Геодезия

Жоспар:

1. Геодезия
2. Жердің пішіні мен көлемі
3. Геодезияда колданылатын координаталар жүйелері
4. Жердің қисықтығының горизонталь арақашықтық пен нүкте биіктігіне әсері

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Геодезия 

 

Геодезия - Жер туралы ертеден келе жатқан ғылымдардың бірі. «Геодезия» деген сөздің өзі грек тілінен аударғанда, «жерді болу» мағынасын білдіретіндігі, оның адамзаттың тыныс тіршілігінде жер учаскелерін өлшеуге, белуге байланысты пайда болғандыгының дәлелі. Қазіргі замандағы геодезия-жерді болу мағынасы шеңберінен әлдеқашан шыккан, күрделі ғылыми, ғылыми- техникалық және инженерлік мәселелерді геодезиялық, т.б. да аспаптар көмегімен арнайы өлшеу және өлшеу нәтижелерін математикалық-графиктік өндеу арқылы шешетін жан-жақты ғылым саласына айналып отыр. Сөйтіп, геодезия - Жердің пішіні мен көлемін анықтауда, оның жекелеген бөліктерін планға, картаға түсіруде, жердің қималарын (профильдерін) жасауда, инженерлік жүмыстарды жобалауда, жүргізуде және пайдалануда қолданылатын әр түрлі өлшеу әдістері туралы ғылым. Геодезия ежелгі ғылымдардың бірі бола түрса да, адамзат қоғамының, ғылым мен техниканың жедел дамуына байланысты өзінің мазмүнын өзгертіп отырды. Соның нәтижесінде геодезия бірнеше дербес ғылыми және ғылыми-техникалық салаларға бөлінді.

Жоғарғы геодезия

Жоғарғы геодезия - жердің және планеталардың фигуралары мен көлемдерін зерттеу, сондай-ақ геодезиялык негізгі тірек жүйелерін құру жөніндегі міндеттерді шешеді. Жоғарғы геодезия мәселелерін шешу үшін жүргізілген егжей- тегжейлі зерттеулер барысында одан геодезиялық астрономия, геодезиялык гравиметрия, ғарыштық геодезия сияқты жеке пәндер бөлініп шықты.

 

Геодезиялык, астрономия - геодезиялык  тірек жүйелерін құруда аспан  шырақтарын бақылау негізінде координаталық  бастапқы мәліметтерді анықтау мәселелерімен  шүғылданады.

 

Геодезиялық гравиметрия - жер  бетінің жекелеген нүктелерінің ауырлық күшін арнайы аспаптармен  өлшеу арқылы жер пішінін зерттеумен айналысады.

 

Ғарыштың геодезия - жердің жасанды серіктерінің көмегімен  жер беті нүктелерінің геометриялық аракатынастарын зерттейді.

 

Геодезияның (топографияның) еншісіне жер бетінің шағын аймактарын жазықтык ретінде қарап, оны өлшеу  мен қағаз бетіне кескіндеу тиген.

 

 

 

 

Картография

 

Картографияда жер бетінің  едәуір аймақтарының кескіндерін әртүрлі  мақсаттағы түрінде жасау әдістері мен процестері және көбейту технологиясы зерттеледі.

 

Аэрофототопография

 

Аэрофототопография - аэросуреттер бойынша топографнялық карталар мен пландар жасау әдістерін  зерттейді және жетілдірумен шұғылданады.

 

Қолданбалы геодезия

 

Қолданбалы геодезия - ізденістер, құрылыстар мен инженерлік ғимараттарды салу жэне пайдалану, кұрылыс жабдыктарын  монтаждау, табиғат байлықтарын  пайдалану, т.б. инженерлік жұмыстар кезінде  атқарылатын геодезиялык жұмыстардың  әдістерін зерттеумен айналысады. Қолданбалы геодезияда жоғарғы геодезияның, топографияның, маркшейдерлік істің де негіздері  кең пайдаланылады, ал кей кездерде өзіне тән өлшеу тәсілдері  мен аспаптарын қолданады.

 

Геодезия пәнінің негізгі  ғылыми-техникалық міндеттеріне мына төмендегідей жұмыстар жатады: - жер  бетіндегі нүктелердің координаттарын белгілі бір жүйеде аныктау; - тау-кен  кәсіпорындарын жобалау, салу және пайдалану  кезінде қажетті әртүрлі өлшеулерді жер бетінде, жер қойнауында, атмосфера  қабатында, теңізде және ғарыш кеңістігінде жүргізу; - республикамыздың корғаныс мұктаждығын геодезиялық мәліметтермен  қамтамасыз ету мәселері жатады. Алдына қойылған міндеттерін атқаруда геодезия, математика, физика, астрономия, география, геоморфология, фотограмметрия, механика, радиоэлектроника сияқты ғылымдардың  деректеріне сүйенеді. Геодезиялық  өлшеулердің нәтижелерін өндеуде  осы күнгі ғылыми математикалық  өндеу әдістері мен есептеу техникасы, оның ішінде әр түрлі цифрлы және электронды машиналар қолданылады.

