Геодезическая основа карты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Вступление

1. Градусные измерения. Вычисление длин дуг меридианов и параллелей

2. Система прямоугольных координат. Пункты государственной геодезической сети

3. Геодезические и географические координаты

Заключение

Список использованных источников

Вступление

Геодезическая основа карты это совокупность геодезических данных, необходимых для создания карты и определяющих положение объектов на карте по широте, долготе и абсолютной высоте. Она включает принятый для построения карты эллипсоид и геодезическую сеть.

Знания о геодезических основах карт необходимы при решении инженерных задач на картах, при составлении, проектировании, редактировании и изготовлении карт различного назначения.

Также, эти знания позволяют раскрыть взаимосвязи между элементами геодезической основы карт и математической составляющей, необходимых для подготовки карт к изданию, процессу обновления топографических карт, дешифрированию космических и аэрофотоснимков, применяемых на территории СНГ и за рубежом.

Ниже будут рассмотрены и изложены понятия и данные, которые необходимы для изучения основ и принципов геодезической основы карт.

1. Градусные измерения. Вычисление длин дуг меридианов и параллелей

Градусными измерениями называют геодезические измерения длины дуги Земного меридиана для определения формы Земли и ее полярного и экваториального..радиусов.

О том, что Земля имеет форму шара, люди узнали в глубокой древности. Первые предположения о шарообразности земли были высказаны Пифагором..около..530..лет..до..нашей..эры.

Впервые в истории размеры Земли были определены греческим ученым Эратосфеном, жившем в Египте. Эратосфен измерил длину дуги земного меридиана между г. Александрия и г. Сиеной (район Ассуана) и получил длину окружности Земли, равную 39 500 км, а величину радиуса 6 320..км.

В VII веке н.э. по измерениям арабских ученых окружность Земли была получена равной 40 255 км, а радиус - 6 406 км.

Долго ученые решали вопрос, как и каким образом точно измерить длину дуги..меридиана,..пока..на..помощь..не..пришла..триангуляция.

В 1553 году математик Г. Фризий (Райнер) предложил триангуляцию. После этого все градусные измерения проводились с помощью триангуляции. Метод триангуляции открыл новую эпоху в изучении формы и размеров..Земли.

Первым в Европе выполнил градусные измерения голландский ученый В. Снеллиус. В 1613 году он стал профессором Лейденовского университета. В 1615 году он приступил к работе по градусным измерениям. Здесь он впервые применил метод триангуляции в современном смысле этого слова. Работы продолжались два года и были закончены в 1617 году.

После обработки полевых измерений были получены следующие данные: длина дуги меридиана в 10 была равна 107,338 км, а длина четверти Земного меридиана - 9 660,411 км с относительной ошибкой в 3,4%.

При решении разного рода задач в картографии возникает необходимость в определении длины дуги меридианов и параллелей. Для практических целей будем предполагать, что земля имеет форму шара. Тогда задачи можно будет решать так:

Пусть точки А и В расположены на одной параллели. Длина дуги параллели s будет равна:

s = r ?л

где: r - радиус параллели; ?л - разность долгот точек А и В.

Радиус параллели r определится из прямоугольного треугольника

r = Rcosг

После подстановки значения r в равенство, получим:

s = Rcosг ?л

Рабочая формула будет иметь вид:

s = [(Rcosг) ?л?]/с?

где с? = 206 264?,806 - радианная мера в сек.

2. Система прямоугольных координат. Пункты государственной геодезической сети

Прямоугольные плоские координаты были предложены французским философом и математиком Декартом.

В 1637 году в книге «Геометрия» изложил способ прямоугольных координат.

Система координат состоит из двух взаимно перпендикулярных прямых (рис. 1): оси абсцисс «х» и оси ординат «у», делящих плоскость на четыре четверти. Направлениям осей от начала координат «0»- нульпункт приписываются знаки плюс «+» и минус «-» .

Положение точки А на плоскости определяется двумя координатами: отрезком «х» и «у». В геодезических работах в России применяется в виде зональной системы координат.

Прямоугольные координаты

В СССР (также имеет место быть и в странах СНГ) с 1932 года была введена единая общесоюзная система зональных прямоугольных координат. Авторами этой системы являются немецкие ученые К. Гаусс и Ф. Крюгер.

