Системы высот и начало счета высот в СНГ и в Казахстане

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АЛЬ-ФАРАБИ

Реферат

 по дисциплине «Высшая геодезия»

на тему:

«Системы высот и начало счета высот в СНГ  и в Казахстане.»

                                                               Выполнил: Кумарбеков А. ГК 111

                                                                         Проверил: Байдаулетова Г. К.

г. Алматы, 2013

                                                        ПЛАН

ВВЕДЕНИЕ 2

1. ВЫСОТА НАД УРОВНЕМ МОРЯ 3

2. АЛЬТИМЕТР 6

3. ИСТОРИЯ КРОНШТАДТСКОГО ФУТШТОКА 7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 11

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 12

                                              ВВЕДЕНИЕ

Уровень моря является условной величиной, поскольку невозможно вычислить  положение свободной поверхности  Мирового океана под материками. Кроме  того, Мировой океан находится  в постоянном движении: он зависит  от атмосферного давления воздуха в  данном месте в данное время, изменяется с приливами/отливами и т.д. Чтобы  выйти из этого положения, в каждой стране (регионе) определяют свой маркер, который принимают за "уровень  моря". В странах бывшего СССР - это, как уже было сказано, футшток  в Кронштадте (такая бронзовая  табличка, насколько помню, под мостом). Высоты в системах спутниковой навигации  исчисляют от условного эллипсоида для всей поверхности земного  шара.

2

                       ВЫСОТА НАД УРОВНЕМ МОРЯ

Высота над уровнем моря, абсолютная высота, абсолютная отметка (лат. altitude (в геодезии)) — координата в трёхмерном пространстве (две другие — широта и долгота), показывающая, на каком уровне, относительно принятого за нуль уровня моря, находится тот или иной объект.

Высота над уровнем моря может быть приблизительно определена как расстояние по вертикали от объекта до среднего уровня поверхности моря, не нарушенного волнением и приливами, или (если объект располагается на суше) до поверхности геоида. Высота точки, лежащей выше уровня моря, считается положительной, ниже — отрицательной.

Уровень моря — положение свободной поверхности Мирового океана, измеряемое по отвесной линии относительно некоторого условного начала отсчёта. Это положение определяется законом тяготения, моментом вращения Земли, температурой, приливами и другими факторами. Различают «мгновенный», приливной, среднесуточный, среднемесячный, среднегодовой и среднемноголетний уровни моря. Под воздействием ветрового волнения, приливов, нагревания и охлаждения поверхности моря, колебаний атмосферного давления, осадков и испарения, речного и ледникового стока уровень моря непрерывно изменяется. Среднемноголетний уровень моря не зависит от этих колебаний поверхности моря. Положение среднемноголетнего уровня моря определяется распределением силы тяжести и пространственной неравномерностью гидрометеорологических характеристик (плотность воды, атмосферное давление и др.).

Постоянный в каждой точке среднемноголетний уровень  моря принимается за исходный уровень, от которого отсчитываются высоты на суше. Для отсчёта глубин морей с малыми приливами этот уровень принимается за нуль глубин — отметку уровня воды, от которой отсчитываются глубины в соответствии с требованиями судоходства. В России, в Казахстане  и большинстве других стран бывшего СССР, а также в Польше, абсолютные высоты точек земной поверхности отсчитывают от среднемноголетнего уровня Балтийского моря, определённого от нуля футштока в Кронштадте.

3

 Глубины и высоты  в западноевропейских странах  исчисляются по Амстердамскому футштоку (замер уровня Средиземного моря делается по Марсельскому футштоку)

Для измерения и регистрации  колебаний уровня моря используют мареограф.

Мареограф (от латинского mare — море и ...граф), прибор для измерения и непрерывной автоматической регистрации колебаний уровня моря. Существуют

Мареограф прибрежные и для открытого моря. 
 
   Наиболее распространён прибрежный Мареограф, используемый в постоянных пунктах наблюдений, — поплавковый самописец уровня моря (СУМ). Принцип его работы основан на преобразовании вертикальных перемещений поплавка 1 (рис.) в пропорциональные перемещения пера 2, записывающего их на диаграммной ленте 3 (мареограмме), надетой на барабан, приводимый во вращение часовым механизмом. В зависимости от величины колебаний уровня моря в данном месте применяют СУМ с масштабом записи 1 : 10, 1 : 20, 1 : 40. Поплавковый Мареограф устанавливается в колодце 5, соединённом с морем трубой 6 или отверстием в стенке. Колодец гасит ветровые волны и предохраняет поплавок от внешних воздействий. Для передачи показаний на расстояние (по проводам или радио) имеются дополнительные устройства, в которых вертикальные перемещения поплавка преобразуются в электрические импульсы. 
 
