Эволюция представлений о форме и размерах Земли

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ

Современные методы геодезических измерений с использованием искусственных спутников земли

Учебное пособие

Санкт-Петербург

Издательство Политехнического университета

УДК 528.48 (075.8)

ББК 26я73

И 62

Авторы:

Е.Б. Михаленко, Н.Н. Загрядская, Н.Д. Беляев,
В.В. Вилькевич, В.В. Петров, А.А. Смирнов

Инженерная геодезия. Современные методы геодезических измерений с использованием искусственных спутников Земли : учеб. пособие / Е. Б. Михаленко [и др.]; под науч. ред. Е. Б. Михаленко. – СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2009. – 80 с.

Пособие соответствует государственному образовательному стандарту по направлению 270100 «Строительство».

Приведены основные сведения о форме и размерах Земли, о применяемых в геодезии системах координат и системах отсчета времени. Даны общие понятия о картографических проекциях и рассмотрена, в частности, проекция Гаусса–Крюгера. Подробно изложены вопросы определения местоположения с помощью искусственных спутников Земли. Описываются существующие глобальные системы определения местоположения. Приводятся сведения о составе оборудования, методиках проведения измерений и основных источниках возникновения ошибок. Рассмотрены вопросы комплексного использования спутниковой аппаратуры и традиционных геодезических средств при съемке местности. Раскрываются преимущества и недостатки спутниковых систем и перспективы их использования.

Предназначено для студентов инженерно-строительного факультета в пределах программы бакалавриата.

Табл. 1. Ил. 33. Библиогр.: 10 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.

ã Санкт-Петербургский государственный

ISBN 978-5-7422-2417-4политехнический университет, 2009

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в геодезии, навигации и других областях человеческой деятельности, где требуется определять положение объектов в пространстве, все более широкое применение находят методы, основанные на использовании искусственных спутников Земли. Благодаря высокой точности, автономности, независимости от погоды и времени суток, быстроте и простоте измерений, спутниковые технологии все чаще вытесняют традиционные и становятся основными.

Согласно принятой Федеральной службой геодезии и картографии России концепции дальнейшего совершенствования государственной геодезической сети, что будет выполняться исключительно посредством спутниковых измерений.

Спутниковые технологии имеют широкие перспективы в строительстве – при создании геодезической сети на этапе изысканий, при разбивке сооружений, нивелировании и выполнении других работ.

Форма и размеры Земли

Эволюция представлений о форме и размерах Земли

Представления о форме и размерах Земли, существовавшие в разные времена, были весьма различными, порой просто фантастичными, как, например, в Средние века. Однако мысль о шарообразности Земли высказывалась не один раз многими учеными.

Древние индусы, вавилоняне и греки считали Землю плоской или плоско-выпуклой, и что она держится на опорах. Впервые идея о шарообразности Земли была выдвинута, вероятно, халдейскими жрецами в VI в. до н.э. С таким же утверждением выступал грек Фалалей. Живший в VI в. до н.э. древнегреческий философ и математик Пифагор утверждал, что Земля, как «совершенное тело», должна иметь совершенную форму шара, а его современник Парменид объяснил, что никаких подпор у Земли нет. Великий греческий ученый Аристотель в своем трактате «О небе» привел ряд доказательств шарообразности Земли.

Что касается размеров земного шара, то попытки измерить Землю, делались не один раз. Однако первое исторически достоверное измерение Земли проделал древнегреческий ученый Эратосфен в III в. до н.э. Он заметил, что в двух египетских городах, расположенных па Ниле, в одно и то же время солнце стоит в Сиене (нынешнем Асуане) почти в зените, тогда как в Александрии светит под углом. Зная расстояние S между городами (на рис. 1 дуга сферы AС) и измерив с помощью гномона, закрепленного в полусферической чаше, угол z (зенитное расстояние), Эратосфен вычислил радиус Земли R: R = (180° × S)/(mp), z = m.

Поскольку расстояние между городами в то время измерялось в стадиях, нельзя определить, насколько точен был результат измерений Эратосфена. Стадией греки называли расстояние, которое проходил человек спокойным шагом от момента появления края солнца над горизонтом до момента появления всего его диска, что составляет примерно 158 – 185 м. Современные расчеты, выполненные при этих приблизительных значениях, дали результат R = 6 311–6 320 км, который следует признать вполне удовлетворительным, поскольку сейчас мы принимаем радиус Земли равным 6 371 км.

Рис. 1. Определение радиуса Земли Эратосфеном

В Средние века в развитии всей науки, в том числе и геодезии, наступил застой. Церковь и инквизиция передовое представление о мироздании объявили ересью. Интерес к геодезии вновь возник в эпоху Возрождения. Известные кругосветные путешествия в период Великих географических открытий подтвердили опытным путем, что Земля – шар.

И. Ньютон в опубликованном трактате в 1687 г. «Математические начала натуральной философии» утверждал, что из-за вращения вокруг своей оси Земля должна быть сплюснутой у полюсов и представлять собой сфероид или эллипсоид вращения, т. е. фигуру, которая получается, если вращать эллипс вокруг малой оси. Эта идея требовала подтверждения. Для этого Парижская академия наук организовала две экспедиции: одну в Перу, поближе к экватору, другую в Лапландию – на север Финляндии. Экспедиции должны были произвести измерения длин дуг меридианов, один градус которых, если Земля действительно сплюснута у полюсов, должен быть неодинаков на севере и на юге. Результат определений подтвердил сфероидальность Земли.