Transcript jeodezi I-3

Slide 1

JEODEZİ I
Doç.Dr. Ersoy ARSLAN


Slide 2

BÖLÜM 3

3. DÖNEL ELİPSOİDE İLİŞKİN BAZI
BÜYÜKLÜKLERİN DİFERANSİYEL
GEOMETRİDE İFADESİ
3.1. DİFERANSİYEL GEOMETRİDEN ÖN BİLGİLER
3.1.1. Gauss Parametreleri


Slide 3


Slide 4

Diferansiyel geometride, dik koordinatlar sisteminde bir uzay
noktasının koordinatlar başlangıcından uzaklığına, vektör
olarak «yarıçap vektörü» denirse, yarıçap vektörü (ya da yer
vektörü) r,

r = Xi + Yj + Zk
eşitliği ile verilmiştir.
Yer vektörünün skalar değeri

Burada X,Y,Z, noktanın dik koordinatları, i,j,k ise X,Y,Z
doğrultusundaki birim vektörleridir. Yani,
IiI = IjI = IkI =1

dir.


Slide 5

Eğer,

(3.2)
olmak üzere uzay koordinatları (u,v) parametrelerine bağlı
iseler, u ve v nin düzlemde bir noktanın dik koordinatları
olarak gösterilmesi halinde her (u,v) çifti için düzlemdeki bir Pi
noktasına karşılık uzayda bir nokta bulunabilir. Böyle bir
noktanın yarıçap vektörü;
r = X(u,v) i+Y(u,v) j+Z(u,v) k = r(u,v)
(3.3)
dir.


Slide 6

Eğer fonksiyonel matris, yani,

(3.4)



ise, ki reel yüzeylerde bu şart gerçekleşir, bu takdirde her (u,v)
çifti uzayda bir yüzey noktasını belirler. Bu noktaların tümü
uzayda bir yüzey tanımlar. Bu yüzeye «Jordan yüzeyi» ve u
ve v parametrelerine «Gauss Parametreleri» denir.
Bu parametrelerden birisi sabit tutulur, diğeri değiştirilirse,
yüzey üzerinde «Parametre eğrileri» meydana gelir.
Örneğin,
u parametre eğrisi (u eğrisi) (v = sabit)
v parametre eğrisi (v eğrisi) (u = sabit)
olacaktır.


Slide 7

u eğrisinin bir u = u0 noktasında teğeti
(3.5)
dir.
Aynı tarzda

v eğrisinin teğet vektörü olur.
Bu iki vektörün vektörel çarpımı, yüzeyin P0(u0, v0)
noktasındaki normalini verir ve
(3.6)
ile gösterilir.


Slide 8

Bu iki vektörün arasındaki θ açısı
(3.7)
skalar çarpımı ile

eşitliğinden bulunur.
Eğer bu eşitlik sıfır ise, yani cos θ = 0 ise θ = 90°
ile parametre eğrileri birbirine diktir.


Slide 9

3.1.2. Yüzey Eğrileri ve 1. Dereceden Temel
Büyüklükleri E,F,G :
Diğer taraftan u ve v parametreleri de
u = u(t)
v = v(t)
(3.8)
olmak üzere bir (t) parametresine bağlı iseler, (t) nin
değişmesi ile yüzey üzerinde bir eğri meydana gelir. Bu
eğrinin yer vektörü,

yani,

dir.


Slide 10

(3.9)
olur.
Eğrinin bir P0 noktasında teğeti (3.9) dan


Slide 11

ve bu teğetin skalar değeri,

olacaktır.


Slide 12

Diğer taraftan uzay dik koordinatlar sisteminde s parametresine
göre bir eğrinin denklemi, (3.9) dan t = s ile,

(3.14)

olup eğrinin diferansiyel yay uzunluğu

dir. (3.14) denklemlerinden,


Slide 13

t parametresi, teğetin skalar değeri dr(t)
(3.12)
olacak şekilde seçilebilir.
Böyle bir parametreye (s) denirse, yani t = s alınırsa, bu şarta göre
yukarıdaki eşitlikten,

ya da eşitliğin (ds)2 ile çarpımı sonucu,

eşitliği elde edilir.