 

Физика геодезияны электроникамен және электротехникамен қатар оптикалық, оптикалык-механикалық және электронды- оптикалық аспаптар мен жүйелердің жобалау есептерінің негіздерімен толықтырады. Астрономия геодезияны геодезиялық  тірек жүйелерін дамыту үшін бастапқы мәліметтермен қамтамасыз етеді. Автоматика, телемеханика және радиоэлектроника салаларындағы  ғылым мен техника жетістіктерінің  негізінде аса жаңа геодезиялық  аспаптар қүрастырылады. Географияны  білу жер бедерін қүрайтын ландшафт элементтерін, жер бетінің табиғи жамылғыларын жэне адам қызметінің нәтижелерін дұрыс түсіндіруді қамтамасыз етеді. Жер бедерінің пішіндерін және олардың өзгеру зандылықтарын танып білуде геология мен геоморфология көмекке келеді. Жерді зерттеу оның сыртқы гравитациялық өрісіне зерттеулер жүргізумен байланысты. Ал гравиметрияның зандары мен аспаптарын пайдаланбай, мүндай зерттеулер жүргізу мүмкін емес. Пландар мен карталарда графикалык сапалы безендіру топографиялық сызу тәсілдерін білуді қажет етеді. Геодезияның халық шаруашылығының түрлі-түрлі салалары үшін практикалық үлкен маңызы бар. Мәселен, геодезиялык өлшеулер, жолдар, каналдар, жерасты күрылыстары (метро, кабельдер, қүбырлар), әуе желілері (электрлік беріліс, байланыс желілері) трассаларын белгілеу кезінде, пайдалы кен орындарын барлау және пайдалану кездерінде кең қолданылып келеді. Геодезия жер иегерлерін орналастыруда, жерді құрғату мен суландыруда, орман шаруашылығын жүргізу кезінде қолданылады. Карта эскери істе белгілі бір жерді зерттеу, оның бетіне әскери жағдайды бейнелеп түсіру, жауынгерлік операцияларға талдау жасау және т.б. үшін пайдаланылады.

Жердің пішіні мен көлемі

 

Жердің пішіні мен көлемі.Ғылым  мен техниканың көптеген салалары (жердің жасанды серіктері мен арыштық  ракеталарды ұшыруда, авиацияда, теңізде  жүзу, радиобайланыс, т.б.), әсіресе жер  бетін картада дұрыс кескіндеу, жердің пішіні мен көлемін дәл  білуді қажет етеді. Жер-Күн жүйесіндегі  планеталардың бірі және оның қыртысы  әр түрлі қыраттар мен ойпаттардан  тұрады. Жердің шамалы ғана бөлігі (20%) қүрлық, ол 71%-ын дүниежүзілік мұхит  алып жатыр. Дүниежүзілік мұхиттың орташа тереңдігі 3800 м-ге жуық, ал құрлықтағы кейбір таулардың, мәселен, Эверестің (Джамолунгма) биіктігі 9000м-ге жетеді. Теңіз деңгейінен биіктігі 875 м-ге тең. Сонымен қүрлықтың көлемі дүниежүзілік мұхитқа қараганда едәуір аз және де қүрлықтың мұхит терендігі, қыраттармен  салыстырғанда онша биік болмагандықтан, мұхит деңгейін жердің пішіні ретінде  қабылдау қажеттігі туды. Сол себептен, жер беті үшін шамамен дүниежүзілік мұхит пен теңіз суларының  тыныш жағдайына сәйкес келетін  деңгей беті алынады. Құрлық астынан  ойша жүргізілген мұндай бет тұйық  фигура жасайды және кез-келген нүктесінде жердің ауырлық центріне бағытталған  тіктеуіш сызықты тік бүрыш жасап, қиып өтеді. Яғни мүндай түйық беттің кез-келген нүктесі ауырлық күшінің  бағытына перпендикуляр. Осы деңгей бетпен шектелген денені-геоид деп  атайды. Геоид-гректің ге—«жер» және даіо-«бөлу» деген сөздерінен алынган. Геоидтың пішіні күрделі, оның пішіні мен көлемін дәлірек анықтау үшін, жер бетінің барлығына өлшеулер жүргізіледі. Осы жоғары дәлдікпен жүргізілген геодезиялық, астрономиялық және гравиметриялық өлшеулер нәтижесінде жердің шарға емес, 1— суреттегі ПЕ1П1Е эллипсінің кіші осьті РР1 төңірегінде айналуынан пайда болатын математикалық бетке-айналу эллипсоидына жақын келетіндігі анықталды. Жердің өз осінде айналуынан оның бетінде күн мен түн алмасып, күн тәулігі аныкталады. 1-суретте бейнеленген осы осьті- РР жердің айналу осі деп атайды. Бұл осьтің Жер бетімен қиылысқан екі нүктесі-Солтүстік және Оңтүстік полюстар деп аталынады. Жердің айналу осін тік бүрыш жасап және оның дәл ортасын кесіп өтетін жазықтықты-экватор жазықтыгы дейді. Экватор жазыкгыгы мен жер бетінің қиылысу сызыгы (ЕК1Е1К)- экватор деп аталады. Жердің айналу осі арқылы өтетін жазықтық- меридиан жазыгы делінеді де, ал сол жазыктыктардың жер бетімен киылысқан сызықтары (РКРК)-меридиандар деп аталады. Халықаралық келісім бойынша, Лондондағы Гринвич обсерваториясы арқылы өтетін меридиан бастапқы (нөлдік) меридиан деп аталады.

