения расстояния до ширины клетки крови человека.

Отчасти благодаря GRACE мы знаем, что Гренландия теряет в среднем около 280 миллиардов тонн льда в год, в то время как Антарктида теряет чуть менее 120 миллиардов тонн в год.

Основываясь на данных спутников Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), ученые могут отслеживать сокращение ледникового покрова Гренландии в течение десятилетия. Оранжевые и красные оттенки указывают на области наибольшей потери льда. (NASA / JPL Caltech)

Тем временем спутник NASA ICESat-2 отбрасывает лазерные лучи вниз с орбиты, которые отражаются ото льда. Точно измеряя время возвращения, ICESat-2 может построить трехмерное изображение скал и трещин во льду под ними. Через несколько лет ученые могут наблюдать, как меняется лед.«Теперь у нас будут непрерывные карты изменений высот», — говорит Великогна. «Это очень волнительно.»

Геодезия имеет решающее значение для отслеживания других типов изменений, включая то, как земля опускается, когда фермеры качают грунтовые воды для своих полей. Геологическая служба США на протяжении десятилетий измеряла эти изменения в таких местах, как сельскохозяйственные долины Калифорнии. По мере того, как измерения GPS становятся более точными, исследователи могут лучше видеть, как откачка воды в одном месте меняет условия в другом, говорит Мишель Снид, гидролог из Геологической службы США в Сакраменто, Калифорния.

Проседание земли — большая проблема, потому что она наносит ущерб зданиям и другой инфраструктуре. За последние несколько лет в долине Сан-Хоакин участки канала Фриан-Керн просели на метр, а это означает, что менеджеры по водоснабжению не всегда могут доставлять воду во все места, где она нужна. В то время как некоторые обвиняли недавнюю засуху в Калифорнии в проседании, измерения GPS показали, что некоторые части земли продолжали тонуть даже после того, как засуха закончилась.

Для менеджеров важно понимать, как откачка грунтовых вод способствует решению проблемы.«Им действительно нужно знать, что происходит, с помощью действительно точных измерений, — говорит Снид.

В более глобальном масштабе геодезия помогает чиновникам понимать стихийные бедствия, такие как ураганы и цунами. Точные спутниковые измерения высоты поверхности моря, например, могут сказать синоптикам, может ли быть лужа теплой воды на пути надвигающегося урагана, что помогает им предсказать, насколько сильным может стать ураган.

Все эти планетарные измерения, как стандартные, так и необычные, требуют, чтобы мы постоянно обновляли наши геодезические сети.«Мы часто называем себя невидимой инфраструктурой», — говорит Мерковиц. «Это похоже на электросеть. Люди не думают об этом, но если вы когда-нибудь его уберете, это будет катастрофой ».

Источник: Air & Space

Науки о Земле: геодезия | Encyclopedia.com

Введение

Геодезия — это наука об измерении формы и размера планеты или луны. Сама Земля, поскольку у нас есть легкий доступ к ней, на сегодняшний день является наиболее точно измеряемым планетным телом.Многие измерения формы Земли, а также точного местоположения и движения точек, прикрепленных к ее поверхности, производятся с помощью спутников, которые с конца 1990-х годов позволяли измерять из космоса разницу в 0,4 дюйма (1 см). Движение континентов, таяние ледяных шапок, изменения поверхности Земли, вызванные землетрясениями, и другие явления в настоящее время обычно обнаруживаются из космоса с помощью геодезических методов. Поскольку точная навигация и определение местоположения становятся все более важными в современном мире, постоянное обновление и улучшение геодезической информации имеет решающее значение во многих областях.

Историческая справка и научные основы

Философы Древней Греции знали, что Земля круглая. Они также были первыми, кто измерил его размер. Около 250 г. до н. Э. Греческий философ Эратосфен (384–322 гг. До н. Э.) Оценил размер Земли, измерив (с помощью помощника) длину тени, отбрасываемой палкой в ​​Александрии, Египет, в то же время того же дня, что и Солнце стояло прямо над головой в городе Сирена в нескольких сотнях миль от него, не отбрасывая тени.Применяя тригонометрию к этой информации, Эратосфен вычислил, что экваториальная окружность Земли (расстояние вокруг планеты вдоль экватора) составляет 25 000 миль (40 233 км), что примечательно близко к истинному значению в 24 901 миля (40 075 км).

