Геодезия туралы мәлімет қазақша (реферат)
«Геодезия» сөзі грек сөзінен «ge» — жер және «dazomai» — бөлікке бөлінемін, бөлікке бөлінемін; егер оны сөзбе-сөз аударса, онда «жер бөлу»алынады. Бұл атау Геодезияның пайда болуы мен бастапқы дамуы кезінде мазмұнына сәйкес келді. Мысалы, Мысырда біздің дәуірімізге дейін жер учаскелерінің көлемі өлшенді, суару жүйелері салынды; осының барлығы геодезистердің қатысуымен орындалды.
Адамзат қоғамының дамуымен, ғылым мен техниканың рөлінің артуымен геодезия мазмұны кеңейіп, оның алдына өмір қойған міндеттер күрделенді.
Қазіргі уақытта геодезия — бұл жер бетінде (құрлықта және акваторияларда), жер астында, жер маңындағы кеңістікте және басқа да планеталарда әр түрлі өлшемдерді жүргізу тәсілдері туралы ғылым.
Белгілі ғалым-геодезист В. В. Витковский геодезияны былай сипаттады: «Геодезия білімнің пайдалы салаларының бірі болып табылады; біздің бүкіл жер өміріміз жердің шегінен тыс шектелген және оның түрі мен өлшемдерін адамзатқа жеке адам ретінде — өз баспанасының мәліметтерімен танысу қажет».
Геодезияның көптеген міндеттерінің арасында алдағы жылдарға арналған ұзақ мерзімді міндеттер мен міндеттерді бөліп көрсетуге болады.
Біріншісі:
жердің фигурасын, өлшемдерін және гравитациялық өрісін анықтау,
жекелеген мемлекеттің, континенттің және тұтастай бүкіл жердің аумағына бірыңғай координаттар жүйесін тарату,
топографиялық карталар мен жоспарлардағы жер беті учаскелерінің бейнесі,
жер қыртысы блоктарының жаһандық ығысуын зерттеу.
Қазіргі уақытта екінші болып табылады:
ГАЖ геоақпараттық жүйелерді құру және енгізу,
мемлекеттік және жергілікті кадастрларды құру: жер, су, орман, қалалық және т. б. ,
Ресейдің мемлекеттік шекарасын делимитациялауды (айқындауды) және демаркациялауды (белгілеуді) топографиялық-геодезиялық қамтамасыз ету,
цифрлық картографиялау саласындағы стандарттарды әзірлеу және енгізу,
цифрлық және электрондық карталарды және олардың деректер банкін құру,
координаттарды автономды анықтаудың спутниктік әдістеріне жаппай көшудің тұжырымдамасы мен мемлекеттік бағдарламасын әзірлеу,
Ресейдің кешенді Ұлттық атласын құру және басқалар.
Бұл міндеттер Ресейдің геодезия және картография Федералдық қызметінің 1995 жылғы 20 ақпандағы алқасында жазылған.
Геодезияның күрделенуі мен дамуы оның бірнеше ғылыми пәндерге бөлінуіне әкелді.
Жоғары геодезия жер фигурасын, оның жолы шаралар мен гравитацондық өрісті зерттейді, мемлекет, континенттің немесе жердің бүкіл бетінің шектерінде қабылданған координаттар жүйелерінің таралуын қамтамасыз етеді, жер қабатының ежелгі және қазіргі заманғы қозғалыстарын зерттеумен айналысады, сондай-ақ Күн жүйесінің басқа планеталарының фигурасын, өлшемдері мен гравитациялық өрісін зерттейді.
Топография («топос» — орын,» графо » — жазу; жергілікті жердің сөзбе — сөз сипаттамасы) жергілікті жердің топографиялық түсірілімінің әдістерін, оны жоспарлар мен карталарда бейнелеу мақсатында зерттейді.
Картография карталарды, жоспарларды, атластарды және басқа да картографиялық өнімдерді жасау және пайдалану әдістері мен процестерін зерттейді.
