Геодезические спутники

Геодези'ческие спу'тникиискусственные спутники Земли, запускаемые в качестве объектов наблюдения для решения задач спутниковой геодезии.Материалами для решения таких задач служат измеренные в результате наблюдений направления на тот или иной спутник (позиционные наблюдения) и расстояния до него. Геодезические связи между пунктами Земли, удалёнными друг от друга до нескольких тыс. км(например при межконтинентальной космической триангуляции) устанавливаются путём позиционных фотографических наблюдений спутника движущегося на высоте 4-6 тыс. кмодновременно из двух или более пунктов. Для обеспечения таких наблюдений спутниковыми фотокамерами средних размеров запускаются надувные Г. с. - баллоны диаметром до 30-40 миз алюминированной пластмассовой плёнки. В динамической спутниковой геодезии используют более массивные спутники движение которых в меньшей мере зависит от неоднородностей атмосферы, а определяется в основном особенностями гравитационного поля Земли; такие Г. с. запускают на высоты до 3 тыс. км.

 Для повышения точности одновременных позиционных наблюдений и измерения расстояний до спутников на Г. с. устанавливается специальное оборудование. Мощные импульсные источники света, работа которых контролируется бортовыми кварцевыми часами и управляется с Земли, облегчают позиционные наблюдения и позволяют синхронизовать их с высокой точностью при одновременном участии в работе нескольких станций.

  Приёмо-передатчики, ретранслирующие радиосигналы, посылаемые на Г. с. наземными станциями, позволяют путём измерения сдвига фазы принятого на станции сигнала относительно посланного определять расстояния до спутника. Расстояния до Г .с. определяются также на основе анализа изменений частоты сигналов установленных на Г с. радиопередатчиков вследствие Доплера эффекта . Для измерения расстояний спутниковыми лазерными дальномерами на Г. с. устанавливаются уголковые отражатели . Первый Г. с. - американский спутник «АННА-1В», оборудованный импульсными лампами, - был запущен в 1962.

  Лит.:Меллер И., Введение в спутниковую геодезию, пер. с англ., М., 1967; Инженерный справочник по космической технике, М., 1969.

  Н. П. Ерпылев.

Геодезический и геофизический союз

Геодези'ческий и геофизи'ческий сою'зМеждународный (МГГС), объединяет (на 1 июля 1971) деятельность 7 международных ассоциаций: геодезии, сейсмологии и физики недр Земли, метеорологии и физики атмосферы, геомагнетизма и аэрономии, физических наук об океане, научной гидрологии, вулканологии и химии недр Земли. Образован в 1919 в Брюсселе. Один из союзов, входящих в Международный совет научных союзов ЮНЕСКО. Члены МГГС -коллективы учёных 69 стран. Советский Союз - член МГГС с 1955. МГГС проводит крупнейшие международные мероприятия в области изучения Земли и околоземного пространства: Международный геофизический год , Международный год геофизического сотрудничества , Международный год спокойного Солнца , Проект «Верхняя мантия Земли», Международное гидрологическое десятилетие , Программу по исследованию глобальных атмосферных процессов , Программу изучения ледников и др. Высший орган МГГС - Генеральная ассамблея, созываемая каждые 4 года. Между ассамблеями работой МГГС руководит Исполнительный комитет. Решения, принятые МГГС, реализуются национальными комитетами стран-членов (в СССР - Междуведомственным геофизическим комитетом при Президиуме АН СССР).

  Ю. Д. Буланже.

Геодезический пункт

Геодези'ческий пункт, точка на земной поверхности, положение которой определено в известной системе координат и высот на основании геодезических измерений. Координаты Г. п. определяют преимущественно методом триангуляции . В этом случае Г. п. называют пунктом триангуляции, или тригонометрическим пунктом. Если координаты Г. п. определяются методом полигонометрии , то тогда он называется полигонометрическим пунктом. Высоты Г. п. определяют методом нивелирования . В общем случае пункты триангуляции и полигонометрии не совпадают с пунктами нивелирования. Пункты триангуляции, полигонометрни и нивелирные пункты обозначаются и закрепляются на местности путём возведения специальных сооружений (см. Геодезические знаки ). Система взаимно связанных Г. п. образует геодезическую сеть , которая служит основой топографического изучения земной поверхности и всевозможных геодезических измерений для различных нужд инженерного дела и народного хозяйства.

