Исторические сведения о геодезии

                  Исторические  сведения о геодезии.

    Геодезия (греч. geōdaisía, от gē – Земля и dáiō – делю, разделяю) – наука об определении фигуры, размеров и гравитационного поля Земли и об измерениях на земной поверхности для отображения её на планах и картах, а также для проведения различных инженерных и народно-хозяйственных мероприятий. Название «геодезия» («землеразделение») указывает на те первоначальные практические задачи, которые обусловили её возникновение, но не раскрывает её современных научных проблем и практических задач, связанных с разнообразными потребностями человеческой деятельности.

    Геодезия  возникла в глубокой древности, когда  появилась необходимость  землеизмерения и составления планов и карт для хозяйственных целей. В 7 в. до н. э. в Вавилоне и Ассирии на глиняных дощечках составлялись географические карты, на которых давались сведения также и экономического характера. В 6–4 вв. до н. э. были высказаны предположения о шарообразности Земли и найдены некоторые доказательства этого. В 3 в. до н. э. в Египте греческий учёный Эратосфен произвёл первое определение радиуса земного шара на основании правильных геометрических принципов, получивших название градусных измерений. В это время в трудах Аристотеля впервые появилось название «геодезия» как отрасли человеческих знаний, связанной с астрономией, картографией и географией. Во 2 в. до н. э. астрономы и математики установили понятия о географической широте и долготе места, разработали первые картографические проекции, ввели сетку меридианов и параллелей на картах, предложили первые методы определения взаимного положения точек земной поверхности из астрономических наблюдений. В начале 9 в. по поручению багдадского халифа Мамуна было произведено одно из первых градусных измерений вблизи Мосула и достаточно точно определён радиус земного шара.

    Географическая  карта – уменьшенное  обобщённое изображение  земной поверхности  на плоскости в  опредеденной проекции, с учетом кривизны поверхности относимости, показывающие размещение, сочетания и связи природных и общественных явлений, отбираемых и характеризуемых в соответствии с назначением данной карты.

    Градусные измерения – высокоточные астрономические  и геодезические  измерения, выполняемые  на земной поверхности  для определения  фигуры и размеров Земли. Современные  градусные измерения  представляют астрономо-геодезические  сети, служащие для  обоснования топографических  съёмок.

           Географические координаты – величины, определяющие положение точки на земной поверхности: широта B, измеряемая углом между отвесной линией в данной точке и плоскостью земного экватора, и долгота L, измеряемая двугранным углом между плоскостью меридиана данной точки и плоскостью начального меридиана (см. рис.). Широта и долгота определяются из наблюдений небесных светил с помощью угломерных инструментов, установленных с помощью уровня, и из сравнения местного времени, полученного из астрономических наблюдений, с всемирным временем. Географические координаты, так определённые, называются астрономическими координатами точки земной поверхности.             Широты отсчитываются от 0° до 90° по обе стороны от экватора, причём в Северном полушарии Земли они считаются положительными, в Южном – отрицательными. Долготы отсчитываются от начального меридиана от 0° до 360° либо к востоку (восточная долгота), либо к западу (западная долгота; по международному счёту – положительная). Применяется также система отсчёта от 0° до 180° к востоку и западу от начала меридиана.

       По  международному соглашению за начальный («первый», «нулевой») меридиан принят меридиан, проходящий через меридианный  круг старой Гринвичской  обсерватории в Гринвиче (Лондон) до её перевода в  замок Хёрстмонсо. Прежде для этой цели служили в разное время меридианы островов Иерро (Канарские острова), Парижской и Берлинской обсерваторий и др. В России в 19 в. счёт долгот вёлся от меридиана Пулковской обсерватории.

       Начало  геодезических работ  в России относится  к 10 в. В сборнике законов «Русская правда» (11–12 вв.) содержатся постановления об определении земельных границ путём измерений. Одна из первых карт Московского государства, т. н. Большой чертёж, время составления которой относится к 16 в., основывалась на маршрутных съёмках и на опросных данных.