Фотограмметрия (фототопография және аэрофотототопография) Фото — және аэрофотосуреттер бойынша карталар мен жоспарлар жасау әдістерін зерттейді.
Инженерлік геодезия әр түрлі инженерлік құрылыстарды іздестіру, жобалау, салу және пайдалану кезінде Геодезиялық жұмыстарды жүргізу әдістері мен құралдарын зерттейді.
Маркшейдерия (жерасты геодезия) жер асты тау-кен қазбаларында Геодезиялық жұмыстарды жүргізу әдістерін зерттейді.
Аталған пәндер арасында нақты белгіленген шекаралар жоқ екені түсінікті. Сонымен, топография жоғары геодезия және картография элементтерін қамтиды, инженерлік геодезия іс жүзінде барлық басқа геодезиялық пәндердің бөлімдерін қолданады және т. б.
Геодезиялық пәндердің осы толық емес тізбесінен теориялық және практикалық сипаттағы қандай әртүрлі міндеттер көрініп тұр, — Мемлекеттік және жеке мекемелердің, компаниялар мен фирмалардың талаптарын қанағаттандыру үшін геодезистерге шешуге тура келеді. Елдің өндіргіш күштерін мемлекеттік жоспарлау және дамыту үшін оның аумағын топографиялық тұрғыдан зерттеу қажет. Топографиялық карта мен геодезистер жасайтын жоспарлар жер бетінде жұмыс істейтін немесе қозғалатын барлық адамдарға қажет: геологтарға, теңізшілерге, ұшқыштарға, жобалаушыларға, құрылысшыларға, егіншіліктерге, орман жүргізушілерге, туристерге, оқушыларға және т.б. әсіресе армия карталары қажет: қорғаныс құрылыстарын салу, көрінбейтін мақсаттар бойынша ату, зымыран техникасын пайдалану, әскери операцияларды жоспарлау, — осының барлығы картасыз және басқа да геодезиялық материалсыз мүмкін емес.
Геодезия басқа «геонаукалармен» достастықта жерді зерттеумен, яғни жер туралы ғылымдармен айналысады. Жердің физикалық қасиеттерін жалпы «жер физикасы» ғылымы зерттейді, біздің ғаламшарымыздың жоғарғы қабығының құрылысын геология және геофизика, мұхиттар мен теңіздердің құрылысы мен сипаттамаларын — гидрология, океанография зерттейді. Атмосфера — жердің ауа қабығы және онда болатын процестер Метеорология мен климатологияны зерттеу пәні болып табылады. Өсімдік әлемі геоботаник, жануарлар әлемі — зоология зерттейді. Сонымен қатар, география, геоморфология және басқалар да бар. Жер туралы барлық ғылымдардың арасында геодезия өз орнын алады: ол жалпы жер геометриясын және оның бетінің жекелеген учаскелерін, сондай-ақ жер бетіндегі және оған жақын жердегі кез келген объектілердің (табиғи және жасанды) геометриясын зерттейді.
Геодезия, басқа да ғылымдар сияқты математика, физика, астрономия, радиоэлектроника, автоматика және басқа да іргелі және қолданбалы ғылымдар жетістіктерін үнемі сіңіреді. Лазердің өнертабысы лазерлік геодезиялық аспаптардың — лазерлік нивелирлер мен жарық бергіштердің пайда болуына алып келді; есептемелерді автоматты түрде бекітетін кодтық өлшеу аспаптары микроэлектроника мен автоматиканың белгілі бір даму деңгейінде ғана пайда болуы мүмкін. Ал информатикаға келер болсақ, оның жетістіктері қазір біздің көз алдымызда болып жатқан шынайы революцияны геодезияға шақырды.
