Геодезическая основа карт

Сведения о геодезической основе карт

В геодезии под общим видом Земли понимают некоторую воображаемую уровенную поверхность, совпадающую с поверхностью воды в океанах и морях в спокойном ее состоянии, мысленно продолженную под материками, при условии перпендикулярности ее во всех своих точках к отвесным линиям, т. е. к линиям направления силы тяжести. Эта уровенная поверхность называется пове6рхностью геоида, а геометрическое тело, ограниченное ею, называется геоидом.

Ввиду неравномерного по плотности распределения масс в земной коре направление отвесной линии испытывает при перемещении по земной поверхности различные отклонения от направления нормали к эллипсоиду, благодаря чему поверхность геоида имеет многочисленные отступления от поверхности эллипсоида. Следовательно, поверхность геоида представляет собой неправильную, нематематическую форму, которая нам неизвестна и не может быть применена для проектирования на нее физической поверхности Земли. Отсюда вытекает необходимость замены поверхности геоида другой поверхностью, более простой и возможно ближе подходящей к поверхности геоида. Из наиболее простых математических поверхностей к поверхности геоида ближе всего подходит поверхность эллипсоида вращения с малым сжатием у полюсов.

Эллипсоидом вращения называется тело, полученное от вращения эллипса вокруг одной из его осей. Эллипсоид вращения с малым сжатием за его близость к шару иногда называют сфероидом. Обычно же для краткости его именуют просто эллипсоидом.

Общим земным эллипсоидом называется такой эллипсоид, поверхность которого наиболее близка к поверхности геоида в целом. В настоящее время еще нет условий для определения размеров общего земного эллипсоида. Эти условия наступят, когда градусные измерения в совокупности с гравиметрическими определениями* равномерно покроют всю поверхность земного шара.

Размеры местных (частных) земных эллипсоидов, близких к поверхности геоида только в отдельных его частях, вначале на основе только градусных измерений, а затем с учетом гравиметрических определений выводились в разное время многими учеными. Каждому эллипсоиду присвоено имя ученого, определившего его размеры. Наиболее известными являются эллипсоиды Деламбра (1800 год), Вальбека (1819 год), Эйри (1830 год), Бесселя (1841 год), Теннера f (1844 год), Кчарка (1866 и 1880 годы), Хейфорда (1910 год), Хейсканена (1929 год), Красовского (1940 год).

Расхождения в определениях размеров полуосей земного эллипсоида по этим выводам не превышают нескольких сот метров. Точность определений размеров земного эллипсоида зависит от объема и точности использованных при выводах градусных измерений и гравиметрических определений. Наибольшее количество высокоточных градусных измерений и гравиметрических определений было использовано при выводе размеров эллипсоида Красовского.

Вывод размеров этого эллипсоида производился Центральным научно-исследовательским институтом геодезии, аэрофотосъемки и картографии (ЦНИИГАиК) под руководством проф. Ф. Н. Красовского и А. А. Изотова.

Размеры эллипсоида Красовского следующие:

Большая полуось а = 6378245 м;

Малая полуось b =. 6 356 863 м;

Сжатие = 1:298,3.

При вычислении размеров эллипсоида Красовского были использованы не только значительные по объему астрономо-геодезические и гравиметрические измерения, произведенные на территории СНГ, но и материалы астрономо-геодезических и гравиметрических измерений, выполненных в Западной Европе и США.

Гравиметрические определения дают возможность измерить силу тяжести в любой точке поверхности Земли как на суше, так и на море. Из гравиметрических определений можно весьма надежно получить сжатие земного эллипсоида.

Большой объем материалов, часть из которых впервые была использована для вывода размеров земного эллипсоида, и высокая точность полученных результатов дают достаточное основание считать эллипсоид Красовского наиболее близким к поверхности геоида.

Референц-эллипсоид. Исходные геодезические даты.

Система геодезических координат

Референц-эллипсоидом называется земной эллипсоид определенных размеров и определенным образом ориентированный в теле Земли, на поверхность которого переносятся результаты всех геодезических и топографических работ. Выбор размеров и ориентирование этого эллипсоида должны удовлетворять требованию наибольшей близости его поверхности к поверхности геоида в пределах территории данного государства.

Ориентирование эллипсоида в теле Земли (геоида) означает установление определенных значений географических координат исходного пункта и азимута с него на смежный пункт, а также принятие высоты поверхности эллипсоида над поверхностью геоида в этом пункте. Тот пункт триангуляции, который является исходным и координаты которого определяются астрономическим путем, называется началом триангуляции, а его широта, долгота и азимут с него на смежный пункт называются исходными геодезическими датами (данными).

От исходного пункта ведется вычисление геодезических координат всех пунктов триангуляции и полигонометрии на поверхности принятого референц-эллипсоида.

Размеры принятого референц-эллипсоида и исходные геодезические даты характеризуют собой систему геодезических координат, в которой вычисляются координаты всех пунктов триангуляции и полигонометрии, используемых в качестве опорных при. топографических, картографических и других работах, связанных с измерениями на земной поверхности.

На Украие кабинетом министров Украины постановленим №844 от 8 июня 1998 г. утверждены основные положения создания Государственной геодезической сети Украины.

