Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
лекції.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
28.06.2022
Размер:
2.93 Mб
Скачать

Тема 4. Розв'язування геодезичних задач

 

Вираз (4.81) з врахуванням (4.77) буде дорівнювати

 

 

 

 

 

 

 

M

1

 

M

d

,

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 e2 cos2 u

 

 

 

ds

 

звідки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ds a 1 e2 cos2 ud .

(4.82)

На основі (4.78) і (4.82)

N cos Bdl a cos u1 e2 cos2 u d ,

а, враховуючи, що a cos u r N cos B , отримуємо

dl

1 e2 cos2 u d

(4.83)

Інтегрування диференційних рівнянь Бесселя

Інтегруючи диференційні рівняння (4.82) і (4.83) уздовж дуги великого кола між її точками Q1 і Q2 ,

отримуємо

 

Q2

 

 

 

 

 

 

s a

1 e2 cos2 u d ,

(4.84)

 

Q1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q2

 

 

 

 

l L2

L1

 

1 e2 cos2 u d ,

(4.85)

 

 

 

Q1

 

 

 

 

еліптичні інтеграли, які в елементарних функціях не виражаються. З практичної точки зору це не є суттєвою перешкодою, оскільки можна знайти їх наближені вирази, придатні для обчислень з будь-якою, необхідною для практики, точністю.

Враховуючи вимоги обчислювальної практики з використанням сучасної комп’ютерної техніки,

доцільно для наближеного інтегрування рівнянь Бесселя застосувати розклад підінтегральних виразів в ряди,

що швидко сходяться, з наступним почленним інтегруванням рядів.

Почнемо з інтегралу (4.84). Передусім перетворимо його підінтегральну функцію, виразивши її аргумент

- приведену широту – через змінну .

Звернемось до рис.4.10, на якому із точки P' проведено дугу великого кола перпендикулярно до продовження дуги Q1 'Q2 ' .

P

m

Рис. 4.10. До виводу формул Бесселя

 

 

A2

A1

 

900-(M+ )

 

 

 

0

 

90

-M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема 4. Розв'язування геодезичних задач

 

 

 

 

 

 

 

 

Утворився прямокутний трикутник

 

P'Q 'Q

3

',

катети

якого

 

 

P'Q

3

' k

і

Q 'Q ' 90o

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

3

 

знайдуться за формулами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin m sin A1 cos u1 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.86)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tgM

 

tgu1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.87)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos A1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Із прямокутного трикутника Q2 ' P'Q3 ' , розглядаючи точку Q2 '

як точку

на

дузі

великого

кола

Q1 'Q3 ' , тобто з широтою u , запишемо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin u cos m sin(M ),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.88)

звідки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos2 u 1 cos2

m sin 2 (M ).

 

(4.89)

Тепер перетворимо рівняння (4.84)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 e2

cos2

m sin 2 (M ) d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s a 1 e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q2

 

 

 

 

 

 

 

 

e

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

1 e2

 

 

 

1

 

 

 

 

cos2 m sin 2 (M ) d .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q1

 

 

 

 

 

1 e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Враховуємо, що

 

 

e'2 ,

a 1 e2

 

 

b , де b мала піввісь еліпсоїда; тоді

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 e2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 e'2

cos2 msin2 (M ) d .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введемо позначення для сталого коефіцієнта заданої геодезичної лінії в підінтегральній функції

 

 

 

 

 

k' e'2

cos2 m e'2

(1 sin 2 A cos2 u

1

) e'2 (1 k 2 ),

 

 

(4.90)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де k cos u1 sin A1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тоді

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s b

 

 

1 k'sin 2 (M ) d .

 

 

 

 

 

(4.91)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Підінтегральну функцію розкладемо в ряд за формулою бінома Ньютона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 k'sin 2 (M )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

k'

sin 2 (M )

k'2

sin 4 (M )

k'3

 

 

sin 6 (M ) ...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оскільки величина

k'

вміщує ексцентриситет ( e'2

1

)

– малу величину, то, очевидно, що цей ряд

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

150

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

доволі швидко сходиться .

Замінимо синуси парних степенів через косинуси кратних дуг, на основі співвідношень:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема 4. Розв'язування геодезичних задач

 

 

 

sin2(M )

1

 

1

cos2(M )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin (M )

 

 

 

 

 

 

cos2(M )

 

 

cos4(M )

 

 

 

,

(4.92)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

sin (M )

 

 

 

 

 

 

 

 

cos2(M )

 

 

 

cos4(M )

 

cos6(M

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

32

 

 

Згрупуємо коефіцієнти при кожній функції з однаковим аргументом і введемо позначення

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

3

 

 

 

2

 

 

 

 

 

5

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A 1

 

 

 

k'

 

 

 

k'

 

 

 

 

 

 

 

k'

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

64

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

256

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

k'

k'

2

 

 

 

 

 

k'

3

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

512

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.93)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

k'2

 

 

 

k'3 ...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

512

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

128

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

k'3 ...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1536

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тепер вираз (4.91) запишемо в вигляді

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s b A Bcos2(M ) 2Ccos4(M ) 3Dcos6(M ) ... d .

(3.94)

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зауважимо, що величина M , яка визначається за формулою (4.87), для даної геодезичної лінії величина

стала; інтеграли тригонометричних функцій в рівності (4.94) обчислюються так:

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B cos 2(M ) d

B

 

 

 

sin 2(M ) B sin cos(2M ),

 

 

2

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2C cos4(M ) d 2C

 

 

 

sin4(M ) Csin2 cos(4M 2 ), (3.95)

 

 

4

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3D cos6(M ) d

3D

 

 

 

sin6(M ) Dsin3 cos(6M 3 ).

 

 

 

6

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В результаті інтегрування (4.94) отримаємо вираз для s в функції дуги

 

 

 

A B sin cos(2M ) C sin 2 cos(4M 2 )

(4.96)

s b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

D sin 3 cos(6M 3 ) ...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ця формула застосовується при розв’язуванні оберненої геодезичної задачі. При розв’язуванні прямої

геодезичної задачі величина s відома, треба визначити . Розв’язуючи (4.96) щодо , знайдемо

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

B sin cos(2M ) C sin 2 cos(4M 2 )

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.97)

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D sin 3 cos(6M 3 ) ...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

За формулою (4.97)

сферична

відстань

 

 

 

визначається

послідовними

наближеннями. В

першому

наближенні можна прийняти

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aa

1 e2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

після чого (4.97) запишеться в вигляді

i 1

1 A i

B sin i cos(2M i ) C sin 2 i

 

 

 

 

 

 

A D sin 3 i cos(6M 3 i ) ...

де i 1,2,...,n - номер наближення.

cos(4M 2 i ) ,

Соседние файлы в предмете Вища геодезія