Соңғы жылдары бірегей инженерлік құрылыстардың құрылысы геодезиядан өлшеулердің дәлдігін күрт арттыруды талап етті. Сонымен, қуатты үдеткіштердің жабдықтарын монтаждау кезінде миллиметрдің оныншы және тіпті жүздеген үлесін есепке алуға тура келеді. Геодезиялық өлшеу нәтижелері бойынша қолданыстағы өнеркәсіптік жабдықтың деформациясы мен шөгуін зерттейді, сейсмикалық белсенді аймақтарда жер қыртысының қозғалысын анықтайды, өзендердегі, теңіздердегі және мұхиттардағы су деңгейін және жер асты суларының деңгейін бақылайды.
Геодезиялық міндеттерді шешу үшін Жердің жасанды спутниктерін пайдалану мүмкіндігі геодезия — Ғарыштық геодезия және геодезия планеталарының жаңа бөлімдерінің пайда болуына әкелді. К. Э. Циолковскийдің: «жер-адамзат бесігі, бірақ мәңгілік бесікте өмір сүруге болмайды. «
1.2 жер фигурасы туралы түсінік
Жер ғаламшар ретіндегі фигурасы ғалымдарды ертеден қызықтырды; геодезистер үшін оның фигуралары мен өлшемдерін белгілеу негізгі міндеттердің бірі болып табылады.
Сұрақ: «жер қандай формада?»адамдардың көпшілігі жауап береді:» Жер шар нысаны бар!». Шынында да, егер тау мен мұхиттық ойпатты санамасаңыз, онда Жерді бірінші жақындағанда шар деп санауға болады. Ол осьтің айналасында айналады және физиканың заңдарына сәйкес полюстерде жалғау керек. Екінші жақындағанда жер айналудың эллипсоидінен алынады; кейбір зерттеулерде оны үш осьті эллипсоид деп есептейді.
Жер бетінде жазықтар, шұңқырлар, биіктіктер және әртүрлі биіктіктегі таулар кездеседі; егер көлдер, теңіздер мен мұхиттар түбінің рельефін назарға алсақ, онда Жердің физикалық бетінің пішіні өте күрделі деп айтуға болады. Оны зерттеу үшін оқушылардың информатика сабақтарында танысатын модельдеудің кеңінен танымал тәсілін қолдануға болады.
Қандай да бір объектінің немесе құбылыстың моделін әзірлеу кезінде осы нақты міндетті табысты шешу үшін маңызы бар оның басты сипаттамаларын ғана ескереді; осы міндет үшін елеулі емес ретінде барлық басқа сипаттамалар назарға алынбайды.
Шар тәрізді Жер үлгісінде жер беті сфералық формаға ие; мұнда саланың радиусы ғана маңызды, ал қалғандары — теңіз ойпаттары, таулар, жазықтар — маңызды емес. Бұл модельде сфераның геометриясы қолданылады, оның теориясы салыстырмалы қарапайым және өте жақсы әзірленген.
Эллипсоидтің айналу моделі екі сипаттамаға ие: үлкен және кіші жартылай осьтердің өлшемдері. Бұл модельде айналудың эллипсоид геометриясы қолданылады, ол сфераның геометриясынан әлдеқайда күрделі, бірақ жеткілікті түрде әзірленген.
Егер жер бетінің учаскесі шағын болса, онда кейде осы учаске үшін жазық бет моделін қолдану мүмкін болады; бұл модельде күрделілігі бойынша (дәлірек, қарапайымдылығы бойынша) сфера геометриясымен, әсіресе эллипсоид геометриясымен тең емес жазықтықтың геометриясы қолданылады.
Жоғары геодезия бойынша оқулықтардың бірінде: «жер фигурасы ұғымы бірдей емес және алынған деректерді пайдалануға байланысты әртүрлі түсіндірмесі бар»деп жазылған. Геодезиялық міндеттерді шешу кезінде кейде жер учаскесінің бетін не жазықтықтың бөлігі, не сфераның бөлігі, не айналу эллипсоидінің бетінің бөлігі және т. б. есептеуге болады.