                   Развитие современной геодезии и геодезических работ началось в 17 в. В начале 17 в. была изобретена зрительная труба. Большим шагом в развитии геодезии явилось изобретение нидерландским учёным В. Снеллиусом в 1615-1617 гг. метода триангуляции, который до сих пор служит одним из основных методов определения опорных пунктов для топографических съёмок. Появление угломерного инструмента, называемого теодолитом, и сочетание его со зрительной трубой, снабженной сеткой нитей, повысило точность угловых измерений в триангуляции. В середине 17 в. был изобретён барометр, явившийся первым инструментом для определения высоты точек земной поверхности. Были разработаны также графические методы топографической съёмки, упростившие составление топографических карт.

    Триангуляция (от лат. triangulum – треугольник) – один из методов создания опорной геодезической сети.

    Теодолит  – геодезический  прибор для определения  направлений и  измерения горизонтальных и вертикальных углов.

    Теодолит  применяется в  геодезических работах, топографических  и маркшейдерских съемках, в строительстве  и т. п. Основной рабочей  мерой в теодолите  служат горизонтальный и вертикальный круги  с градусными, минутными  и секундными делениями.

До  середины 20 века применяли  теодолиты с металлическими кругами, отсчитываемыми с помощью верньеров  или микроскопов-микрометров. В 20-х годах появились  теодолиты с кругами  из стекла, снабженные оптическими отсчетными устройствами и получившие наименование оптических. В 90-х годах 20 века появились электронные  теодолиты, позволяющие  исключать ошибки снятия отсчета (значения углов выводятся  на дисплей прибора), а также способные  регистрировать (сохранять) измерения в карте  памяти прибора, т.е. вести автоматизацию  измерений. До конца 20 века теодолит считался основным прибором геодезиста, но в настоящее  время более актуален электронный тахеометр, способный выполнять  гораздо больше функциий, их автоматизировать и сохранять измерения.

    Топографические карты – подробные, единые по содержанию, оформлению и математической основе географические карты, на которых  изображаются природные  и социально-экономические объекты местности с присущими им качественными и количественными характеристиками и особенностями размещения. Предназначены для многоцелевого хозяйственного, научного и военного применения.

    Открытие  английским учёным И. Ньютоном закона всемирного тяготения во 2-й  половине 17 в. привело к возникновению идеи о сфероидичности Земли, т. е. сплюснутости её в направлении полюсов. Исходя из закона тяготения и гипотез о внутреннем строении Земли, И. Ньютон и нидерландский учёный X. Гюйгенс определили сжатие земного сфероида чисто теоретическим путём и получили сильно противоречивые результаты, вызвавшие сомнения в сплюснутости фигуры Земли и даже в обоснованности закона всемирного тяготения. В связи с этим в 1-й половине 18 в. Парижской Академией Наук были направлены в Перу и Лапландию геодезические экспедиции, которые произвели там градусные измерения, подтвердившие правильность идеи о сфероидичности Земли и доказавшие обоснованность закона всемирного тяготения. В середине 18 в. французский учёный А. Клеро разработал основы теории фигуры Земли и обосновал закон изменения силы тяжести на земном сфероиде в зависимости от географической широты. Эпоха открытия закона тяготения и упомянутых геодезических экспедиций явилась эпохой становления геодезии как самостоятельной науки о фигуре Земли и методах её изучения. В конце 18 в. во Франции П. Мешен и Ж. Деламбр измерили дугу меридиана от Дюнкерка до Барселоны для установления длины метра как 1:10000000 доли четверти меридиана и получили один из первых достоверных выводов о размерах земного эллипсоида.

    Эллипсоид вращения – близкая  по форме геоиду, но математически  правильная поверхность, на которую можно  перенести результаты измерений выполненных  на физической поверхности  Земли.

    Земной  эллипсоид – эллипсоид вращавшийся вокруг своей малой оси.

    Чтобы на поверхности можно  было работать, необходимо знать его основные параметры:

