Geodezja współczesna (Wydawnictwo Naukowe PWN)

Tytuł Geodezja współczesna Autor Kazimierz Czarnecki Język polski Wydawnictwo Wydawnictwo Naukowe PWN ISBN 978-83-01-19129-0 Rok wydania 2014 Warszawa Wydanie 2 ilość stron 510 Format mobi, epub Spis treści PRZEDMOWA DO WYDANIA PIERWSZEGO XI 1. WPROWADZENIE DO GEODEZJI WYŻSZEJ 1 Z historii geodezji 1 1.1. Kształt Ziemi. Powierzchnie odniesienia. Naukowe i użyteczne zadania geodezji. Podział geodezji wyższej 7 1.2. Wprowadzenie do geodezji fizycznej 11 1.2.1. Siła ciężkości 11 1.2.2. Powierzchnie poziome. Linie pionu 14 1.2.3. Pojęcie wysokości 14 1.2.4. Układ współrzędnych naturalnych 16 1.2.5. Umowny układ ziemski – CTS 18 2. ZAGADNIENIA GEOMETRYCZNE GEODEZJI WYŻSZEJ 22 2.1. Elipsoida obrotowa jako powierzchnia odniesienia 22 2.1.1. Elementarne związki między parametrami elipsoidy 22 2.1.2. Układ współrzędnych geodezyjnych B, L 24 2.1.3. Przekroje normalne elipsoidy obrotowej i ich krzywizny 25 2.1.4. Szerokość geocentryczna i szerokość zredukowana 28 2.1.5. Równania parametryczne elipsoidy obrotowej 29 2.2. Linia geodezyjna na powierzchni elipsoidy obrotowej 31 2.2.1. Linia geodezyjna a przekroje normalne 31 2.2.2. Trójkąty geodezyjne i ich rozwiązywanie 34 2.3. Obliczanie współrzędnych na powierzchni elipsoidy obrotowej 36 2.3.1. Klasyfikacja metod 36 2.3.2. Metoda Clarke’a (zadanie wprost) 41 2.3.3. Wzory Clarke’a-Robbinsa 43 2.3.4. Metoda ‘średniej szerokości’ Gaussa 45 2.3.5. Rozwiązanie zadania ‘wprost’ metodą całkowania numerycznego. Algorytm Kivioja 49 2.4. Redukcja składników podstawowej poziomej sieci geodezyjnej z elipsody odniesienia na płaszczyznę 51 2.4.1. Podstawowe wzory odwzorowania Gaussa-Krügera; odwzorowanie UTM 51 2.4.2. Redukcje długości i kierunków 59 2.4.3. Transformacja do sąsiednich pasów odwzorowawczych 61 2.5. Transformacja współrzędnych B, L 63 2.5.1. Ogólne omówienie zadania transformacji współrzędnych 63 2.5.2. Transformacja Helmerta-Hristowa 64 3. MODELE POLA SIŁY CIĘŻKOŚCI ZIEMI 68 3.1. Elementy teorii potencjału 68 3.1.1. Podstawowe definicje i związki matematyczne 68 3.1.2. Wzory całkowe Gaussa. Tożsamości Greena 73 3.1.3. Zagadnienia brzegowe teorii potencjału 76 3.2. Harmoniczne sferyczne i ich zastosowanie do rozwinięcia potencjału grawitacyjnego Ziemi w szeregi 78 3.2.1. Harmoniczne sferyczne 78 3.2.2. Rozwinięcie potencjału grawitacyjnego Ziemi w szereg harmonicznych sferycznych 83 3.3. Pole normalne siły ciężkości Ziemi 90 3.3.1. Harmoniczne elipsoidalne 90 3.3.2. Elipsoida ekwipotencjalna jako model potencjału normalnego siły ciężkości Ziemi 94 3.3.3. Potencjał normalny siły ciężkości w postaci szeregu harmonicznych sferycznych 99 3.3.4. Przyśpieszenie normalne siły ciężkości 100 3.3.5. Gradient pionowy siły ciężkości w polu rzeczywistym i w polu normalnym 105 3.3.6. Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRS’80) 109 3.3.7. Przyśpieszenie siły ciężkości na sferoidzie normalnej 113 3.3.8. Satelitarne wyznaczanie współczynników harmonicznych strefowych Jn (w profilu) 120 3.4. Zmiany pola siły ciężkości w czasie. Zjawiska pływowe i ich modelowanie 125 3.4.1. Potencjał sił pływowych 125 3.4.2. Zmiany pływowe przyśpieszenia siły ciężkości na powierzchni ‘niesprężystej Ziemi’ 130 3.4.3. Siły pływowe a rozciągliwość Ziemi. Potencjał deformacyjny 132 3.4.4. Geodezyjne efekty zjawisk pływowych 134 4. Części GRAWIMETRII GEODEZYJNEJ 140 4.1. O metodach pomiarów przyśpieszenia siły ciężkości 140 4.1.1. Metody ‘luźnego spadku’ i ‘podrzutu i spadku’ 140 4.1.2. Pomiary względne przyśpieszenia siły ciężkości metodą wahadłową 146 4.1.3. Grawimetry statyczne 148 4.1.4. Cechowanie grawimetrów 155 4.1.5. Metodyka pomiarów grawimetrami 160 4.2. Korygowanie wyników pomiarów grawimetrami 162 4.2.1. Poprawki ze względu na zmiany przyśpieszenia siły ciężkości spowodowane przyciąganiem Księżyca i Słońca 162 4.2.2. Poprawki ze względu na dryft grawimetru 164 4.3. Gradientometria – pomiary drugich pochodnych potencjału siły ciężkości 166 4.3.1. Zasada pomiarów drugich pochodnych potencjału siły ciężkości przy pomocy wagi skręceń 166 4.3.2. Inne metody pomiaru drugich pochodnych potencjału 168 5. WYZNACZANIE FIGURY ZIEMI METODAMI GRAWIMETRYCZNYMI I ASTRONOMICZNO-GEODEZYJNYMI 171 5.1. Zarys teorii figury Ziemi według koncepcji Stokesa 171 5.1.1. Potencjał zakłócający 172 5.1.2. Anomalie grawimetryczne i odchylenia pionu 173 5.1.3. Podstawowe równanie geodezji fizycznej 175 5.1.4. Zarys rozwiązania zagadnienia brzegowego geodezji fizycznej. Wzór Stokesa 178 5.1.5. Odchylenia pionu na geoidzie. Wzory Vening-Meinesza 183 5.1.6. Niektóre częściej użytkowane redukcje grawimetryczne 186 5.1.7. Liczby geopotencjalne i wysokości dynamiczne. Wysokości ortometryczne 201 5.1.8. Krzywizna linii pionu 213 5.2. Orientacja elipsoidy najlepiej pasującej do geoidy na danym obszarze 217 5.2.1. Orientacja elipsoidy a sieć astronomiczno-geodezyjna 217 5.2.2. Wyznaczanie orientacji, rozmiarów i kształtu elipsoidy najlepiej pasującej do geoidy na danym obszarze 218 5.2.3. Równanie Laplace’a – orientacja elipsoidy względem przeciętnego układu ziemskiego – orientacja sieci geodezyjnej na powierzchni elipsoidy odniesienia 222 5.2.4. Uwzględnienie ruchu bieguna ziemskiego 225 5.3. Względne odchylenia pionu. Niwelacja astronomiczna i astronomiczno-grawimetryczna 226 5.3.1. Interpolacja względnych odchyleń pionu 226 5.3.2. Niwelacja astronomiczna i astronomiczno-grawimetryczna 230 5.4. Redukcje pomiarów astronomicznych i geodezyjnych na elipsoidę odniesienia w rzeczywistym polu siły ciężkości 232 5.4.1. Redukcja szerokości i długości astronomicznej 232 5.4.2. Redukcja azymutów i kątów poziomych 233 5.4.3. Redukcja długości 236 5.5. Koncepcja Mołodeńskiego wyznaczenia figury Ziemi 238 5.5.1. Sformułowanie zagadnienia brzegowego geodezji na fizycznej powierzchni Ziemi 238 5.5.2. Wysokości normalne. Normalne szerokości geograficzne 240 5.5.3. Kształt i wynik rozwiązania zagadnienia brzegowego Mołodeńskiego 244 5.5.4. Odchylenia pionu na fizycznej powierzchni Ziemi 248 5.6. O metodach statystycznych w geodezji fizycznej 250 5.6.1. Predykcja anomalii grawimetrycznych 250 5.6.2. Kolokacja metodą najmniejszych kwadratów 252 6. WYBRANE ZAGADNIENIA GEODEZJI WYŻSZEJ W EPOCE SATELITARNEGO WYZNACZANIA POZYCJI 255 6.0. Globalny Geodezyjny System Obserwacyjny (GGOS) 255 6.1. Na czym polegały geodezyjne pomiary satelitarne przed epoką GNSS 257 6.1.1. Nota historyczna o pomiarach fotograficznych SSZ i sieciach triangulacji satelitarnej 257 6.1.2. Modele pola grawitacyjnego Ziemi 261 6.1.3. Laserowe pomiary satelitarne (SLR) i