Проекция была предложена К. Гауссом в 30-х годах прошлого века и получила название поперечно-цилиндрической. Эта проекция является равноугольной или конформной. В этой проекции не искажаются углы, т.е. углы фигур на эллипсоиде и их изображение на плоскости равны.

Подробно об этой проекции будет сказано ниже.

В 1912 году геодезист Крюгер в своей работе «Konforme Abbildung der Erdellipsoids in der Erde» применил проекцию К. Гаусса для построения системы прямоугольных координат. С тех пор эту систему стали называть системой координат Гаусса-Крюгера.

Сущность этой системы координат заключается в следующем:

Земной эллипсоид разбивается на зоны. В странах СНГ и России применяются шести и трехградусные зоны. Средний меридиан зоны называется осевым. Номера зон идут от Гринвичского меридиана на восток. При шестиградусных зонах таких зон будет 60.

Координатными осями в каждой зоне являются осевой меридиан и экватор. Начало координат находится в точке пересечения осевого меридиана и экватора. В северном полушарии абсциссы «х» положительные, в южном - отрицательные. Ординаты у могут иметь как положительные, так и отрицательные значения.

Чтобы не иметь отрицательных ординат «у» в странах СНГ и России к началу ординат условно прибавляется 500 км. Тогда все точки в пределах зоны будут иметь положительные ординаты «у».

Измененные таким образом ординаты называются преобразованными. Система координат в каждой точке получается одинаковая.

На каждой топографической карте наносится координатная сетка. Для удобства в работе расстояния между ближайшими линиями координатной сетки выбирают кратными определенному числу километров на местности.

Координатная сетка на топографических картах называется километровой сеткой.

Расстояния между линиями километровой сетки на картах России и стран СНГ даны в таблице 1.

Таблица 1

На топографических картах крайние линии километровой сетки подписываются полным четырехзначным числом абсцисс «х» и ординат «у».

На остальных линиях даются только две последние цифры (рис. 2).

Фрагмент топографической карты.

Так как в этой системе координат Земной эллипсоид проектируется по зонам на поперечный цилиндр, то по краю зоны возникают искажения ординат ?s. На цилиндре ширина каждой зоны получается больше, чем на эллипсоиде, вследствие кривизны Земли.

Наибольшее удаление от осевого меридиана имеют крайние точки зоны на экваторе. Для этих точек величина искажения достигает 1/800, а для средней части СНГ она равна примерно 1/3500.

Также искажения находятся в пределах ошибки графических построений при создании карты масштаба 1 : 10 000.

Для карт масштаба 1 : 2 000 и 1 : 5 000 применяется 3 зона.

Система координат Гаусса - Крюгера принята во многих странах зарубежной Европы и СНГ.

Геодезической сетью называют систему закрепленных на местности точек земной поверхности, положение которых определено в общей для них системе координат и высот.

Геодезические сети подразделяются на государственные, геодезические сети сгущения и съемочные. Наиболее общей и точной является государственная геодезическая сеть (ГГС). Она представляет основу (каркас) для построения других геодезических сетей. Геодезическая опорная сеть подразделяется на плановую и высотную, а если для пунктов определены плановые и высотные координаты, то она является планово-высотной. градусный меридиан координата геодезический

По состоянию на конец 1980-х гг. плановая ГГС Республики Беларусь включала 6793 пункта, в том числе пунктов триангуляции 1, 2 классов - 2509 и 3, 4 классов - 4284, а средняя плотность составляла 1 пункт на 30,3 км2.

В последнее время геодезическая служба Республики Беларусь осуществляет переход на автономные методы координатных определений путем внедрения спутниковых систем позиционирования, т. е. определяется местоположение (координаты) объектов при помощи ИСЗ. В настоящее время действуют две глобальные системы позиционирования: в США - Global Positioning System (GPS) и в России - глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС).

На современном этапе развития ГГС создана высокоточная спутниковая геодезическая сеть. Ее основу составляет единая фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС) России и Беларуси. Составной частью данной совместной сети является пункт ФАГС «Минск», который благодаря установленной на нем совмещенной GPS/ГЛОНАСС системе действует в режиме постоянной спутниковой станции. Высокоточная спутниковая геодезическая сеть включает 10 пунктов равномерно расположенных на территории республики через 150-200 км и определенных с..точностью..взаимного..положения..1,5-2,0..см.

