geodesia
La geodesia ( griego antiguo γῆ gé 'tierra' y δαΐζειν daïzein , compartir ') es como la definieron Friedrich Robert Helmert (1843-1917, fundador de la geodesia teórica) y DIN 18709-1, la "ciencia de la medición y representación de la tierra. superficie ". Esto incluye la determinación de la figura geométrica de la Tierra , su campo gravitacional y la orientación de la Tierra en el espacio.
En el sistema científico, la geodesia se asigna principalmente a las ciencias de la ingeniería . Esto es particularmente claro en las universidades y colegios técnicos, donde los estudios de geodesia a menudo no se asignan al campo de las ciencias naturales , sino a la ingeniería civil . Además, la geodesia representa el vínculo entre la astronomía y la geofísica El experto en geodesia es el geodesista o geómetro.
En matemáticas , el término geodésico se usa para la conexión teóricamente más corta entre dos puntos en superficies curvas: la línea geodésica , que corresponde a un gran círculo ( ortodromo ) en el globo .
estructura
Hasta aproximadamente 1930, la geodesia se dividió en dos áreas:
- La geodesia superior incluye (como geodesia física, matemática y astronómica) también la medición de la tierra , la agrimensura y los métodos astronómicos .
- La geodesia inferior (que se las arregla con superficies aritméticas planas ) comprende levantamientos simples de construcción y catastrales ; hoy en día se lo conoce más comúnmente como geodesia general, geodesia aplicada, geodesia práctica o topografía de piezas .
El Ingenieurgeodäsie utilizó ambas áreas dependiendo de la precisión requerida de los métodos.
Alrededor de 1950, la medición de fotografías aéreas se estableció como un tema separado con el nombre de fotogrametría ; desde la década de 1990, se ha visto principalmente como un tema dual con teledetección . La geodesia satelital se desarrolló a partir de 1958 .
Las bases de datos topográficas estatales o catastrales se convirtieron en sistemas de información geográfica (GIS) o sistemas de información de la tierra (LIS).
Sin embargo, todas estas subtemas generalmente se combinan en un curso universitario que también incluye cartografía o al menos partes de ella, así como una serie de otras asignaturas mayores y menores (por ejemplo, gestión de la tierra ) y conduce a la ocupación de ingeniero agrimensor o especialista en geoinformática (ver también geomática o geomática) . Ingeniero geomático ). En América del Norte (y en la literatura especializada inglesa), sin embargo, se hace una distinción entre geodesia y topografía , que apenas se relacionan en los planes de estudio de ese país. La designación Topografía corresponde a nuestra encuesta de palabras .
Estos expertos, que tienen una formación académica en Europa, a menudo se dedican a la valoración de propiedades , la construcción, las tecnologías de la información , la cartografía, la navegación y los sistemas de información espacial, además de las tareas enumeradas anteriormente , mientras que otros cursos de formación predominan en la industria inmobiliaria , con la excepción de del catastro . Los ingenieros topográficos designados públicamente ( ÖbVI ), llamados ingenieros civiles en Austria , tienen derecho a trabajar en áreas técnicas de geofísica además de la gestión inmobiliaria .
Conceptos básicos y subáreas
Con los resultados de sus estudios (por ejemplo, de estudios catastrales y nacionales , geodesia de ingeniería, fotogrametría y teledetección), la geodesia proporciona la base para muchas otras áreas y actividades especializadas:
- En el campo de las geociencias y ciencias naturales, por ejemplo, para astronomía, física y oceanografía, para geoinformática y catastro, para mapas (además de mapas topográficos y temáticos ) de geología, geofísica y cartografía, así como para una amplia variedad de documentación, como arqueología .
- en la tecnología, especialmente para la construcción y la arquitectura , por diversos ingenieros civiles , civil, la ingeniería , la radio y la ingeniería geotécnica y bases de datos relacionados o sistemas de información .
La llamada geodesia superior ( geodesia matemática , medición terrestre y geodesia física ) se ocupa, entre otras cosas, de la figura matemática de la tierra , sistemas de referencia precisos y la determinación del geoide y del campo gravitacional terrestre. Se utilizan varios métodos de medición para determinar geoide: gravimetría , métodos geométricos y dinámicos de geodesia satelital y astrogeodesia . El conocimiento de la gravedad es necesario para establecer un sistema de alturas exacto , por ejemplo con respecto al Mar del Norte (las denominadas alturas NN, véase también el nivel de Amsterdam ) o el Mar Adriático . El sistema de altura oficial en Alemania está incorporado en la Red de Altura Principal Alemana (DHHN).
