Общие сведения.

Глава I

1.1 Геодезия и ее задачи. Геодезия – наука, изучающая форму и размеры Земли, а также отдельных участков её поверхности. В геодезии разрабатываются различные методы и средства измерений для решения различных научных и практических задач, связанных с определением формы и размеров Земли, изображением всей или отдельных частей её поверхности на планах и картах, выполнения работ, необходимых для решения различных производственно-технических задач. В процессе своего исторического развития геодезия разделилась на ряд дисциплин. 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 её поверхности). Высшая геодезия занимается также методами точных измерений и способами их обработки с целью определения взаимного расположения точек на земной поверхности в единой системе координат.

Топография – научная дисциплина, занимающаяся съёмкой земной поверхности и разработкой способов изображения этой поверхности на плоскости в виде топографических планов. Топографическими съёмками называются практические работы по созданию оригинала топографического плана.

Картография – наука, изучающая вопросы картографического изображения и разрабатывающая методы создания карт и их использования. Картография тесно связана с геодезией, топографией и географией.

Фотограмметрия (измерительная фотография) – научно-техническая дисциплина, изучающая способы определения формы, размеров и положения объектов в пространстве по их фотографическим изображениям. Фотограмметрия применяется в геодезии, архитектуре и строительстве, астрономии, географии, океанологии, медицине и т.д. В фототопографии (создание топографических карт по фотоснимкам местности) фотограмметрия является теоретической основой.

Инженерная (прикладная) геодезия – наука, которая изучает вопросы приложения геодезии к инженерному делу. Её предметом является разработка и исследование методов геодезического обеспечения всех видов строительства и реконструкции, эксплуатации всех видов сооружений, в землеустройстве и при лесотехнических работах, монтаже и наладке сложных машин и т.д.

1.2 Инженерная геодезия и ее роль в строительном производстве. Основными задачами инженерной геодезии в строительстве являются:

Одной из важнейших задач на современном этапе строительства является правильно научно обоснованное назначение и реализация допусков на строительно-монтажные работы, разбивочные и контрольные измерения. В каждом конкретном случае необходимо устанавливать оптимальные допуски, руководствуясь требованиями к точности по тому или иному виду сооружения. Ужесточение допусков требует более точных монтажных устройств, более точного выполнения геодезических измерений, что вызывает нежелательное повышение затрат. Слишком свободные допуски приводят к различным исправлениям в строительно-монтажных работах, что ведёт к удорожанию и снижению качества строительства.

Учитывая, что геодезические работы в строительстве имеют свои особенности в зависимости от назначения и вида инженерного сооружения, то задачи и перспективы их развития в большой мере определяются перспективами развития строительного производства, появлением новых строительно-монтажных объектов и технологий.

1.3 Общие сведения о форме и размерах Земли. Фигура Земли формируется под влиянием внутренних и внешних сил. Основными являются сила внутреннего тяготения и центробежная сила. По данным геофизики Земля ведёт себя как пластичное тело. Если бы она была неподвижным и однородным по плотности телом, то под воздействием только сил тяготения она имела бы форму шара. Вследствие центробежной силы, вызванной вращением вокруг оси, Земля приобрела бы форму эллипсоида вращения с малой степенью сжатия в направлении полюсов.

На самом деле внутреннее строение Земли по плотности неоднородно. Вещество Земли, в общем, располагается концентрическими слоями, плотность которых возрастает от поверхности к центру. При таком строении Земля также должна была бы иметь фигуру эллипсоида, но с другой степенью сжатия, чем при однородной плотности.

В обоих случаях поверхность тела, находящегося в гидростатическом равновесии, будет в каждой точке горизонтальна, поскольку в каждой точке направление силы тяжести (отвесной линии) совпадает с нормалью (перпендикуляром) к поверхности. Поверхности, нормальные в каждой точке к отвесной линии, называются уровенными поверхностями силы тяжести. Т. о., поверхность эллипсоида вращения будет уровенной.

Однако земная кора состоит из неоднородных по плотности участков: материки и океанические впадины сложных геометрических форм, равнинные и гористые формы рельефа материков и соседствующих с ними океанов и морей. Вследствие такого неравномерного распределения масс в земной коре изменяются направления сил притяжения, а значит, и сил тяжести. При этом уровенная поверхность, как перпендикулярная к направлениям сил тяжести, отступает от эллипсоидальной и становится столь сложной, что её полностью нельзя описать конечным математическим выражением.

Рис. 1. Фотография Земли, выполненная Apollo 17.

Под влиянием участка большей плотности, чем окружающая его кора, отвесные линии отклоняются от нормали. Угол ε между отвесной линией и нормалью к поверхности эллипсоида называют уклонением отвесной линии (в среднем для Земли он равен 3΄ ΄ - 4΄ ΄, но может достигать и 45˝).

Для математической обработки результатов геодезических измерений нужно знать форму поверхности Земли. Использовать для этой цели поверхность геоида невозможно из-за её сложности. Фигурой, наиболее близкой к геоиду, является эллипсоид вращения (наибольшие отступления геоида от эллипсоида не превышают 150 м), называемый земным эллипсоидом. Параметрами, определяющими его размеры и форму, являются большая а и малая b полуоси или большая полуось а и полярное сжатие α = (а-b)/а. Величины этих параметров могут быть получены посредством градусных измерений, т.е. путём геодезических измерений длины дуги меридиана в 1°. Зная длину градуса в различных местах меридиана, можно установить фигуру и размеры Земли.

В 1946 году для геодезических и картографических работ приняты следующие параметры: а = 6 378 245 м, b = 6 356 863 м, α = 1: 298, 3. Эти параметры (относящиеся к территории нашей страны) получены в 1940 г. Ф.Н. Красовским и А.А. Изотовым.

Чтобы максимально приблизить поверхность земного эллипсоида к поверхности геоида, эллипсоид соответствующим образом ориентируют в теле Земли. Такой законодательно принятый эллипсоид называют референц-эллипсоидом.

При проведении инженерно-геодезических работ поверхности эллипсоида и геоида считают совпадающими; часто участки земной поверхности принимают за плоскость, а при необходимости учёта сферичности Земли считают её шаром, равным по объёму земному эллипсоиду. Радиус такого шара равен 6371, 11 км.