Прошло много веков, прежде чем произошел еще один значительный фундаментальный прогресс в геодезии. Около 1600 года, когда европейская торговля, империя и войны расширились, а физическая наука начала продвигаться по многим направлениям, родилась современная геодезия с широким распространением тщательной триангуляции.Триангуляция — это определение местоположения достаточно фиксированной точки (например, маркера, установленного в скале) путем измерения углов к двум другим точкам с известным местоположением, часто называемым контрольными точками. Применяя тригонометрию к этим измерениям, можно отобразить положение фиксированной точки. Вновь нанесенную точку можно затем использовать в качестве контрольной точки для новой триангуляции. Таким образом, сети триангуляции могут быть распространены на целые страны или, в конечном итоге, на континенты.

В 1660 году в Лондоне было основано Королевское общество для содействия научным исследованиям.В 1666 году французы основали конкурирующую организацию L ‘(A) cademie Royale des Sciences. Два тела вскоре оказались втянутыми в патриотический спор о форме Земли. Французы утверждали, что Земля представляет собой вытянутый сфероид, то есть почти сферический объект, удлиненный в направлении своей оси (с севера на юг), что-то вроде яйца. Англичане утверждали, что это сплюснутый сфероид, то есть почти сферический объект, сплющенный на полюсах и расширенный на экваторе, чем-то вроде помидора.В 1730-х годах, чтобы разрешить спор, L’Academie Royales des Sciences организовала экспедиции в точки вблизи экватора в Южной Америке и относительно близких к Северному полюсу в северной Скандинавии, чтобы измерить кривизну поверхности Земли в каждом регионе. Если Земля вытянутая, она должна быть более плоской около экватора; если он сплюснутый, он должен быть более плоским около полюса. Экспедиции показали, что Земля на самом деле сплющенная. Эта форма вызвана вращением Земли вокруг своей оси, которое вызывает кажущуюся центробежную силу, тянущую наружу от оси вращения (например,г., вдоль экватора). Тот факт, что такие измерения можно было даже производить, показывает, насколько продвинулась геодезия к тому времени.

В 1900-е годы математические и инструментальные достижения позволили более точную геодезию. Метр был определен как 1/10 000 000 расстояния от экватора до Северного полюса через Париж. Однако геодезические сети триангуляции оставались национальным делом: каждая национальная измерительная сеть создавалась отдельно, поэтому не было возможности точно связать точки в разных странах, тем более на разных континентах.В первые две трети двадцатого века в это положение были внесены поправки с использованием точных измерений местной силы тяжести (сила тяжести земной поверхности незначительно меняется от места к месту), наблюдений за звездами и более точных инструментов для традиционной триангуляции.

В середине 1980-х геодезисты начали использовать спутниковые геодезические системы измерения. К ним относятся лазерная дальнометрия (отражение лазерного луча от спутника от поверхности Земли), интерферометрия с очень длинной базой (радар с синтезированной апертурой) и Глобальная система позиционирования, группа спутников, обменивающихся радиосигналами, которая позволяет приемнику в любом месте на поверхности Земли рассчитать его положение с высокой точностью.

Современная геодезия использует несколько основных концепций для описания формы Земли (или любой другой планеты или луны). Во-первых, это опорный эллипсоид. Это идеализированная геометрическая фигура, идеально симметричный сплюснутый сфероид. Опорный эллипсоид не отражает реальную неровность поверхности Земли. Его цель — дать геодезистам ориентир или стандарт, по сравнению с которым могут быть указаны вариации фактической формы Земли.

Второй — геоид. Это также абстрактная поверхность — она ​​не соответствует в точности поверхности суши или моря, за исключением определенных точек, — но имеет более подробную физическую основу, чем эталонный эллипсоид.В море геоид — это поверхность, которая совпадала бы с поверхностью мирового океана, если бы на нее не влияли приливы, течения и т.п.: над сушей это поверхность, на которой была бы поверхность моря, если бы она могла посылайте пальцы воды в каждую точку. По сути, это идеализированный глобальный уровень моря. Геоид не является симметричным, потому что гравитационное поле Земли не симметрично, а варьируется от

до

от места к месту: там, где гравитация сильнее, идеальный уровень моря будет выше (в такие места будет притягиваться больше воды), а геоид выше.