Slide 14

diferansiyel denklemleri ile (3.15) eşitliği



biçimine girer ve (3.13) eşitliği ile karşılaştırılırsa;
ds2 = dl2 olduğu görülür. Yani s = l dir.
O halde eğrinin bir noktasındaki teğetin birim vektör olması
yani mutlak değerinin 1 olması için, eğriyi veren parametre
olarak eğrinin bir noktasmdan itibaren yay uzunluğu olan s
alinmalıdır. Bunun karşıtı, bir eğriyi belirleyen parametre onun
yay uzunluğu olarak alınırsa, teğet vektörü
dr/ds bir birim vektördür. Yani,
(3.16)

olur.


Slide 15


Slide 16

(3.17)
bulunur. Burada,
(3.18)

denilerek E,F ve G skalar büyüklükleri «1. dereceden temel
büyüklükler» adını alır. Ayrıca görüldüğü gibi,

(3.19)
olmak üzere VE, u parametre eğrisinin (v = Sabit) ve VG, v
parametre eğrisinin (u = Sabit) teğet vektörlerinin skalar
(mutlak) değerleridir. ((3.5) ile karşılaştırınız).


Slide 17

Herhangi bir yüzey eğrisinin diferansiyel yay uzunluğunu veren
eşitliğe (I) «1. form» denir. (3.17) ve (3.18) den bu durumda,
(3.20)
elde edilir.
u eğrisinin boyu, v = Sabit, dv = 0 ile (3.20) den,

(3.21)
ve benzer olarak v öğrisinin boyu
(3.22)
bulunur. (Şekil 3.2)


Slide 18

3.1.3. Yüzey Eğrileri Arasındaki Açı
u ve v parametre eğrileri arasındaki θ açısı, bu eğrilerin kesim
noktasında herbirine çizilen ve aynı zamanda yüzeye de teğet
olan teğetler arasındaki açı olarak (θ), (3.7) ve (3.18) den,
(3.23)
eşitliği ile verilmektedir.
Görüldüğü gibi θ = 90° yani parametre eğrilerinin birbirine dik
(ortogonal) olabilmeleri için F = 0 olmalıdır. Bunun karşıtı u ve
v Gauss parametreleri, F = 0 çıkacak şekilde verilmişse,
parametre eğrileri ortogonaldır.


Slide 19


Slide 20

Bir parametre eğrisi (Örneğin u eğrisi) ile herhangi bir yüzey
eğrisi arasındaki açı T olmak üzere (Şekil 3.2), adı geçen
teğetlerin skalar çarpımından bulunur. Bir yüzey noktasında u
parametre eğrisinin teğet vektörü ru ve (s) parametreli yüzey
eğrisinin teğet vektörü rs = (dr/ds) olacağından,

ile)
(3.24)

elde edilir. (3.16) ve (3.19 dan

ve
(3.24)

bulunur.

ile,


Slide 21

Diğer taraftan ds eğrisinin bir noktasındaki yer vektörü
r = r (u(s) v(s))

ile

(3.26)

olur. Böylece (3.25) de,

elde edilir ve (3.18) ile

ve nihayet (3.25) de konursa,

(3.27)
bulunur.


Slide 22

Buna karşılık,

ve
(3.28)
denirse,

(3.27)

Eşitlikleri çıkarılır.


Slide 23

Parametre eğrileri ortogonalsa, (3.28) de F = 0 konulup
(3.21) ve (3.22) eşitlikleri de dikkate alınırsa; Şekil (3.3) den

(3.30)
eşitlikleri elde edilir.


