علمی است که در مورد شکل،ابعاد زمین و تعییرات آن و همچنین در مورد تعیین محل و موقعیت

نقاط مختلف سطح زمین بحث کرده و به مطالعه در رشته های مختلف علوم زمینی و حتی سایر کرات نیز کمک می کند.

به طور کلی می توان علم ژئودزی را به دو شاخه تقسیم کرد که هر شاخه به نوبه خود به رشته های مختلف تقسیم می شود:

الف)ژئودزی هندسی به کمک ریاضیات کاربردی،اندازه گیری های ژئومتری و مشاهدات مختلف روی زمین،شکل و ابعاد زمین را مشخص کرده و وضع مناطق،فواصل ،جهت ها و اتصال قاره ها را بررسی میکند. ژئودزی هندسی شامل رشته های ژئودزی ریاضی،نجوم و قسمتی از ژئودزی فضایی ونظری می شود.

ب) ژئودزی فیزیکی یا دینامیک بوسیله مشاهدات و اندازه گیری فنومن ها یا پدیده های ژئوفیزیکی،شکل زمین و چگونگی ارتباط آن با اجسام واقع در سطح زمین و یا فضای اطراف آن را مورد مطالعه و بررسی قرار می دهد،وچون هر اندازه گیری ژئودزی روی زمین بر اساس زمینه ثقلی انجام می شود،پس لازم است که خصوصیات گراویتی و سایر نیروهای فیزیکی زمین نیز مورد بررسی قرار گیرد.

هدفها

1.ایجاد شبکه های ژئودزی یا شبکه نقاطی روی زمین با فرمهای خاص که با کمک اندازه گیریها و کاربرد ریاضیات، موقعیت نسبی آنها را در یک سیستم همگن مشخص کرده و برای هر نقطه در یک سیستم خاص،مختصاتی تعیین می کنند.

2.با کمک عملیات نجوم ژئودزی نصف النهار هر محل را مشخص کرده و شبکه های ژئودزی را با سمتهای مشخص توجیه و ضمن کنترل مستقل اندازه گیریها،مختصات نقاط مبنا را نیز تعیین کنید.

3.با مشاهدات نجومی و اندازه گیری های ژئودزی،انحراف قائم مکان را تعیین و همچنین ثابت هایی به نام مبنا را به منظور جانشین کردن یک شکل هندسی به جای شکل زمین مشخص می کنند.

4.با روشهای خاص ژئودزی،کمانهای بزرگ و فواصل بلند بین قاره ها را با دقت مناسب اندازه گیری میکنند و پیوندهای بین قاره ها را تحت کنترل قرار می دهند.

5.تغییرات دانسیته زمین،شدت نیروی مغناطیسی و انحراف مغناطیسی مورد مطالعه قرار می گیرد.

6.تغییرات و نوسانات ثقل در نقاط مختلف سطح پوسته زمین مورد بررسی و اندازه گیری قرار میگیرد و میدانهای جاذبه زمین بوسیله مدارهای اقمار مصنوعی اندازه گیری می شوند.

7.فرورفتگیها و برجستگیهای سطح زمین ،مشاهدات جزر و مدی و تغییرات سطح متوسط آبها مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته و ارتفاع دقیق نقاط تعیین می شود.

8. با کمک عملیات ژئودزی فضایی،اینرشیال و مشاهدات اقمار مصنوعی خاص ،شکل زمین،مختصات نقاط و همچنین تغییراتی که در اثر انحراف محور چرخش زمین به وجود می آید مورد بررسی قرار گرفته و حتی وضع کرات دیگر آسمانی نیز مورد مطالعه قرار می گیرد.

9.با روشهای میکرو ژئودزی،حرکات کوچک سدها،پلها و امثال آنها تحت کنترل خیلی دقیق قرار می گیرد.

