Задачи высшей геодезии можно подразделить на научные и научно-технические.

Главной научной задачей высшей геодезии является изучение фигуры (т. е. формы и размеров) и внешнего гравитационного поля Земли.

Решение этой задачи включает:

1. Определение вида и размеров математически правильной поверхности, достаточно хорошо представляюш,ей фигуру Земли в целом. Такой поверхностью признается поверхность эллипсоида врап2;ения с малым сжатием; он называется земным эллипсоидом.

Определение поверхности земного эллипсоида заключается в установлении параметров, характеризующих его размеры, форму и расположение (ориентирование) в теле Земли.

2. Изучение действительной фигуры Земли и ее внешнего гравитационного поля. Под действительной фигурой Земли понимается реальная физическая земная поверхность.

Изучение действительной фигуры Земли заключается в определении геометрических величин, характеризующих отступления ее поверхности от поверхности установленного земного эллипсоида.

Внешнее гравитационное поле Земли изучают по такому же принципу, как и фигуру Земли: сначала определяют гравитационное поле тела, близкого к Земле, за которое также принимается эллипсоид вращения, затем определяют отступления гравитационного поля реальной Земли от гравитационного поля выбранного эллипсоида.

Гравитационное поле Земли и фигура Земли неразрывно связаны между собой и их изучение представляет по существу одну задачу. Практически задача изучения фигуры Земли сводится к определению координат точек ее поверхности в единой, общей для всей Земли системе, а задача изучения внешнего гравитационного поля Земли - к определению потенциала силы тяжести на поверхности Земли и в ее внешнем пространстве в той же координатной системе.

В числе других научных задач высшей геодезии упомянем, например, такие задачи, как изучение горизонтальных и вертикальных движений земной коры, исследования внутреннего строения Земли, определение разностей уровней морей и перемещений береговых линий океанов, изучение движения земных полюсов и т. п.

Запуск искусственных спутников Земли и наблюдение за их движением расширили круг научных задач высшей геодезии; использование результатов наблюдений ИСЗ позволило изучать фигуры и гравитационные поля Луны и планет солнечной системы.

Перечисленные основные научные задачи решаются на основе результатов геодезических, гравиметрических, астрономических измерений, каковыми являются:

а) угловые и линейные измерения, онределяюш,ие взаимное положение точек земной поверхности (триангуляция, полигонометрия, нивелирование);

б) измерения ускорений силы тяжести;

в) астрономические определения широт, долгот точек земной поверхности и азимутов направлений;

г) наблюдения за движением искусственных спутников Земли.

Для того чтобы эти измерения обеспечили достаточную точность вывода величин, определяющих фигуру и гравитационное поле Земли и планет Солнечной системы, к ним предъявляются высокие требования. Ниже приводятся допустимые величины среднеквадратических ошибок измерений.

Линейные измерения

Измерение горизонтальных углов

Измерение зенитных расстояний на пунктах

земной поверхности Нивелирование 1 класса:

случайная погрешность

систематическая погрешность Абсолютные определения силы тяжести

Относительные определения силы тяжести

Определение астрономических широт и долгот 1 класса

Определение астрономических азимутов 1 класса

Определение направлений на ИСЗ Определение дальностей расстояний до ИСЗ

± 1 : 500 ООО ±0,7

Несколько секунд

т] = ±1,0 мм/км

а = ±0,05 мм/км

Доли миллигала или в относительной мере - величины порядка 10-6-10-7

0,05-0,5 мгл или в относительной мере - величины порядка 10-7

±0,3-0,5

±0,7

Около 1 До 1 м

Порядок приведенных погрешностей измерений учитывается как при теоретических исследованиях, так и при обработке материалов измерений.

Научно-технические задачи высшей геодезии заключаются в первую очередь в разработке наиболее совершенных методов и приборов для выполнения высокоточных измерений и наблюдений упомянутых видов и определения координат точек на территории государства в единой системе и, в конечном счете, на поверхности всего земного шара. Укажем, что методами высшей геодезии определяют координаты отдельных, дискретных точек земной поверхности. Форму физической поверхности Земли между этими точками детально изучают методами топографии. Для топографического изучения формы поверхности Земли ее точки, определенные методами высшей геодезии, служат исходными и в совокупности образуют опорную геодезическую сеть; при наличии последней для детального изучения земной поверхности методами топографии уже не требуется применения теории высшей геодезии.

Одновременно отметим, что методы и приборы, разрабатываемые в высшей геодезии, находят все возрастающее применение в практике строительства

разнообразных инженерных сооружений - научных, промышленных, гидро-и теплоэнергетических, транспортных и т. п.

Существенной научно-технической задачей высшей геодезии является разработка и установление целесообразных методов математической обработки результатов измерений, имеющих целью устранение геометрических и иных несогласий, обусловленных погрешностями измерений, и вывод наиболее достоверных значений искомых результативных данных измерений.

Картографирование значительных территорий, т. е. отображение земной поверхности на карте - плоскости, ставит задачу отображения и опорных геодезических пунктов на плоскости; иначе говоря, задача сводится к изображению по математическим законам сфероидической поверхности на плоскости и определению на ней положения геодезических пунктов в системе плоских координат, как более удобных для практических целей.

Освещенные в общих чертах научные и научно-технические задачи высшей геодезии взаимосвязаны, и поэтому упомянутое подразделение в известном смысле условно; не вдаваясь в детали, отметим, что выполнение основных научно-технических задач требует учета требований, вытекающих из научных задач, без чего последние не могут разрешаться с необходимой глубиной и достоверностью; с другой стороны, для решения научно-технических задач необходимо знание основных выводов и результативных данных, являющихся итогом решения научных задач высшей геодезии. Изложенное выше позволяет дать следующее общее определение высшей геодезии.

Высшая геодезия - наука:

1) изучающая фигуру и гравитационное поле Земли и планет Солнечной системы;

2) определяющая количественные характеристики различных движений земной коры;

3) занимающаяся точными измерениями в натуре, необходимыми а) для исследований по перечисленным научным проблемам, б) для определения координат пунктов государственной геодезической сети в единой системе как основы картографирования его территории, в) для точного решения разнообразных задач при народнохозяйственном строительстве и г) для удовлетворения нужд обороны страны.

Теперь остановимся на некоторых основных понятиях и приведем сведения для общей ориентировки в вопросах курса при последующем более детальном изучении предмета.

Ранее под фигурой Земли понималась поверхность геоида. Геоид - уровенная поверхность, совпадающая в океане с невозмущенной поверхностью воды, мысленно-продолженной под материками таким образом, чтобы направления отвесных линий пересекали эту поверхность во всех ее точках под прямым углом. Эта поверхность является непрерывной, замкнутой, всюду выпуклой. Поскольку фигура геоида зависит от неизвестного нам распределения масс внутри Земли, то она. строго говоря, неопределима. Это было показано советским ученым М. С. Молоденским, предложившим основной задачей геодезии считать изучение фигуры реальной Земли и ее гравитационного поля и разработавшим теорию, которая дает возможность точного изучения фигуры Земли на основании выполненных на земной поверхности измерений, без привлечения каких-либо гипотез о внутреннем ее строении.