GEODEZJA OGÓLNA Wiadomości podstawowe

Transkrypt

1 GEODEZJA OGÓLNA Wiadomości podstawowe mgr inż. Grzegorz Wydra Policealne Studium Budownictwa, Projektowania Architektonicznego i Geodezji w Toruniu

2 Treść wykładu 1 Zarys historii geodezji Polska i świat Kształt Ziemi Definicja geodezji Podział i zadania geodezji Rodzaje prac i opracowań geodezyjnych Sprzęt geodezyjny 2

3 Zarys historii Geodezji Ludy pierwotne. Jedna z najstarszych map znaleziona w wykopaliskach w Mezopotamii datowana na 2400 lat p.n.e. Starożytność Ziemia wyobrażana jako płaski dysk pływający po oceanie V wiek p.n.e. Pitagoras - Ziemia jako kula (brak dowodów) IV wiek p.n.e. Arystoteles udowadnia, że Ziemia jest kulą w oparciu o wynurzanie się statków z widnokręgu. 3

4 Zarys historii geodezji Przełom III i II wieku p.n.e. Erastotenes pierwszy pomiar obwodu Ziemi bardzo dokładny pomiar. 4

5 Zarys historii Geodezji Ptolemeusz ( n.e.) zasady obliczania ruchów ciał niebieskich. Wydaje książkę Geografia spis około 8000 nazw geograficznych i 400 punktów o wyznaczonej szerokości astronomicznej. 5

6 Zarys historii geodezji 1492 rok odkrycie Ameryki konieczność przedstawienia powierzchni Ziemi na płaszczyźnie w pewnych rzutach. Powstają rzuty kartograficzne Merkator XVI wiek. XVI wiek Mikołaj Kopernik i heliocentryczna budowa wszechświata. Przypuszczenia fizyków, że Ziemia to spłaszczona kula rok Francja. J. Fernel pierwsze pomiary południka w Europie rok Pomiar południka przez holenderskiego uczonego Snelliusa, twórcy metody triangulacji. Ogromny wpływ na rozwój geodezji (twierdzenie sinusów). 6

7 Zarys historii geodezji Francja. Mechain i Delambre dokonują pomiaru południka paryskiego. Przez wiele lat konkurent obecnego południka zerowego w Greenwich. 7

8 Zarys historii geodezji Carl Friedrich Gauss (książe matematyków) niemiecki matematyk, fizyk, astronom i geodeta. Powstanie teorii najmniejszych kwadratów jako podstawy rachunku wyrównawczego. 8

9 Zarys historii geodezji 1841 rok podanie pierwszej powszechnie akceptowanej elipsoidy jako powierzchni służącej do określania położenia sytuacyjnego punktów na Ziemi (Bessel) 1873 rok Pojęcie geoidy jako powierzchni najlepiej oddającej kształt Ziemi (Listing). 9

10 Zarys historii geodezji - Polska XV wiek początek kształcenia geodetów w Polsce w Akademii Krakowskiej r. - Geometria Regis pierwsza książka o geodezji napisana po łacinie przez Marcina z Żurawicy 1566 r. Geometria to jest miernicka nauka pierwsza książka techniczna napisana w języku polskim przez profesora Akademii Krakowskiej Stanisława Grzebskiego 1631 r. Akademia Krakowska powołanie pierwszej polskiej Katedry Geodezji 1826 r. Wykłady z geodezji na pierwszej w Polsce Wyższej Uczelni Technicznej Politechnice Warszawskiej. 10

11 Kształt Ziemi Ziemia jako nieregularna bryła. Rzeczywisty jej kształt niemożliwy do przedstawienia w sposób ścisły. Powierzchnia odniesienia jako powierzchnia najbardziej zbliżona kształtem do nieregularnej bryły Ziemi (płaszczyzna, kula, elipsoida obrotowa). Geoida i elipsoida jako powierzchnie odniesienia: Geoida nieregularna bryła (powierzchnia ekwipotencjalna niemożliwa do opisania ściśle) jako powierzchnia odniesienia dla określenia wysokości punktów na Ziemi. Elipsoida obrotowa kula spłaszczona na biegunach jako powierzchnia odniesienia dla określania położenia sytuacyjnego punktów na Ziemi. 11

12 Kształt Ziemi Elipsoida obrotowa: Półoś duża (promien równikowy):a Półoś mała (promień biegunowy) : b Spłaszczenie elipsoidy: µ=(a-b)/a Z elipsoidą odniesienia dla Ziemi związany jest układ współrzędnych kątowych B, L. Elipsoidę odniesienia dla Ziemi należy wyznaczać tak, by jej kształt był maksymalnie zbliżony do kształtu geoidy. 12

