Тема 3. Введення в геодезію та основи топографії

Пригадайте, що вам відомо про форму і розміри Землі. Як із часом змінювалися уявлення людей про форму нашої планети?

ФІГУРА ТА РОЗМІРИ ЗЕМЛІ. ГЕОЇД ТА ЕЛІПСОЇД. Давні народи уявляли Землю плоским диском, який стоїть на слонах і черепасі або на киті. Уперше кулястість Землі була доведена давньогрецькими вченими понад 2 тис. років тому. Арістотель у своїх працях наводив наукові докази кулястості Землі, спираючись на форму тіні, яку планета відкидає під час місячних затемнень. Англійський фізик Ісаак Ньютон стверджував, що внаслідок дії сил гравітації та обертання планети вона має бути сплюснута з полюсів. Яку форму й розміри має Земля на думку сучасних вчених? На основі численних геодезичних вимірювань було запропоновано обрати еліпсоїд — фігуру, наближену до форми Землі (мал. 1).

Фізична поверхня Землі створюється поверхнею океанів і материків. Океани займають майже три чверті площі нашої планети. Нерівності суходолу незначні, якщо врахувати його велику площу. Тому форма Землі визначається поверхнею Світового океану Унаслідок нерівномірного розподілу маси та неоднорідності речовинного складу Землі її форма відхиляється від правильної форми еліпсоїда. На це відхилення впливають також гравітаційні поля Сонячної системи. Зараз фігурою, найбільш

близькою до дійсної форми Землі, вважається геоїд. Слово «геоїд» буквально означає «землеподібний».

Справжня форма поверхні Землі відхиляється від будь-якої умовної теоретичної поверхні еліпсоїда або геоїда Усі нерівності рельєфу просто неможливо вписати в жодну відому математичну форму

Європейський супутник GOCE, який пропрацював на навколоземній орбіті два роки, зібрав дані, що дозволили побудувати з великою точністю модель геоїда — ідеальної поверхні Світового океану, що формується тільки силою гравітації Землі, без урахування течій і припливів (мал. 2).

Виміри розмірів Землі засвідчили, що вона на 21 км сплюснута біля полюсів, отже, її полярний радіус менше за екваторіальний (мал. 3).

2 ПОНЯТТЯ ПРО ГЕОДЕЗІЮ. Геодезія — одна з найдавніших наук. Перші відомості про геодезичні вимірювання з’явилися ще в Давніх Єгипті та Китаї. Вимірювання використовували під час спорудження зрошувальних систем і каналів, будівництва доріг, пірамід, Великої Китайської стіни тощо. Із найдавніших часів людина не лише вивчала особливості поверхні Землі, а й намагалася визначити її розміри. Саме за допомогою геодезичних досліджень у III ст. до н. е. Ератосфен досить точно визначив радіус нашої планети. Свого розвитку геодезія як наука набула в Давній Греції, де саме і з’явився термін «геодезія», що в пе

рекладі означає «землеподіл» (geo — земля, desio — поділяю). Сама назва показує, що геодезія як наука виникла з практичних потреб людства, пов’язаних із вимірюваннями й поділом земельних ділянок. Римляни створили перші геодезичні прилади Принципи, покладені в їх основу, були реалізовані в більшості сучасних геодезичних приладів

Давні єгиптяни помітили, що дно глибоких криниць у місті Сієна (Асуан) під час літнього сонцестояння освітлюється Сонцем, а в Александрії такого не буває. Ці спостереження використав Ератосфен для визначення радіуса Землі. Для того щоб визначити, під яким кутом Сонце розташовується на небі, він використав спеціальний прилад скафіс — чашу з довгою голкою. Після проведення вимірювань в Александрії виявилося, що кут дорівнює 1/50 кола скафіса, тобто 7 градусів 12 хвилин. Отже, Сієна відстає від Александрії на 1/50 кола Землі. Якщо відстань між цими містами дорівнювала 5 тис. стадій, то, відповідно, коло Землі — 250 тис. стадій, а радіус — 39,790 стадій. За часів Ератосфена користувалися грецькими (1 стадій — 178 м), та єгипетськими (1 стадій — 230,4 м) стадіями.

Якщо Ератосфен користувався грецькими стадіями, то радіус Землі становить 7,082 км, якщо єгипетськими — 6,287 км (сучасні вимірювання дають середній радіус — 6,371 км). Ці розрахунки розмірів нашої планети були зроблені у 240 р. до н. е.

Із розвитком міждержавних торгово-економічних зв’язків виникла необхідність визначення місця розташування великих торгових центрів Стародавнього світу та відстаней між ними. У Середні віки з появою в Європі держав і розвитком феодальних відносин виникла необхідність точного визначення кордонів держав і землеволодінь. Ці питання вирішували геодезія та картографія. Перший підручник із геодезії був створений в XI ст. відомим вченим і філософом Середньовіччя Аль-Біруні.

