Геодезия

Геодезия (греч. geōdaisía, от gē – Земля и dáiō – делю, разделяю) – наука об определении фигуры, размеров и гравитационного поля Земли и об измерениях на земной поверхности для отображения её на планах и картах, а также для проведения различных инженерных и народно-хозяйственных мероприятий. Название «геодезия» («землеразделение») указывает на те первоначальные практические задачи, которые обусловили её возникновение, но не раскрывает её современных научных проблем и практических задач, связанных с разнообразными потребностями человеческой деятельности.

 

При определении фигуры и размеров Земли в геодезии исходят из понятия об уровенных поверхностях Земли, т. е. о таких поверхностях, на каждой из которых потенциал силы тяжести имеет всюду соответствующее постоянное значение и которые пересекают направления отвесной линии под прямым углом. Направление отвесной линии в геодезии принимают за одну из координатных линий, т. к. оно в каждой данной точке может быть построено однозначно при помощи уровня или даже простейшего отвеса.

 

Поверхность воды в океанах и сообщающихся с ними морях в состоянии полного покоя и равновесия являлась бы одной из уровенных поверхностей Земли. Эту уровенную поверхность, мысленно продолженную под материками так, чтобы она везде пересекала направление отвесной линии под прямым углом, в геодезии принимают за основную уровенную поверхность Земли. Фигуру же этой уровенной поверхности в геодезии принимают за сглаженную фигуру Земли и называют геоидом.

 

Теория фигуры Земли и результаты астрономических и геодезических измерений показывают, что фигура геоида в общем близка к эллипсоиду вращения. Эллипсоид, который по своим размерам и положению в теле Земли наиболее правильно представляет фигуру геоида в целом, называют общим земным эллипсоидом. Изучение фигуры Земли заключается в определении размеров земного эллипсоида и его положения в теле самой Земли, а также отступлений геоида от этого эллипсоида. Если определить высоты точек земной поверхности относительно геоида, т. е. над уровнем моря, то тем самым будет изучена и фигура физической поверхности Земли, Размеры земного эллипсоида и его положение в теле Земли устанавливают путём определения направлений отвесных линий в избранных точках земной поверхности и взаимного положения этих точек в известной системе координат. Направление отвесной линии в данной точке характеризуется её астрономической широтой и долготой, которые выводятся из астрономических наблюдений. Взаимное положение точек земной поверхности определяется их геодезическими широтами и долготами, которые характеризуют направления нормалей в этих точках к поверхности т. н. референц-эллипсоида. Угол между отвесной линией и нормалью к поверхности референц-эллипсоида в данной точке есть отклонение отвеса и характеризует наклон уровенной поверхности Земли относительно поверхности референц-эллипсоида в этой точке. По наблюдённым отклонениям отвеса в избранных точках определяют как размеры земного эллипсоида, так и высоты геоида, Совокупность астрономических и геодезических измерений, позволяющих определять фигуру и размеры Земли, носит название градусных измерений и приводит к геометрическим методам решения этой проблемы. Существуют и физические, или динамические, методы изучения фигуры и гравитационного поля Земли. Они основаны на измерениях ускорения силы тяжести и наблюдениях за движением искусственных спутников Земли и космических летательных аппаратов. Измеренные величины силы тяжести сравнивают с соответствующими теоретическими величинами, рассчитанными для известной эллипсоидальной уровенной поверхности. Разности тех и других величин силы тяжести называют аномалиями силы тяжести и характеризуют отклонения уровенных поверхностей Земли от поверхности эллипсоида. Они позволяют определить сжатие Земли и отступления геоида от земного эллипсоида. Отступление реальной фигуры Земли от правильной шарообразной формы и аномалии гравитационного поля Земли вызывают возмущения орбит искусственных космических объектов. Зная же возмущения орбит искусственных космических тел, на основании наблюдений и измерений можно определить фигуру и внешнее гравитационное поле Земли. совместно применение геометрических и динамических методов позволяет определить одновременно фигуру, размеры и гравитационное поле Земли как планеты.

 

Отклонения отвеса и аномалии силы тяжести отражают особенности внутреннего строения Земли и используются для выяснения вопросов о распределении масс внутри Земли и особенно для изучения строения земной коры. Данные о фигуре, размерах и гравитационном поле Земли имеют большое значение для установления масштаба взаимных расстояний и масс небесных тел. Они используются также для механико-математических расчётов, связанных с запуском космических летательных аппаратов и с изучением космического пространства вообще.

 

Другие задачи геодезии состоят в различных измерениях на земной поверхности для отображения её на планах и топографических картах, которые имеют большое значение для военного дела и без которых не обходится ни одно народно-хозяйственное и инженерно-техническое мероприятие. Геодезические работы производятся с целью изыскания, проектирования и строительства гидротехнических сооружений и промышленных предприятий, ирригационных и судоходных каналов, наземных и подземных путей сообщения и т.п. Геодезические работы и топографические карты служат основой планировки городов и населённых пунктов, землеустроительных и лесоустроительных мероприятий, поиска полезных ископаемых и освоения природных богатств и т.д. Иногда приходится считаться с тем, что фигура и гравитационное поле Земли, а также земная поверхность претерпевают изменения, обусловленные различными внешними и внутренними причинами. Эти изменения изучаются по результатам повторных астрономических наблюдений, геодезических измерений и гравиметрических определений. Предполагаемое горизонтальное движение материков изучают повторными астрономическими определениями положения отдельных точек земной поверхности. Повторные геодезические определения взаимного положения и высот точек земной поверхности через известные промежутки времени позволяют установить скорость и направление горизонтальных и вертикальных движений земной коры.