  А. А. Изотов.

Геодезический треугольник

Геодези'ческий треуго'льник, треугольник на поверхности эллипсоида, стороны которого являются геодезическими линиями . Важное значение имеет в геодезии, где фигура Земли принимается за эллипсоид (см. Земной эллипсоид ). Треугольники на земной поверхности, полученные при измерении триангуляции, строго говоря, не являются Г. т. вследствие сплюснутости Земли. Они приводятся к Г. т. введением в измеренные углы небольших поправок, рассчитанных математическим путём.

Геодезическое образование

Геодези'ческое образова'ние(высшее и среднее), система подготовки специалистов по геодезии и картографии. Истоки специального Г. о. в России относятся к 1779, когда в Москве с целью подготовки землемеров для работ по генеральному межеванию была основана землемерная школа (с 1819 - Константиновское землемерное училище, с 1835 - закрытое среднее специальное учебное заведение, названное Константиновским межевым институтом, с 1845 - ВУЗ под тем же названием). Однако организованной подготовки гражданских геодезистов в дореволюционной России не было. Межевой институт выпускал инженеров по землеустройству и межеванию земель, отдельные выпускники посвящали свою деятельность геодезии; основные геодезические работы выполняли военные геодезисты, получавшие образование на геодезическом отделении Военной академии Генерального штаба, открытом в середине 19 в., и военные топографы, которых готовили военно-топографические училища.

  Организация Г. о. как самостоятельной отрасли высшего и среднего специального образования началась после Великой Октябрьской революции. В 1917 в Межевом институте был создан геодезический факультет, положивший начало подготовке инженерных кадров по геодезии и картографии. Развитие Г. о. было связано с запросами социалистического строительства. Учёт, выявление и использование природных богатств страны, проектирование и строительство крупных промышленных объектов, реконструкция сельского хозяйства, укрепление обороноспособности страны - всё это требовало современных геодезических данных, топографических и специальных карт различной точности и назначения. Широкое использование достижений геодезической науки и техники в народном хозяйстве и обороне страны обусловили дифференциацию Г. о. по специальностям. С 1922 на геодезическом факультете Московского (б. Константиновского) межевого института вводятся специальности - астрономо-геодезические, географо-картографическая и геодезического инструментоведения, в 1924 (в связи с появлением и развитием метода аэрофотосъёмки) - фототопографическая. В 1930 на базе геодезического факультета Московского межевого института был создан первый в мире специализированный геодезический вуз - Московский геодезический институт, с 1936 - Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъёмки и картографии (МИИГАИК); на базе землеустроительного факультета Межевого института - Московский институт инженеров землеустройства с двумя факультетами - землеустроительным и геодезическим. В 50-60-е гг. подготовка инженеров-геодезистов организована в Киевском инженерно-строительном, Каунасском политехническом, Ленинградском горном институтах и в ряде др. вузов; во Львовском политехническом институте был создан геодезический факультет. Специальности Г. о. имеются в университетах: Казанском, Киевском, Дальневосточном, Томском, Уральском и др. Геодезисты готовятся также в системе военно-учебных заведений.

  Современное высшее Г. о. осуществляется по следующим специальностям: астрономо-геодезия (инженеры астрономо-геодезисты готовятся для выполнения высокоточных геодезических работ по созданию астрономо-геодезических и нивелирных сетей высшего класса, гравиметрических съёмок и решения задач геодезии научного характера), инженерная геодезия (инженеры-геодезисты - для выполнения геодезических работ, необходимых для проектирования инженерных сооружений, их строительства и эксплуатации); аэрофотогеодезия (инженеры по производству лётносъёмочных работ, созданию топографических карт аэрофототопографическими методами и применению аэрофотосъёмки и фотограмметрии для решения различных инженерных задач); картография (инженеры-картографы и географы-картографы для разработки и создания типов карт и атласов, руководства работами по составлению, редактированию и изданию географических и топографических карт различных масштабов, содержания и назначения); оптические приборы и спектроскопия, приборы точной механики (инженеры по разработке, конструированию и изготовлению геодезических приборов).