13 Kształt Ziemi Wybrane elipsoidy ziemskie 13

14 Kształt Ziemi Geoida: Powierzchnia o stałym potencjale grawimetrycznym (ekwipotencjalna) powstała w wyniku przedłużenia powierzchni mórz i oceanów pod lądami i nad depresjami. Geoida zerowa jako średnia powierzchnia mórz i oceanów stanowi powierzchnie odniesienia w pomiarach wysokościowych. W przypadku idealnej Ziemi całkowicie pokrytej wodami, powierzchnia wód byłaby powierzchnią o wysokości równej 0. Poziom zera dla Polski przyjmuje się dla poziomu morza w Kronsztadzie (Rosja-rejon Zatoki Fińskiej). 14

15 Kształt Ziemi Instrumenty geodezyjne (teodolit, niwelator, skaner laserowy, GPS) są ustawiane prostopadle lub równolegle do geoidy ponieważ siła ciężkości jest w każdym punkcie geoidy prostopadła do jej powierzchni. 15

16 Kształt Ziemi Geoida a elipsoida: Aby wpasować elipsoidę obrotową jako powierzchnię odniesienia dla pomiarów sytuacyjnych należy wpierw określić wymiary i położenie geoidy. 16

17 Kształt Ziemi Rozbieżności pomiędzy powierzchniami. 17

18 Kształt Ziemi Modele geoidy: Przykłady: Świat: Earth Gravity Model EGM 96 Polska: Geoida niwelacyjna profesora Edwarda Osady Każdy kraj wybiera swój własny model geoidy i elipsoidy. 18

19 Kształt Ziemi Elipsoida, kula czy płaszczyzna jako najlepsze odwzorowanie powierzchni Ziemi? Globalne ujęcie Ziemi: elipsoida obrotowa. Obszar 80 km2 do km2 powierzchnia odniesienia jako kula (gmina, miasto, województwo, kilka województw) Obszar do około 80 km2 (obszar o średnicy ok. 10 kilometrów) powierzchnia odniesienia jako płaszczyzna (gmina, miasto) Ważny wniosek: Geodezja ogólna zwana również geodezją szczegółową i topografią zajmuje się pomiarami sytuacyjnymi i wysokościowymi na mniejszych obszarach w odniesieniu do PŁASZCZYZNY. 19

20 Definicja geodezji Geodezja pojęcie wprowadzone przez Arystotelesa, pochodzi od greckich wyrazów: γη - Ziemia oraz δαiνυµι - dzielić. Dosłownie geodezja oznacza dzielenie Ziemi. Geodezja (według Friedricha Helmerta) Nauka zajmująca się pomiarami i tworzeniem map powierzchni Ziemi. Geodezja (według Encyklopedii Powszechnej PWN) nauka mająca na celu wyznaczenie kształtu i rozmiarów oraz sporządzenie modelu matematycznego rzeczywistej bryły ziemskiej, a także określenie wzajemnego położenia punktów na jej powierzchni. 20

21 Podział i zadania Geodezji Geodezja dzieli się na geodezję wyższą i GEODEZJĘ OGÓLNĄ zwaną również geodezją niższą lub miernictwem. Geodezja wyższa badanie i wyznaczanie rozmiarów i kształtu bryły ziemskiej z uwzględnieniem krzywizny powierzchni Ziemi. Geodezja ogólna (geodezja szczegółowa, topografia) szczegółowe pomiary sytuacyjne (poziome) i wysokościowe na mniejszych obszarach rozpatrywanych w odniesieniu do płaszczyzny. 21

22 Podział i zadania Geodezji Geodezja gospodarcza (dział geodezji ogólnej) prace geodezyjne wykonywane na potrzeby gospodarki narodowej: Geodezja inżynieryjno przemysłowa Geodezja miejska Geodezja górnicza Geodezja rolna i leśna 22

23 Podział i zadania Geodezji Kartografia nauka o mapach i o tym jak przedstawić zakrzywioną powierzchnię Ziemi na płaskim rysunku mapy. Fotogrametria i teledetekcja nauka o zdalnym pozyskiwaniu informacji o powierzchni Ziemi lub zjawiskach występujących na Ziemi a następnie na przetwarzaniu i interpretowaniu pozyskanych informacji. Geodezja satelitarna jako dział geodezji wyższej. Instrumentoznawstwo geodezyjne nauka zajmująca się instrumentami geodezyjnymi używanymi przy pomiarach geodezyjnych. Rachunek wyrównawczy i obliczenia geodezyjne. 23

24 Podział i zadania geodezji Astronomia geodezyjna dział geodezji wyższej zajmuje się określaniem położenia punktów i orientacją kierunków na powierzchni Ziemi za pomocą obserwacji ciał niebieskich. Geodezja dynamiczna dział geodezji wyższej zajmuje się wyznaczeniem kształtu i położenia przestrzennego geoidy w odniesieniu do pomiarów grawimetrycznych (badanie przyspieszenia i potencjału siły ciężkości). Geomatyka inaczej informatyka geodezyjna. Dziedzina wiedzy zajmująca się pozyskiwaniem, przetwarzaniem, analizą i udostępnianiem informacji przestrzennych.termin ściśle związany z Geograficznym Systemem Informatycznym (GIS). 24

