ФОРМА И РАЗМЕРЫ ЗЕМЛИ
ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАБОТ
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЗЕМЕЛЬНО-КАДАСТРОВЫХ
СИСТЕМЫ КООРДИНАТ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
Мысленно выберем на физической поверхности Земли некоторую точку и проведем через нее выпуклую поверхность, касательная к которой в любой точке перпендикулярна направлению отвесной линии. Полученная поверхность называется уровенной поверхностью.
Можно представить фигуру Земли в виде геоида, образованного уровенной поверхностью, совпадающей в открытых морях и океанах с их спокойной поверхностью (без волн, приливов и течений) и продолженной под материками. Из-за неравномерного размещения масс в теле Земли фигура геоида будет очень сложная. Поэтому для описания физической поверхности Земли введена вспомогательная фигура - квазигеоид. Она совпадает с геоидом в открытых морях и океанах, а на суше отличается от поверхности геоида не более чем на несколько десятых долей метра в условиях равнинной местности и нескольких метров в горных районах. Преимущество представления фигуры Земли в виде квазигеоида - в возможности строго связать его сложную геометрическую поверхность с более простой - поверхностью общего земного эллипсоида (ОЗЭ), представляющего собой замкнутую поверхность второго порядка, получаемую вращением эллипса вокруг его малой оси (рис. I.I). Общий земной эллипсоид вполне определяется его большой а и малой b полуосями. Форму общего земного эллипсоида принято характеризовать большой полуосью а. Параметром, характеризующим фигуру эллипсоида, называют его сжатие
a = (a-b)/a.
Определяют также эксцентриситет эллипсоида
Геометрические параметры общего земного эллипсоида и его расположение в теле Земли зависят:
от массы и угловой скорости вращения ОЗЭ. Последние принимают равными массе и угловой скорости вращения земли;
положения центра общего земного эллипсоида связано условием его совмещения с центром масс Земли;
направления оси вращения ОЗЭ параллельно направлению на Международное условное начало, принятому международной службой вращения Земли;
плоскости начального астрономического меридиана, т.е. линии на земной поверхности, все точки которой имеют одну и ту же астрономическую долготу, соответствующую долготе начального меридиана, проходящего через центр круглого зала Гринвичской обсерватории, расположенной вблизи Лондона (Англия).
Ранее параметры общего земного эллипсоида устанавливали в основном по наземным измерениям. Использование в последние десятилетия методов космической геодезии позволило уточнить параметры Земли. С помощью искусственных спутников земли (ИСЗ) были получены тысячи спутниковых измерений, выполненных на суше и в море, после математической обработки которых были уточнены параметры общего земного эллипсоида, получившего название ПЗ-90 (Россия). В США также были проведены соответствующие работы и получены параметры общего земного эллипсоида, названного WGS-84.
Основные характеристики параметров соответствующих общих земных эллипсоидов приведены далее.
Параметр ПЗ-90 WGS-84
Большая полуось а, м 6378136 6378137
Знаменатель сжатия 298,257839 298,257234
Эллипсоиды ПЗ-90 и WGS-84 довольно близки между собой, но все же имеют различия (см. разд. 1.5).
По параметрам общего земного эллипсоида устанавливают размеры и фигуру Земли в целом. В то же время каждая страна имеет свои, присущие только ей, физико-географические условия, включающие месторасположение ее территории на Земном шаре, геометрическую форму этой территории, особенности рельефа и т. п.
При решении геодезических, картографических, землеустроительных, кадастровых и других задач по обеспечению топографо-геодезическими данными различных отраслей народного хозяйства каждое государство обычно принимает вместо общего земного эллипсоида так называемый референц-эллипсоид.
В Российской Федерации в качестве референц-эллипсоида используют эллипсоид им. Ф. Н. Красовского (далее Красовского) с параметрами: большая полуось 6 378 245 м; сжатие 1:298,3.
Ориентировку референц-эллипсоида в теле Земли осуществляют по исходным геодезическим датам: координатам начального пункта государственной геодезической сети (пункт Пулково вблизи Санкт-Петербурга), исходному азимуту и высоте поверхности эллипсоида над поверхностью квазигеоида.
В то же самое время при решении большого количества практических задач, связанных с описанием положения объектов на земной поверхности и определением их геометрических характеристик, фигуру Земли представляют в виде шара, равновеликого по объему общему земному эллипсоиду. Радиус такого шара приблизительно равен 6371,1 км.
1.2. СИСТЕМА ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ «ПАРАМЕТРЫ ЗЕМЛИ»
Для определения местоположения объектов на земной поверхности используют системы:
пространственных прямоугольных координат;
геодезических координат;
плоских прямоугольных геодезических координат;
нормальных высот.
Перечисленные системы координат тесно связаны с системой геодезических параметров, называемой «Параметры Земли» (ПЗ). Она включает в себя: фундаментальные астрономические и геодезические постоянные; параметры общего земного эллипсоида; систему координат; характеристики модели гравитационного поля Земли; элементы трансформирования между ПЗ и национальной референцией системой координат. К системе ПЗ методологически обоснованно отнесены также детальные характеристики гравитационного поля в Мировом океане (высоты квазигеоида, аномалии силы тяжести и уклонения отвесных линий); карты высот квазигеоида над общим земным эллипсоидом и референц-эллипсоидом Красовского.
Начальное положение координатных осей ПЗ устанавливали по результатам обширных многолетних астрономических и геодезических измерений и по мере их совершенствования на протяжении многих лет постоянно уточняли.
В России введена (в 1990 годы) система «Параметры Земли», названная ПЗ-90, в которой местоположения точек земной поверхности могут быть получены в системе пространственных прямоугольных или геодезических координат.