Что называется физической поверхностью земли
геодезия. 1. Что такое физическая и уровенная поверхность Земли
1. Что такое физическая и уровенная поверхность Земли?
Физическая поверхность Земли- это поверхность Земли состоящая из суши (сочетание наземностей и возвышенностей высот которых над уровнем моря достигают 8-9) км и водной поверхности.
Уровневая поверхность- это математическая поверхность Земли, которая представляет собой поверхность воды океанов в ее спокойном состоянии, мысленно продолженную под материки.
2. Обоснуйте понятия ортогональной и центральной проекций в геодезии.
Другая имеющая важное значение в геодезии проекция называется центральной. Суть ее заключается в следующем. Возьмем произвольную точку О (рис. 1.3) и соединим ее со всеми вершинами многоугольника ABCDE, находящегося на земной поверхности. Полученные в пересечении с горизонтальной плоскостью PQ точки а, Ь, с, d, еж будут центральными проекциями точек А,В, С, D, Е. Плоский многоугольник abede называется центральной проекцией многоугольника ABCDE.
Рис. 1.2. Ортогональная проекция Рис. 1.3. Центральная проекция
3. Что называется географической долготой и широтой?
4. Дайте определение геодезической широты и долготы?
5. Какие системы координат применяются в геодезии?
В геодезии широко используются геодезические общеземные (геоцентрические) и референцные системы координат. Все геодезические данные определяются ( измеряются или вычисляются) в конкретной геодезической системе координат.
Геодезическими данными принято называть величины, которые определяют средствами и методами геодезии, навигации, геодезической астрономии и геодезической гравиметрии. К ним относятся координаты, расстояния, азимуты и дирекционные углы, горизонтальные углы и горизонтальные направления, аномалии силы тяжести, уклонения отвесной лини, высоты квазигеоида над эллипсоидом. Все геодезические данные связаны с положениями конкретных точек в пространстве, в том числе на поверхности Земли. Геодезические данные, относящиеся к точкам в пространстве, могут проектироваться на поверхность эллипсоида, а затем на плоскость проекции. В связи с этим в практической геодезии широко используются математические системы пространственных координат X,Y,Z, геодезических координат B,L,H и плоских прямоугольных координат х,у.
6. Что называется абсолютной и условной высотой точки на земной поверхности?
Высоту земной поверхности измеряют обычно от уровня Мирового океана, который принимают отметки 0. Высота, измеренная от уровня Мирового океана, называется абсолютной. Абсолютная высота позволяет сравнивать по высоте разные, даже самые отдаленные между собой, точки земного шара.
7. Что называется относительной высотой точки на земной поверхности?
8. Что называется отметкой точки на земной поверхности?
9. Что называется геодезической и гипсометрической высотой точки на земной поверхности?
Геодезимческой (эллипсоидамльной) высотомй некоторой точки физической поверхности земли называется отрезок нормали к эллипсоиду от его поверхности до данной точки. Вместе с геодезическими широтой и долготой(B и Lсоответственно) она определяет положение точки относительно заданного эллипсоида. Физически эллипсоида не существует, следовательно геодезическая высота не может быть непосредственно измерена наземными методами. Определить её возможно с помощью спутниковых измерений, а также посредством обработки рядов триангуляции,астрономо-геодезического нивелирования.
10. Назовите границы, при которых уровенную поверхность можно считать за плоскость при измерении расстояний.
Если изображаемый участок земной поверхности не выходит за пределы круга диаметром 20 км, то соответствующую ему часть уровенной поверхности можно принимать за плоскость.
11. Укажите границы, при которых уровенную поверхность можно считать за плоскость при измерении превышений.
С увеличением диаметра (D) погрешность в горизонтальном расстоянии растет очень быстро, так как она пропорциональна кубу расстояний. Поэтому при изменении вертикальных расстояний необходимо определить величину ∆ h для данных условий и, в соответствии с требованиями к точности, учитывать или пренебрегать влиянием кривизны Земли.
Что называется физической поверхностью земли
I. Фигура Земли. Физическая поверхность Земли. Геоид.
Поверхность, всюду перпендикулярная отвесным линиям (направлениям силы тяжести), называется уровенной. Земля (ее масса) создает вокруг себя бесчисленное множество уровенных поверхностей.
