Инженерната геодезия
Кратка историческа справка за развитието на геодезията
Възникването на геодезията датира от дълбока древност. Известно е, че в държавите от Близкия изток в продължение на няколко хилядолетия пр.н.е. е създадена сложна напоителна система. За 2150 години пр.н.е. е построен тунел с дължина 0,9 км под река Ефрат, докато реката е отклонена в нов канал. На територията на много държави са запазени останките от древни подземни структури, свидетелстващи за високото ниво на строително изкуство от онези времена. Тези работи не биха могли да бъдат извършени без геодезически измервания с подходяща точност.
В средата на XV - XVI век. търговията се съживява, навигацията се разширява, отварят се нови земи - всичко това предизвика необходимостта от карти и планове.
1.1. Предмет и задачи на геодезията
Геодезията е наука за измерванията на земната повърхност, извършвани за определяне на формата и размерите на Земята, изображения на земната повърхност под формата на планове, карти и профили, за решаване на инженерни и икономически проблеми.
Геодезията в процеса на нейното развитие е разделена на редица научни и научно-технически дисциплини:
-висша геодезия(със секция Морска геодезия) изучава формата и размерите на Земята, нейното външно гравитационно поле, определя координатите и височините на отделни точки от земната повърхност в единна система в цялата страна;
-геодезия(топография) изучава методите за детайлни измервания и изображения на части от земната повърхност върху топографски планове и карти;
-картографиятаизучава методите за изобразяване на земната повърхност или нейните части под формата на карти и планове (в различни проекции);
-фототопографиятасе занимава с изучаването на инструменти и методи за фотографиране на района от въздуха или от земята иконвертиране на снимки в планове и карти;
-космическата геодезиярешава основните задачи на геодезията, както и задачите на геодезическото осигуряване на космически изследвания на повърхността на Земята, Луната и планетите с помощта на космически кораби;
-маркшейдерствоизучава методите и средствата за геодезически измервания, извършвани в условията на минни изработки (кариери, рудници), както и при изграждането на подземни съоръжения (тунели, метро).
-приложна(инженерна) геодезия се занимава с изучаването на методите и средствата за геодезическа работа, свързани с решаването на проблемите на проучванията, проектирането, изграждането и експлоатацията на всички видове и видове инженерни конструкции, монтаж, подравняване и настройка на технологично оборудване, включително наблюдение на валежите и деформациите на тези конструкции.
Геодезията използва постиженията на редица науки: математика, физика, астрономия, география, геоморфология, фотография, механика. Геодезията използва съвременни методи и средства за изчисление, изчислителни машини, софтуерни системи, които позволяват получаване на картографски материал в електронен вид.
Ролята на геодезията в националната икономика и отбраната на страната е голяма. Приложната геодезия е от голямо значение при проучването и изграждането на газови, водопроводни и канализационни мрежи и съоръжения. Инженерни и геодезически измервания са необходими при разработването на проект за инженерни комуникации за прехвърлянето им на терена, за изграждане и експлоатация на конструкции. Геодезическите измервания и конструкции извършват непрекъснат контрол за спазване на проектните геометрични форми и размери на конструкцията и нейната устойчивост. В процеса на изграждане и експлоатация на съоръженията, методите и средствата на приложната геодезия извършват наблюдения на валежите истроителни деформации. Широкото развитие на земеустройствените дейности, насочени към най-рационалното използване на земята, като се вземе предвид качеството на земеделската земя, извършването на напоителни и дренажни мерки е невъзможно без геодезически измервания.
1.2. Общи сведения за формата и размерите на Земята
Физическата повърхност на Земята има сложна форма, сушата заема 29%, моретата и океаните - 71% от цялата повърхност. За да изобразите земната повърхност на план, трябва да знаете фигурата на Земята. Това ще позволи да се избере такъв метод за проектиране на изображението на земната повърхност, който да позволи проектиране на неправилната форма на Земята под формата на математически модел.
На първо място, ще дадем понятието "равна повърхност". Нивелирана повърхност (фиг. 1.1) - повърхност, перпендикулярна във всяка точка на посоката на гравитацията (отвес).
Можете да начертаете колкото искате равни повърхности, защото Земята е разнородна и се състои от слоеве, чиято плътност е различна. За фигурата на Земята е взета равна повърхност, съвпадаща с повърхността на океаните и моретата в спокойно състояние на водни маси и мислено продължена под континентите. Такава нивелирана повърхност се наричагеоид.
Ориз. 1.1. Концепцията за равна повърхност
1.3. Математически модели на земната повърхност, използвани в геодезията
1. Ако Земята беше хомогенна, неподвижна и подвластна само на вътрешните сили на гравитацията, тя би имала формата натопка(фиг.1.2).
2. Под действието на центробежна сила, причинена от въртене около оста с постоянна скорост, Земята придобива формата на сфероид илиелипсоид на въртене(фиг.1.3).
Ориз. 1.3. Елипсоид на революцията
3. Всъщност поради неравномерноразпределение на масите вътре в Земята, елипсоидалната фигура на Земята е деформирана и има форматагеоид(фиг.1.4). Най-големите отклонения на геоида от елипсоида не надвишават 100–150 m.
Че. с помощта на специални инструменти от физическата повърхност на Земята геодезическите измервания се проектират върху геоид, чиято форма не е изследвана. Геоидната фигура се заменя с правилна математическа фигура, към която могат да се приложат математически закони. Размерите на земния елипсоид са:
голяма полуос a = 6378245 m,
малка полуос b = 6356863 m,
полярна контракция a = 1:298.3.
4. За да се доближи земният елипсоид до геоида, той се поставя в тялото на Земята, ориентиран по определен начин. Такъв елипсоид с определени параметри и ориентиран по определен начин в тялото на Земята се наричареферентен елипсоид(фиг. 1.5).
Ориз. 1.5. Референтен елипсоид
5. Геоидът не може да бъде строго изследван поради непознаване на разпределението на плътността на масата вътре в Земята. Вместо геоида беше предложено да се вземе фигуратаквазигеоид(фиг. 1.6), която може да се определи точно въз основа на астрономо-геодезични и гравиметрични измервания на земната повърхност, без да се отчита вътрешната структура и плътността на масата вътре в Земята. Повърхността наквазигеоидасе отклонява от повърхността на геоида с максимум 2 m в планински райони, в океаните и моретата повърхностите им съвпадат.