شکل زمین:

گذشته از فرضیات متعددی که در زمانهای قدیم درباره کرات آسمانی گفته شده است،بشر از دوره فیثاغورسیان(حدود 600 سال قبل از میلاد)مسدله کرویت شکل زمین را مطرح کرد و حتی در حدود 250 سال قبل از میلاد اراتستن محیط نصف النهار زمین را نیز اندازه گیری کرده است و بالاخره کپلر با طرح مسئله مرکزیت خورشید و با قوانین خاص خود، حرکات زمین را مشخص کرد.بعد از آن دانشمندانی مانند گالیله،نیوتن،هایگن و کلرو هر یک به نحوی با توجه به تغییرات شتاب ثقل از استوا به قطبین و ملاحظات نظری مختلف دیگر،شکل زمین را نزدیک به یک بیضی دوار که در قطبین  فرورفتگی دارد،معرفی کردند.

  طبق نظریه نیوتن،زمین از یک توده سیال یکنواخت تشکیل شده است که این توده سیال،در اثر چرخش حول یک محور، باید به شکل یک بیضوی دوار کامل در آید.درحالیکه شک واقعی زمین به علت وجود قاره ها،اقیانوسها،کوهستانها،دشتها جزایر آتشفشانی و ...واقعا به شکل بیضوی دوار کامل هندسی نیست و سطحی که بیشتر نمایشگر شکل زمین باشد،آن است که بیشتر به سطح متوسط اقیانوسها که سه چهارم سطح زمین را در بر گرفته اند،نزدیک باشد.پس چنانچه سطح دریاهای آزاد را بدون اثرات امواج و جزر و مد در نظر گرفته و آن را چنان ادامه دهیم که از زیر قاره ها نیز بگذرد،

شکل حاصل سطحی فیزیکی و به شکل واقعی زمین خیلی شبیه بوده و بهترین تطبیق را با سطوح تراز نقاط مختلفخواهدداشت.وحتی بنا به تعریفی دیگر،آن را میانگین سطوح تراز مختلف در تمام سطح زمین میدانند.

در علم ژئودزی،این سطح را ژئوئید یا سطح تراز صفر مینامند و این سطح بیشتر مبنایی برای اندازه گیری ارتفاعات خواهد بود تا موقعیت مسطحاتی نقاط،زیرا تعریف ریاضی ژئوئید خیلی پیچیده و معادله معرف آن به پارامترهای بیشماری بستگی دارد.محاسبات روی چنین سطحی آسان نخواهد بود،از طرفی سطح ژئوئید نامنظم است،به همین جهت به طور تقریبی می توان آن را تعیین کرد.

برای محاسبات ژئودزی لازم است شکل زمین را هندسی فرض کرده و معادله ریاضی معرفی برای آن داشته باشیم تا بتوان با کمک ریاضیات و با اتکا به تعداد اندازه گیری کمتری در سطح زمین و در یک سیستم همگن کلیه ابعاد را مشخص کرد.بنابراین باز به نظریه نیوتن بر میگردیم که شکل زمین را به صورت یک بیضوی دوار،وبه عبارت دیگر شبه کره ای به نام اسفروید که خیلی به ژئوئید نزدیک باشد،فرض می کند.به طور کلی ژئوئید نسبت به اسفروید دارای تموج بوده و ژئوئید سطحی ناهموار با برآمدگی ها و فرورفتگیهای متعدد است.

معرف کره ای است که شعاع آن پارامتر شعاع کره بستگی دارد و معادله : Rو مرکز آن مبدا

مختصات می باشد.ولی برای معادله بیضوی دوار،پارامترهای بیشتری وارد می شوند.و در مورد بیضوی دواری که  و نصف محور  a آنرا جانشین شکل زمین می دانند،فرض بر این است که شعاع استوای بیضوی در تمام نقاط مساوی  را که معرف فرورفتگی قطبین و بنام فشردگی نامیدهf=  باشد و عدد bدوران که از قطبین می گذرد مساوی می شود خیلی کوچک و در حدود 1:300 است.