Прежние и современная системы координат на территории СНГ

Рассмотрим вкратце системы координат, существовавшие на Украине до 1946 года.

Триангуляция 1 класса, проложенная Корпусом военных топографов в прошлом столетии на территории западного пограничного пространства, вычислялась на разных эллипсоидах и от различных исходных геодезических дат. Для объединения всех триангуляции в 1897 году была введена Юрьевская система координат.

С 1910 года все новые триангуляции в Европейской России вычислялись в двух системах: к востоку от Пулковского меридиана — в Пулковской системе 1910 года и к западу от него — в Юрьевской системе координат.

В 1932 году после получения более точных значений координат Пулковской обсерватории была принята Пулковская система координат 1932 года для всех сетей триангуляции, расположенных к западу от меридиана 96° в. д.

К востоку от меридиана 96° в. д. в 1935 году была введена Свободненская система координат с исходным пунктом Черниговский, близ города Свободный. Она заменила собой существовавшие до этого Маньчжурскую и Хабаровскую системы координат. Ее введение было вызвано все увеличивавшимися по мере удаления на восток расхождениями между координатами, вычисленными в Пулковской системе, и астрономическими координатами одних и тех же пунктов. Так, например, в районе города Омск эти расхождения доходили до 10” (300 м).

Кроме Свободненской системы, на Дальнем Востоке применялись и другие системы координат. Например, в бассейне реки Колыма координаты пунктов вычислялись с 1932 года в Дебинской системе с исходным пунктом Дебинский. На полуострове Камчатка была принята Петропавловская система координат с исходным пунктом Николаевка, близ города Петропавловск-Камчатский. Среднеазиатские триангуляции с 1875 года вычислялись в Ташкентской системе координат.

Вычисление триангуляции во всех системах производилось на эллипсоиде Бесселя. Счет долгот велся от Гринвичского меридиана, за исключением Пулковской (1910 года) и Юрьевской (1897 года) систем, в которых долготы исчислялись от Пулковского меридиана (к востоку — со знаком плюс, к западу — со знаком минус). Высоты исчислялись от уровня ближайшего моря, принимаемого за нулевой, что приводило к расхождению в высотах одного и того же пункта, определенных в разных системах.

Геодезическая связь между триангуляциями, вычисленными в двух основных системах координат—Пулковской и Свободненской— была установлена незадолго до Великой Отечественной войны 1941—1945 годов. В результате сопоставления координат общих пунктов триангуляции оказалось, что вблизи меридиана 96° в. д. координаты одних и тех же пунктов, вычисленные в разных системах, различались между собой в линейном выражении до 900 м. Значительно расходились они и с астрономическими координатами этих же пунктов. Все это свидетельствовало о том, что эллипсоид Бесселя по своим размерам и принятой ориентировке плохо подходил для территории Украины, России, хотя здесь сказались и ошибки в исходных геодезических датах обеих систем.

Наличие многосистемности в общегосударственной сети служило причиной:

• Неизбежности перекрытий и разрывов между смежными листами карт на границах систем;
• Невозможности создания единой в геодезическом отношении общегосударственной карты, поскольку перекрытия и разрывы были ощутимы на картах вплоть до масштаба 1 : 1 000 000;
• Существенных трудностей при обработке геодезических данных и их использовании в научных и практических целях.

Приведение триангуляции СНГ к единой системе координат и их переуравнивание требовало своего неотложного решения. Новая, единая для всей территории СНГ Система координат 1942 года, как указывалось, была принята в 1946 году. На издаваемых картах масштабов 1 : 200 000 и крупнее на полях листов помещается надпись: Система координат 1942 года, означающая, что данный лист карты составлен в новой системе.

Замена эллипсоида Бесселя эллипсоидом Красовского и переход от различных систем координат к единой Системе координат 1942 года потребовали решения целого ряда сложных задач в области геодезии и картографии. Прежде всего была переуравнена вся триангуляционная сеть 1 класса и получены новые геодезические координаты пунктов, которые были затем перевычислены в плоские прямоугольные координаты в проекции Гаусса. После этого было произведено полное перевычисление плоских прямоугольных координат всех пунктов заполняющих сетей низших классов. Однако переход к Системе координат 1942 года не ограничивается перевычислением координат геодезических пунктов, но вызывает также большие работы в картографическом производстве, связанные с необходимостью перемещения координатных сеток и рамок листов всех ранее изданных топографических карт.

Переход от одной системы координат к другой

Всякий лист любой топографической карты имеет геодезические пункты, координатную сетку и рамку, которые взаимно связаны между собой той или иной системой координат.

Рассмотрим те изменения, которые претерпевают координаты геодезических пунктов, размеры сторон трапеции, координатная сетка и прямоугольные координаты вершин углов рамки трапеции при переходе от одной системы координат к другой.

Координаты геодезических пунктов взаимно связаны между собой системой координат и поэтому с изменением последней будут изменяться. Положение геодезических пунктов может быть задано или в геодезических координатах, или в плоских прямоугольных координатах в той или иной проекции (например, в проекции Гаусса, которые обычно называются просто прямоугольными координатами.

Изменение геодезических координат пунктов триангуляции может быть следствием трех причин:

• Изменения размеров референц-эллипсоида;
• Изменения исходных геодезических дат;
• Переуравнивания всей триангуляции.