Арнайы құралдарсыз Жердің кез келген нүктесінде қандай бағытты анықтауға болады? Әрине, ауырлық күшінің бағыты; жүкті жіпке ілу керек және тартылған жіп осы бағытты бекітеді. Дәл осы бағыт геодезия негізгі болып табылады, өйткені ол объективті және оңай және жай ғана анықталады. Жердің әр түрлі нүктелеріндегі ауырлық күшінің бағыттары параллель емес, олар радиалды, яғни жер радиусының бағыттарымен бірдей.
Ауырлық күшінің бағытына перпендикуляр беті деңгейлік бет деп аталады. Деңгейлік беттерді әр түрлі биіктіктерде жүргізуге болады; олардың барлығы тұйық және бір-біріне параллель.
Әлемдік мұхиттың ашылмаған бетіне сәйкес келетін және материктің астында оймен созылған деңгей беті геоидтің негізгі деңгейі деп аталады.
Қазіргі уақытта Жердің физикалық бетін зерттеу кезінде қосалқы беттің рөлін квазигеоид беті орындайды, ол астрономиялық, геодезиялық және гравиметриялық өлшеулердің нәтижелері бойынша эллипсоид бетіне қатысты дәл анықталуы мүмкін. Теңіздер мен мұхиттардың аумағында квазигеоидтың беті геоидтің бетіне сәйкес келеді, ал құрлықта ол одан екі метр /24/ шегінде ауытқиды (сурет. 1. 1).
Сур. 1. 1
Жердің нақты бетіне құрлықта оның физикалық беті, теңіздер мен мұхиттар аумағында — олардың қойылмаған беті қабылданады.
Жердің нақты бетін зерттеу дегеніміз не? Бұл дегеніміз, қабылданған координаттар жүйесіндегі оның кез келген нүктесінің жағдайын анықтау. Бұл жағдайда, ол жер бетіне жақынырақ келеді; бұл эллипсоидтің беті тағы да қатыстық беті деп аталады. Қабылданған өлшемдердің айналу эллипсоиды жер бетіне геодезиялық желілер жатады, оны есептеу кезінде референц-эллипсоид деп аталады.
Біздің еліміздің аумағы үшін КСРО Министрлер Кеңесінің 1946 жылғы 7 сәуірдегі N 760 қаулысымен Красовский эллипсоид қабылданды:
үлкен жартылайось a = 6 378 245 м, кіші жартылайось b = 6 356 863 м, полярлық қысу:
Әртүрлі елдерде қолданылатын референц-эллипсоидтердің бірдей емес өлшемдері болуы мүмкін; өлшемдері халықаралық геодезиялық ұйымдар бекітетін жалпы жер бетіндегі эллипсоид бар. Мысалы, WGS-84 жүйесінде (World Geodetic System) бұл өлшемдер мәні a = 6 378 137.0 м, полярлық қысу:
Кіші жарты бұла қажет болған жағдайда a және б арқылы есептеледі.
Ол үшін, ол математикалық тұрғыдан айналудың эллипсоидтің бетіне қарағанда жеңілірек, ал кейбір есептер үшін сфераның шағын бөлігін немесе эллипсоидты жалпақ деп санауға болады.
1.3.1 астрономиялық координаттар
Сфераның бетіндегі нүктенің орналасуы екі сфералық координатамен — ендік пен бойлықпен анықталады (сурет. 1. 2: O нүктесі-сала орталығы, P нүктесі-Солтүстік полюс, P’ нүктесі — Оңтүстік полюс). Өткіземіз жолға экватора QQ алынған қиылысатын жазықтықта экватора және бетінің.
Сфераның бетінде жатқан a нүктесінің меридианның жазықтығы a нүктесінің тіктеу сызығы және PP Жердің айналу осі арқылы өтеді. A нүктесінің меридианы-Бұл a нүктесінің меридианы жазықтығының сфераның бетімен қиылысу сызығы.
A нүктесінің ендігі-бұл A нүктесінің тік сызығымен және экватор жазықтығымен түзілген бұрыш; бұл бұрыш нүктенің меридианы жазықтығында жатыр.