در 150 سال اخير،اندازه گيريهاي مختلف و مشاهدات زيادي در مورد تعيين ابعاد زمين و نزديكترين بيضوي انتخابي به آن،با روشهاي آستروژئودزي،يا ژئودزي نجومي يا ژئودزي فيزيكي و حتي جديدا بوسيله اطلاعات مربوط به اقمار مصنوعي و ژئودزي فضايي انجام گرفته است؛و با توجه به اينكه شعاع متوسط استواي بيضوي در حدود 6378كيلومتر و بلندترين نقطه سطح زمين نسبت به سطح متوسط اقيانوسها 9 كيلومتر است،مي توان گفت بيضوي دوار جانشين شكل زمين،خيلي نزديك به كره است.

از طرفي مشاهدات ثقل سنجي و جاذبه اي در 100سال گذشته نشان داده است كه نيمكره جنوبي از نظر حجم،كمي از نيمكره شمالي بزرگتر است.بر اي مثال،يك شعاع برداري از مركز زمين به نقطه اي به عرض 45 درجه شمالي از  شعاع مربوط به 45 درجه عرض جنوبي حدود 15 متر كوتاهتر است؛يعني ميتوان اين فرضيه را نيز قبول كرد كه زمين كمي گلابي شكل است .پس به طور كلي مي توان گفت يك بيضوي و يا شبه كره اي بنام ((اسفرويد))كه در تمام نقاط زمين نزديك به ژئوئيد و منطبق بر آن باشد وجود ندارد.به همين دليل در هر كشوري سعي ميشود براي محاسبه شبكه هاي ژئودزي و همچنين براي مطالعات علمي مربوط به زمين،يك بيضوي مناسب با پارامترهاي مشخص انتخاب كرده و ارتباط و عدم تطابق آن را با ژئوئيد در مبدا مشخصي مورد بررسي قرار دهند.

فرق بين الپسوئيد(بيضوي مقايسه) و ژئوئيد

چنانكه مي دانيم بيضوي مقايسه يك سطح دوراني انتخابي است و داراي فرمول رياضي،شكل و ابعاد معلوم است در صورتيكه سطح ژئوئيد(سطح متوسط آب دريا)داراي فرمول رياضي نبوده و شكل منظم هندسي هم ندارد و فقط داراي فرمول فيزيكي بوده و وضعيت آن بستگي به پستي و بلندي شكل متشكله زمين در هر نقطه دارد.از اينرو اين دو سطح بر يكديگر منطبق نيستند ولي اختلاف آنها در بدترين شرايط از چندين متر تجاوز نمي كند.از طرف ديگر در هر نقطه از زمين قائم بر بيضوي تابع معادله رياضي سطح بوده در صورتيكه قائم بر ژئوئيد(امتداد شاقولي هر نقطه)تابع فر مول رياضي مشخصي نيست و اين دو قائم بر هم منطبق نيستند و با هم زاويه اي مي سازند كه مقدار آن تا چند ثانيه صد قسمتي مي رسد و اين زاويه را انحراف نسبي قائم مي گويند.

مشخصات جغرافيايي يك نقطه

يك بيضوي به مركزC در نظر گرفته و تعاريف زير را درباره ي آن بيان مي كنيم:  عمود باشد.P فصل مشترك صفحه اي است با بيضوي كه از اين نقطه گذشته و بر محور A1.مدار نقطه  بگذرد.Pكه از اين نقطه و محور C فصل مشترك صفحه ايست با بيضويA2.نصف النهار نقطه  (مركز زمين يا بيضوي) مي گذرد و بعنوان مدار مبدا مي باشد.C3. استوا مداري است كه از مركز 4.نصف النهار گرينويچ نصف النهاري است كه از رصد خانه گرينويچ در لندن مي گذرد و بعنوان نصف النهار مبدا و مبناي ساعت انتخاب شده است.