  В основе Г. о. лежат циклы общенаучных, общественных, физико-математических, астрономических и географических дисциплин. В зависимости от специальности определяется комплекс профилирующих предметов. Например для специальности «инженерная геодезия» профилирующими являются: геодезия, высшая геодезия, инженерная геодезия, инженерное изыскание, фотограмметрия, практическая астрономия и картография и др. В связи с развитием новой техники геодезических измерений, основанных на применении электроники и радиотехники и использовании для решения геодезических задач искусственных спутников Земли, особое внимание уделяется физико-математической подготовке студентов. В период обучения студенты проходят учебную и производственную практику (геологическую, геодезическую, аэрогеодезическую, комплексную географическую, топографическую и др.). Высшее Г. о. ведётся по дневной и заочной формам обучения (срок - 5 и 6 лет) и завершается защитой дипломной работы (проекта). Научные геодезические кадры готовятся в аспирантуре.

  В системе среднего Г. о. приняты следующие специальности: аэрофотосъёмка, фотограмметрия, фототехника, топография, геодезия, инженерная геодезия и картография. Среднее Г. о. в СССР осуществляется в основном в топографических техникумах: Московском политехникуме, Ленинградском, Киевском, Тбилисском, Ташкентском, Семипалатинском, Новосибирском, Томском и Хабаровском. Техников по топографии и геодезии готовят также Саратовский геологоразведочный, Каунасский с.-х. техникумы, Бакинский, Минский, Магаданский политехникумы и спецкурсы с различными сроками обучения.

  Геодезические дисциплины изучаются в вузах студентами строительных, землеустроительных, транспортных, горных, лесотехнических и многих др. специальностей, работа по которым требует использования геодезических данных и применения методов геодезических измерений.

  За рубежом Г. о. как самостоятельная отрасль образования получило развитие в 1-й половине 20 в. Ранее инженерные кадры по геодезии готовились путём переквалификации специалистов, получивших образование в университетах или втузах негеодезического профиля.

  Г. о. в социалистических странах дают геодезические факультеты (отделения) вузов политехнического типа или самостоятельных геодезических вузов. Например, в Польше - на геодезическом факультете Варшавского политехнического института (специальности - основные геодезические работы, инженерно-промышленная геодезия, картография, фототопография и с.-х. геодезия) и на маркшейдерском факультете Краковского горно-металлургического института; в Чехословакии - на геодезическом отделении строительного факультета Высшей технической школы в Праге; в ГДР - в Дрезденской высшей технической школе.

  Переход к организации Г. о. как самостоятельной отрасли высшего образования наблюдается и в капиталистических странах. Так, в США, где подготовка инженеров-геодезистов проходила на основе переквалификации специалистов др. профиля, в 1955 при университете штата Огайо был открыт институт геодезии, фотограмметрии и картографии. Кроме того, геодезическая подготовка осуществляется во многих университетах на физических и физико-математических факультетах. Центрами Г. с. в Великобритании являются университеты в Оксфорде, Глазго и Соунси. Во Франции специалисты с Г. о. готовятся в ряде национальных технических школ и политехнических институтов.

  Лит.:Апухтин А., Очерк истории Константиновского межевого института с 1779 по 1879 гг., СПБ. 1879: Красовский Ф., О постановке высшего геодезического образования, «Геодезист», М., 1930, № 6; Мазмишвили А. И., Высшая картографо-геодезическая школа в СССР, в сборнике: XX лет советской геодезии и картографии. 1919-1939, [т.] 1, М., 1939; Закатов П. С., Основные задачи высшего геодезического образования в СССР, «Тр. Московского института инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии», 1959, в. 31, с. 15-21; Большаков В. Д., Высшее геодезическое и картографическое образование в СССР, в кн.: 50 лет советской геодезии и картографии, М., 1967; Овчинников Л. В., Подготовка кадров в топографических техникумах, там же; Модринский Н. И., Высшее геодезическое образование в Польской Народной Республике, «Изв. высших учебных заведений Министерства высшего и среднего специального образования СССР», раздел «Геодезия и аэрофотосъемка», 1958, в. 6.