 

Сөйтіп, геодезияда жердің пішіні үшін жер эллипсоиды деп аталатын сфероид алынды. Жер эллипсоиды өзінің үлкен және кіші жарты осьтерімен (а, б) және полярлық сығылушылығымен  сипатталады (α) а = (а-б)/а а, б және α шамалары градустық өлшеулер арқылы анықталады, ол үшін меридиан доғасының  ұзындығын әр 1° сайын өлшеу  керек. Меридианның әр түрлі жерлеріндегі градустың үзындығын біле отырып, жердің пішіні мен көлемі анықталады. Жер эллипсоидының көлемдерін әр елдің ғалымдары бірнеше рет  анықтады. 1946 жылға дейін бұрынғы  Одакта 1841 жылы неміс ғалымы Ф.В.Бессель  есептеп шығарған жер элипсоидының көлемі колданылады (а=6377397м, 6=6356079 м, с^Ь299,2). Жер эллипсоидының көлемін 1940 жылы үлкен дәлдікпен Ф.Н.Красовский мен  А.А.Изотовтардың басқаруымен орыс ғалымдары да аныктады (а=6378245м, 6=6356863м, а= 1 -298,2).

 

Алынған бүл өлшемдер 1946 жылы үкіметтің қаулысы бойынша  еліміздің барлық геодезиялық және картографиялык жұмыстары үшін қабылданып алынып, Красовский эллипсоиды деп  аталатын болды. Осы орайда айта кететін  бір жәй, ол кейбір елдерде

 

геодезиялық өлшеулер нәтижесінде  шығарылған өз эллипсоидтарының қолданылатындығы. Олар сол немесе бірнеше елдің  территориясын толық не ішінара  қамтиды. Мұндай эллипсоид-референц-эллипсоид  деп аталады. Референц-эллипсоид  дегеніміз нақты бір елде геодезиялық  өлшеулерді өндеу үшін колданылатын, жер денесінде белгілі түрде  бағдарланган, нақты көлемі анықталған эллипсоид. Сөйтіп, қазіргі кезде  Красовскийдің референц-эллипсоиды тек Ресейде ғана емес, бүкіл ТМД  және Батыс Еуропаның бірнеше  елдерінде қолданылады. Бұрынгы  Кеңестер Одағы, Батыс Еуропа мен  АҚШ-тың гравиметриялық және астрономиялық  өлшеулері нәтижееінде алынған  жер эллипсоидының көлемі-басқа  елдердегі анықтамаларға қарағанда, қолданылған материалдардың аумағы жағынан да, оларды өндеудің дәлдігі  жағынан да неғүрлым басым. 1960 жьшы Жердің үш жасанды серіктерін бақылаудың нәтижесінде жер сфероидының  қысыңқылығы α=1+298,2-ге тең, ал АҚШ-та ұшырылған Жердің 13 жасанды серіктерін бақылау арқылы (1962) α=1-238,31-тең екендігінің  анықталулары Красовский өлшеулерінің дүниежүзілік маңызы бар екендігінің  айқын дәлелі. Жер пішінінің көлемі өте жоғары дәлдікті қажет ететін геодезиялық тірек торларын құруда толық ескеріледі. Ал, жер бетінің  шағын учаскелерінде геодезиялық  жұмыстармен қатар, көптеген инженерлік есептерді шығаруда эллипсоид сығылушылыгының  аз (α=1 +300) болғандыгынан, жердің пішіні үшін шарды (Р=6371,11 км) қолдануга да болады.

Геодезияда қолданылатын координаталар жүйесі.