У XVIII і XIX ст. при визначенні форми Землі головна роль відводилася геодезичним вимірюванням. Сучасна геодезія застосовує спеціальні вимірювання, що виконуються за допомогою геодезичних та інших приладів із подальшою математичною і графічною обробкою їхніх результатів. Геодезичні дослідження вирішують глобальні питання, пов’язані з визначенням форми та розмірів Землі, зміною форми земної кори, рухом материків, переміщенням берегових ліній. Також геодезія вирішує окремі практичні завдання з визначення площ ділянок, їх точних розмірів, географічних координат та особливостей рельєфу. Для здійснення цих завдань створено геодезичні мережі. Розрізняють глобальні, державні та місцеві мережі, пункти яких закріплені на місцевості за допомогою геодезичних знаків (мал. 4).

В Україні державну політику у сфері топографо-геодезичної і картографічної діяльності здійснює Держгеокадастр — Державна служба України з питань геодезії, картографії та кадастру. Її завданнями є забезпечення функціонування та розвитку Державної геодезичної мережі, топографічне картографування території та розвиток національної системи картографування, створення та оновлення топографічних карт, проведення робіт із демаркації державного кордону України тощо. Сьогодні розвиток геодезії і картографії в Україні зміцнює обороноздатність країни для збереження її територіальної цілісності

З НАЗЕМНІ ТА АЕРОКОСМІЧНІ МЕТОДИ І СПОСОБИ ЗНІМАНЬ МІСЦЕВОСТІ. ГЕОДЕЗИЧНІ ПРИЛАДИ. Для того щоб створити великомасштабну карту або план, потрібно провести на земній поверхні вимірювання ліній і кутів

За даними кутових і лінійних вимірювань шляхом обчислень визначають точне положення точок місцевості у вибраній системі координат. Саме за координатами наносять точки місцевості на карту (план)

Знімання місцевості, метою яких є створення топографічних карт і планів, називаються топографічними. Вони поділяються на наземні та дистанційні залежно від розташування знімального обладнання під час робіт. До дистанційних знімань належать аерофототопогра-фічне (повітряне) і космічне знімання. Топографічні знімання залежно від практичних завдань, які вони вирішують, можуть бути зніманням шельфу, землевпорядним зніманням тощо.

Під час топографічних знімань вимірюють кути, відстані та висоти спеціальними приладами: теодолітами, нівелірами, тахеометрами (мал. 5). Серед сучасних геодезичних приладів слід виділити електронний тахеометр — прилад, за допомогою якого можна виконати майже всі види геодезичних робіт: вимірювання кутів, відстаней та перевищень (мал. 6).

Для створення та оновлення топографічних карт часто використовують матеріали аерофототопографічних знімань. Знімання поверхні виконують спеціальними аерофотокамерами з повітряних літальних апаратів (мал. 7).

Зараз набуває розвитку наземно-космічне (наземно-супутникове) знімання, яке оперативніше, ефективніше та менш трудомістке порівняно з традиційними методами геодезичних робіт. Проведення таких знімань стало можливим завдяки вільному доступу до сигналів штучних супутників Землі, які належать до певної глобальної навігаційної супутникової системи (ГНСС).

Сьогодні основними супутниковими навігаційними системами є GPS (США), ГЛО-НАСС (Росія), GELILEO (Євросоюз), BeiDou (Китай). Зараз кожна система має понад 20 супутників, і їхня кількість зростає. Супутники розташовані на висоті приблизно 20 тис км від Землі

Наземно-супутникове знімання виконується за допомогою спеціальних ГНСС-приймачів (англ GNSS), які ловлять сигнали від супутників (мал. 8). Обробка сигналів забезпечує отримання координат пункту в польових умовах у потрібній системі координат із точністю менше ніж 1 м.

gps.gov, glonass-iac.ru/en/, galileognss.eu, en.beidou.gov.cn — сайти, що містять відомості про глобальні навігаційні супутникові системи.

ВИСНОВКИ

Форма Землі визначається гравітаційними силами.

Земля не є ідеальною сферою. Для опису фігури Землі вибирають еліпсоїд або геоїд.

Геодезія — наука про методи й техніку виконання вимірювань на земній поверхні.

Геодезичні вимірювання виконуються з метою вивчення фігури Землі, створення карт і планів та розв'язання різних прикладних завдань.

Залежно від розташування знімального обладнання знімання поділяються на на земні та дистанційні.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Яку форму має Земля? Якими є її особливості?

2. Поясніть роль геодезії у створенні топографічних карт.

3. Які практичні завдання можна вирішити за допомогою геодезичних вимірів?

4. Яке призначення мають топографічні знімання місцевості?

5. Поясніть, за рахунок чого стало можливим проведення наземно-супутникового знімання.

Це матеріал з підручника Географія 8 клас Масляк, Даценко, Капіруліна (2021, поглиблений рівень)