Slide 24

3.1.4. Yüzey Normali
Yüzeyin bir noktasındaki normal vektörü, bu noktadaki
yüzey teğet düzlemine diktir. Diğer taraftan bir yüzey
noktasmda teğet düzlem içindeki iki vektöre dik olan
vektör teğet düzlemine de diktir. O halde böyle bir vektör
o noktada vüzey normalidir. Bir yüzey noktasındaki
parametre eğrilerinin teğet vektörleri yüzeye de o
noktada teğettir; yani o noktadaki teğet düzlem içindedir,
Bu durumda bir noktasında parametre eğrilerinin teğet
vektörlerine dik olan vektör o noktadaki yüzey normalidir,
iki vektörün vektörel çarpımı bu vektörlere dik bir vektör
oluşturur. O halde bir yüzey noktasındaki yüzey normali,
bu noktada parametre eğrilerinin teğet vektörlerinin
vektörel çarpımı ile oluşan bir vektördür.


Slide 25

Böylece yüzey normali
olur ve normal vektörü doğrultusundaki birim vektör, bu
vektörü akalar değerine bölmekle elde edilir ve birim vektöre
n denirse,
(3.31)

olur. Diğer taraftan,

İle

Elde edilir.


Slide 26

cosθ yerine (3.23) den eşiti konursa,

(3.32)
ve (3.18) ve (3.28) eşitlikleri ile,
(3.33)
elde edilir. Böylece (3.31) eşitliği,

(3.34)
şeklini alır.


Slide 27

3.1.5. Yüzey Alan
Elemanı
Diferansiyel anlamda alan
elemanı olarak, parametre
eğrilerinin ds(u) ve ds(v)
diferansiyel yay elemanlarının
oluşturduğu paralel kenar
alınır (Şekil 3.4).
Bu paralel kenarın alanı df,
yeterli yaklaşıkla,
df = ds(u) ds(v) sinθ (3.35)
eşitliği ile verilir.


Slide 28

(3.23) den

İle

ya da,
(3.36)
ve (3.21) ve (3.22) den,
İle
(3.37)
alan elemanı bulunur.


Slide 29

(3.33) den,

olduğu dikkate alınırsa, alan elemanı
(3.38)
eşitliği ile de verilebilir.


Slide 30


Slide 31


Slide 32


Slide 33


Slide 34


Slide 35


Slide 36


Slide 37


Slide 38


Slide 39


Slide 40


Slide 41


Slide 42


Slide 43


Slide 44

3.1,7 İkinci Dereceden Temel Büyüklükler L. M, N
Bir yüzey eğrisinin teğeti» o noktada yüzeye de teğet olduğu için, yüzey
normaline diktir. O halde,


Slide 45


Slide 46


Slide 47


Slide 48


Slide 49


Slide 50


Slide 51


Slide 52


Slide 53


Slide 54


Slide 55


Slide 56


Slide 57


Slide 58


Slide 59


Slide 60


Slide 61


Slide 62


Slide 63


Slide 64


Slide 65


Slide 66


Slide 67


Slide 68


Slide 69


Slide 70


Slide 71


Slide 72


Slide 73


Slide 74


Slide 75


Slide 76


Slide 77


Slide 78


Slide 79


Slide 80


Slide 81


Slide 82


Slide 83


Slide 84


Slide 85


Slide 86


Slide 87


Slide 88


Slide 89


Slide 90


Slide 91


Slide 92


Slide 93


Slide 94


Slide 95


Slide 96

JEODEZİ I
UYGULAMA


Slide 97

Soru : Uluslararası elipsoid yüzünde bir P noktası
için maksimum normal eğrilik yarıçapı
6 386 711.141 m ve minimum normal eğrilik yarıçapı
6 361 004.123 m olduğuna göre bu noktadaki
ortalama eğrilik ve Gauss eğrilik ölçülerini
hesaplayınız.


Slide 98



Soru :Uluslararası elipsoid yüzünde P1 noktasından
geçen paralel dairenin yarıçapı
4 842 615.445 m dir. P1 noktasının enlemini
hesaplayınız.


Slide 99



Soru : Uluslararası elipsoid yüzünde bir P
noktasının elipsoidal enlemi
403552.97851, elipsoidal boylamı
314325.69785 ve bu noktadan geçen A
azimutlu normal kesit eğrisinin eğrilik
yarıçapı 6 372 854.309 m veriliyor.
A azimutunu hesaplayınız.


Slide 100


Slide 101


Slide 102

Veya

Formülünden tan A
çekilerek azimut
hesaplanabilir