Фигура Земли и ее внешнее гравитационное поле
Програма
Кандидатських іспитів зі спеціальності
Геодезія, фотограмметрія та картографія
В розробці Програми кандидатського екзамену зі спеціальності 05.24.01 "Геодезія та
картографія" взяли участь;
Войтенко С.П., д.т.н., декан факультету геоінформаційних систем і управління територіями
Київського національного університету будівництва та архітектури.
Третяк К.Р., д.т.н., директор Інституту геодезії Національного університету "Львівська
політехніка".
Тревого І.С.,д.т.н., заступник директора Інституту геодезії Національного університету
"Львівська політехніка".
Дорожинський О.Л.,д.т.н., професор, завідувач кафедри фотограмметрії та
геоінформатики Національного університету "Львівська політехніка".
Костецька Я.М.,д.т.н., професор, завідувач кафедри інженерної геодезії Національного
університету "Львівська політехніка".
Заблоцький Ф.Д., д.т.н., завідувач кафедри вищої геодезії і астрономії Національного
університету "Львівська політехніка".
Савчук С.Г., д.т.н., професор кафедри вищої геодезії і астрономії Національного
університету "Львівська політехніка".
Марченко О.М.,д.ф.-м.н., професор кафедри вищої геодезії і астрономії Національного
університету «Львівська політехніка»
Бурштинська Х.В., д.т.н., професор кафедри фотограмметрії та геоінформатики
Національного університету "Львівська політехніка".
Могильний.С.Г., д д.т.н., професор кафедри геодезії і геоінформатики Донецького
національного технічного університету.
Черняга П.Г.,д.т.н., професор, декан факультету землеустрою та геоінформатики
Національного університету водного господарства та природокористування.
Карпінський Ю.О.,д.т.н., професор, завідувач кафедри геоінформатики та фотограмметрії
Київського національного університету будівництва та архітектури.
Вступление
Основная программа включает вопрос, который относятся к следующим профессиональным и специальным дисциплинам: геодезия; высшая геодезия; инженерная геодезия; космическая геодезия; физическая геодезия и гравиметрия, геодезическая астрономия; морская геодезия; фотограмметрия, картография; теория математической обработки геодезических измерений.
Общие сведения.
1. Предмет и задачи геодезии и картографии.
Геодезия – наука, изучающая фигуру и внешнее гравитационное поле Земли и разрабатывающая методы создания систем координат, определения положения точек на Земле и околоземном пространстве, изображения земной поверхности на картах.
Научными задачами геодезии являются:
- установление систем координат;
- определение формы и размеров Земли и ее внешнего гравитационного поля и их изменений во времени;
- проведение геодинамических исследований (определение горизонтальных и вертикальных деформаций земной коры, движений земных полюсов, перемещений береговых линий морей и океанов и др.).
Научно-технические задачи геодезии в обобщенном виде заключаются в следующем:
- определение положения точек в выбранной системе координат;
- составление карт и планов местности разного назначения;
- обеспечение топографо-геодезическими данными нужд обороны страны;
- выполнение геодезических измерений для целей проектирования и строительства, землепользования, кадастра, исследования природных ресурсов и др.
2. Возникновение и историческое развитие геодезии и картографии.
3. Подразделение геодезии и картографии на научные дисциплины.
Усложнение и развитие геодезии привело к разделению ее на несколько научных дисциплин.
Высшая геодезия изучает фигуру Земли, ее размеры и гравитацонное поле, обеспечивает распространение принятых систем координат в пределах государства, континента или всей поверхности Земли, занимается исследованием древних и современных движений земной коры, а также изучает фигуру, размеры и гравитационное поле других планет Солнечной системы.
Топография ("топос" - место, "графо" - пишу; дословно - описание местности) изучает методы топографической съемки мест ности с целью изображения ее на планах и картах.
Картография изучает методы и процессы создания и использования карт, планов, атласов и другой картографической продукции.
Фотограмметрия (фототопография и аэрофототопо графия) изучает методы создания карт и планов по фото- и аэрофотоснимкам.
Инженерная геодезия изучает методы и средства проведения геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительст ве и эксплуатации различных инженерных сооружений.
Маркшейдерия (подземная геодезия) изучает мето ды проведения геодезических работ в подземных горных выработках.
4. Связь геодезии и картографии с другими науками.
Геодезия занимается изучением Земли в содружестве с другими "геонауками", то-есть, науками о Земле. Физические свойства Земли в целом изучает наука "физика Земли", строение верхней оболочки нашей планеты изучают геология и геофизика, строение и характеристики океанов и морей - гидрология, океанография. Атмосфера - воздушная оболочка Земли - и процессы, происходящие в ней, являются предметом изучения метеорологии и климатологии. Растительный мир изучает геоботаника, животный мир - зоология. Кроме этого, есть еще география, геоморфология и другие. Среди всех наук о Земле геодезия занимает свое место: она изучает геометрию Земли в целом и отдельных участков ее поверхности, а также геометрию любых объектов (и естественного, и искусственного происхождения) на поверхности Земли и вблизи нее.
