Радиус произвольного нормального сечения. Средний радиус кривизны поверхности эллипсоида.
Кривизна поверхности эллипсоида в произвольном направлении определяется кривизной нормального сечения, проходящего в азимуте А и выражается уравнением Эйлера в функции главных радиусов кривизны
, ( 4. 16 )
откуда несложно получить выражение для радиуса кривизны произвольного нормального сечения
( 4. 17 )
Данное выражение получим после несложных преобразований в виде
, ( 4. 18 )
где h2 = e/2 cos2 B. Это обозначение принято в высшей геодезии и будет использовано нами дальше.
Для решения целого ряда практических задач геодезии на территориях малых размеров с целью упрощения рабочих формул для вычислений поверхность эллипсоида заменяют поверхностью шара, радиус которого принимается равным среднему интегральному значению радиусов кривизны эллипсоида в данной точке. Некоторые из этих задач мы будем рассматривать дальше. Естественно, при этом важным является вопрос расчета точности вычислений.
Среднее интегральное значение для выражения ( 4. 17 ) в точке будет зависеть только от азимута. При этом видно из выражения ( 4. 17 ), что эта зависимость одинакова в четырех квадрантах, поэтому можем записать
. ( 4. 19 )
Подставляя выражение ( 4. 17 ) в ( 4. 18 ), разделим числитель и знаменатель подынтегральной функции на Ncos2 A , в результате запишем
( 4. 20 )
Для приведения полученного выражения к табличному интегралу введем новую переменную по формуле
,
В результате имеем выражение, взамен ( 4. 19 )
( 4. 21 )
Как видим, средний радиус кривизны поверхности эллипсоида равен среднему геометрическому из главных радиусов кривизны. Подставляя в полученное выражение значения главных радиусов кривизны, имеем
( 4. 22 )
Полезно запомнить выражения для радиусов кривизны, если используется полярный радиус кривизны ( 4. 13 ) и вторая функция широты ( 4. 9 ).
( 4. 23 )
Вторую функцию широты можно также выразить через второй эксцентриситет в виде
( 4. 24 )
Средний радиус кривизны эллипсоида применяется для упрощения решения целого ряда геодезических задач: решении треугольников, редукционной проблемы, а также в картографии.