El geoide (o su gradiente, la desviación de la perpendicular ) también sirve para definir y reducir medidas y coordenadas a gran escala en la superficie terrestre. Para la triangulación y para líneas de conexión más largas, el nivel del mar se aproxima usando un elipsoide de referencia y se calcula usando líneas geodésicas , que también se usan en matemáticas ( geometría diferencial ), navegación y al atravesar bóvedas de luz ( domo geodésico ). El geoide y el campo gravitacional también son importantes para la geofísica aplicada y para calcular las órbitas de los satélites.
El área de geodesia superior también se asigna a esa área de levantamiento nacional que se ocupa de levantamientos regionales y sus sistemas de referencia . Estas tareas se resolvían anteriormente de forma terrestre , pero ahora cada vez más con GPS y otros métodos satelitales.
La denominada geodesia inferior incluye el registro de planos del sitio para la planificación de la construcción , la documentación y creación de modelos digitales para proyectos técnicos, el registro topográfico del sitio , el levantamiento catastral y las áreas de gestión de instalaciones .
Si la estructura de propiedad de la tierra se ha vuelto más complicada con el transcurso del tiempo (a través de la división al comprar y vender o heredar), la denominada zonificación se vuelve necesaria. Su instrumento más importante es la consolidación territorial , conocida en Austria como mejora . También sirve para distribuir uniformemente las cargas cuando hay que levantar áreas para grandes proyectos ( autopistas , nuevas vías de construcción ) ( consolidación de terrenos de la empresa).
Con Ingenieurvermessung se refiere a la técnica (z. B. Gebäudeabsteckungen, Ingenieurnivellements, medios de máquinas grandes, etc.), no Topografía
Al realizar tareas geodésicas en el subsuelo , y también en la minería de superficie , se habla de separación de minas o levantamiento de montañas.
Los campos especiales de la geodesia también incluyen la geodesia marina , la prospección del mar y el registro de los perfiles hidrográficos de los ríos , la altimetría oceanográfica con satélites y la cooperación en el campo de la navegación .
También se hace una distinción entre las subáreas de la tecnología topográfica como parte técnica (instrumentación) y la parte no técnica de la topografía como un término colectivo para las áreas de geodesia más alta y más baja. El sistema catastral e inmobiliario no forma parte de la tecnología topográfica, aunque tribunales alemanes como el Tribunal Regional Superior de Düsseldorf (OLG) lo asumen en la sentencia I-10 W 62/06, contrariamente a la opinión doctrinal imperante en los colegios y universidades alemanes.
historia
Antigüedad y Edad Media
El origen de la geodesia en necesidad, la división del país , los límites de la tierra y de la propiedad por definir y las fronteras por documentar. Su historia se remonta a la " sociedad hidráulica " del antiguo Egipto , donde la profesión de geodesista se convirtió en la más importante del país durante unas semanas cada año después de la inundación del Nilo .
El hombre siempre se ha ocupado de las estrellas y especialmente de la forma de la tierra. Al principio se asumió que la tierra era un disco rodeado por el océano. Pitágoras de Samos (alrededor del 500 a. C.) afirmó que la tierra era una esfera, pero no pudo probar su tesis. Esto no se logró hasta Aristóteles (alrededor del 350 a. C.). Probó la tesis con los siguientes tres ejemplos prácticos:
- Solo una bola siempre puede proyectar una sombra redonda sobre la luna durante un eclipse lunar.
- Al viajar en dirección norte-sur, la aparición de nuevas estrellas solo puede explicarse por la forma esférica de la tierra.
- Todos los objetos que caen luchan por un centro común, a saber, el centro de la tierra.
La medición del grado por el erudito helenístico Eratóstenes entre Alejandría y Syene (la actual Asuán) alrededor del 240 a. C. fue notable . Chr. Mostró la circunferencia de la tierra en 252.000 estadios, lo que (estimación de 5000 estadios) se acercó al valor real a pesar de la distancia incierta a alrededor del diez por ciento. El científico y director de la biblioteca de Alejandría estimó la circunferencia de la tierra a partir de la diferencia de 7,2 grados en la posición del sol .
