lunes, 27 de abril de 2009

Profe, ¿cuál es la geometría básica en Geodesia?

La latitud de un punto p del elipsoide de Hayford H es la amplitud del ángulo que forma su recta normal con el eje focal de la meridiana por p. Sea Op la recta que pasa por el centro O de H y por p, y sea θ la amplitud del ángulo que forma la recta Op con el eje focal de la meridiana por p; claramente tenemos que

es una parametrización de H, con b semieje menor de la meridiana. Las amplitudes de los ángulos siempre se entenderán en radianes, salvo que se diga expresamente que son en segundos de arco.

Las curvaturas principales en p en función de los tres parámetros a, ε, θ son:
en la dirección de meridiana: ,
en la dirección de paralelo: .

Se tiene también la relación
.
Con lo cual, las curvaturas principales en p en función de los tres parámetros a, ε, , son:
en la dirección de meridiana: ,
en la dirección de paralelo: ,
así, ρ será el radio de curvatura de la meridiana y n el radio de curvatura en la dirección del paralelo.

El arco s de meridiana en función de una diferencia de latitudes es
,
con la latitud media. Y recíprocamente la diferencia medida en segundos de arco es
.

Recordamos que uno de los teoremas de Gauss dice (ver entrada אמן):
Teorema de Gauss: El exceso de un triángulo geodésico es el área de su imagen esférica.

Tal teorema aplicado al caso de la esfera de radio R queda, siendo el triángulo geodésico, su exceso y su área
,
expresado en segundos de arco .

En la práctica podremos sustituir el cálculo sobre un triángulo geodésico esférico por el cálculo sobre un triángulo plano de lados con las mismas longitudes que el esférico y de ángulos los mismos del esférico pero disminuidos en una tercera parte de su exceso, a causa del siguiente teorema:
Teorema de Legendre: Sea un triángulo geodésico sobre una esfera. Sea otro triángulo plano tal que sus lados son de la misma longitud que los respectivos de . Entonces
,
donde el error es del orden .

Recordamos, así mismo, que el teorema Egregium de Gauss dice:
Teorema Egregium: La curvatura de Gauss es invariante por isometrías locales.

En consecuencia, cuando hagamos una aproximación local del elipsoide H entorno a un punto p por una esfera, esa esfera habrá de ser la de radio
para obtener la mejor aproximación.

Tomados los datos de campo de un triángulo geodésico sobre H, llamaremos error de cierre a
,
donde son las amplitudes de los ángulos obtenidos a través de esos datos.

Las fórmulas de trigonometría esférica serán de gran uso, destacamos de entre ellas el teorema de coseno: sobre un triángulo geodésico esférico tenemos, midiendo los arcos por los ángulos centrales, que
.