 

Мареограф прибрежные и для открытого моря. 
 
   Наиболее распространён прибрежный Мареограф, используемый в постоянных пунктах наблюдений, — поплавковый самописец уровня моря (СУМ). Принцип его работы основан на преобразовании вертикальных перемещений поплавка 1 (рис.) в пропорциональные перемещения пера 2, записывающего их на диаграммной ленте 3 (мареограмме), надетой на барабан, приводимый во вращение часовым механизмом. В зависимости от величины колебаний уровня моря в данном месте применяют СУМ с масштабом записи 1 : 10, 1 : 20, 1 : 40. Поплавковый Мареограф устанавливается в колодце 5, соединённом с морем трубой 6 или отверстием в стенке. Колодец гасит ветровые волны и предохраняет поплавок от внешних воздействий. Для передачи показаний на расстояние (по проводам или радио) имеются дополнительные устройства, в которых вертикальные перемещения поплавка преобразуются в электрические импульсы. 
 
 

4

В прибрежной зоне морей используются также Мареограф, принцип действия которых основан на измерении гидростатического давления столба воды. Датчик уровня устанавливается на дно или крепится у подводной части гидротехнического сооружения. Для изучения колебаний уровня на временных пунктах применяются автономные гидростатические Мареограф (ГМ-28), в которых датчик и регистратор смонтированы в одном контейнере. В другом типе гидростатических Мареограф регистрирующая часть устанавливается на берегу, а изменения давления передаются к регистратору по трубке. В этих приборах, кроме записи на ленту, производится передача уровня по радио. 
 
      Мареограф открытого моря основаны также на принципе регистрации изменения гидростатического давления. Они могут ставиться на дно при глубине до 200—250 м и вести автономную запись до месяца. Поскольку существует множество факторов, влияющих на глобальные изменения погоды, (например, Глобальное потепление), то предсказания и оценки изменений уровня океана в ближайшем будущем не отличаются особой точностью.   

                                                                                                                                                      Высота морской поверхности (ВМП) —это высота (или топография или рельеф) поверхности океана. В течение суток она, очевидно, наиболее подвержена влиянию приливных сил Луны и Солнца, действующих на Землю. На больших временных масштабах на ВМП влияет циркуляция океана. Обычно циркуляция океана вызывает отклонения топографии от среднего уровня максимум на ± 1 м. Самые медленные изменения ВМП происходят за счёт изменений в гравитационном поле Земли (геоид) в результате перераспределения континентов, образования подводных гор и тому подобного.

          Поскольку гравитационное поле Земли относительно стабильно в масштабах десятилетий и столетий, циркуляция океана играет более значительную роль в наблюдаемой изменчивости ВМП. Сезонные изменения в распределении тепла и ветрового воздействия влияют на циркуляцию океана, а та, в свою очередь, на ВМП. Вариации ВМП могут быть измерены при помощи спутниковой альтиметрии (например, спутники TOPEX/Poseidon, Jason 1) и используются для определения, например, повышения уровня моря, расчёта содержания тепла и геострофических течений, обнаружения и изучения вихрей в океане.

5

                                         АЛЬТИМЕТР

          Альтиметр (высотомер) - прибор для измерения высоты над уровнем моря. С высотой атмосферное давление снижается, и альтиметр фиксирует его изменение. Знание высоты собственного местоположения может оказаться весьма полезным при ориентировании в горах в условиях плохой видимости. Например, когда вы совершаете восхождение в плотном тумане и наконец достигаете вершины, можете ли вы полностью быть уверены в том, что поднялись именно на ту вершину, которая была целью вашей экспедиции, а не на какую-то промежуточную? Альтиметр даст вам точный ответ. Цена правильного ответа особенно высока, если существует единственное безопасное направление спуска с горы, которое необходимо будет выдерживать по компасу. Если возьмете по ошибке нужный курс не с той горы, впереди вас могут ждать серьезные неприятности.

