Высота в ее физическом определении тесно переплетена с понятием работы, которая совершается в поле силы тяжести. Физические высоты точек, расположенных на одной уровенной поверхности будут одинаковыми в том случае, если потенциал силы тяжести на уровенной поверхности – величина постоянная. В таком случае, мерой высоты является работа, которая совершается при помощи силы тяжести, а также другой силы относительно действия силы тяжести при перемещении единичной массы из первой точки в другую. В этом состоит разность потенциалов двух точек.
Рисунок 1. Способ изображения геодезической высоты. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В геодезии принято использовать понятие разности высот. Оно в геометрическом представлении определяется при помощи метода геометрического нивелирования. Сопоставление разности физических высот и разности потенциалов можно получить из данных геометрического нивелирования и при измерении силы тяжести.
В топографии измеряют среднюю точность высот, однако для этого понятие высоты сращивают. Поэтому уровенные поверхности становятся параллельными по отношению друг к другу. Значения физических и геометрических высот в этом случае становятся равными.
Уровенная поверхность представляет собой такую поверхность, которая полностью совпадает с поверхностью воды в океанах и морях, находящихся в спокойном состоянии. При этом она является продолжением материков.
Фигура геоида была предложена в качестве величины, определяющей форму и размер Земли. Эти понятия употребляются, начиная с середины 20 века.
Системы высот в геодезии
Для определения отметок точек в пространстве применяются следующие системы высот:
- абсолютная (ортометрическая);
- геодезическая;
- обобщенная;
- относительная.
Абсолютная высота $H_о$ определяется как расстояние, которое отсчитывается по направлению отвесной линии от поверхности геоида до определенной точки. Такую систему определения высот также называют ортометрической.
Геодезическая высота $H_г$ определяется как расстояние, которое отсчитывается по направлению от поверхности референц-эллипсоида до этой точки.
Нормальная или обобщенная система определения высот широко распространена в России.
Она определяется как отсчет по направлению отвесной линии от поверхности квазигеоида, которая расположена близко к поверхности геоида.
Квазигеоид был предложен советским ученым М.С. Молоденским в качестве принципиального решения задачи по определению строгой фигуры Земли.
Относительную высоту $H_у$ принято измерять от любой иной поверхности, а не от основной уровенной поверхности.
Система динамических и нормальных высот
Существует две основные системы определения высот, используемых в России:
- система динамических высот;
- система нормальных высот.
Выполняя комплекс геодезических работ, специалисты сталкиваются с расчетом так называемых динамических высот. Подобные задачи необходимо решать при обеспечении работы у гидротехнических сооружений, которые создаются на большой территории. Эти динамические высоты обладают свойствами постоянности на уровенной поверхности.
Эксперты определяют по значениям высот направление течения воды в этой системе, однако сама система динамических высот имеет ряд недостатков, которые необходимо учитывать при составлении точных расчетов. Эта система не может позволить решить поставленные задачи в ходе составления карт на значительных пространствах, а также решить ряд научных целей и задач.
В России активно используется более подходящая для указанных целей система. Она называется системой нормальных высот, с помощью которой можно определить высотное положение точек в пространстве.
Эта система не может обладать определенными свойствами постоянства на уровенной поверхности, поэтому все измерения проводятся в формате изменения высот уровенной поверхности в направлении «Север-Юг». По величине измерения могут допустить возможность применения системы нормальных высот для расчета средней точности. Специалисты использует метод совместного использования нескольких систем нивелирных высот. При необходимости они могут использовать любую из них, если этого требует возникшая ситуация.
Рисунок 2. Применение системы нормальных высот. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В России принято использовать в качестве исходного пункта нивелирной сети репер. Он непосредственно связан с уровнемером постом, где ведутся в круглосуточном режиме измерения, определяющие положение уровня моря. За основу принят средний уровень Балтийского моря. Его называют Нулем Кронштадского футштока, который был зафиксирован за период с 1825 по 1839 годы. Все значения производятся по Балтийской системе высот.
Нормальная нивелирная высота или гипсометрическая НУ связана с геодезической высотой Н. В расчетах используются значения аномалии высоты. Ее еще называют высотой квазигеоида. Она демонстрирует уклонения или аномалии в гравитационном поле нашей планеты от модельного значения высоты квазигеоида.
Высота самого квазигеоида получается исходя из совокупности данных, которые были получены при помощи астрономо-гравиметрического нивелирования. Любой пользователь может самостоятельно рассчитать приближенное значение величины. Он достигается путем разложения геопотенциала по американской и российской системе данных.
Также употребляется в расчетах местная система определения высот - Тихоокеанская. Она ниже Балтийской на 1873 мм.
Способы изображения земной поверхности
Точки, линии, контуры и углы на определенной местности располагаются из-за различных неровностей земной поверхности на впадинах или возвышенностях. Такие структуры представлены в виде пространственных форм и изображаются на бумажных носителях, как план или плоская карта с большими проблемами. Для более точного изображения поверхности планеты на плоскости используют метод проекции.
Другими словами, различные точки местности Земли проецируются отвесными линиями. При относительно небольшим площадях уровенная поверхность может быть заменена плоскостью. Точки местности переносят без потерь на горизонтальную плоскость. Эти данные приводят к внедрению и возникновению координат.
В процессе перенесения точек на плоскость формируется план местности. При этом длины линий принято заменять горизонтальными проекциями.
Системы координат в геодезии
Геодезисты применяют три основные системы координат:
- географическую;
- зональную систему Гаусса–Крюгера;
- полярную.
Специалисты определяют точки относительно меридиана и экватора при помощи основных географических координат: широты и долготы. В этом состоит общепринятая географическая система координат. Сами географические координаты можно определить при помощи геодезических измерений и наблюдений астрономов.
Если установлены географические координаты точки земной поверхности, можно рассчитать зональные прямоугольные координаты. Для этого применяется зональная система плоских прямоугольных координат Гаусса–Крюгера.
Полярная система координат использует полярные расстояния и углы.