Геодезия, как и другие науки, постоянно впитывает в себя достижения математики, физики, астрономии, радиоэлектроники, автоматики и других фундаментальных и прикладных наук. Изобретение лазера привело к появлению лазерных геодезических приборов - лазерных нивелиров и светодальномеров; кодовые измерительные приборы с автоматической фиксацией отсчетов могли появиться только на определенном уровне развития микроэлектроники и автоматики. Что же касается информатики, то ее достижения вызвали в геодезии подлинную революцию, которая происходит сейчас на наших глазах.
5. Вклад отечественных и заграничных ученых в развитие геодезической и картографической науки.
6. Государственная служба геодезии, картографии и кадастра Украины (Укргеодезкартографія).
7. Роль геодезии и картографии на современном этапе в изучении Земли как планеты, освоении космического пространства, решении фундаментальных и прикладных задач; перспективы дальнейшего развития.
В последние годы строительство так называемых уникальных инженерных сооружений потребовало от геодезии резкого повышения точности измерений. Так, при монтаже оборудования мощных ускорителей прихо дится учитывать десятые и даже сотые доли миллиметра. По результатам геодезических измерений изучают деформации и осадки действующего промышленного оборудования, обнаруживают движение земной коры в сейсмоактивных зонах, наблюдают за уровнями воды в реках, морях и океанах и уровнем грунтовых вод.
Возможность использования искусственных спутников Земли для решения геодезических задач привела к появлению новых разделов геодезии - космической геодезии и геодезии планет. Подтверждаются слова К.Э. Циолковского: "Земля - колыбель человечества, но нельзя вечно жить в колыбели."
Фигура Земли и ее внешнее гравитационное поле.
1. Основные понятия о фигуре Земли и методы ее изучения.
Изучение формы и размеров Земли включает решение двух задач. Это - установление некоторой сглаженной, обобщенной, теоретической фигуры Земли и определение отклонений от нее фактической физической поверхности.
Учитывая, что поверхность океанов и морей составляет 71% поверхности Земли, а поверхность суши - только 29%, за теоретическую фигуру Земли принято тело, ограниченное поверхностью океанов в их спокойном состоянии, продолженной и под материками, и называемое геоидом.
Поверхность, в каждой своей точке перпендикулярная к отвесной линии (направлению силы тяжести), называется уровенной поверхностью. Из множества уpовенных поверхностей одна совпадает с поверхностью геоида.
Из-за неравномерности распределения масс в земной коре геоид имеет неправильную геометрическую форму, и его поверхность нельзя выразить математически, что необходимо для решения геодезических задач. При решении геодезических задач геоид заменяют близкими к нему геометрически правильными поверхностями.
Так, для приближенных вычислений Землю принимают за шар с радиусом 6371 км.
2. Нормальное гравитационное поле Земли и принципы его моделирования.
3. Возмущающий потенциал Земли и его представление через ряды по сферическим функциям.
4. Основные модели и принципы изучения фигуры Земли.
Если бы Земля была идеальным шаром и состояла из концентрических слоев различной плотности, имеющих постоянную плотность внутри каждого слоя, то все уровенные поверхности имели бы строго сферическую форму, а направления силы тяжести совпадали бы с радиусами сфер. В реальной Земле направления силы тяжести зависят от распределения масс различной плотности внутри Земли, поэтому поверхность геоида имеет сложную форму, не поддающуюся точному математическому описанию, и не может быть определена только из наземных измерений.
5. Метод спутниковой альтиметрии для изучения топографической поверхности Мирового океана.
6. Принципиальная схема решения задачи определения фигуры физической поверхности и гравитационного поля Земли.
7. Теория М.С. Молоденського. Нормальная Земля.
8. Параметры Нормальной Земли и их связь с фундаментальными геодезическими и астрономическими постоянными.
9. Метод определения и уточнение фундаментальных геодезических постоянных.
10. Международная геодезическая референц-система 1980(ОК380).
11. Астрономо-геодезические и гравиметрические отклонения отвесных линий.
12. Интерполирование астрономо-геодезических отклонений отвесных линий с использованием гравиметрических данных.
13. Высоты геоида / квазигеоида принципы их определения.
В настоящее время при изучении физической поверхности Земли роль вспомогательной поверхности выполняет поверхность квазигеоида, которая может быть точно определена относительно поверхно сти эллипсоида по результатам астрономических, геодезических и гравиметрических измерений. На территории морей и океанов поверхность квазигеоида совпадает с поверхностью геоида, а на суше она отклоняется от него в пределах двух метров
14. Вычислительные аспекты определения отклонений отвесных линий и высот квазигеоида.
15.Использование высот квазигеоида и отклонений отвесных линий при решении фундаментальных и прикладных задач.