         Кроме того, возможна ситуация, когда в процессе спуска вам нужно будет отклониться от курса, чтобы обойти утес или миновать отвесный обрыв. В условиях плохой видимости именно альтиметр подскажет вам, когда пора изменить курс. Поскольку атмосферное давление также зависит от метеорологической обстановки, показания альтиметра необходимо периодически сверять по известным отметкам высоты, например, находясь на уровне моря или на возвышенности, точная высота которой указана на карте. При пользовании альтиметром учитывайте погодные условия. В штормовую погоду, когда атмосферное давление меняется достаточно быстро, корректировать показания прибора нужно как можно чаще, поскольку уже через час-другой после очередной подстройки его показания могут не соответствовать высоте местности, на которой вы находитесь. При хорошей, устойчивой погоде в условиях антициклона, когда атмосферное давление достаточно постоянно, альтиметр работает более надежно и не нуждается в частой проверке.

Наручные альтиметры

Еще не так давно альтиметры представляли собой массивные и  дорогие приборы, которыми пользовались только топографы да участники серьезных  высокогорных экспедиций. В последние  годы на рынке появились легкие наручные альтиметры, которые предлагаются потребителю  по весьма разумной цене.

6

Многие приборы многофункциональны и могут служить,                                                                              например, барометром и электронным компасом.

Самой способностью альтиметра оценивать атмосферное давление обусловлена возможность его  использования как барометра. Пребывая на постоянной высоте, например в базовом  лагере или на судне, отмечайте изменения  в показаниях прибора, вызываемые погодными  условиями, и пользуйтесь полученными  данными для прогнозирования  погоды. Изменения в показаниях, произошедшие за ночь, могут подсказать грядущую перемену погоды. Если за ночь ваш лагерь удивительным образом вознесся к небесам, значит, атмосферное давление упало, что, как правило, предвещает ненастье. Повышение же давления, на которое указывает снижение показаний прибора, нередко свидетельствует о скором улучшении погоды.

              ИСТОРИЯ КРОНШТАДТСКОГО ФУТШТОКА

С 1731 г. наблюдения за уровнем  моря производились в Средней  гавани Кронштадта. Футшток устанавливался по «ординарной воде», то есть по среднему уровню моря у Кронштадта, который  составлял 21 фут (6,39 м) от дна канала. Значение «ординарной воды» закреплялось в виде горизонтальных линий на стенах шлюзов, каналов и бассейнов. В 1777 г. в связи с организацией в  Кронштадте футшточной службы Балтийского моря наблюдения стали производиться по футштоку, установленному в Купеческой гавани. В 1800 г. футшток был перенесен к быку моста через Обводный канал (ныне Адмиралтейский канал).

Регулярные наблюдения за уровнем моря по футштоку в Кронштадте начаты с 1806 г. Нуль футштока, как и  в предыдущий период, совмещался с  меткой «ординарной воды», то есть 21 фут (6,39 м) над дном канала. Наводнением 19 ноября 1824 г. Кронштадтский футшток был снесен затем вновь восстановлен. В 1840 г. М.Ф. Рейнеке были обработаны наблюдения по Кронштадтскому футштоку за 1825-1840 гг. ,и был вычислен средний уровень. В  июне 1840 г. была высечена черта, соответствующая среднему уровню, на каменном быке моста через Обводный канал вблизи Технического училища.  В 1886 г. Ф.Ф. Витрамом была вделана в каменный бык моста металлическая дощечка с чертой, соответствующей упомянутой высечке. По марке М.Ф. Рейнеке, начиная с сороковых годов, устанавливались у каменного быка футштоки, причем нули их совпадали с высеченной чертой, а  впоследствии с чертой на дощечке. Связь уровня Финского залива с береговыми марками, или абсолютная отметка уровня

7

Финского залива, производилась  неоднократно. Первая сеть нивелировок на территории Ленинградской области, в состав которой входит восточная часть

Финского залива, была создана в 1871-1900 гг. За исходный (нулевой), горизонт этих нивелировок принимался средний уровень в Кронштадте, вычисленный за период наблюдений различной  продолжительности. Системы нивелировок  были названы по имени авторов, производивших  вычисления среднего уровня: система  С.Д. Рыльке, система Ф.Ф. Фитрама, система В.Е. Фуса, система Л.Д. Рудовица и др.

