3. 2. О точности вычислений при решении главной

геодезической задачи

Как уже отмечалось ранее, точность любых геодезических вычислений должна быть на порядок выше точности измерений. Так масштабирование государственных геодезических сетей триангуляции 1 класса обеспечивается с относительной погрешностью 1 : 400 000 = 2. 5 * 10^-6, точность геодезических азимутов на пунктах Лапласа 0. 5^// = 2. 5 * 10^-6, следовательно, точность вычисления этих величин должна быть не ниже 2. 5 * 10^-7. Покажем, с какой точностью необходимо вычислять геодезические широты и долготы, чтобы они соответствовали точности азимутов и расстояний. Для этого в первых двух уравнениях системы ( 4. 39 ) от дифференциалов перейдем к средним квадратическим ошибкам и запишем их в виде

.

Примем условие, чтобы азимут в равной мере влиял на точность вычислений. Это будет при условии, когда А=45⁰ . Длины сторон триангуляции 1 класса не менее 20 км. В результате получаем для близ экваториальных и средних широт m_B ≈ m_L ≤ 0. 0002^// ≈ 10^-9 . При этом требования к точности долготы снижаются по мере удаления от экватора. Подобные расчеты можно произвести и иным образом. Ошибка во взаимном положении двух смежных пунктов, связанных геодезическими измерениями, определяется поперечным сдвигом, обусловленным ошибкой передачи азимутов, и продольным сдвигом, обусловленным ошибками линейных измерений. Естественно, при построении геодезических сетей любыми методами должно выдерживаться условие равнозначного влияния ошибок угловых и линейных величин на точность. Общеизвестны формулы, определяющие поперечный и продольный сдвиги двух смежных пунктов

Отсюда следует условие построения сетей любого класса при m_прод.= m_попер. Для 1 класса мы имеем при ранее принятых условиях

Ошибки в значениях широты и долготы точки определяют ошибки ее положения на меридиане и параллели соответственно, а в совокупности – ошибку положения точки на координатной поверхности.

Отсюда следует, что вычислять широты и долготы необходимо с той же точностью, что определено и другим путем.

Таким образом получаем, что геодезические широты и долготы на пунктах 1 класса вычисляются с округлением до 0. 0001^// , а геодезические азимуты принято вычислять с округлением до 0. 001^//. В каталогах после уравнивания геодезической сети значения широт и долгот помещаются с округлением до 0. 001^//, азимутов – до 0. 01^//.

6. 3. Разложение разностей широт, долгот и азимутов

в ряды с начальными аргументами

Из уравнений ( 6. 1 ) видно, что геодезические широта, долгота и азимут определяемой точки на поверхности эллипсоида являются некоторыми, пока неопределенными функциями от расстояния между определяемой и исходной точками. Это можем записать в виде

. ( 6. 2 )

При условии, что эти функции дифференцируемы и допускают разложение в ряд Тейлора по степеням малой величины s, запишем

( 6. 3 )

При условии, когда s = 0, очевидно будем иметь B₁=f₁ (0); L₁=f₂ (0); B₁=f₃ (0) и уравнения ( 6. 3 ) запишутся в виде

( 6. 4 )

В уравнениях ( 6. 4 ), в отличие от уравнений ( 6. 3 ), вид функций, связывающих координаты двух точек определен, а именно, выражения для первых производных нам известны из ( 4. 39 ), которые мы запишем с учетом принятых обозначений

( 6. 5 )

Вычисление последующих производных не вызывает труда, когда вторая производная равна производной от первой и т. д. Здесь применяем правила дифференцирования сложных функций, неявно зависящих от переменной s.

( 6. 6 )

Действуя аналогично и опуская промежуточные действия, получаем для вторых производных от f₂ ( s ) и f₃ ( s ) следующие выражения.

. ( 6. 7 )

Возникает вопрос, сколько членов разложения следует брать в ( 6. 4 ) для обеспечения необходимой точности вычислений широт, долгот и азимутов. Заметим из ( 6. 5 ) – (6. 7), что с возрастанием порядка численные значения производных уменьшаются. При этом будут уменьшаться и численные значения членов разложений ( 6. 4 ) не хуже, чем ( s / R )ⁿ , где n – его порядковый номер и при расстояниях s ≤ 30 км будем иметь малые величины первого, второго, третьего и т. д. порядка:

( s / R )¹ ≤ 5*10^-3; ( s / R )² ≤ 2*10^-5; ( s / R )³ ≤ 10^—7; ( s / R )⁴≤ 5*10^-10 и т. д.

Таким образом видим, что достаточно удерживать три члена разложения, при этом точность вычислений, оцененная с помощью остаточного члена разложений в форме Лагранжа, меньше требуемой точности вычислений широт, долгот и азимутов. Здесь говорят, что для решения задачи на малые расстояния достаточно удерживать малые величины третьего порядка.

Третьи производные в ( 6. 4 ) получаются как производные от вторых, выражения которых приведем без вывода, опуская слагаемые, содержащие множителями e^/2, значение которых меньше требуемой точности вычислений ( имея в виду, что e^/2 ≈ 7*10^-3 – малая величина первого порядка ).

( 6. 8 )

Подставляя полученные выражения производных в ( 6. 4 ), получим рабочие формулы для вычислений, наиболее удобные для решения прямой геодезической задачи на расстояния до 30 км. В формулах значения производных ( коэффициентов разложений ) вычисляются по координатам начальной точки, отсюда название формул.