Дальнейшее развитие ГГС предусматривает сгущение спутниковой геодезической сети 1 класса с расстояниями между пунктами 25-30 км и сантиметровой точностью определения взаимного положения.

Высотную государственную геодезическую сеть создают методом геометрического нивелирования. В зависимости от точности определения высот пунктов, государственную нивелирную сеть подразделяют на I, II, III и IV классы. Нивелирная сеть I и II классов является главной высотной основой. Развитые на обширных территориях нескольких стран такие сети служат для решения важных научных задач (изучения современных вертикальных движений земной коры, определения разностей высот морей и океанов и др.). Линии нивелирования I и II классов прокладывают вдоль побережий морей и океанов, а также по шоссейным и железным дорогам, вдоль крупных рек. Нивелирная сеть I класса строится в виде полигонов с периметром 3000-4000 км, связанных между собой. Сети II, III, IV классов прокладывают внутри полигонов I класса. Высотная ГГС является основой для создания высотного обоснования топографических съемок всех масштабов.

По состоянию на..конец 1980-х гг. протяженность линий нивелирования высотной ГГС на территории Республики Беларусь составляла около 15 000 км, в том числе I, II классов - 4500. Общее число нивелирных знаков, закрепляющих на местности высотные ГГС превышало 40000.

Исходными пунктами плановой и высотной ГГС более низких классов служат пункты высших классов точности. Так, например, исходными пунктами для развития сетей второго класса являются пункты первого класса, т. е. ГГС от первого к последующим классам точности создается методом...сгущения.

Пункты ГГС закрепляются на местности специальными постоянными центрами, которые закладываются в земле (верх центра - марка находится ниже уровня земной поверхности) или в фундаментах и стенах капитальных зданий (сооружений). Опорные пункты плановой ГГС обозначены наземными сооружениями в виде пирамид и сигналов, устанавливаемых над центрами..знаков.

Пункты высотной ГГС закрепляют на местности постоянными знаками - реперами, которые бывают трех видов: фундаментальные, грунтовые и стенные,..в..т..ч..марки..и..реперы.

Плановую государственную геодезическую сеть сгущают путем построения на местности геодезической сети сгущения (ГСС) и съемочной геодезической сети. Плановую геодезическую сеть сгущения (местную геодезическую сеть) создают способом триангуляции 1 и 2 разрядов и способом полигонометрических ходов 1 и 2 разрядов. Съемочную геодезическую сеть строят способом микротриангуляции, различных засечек и..проложением..теодолитных..ходов.

Высотная геодезическая сеть сгущения строится путем проложения ходов геометрического и тригонометрического нивелирования по пунктам съемочного обоснования (ГСС и съемочных сетей). Общую плотность геодезических сетей устанавливают в зависимости от масштаба топографической съемки и условий местности.

Госкартгеоцентр формирует схемы геодезических сетей на территорию Республики Беларусь. Схемы образуют информационный блок "Геодезические данные" на странице электронной карты Республики Беларуси и отражают расположение пунктов геодезических сетей.

Информационная заполненность блока: триангуляция класса А на территорию Республики Беларусь, а также полигонометрия на населенные пункты: Копыль, Березино, Береза, Браслав, Высокое, Домачево, Ивацевичи, Ивенец, Клецк, Кобрин, Коссово, Красная Слобода, Марьина Горка, Мядель, Несвиж, Сокол, Ганцевичи, Лепель, Ляховичи, Мосты, Речица, Заславль.

Карта постоянно пополняется новыми материалами.

3. Геодезические и географические координаты

Геодезические координаты

Любая точка на земном эллипсоиде вполне определена если известны ее два основных параметра: широта - «В» и долгота «L» (геодезические координаты). Введем следующие определения «В и L».

Широта (В) (геодезическая) - есть угол, образованный нормалью к поверхности земного эллипсоида в данной точке и плоскостью его экватора;

Долгота (L) (геодезическая) - двугранный угол между плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана данной точки.