Через одну точку пространства проходит только одна уровенная поверхность. С точки зрения механики уровенная поверхность есть поверхность равного потенциала силы тяжести и представляет собой фигуру равновесия жидкого или вязкого вращающегося тела, образующегося под действием сил притяжения и центробежных сил.
II. Земные эллипсоиды.
Эллипсоид вращения, форма и размеры которого близки к форме и размерам геоида, называется земным. Это самое общее определение.
Размеры и форма эллипсоида вполне определяются двумя параметрами: большой полуосью а и сжатием a (или эксцентриситетом е ). Для практической реализации земной эллипсоид необходимо ориентировать в теле Земли определенным образом. При этом выдвигается общее условие: ориентирование должно быть выполнено таким образом, чтобы разности астрономических и геодезических координат были минимальными. Земной эллипсоид может подбираться так, чтобы данное условие было выполнено в некоторой области, стране или даже в группе стран (например, СНГ). В этом случае ориентирование эллипсоида подчиняется следующим требованиям: [7]
Малая полуось эллипсоида должна быть параллельна оси вращения Земли.
Поверхность эллипсоида должна находиться возможно ближе к поверхности геоида в пределах данной страны.
Центр эллипсоида должен совпадать с центром масс Земли.
Эллипсоид, удовлетворяющий этим требованиям, называется общим земным эллипсоидом (ОЗЭ).
Поскольку требования к ОЗЭ на практике удовлетворяются с некоторыми допусками, а выполнение последнего в полном объеме вообще недопустимо, то в геодезии и смежных науках могут использоваться различные реализации ОЗЭ, параметры которых очень близки, но не совпадают (см. ниже).
При ориентировании ОЗЭ в теле Земли (в отличие от РЭ) нет необходимости вводить исходные геодезические даты.
III. Системы координат, используемые в геодезии.
Системы координат можно классифицировать по ряду признаков. Приведем некоторые из них. [1]
3. По назначению. Для описания положения небесных объектов используются звездные системы. Для объектов, участвующих в суточном вращении Земли, используются земные системы координат.
Если в формулах (1) используются параметры а и е референц-эллипсоида, то получим референцную систему координат, если параметры ОЗЭ, то это будет общеземная система координат. В обоих случаях начало систем располагается в центре эллипсоида, оси х лежат в плоскостях начальных меридианов, оси z совпадают с малыми полуосями эллипсоидов.
Кроме этих систем могут использоваться местные системы, которые возникают во всех случаях, если используется или другой эллипсоид, или другое начало координат, или имеет место разворот координатных осей и т.д. В соответствии с [5] «плоские прямоугольные координаты в местных системах вычисляются в проекции Гаусса-Крюгера с местными координатными сетками». Поэтому, например, система СК-63, хотя и получена на основе общегосударственной системы, но, поскольку ее сетка сдвинута и развернута по отношению к стандартной, то ее также следует рассматривать как местную. Порядок введения местных систем устанавливается министерствами и ведомствами по согласованию с органами Государственными геодезического надзора. Во всех случаях после завершения работ координаты пунктов должны быть пересчитаны в государственную референцную систему.
Физическая поверхность Земли
Формы и размеры земли. Эллипсоид профессора Ф. Н. Красовского.
В геодезии для обозначения формы земной поверхности используют термин «фигура Земли».
Знание фигуры и размеров Земли необходимо во многих областях и прежде всего для определения положения объектов на земной поверхности и правильного её изображения в виде карт, планов и цифровых моделей местности.
Физическая поверхность Земли состоит из подводной (70,8 %) и надводной (29,2 %) частей. Подводная поверхность включает в себя систему срединно-океанических хребтов, подводные вулканы, океанические желоба, подводные каньоны, океанические плато и абиссальные равнины. Надводная часть земной поверхности также характеризуется многообразием форм. С течением времени поверхность Земли из-за тектонических процессов и эрозии постоянно изменяется.
Уровенных поверхностей, огибающих Землю, можно вообразить множество. Та из них, что совпадает со средним уровнем воды океанов в спокойном состоянии, т.е. в момент полного равновесия всей массы находящейся в ней воды под влиянием силы тяжести, называется основной уровенной поверхностью Земли.