В-третьих, по отношению к геоиду определены две группы измерений: эти измерения определяют местоположение определенных хорошо охарактеризованных точек на поверхности Земли. Каждый набор измерений называется базой данных. Вертикальная точка отсчета — это набор точек с точно известной высотой, а горизонтальная точка отсчета — это набор точек с точно известной широтой (положение север-юг), долготой (положение восток-запад) или обоими. Эти две системы координат обновляются каждые столько лет, чтобы компенсировать движения земной коры.В Соединенных Штатах опорные точки отмечены круглыми латунными пластинами, вставленными в скалу и проштампованными с идентифицирующей информацией. Эти плиты часто можно увидеть на вершинах гор. Опорные точки служат основой для измерения других точек или изменений ландшафта. Например, вертикальная система координат дает стандарт, по которому геодезисты могут измерить проседание земли, такое как происходит в окрестностях Нового Орлеана, штат Луизиана. Или же горизонтальная система координат позволяет геодезистам отслеживать проскальзывание земли в районе разлома Сан-Андреас в Калифорнии.

Поскольку геоид определяется как средний (средний) местный уровень моря (или какой средний уровень моря был бы, если бы море присутствовало), который, в свою очередь, зависит от того, насколько сильна гравитация Земли в данной области, геодезисты заинтересованы в измерении вариаций гравитационного поля Земли. В 2002 году пара американских спутников была запущена на орбиту Земли на российской ракете, образовав эксперимент по восстановлению гравитации и климату (GRACE). Два спутника GRACE летают на расстоянии около 137 миль (220 км) друг от друга и постоянно измеряют расстояние между ними с высокой точностью с помощью лазеров.Когда ведущий спутник проходит над областью с более высокой гравитацией, он немного наклоняется, увеличивая расстояние между спутниками: когда второй спутник входит в область с высокой гравитацией, он также падает, и расстояние между ними уменьшается. По мере того как спутники покидают зону с высокой гравитацией, они снова набирают высоту, сначала один, затем другой. Ученые смогли построить подробную гравитационную карту Земли по этим постоянным небольшим изменениям расстояния между двумя спутниками. Эта информация позволила проводить геодезические измерения как стабильных, так и изменяющихся во времени характеристик распределения массы Земли с беспрецедентной точностью.По состоянию на 2008 год миссия продолжалась.

Современные культурные связи

Глобальная система позиционирования теперь включена во многие автомобильные навигационные системы и в миллионы миниатюрных устройств для геодезии, ориентирования в дикой природе, управления спасательными операциями на суше и на море и других целей, включая наведение на цели с помощью оружия.

Спутник GRACE выполнил такие измерения окружающей среды, которые до сих пор были невозможны. Например, GRACE позволил исследователям измерить количество подземных вод, содержащихся в бассейне реки Конго, обнаружить большой метеоритный кратер, скрытый под антарктическим льдом, чтобы помочь в измерении тонкого гравитационного эффекта, называемого перетаскиванием рамки (проверка общей теории относительности). , а также для измерения скорости таяния льда с ледяных шапок Гренландии и Антарктики.Эти ледяные шапки настолько велики — в Гренландии, где льда всего лишь в десять раз меньше, чем в Антарктиде, содержится около 596 000 кубических миль (2,5 миллиона кубических километров) льда, — что их гравитационное притяжение можно обнаружить из космоса. Кроме того, эти гигантские массы льда тают настолько быстро — Гренландия теряла около 19 кубических миль (80 кубических км) льда в год с

с 1997 по 2003 год, — что гравитационное изменение из-за этой потери также может быть обнаружено.

Скорость таяния ледяных щитов Гренландии и Антарктики значительна, потому что таяние наземных ледниковых щитов поднимает уровень моря.Степень, в которой глобальное изменение климата приведет к повышению уровня моря из-за таяния льда, является предметом научных дискуссий, но данные спутниковой геодезии, полученные от GRACE и других миссий, помогают уменьшить эту неопределенность. В 2006 году ученые объявили, что данные GRACE подтвердили, что Гренландия теряет лед с удивительно быстрой и ускоряющейся скоростью, и что Антарктида также теряет лед. Эти данные широко освещались в средствах массовой информации, помогая донести до общественности реальность и серьезность глобального изменения климата.Повышение уровня моря может затопить некоторые прибрежные поселения в течение следующего столетия и повысить уязвимость других перед штормами. Уровень подъема уровня моря определит размер причиненного ущерба и перемещения населения.