Ендік экватордан екі жаққа есептеледі (солтүстікке қарай — солтүстік ендік, оңтүстікке қарай — оңтүстік) және 0o-ден 90o-ға дейін өзгереді.
Сур. 1. 2
Бастапқы меридиан Лондонға жақын орналасқан Гринвич обсерваториясының бас залының орталығы арқылы өтеді. Бойлығы 0o — ден 180o — ге дейін, Гринвичтен батысқа қарай-батыс және шығысқа қарай-Шығыс. Бір меридианның барлық нүктелері бірдей бойлыққа ие.
A нүктесі арқылы экватордың жазықтығына параллель жазықтықты өткіземіз; осы жазықтықтың сфераның бетімен қиылысу сызығы нүктенің параллельі деп аталады; параллельдің барлық нүктелері бірдей ені бар.
Горизонт жазықтығының және Меридиан жазықтығының қиылысу сызығы жартылай сызықты сызық деп аталады; жартылай созылған сызықтың бағыты-оңтүстіктен солтүстікке. Егер бір параллельге жататын екі нүктенің жартылай созылған сызықтарын жүргізсеңіз, онда олар PP’ Жердің айналу осінің жалғасқан нүктесінде қиылысады және осы нүктелердің меридиандарын жақындату деп аталатын бұрыш құрайды.
Жер нүктелерінің ені мен ұзындығын астрономиялық бақылаулардан анықтайды, сондықтан олар астрономиялық координаттар деп аталады.
1.3.2 Геодезиялық координаттар
Айналу эллипсоидінің бетінде нүктенің орналасуы Геодезиялық координаталармен — геодезиялық ендікпен B және геодезиялық бойлықпен L анықталады (сурет. 1. 3).
Нүктенің геодезиялық ендігі-бұл осы нүктеде эллипсоидтің бетіне және экватордың жазықтығына нормаланған бұрыш. Нүктенің геодезиялық ұзындығы-бұл бастапқы меридианның жазықтығы мен нүкте меридианының жазықтығы арасындағы екі қырлы бұрыш.
Геодезиялық меридианның жазықтығы A нүктесі және эллипсоидтің кіші жарты осьі арқылы өтеді; бұл жазықтықта эллипсоидтің бетіне қалыпты жатады.
А нүктесінің геодезиялық және астрономиялық координаталарының айырмашылығы осы нүктенің тіктеу сызығының арасындағы бұрышқа және сол нүктедегі эллипсоид бетінің нормасына байланысты. Бұл бұрыш тіктеу сызығы деп аталады; ол әдетте 5-тен аспайды». Жердің кейбір аудандарында, аномальды деп аталатын, тіктеу сызығының ауытқуы бірнеше ондаған доғалы секундқа жетеді. Дәлдігі жоғары емес геодезиялық жұмыстар кезінде астрономиялық және геодезиялық координаттар ажыратылмайды; олардың жалпы атауы — географиялық координаттар — жиі қолданылады.
Екі координаталар-ендік және бойлық — салыстырмалы (сфера немесе эллипсоид) бетіндегі нүктенің жағдайын анықтайды. Үшөлшемді кеңістіктегі нүктенің орналасуын анықтау үшін оның үшінші координатын белгілеу қажет, ол геодезияда биіктік болып табылады. Біздің елімізде биіктік есебі Балтық теңізінің орташа деңгейіне сәйкес келетін деңгейлік беттен жүргізіледі; бұл биіктік жүйесі Балтық деп аталады.
1.3.3 тікбұрышты координаттар
Жазық тікбұрышты координаттар жүйесі координаттар осьтері деп аталатын екі өзара перпендикуляр түзу сызықты құрайды; олардың қиылысу нүктесі координаттар жүйесінің басы немесе нөлі деп аталады. Абсцисс осі — OX, ось ордината — OY.