Como en Egipto, los logros topográficos de los mayas fueron asombrosos, donde la geodesia evidentemente estaba fuertemente relacionada con la astronomía y los cálculos del calendario .
Las mediciones de túneles difíciles también son del primer milenio antes de Cristo. Transmitido, como en el siglo VI a. C. El túnel de Eupalinos en Samos .
Los hitos importantes de la geodesia antigua fueron los primeros mapas del mundo de Grecia, los observatorios de Oriente Medio y varios instrumentos de medición en algunos centros del Mediterráneo oriental . En 1023, Abu Reyhan Biruni , un erudito del mundo islámico en ese momento, determinó el radio del globo en la orilla del río Kabul, entonces llamado Indo, con un nuevo método de medición que había inventado, casi exactamente a 6339,6 kilómetros. (el radio en el ecuador terrestre es en realidad 6378, 1 kilómetro). En ese momento, en la Arabia del siglo XI , la construcción de relojes de sol y astrolabios se llevó a su punto máximo, algo sobre lo que científicos europeos como Peuerbach pudieron construir a partir de 1300 en adelante.
Tiempos modernos
Con los albores de la era moderna , las necesidades de la cartografía y la navegación proporcionaron un renovado impulso al desarrollo , por ejemplo, en la producción de relojes y dispositivos en Nuremberg o en los métodos de medición y cálculo utilizados por los marinos portugueses. El descubrimiento de las funciones de los ángulos (India y Viena) y la triangulación (Snellius alrededor de 1615) también cayó en esta época . Nuevos instrumentos de medición como la mesa de medición (Prätorius, Nuremberg 1590), el "pantometrum" del jesuita Athanasius Kircher y el telescopio / microscopio permitieron a la geodesia realizar los primeros levantamientos terrestres realmente precisos de Jean Picard y otros.
Desde alrededor de 1700 en adelante, los mapas mejoraron nuevamente a través de métodos de cálculo exactos ( geodesia matemática ). Con la medición del grado a lo largo del meridiano de París por Jean-Dominique Cassini , su hijo Jacques Cassini y otros, comenzó la medición de la tierra a gran escala , que alcanzó su primer clímax en 1740 con la determinación de los radios terrestres elipsoidales por el francés Bouguer. y Maupertuis . La Cassinis midió geodésicamente toda Francia y así sentó las bases para la creación de la Carte de Cassini por César François Cassini de Thury y Jean Dominique Comte de Cassini . Le siguió la encuesta trigonométrica inglés-francesa , seguida de la encuesta trigonométrica de Gran Bretaña e Irlanda .
Para poder combinar mejor los resultados de varios proyectos y encuestas nacionales, Roger Joseph Boscovich , Carl Friedrich Gauß y otros desarrollaron gradualmente el cálculo de ecualización , que desde alrededor de 1850 también ha beneficiado el establecimiento de sistemas de referencia precisos y la medición del espacio. ( geodesia cósmica ).
Las estaciones de geodesia más importantes de los siglos XIX y XX fueron:
- la introducción del medidor , el meridiano cero de Greenwich y en 1950 un sistema de hora global , que en tecnología inalámbrica y basado en cuarzo
- el geoide y la medición de la gravedad y las conexiones cruzadas para la geofísica
- Aumentar la precisión de la medición (dm ⇒ mm por km), incluidas mejoras a aproximadamente cien veces la medición de teodolito y ángulos, la medición de distancia óptica y electroóptica / electrónica posterior contribuida
- A partir de 1960, el uso creciente de satélites terrestres artificiales y el desarrollo de la geodesia satelital , que hicieron posibles las mediciones intercontinentales por primera vez y que hicieron realidad los sistemas globales (como el GPS ) alrededor de 1990
- Desde alrededor de 1980, la radioastronomía utiliza interferometría ( VLBI ) como base para sistemas de referencia de alta precisión como ITRF , ETRS89 para la geodesia global y la geodinámica de la corteza terrestre.
Resultados del trabajo geodésico
- Campos de puntos fijos para posición, altura y gravedad
- Coordenadas de posición y altura de puntos de objeto y puntos de levantamiento
- Dimensiones (ancho, largo, alto) de los objetos.
- Forma y desviaciones de la forma de los objetos (planaridad, curvatura ...)
- Orientación de los objetos (por ejemplo, al norte verdadero, inclinación a la vertical)
- Alineación de objetos (distancias, alineaciones, nivelaciones ...)