Математическая поверхность Земли
Рассмотрим любую материальную точку А на физической поверхности Земли (рис. 3).
На эту точку оказывают влияние две силы: сила притяжения Fп, направленная к центру Земли, и центробежная сила вращения Земли вокруг своей оси Fц, направленная от оси вращения по перпендикуляру. Равнодействующая этих сил называется силой тяжести Fт.
В любой точке земной поверхности направление силы тяжести, называемое ещё вертикальной или отвесной линией, можно легко и просто определить с помощью уровня или отвеса. Оно играет очень большую роль в геодезии. По направлению силы тяжести ориентируется одна из осей пространственной системы координат.
Если через точку А построить замкнутую поверхность, которая в каждой своей точке будет перпендикулярна отвесной линии (направлению силы тяжести), то данную поверхность можно принять в качестве математической при решении некоторых частных задач в геодезии. Такая поверхность получила название уровенной или горизонтальной. Её недостаток в том, что она содержит элемент неопределенности, т.е. через любую точку можно провести свою уровенную поверхность, и таких поверхностей будет бесчисленное множество
Для устранения этой неопределенности при решении общих геодезических задач принимается так называемая общая математическая поверхность, т.е. уровенная поверхность, которая в каждой своей точке совпадает со средним уровнем морей и океанов в момент полного равновесия всей массы воды под влиянием силы тяжести. Такая поверхность носит название общей фигуры Земли или поверхности геоида.
Геоид – выпуклая замкнутая поверхность, совпадающая с поверхностью воды в морях и океанах в спокойном состоянии и перпендикулярная к направлению силы тяжести в любой её точке
Из-за неравномерного распределения масс внутри Земли геоид не имеет правильной геометрической формы, и в математическом отношении его поверхность характеризуется слишком большой сложностью. Поэтому там, где это допустимо, поверхность геоида заменяется приближенными математическими моделями, в качестве которых принимается в одних случаях земной сфероид, в других – земной шар, а при топографическом изучении незначительных по размеру территорий – горизонтальная плоскость, т.е. плоскость, перпендикулярная к вертикальной линии в данной точке.
Земной сфероид – эллипсоид вращения получается вращением эллипса вокруг его малой оси b (см. рис. 3), совпадающей с осью вращения Земли, причем центр эллипсоида совмещается с центром Земли.
Размеры эллипсоида подбирают при условии наилучшего совпадения поверхности эллипсоида и геоида в целом (общеземной эллипсоид) или отдельных его частей (референц-эллипсоид).
Фигура референц-эллипсоида наилучшим образом подходит для территории отдельной страны или нескольких стран. Как правило, референц-эллипсоиды принимают для обработки геодезических измерений законодательно.
Наиболее удачная математическая модель Земли в виде референц-эллипсоида была предложена проф. Ф. Н. Красовским с большой полуосью a=6378245 м, малой – b=6356863 м и коэффициентом сжатия у полюсов a = (a-b)/a = 1/298.3
Постановлением Совета Министров СССР № 760 от 7 апреля 1946 года эллипсоид Красовского принят для территории нашей страны в качестве математической поверхности Земли.
В инженерной геодезии для практических расчетов за математическую поверхность Земли принимают шар со средним радиусом R=6371.11 км. Объем шара равен объему земного эллипсоида.
Физическая поверхность Земли
При топографическом изучении физической поверхности Земли надводная и подводная части рассматриваются отдельно. Надводная часть (суша) – местность (территория) является предметом изучения топографии. Подводную часть –акваторию (поверхность, покрытую водами морей и океанов) изучает океанография.
В свою очередь местность разделяют на ситуацию и рельеф.
Ситуацией называют совокупность постоянных предметов местности: рек, озер, растительного покрова, дорожной сети, населенных мест, сооружений и т.п. Границы между отдельными объектами ситуации называются контурами местности.
Рельефом (от лат. relevo – поднимаю) называют совокупность неровностей суши, дна океанов и морей, разнообразных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития.
Рельеф как совокупность неровностей физической поверхности Земли рассматривается по отношению к её уровенной поверхности.
Рельеф слагается из положительных (выпуклых) и отрицательных (вогнутых) форм (рис. 4) и образуется главным образом в результате длительного одновременного воздействия на земную поверхность эндогенных (внутренних) и экзогенных (внешних) процессов.