25 Podział i zadania geodezji Geodezja a inne nauki: 25

26 Podział i zadania Geodezji Wybrane zadania Geodezji: Badanie kształtu i rozmiarów Ziemi oraz tworzenie modeli matematycznych i mechanicznych bryły ziemskiej. Dostarczanie danych o położeniu, kształcie i wymiarach obiektów geometrycznych oraz zjawisk związanych z Ziemią. Ustalanie granic nieruchomości dla celów prawnych. Przenoszenie projektów i planów architektonicznych w teren. Badanie przemieszczeń i odkształceń budowli i urządzeń technicznych. Zakładanie i prowadzenie ewidencji gruntów i budynków. Sporządzanie i gromadzenie dokumentacji geodezyjnej. 26

27 Rodzaje prac i opracowań geodezyjnych Projektowanie i wykonywanie pomiarów geodezyjnych. Wykonywanie zdjęć lotniczych. Wykonywanie obliczeń. Sporządzanie i przetwarzanie dokumentacji geodezyjnej. Zakładanie i aktualizacja baz danych. Pomiary i opracowania fotogrametryczne, grawimetryczne, magnetyczne i astronomiczne. 27

28 Rodzaje prac i opracowań geodezyjnych Praca geodety: prace polowe i prace kameralne (biurowe): Prace polowe czyli terenowe: różnego rodzaju pomiary wykonywane w terenie. Prace kameralne czyli biurowe: obliczenia, sporządzanie dokumentacji geodezyjnej z wykonanych pomiarów, sporządzanie różnego rodzaju map, szkiców i opracowań geodezyjno kartograficznych w zależności od potrzeb inwestora. 28

29 Sprzęt geodezyjny W pomiarach geodezyjnych mierzy się zasadniczo następujące wielkości: Odległość. Kierunek poziomy. Kąt pionowy. Różnice wysokości między punktamiprzewyższenia. 29

30 Sprzęt geodezyjny Sprzęt geodezyjny wczoraj i dziś. Ewolucja sprzętu geodezyjnego na przestrzeni ostatnich 20 lat, czyli od sprzętu analogowego do całkowitej automatyzacji procesów pomiarowych. 30

31 Sprzęt geodezyjny Taśma miernicza i jej zastosowanie w geodezji. 31

32 Sprzęt geodezyjny Taśma miernicza współcześnie. 32

33 Sprzęt geodezyjny Szpilki geodezyjne i ich zastosowanie w geodezji. 33

34 Sprzęt geodezyjny Węgielnica jako przyrząd do rzutowania punktów na prostą a także do wytyczania kątów prostych oraz półpełnych. 34

35 Sprzęt geodezyjny Statyw geodezyjny i jego zastosowanie w pomiarach terenowych. Części składowe statywu. 35

36 Sprzęt geodezyjny Niwelator libelowy Niwelator samopoziomujący 36

37 Sprzęt geodezyjny Niwelator laserowy / budowlany 37

38 Sprzęt geodezyjny Niwelator cyfrowy 38

39 Sprzęt geodezyjny Teodolit przyrząd do pomiarów kątów poziomych, kątów pionowych lub/i odległości. Teodolit optyczny Teodolit optyczny z nasadką dalmierczą Teodolit elektroniczny z nasadką dalmierczą 1984 rok. Teodolit elektroniczny / Tachimetr / Total Station. 39

40 Sprzęt geodezyjny Teodolit optyczny 40

41 Sprzęt geodezyjny Teodolit optyczny z nasadką dalmierczą 41

42 Sprzęt geodezyjny Teodolit elektroniczny z nasadką dalmierczą. 42

43 Sprzęt geodezyjny Teodolit elektroniczny / Tachimetr / Total Station 43

44 Sprzęt geodezyjny Teodolit elektroniczny / Tachimetr / Total Station. 44

45 Sprzęt geodezyjny Teodolit elektroniczny / Tachimetr / Total Station. 45

46 Sprzęt geodezyjny Tachimetr zrobotyzowany 46

47 Sprzęt geodezyjny System Globalnego Precyzyjnego Pozycjonowania Satelitarnego (Global Navigation Satellite System) - GNSS 47

48 Sprzęt geodezyjny System Globalnego Precyzyjnego Pozycjonowania Satelitarnego (Global Navigation Satellite System) 48

49 Sprzęt geodezyjny Tachimetr ze zintegrowanym systemem GPS (Smart Station) 49

50 Sprzęt geodezyjny Skaner laserowy 50

51 Dziękuje za uwagę Grzegorz Wydra