МИНОБРНАУКИ РОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
УТВЕРЖДАЮ:
Декан ФФ
_________________
«_____»__________________ 2015 г.
Рабочая программа дисциплины
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ГЛАВЫ ТЕОРИИ ФИГУРЫ ЗЕМЛИ И ГРАВИМЕТРИИ
Направление подготовки
09.04.02 — Информационные системы и технологии
Наименование магистерской программы
Информационные системы и технологии в геодезии и картографии
Квалификация (степень) выпускника
Магистр
Форма обучения
Очная
Томск — 2015
1. Цели освоения дисциплины
Целью освоения дисциплины «Дополнительные главы теории фигуры Земли и гравиметрии» является расширение у магистрантов базовых знаний, полученных при изучении курса «Теория фигуры Земли и основы гравиметрии».
Задачами курса являются:
n понимание концепции определения фигуры Земли методом последовательного ее уточнения, а также взаимосвязи параметров, описывающих фигуру и внешнее гравитационное поле Земли;
n получение теоретических знаний о современных методах изучения фигуры физической поверхности Земли;
n умение ориентироваться в современных подходах, методах и средствах изучения фигуры и внешнего гравитационного поля Земли, Луны и других планет, а также тенденциях и путях развития методов решения этой задачи;
n получение представления о современном состоянии изученности гравитационного поля и фигуры Земли.
2. Место дисциплины в структуре ООП магистратуры
Дисциплина относится к вариативной части ООП и является дисциплиной по выбору студента. К моменту изучения курса «Дополнительные главы теории фигуры Земли и гравиметрии» магистранты должны знать основы математических дисциплин, включая аналитическую геометрию, линейную алгебру, математический анализ, теорию вероятностей, математическую статистику, теорию дифференциальных и интегральных уравнений, теорию сферических функций, а также общую геодезию, высшую геодезию и базовый курс «Теория фигуры Земли и основы гравиметрии».
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины обучающийся должен обладать компетенциями:
а) общекультурными (ОК):
· способность совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень (ОК–1);
· способность к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности (ОК–2);
· умение свободно пользоваться русским и иностранным языками, как средством делового общения (ОК–3);
· использование на практике умений и навыков в организации исследовательских и проектных работ, в управлении коллективом (ОК–4);
· способность самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК–6);
б) общепрофессиональными (ОПК):
· способность воспринимать математические, естественнонаучные, социально-экономические и профессиональные знания, уметь самостоятельно приобретать, развивать и применять их для решения нестандартных задач, в том числе, в новой или незнакомой среде и в междисциплинарном контексте (ОПК-1);
· культура мышления, способность выстраивать логику рассуждений и высказываний, основанных на интерпретации данных, интегрированных их разных областей науки и техники, выносить суждения на основании неполных данных (ОПК-2);
· способность анализировать и оценивать уровни своих компетенций в сочетании со способностью и готовностью к саморегулированию дальнейшего образования и профессиональной мобильности (ОПК-3);
· владение по крайней мере одним из иностранных языков на уровне социального и профессионального общения, способность применять специальную лексику и профессиональную терминологию языка (ОПК-4);
· владение методами и средствами получения, хранения, переработки и трансляции информации посредством современных компьютерных технологий, в том числе, в глобальных компьютерных сетях (ОПК-5);
· способность анализировать профессиональную информацию, выделять в ней главное, структурировать, оформлять и представлять в виде аналитических обзоров с обоснованными выводами и рекомендациями (ОПК-6);
в) профессиональными (ПК):
· способность осуществлять сбор, анализ научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по тематике исследования (ПК–7);
· умение проводить разработку и исследование теоретических и экспериментальных моделей объектов профессиональной деятельности в области геодезии картографии (ПК-8);
· умение осуществлять постановку и проведение экспериментов по заданной методике и анализ результатов (ПК–11);
· способность проводить анализ результатов проведения экспериментов, осуществлять выбор оптимальных решений, подготавливать и составлять обзоры, отчеты и научные публикации (ПК-12);
· способность разрабатывать методы решения нестандартных задач и новые методы решения традиционных задач (ПК–15);
г) специальными (СК):
· умение применять современные геодезические приборы и практические методы работы на них в геодезических и картографических работах (СК–1);
· умение применять современные информационные спутниковые методы, прежде всего ГЛОНАСС\GPS – технологии, в геодезии и картографии (СК–2);
· умение применять современные математические методы обработки измерений при решении широкого класса задач общей и космической геодезии (СК–7);
· умение применять современные методы типографики и презентации для представления результатов работы (СК–11).
4. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоёмкость дисциплины составляет 3 зачётные единицы, 108 часов.
Наименование разделов и тем | Всего (час.) | Контактная работа (час.) | Самостоятельная работа (час.) | ||
Лекции | Семинары | Практические занятия | |||
Раздел 1. Изучение фигуры физической поверхности Земли | |||||
Тема 1. Задача Молоденского построения фигуры Земли. Ортометрическая, нормальная и динамическая системы высот, связь между ними. Квазигеоид. | 8 | 2 | 2 | 4 | |
Тема 2. Нормальные высоты, аномалии высот и геодезические высоты. Теллуроид. | 5 | 1 | 4 | ||
Тема 3. Краевая задача Молоденского и основное интегральное уравнение. Решение основного интегрального уравнения и нахождение возмущающего потенциала. | 7 | 2 | 5 | ||
Тема 4. Другие методы решения краевой задачи Молоденского. | 5 | 1 | 4 | ||
Тема 5. Метод астрономо-геодезического нивелирования. Основы астрономо-гравиметрического нивелирования. | 7 | 2 | 5 | ||
Раздел 2. Определение параметров фигуры Земли по наблюдениям Луны | |||||
Тема 6. Геометрический метод определения большой полуоси Земли по наблюдениям Луны. Динамический метод нахождения большой полуоси и фундаментальной стоксовой постоянной. Динамический параллакс Луны. | 7 | 2 | 1 | 4 | |
Тема 7. Определение сжатия Земли по лунно-солнечной прецессии. Нахождение геометрического сжатия по динамическому. Определение сжатия Земли по неравенствам в движении Луны. | 5 | 1 | 4 | ||
Раздел 3. Определение параметров гравитационного поля и фигуры Земли по возмущениям в движении искусственных спутников | |||||
Тема 8. Основные формулы для нахождения параметров гравитационного поля Земли по наблюдениям искусственных спутников. Уравнения Лагранжа для оскулирующих элементов орбиты. Возмущение долготы восходящего узла под влиянием сжатия Земли. О влиянии сопротивления атмосферы на долготу восходящего узла. | 9 | 2 | 2 | 5 | |
Тема 9. Определение геоцентрической гравитационной постоянной по наблюдениям космических аппаратов. Определение большой полуоси общего земного эллипсоида. Определение коэффициентов гармоник гравитационного потенциала. | 6 | 1 | 5 | ||
Раздел 4. Гравитационные аномалии и внутреннее строение Земли | |||||
Тема 10. Теория изостазии. Изостатическая редукция. Отображение внутреннего строения Земли в аномалиях силы тяжести. | 8 | 2 | 2 | 4 | |
Тема 11. Характер гравитационного поля. Изменение силы тяжести со временем. Лунно-солнечные вариации силы тяжести. | 5 | 1 | 4 | ||
Тема 12. Приливные деформации Земли и ее упругость. Поправки к измеряемым значениям силы тяжести за приливные эффекты. | 5 | 1 | 4 | ||
Раздел 5. Современное состояние изученности гравитационного поля и фигуры Земли | |||||
Тема 13. Мировая гравиметрическая система. Гравиметрическая изученность Земли. Гравиметрические карты. | 8 | 1 | 2 | 5 | |
Тема 14. Геометрическая структура гравитационного поля и фигуры Земли. Определение потенциала Земли. Стандартная Земля. | 7 | 2 | 5 | ||
Тема 15. Основные черты и особенности аномального гравитационного поля и фигуры Земли. | 5 | 1 | 4 | ||
Раздел 6. Гравитационные поля и фигуры Луны и планет | |||||
Тема 16. Определение параметров гравитационных полей и фигур Луны и планет по наблюдениям искусственных спутников и межпланетных космических аппаратов. Непосредственные измерения силы тяжести на Луне и планетах. | 6 | 1 | 1 | 4 | |
Тема 17. Современные сведения о гравитационных полях Луны и планет. | 5 | 1 | 4 | ||
Итого | 108 | 10 | 24 | 74 |
5. Образовательные технологии
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки «Информационные системы и технологии» реализуется компетентностный подход, который предусматривает широкое использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения лекций в сочетании с внеаудиторной работой с целью формирования и развития профессиональных навыков обучающихся.