Подключение к первичному источнику

Шотландский ученый Джеймс Хаттон (1726–1797) написал свою Теорию Земли в четырех томах. Работа Хаттона включала утверждение, что ядро ​​Земли было горячим, а его поверхность со временем двигалась и подвергалась атмосферным воздействиям.Его теория глубокого времени утверждала, что Земля намного старше нескольких тысяч лет, как утверждали большинство его современников. Таким образом, работа Хаттона заложила основу для нескольких современных геологических принципов.

ТЕОРИЯ ЗЕМЛИ

ГЛАВА I.

ТЕОРИЯ ЗЕМЛИ; или Исследование законов, наблюдаемых в составе, разложении и восстановлении земли на земном шаре.

РАЗДЕЛ I.

Проспект исследуемого объекта.

Когда мы прослеживаем части, из которых состоит эта земная система, и когда мы рассматриваем общую связь этих нескольких частей, целое представляет собой машину особой конструкции, с помощью которой оно приспособлено для определенной цели.Мы воспринимаем ткань, воздвигнутую мудростью, для достижения цели, достойной той силы, которая проявляется в ее создании.

Нам мало что известно о внутренних частях Земли или о материалах, из которых она состоит на значительной глубине под поверхностью. Но на поверхности этого земного шара более инертная материя наполнена растениями, животными и интеллектуальными существами.

Там, где так много живых существ используют свои соответствующие силы, преследуя цель, для которой они были предназначены, мы не должны искать природу в состоянии покоя; сама материя должна находиться в движении, а сцены жизни — это непрерывная или повторяющаяся серия волнений и событий.

Этот земной шар — обитаемый мир; и от его пригодности для этой цели должно зависеть наше чувство мудрости в его формировании. Чтобы судить об этом, мы должны иметь в виду не только цель, но и средства, с помощью которых эта цель достигается. Это форма целого, материалы, из которых оно составлено, и несколько сил, которые соглашаются, противодействуют или уравновешивают друг друга в достижении общего результата.

Форма и строение массы не более очевидно рассчитаны для целей этой Земли как обитаемого мира, чем различные субстанции, из которых состоит это сложное тело.Мягкие и твердые части по-разному комбинируются, образуя среднюю консистенцию, адаптированную к использованию растений и животных; влажное и сухое правильно смешиваются для питания или поддержки этих растущих тел; а тепло и холод создают температуру или климат, необходимые не меньше, чем почва: настолько, чтобы не было ничего особенного, касающегося качества материалов или конструкции машины, более очевидных для нашего восприятия, чем присутствие и эффективность дизайна и интеллекта в силе, ведущей работу.

Принимая этот взгляд на вещи, где цели и средства становятся объектом внимания, мы можем надеяться найти принцип, на основе которого может быть оценена сравнительная важность частей в системе природы, а также правило выбора объект наших запросов. Под этим руководством наука может найти подходящий предмет исследования в каждой особенности формы, качества или активной силы, которая проявляется в этой системе движения и жизни; и что без должного внимания к этому характеру системы могло бы показаться аномальным и непонятным.

Не только наблюдая за теми общими операциями на земном шаре, которые зависят от его особой конструкции как машины, но и понимая, насколько отдельные детали конструкции этой машины зависят от общих операций земного шара, мы можем понять устройство этой земли как вещь, созданную по замыслу. Таким образом, мы также будем вынуждены признать порядок, достойный Божественной мудрости, в предмете, который, с другой точки зрения, выглядел как действие случая или как абсолютный беспорядок и беспорядок.

Чтобы получить общее или всеобъемлющее представление об этом механизме земного шара, с помощью которого он приспособлен к тому, чтобы быть обитаемым миром, необходимо различать три различных тела, составляющих целое. Это твердое тело земли, водное тело моря и упругая жидкость воздуха.

Именно правильная форма и расположение этих трех тел формируют этот земной шар в обитаемый мир; и это способ, которым эти составные тела приспособлены друг к другу, и законы действия, с помощью которых они поддерживаются в их надлежащих качествах и соответствующих отделах, составляют теорию машины, которую мы теперь должны исследовать.

