Введение в высшую геодезию. Связь высшей геодезии с основами геодезии

Геодезия - это наука об определении формы и размеров Земли, а также о выполнении измерений на земной поверхности с целью отображения этой поверхности на планах и картах. Она подразделяется на высшуюгеодезию, изучающую фигуру и гравитационное поле Земли, а также теорию и методы построения опорной геодезической сети, и собственно геодезию, разрабатывающую способы измерений, применяемые в топографии и инженерном деле. После построения опорной геодезической сети пункты этой сети получают плановые и высотные координаты, которые являются исходными для различных видов геодезических работ, проводимых во многих отраслях народного хозяйства.

И задача воспроизводства местности на планшете сводилась к перенесению в масштабе съемки точек земной поверхности на сориентированный в заданной системе координат планшет и в определении высот этих точек по измеренным превышениям относительно отметки точки стояния, т.е. к очень простому процессу. Простота производства топографической съемки обусловлена, прежде всего, наличием готовой координатной исходной основы необходимой точности и плотности, при которой отпадает необходимость учета в результатах геодезических измерений кривизны Земли и неоднородностей гравитационного поля Земли в пределах участка съемки. Но возможность такого простого подхода при топографической съемке, под которой в данном случае мы понимаем картографирование территории страны в единой системе координат, обеспечена сложным подготовительным процессом создания опорной геодезической сети, изучения гравитационного поля Земли, а также решения ряда других проблем, которыми уже занимается высшая геодезия.

Дело в том, что геодезические измерения выполняются на геометрически и математически сложной физической поверхности Земли и в реальном гравитационном поле, что на чертеже можно показать так (рис.1.1)

Иллюстрация к использованию результатов геодезических измерений, выполненных на реальной земной поверхности

— направления отвесных линий, совпадающие с направлением вертикальных осей геодезических приборов в момент измерений; — направления нормалей к эллипсоиду в точках стояния геодезических инструментов.

При выполнении измерений вертикальные оси геодезических инструментов в пункте наблюдения устанавливаются по направлениям отвесных линий. Направления отвесных линий являются характеристиками гравитационного поля Земли, состояние которого зависит от ее формы и от распределения масс внутри Земли. По этой причине гравитационное поле Земли не является однородным, и отвесные линии на земной поверхности не параллельны между собой. Поэтому первичные результаты геодезических измерений представляют собой некоторый хаотичный набор данных, относящихся к математически сложной поверхности и неудобных для практического использования. Чтобы результаты геодезических измерений можно было использовать при решении практических задач, они должны быть систематизированы и в конечном итоге представлены в виде каких-то координат, удобнее всего, прямоугольных. Так как геодезические сети, как правило, представляют собой систему треугольников, то задача по определению координат пунктов, расположенных в вершинах треугольников, является геометрической. Для возможности применения при математической обработке известных формул аналитической геометрии результаты геодезических измерений (расстояния между пунктами, горизонтальные направления, азимуты земных предметов и т.д.), полученные на математически и геометрически сложной поверхности реальной Земли, должны быть перенесены или средуцированы на сравнительно простую в геометрическом отношении вспомогательную поверхность, позволяющую использование этих формул. Поверхность должна быть достаточно близка к поверхности реальной Земли. Поэтому она определенным образом подбирается и ориентируется в теле Земли. Указанную вспомогательную поверхность принято называть поверхностью относимости, и она имеет вид эллипсоида вращения.

Задачей редуцирования результатов геодезических измерений на поверхность относимости занимается уже высшая геодезия. Это довольно сложная задача, и ее решение требует не только математических знаний, но и знаний о реальном гравитационном поле Земли, так как при редуцировании отвесные линии заменяются нормалями к поверхности относимости. Поэтому на первом этапе редуцирования необходимо исправить результаты геодезических измерений поправками за уклонения отвесных линий от нормали, что возможно только при изученности гравитационного поля Земли.

Кроме того, поверхность относимости должна быть достаточно близкой к поверхности Земли. Поэтому для ее подбора мы должны достаточно хорошо знать фигуру и размеры Земли. Таким образом, возникает круг взаимосвязанных проблем, которые и решает высшая геодезия. Дадим полное определение этой дисциплины, включая также и вопросы создания опорных геодезических сетей, а также логически связанных с высшей геодезией научных исследований.

Высшая геодезия – это наука, занимающаяся определением формы, размеров и гравитационного поля Земли, созданием государственных опорных геодезических сетей, изучением геодинамических явлений, решением геодезических задач на поверхности земного эллипсоида и в пространстве.