Projekt číslo: GA14-34595S

Název:

Matematické metody pro studium tíhového pole Země

Poskytovatel:

GAČR

Řešení:

01.01.2014 – 23.04.2018

Anotace:

Zemské gravitační pole je jedním z pilířů moderní geodézie. Jeho studium je stimulováno mezioborovým významem tématu, zvýšenými potřebami praxe a pokrokem geodetických, kosmických geodetických a gravimetrických měření. Použití teorie potenciálu a metod matematické fyziky tvoří základ řešení projektu. Matematické techniky vyvinuté v projektu jsou podstatně spojeny s problematikou geodetických okrajových úloh. Výsledky projektu jsou koncepčně nové a přispívají k rozvoji matematických a numerických metod pro studium tíhového pole Země. Bezprostřední aplikace mají např. i při tvorbě modelu geoidu/kvazigeoidu důležitého pro vzájemné převody geometrických a fyzikálních výšek. Dobře je lze rovněž využít ve vysokoškolské výuce.

Hlavní řešitelská organizace:

Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický, v. v. i.

Řešitelské pracoviště VUGTK:

Matematické metody mají v geodézii při reprezentaci fyzikálních veličin klíčové místo. Poskytují základní nástroj pro realizaci existujícího a teoreticky odůvodněného vztahu mezi geometrií a fyzikou, který má pro tuto vědu zásadní význam. Typickým příkladem je vazba mezi určením tvaru Země a gravitačního pole Země. Předpoklady pro efektivní uplatnění této vazby jsou spojeny s vysokými nároky na přesnost použitých metod. Výsledky projektu přispěly do této oblast. Představují přínos především k řešení tzv. okrajových úloh teorie potenciálu ve fyzikální geodézii. 

Vytvořený matematický aparát vázaný ke zploštělému rotačnímu elipsoidu poskytuje reálnou alternativu k dosud uplatňovaným metodám opřeným o tzv. sférickou aproximaci. Představuje lepší přiblížení k reálnému tvaru Země a také nástroj poskytující rychlejší konvergenci postupných aproximací při iterativním řešení tzv. gravimetrické okrajové úlohy uvažované v projektu. Nové je zde odvození prvků Galerkinovy matice odpovídající tzv. slabé (variační) formulaci Neumannovy úlohy ve vnějšku zploštělého rotačního elipsoidu a bazickým funkcím reprezentovaným reprodukčním jádrem a elementárními potenciály. V této souvislosti jsou v projektu úspěšně konfrontovány analytické a numerické přístupy. Nově je také pojednán přechod od elipsoidální hranice k reálnému povrchu Země. Využita je transformace prostorových souřadnic a alternativa mezi složitostí hranice a složitostí koeficientů ve struktuře Laplaceova parciálního diferenciálního operátoru. Problematika studovaná v projektu přispívá i k řešení společného využití pozemních dat a družicových gravimetrických údajů založených na produktech mise GOCE pro modelování zemského gravitačního potenciálu. Řešena je otázka kompatibility dat a optimalizace řešení v principu přeurčené úlohy.

Výsledky projektu představují nová a netradiční řešení. Navazují na dřívější práce řešitele a jeho odborného spolupracovníka. Obohacují matematický základ geodézie. Bezprostřední aplikace mají, např., při tvorbě modelu kvazigeoidu (případně geoidu) důležitého pro vzájemné převody geometrických a fyzikálních výšek. Výsledky se zde setkávají se zájmem Zeměměřického úřadu resortu Českého úřadu geodetického a katastrálního. Jejich význam je zřetelný i v rámci synergetiky tří základních pilířů, o které se moderní geodézie při vytváření vztažných rámců a referenčních systémů opírá – tvar Země, orientace Země v prostoru a gravitační pole Země (případně geokinematika, rotace Země a gravitační pole). V této souvislosti je třeba zmínit i reálnou vazbu k akcentům, které mají svou podporu v činnosti mezinárodních vědeckých organizaci – v Mezinárodní geodetické asociaci, v IUGG, EGU, AGU a dalších – ale i v ustavení stále podkomise pro geodézii na 7. zasedání Komitétu expertů pro globální geoprostorový informační management OSN konaném v srpnu 2017. Výsledky projektu lze dobře využít i ve vysokoškolské výuce.

 
Přejít nahoru