Давайте начнем с некоторого общего очерка уже упомянутых подробностей.

1. На земном шаре есть центральное тело. Это тело поддерживает те части, которые становятся более открытыми для нашего взгляда или которые могут быть исследованы нашим чувством и наблюдением. Эта первая часть обычно считается твердой и инертной; но такой вывод — всего лишь предположение; и впоследствии мы, возможно, найдем повод составить другое суждение относительно этого предмета после того, как мы строго исследуем, основываясь на научных принципах, то, что появляется на поверхности, и сделаем выводы относительно того, что должно было быть совершено в некоторых более важных часть.

2dly, Мы находим жидкий водоем. Под действием гравитации он принимает сферическую форму, а под действием центробежной силы вращения Земли становится сжатым. Назначение этого жидкого тела имеет важное значение в устройстве мира; ибо, помимо предоставления средств к жизни и движению разнообразной расе животных, он является источником роста и обращения организованных тел этой земли, будучи вместилищем рек и источником наших испарений.

3-й. У нас есть суша неправильной формы, возвышающаяся над уровнем океана.Это, без сомнения, самая маленькая часть земного шара; но это самая интересная для нас часть. Именно на поверхности этой части растут растения; следовательно, именно благодаря этой земле животная жизнь, а также растительность поддерживаются в этом мире.

Наконец, у нас есть окружающее тело атмосферы, которое завершает земной шар. Этот жизненный флюид не менее необходим в устройстве мира, чем другие части; ибо вряд ли на поверхности земли есть операция, которая бы не проводилась или не продвигалась с ее помощью.Это необходимое условие для поддержания огня; для животных это дыхание жизни; это по крайней мере инструмент в растительности; и, хотя он способствует плодородию и здоровью растущих растений, он используется для предотвращения пагубных последствий, таких как порча. Короче говоря, это надлежащее средство циркуляции материи этого мира, поднимая воду океана и изливая ее на поверхность земли.

Таков механизм земного шара: давайте теперь упомянем некоторые из тех сил, с помощью которых производится движение, и деятельность осуществляется простой машиной.

Во-первых, существует прогрессивная сила или движущая сила, посредством которой это планетарное тело, если бы оно было единолично приведено в действие, постоянно отклонялось бы от пути, по которому оно сейчас следует, и, таким образом, навсегда удалялось бы со своего конца, будь то планетарное тело. , или как шар, поддерживающий растения и животных, который можно назвать живым миром.

Но это движущееся тело также приводится в действие гравитацией, которая наклоняет его прямо к центральному телу Солнца. Таким образом его заставляют вращаться вокруг этого светила и сохранять его путь.

Также на тех же принципах каждая отдельная часть на поверхности этого земного шара поочередно подвергается влиянию света и тьмы в суточном вращении Земли, а также в ее годовом обороте. Таким образом создаются превратности дня и ночи, столь изменчивые на разных широтах от экватора до полюса и столь красиво рассчитанные, чтобы уравнять блага света, столь разнообразно распределенного в разных регионах земного шара.

Гравитация и vis infita материи, таким образом, образуют первые две силы, различимые в действиях нашей системы и разумно адаптированные к цели, для которой они используются.

Далее мы наблюдаем влияние света и тепла, холода и конденсации. Именно с помощью этих двух сил различные операции в этом живом мире осуществляются более непосредственно; хотя другие силы не менее необходимы для того, чтобы производить или модифицировать этих великих агентов в экономике жизни и системе наших изменений.

Мы сейчас не исследуем природу этих сил и не исследуем законы света и тепла, холода и осуждения, посредством которых достигаются различные цели этого мира; мы должны упомянуть только те эффекты, которые становятся ощутимыми для общего понимания человечества и которые обязательно подразумевают используемую силу. Таким образом, именно благодаря действию этих сил мы получаем разнообразие сезонов весной и осенью, что мы благословлены превратностями летней жары и зимнего холода, и что мы обладаем преимуществами искусственного освещения и кулинарного огня.

Таким образом, мы щедро обеспечены всем необходимым для жизни; мы снабжены вещами, способствующими росту и сохранению нашей животной природы, и подходящими субъектами, которые мы можем использовать и питать наши интеллектуальные способности.