Тікбұрышты координаттардың екі жүйесі бар: сол және оң. Геодезия жиі сол жүйе қолданылады (сурет. 1. 4-а). Тік бұрышты жүйедегі нүктенің орналасуы X және Y екі координатымен анықталады; x координаты нүктенің ОУ осінен арақашықтығын, y координатынан OY осінен арақашықтықты білдіреді.
Сур. 1. 4-а
Координаталардың мәндері оң («+»белгісімен) және теріс («- «белгісімен) болады. 1. 4-a).
1.3.4 полярлық координаттар
Полярлық координаттар жүйесі Ox бағытталған түзу сәулесін құрайды. Координаталардың басы — O нүктесі — жүйенің полюсі, OX сызығы-полярлық ось деп аталады. Полярлық жүйедегі кез келген нүктенің жағдайы екі координатпен анықталады: R радиус-векторымен (s полярлық арақашықтықты синоним) — полюстен нүктеге дейінгі арақашықтықпен, — OX осімен және нүктенің радиусымен түзілген және сағат тілі бағыты бойынша OX осінен есептелетін o нүктенің полярлық бұрышымен (сурет. 1. 4-б).
Екі жүйенің басы бір нүктеде және OX осі бірдей болған жағдайда тікбұрышты координаталардан полярлық координаталарға және кері ауысу (сурет. 1. 4-в), мына формулалар бойынша орындалады: X = S * Соѕв, Y = S * Ѕіпв, tgв = Y/X,.
Бұл формулалар ДОВ шешімінен тараптар мен тікбұрышты үшбұрыштың бұрыштары арасындағы белгілі қатынастар бойынша алынады.
Тікбұрышты және полярлық координаттар жүйелері жазықтықтағы нүктелердің орналасуын анықтау үшін геодезияда қолданылады.
1.4 проекция әдісі
1.4.1 Орталық проекция
Жалпақ сызбада көлемді затты бейнелеу үшін проекциялар әдісі қолданылады. Қарапайым проекцияларға орталық және ортогональды проекциялар жатады. Орталық проекция кезінде (сурет. 1. 5-а) жобалау проекция орталығы деп аталатын бір нүктеден шығатын сызықтармен орындалады. Жобалау сызығын проекция жазықтығымен қиылысқанға дейін жүргіземіз, A, B, C, D нүктелерінің проекциялары болып табылатын A, b, C, D нүктелерін аламыз. Сурет 2.6 — к е с т е.сурет 2.6-к е с т е. сурет 2.6-к е с т е. сурет 2.6-к е с т е. сурет 2.6-к е с т е. сурет 2.6-к е с т е. сурет 2.6-к е с т е. сурет 2.6-к е с т е. сурет 2.6-к е с т
Сур. 1. 5-а
1.4.2 ортогоналды проекция
Жобалау сызығының ортогональды проекциясында проекция жазықтығына перпендикуляр. A, B, C, D нүктелері арқылы p проекциясының перпендикулярлы жазықтықтарын жүргіземіз; олардың p жазықтығымен қиылысқан кезде тиісті нүктелердің A, B, c, d ортогональды проекцияларын аламыз (сурет. 1. 5-б)
Сур. 1. 5-б
1.4.3 көлденең проекция
Жер бетінің учаскесін қағазға бейнелеу үшін екі операцияны орындау қажет: алдымен учаскенің барлық нүктелерін салыстырмалылық бетіне (айналудың эллипсоидінің бетіне немесе сфераның бетіне) жобалау және содан кейін жазықтыққа қатыстылықтың бетін бейнелеу. Егер жергілікті жер учаскесі шағын болса, онда оған сәйкес келетін сала учаскесі немесе эллипсоид беті жазықтықпен ауыстыруға және жобалау бірден жазықтықта орындалады деп есептеуге болады.
Жер бетінің жекелеген нүктелері мен тұтас учаскелерін салыстырмалылық бетіне жобалау кезінде көлденең проекция қолданылады, онда жобалау тіктеу сызықтармен орындалады.