pomiary interferencyjne szczególnie długich baz (VLBI) 269 6.1.4. Pomiary dopplerowskie 272 6.2. Globalny satelitarny system nawigacyjny (GNSS) 275 6.2.1. Ogólna charakterystyka systemu GPS 277 6.2.2. Jakie dane docierają do nas z satelitów systemu GNSS 280 6.2.3. Ogólne wiadomości o geodezyjnych odbiornikach satelitarnych GNSS 284 6.2.4. Jak wyznacza się współrzędne satelity GNSS na podstawie danych efemerydalnych 289 6.2.5. Na czym polega pomiar pozycji w systemie GNSS 290 6.2.6. Wpływy refrakcji troposferycznej i jonosferycznej na wyniki pomiarów w systemie GNSS 308 6.2.7. Inne spojrzenie na wielkości obserwowane i ich kompozycje liniowe. Problem wyznaczania niejednoznaczności całkowitej liczby cykli fazowych 318 6.2.8. Zróżnicowane procedury pomiarowe w systemie GNSS 324 6.2.9. Rozmaite zagadnienia związane z pomiarami techniką GNSS 341 6.2.10. O redukcji obserwacji GNSS i progresywnych kompletach programów redukcyjnych 348 6.3. Teoria wysokości geometrycznych 355 6.3.1. Inny układ współrzędnych elipsoidalnych 356 6.3.2. Wysokości geometryczne 358 6.4. Problematyka lokalnych elipsoid odniesienia 364 6.4.1. Wyznaczanie położenia elipsoidy na podstawie pomiarów satelitarnych 365 6.4.2. Elipsoida odniesienia przechodząca przez średnią wysokość obszaru 369 6.5. Transformacje i redukcje wyników pomiarów satelitarnych do tradycyjnych układów geodezyjnych 373 6.5.1. Wprowadzenie do transformacji współrzędnych prostokątnych 374 6.5.2. Ogólny przypadek transformacji afinicznej w przestrzeni trójwymiarowej 376 6.5.3. Transformacja afiniczna współrzędnych płaskich 380 6.5.4. Transformacja przez podobieństwo 381 6.5.5. Transformacja quasi-afiniczna z iteracyjnym rzutowaniem punktów na powierzchnię elipsoidy 384 6.5.6. Redukcje współrzędnych wyznaczanych techniką GNSS na powierzchnię elipsoidy odniesienia 388 6.5.7. Transformacja odchyleń pionu i odstępów geoidy do układu GRS’80 397 6.6. Europejski system odniesienia – ETRS89 399 6.7. Niwelacja satelitarna 413 6.7.1. Wysokości geometryczne a wysokości ortometryczne. Co to jest ‘niwelacja satelitarna’ 413 6.7.2. Rozwiązanie problemu niwelacji satelitarnej poprzez wyznaczenie wysokości geoidy względem elipsoidy GRS’80/WGS-84 416 6.7.3. Uproszczone sposoby wyznaczania geoidy na drobnych obszarach 423 6.7.4. Podejście do systemu wysokości w Polsce 427 6.8. Powiązanie lokalnych układów obserwacyjnych z układem globalnym 429 6.8.1. Odchylenia pionu na fizycznej powierzchni Ziemi wyznaczane metodą astronomiczną 432 6.8.2. Możliwości zastosowania niwelacji trygonometrycznej do wyznaczania odchyleń pionu na fizycznej powierzchni Ziemi 434 6.8.3. Ciągi sytuacyjno-wysokościowe pomiędzy punktami GNSS; przejście do tachimetrii 442 7. GEODEZJA WSPÓŁCZESNA A PROBLEMATYKA BADAŃ GEODYNAMICZNYCH 447 7.1. Niedługie wprowadzenie do dynamiki litosfery 448 7.2. O metodach badania ruchów skorupy ziemskiej 450 7.3. Układ odniesienia do prezentacji przemieszczeń powierzchni skorupy ziemskiej na podstawie pomiarów techniką satelitarną GNSS 453 7.4. Międzynarodowa Służba GNSS (International GNSS Service, – IGS) 456 7.5. Polski udział w badaniach geodynamicznych metodami geodezyjnymi 458 7.5.1. Geodynamiczne projekty badawcze w Polsce 459 BIBLIOGRAFIA 470 ZESTAWIENIE AKRONIMÓW 483 SKOROWIDZ 485 NOTA O AUTORZE 495