  П. С. Закатов.

Геодезия

Геодезия(греч. geMdaisнa, от g - Земля и dбiM - делю, разделяю), наука об определении фигуры, размеров и гравитационного поля Земли и об измерениях на земной поверхности для отображения её на планах и картах, а также для проведения различных инженерных и народно-хозяйственных мероприятий. Название «геодезия» («землеразделение») указывает на те первоначальные практические задачи, которые обусловили её возникновение, но не раскрывает её современных научных проблем и практических задач, связанных с разнообразными потребностями человеческой деятельности.

  Основные задачи геодезии.При определении фигуры и размеров Земли в Г. исходят из понятия об уровенных поверхностях Земли, т. е. о таких поверхностях, на каждой из которых потенциал силы тяжести имеет всюду соответствующее постоянное значение и которые пересекают направления отвесной линии под прямым углом. Направление отвесной линии в Г. принимают за одну из координатных линий, т. к. оно в каждой данной точке может быть построено однозначно при помощи уровня или даже простейшего отвеса.

  Поверхность воды в океанах и сообщающихся с ними морях в состоянии полного покоя и равновесия являлась бы одной из уровенных поверхностей Земли. Эту уровенную поверхность, мысленно продолженную под материками так, чтобы она везде пересекала направление отвесной линии под прямым углом, в Г. принимают за основную уровенную поверхность Земли ( рис. 1 ). Фигуру же этой уровенной поверхности в Г. принимают за сглаженную фигуру Земли и называют геоидом.

 Теория фигуры Земли и результаты астрономических и геодезических измерений показывают, что фигура геоида в общем близка к эллипсоиду вращения. Эллипсоид, который по своим размерам и положению в теле Земли наиболее правильно представляет фигуру геоида в целом, называют общим земным эллипсоидом . Изучение фигуры Земли заключается в определении размеров земного эллипсоида и его положения в теле самой Земли, а также отступлений геоида от этого эллипсоида. Если определить высоты точек земной поверхности относительно геоида, т. е. над уровнем моря, то тем самым будет изучена и фигура физической поверхности Земли, Размеры земного эллипсоида и его положение в теле Земли устанавливают путём определения направлений отвесных линий в избранных точках земной поверхности и взаимного положения этих точек в известной системе координат. Направление отвесной линии в данной точке характеризуется её астрономической широтой и долготой , которые выводятся из астрономических наблюдений. Взаимное положение точек земной поверхности определяется их геодезическими широтами и долготами (см. Геодезические координаты ), которые характеризуют направления нормалей в этих точках к поверхности т. н. референц-эллипсоида . Угол между отвесной линией и нормалью к поверхности референц-эллипсоида в данной точке есть отклонение отвеса и характеризует наклон уровенной поверхности Земли относительно поверхности референц-эллипсоида в этой точке. По наблюдённым отклонениям отвеса в избранных точках определяют как размеры земного эллипсоида, так и высоты геоида (см. Астрономо-гравиметрическое нивелирование ), Совокупность астрономических и геодезических измерений, позволяющих определять фигуру и размеры Земли, носит название градусных измерений и приводит к геометрическим методам решения этой проблемы. Существуют и физические, или динамические, методы изучения фигуры и гравитационного поля Земли. Они основаны на измерениях ускорения силы тяжести и наблюдениях за движением искусственных спутников Земли и космических летательных аппаратов. Измеренные величины силы тяжести сравнивают с соответствующими теоретическими величинами, рассчитанными для известной эллипсоидальной уровенной поверхности. Разности тех и других величин силы тяжести называют аномалиями силы тяжести и характеризуют отклонения уровенных поверхностей Земли от поверхности эллипсоида. Они позволяют определить сжатие Земли и отступления геоида от земного эллипсоида. Отступление реальной фигуры Земли от правильной шарообразной формы и аномалии гравитационного поля Земли вызывают возмущения орбит искусственных космических объектов. Зная же возмущения орбит искусственных космических тел, на основании наблюдений и измерений можно определить фигуру и внешнее гравитационное поле Земли. совместно применение геометрических и динамических методов позволяет определить одновременно фигуру, размеры и гравитационное поле Земли как планеты.