5.طول جغرافيايي نقطه زاويه دو وجهي است كه بين نصف النهار مبدا(گرينويچ) و نصف النهار گذرنده بر اين نقطهAبوجود مي آيد و آنرا با λ نشان ميدهند و بنا به قرارداد اگر نصف النهار در شرق نصف النهار مبدا باشد مي گويند  طول شرقي يا δλ مثبت و اگر در غرب باشد ميگويند طول غربي يا δλ منفي است پس تغييرات δλ از صفر تا 180 درجه در غرب خواهد بود.  زاويه ايست كه قائم بر بيضوي در اين نقطه با استوا ميسازد و باز هم طبق قرارداد براي  A 6.عرض جغرافيايي نقطه نيمكره جنوبي و يا تغييرات آن منفي و براي نيمكره شمالي عرض جغرافيايي شمالي و تغييرات آن مثبت است.عرض جغرافيايي را با φ نشان مي دهند.بدين ترتيب تغييرات φاز صفر تا 90 درجه در شمال و از صفر تا 90 درجه در جنوب خواهد بود.

شبكه ژئودزي

همانطور كه ميدانيم براي ايجاد يك ساختمان بزرگ ،چسبندگي هر چه بيشتر قطعات مورد توجه است.در تهيه نقشه يك كشور و يا يك منطقه بوجود آوردن يك سري نقاط تكيه گاه كه آنها را نقاط ژئودزي مينامند ضروري است يعني تعيين مختصات آنها توسط عمليات ژئودزي و نجوم و اندازه گيريهاي دقيق انجام ميگيرد(البته بايستي متذكر شد كه مقصود از عمليات ژئودزي از نظر علمي تعيين شكل زمين بوده و از نظر عملي يكي از كاربردهاي آن تعيين وضع نسبي يك عده نقاط كه در حقيقت استخوان بندي نقشه برداري است نسبت به هم ميباشد.)

مراحل ايجاد شبكه ژئودزي

1.انتخاب و تثبيت عده اي نقاط در جاهاي مرتفع به فاصله 30-50 كيلومتر بطوريكه اين نقاط مطابق شكل نسبت به هم ديد داشته باشند.

2.انتخاب يك نقطه بعنوان مبنا يا شروع كار:اين نقطه چون پايه گسترش محاسبات با توجه به ساير اندازه گيريها در شبكه  مي باشد،بايستي داراي مشخصات زير باشد:

- مختصات جغر افيايي(φ،λ)آن توسط عمليات نجومي بدقت تعيين شود.

-شمال جغرافيايي نقطه و همچنين آزيموت يك امتداد آغاز شده از آن نقطه دقيقا اندازه گيري شود.

3-قرائت تمام زاويه هاي تشكيل شده بين امتدادها مطابق شكل فوق با دقت 1 تا 2 ثانيه صد قسمتي.

4.انتخاب طولي در منطقه مسطح و اندازه گيري آن با دقت يك ميليونيم كه معمولا اين طول را بيس يا مبنا مي نامند.

سپس به كمك اين طول و زواياي اندازه گيري شده بعد از تصحيحات لازم ساير طول ها را از رابطه  محاسبه مينمايند.

 5.اين نقاط مرتفع را با توجه به اندازه گيريها،روي سطوح بيضوي مقايسه انتخابي تصوير نموده و با حل مثلثات كروي مختصات ساير نقاط حساب مي شود.

6.بعد از تشكيل شبكه ژئودزي درجه يك،شبكه اي ديگر با نقاطي به فواصل 20-15 كيلومتر در داخل شبكه اصلي ايجاد و زواياي آنرا با دقت 5-3 ثانيه صد قسمتي قرائت مي نمايند.

7.پس از نفاط درجه 2 ژئودزي ،نقاط درجه 3 ژئودزي را به فاصله 15-8 كيلومتر با دقت زاويه اي 10-5 ثانيه صد قسمتي در داخل شبكه ژئودزي درجه 2 ايجاد مي كنيم.سپس ژئودزي درجه 4،با طولهاي كمتر از 8 كيلومتر و دقت  زاويه اي 15- 10ثانيه صد قسمتي انجام مي گيرد و پس از آن ميدان عمليات نقشه برداري شروع مي شود.

بايستي توجه داشت كه با انتخاب نقاط ژئودزي درجه 1 تا 4 در 8 كيلومتر مربع يك نقطه ژئودزي خواهيم داشت.ضمنا يادآور مي شويمموضوعي كه ما را مجبور مي كند عمليات فقط تا درجه 4 انجام گيرد دقت نسبي است.