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы магистрантов
Примерный перечень контрольных вопросов к лекциям
Контрольные вопросы к разделу 1
1. В чем суть метода последовательных приближений для решения задачи построения фигуры физической поверхности Земли? Из каких этапов состоит решение этой задачи?
2. Какими параметрами определяется истинная фигура Земли?
3. Чем вызвано введение понятия квазигеоида в современной теории фигуры Земли?
4. В чем состоит основное отличие теории Молоденского от теории Стокса построения фигуры Земли?
5. Астрономо-геодезическое нивелирование и астрономо-гравиметрическое нивелирование. В чем отличие этих методов?
Контрольные вопросы к разделу 2
1. Какая формула лежит в основе геометрического способа определения большой полуоси земного эллипсоида по наблюдениям Луны?
2. Лунно-солнечная прецессия оси вращения Земли. В чем причина ее возникновения?
3. Неравенства в движении Луны. Как они связаны с динамическим сжатием Земли?
Контрольные вопросы к разделу 3
1. Как проявляется влияние гравитационного поля Земли на элементы орбит искусственных спутников?
2. Влияет ли сопротивление атмосферы на долготу восходящего узла?
3. Какой из современных методов определения фундаментальной гравитационной постоянной является наиболее точным?
4. На чем основан спутниковый метод определения большой полуоси общего земного эллипсоида?
Контрольные вопросы к разделу 4
1. Понятие изостатической компенсации. В чем ее суть?
2. К каким известным редукциям приводят случаи изостатической редукции при глубинах компенсации нуль и бесконечность?
3. Каковы основные факторы, приводящие к изменению силы тяжести на поверхности Земли со временем?
4. К каким деформациям геоида приводят лунно-солнечные возмущения?
Контрольные вопросы к разделу 5
1. Какие физические параметры измеряются при определениях силы тяжести? Какие при этом используются методы?
2. Понятие нормальной Земли. Какие фундаментальные постоянные ее характеризуют?
Контрольные вопросы к разделу 6
1. Каковы основные факторы, влияющие на образование аномального гравитационного поля Луны?
2. Какие методы применяются в настоящее время для изучения гравитационных полей планет Солнечной системы?
Методические рекомендации магистрантам по самостоятельной работе
Вопросы, вынесенные на самостоятельное изучение по курсу «Дополнительные главы теории фигуры Земли и гравиметрии»
1. Принципы и методы измерения ускорения силы тяжести.
2. Методы гравитационной разведки.
3. Глобальные модели гравитационного поля.
4. Проблема предсказания аномалий.
5. Гравитационные поля Луны и планет.
Перечень тем, выносимых на зачет по лекционному курсу
Темы, выносимые на зачет по разделу 1
1. Системы высот (ортометрическая, нормальная, динамическая) и связь между ними.
2. Нормальные высоты, аномалии высот и геодезические высоты.
3. Краевая задача Молоденского и основное интегральное уравнение.
4. Решение интегрального уравнения Молоденского и нахождение возмущающего потенциала.
5. Астрономическое или астрономо-геодезическое нивелирование (геометрический и гравиметрический подходы).
6. Основы астрономо-гравиметрического нивелирования.
Темы, выносимые на зачет по разделу 2
1. Геометрический метод определения большой полуоси Земли по наблюдениям Луны.
2. Динамический метод нахождения большой полуоси и геоцентрической гравитационной постоянной по наблюдениям Луны.
3. Определение сжатия Земли по лунно-солнечной прецессии.
4. Определение сжатия Земли по неравенствам в движении Луны.
Темы, выносимые на зачет по разделу 3
1. Основные формулы для нахождения параметров гравитационного поля Земли по наблюдениям искусственных спутников.
2. Уравнения Лагранжа для оскулирующих элементов орбиты. Возмущение долготы восходящего узла под влиянием сжатия Земли.
3. Определение геоцентрической гравитационной постоянной по наблюдениям космических аппаратов.