Есть и другие движущие силы, задействованные в операциях этого земного шара, которые мы немногим более чем можем перечислить; таковы электричество, магнетизм и подземное тепло или минеральный огонь.

Силы такой величины или силы не должны считаться бесполезными в машине, созданной, конечно, не без мудрости; но они упомянуты здесь главным образом из-за их общего эффекта; и достаточно указать силы, фактическое существование которых хорошо известно, но правильное использование которых в устройстве мира все еще неясно.Законы электричества и магнетизма хорошо изучены философами; но цели этих сил в экономике земного шара так и не были обнаружены. Подземный огонь, опять же, хотя и наиболее заметен в действиях этого мира и часто исследуется философами, — это сила, еще менее изученная, будь то в отношении его действенной или конечной причины. До сих пор это было больше похоже на случайность природных явлений, чем на неотъемлемое свойство минерального региона.Однако именно в этом последнем свете я хочу показать его как великую державу, играющую материальную роль в действиях земного шара, и как существенную часть в устройстве этого мира.

Таким образом, мы рассмотрели машину в целом с теми движущими силами, с помощью которых выполняются ее операции, разнообразные почти до бесконечности. Давайте теперь ограничимся нашим взглядом, более конкретно, той частью машины, на которой мы остановились, чтобы мы могли рассмотреть естественные последствия тех операций, которые, будучи в пределах нашего видения, мы лучше подготовлены для изучения.

Этот предмет важен для человеческого рода, для обладателя этого мира, для разумного существа Человека, который предвидит грядущие события и который, размышляя о своих будущих интересах, должен исследовать причины, чтобы он может судить о событиях, о которых иначе он не мог знать.

Если, преследуя эту цель, мы используем наши навыки исследования, а не для создания пустых догадок; и если необходимо найти данные, на основе которых наука может сделать справедливые выводы, мы не должны долго оставаться в неведении относительно естественной истории этой Земли, предмета, по которому до сих пор решалось только мнение, а не свидетельства: Возможно, нет предмета, который, естественно, не является менее дефектным свидетельством, хотя философы, руководимые предрассудками или заблуждающиеся на ложных теориях, могли пренебречь тем светом, в котором они должны были видеть систему этого мира.

Но давайте продолжим немного дальше наших общих или подготовительных идей. Твердая земля не могла удовлетворить цель обитаемого мира; ибо почва необходима для роста растений; а почва — это не что иное, как материалы, собранные в результате разрушения твердой земли. Следовательно, поверхность этой земли, населенная людьми и покрытая растениями и животными, по своей природе подвержена разложению, растворяясь из того твердого и плотного состояния, в котором она находится под почвой; и эта почва неизбежно смывается непрерывной циркуляцией воды, текущей с вершин гор к общему резервуару этой жидкости.Таким образом, высоты нашей земли сравняются с берегами; наши плодородные равнины образованы из руин гор; и эти движущиеся материалы по-прежнему преследуются движущейся водой и движутся по наклонной поверхности земли. Эти подвижные материалы, доставленные в море, не могут в течение длительного времени оставаться на берегу; ибо из-за волнения ветров, приливов и течений все движущиеся объекты уносятся все дальше и дальше по отлогому дну моря к непостижимым областям океана.

Джеймс Хаттон

Хаттон, Джеймс. теория земли, том 1 (из 4), эдинбург: 1795 г., доступно на сайте project gutenberg, 9 июля 2004 г. http://www.gutenberg.org/files/12861/12861-h/12861-h.htm (дата обращения: 5 марта 2008 г.).

См. Также Астрономия и космология: установление космического календаря: спор о возрасте космоса и Земли;

библиография

Периодические издания

Гордон, Ричард Г. и Сет Стейн. «Глобальная тектоника и космическая геодезия.” Science 256 (1992): 333–341.

Хейсканен, В.А. «Новая эра геодезии». Наука 121 (1955): 48–50.

Мид, Чарльз и Дэвид Т. Сэндвелл. «Радар с синтезированной апертурой для геодезии». Science 273 (1996): 1181–1182.

Смолли Р., мл. «Космические геодезические свидетельства быстрых скоростей деформации в сейсмической зоне Нью-Мадрид в центральной части США». Nature 435 (2005): 1088–1090.

Веб-сайты

Национальная океаническая служба (США).

No related posts.