  Отклонения отвеса и аномалии силы тяжести отражают особенности внутреннего строения Земли и используются для выяснения вопросов о распределении масс внутри Земли и особенно для изучения строения земной коры. Данные о фигуре, размерах и гравитационном поле Земли имеют большое значение для установления масштаба взаимных расстояний и масс небесных тел. Они используются также для механико-математических расчётов, связанных с запуском космических летательных аппаратов и с изучением космического пространства вообще. Другие задачи Г. состоят в различных измерениях на земной поверхности для отображения её на планах и топографических картах , которые имеют большое значение для военного дела и без которых не обходится ни одно народно-хозяйственное и инженерно-техническое мероприятие. Геодезические работы производятся с целью изыскания, проектирования и строительства гидротехнических сооружений и промышленных предприятий, ирригационных и судоходных каналов, наземных и подземных путей сообщения и т. п. Геодезические работы и топографические карты служат основой планировки городов и населённых пунктов, землеустроительных и лесоустроительных мероприятий, поиска полезных ископаемых и освоения природных богатств и т. д. Иногда приходится считаться с тем, что фигура и гравитационное поле Земли, а также земная поверхность претерпевают изменения, обусловленные различными внешними и внутренними причинами. Эти изменения изучаются по результатам повторных астрономических наблюдений, геодезических измерений и гравиметрических определений. Предполагаемое горизонтальное движение материков изучают повторными астрономическими определениями положения отдельных точек земной поверхности. Повторные геодезические определения взаимного положения и высот точек земной поверхности через известные промежутки времени позволяют установить скорость и направление горизонтальных и вертикальных движений земной коры.

  Разделы геодезии и виды геодезических работ. Область геодезических знаний делится на высшую геодезию и геодезию, которые сами подразделяются на более или менее самостоятельные разделы. Основной задачей высшей Г. является определение фигуры, размеров и гравитационного поля Земли, а также изучение теорий и методов её решения. В задачи высшей Г. входит также изучение теорий и методов основных геодезических работ, служащих для построения опорной геодезической сети и доставляющих данные для решения научных и практических задач Г. Геодезическая сеть представляет систему надлежаще выбранных и закрепленных на земной поверхности точек, называемых опорными геодезическими пунктами , взаимные положения и высоты которых определены в принятой системе координат и счёта высот. Положения опорных геодезических пунктов определяют преимущественно методом триангуляции , в основе которой лежит тригонометрический принцип измерения расстояний. Метод триангуляции состоит в построении на местности рядов и сетей треугольников, последовательно связанных между собой общими сторонами. Измерив в каком-нибудь из треугольников ( рис. 2 ) одну сторону, называемую базисом или базисной стороной, и в каждом из них не менее 2 углов, длины сторон всех треугольников определяют путём тригонометрических вычислений. Обычно в каждом треугольнике измеряют все 3 угла, а в любой триангуляции, покрывающей значительную территорию, измеряют большое количество базисов, которые размещаются на определённом расстоянии друг от друга. Для построения геодезической сети применяется и метод полигонометрии , который состоит в измерении на местности длин последовательно связанных между собой линий, образующих полигонометрический ход, и горизонтальных углов между ними. Зная положение одного пункта и направление одной связанной с ним линии полигонометрического хода, путём вычислений последовательно определяют положение всех пунктов хода в принятой системе координат. Иногда положение опорных геодезических пунктов определяют методом трилатерации , измеряя все три стороны всех треугольников, образующих геодезическую сеть.

  Геодезические пункты располагаются на возвышенных точках местности, которые выбирают рекогносцировкой . Каждый пункт закрепляется на местности закладкой на некоторую глубину бетонного блока с вделанной в него маркой, обозначающей вершину треугольника (см. Центр геодезический ) ( рис. 3 ), и постройкой деревянной или металлической вышки, служащей штативом для угломерного инструмента и визирной целью при измерении углов (см. Сигнал геодезический) ( рис. 4 ). Иногда геодезические пункты совмещаются с наиболее выделяющимися местными предметами, такими, как водонапорные башни, шпили высоких зданий и т. и.

