Geodezija

Geodezíja ali zemljemérstvo^[1] je veda o merjenju in prikazovanju geometrije, težnostnega polja in prostorske orientacije Zemlje v časovno spremenljivem tridimenzionalnem prostoru. Kadar obravnava druga nebesna telesa, kot so planeti ali sistemi v njihovi bližini, govorimo o planetarni geodeziji.^[2] Strokovnjaka na tem področju imenujemo geodet.^[3]

Z visoko natančnimi opazovanji geodezija zagotavlja znanstveno podlago za kartografijo, navigacijo in določanje položaja ter podpira področja, kot so razvoj infrastrukture (vključno z gradbeništvom), upravljanje naravnih virov, raziskovanje mineralnih surovin in geofiziko. Njene meritve so temelj sodobnih geoprostorskih referenčnih okvirov, ki se uporabljajo v prometu, satelitskih sistemih, svetovni trgovini in merjenju časa.

Geodinamične pojave – denimo premikanje zemeljske skorje, plimovanje in premikanje zemeljskih polov – preučujemo s pomočjo globalnih in nacionalnih geodetskih mrež, vesoljske geodezije in zemeljskih geodetskih metod ter z uporabo geodetskih datumov in koordinatnih sistemov.

Geodezija se je začela v predznanstveni antiki; sama beseda geodezija izvira iz starogrške besede γεωδαισία oziroma geodaisia (dobesedno »delitev Zemlje«).^[4]

Prvi začetki geodezije segajo približno v leto 2000 pr. n. št. Sprva so Babilonci, Egipčani in Arabci domnevali, da je Zemlja ravna ploskev.^[5]

Dva zgodnja argumenta v prid kroglasti obliki Zemlje sta bila, da so lunini mrki za opazovalca videti kot krožne sence ter da se Severnica (Polaris) popotniku, ki potuje proti jugu, na nebu zdi vse nižje in nižje.^[6]

V času helenistične Grčije pa znanstveniki (Aristotel, Eratosten) spoznajo, da je Zemlja okrogla. Eratosten je bil tudi prvi, ki je z domiselno metodo razlik kotov vpadnih sončnih žarkov v Asuanu in Aleksandriji izmeril obseg Zemlje (5000 stadijev), kar je za neverjetno natančno.

V 17. stoletju sta Anglež Newton in Nizozemec Huygens postavila hipotezo, da ima Zemlja zaradi gravitacijske in centrifugalne sile obliko rotacijskega elipsoida. Moderna geodezija se je začela razvijati v 18. stoletju. Mnogi matematiki, geografi, astronomi in celo vojaški inženirji so v tem času bistveno izboljšali geodetske inštrumente (Zeiss, Reichenbach, Kepler itd.)

Geodezija se nanaša na znanost o merjenju in predstavljanju geoprostorskih informacij, medtem ko geomatika zajema praktične aplikacije geodezije na lokalni in regionalni ravni, vključno z geodetsko izmero.

Geodezija je nastala kot veda o merjenju in razumevanju geometrične oblike Zemlje, orientacije v prostoru in gravitacijskega polja; zdaj se uporablja tudi za druga astronomska telesa v Osončju.^[2]

Zemljina oblika je v veliki meri posledica rotacije, ki povzroča njeno ekvatorialno izboklino, in tekmovanja geoloških procesov, kot je tektonika plošč, ter vulkanizma, ki se jim upira Zemljino gravitacijsko polje. To velja za trdno površino, tekočo površino (dinamična topografija morske površine) in Zemljino atmosfero. Zato se preučevanje zemeljskega gravitacijskega polja imenuje fizična geodezija.

Glavna članka: Geoid in Referenčni elipsoid.

Geoid je v bistvu oblika Zemlje, iz katere so izvzete topografske značilnosti. Je idealizirana ravnovesna ploskev morske vode – ploskev srednje morske gladine v odsotnosti morskih tokov in nihanj zračnega tlaka – ki se nadaljuje tudi pod celinskimi masami. Za razliko od referenčnega elipsoida je geoid nepravilen in preveč zapleten, da bi služil kot računski model za reševanje geometrijskih nalog, kot je določanje položaja točk. Geometrijska razdalja med geoidom in referenčnim elipsoidom se imenuje undulacija geoida; glede na elipsoid GRS 80 ta vrednost na svetovni ravni niha v območju ±110 m.

Referenčni elipsoid, ki ga običajno izberemo tako, da ima enako velikost (prostornino) kot geoid, je opredeljen z veliko polosjo (ekvatorialnim polmerom) a in sploščenostjo f. Količina f = ⁠a − b/a⁠, kjer je b mala polos (polarni polmer), je izključno geometrijske narave. Mehansko sploščenost Zemlje (dinamično sploščenost, J₂) je mogoče zelo natančno določiti z opazovanjem motenj v tirnicah satelitov. Povezava med to vrednostjo in geometrijsko sploščenostjo je posredna; odvisna je od porazdelitve gostote v notranjosti Zemlje oziroma, preprosto povedano, od stopnje koncentracije mase proti središču.

Geodetski referenčni sistem 1980 (GRS 80), sprejet na XVII. generalni skupščini Mednarodne zveze za geodezijo in geofiziko (International Union of Geodesy and Geophysics – IUGG), določa veliko polos v dolžini 6.378.137 m in sploščenost 1 : 298,257. GRS 80 v bistvu predstavlja osnovo za geodetsko določanje položaja s sistemom GPS (Global Positioning System), zato je v široki uporabi tudi zunaj geodetske stroke. Številni sistemi, ki se uporabljajo za kartiranje in izdelavo kart, postajajo zastareli, saj države vse pogosteje prehajajo na globalne, geocentrične referenčne sisteme, ki temeljijo na referenčnem elipsoidu GRS 80.