- Monitoreo de deformaciones en objetos (ver geodinámica y geodesia de ingeniería )
- Mapas y planos
- Ortofotos
- Datos para sistemas de información geográfica
- Modelos digitales del terreno y representaciones basadas en ellos, por ejemplo , vistas en perspectiva .
- Visualización de objetos técnicos.
Instrumentos, dispositivos y equipos de medición
Instrumentos y dispositivos de medición importantes
(Nota: los topógrafos tienden a hablar de instrumentos, pero de fotogrametría de dispositivos).
- Cinta métrica y plomada (medición de distancias horizontales)
- Prisma de ángulo y poste de rango (medición de alineaciones y ángulos rectos)
- Teodolito (medida de direcciones horizontales y ángulos verticales)
- Estación total (medición de direcciones horizontales y ángulos verticales, así como distancias espaciales)
- Nivel (medición de diferencias de altura)
- Gravímetro (medida de la aceleración debida a la gravedad)
- Receptor GNSS ( GPS , GLONASS , BeiDou o receptor Galileo ) (medición de distancias espaciales a varias posiciones de satélite)
- Escáner láser (medición automática de elementos polares, dos ángulos de deflexión y una distancia espacial, a superficies cercanas)
- Cámara de medición ( fotogrametría ) (medición de la radiación reflejada - fotos, imágenes)
Equipos especiales y auxiliares
- Distanciador , EDM -Aufsatz
- Prisma de doble pentágono (prisma de ángulo)
- Poste de rango o poste de escape
- Giroscopio
- LaserDisto
- Rastreador láser
- Juez de personal
- Plomada (plomada mecánica: plomada / cordones / plomada, plomada; plomada óptica)
- Giroscopio de dirección meridiano
- Cinta métrica , cinta métrica o cinta métrica
- Prisma o reflector
- Trípode (madera, metal)
- Material de marcado
Dispositivos históricos de la antigüedad
Dispositivos históricos de la era moderna.
- Listón base
- Círculo de Borda
- Estación total Bussole
- Regla de inclinación
- Disco cruzado
- Punto de referencia
- Mesa de medida
- sextante
Métodos de medición y cálculo
- Medición de dirección y ángulo
- Medición de distancia (medición de distancia electroóptica), navegación Doppler y navegación inercial
- Medición de altura ( nivel o trigonométrica , barométrica o altimétrica menos precisa )
- Fotogrametría (medición de fotografías aéreas y terrestres)
- Sensores remotos
- Gravimetría (medición de la gravedad) y gradiometría
- Geodesia satelital
Método de medición en detalle (alfabético)
- Estaca
- Posicionamiento astronómico
- Procesando imagen digital
- Sensores remotos
- Libre elección de posición o estacionamiento libre
- gravimetría relativa y absoluta
- GNSS (Sistema global de navegación por satélite): GPS diferencial (DGPS)
- Gradiometria
- Escaneo láser
- Medida de red
- Arrasamiento
- Grabación de puntos polares
- Poligonización ( curso de polígono )
- Fotogrametría
- Grabación de perfil
- Métodos de corte: corte recto ( rodamiento transversal ), corte hacia atrás , corte hacia adelante , corte en arco (carrera de arco)
- SLR (rango de láser satelital)
- SST (seguimiento de satélite a satélite)
- Reflejando , temporadas
- Triangulación (geodesia) , trilateración
- VLBI ( interferometría de línea de base muy larga )
Métodos de cálculo y herramientas de cálculo.
- Cálculo geodésico en PC y calculadoras de bolsillo programables software de topografía
- Transformación de Helmert y métodos espaciales de transformación de coordenadas (por ejemplo, transformación de 7 parámetros en redes GPS)
- Cálculo de ajuste y métodos de prueba estadística.
- digital de catastro y registro de la propiedad , la gestión de instalaciones
- SAPOS y otros servicios regionales de posicionamiento por satélite.