  В зависимости от последовательности построения и точности измерений геодезической сети подразделяются на классы. Так, государственная геодезическая сеть СССР делится на I, II, III и IV классы. Государственная триангуляция I класса в СССР строится из рядов приблизительно равносторонних треугольников со сторонами 20-25 км, расположенных примерно по направлению земных меридианов и параллелей через 200-250 км. Пространства, ограниченные рядами триангуляции I класса, покрываются сплошными сетями треугольников II класса со сторонами около 10-20 км. Дальнейшее сгущение сети геодезических пунктов производится построением треугольников III и IV классов.

  В местах пересечения рядов триангуляции I класса и в сетях триангуляции II класса измеряют базисы длиной не менее 5-6 кмили базисные стороны. Базисы измеряют мерными проволоками (см. Базисный прибор ) путём последовательного откладывания их по линии базиса, причём ошибки измерений не превышают 1:1000000 доли длины базиса. Базисные стороны измеряют непосредственно электрооптическими дальномерами с ошибкой не более 1:400000. Для измерения линий в полигонометрических ходах и сторон треугольников в трилатерации применяют также радиодальномеры.

 Углы треугольников и углы поворота полигонометрических ходов измеряют при помощи угломерных геодезических инструментов , представляющих собой сложные оптико-механические устройства. При этом под углом между направлениями на 2 наблюдаемых предмета в данной точке понимается угол между плоскостями, проходящими через эти предметы и отвесную линию в данной точке. Погрешности измерений углов треугольников в триангуляции I и II классов обычно не превышают 0,7».

  Для построения сети опорных геодезических пунктов и определения их положения используют также результаты наблюдений за движением искусственных спутников Земли. Наблюдения спутника состоят либо в фотографировании его на фоне звёзд, положения которых известны, либо в измерениях расстояний до него с точек стояния при помощи радиотехнических средств или же в выполнении тех и других операций одновременно. Если законы движения спутника хорошо изучены, то он в этом случае служит подвижным геодезическим пунктом, координаты которого на каждый данный момент времени известны. Если же законы движения спутника не изучены, то он служит лишь промежуточным геодезическим пунктом, так что для определения неизвестной точки земной поверхности наблюдения спутника необходимо выполнять строго одновременно как в этой точке, так и в нескольких известных геодезических пунктах. Рассмотрение теорий и методов использования спутников для решения научных и практических задач Г. составляет содержание спутниковой геодезии.

 В конечных точках базисов и базисных сторон триангуляции I и II классов определяют широту и долготу этих точек, а также азимут направления на избранный земной предмет путём астрономических наблюдений (см. Лапласов пункт ). Астрономические широты и долготы определяют также на промежуточных пунктах триангуляции I класса, выбираемых не реже чем 70-100 км. Астрономические определения на пунктах опорной геодезической сети превращают её в астрономо-геодезическую сеть , которая доставляет основные данные для исследований фигуры и размеров Земли и служит для распространения единой системы координат на всю территорию страны. Рассмотрение теории и методов определения географического положения места из астрономических наблюдений относится к геодезической астрономии.

 Плановое положение геодезических пунктов определяют геодезическими координатами, а именно I - широтами и долготами их проекций на поверхность некоторого земного эллипсоида - референц-эллипсоида. В каждом геодезическом пункте вместе с его координатами определяют также направления на смежные пункты относительно меридиана. Эти направления называют геодезическими азимутами и служат для ориентировки на местности.

  Геодезические координаты одного из пунктов, являющегося исходным пунктом опорной геодезической сети, и геодезический азимут направления на один из смежных с ним пунктов устанавливают определением его астрономических координат и астрономического азимута того же направления исправлением их за влияние отклонения отвеса. Полученные данные, а также высота геоида над поверхностью референц-эллипсоида в исходном пункте характеризуют положение принятого эллипсоида в теле Земли и называются исходными геодезическими датами . Геодезические координаты и азимуты остальных пунктов получают путём вычисления по результатам геодезических измерений, приведённых к поверхности референц-эллипсоида.