Определение дисциплины, ее задачи
Геодезия – это наука о методах определения формы и размеров Земли, об измерениях, выполняемых для получения карт (планов) местности. Действия, выполняемые для получения карт и планов, называются геодезическими съемками.
Геодезия – одна из древнейших наук. Древние греки делили геометрию на две части: практическую и теоретическую. И практическую геометрию называли геодезией, т.е. землеразделением. Практическая геометрия возникла значительно раньше теоретической.
Современная цифровая карта – это совокупность точек местности, координаты которых известны. Таким образом, можно сказать, что геодезия – это наука об измерениях, выполняемых для определения координат точек, т.е. это, в основном, прикладная математика.
Рассмотрим ключевые слова последнего абзаца.
Местность – это поверхность Земли, а также то, что находится над ней и под ней. А что собой представляет поверхность Земли с точки зрения геометрии?
Карта – это изображение местности на плоскости в определенном масштабе и картографической проекции. По каким математическим законам строится это изображение?
Координаты точек. Какие системы координат применяют в геодези-ческих работах? Как закрепляют на местности эти системы?
Измерения. Что измеряют при съемках, какими приборами и инстру-ментами, в каких единицах? По какой методике? Какие математические приемы используют при обработке измерений?
Эти вопросы составляют общий курс геодезии.
В курсе инженерной геодезии изучают способы измерений, выполняемых при изысканиях, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений.
В процессе изысканий собирают информацию о местности в районе будущего строительства и на ее основе проектируют сооружение.
В процессе строительства геодезическими методами обеспечивают возведение сооружения в точном соответствии с проектом.
В процессе эксплуатации с помощью геодезических измерений контролируют прочность и долговечность сооружения, определяют деформации отдельных элементов и всего сооружения в целом.
Геодезия при строительстве железных дорог
Железнодорожный путь в плане – это ряд прямых, сопряженных кривыми постоянного и переменного радиусов (рис. 1.1). Горизонтальные углы q между прямыми называются углами поворота трассы. Прямые участки между смежными кривыми называются прямыми вставками. При строительстве железной дороги нужно уметь измерять горизонтальные углы и длины линий, строить кривые, т.е. выносить на местность ряд точек, лежащих на этих кривых.
Для уменьшения затрат дорогу вписывают в рельеф местности. Изучение и изображение рельефа – одна из важнейших тем курса геодезии.
В п.3.7 Правил технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации (ПТЭ) сказано: "План и профиль главных и станционных путей, а также подъездных путей, принадлежащих железной дороге, должны подвергаться периодической инструментальной проверке. Организация работ по инструментальной проверке плана и профиля путей..., составлению масштабных и схематических планов станций возлагается на службы пути железных дорог ". Из этого следует, что инженеры-путейцы должны быть соответствующим образом подготовлены к выполнению таких работ.
1.3. Сводка формул математики, необходимых для изучения курса,
основные термины
Рисунки, термины Формулы
Горизонтальная плоскость (план)
Вертикальная плоскость (профиль)
| v h d D – наклонная длина, d – горизонтальное проложение, h – превышение, v – угол наклона, i – уклон. |
d = D× сos n = 
;
h = D× sin n = d× tg n;
i = tg n = 
.
1.4. Метрология в геодезическом производстве,
общие принципы организации геодезических работ
Геодезия как наука об измерениях базируется на метрологии. Главная задача метрологии – обеспечение единства и достоверности измерений. Под единством понимают, что результаты измерений выражены в узаконенных единицах и известны погрешности этих измерений. Единство необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разное время, в разных организациях, разными средствами измерений.
Таблица 1.1
Единицы физических величин, применяемые в геодезии
| Физическая | Соотношение | Название | Обозначение | |
| величина | с единицами СИ | русское | Международное | |
| Длина Время Плоский угол | рад/1000 | метр секунда радиан миллирад | м с рад мил | m s rad mil |
| Внесистемные единицы | ||||
| Плоский угол | (p/180)рад (p/180/60)рад (p/180/3600)рад (p/200)рад (p/200/1000)рад | градус минута секунда град (гон) миллигон | ° ¢ ² g mg | ° ¢ ² gon mgon |
| 1 миллигон = 3,24² 0,01 мил = 2″ |
Геодезия как одна из наук о Земле имеет свои специфические фундаментальные постоянные, отражающие ее направленность. Эти постоянные периодически уточняются. К ним относятся скорость света в вакууме, экваториальный радиус Земли, ее сжатие, угловая скорость вращения, ускорение силы тяжести на экваторе и некоторые другие:
скорость света в вакууме с = 299 792 458 м/с;
– для российской геоцентрической системы координат ПЗ-90
экваториальный радиус Земли a = 6 378 136 м;
сжатие Земли α = 1: 298,25784,
– для всемирной геоцентрической системы WGS-84
экваториальный радиус Земли a = 6 378 137 м;
сжатие Земли α = 1: 298,25722.
Выполнение геодезических измерений регламентировано обязательными нормативными документами – инструкциями, наставлениями, правилами (ГКИНП). Метрологическая направленность этих документов определяется установлением норм точности по различным видам работ, методикой выполнения отдельных операций, указанием системы допускового контроля как конечных результатов, так и промежуточных действий. Бесконтрольные измерения в геодезии не допускаются.
Инструкции регламентируют индивидуальную ежегодную метрологическую аттестацию всех геодезических приборов, допускаемых к измерениям, через систему поверок и исследований (например, на методы и средства поверки теодолитов в эксплуатации – ГКИНП-17-195-85).
При изучении геодезических приборов будем рассматривать их поверки и юстировку, при изучении измерений – методику их производства, обеспечивающую компенсацию погрешностей, допуски на промежуточные и окончательные результаты, геометрические схемы, при которых не будут возникать бесконтрольные измерения.
Общим принципом организации геодезических работ является принцип перехода от общего к частному, что соответствует принятым в метрологии канонам. Этот принцип – переход от фигур с длинными сторонами и высокой точностью измерений к фигурам с более короткими сторонами и измерениям меньшей точности – применяется, в первую очередь, при создании геодезической сети, которая является важнейшим носителем метрологической информации в геодезии.
С этой позиции важнейшим вопросом всего курса геодезии является вопрос создания и использования геодезических опорных сетей. В последние годы в этом вопросе произошли большие перемены: геодезическая сеть в виде системы спутников вынесена в космос. Однако метрологической сущности эти перемены не затронули.
Основные термины и определения в геодезии стандартизованы.