Sistemas de referencia
Organizaciones
Nacional
- Grupo de trabajo de las administraciones topográficas de los estados federales de la República Federal de Alemania - AdV (Alemania)
- Asociación de Ingenieros Topográficos Designados Públicamente - BDVI (Alemania)
- Oficina Federal de Metrología y Topografía - BEV Viena (Austria)
- Agencia Federal de Cartografía y Geodesia - BKG (Alemania)
- Oficina Federal de Topografía - swisstopo (Suiza)
- Comisión Geodésica Alemana
- Instituto Alemán de Investigaciones Geodésicas
- DVW - Society for Geodesy, Geoinformation and Land Management eV - DVW (Alemania)
- Grupo de interés geodesia IGG (Alemania)
- KonGeoS - Conferencia de estudiantes de geodesia
- Oficinas de topografía (Alemania)
- Comisión Geodésica Suiza - SGC - Comisión Geodésica Suiza
- Asociación de Ingenieros Topográficos Alemanes - VDV (Alemania)
Internacional
- Fédération Internationale des Géomètres (FIG)
- Asociación Internacional de Geodesia (IAG)
- Organización Internacional de Estudiantes Geodésicos (IGSO)
Geodésicas importantes
Eventos
literatura
- Karl Ledersteger : Geodesia física y astronómica . (= Manual de topografía. 5). 10ª edición. Metzler, Stuttgart 1969.
- Hans-Gert Kahle : Introducción a la geodesia superior. Segunda edición ampliada. Verlag der Fachvereine, Zúrich 1988, ISBN 3-7281-1655-6 .
- Wolfgang Torge : Geodesia. 2ª Edición. De Gruyter, Berlín 2003, ISBN 3-11-017545-2 .
- Wolfgang Torge: Historia de la geodesia en Alemania. 2ª Edición. De Gruyter, Berlín 2009, ISBN 978-3-11-020719-4 .
- Bertold Witte , Peter Sparla: Topografía y los fundamentos de las estadísticas para la industria de la construcción . 7ª edición. Wichmann, 2011, ISBN 978-3-87907-497-6 .
- Heribert Kahmen: Geodesia aplicada: Topografía . 20ª edición. Walter de Gruyter, 2005, ISBN 3-11-018464-8 .
- Bettina Schütze, Andreas Engler, Harald Weber: Topografía de libros de texto : conocimientos básicos. Weber, Dresde 2001, ISBN 3-936203-00-8 .
- Walther Welsch , Otto Heunecke, Heiner Kuhlmann: Evaluación de mediciones de monitoreo geodésico. En: M. Möser, G. Müller, H. Schlemmer, H. Werner (Eds.): Handbuch Ingenieurgeodäsie. Wichmann, Heidelberg 2000, ISBN 3-87907-295-7 .
- Vitalis Pantenburg : El retrato de la tierra. Historia de la cartografía. Franckh, Stuttgart 1970, ISBN 3-440-00266-7 .
- Comisión Europea (Ed.): Infraestructura para la información espacial en la Comunidad Europea (INSPIRE) Comisión Europea.
- Walter Großmann : Cálculos e imágenes geodésicas en la encuesta nacional. 3. Edición. Wittwer, Stuttgart 1976.
- Alfred Hagebusch, Michael Gärtner: experiencia para técnicos en topografía. 8ª edición. Rheinland-Verlag, Colonia 1992, ISBN 3-7927-1324-1 .
- Oskar Niemczyk , Otto Haibach , Paul Hilbig : Topografía minera. 3 volúmenes. Akademie Verlag, Berlín 1951, 1956, 1963.
- Manual de topografía .
- Wilfried Grunau : Topografía en transición. Chmielorz Verlag, Wiesbaden 1995, ISBN 3-87124-134-2 .
- Bialas, Volker : forma de la Tierra, cosmología y cosmovisión. La historia de la geodesia como parte de la historia cultural de la humanidad . Stuttgart: Verlag Konrad Wittwer 1982: ISBN 9783879191352 .
- Kurrer K.-E. : Reseña del libro de Bialas en: The Argument ; Núm. 154; 1985, págs. 885-887
enlaces web
- Geodesia . En: Meyers Konversations-Lexikon . 4ª edición. Volumen 7, Verlag des Bibliographisches Institut, Leipzig / Viena 1885–1892, pág.124.
- Workplace Earth Una introducción generalmente comprensible a la geodesia y la topografía, supervisada por todas las asociaciones geodésicas profesionales relevantes en Alemania.
- Tras el rastro de la geodesia de Graz: sección transversal, mediciones de la tierra, episodios
Evidencia individual
- ↑ Uso de SIG en topografía y geodesia. En: GIS para topografía . En esri.de, consultado el 11 de septiembre de 2020.