Рельеф изучает геоморфология.
Основными формами рельефа являются гора, котловина, хребет, лощина.
Физическая поверхность Земли
При топографическом изучении физической поверхности Земли надводная и подводная части рассматриваются отдельно. Надводная часть (суша) – местность (территория) является предметом изучения топографии. Подводную часть – акваторию (поверхность, покрытую водами морей и океанов) изучаетокеанография.
В свою очередь местность разделяют на ситуацию и рельеф.
Ситуацией называют совокупность постоянных предметов местности: рек, озер, растительного покрова, дорожной сети, населенных мест, сооружений и т.п. Границы между отдельными объектами ситуации называются контурами местности.
Рельефом (от лат. relevo – поднимаю) называют совокупность неровностей суши, дна океанов и морей, разнообразных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития.
Рельеф как совокупность неровностей физической поверхности Земли рассматривается по отношению к её уровенной поверхности.
Рис. 4. Рельеф местности
Рельеф слагается из положительных (выпуклых) и отрицательных (вогнутых) форм (рис. 4) и образуется главным образом в результате длительного одновременного воздействия на земную поверхность эндогенных (внутренних) и экзогенных (внешних) процессов.
Рельеф изучает геоморфология.
Основными формами рельефа являются гора, котловина, хребет, лощина.
Проектирование земной поверхности. Системы координат
Топографическое изучение земной поверхности заключается в определении положения ситуации и рельефа относительно математической поверхности Земли, т.е. в определении пространственных координат характерных точек, необходимых и достаточных для моделирования местности. Модель местности может быть представлена в виде геодезических чертежей, изготовление которых называют картографированием, и аналитически – в виде совокупности координат характерных точек. Для построения моделей местности в геодезии применяют метод проекций и различные системы координат.
Метод горизонтальной проекции заключается в том, что изучаемые точки (A, B, C, D, E) местности с помощью вертикальных (отвесных) линии проектируются на уровенную поверхность У (рис. 5), в результате чего получают горизонтальные проекции этих точек (a, b, c, d, e). Отрезки Аa, Bb, Cc, Dd, Ee называются высотами точек, а численные их значения – отметками.
Высота точки является одной из её пространственных координат. Отметка называется абсолютной, если в качестве уровенной поверхности принимается геоид, и относительной или условной, если для этого принимается произвольная уровенная поверхность.
Рис. 5. Проектирование точек местности на уровенную поверхность Земли
Две другие недостающие координаты точки определяются с помощью системы координат, построенной на математической поверхности Земли (рис. 6).
Через любую точку поверхности референц-эллипсоида можно провести две взаимно перпендикулярные плоскости:
· плоскость геодезического меридиана – плоскость, проходящая через ось вращения Земли PP’;
· плоскость геодезической широты, которая перпендикулярна плоскости геодезического меридиана.
Следы сечения поверхности референц-эллипсоида этими плоскостями называют меридианом(М) и параллелью.
Меридиан, проходящий через астрономическую обсерваторию в Гринвиче, называется начальным или нулевым (М0).
Параллель, плоскость которой проходит через центр Земли O, называется экватором (Э).
Плоскость, проходящая через центр Земли O перпендикулярно к её оси вращения PP’, называется экваториальной.
Основой для всех систем координат являются плоскости меридиана и экватора.
Рис. 6. Система географических координат
Системы координат подразделяются на угловые, линейные и линейно – угловые.
Примером угловых координат являются географические координаты (рис.6): широта j и долгота l. Вдоль соответствующих параллели и меридиана широта и долгота точек постоянны.
В геодезии применяются следующие системы координат:
· плоские прямоугольные геодезические (зональные);
Геодезические координаты
Геодезические координаты определяют положение точки земной поверхности на референц-эллипсоиде (рис.7).
Рис. 7. Система геодезических координат
Геодезическая широта B – угол, образованный нормалью к поверхности эллипсоида в данной точке и плоскостью его экватора. Широта отсчитывается от экватора к северу или югу от 0° до 90° и соответственно называется северной или южной широтой.
Геодезическая долгота L – двугранный угол между плоскостями геодезического меридиана данной точки и начального геодезического Гринвичского меридиана.