 

Кеңістік координаттар жүйесі. Жер бетіндегі нүктелердің орнын  оның координаталары, яғни алынған  координаталар жүйесінің бастапқы жазықтары мен сызықтарына қатысты  ізделіп отырған нүктелерді сипаттайтын  шамалар арқылы анықтайды. Геодезияда колданылатын барлық координаталар  жүйелері кеңістік және жазыктық жүйелері болып екіге бөлінеді.

 

Координаталардың кеңістік жүйелерінің ішінде көпшілікке танымалысы-географиялык координаталар жүйесі. Бұл жүйеде нүктенің жер бетіндегі орны жалпы  дүниежүзілік масштабта анықталады. Оларды географиялық ендік- және географиялық бойлық-λ дейді . Геодезиялык (φ) экватор жазықтығы мен бекітілген Р нүктесі арқылы өтетін тіктеуіш сызық арасындағы бұрыш. Ендік экватордан бастап, берілген нүктеге дейінгі географиялык меридианның доғасымен өлшенеді де, экватордан екі жаққа солтүстікке қарай 0° тан 90°-қа дейін өзгеріп отырады.

 

 

Геодезиялык бойлық

 

Геодезиялык бойлық (λ) бастапқы меридиан жазықтығы мен берілген нүкте арқылы өтетін меридиан жазықтығы  арасындағы бұрыш. Бойлық бастапқы меридиан батысқа (батыс бойлық) және шығысқа (шығыс бойлық) қарай 0°-тан 180°-қа дейін  салынады.

 

Географиялық  координаталар жүйесі

 

Географиялық координаталар  жүйесі бүкіл жер шарына ортақ  және олар астрономия, сфералық геометрия, картография, ғарыш мәселелерін  шешуде жиі қолданылады.

 

Жазық координаталар  жүйелері

 

Жазық координаталар жүйелері ішінде геодезияда ең кеңінен тарағандары-тік  бұрышты және полярлық координата жүйелері.

 

Тік бұрышты жазық  координаталар жүйесі.

 

Тік бұрышты жазық координаталар  жүйесі. Шағын аймақтары біршама  қысқа арақашықтықтарға байланысты есептерді шешкенде, тік бұрышты  Х және У осьтерінен тұратын жазық  координаталар жүйесі пайдалынады. Бүл жүйеде координаталар басы шартты түрде алынады, яғни еркін бір  нүктеден басталады .

 

Тік бұрышты координаталар  жүйесінде Х осі-абсцисса, ал У- ордината осьтері болып белгіленеді. Горизонталь  жазықтық координата осьтерімен төрт ширекке бөлінеді. Математикада колданылатын декарттык тік бұрышты жүйеден  геодезиядағы бұл жүйенің айырмашылығы-ширектердің  оң жаққа карай нөмірленулері, яғни солтүстік-шығыс ширектен басталып, сағат тілінің бағытымен есептеледі. Әлбетте, мұның өзі геодезиялық  есептеулер кезінде тригонометриялық формулаларды ешбір өзгеріссіз пайдалануға  мүмкіндік береді.

 

 

Егерде А нүктесінің ХΔ, УΔ координаталары және А мен В  нүктелері арасындағы Δх пен Δу координата өсімшелері белгілі болса, онда В  нүктесінің координаталары мынаған  тең болады

 

ХВ=ХА+ΔХ ; УВ=УА+ Δх (2)

 

Координаталардың бұл  тікбұрышты жазық жүйесі горизонталь  түсірістер жүргізіп және олардың нәтижелері бойынша жердің пландарын жасаған  кездерде қолданылады.

 

Зоналық тік бұрышты  жазық координаталар жүйесі

 

Зоналық тік бұрышты жазық  координаталар жүйесі. Жер бетінің  едәуір территориясын планға, картаға  түсіру үшін жер бетіндегі нүктелерді эллипсоид бетінен жазық бетке  кескіндеу қажет болады. Міне, осындай  кескіндеу кезінде мына төменгі  шарттар сақталуы керек: 1) жер бетіндегі  арақашықтар өзгерістерінің ауытқу мөлшерінің шамалы болуы; 2) жер бетіндегі  бұрыштың проекцияға ешқандай өзгеріссіз түсірілуі; 3) географиялық координаталардан тік бұрышты координаталар жүйесіне көшу мүмкіндігі.

 

Осы жоғарыда айтылған шарттарға  көлденең цилиидрлік деп аталатын неміс  ғалымы Гаусс үсынған проекция тәсілі сәйкес келеді. Бүл проекцияға Жер  эллипсоидының беті зоналарға бөлінген. Ол зоналар  шығысы мен батысында меридиандармен шектеліп, оңтүстік полюстен солтүстік полюске карай созылып жатады.