Линии меридианов получают рассекая эллипсоид плоскостями, проходящими через полярную ось;

Линии параллелий получают рассекая эллипсоид плоскостями перпендикулярно оси вращения Земли (полярной оси).

Параллели и меридианы на земном эллипсоиде, шаре, глобусе образуют сетку, называемую географической.

Параллель - окружность длиной Sр между двух точек с долготами L1 и L2 определяется по формуле

Sр = ф (L2 - L1)

Меридиан - эллипс, его длины дуг определяются более сложными вычислениями, при этом сравнительно короткие дуги, расположенные между двумя параллелями с широтами В1 и В2

ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ КООРДИНАТЫ

Для определения положения точек на Земном шаре широко применяется географическая система координат.

Принцип определения географических координат ввел в употребление египетский астроном Гипарх (190 - 125 г.г. до н.э.). Для этой цели он изобрел первый угломерный инструмент астролябию.

О том, что Земля - шар, впервые высказал мысль знаменитый Пифагор. Он говорил: «Все в природе должно быть гармонично и совершенно. Но совершеннейшее из геометрических тел есть шар. Стало быть Земля - шар».

В географии и картографии довольно часто при решении практических задач Землю принимают за шар и предполагают, что отвесная линия в каждой точке совпадает с радиусом Земли. Координатными осями географической системы служат начальный меридиан и экватор.

Меридианом точки называется дуга большого круга, проходящего через полюсы Земли и данную точку.

Параллелью называется дуга малого круга, проходящая через точку параллельно экватору. Папскою буллою в 1493 году за начальный меридиан был принят меридиан острова Ферро (Канарские острова).

В 1884 году на Международной конференции в Вашингтоне за начальный меридиан был принят Гринвичский.

Долготою точки (л) называется двугранный угол между плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана, проходящего через данную точку.

Долготы точек бывают восточные и западные, в зависимости от того, в каком полушарии находится точка. Долготы точек отсчитываются от 00 до 1800 к востоку и к западу.

Широтой точки (ц) называется угол между радиусом Земли, проходящим через данную точку и плоскостью экватора.

Широта бывает северная и южная. Широта отсчитывается от 00 до 900 к северному или южному полюсу.

Заключение

В настоящее время на многих геодезических предприятиях страны создаются, обновляются и издаются государственные топографические карты и планы населенных пунктов в графической, цифровой, фотографической и иных формах, точность и содержание которых обеспечивают решение общегосударственных, оборонных, научно-исследовательских и иных задач.

Кроме того, большое внимание уделяется созданию географических информационных систем и кадастров специального назначения. Для этого производятся геодезические и картографические работы, выполняемые при инженерно - геодезических, геологических, геофизических, гидрографичес-ких,..гидрометеорологических,..мелиоративных, лесотехнических, торфотех- нических изысканиях, изысканиях трасс линейных сооружений, землеустроительных и лесоустроительных работах, наблюдениях деформаций инженерных сооружений, иных изысканиях и специальных работах. Проводимые при этом геодезические измерения, будут геодезической основой топографических карт и планов.

Список использованных источников

1. Берлянт, А.М. Геоинформационное картографирование./ А.М. Берлянт. - М.: Изд-во Московского университета, 1997. - 64 с.

2. Берлянт, А.М., Мусин, О.Р. Взаимодействие картографии и геоинформатики. / А.М. Берлянт, О.Р. Мусин. - М.: Научный мир, 2000. - 192 с.

3. Берлянт, A.M. Картоведение./ А.М. Берлянт.- М.: Аспект Пресс, 2003. - 476 с.

4. Берлянт, A.M..Картография./ А.М. Берлянт. - М.: Аспект Пресс, 2002. - 336 с.

5. Жуков, В.Т., Сербенюк, С.Н., Тикунов, В.С. Математико-картографическое моделирование в картографии./ В.Т. Жуков, С.Н. Сербенюк, В.С.Тикунов. - М.: Мысль, 1980. - 218 с.

6. Королёв, Ю.А. Общая геоинформатика./ Ю.А. Королёв. - М.: Дата+, 2001.

7. Сербенюк, С.Н. Картография и геоинформатика - их взаимодействие./ С.Н. Сербенюк. - М.: МГУ, 1990.

Размещено на Allbest.ru