Долготы точек, расположенных к востоку от начального меридиана, называются восточными, а к западу – западными.
Физическая поверхность Земли. Уровенная поверхность
Земля не является правильным геометрическим телом, и ее невозможно выразить математической формулой. Поэтому в геодезии принято определение уровенной поверхности. Уровенная поверхность – выпуклая поверхность, перпендикулярная к направлению силы тяжести (отвесной лини) в каждой точке. Под формой Земли в геодезии понимают геоид. Геоид – поверхность Мирового океана, мысленно продолженная под сушей. Путем измерений установлено, что по форме поверхность геоида наиболее близка поверхности эллипсоида. Установлены размеры земного эллипсоида: 6378245 м, 6356863 м, полярное сжатие 1/298,3. Этот эллипсоид назван эллипсоидом Красовского.
Уклон линии, понятие, измерение
Уклон линии – это отношение превышения к заложению линии. Уклон – мера крутизны ската. i= h/d. Выражают в процентах или промилях.
Абсолютные и относительные высоты. Реперы.
Высоты бывают абсолютными, если отсчет ведется от уровенной поверхности Земли, и относительными, если отсчет берется относительно какой-либо другой уровенной поверхности, проходящей через произвольную точку. Разность между высотами двух точек называется превышением. Превышение бывает положительным и отрицательным. Точки с известной абсолютной высотой на местности закрепляют реперами. Эта высота определяется посредством нивелирования относительной исходной уровенной поверхности. На реперах закрепляется металлический диск диаметром 5 см с номером и указанием ведомства.
Основные формы рельефа. Способ горизонталей и их свойства.
Рельеф – форма физической поверхности Земли, рассматриваемая по отношению к её уровенной поверхности.
Рис. 29. Формы рельефа:
1 — лощина; 2 — хребет; 3, 7, 11 — гора; 4 — водораздел; 5, 9 — седловина; 6 — тальвег; 8 — река; 10 — обрыв; 12 — терраса
К основным формам рельефа относятся:
Гора – это возвышающаяся над окружающей местностью конусообразная форма рельефа. Наивысшая точка её называется вершиной. Вершина может быть острой – пик, или в виде площадки – плато. Боковая поверхность состоит из скатов. Линия слияния скатов с окружающей местностью называется подошвой или основанием горы.
Котловина – форма рельефа, противоположная горе, представляющая собой замкнутое углубление. Самая низкая точка её – дно. Боковая поверхность состоит из скатов; линия их слияния с окружающей местностью называется бровкой.
Хребет – это возвышенность, вытянутая и постоянно понижающаяся в каком – либо направлении. У хребта два склона; в верхней части хребта они сливаются, образуя водораздельную линию, или водораздел.
Лощина – форма рельефа, противоположная хребту и представляющая вытянутое в каком – либо направлении и открытое с одного конца постоянно понижающееся углубление. Два ската лощины; сливаясь между собой в самой низкой части её образуют водосливную линию или тальвег, по которой стекает вода, попадающая на скаты. Разновидностями лощины являются долина и овраг: первая является широкой лощиной с пологими задернованными скатами, вторая – узкая лощина с крутыми обнаженными скатами. Долина часто бывает ложем реки или ручья.
Седловина – это место, которое образуется при слиянии скатов двух соседних гор. Иногда седловина является местом слияния водоразделов двух хребтов. От седловины берут начало две лощины, распространяющиеся в противоположных направлениях. В горной местности через седловины обычно пролегают дороги или пешеходные тропы; поэтому седловины в горах называют перевалами.
Свойства горизонталей
Понятие горизонталей, сечения, заложения.
Горизонталью называют след, получающийся от сечения земной поверхности уровенной поверхности, и следовательно, горизонталь есть линия на земной поверхности( чаще всего воображаемая), проходящая через точки с одинаковыми отметками
Уровенные поверхности, рассекающие земную поверхность, отстают она от другой на одной и том же расстоянии, называется высотой сечения.
Растояния между двумя смежными горизонталями в плане называется заложением.
Координаты местности.
величины или числа, определяющие положение точки наплоскости или в пространстве относительно некоторой исходной точки, принятой за начало К. В военнойпрактике для определения положения различных точек на местности применяются географические (см.),прямоугольные и полярные К.