            a – большая полуось, a = OE

    b – малая полуось, b = OP

    a – полярное сжатие, a = (a-b)/a

    e – эксцентриситет,

Развитие  геодезических работ  в России усилилось  при Петре I, который  в 1701 г. основал в  Москве первую в России астрономическую  обсерваторию и Школу  математических и  навигацких наук, готовившую математиков, астрономов, геодезистов и географов. Первые топографические съёмки в России были начаты на рубеже 17 и 18 вв. В 1720 г. Петр I топографические и картографические работы в России подчинил Сенату, подчеркнув тем самым их большое государственное значение. В 1739 г. в Петербургской Академии Наук был организован Географический департамент, который руководил всеми геодезическими и картографическими работами в России. По изданному в 1765 г. манифесту о генеральном межевании проводились геодезические работы по составлению планов землевладений, продолжавшиеся почти до середины 19 в. и доставившие обширный материал для картографирования страны. В 1779 г. в Москве возникла землемерная школа, которая в 1819 г. была преобразована в Константиновское землемерное училище, а в 1835 г. – в Константиновский межевой институт, позднее – крупное высшее учебное заведение по подготовке геодезистов и картографов. В связи с возросшими требованиями военного дела к топографическим картам в 1797 г. при Генеральном штабе было организовано Депо карт, которое в 1812 г. было преобразовано в Военно-топографическое депо, а в 1822 г. создан Корпус военных топографов. Все основные астрономо-геодезические и топографические работы в дореволюционной России выполнялись этим учреждением, труды которого являются замечательным памятником развития отечественной геодезической и картографической науки. В 1816 г. под руководством русского военного геодезиста К. И. Теннера и астронома В. Я. Струве в западных пограничных губерниях России были начаты большие астрономо-геодезические работы, которые в 1855 г. завершились градусным измерением огромной (более 25° по широте) дуги меридиана, простирающейся по меридиану 30° от устья Дуная до берегов Северного Ледовитого океана.

    Немецкие  учёные К. Ф. Гаусс  в 1821–24 гг. в Ганновере  и Ф. В. Бессель  в 1831–34 гг. в Восточной  Пруссии выполнили  небольшие градусные  измерения. Они усовершенствовали  также методы и  инструменты геодезических  работ и разработали  новые способы  решения геодезических  задач на поверхности  земного эллипсоида. В 1828 г. Гаусс предложил  принять за математическую поверхность Земли  средний уровень  моря. Русский военный  геодезист Ф. Ф. Шуберт в 1859 г. впервые высказал мысль о возможной трёхосности Земли и определил размеры трёхосного земного эллипсоида. Немецкий физик И. Листинг в 1873 г. ввёл понятие о геоиде для обозначения фигуры Земли. В 1888 г. русский учёный Ф. А. Слудский создал оригинальную теорию фигуры Земли и обосновал некоторые методы её изучения.

    Геоид (греч. geoeides, от ge – Земля и eidos – вид) – образованная основной уровенной поверхностью замкнутая фигура принимаемая за обобщенную поверхность Земли.

    В течение 19 в. был получен  ряд определений  размеров земного  эллипсоида. Для успешного  решения основной проблемы геодезии в 1864 г. была создана Европейская, а затем и Международная  комиссия по измерению  Земли, которая явилась  родоначальницей  Международного геодезического и геофизического союза. Во 2-й половине 19 в. геодезические  методы стали применяться  для изучения внутреннего  строения Земли и  движений земной коры.

    После Октябрьской революции 1917 г. наступила новая  эпоха развития геодезии и геодезических  работ в нашей  стране. По Декрету СНК РСФСР от 15 марта 1919 г., подписанному В. И. Лениным, было создано Высшее геодезическое управление, преобразованное впоследствии в Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР и являющееся центром государственной геодезической службы страны. Затем были образованы геодезические институты СССР и средние технические учебные заведения, выпускающие инженеров и техников по всем видам геодезических и картографических работ. В конце 1928 г. в Москве организован Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъёмки и картографии, превратившийся в крупнейший центр развития научной мысли в области геодезических знаний.

    В 1928 г. геодезист Ф. Н. Красовский разработал стройную и научно обоснованную схему  и программу построения опорной геодезической  сети, предусматривающую  создание единой государственной геодезической сети (ГГС) на всей территории СССР. В ходе построения этой сети усовершенствовались теории, методы и инструменты астрономических определений и геодезических измерений. В СССР усовершенствован базисный прибор с подвесными мерными проволоками из инвара, освоено изготовление инварных мерных проволок с любым заданным коэффициентом расширения, разработаны оригинальные типы электрооптических дальномеров, радиодальномеров и радиогеодезических систем, позволяющих измерять расстояния с высокой точностью. Возникла промышленность, выпускающая астрономо-геодезические инструменты, аэросъёмочную аппаратуру и фотограмметрические приборы.