      Имелось 5 определений положения нуля Финского залива у г. Кронштадта относительно береговой марки. Ни один из этих нулей не был принятым окончательно, и различные ведомства пользовались разными данными, что затрудняло точные научные исследования. Самым распространенным являлся нуль С.Д. Рыльке 1894 г., так как к нему была привязана общегосударственная нивелирная сеть. Таким образом, за время наблюдений по Кронштадтскому футштоку с 1825 по 1913 гг., средний уровень Финского залива, в зависимости от выбранного для вычислений периода и от метода обработки материалов, изменял свое положение по отношению к нулю Кронштадтского футштока. В 1892 г. Ф.Ф. Витрам нивелировкой получил превышение репера П (горизонтальной черты буквы П в слове «польза» на памятнике П.К. Пахтусову в Кронштадте) над нулем Кронштадтского футштока равное 5,2251 м. Репер П был связан нивелировкой с маркой № 173 ВТО Главного штаба на паровозном здании ж. д. станции Ораниенбаум. Отметка этой марки оказалась равной 5,4663 м над нулем Кронштадтского футштока.

        Высотная сноска нуля Кронштадтского футштока на материк была проложена Ф.Ф. Витрамом нивелировкой по ж. д. линии Ораниенбаум - Санкт-Петербург и окончена привязкой к марке-болту на стене пассажирского здания Балтийского вокзала в Санкт-Петербурге в 1892 г. Именно эта марка-болт, установленная Ф.Ф. Витрамом, и служила в то время основным репером всех нивелировок, приводимых к уровню Балтийского моря.  В 1903, 1905, 1907, 1911 и 1912 гг. Х.Ф. Тонберг проводил проверку высечки буквы «П» относительно горизонтальной черты на металлической пластине. В результате этих определений были получены следующие отметки: 5.2266 м, 5.2239 м, 5.2246 м, 5.2254 м и 5.2230 м. В 1934 г. Мороковым было определено превышение высечки буквы «П» над горизонтальной чертой на медной пластине. Оно равнялось 5,226 м. По нивелировке 1945 г. отметка верха высечки буквы «П» равнялась 5,228 м. Отметка нуля футштока относительно горизонтальной черты оказалась равной 0,004 м.

8

  7 апреля 1946 г. Постановлением № 760 Совета Министров СССР «О введении единой системы геодезических координат и высот на территории СССР» за исходный уровень высот принято Балтийское море – Кронштадтский футшток. На Главное Управление Геодезии и Картографии (ГУГК) было возложено перевычисление в единую систему высот нивелирную сеть, выполненную до 1946 г. (закончить работу в 5-ти летний срок).

        1947 г. ГУГКом (МАГП) была проведена нивелировка I класса. Превышение верхнего среза буквы «П» оказалось равным 5.2265 м (исходный репер). Отметка нуля футштока равнялась 0,010 м. Тогда же были проведены нивелировки двух других реперов станции Кронштадт, входящих в государственную нивелирную сеть: стенной марки № 126, являющимся основным (контрольным) репером (получена отметка 5.225 м) и стенной марки б/н (рабочий репер), отметка 4.222 м.

       В дальнейшем проводилась нивелировка реперов государственной сети трестом ГРИИ (эпоха 1977 г.). По выполненной нивелировке I класса в 1989 г. СЗАПО отметка стенной марки б/н (рабочий репер) составила 4,221 м. Это свидетельствует о надежности рабочего репера, принятого для нивелировки рейки уровенного поста Кронштадт. Многолетние наблюдения за уровнем моря по Кронштадтскому футштоку и закрепление его нуля послужили исходным пунктом государственной сети России.  Связка нуля Кронштадтского футштока с нивелирной сетью России осуществлялась в 1872, 1875, 1886, 1888, 1890, 1892, 1931, 1947 и 1977 гг.  Общегосударственной системой высот в настоящее время является система высот 1977 г. от Кронштадтского футштока, которая названа Балтийской (БС). Она закреплена реперами, имеющими 1 класс точности.

       За период наблюдений на гидрологическом посту Кронштадт с 1836 по 2009 гг. средний многолетний уровень составляет 1 см БС, максимальный средний годовой уровень 24 см БС наблюдался в 1983 г., минимальный средний годовой уровень (-17 см БС) наблюдался в 1937 и 1960 гг. Таким образом, размах колебаний среднего годового уровня составил 41 см     

               Абсолютная и относительная высота местности 

Высота местности, отчислена  от уровня моря. С древних времен людей интересовали не только формы  земной поверхности, но и их высота и взаимное расположение. Поэтому  они искали способы определения  высоты местности и всестороннего  изучения форм рельефа, на которых строили  свое жилье или хозяйственные  объекты. 