Geoid je »realizabilna« ploskev, kar pomeni, da jo je mogoče na Zemlji dosledno določiti s preprostimi meritvami na fizičnih objektih, kot so mareografi. Geoid lahko torej obravnavamo kot fizično (»resnično«) ploskev. Referenčni elipsoid pa ima lahko več različnih izvedb in ga ni mogoče neposredno realizirati, zato je to abstraktna ploskev. Tudi tretja pomembna ploskev, ki je predmet geodetskega zanimanja – topografska površina Zemlje – je realizabilna.

Glavna članka: Geodetski sistem in Svetovni geodetski sistem.

Lego točk v tridimenzionalnem prostoru najlažje opišemo s tremi kartezijanskimi oziroma pravokotnimi koordinatami: X, Y in Z. Z uveljavitvijo satelitskega določanja položaja so takšni koordinatni sistemi praviloma geocentrični, pri čemer je os Z poravnana z Zemljino rotacijsko osjo (konvencionalno ali trenutno).

Pred dobo satelitske geodezije so bili koordinatni sistemi, vezani na določeno geodetsko izhodišče (datum), zasnovani tako, da bi bili geocentrični. Vendar pa se je njihovo izhodišče (začetna točka) zaradi regionalnih odstopanj v smeri grezila (navpičnice) od dejanskega središča Zemlje razlikovalo za več sto metrov. Ti regionalni geodetski sistemi, kot sta ED 50 (European Datum 1950 – Evropsko izhodišče 1950) ali NAD 27 (North American Datum 1927 – Severnoameriško izhodišče 1927), vključujejo elipsoide, ki na svojem območju veljavnosti predstavljajo najboljši približek geoidu, s čimer se na teh območjih zmanjšajo odkloni viska.

Ker sateliti sistema GPS krožijo okoli središča Zemlje, to točko naravno določajo kot izhodišče koordinatnega sistema, vzpostavljenega s satelitskimi geodetskimi metodami; položaji satelitov v prostoru se namreč izračunavajo prav znotraj takšnega sistema.

Geocentrične koordinatne sisteme, ki se uporabljajo v geodeziji, lahko razdelimo v dve skupini:

1. Inercialni opazovalni sistem, pri katerih koordinatne osi ohranjajo svojo usmerjenost glede na nepomične zvezde oziroma – kar je enakovredno – glede na rotacijske osi idealnih žiroskopov. Os X je usmerjena proti pomladanski točki.
2. Sistemi, ki rotirajo skupaj z Zemljo (t. i. ECEF – Earth Centred, Earth Fixed oziroma »geocentrični, na Zemljo vezani« sistemi), pri katerih so osi »pritrjene« na trdno telo Zemlje. Os X leži v ravnini poldnevnika, ki poteka skozi observatorij v Greenwichu.

Prehod med tema dvema sistemoma lahko z dobrim približkom opišemo s pomočjo (navideznega) zvezdnega časa, ki upošteva nihanja v Zemljinem vrtenju (spremembe v dolžini dneva). Natančnejši opis vključuje tudi premikanje polov – pojav, ki ga geodeti skrbno spremljajo.

Osnovna naloga geodezije je izmera zemeljskega površja in pravilen prikaz le-tega na načrtih in kartah. Geodezija je tudi nepogrešljiva pri tehničnih delih, kot so zakoličevanje stavb, trasiranje cest in železnic, urbanizacija in upravljanje s prostorom itd.

Za izmero terena in določitev položaja točk na Zemeljskem površju se uporablja koordinatne sisteme. Ti so:

• prostorski koordinatni sistem, drugače imenovani tudi polarni (geografski koordinatni sistem, WGS 84)
• ravninski koordinatni sistem, drugače imenovani tudi pravokotni (Gauss-Krügerjev koordinatni sistem, UTM itd.)

V geodeziji se za prikaz terena na načrtu uporablja različne projekcije:

• ravninska
• stoščna
• valjasta in
• Gauss-Krügerjeva projekcija

Orodja

[uredi | uredi kodo]

V geodeziji se uporablja različna orodja. Za signalizacijo točk služijo trasirke (navadno kovinske palice z izmenjujočo rdečo-belo barvo), za merjenje kotov uporabljamo teodolit (lahko tudi tahimeter), za merjenje višinskih razlik nivelir in lata (navadno s centimetersko razdelbo), za merjenje dolžin uporabljamo merski trak, optične in laserske razdaljemere. Ena najbolj priročnih oblik klasičnega pridobivanja koordinat je tahimetrija (inštrument tahimeter in lata ali pa elektronski tahimeter in prizma). S to metodo lahko iz enega stojišča pridobimo vse 3 prostorske koordinate X,Y,H.

Ker geodezija sodi v sam vrh tehničnih ved, v katerih šteje natančnost, se pri meritvah uporablja izjemno natančne inštrumente in kontrole meritev, pri obdelavi podatkov pa pravilne matematične metode ter izravnavo nekaterih napak. Danes se v veliki meri uporablja računalniška tehnologija, tako pri meritvah, izračunih, kot tudi pri sami izdelavi načrtov. Velik napredek predstavlja vse bolj izboljšana GPS tehnologija, ki je zelo hitra in priročna, a za določanje preciznih koordinat in dolžin, uporabljamo elektronske teodolite in laserske razdaljemere.

• seznam slovenskih geodetov

Poglejte si besedo geodezija ali Geodezija v Wikislovarju, prostem slovarju.

• Predstavnosti o temi Geodesy v Wikimedijini zbirki
• Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Univerza v Ljubljani

Ta članek o geografiji je škrbina. Pomagajte Wikipediji in ga razširite.

• p
• p
• u