4. Определение большой полуоси общего земного эллипсоида по наблюдениям искусственных спутников.
5. Определение коэффициентов гармоник гравитационного потенциала Земли по наблюдениям искусственных спутников.
Темы, выносимые на зачет по разделу 4
1. Теория изостазии. Изостатическая редукция.
2. Отображение внутреннего строения Земли в аномалиях силы тяжести.
3. Характер гравитационного поля. Изменение силы тяжести со временем.
4. Лунно-солнечные вариации силы тяжести.
5. Приливные деформации Земли и ее упругость. Поправки к измеряемым значениям силы тяжести за приливные эффекты.
Темы, выносимые на зачет по разделу 5
1. Мировая гравиметрическая система. Гравиметрическая изученность Земли. Гравиметрические карты.
2. Геометрическая структура гравитационного поля и фигуры Земли. Определение потенциала Земли. Стандартная Земля.
3. Основные черты и особенности аномального гравитационного поля и фигуры Земли.
Темы, выносимые на зачет по разделу 6
1. Определение параметров гравитационных полей и фигур Луны и планет по наблюдениям искусственных спутников и межпланетных космических аппаратов. Непосредственные измерения силы тяжести на Луне и планетах.
2. Современные сведения о гравитационных полях Луны и планет.
Глоссарий
• Аномалия высоты – геодезическая высота точки на геоиде (квазигеоиде) относительно нормального эллипсоида.
• Аномалия силы тяжести – отклонение наблюденного значения силы тяжести в данной точке от вычисленного по формуле нормального значения силы тяжести.
• Геоид – уровенная поверхность, наилучшим образом аппроксимирующая средний уровень Мирового океана и продолженная под континентами так, чтобы она всюду была перпендикулярна силовым линиям гравитационного поля Земли.
• Гравиметрия – наука об измерении величин, характеризующих гравитационное поле Земли.
• Квазигеоид – поверхность, однозначно определяемая по наземным измерениям, совпадающая с геоидом на морях и океанах и очень близко подходящая к нему на суше.
• Нормальное поле силы тяжести – поле близкое к реальному полю силы тяжести Земли и имеющее достаточно простой вид, например, поле уровенного эллипсоида, называемого нормальным.
• Редукция силы тяжести – перенос значения силы тяжести по нормали с одной уровенной поверхности на другую.
• Селеноид – уровенная поверхность, близкая к физической поверхности Луны и представляющая фигуру последней.
• Теллуроид – геометрическое место всех точек, отстоящих от текущих точек на физической поверхности Земли на величину, равную аномалии высоты.
• Теория фигуры Земли – наука, занимающаяся изучением формы Земли по ее полю силы тяжести.
• Уклонение отвесной линии (абсолютное) – угол между отвесной линией и нормалью к общему земному эллипсоиду в данной точке.
• Уровенный эллипсоид – эллипсоид вращения с известной массой и угловой скоростью.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература
1. Грушинский фигуры Земли. М.: Наука, 1976.
2. Грушинский гравиметрии. М.: Наука, 1983.
3. , Юзефович . М.: Недра, 1981.
4. Гравиметрия. М.: Мир, 1999.
5. Гофман- Физическая геодезия. М.: МИИГАиК, 2007.
Дополнительная литература
1. , , Шимбирев фигуры Земли. М.: Изд-во геодез. лит-ры, 1961.
2. Макаров гравиметрия. М.: Недра, 1968.
3. Шимбирев фигуры Земли. М.: Недра, 1975.
4. Закатов высшей геодезии. М.: Недра, 1976.
5. Загребин в теоретическую гравиметрию. Л.: Наука, 1976.
6. Современная физическая геодезия. М.: Недра, 1983.
7. Пантелеев фигуры Земли. М.: Изд-во МГУ, 2000.
8. Крылов геодезия. М.: МИИГАиК, 2002.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Все виды материально-информационной базы Научной библиотеки ТГУ. Мультимедийное оборудование физического факультета ТГУ. Сеть Интернет.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС по направлению подготовки 09.04.02 Информационные системы и технологии.
Автор: профессор
Рецензент: профессор
Программа одобрена на заседании учебно-методической
комиссии физического факультета
Томского государственного университета
от «____» ___________ 2015 года, протокол № ________