9

За начало отсчета высот  на Земле принят уровень Балтийского  моря. Высоту местности, определенную от уровня Балтийского моря, называют абсолютной высотой. Абсолютная высота точек, расположенных выше уровня моря, - положительная, а ниже - отрицательная. Так, выше расположены горы суши, ниже - отдельные низменности. Например, абсолютная положительная высота самых высоких гор мира Гималаев равна 8848 м над уровнем моря, а абсолютная отрицательная высота составляет -395 м. Это уровень Мертвого моря.

        С давних времен для выяснения вопроса, выше или ниже расположен объект, использовали прибор - уровень. Более ста лет назад люди соединили уровень с трубой и получили новый геодезический инструмент - нивелир. Это слово французского происхождения, в переводе означает «выравнивать». 
Чтобы определить абсолютную высоту какой точки, не обязательно каждый раз ехать к Балтийскому морю. На отдельных сооружениях при нивелировании устанавливают специальные знаки. Высоту данной местности. Вне населенных пунктов по линиям нивелирования примерно через 5-8 км закладывают грунтовые реперы.

 
Взгляд в прошлое 
Как измеряли уровень моря? Нулевой уровень воды был установлен в 1840 году на основании пятнадцатилетних наблюдений за уровнем воды в Балтийском море. За прошедшие почти 170 лет средний уровень моря здесь существенно не изменился. Колебания уровня моря непрерывно фиксируют с помощью приборов-самописцев. Высоту уровня воды определяют с точностью до 1 см. 
Превышение одной точки земной поверхности над другой. Кроме абсолютной высоты местности, большое практическое значение имеет относительная высота. Эта высота показывает, на сколько одна точка земной поверхности выше другой по вертикали. Другими словами, относительная высота равна разности абсолютных высот этих точек, например между высотой горной вершины и уровнем дна ближайшей долины. 
Определить относительную высоту между точками в своей местности вы можете с помощью простого нивелира - деревянной рейки высотой 1 м с визгом. Например, вы с приятелем решили определить превышение точек от подножия до вершины холма . Для этого нивелир установить в нижней точке у подножия холма так, чтобы отвес не отклонялся. 
Это является своеобразной проверкой того, что нивелир стоит вертикально.

10

Вашему приятелю с рейкой и колышком нужно стать выше по склону, а вы с помощью нивелира заметьте место нижнего края рейки. Если высота нивелира равна 1 м, то точка, где размещен край рельсы, будет  на 1 м выше того места, где стоит  нивелир. В эту точку, чтобы ее не потерять, нужно убить колышек  или обозначить ее иначе. Теперь нивелир  надо перенести в точку, где стоял  ваш приятель, и осуществить нивелирования  на другую точку, выше по склону. Конечно, ее высота будет уже на 2 м выше от подножия. Так, пройдя весь склон, можно  определить относительную высоту между  отдельными точками по склону холма.

                                               ЗАКЛЮЧЕНИЕ

       Факты настоящего Кронштадтского футштока. В связи с тем, что уровень воды в Балтийском море постоянно колеблется, многолетними исследованиями ученых установлено средний его уровень. Он обозначен на нулевой отметке Кронштадтского футштока (рейка или шест с делениями, как у линейки) горизонтальной чертой на металлической пластинке, закрепленной на мосту. Этот средний уровень и является точкой отсчета абсолютной высоты местности в России и в соседних с ней странах.

       Умение определять относительную высоту местности нужно человеку в его хозяйственной деятельности, в частности при строительстве дорог, высотных сооружений, прокладке тоннелей, мостов через реки и т.д.. География культуры неудачи строителей тоннеля. В романе «Туннель» Б. Келлерман описывает интересный случай. Во время строительства тоннеля между Европой и Америкой через Атлантический океан от Азорских до Бермудских островов строители не встретились в нужной точке, хотя расстояние между островами была рассчитана с точностью до метра как на поверхности, так и под водой. Это случилось потому, что герои романа не точно рассчитали относительную высоту между начальной и конечной точками, а контролировали прокладка тоннеля только по его направлению.

11

              СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 http://ru.wikipedia.org

2 http://dic.academic.ru

3 http://mirgarmin.com.ua

4 http://www.velesova-sloboda.org

12