Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Топография. Учебное пособие
.pdf
Для окончательной проверки теории Ньютона Французская ака-
2
демия наук организовала две экспедиции: одну в Перу (1735–1742
гг.), где была измерена дуга, пересекшая экватор; другую – в Лапландию (1736–1737 гг.), где были выполнены градусные измерения под широтой около 66 °. Результаты обработки материалов этих
экспедиций полностью подтвердили теорию Ньютона.
Вопрос о фигуре Земли привлекал в то время чрезвычайно
большое внимание учёных всего мира.
С подтверждением теории Ньютона об эллипсоидальности Земли начался новый этап в развитии знаний о фигуре Земли.
Этот этап характерен тем, что в основу научных изысканий были
положены два метода изучения фигуры Земли – геометрический и
физический.
В принципе, геометрический метод остался прежним, за исключением того, что для вывода земного эллипсоида возникла необходимость определять числовые значения двух его параметров, например,
большой полуоси а и сжатия; следовательно, минимально необходимое число уравнений градусных измерений стало равно двум.
Геометрический метод определения фигуры Земли заключается
в следующем. Допустим, что из непосредственных измерений на
поверхности Земли получена длина некоторой дуги меридиана АВ,
равная S (рис. 1).
Пусть определены из астрономических наблюдений широты точек А и В этой дуги 1 и 2, причем 2 > 1, тогда, принимая Землю за
шар, имеем:
j-j
12
o
1
где S
– длина дуги в 1˚.
1˚
S
=
S
o
1
Из выражения получаем:
S
1
S
=
o
j-j
12
и
oo
o
360
SpSR ×
×=×=
180
=
p
S
ooo
111
p
где R – радиус Земли
11
Рисунок 1.
Угол как разность широт 2 – 1 представляет собой разность
направлений отвесных линий в точках А и В или, иначе, направлений силы тяжести. Следовательно, в геометрическом методе используется направление силы тяжести. В физическом методе используется напряжение силы тяжести, выражающееся в сообщаемом ее телам ускорении.
С середины ХVШ века все крупные страны приступили к топографически съемкам своих территорий. Войны конца XVIII и начала XIX веков способствовали развитию этих работ во всех странах.
Значение карт для нужд обороны было оценено в полной мере.
В XIX веке становится более совершенной техника геодезических измерений. Появились угломерные инструменты с высокоточными отсчитывающими приспособлениями (микроскопы, микрометры); в конце века появился прибор для измерения расстояний
подвесными проволоками (базисный прибор Едерина). Точность
результатов геодезических измерений значительно повысилась.
На Руси также проводились геодезические измерения. В 1729 г.
на развалинах вблизи Тамани (Тмутаракани) была найдена каменная плита-памятник, на которой высечена надпись на древнерусском языке: «В лето 6576 Глеб князь мерил морем по лёду от Тмутараканя до Корчева 14 000 сажен». Здесь 6576 означает 1068 год,
«Корчева» – Керчь. Князь Глеб известен по летописи: он княжил в
Тмутаракани и был убит на войне в 1078 г. Этот памятник, сохранившийся до наших дней, является древнейшим памятником русской письменности и древнейшим памятником русских геодезических работ. Он хранится в Государственном музее – Эрмитаже.
12
О строгости законов на Руси по отношению к геодезическим межевым знакам говорят сведения из «Пространной Русской Правды» Ярослава Мудрого (1054 г.), в которой содержатся законы, охраняющие
границы землевладений от нарушений: «Кто в бортном ухожье ... сделанные на бортиях знаки стешет и свои положит, с такового 12 гривен
пени; кто столб гранный на меже бортного ухожья посечет, или межу
пашенную распашет или с дворовой межи тын на другое место переставит, с такового 12 гривен пени; кто дуб гранный срубит или межевой столб повалит, с такового 12 гривен пени» [1].
С введением в Московском государстве поместной системы, т. е.
с раздачей земель за государственную службу, в XV в. начаты
сплошные межевые работы.
Ценным вкладом в познание московских земель был «Большой
Чертёж» Московского государства, составленный в Разрядном приказе (т. е. в том органе центрального управления, который ведал
военными силами государства) примерно около 1598 г. Этот
«Большой Чертёж», являвшийся вершиной русской топографии и
картографии XVI века, представлял собой карту, на которой были
показаны населенные пункты, реки, дороги в пределах: на западе –
р. Днепр, на востоке – р. Обь и на юг – до Крыма.
В 1667 г. тобольский воевода Петр Иванович Годунов составил
чертеж Сибири «по указу Великого Государя…»
В 1698 г. новую карту Сибири составил боярский сын С. У. Ремезов, а в 1701 г. он закончил «Чертежную книгу Сибири» – первый
географический атлас России из 23 карт большого формата.
Указом Петра I от 14 января 1701 г. была организована в Москве первая в Росси школа точных «математических и навигационных» наук.
В начале XVIII в. Московская математическая школа, а затем и
Морская академия в Петербурге стали готовить хорошо образованных геодезистов, которые направлялись на геодезические работы в
различные части Российской империи.
В XVIII столетии, наряду с общегеографическими картами России,
составлявшимися и издававшимися Географическим департаментом
Академии наук, значительное количество различных карт составлялось для русской армии, главным образом Генеральным штабом.
В 1797 г. было организовано Депо карт, а в 1822 г. Корпус военных топографов, которые получили задание собирать существующие карты, производить съемки и издавать новые карты. Корпус
13
военных топографов в XIX веке выполнил очень значительные работы по съемкам, составил и издал карту европейской части России
до р. Волги и много других карт.
В связи с расширением геодезических работ, связанных с Генеральным межеванием, в 1779 г. в Москве была создана Межевая
школа, впоследствии Межевой институт – крупнейшее высшее
учебное заведение по подготовке геодезических кадров.
Наряду с Корпусом военных топографов (1822 г.), топографические съемки производили Переселенческое управление, Межевое
ведомство, Главное гидрографическое управление, Геологический
комитет, Горное ведомство и Русское географическое общество.
Очень точный вид геодезических работ (триангуляцию) отдельные военные топографы начали производить с 1816 г. Здесь следует
отметить триангуляционный ряд по меридиану от устья Дуная до
Ледовитого океана протяжением 25°20′, проложенный под руководством академика В. Я. Струве (1793–1864 гг.) и генерала К. И. Теннера (1783–1856 гг.) в период с 1816 по 1852 гг. Эта выдающаяся
работа, известная как «дуга Струве» долгое время являлась образцом в части методики высокоточных измерений и глубины научного подхода к решению задачи определения размеров земного эллипсоида. Данный вид съемок, наряду с мензульными, послужили источниками для составления и издания ряда новых карт, среди которых выдающееся место занимает трехверстная карта Европейской
России (1845 г.), состоявшая из более чем 500 листов. Для трехверстной карты разработали оригинальную шкалу штрихов для передачи равнинного рельефа. Трехверстная карта выдвинула русскую военную топографию на одно из первых мест в мире, кроме
того, она внесла капитальный вклад в мировую картографию, особенно по качеству гравюры.
Топографо-геодезические работы в дореволюционной России (до
1917 г.) производились многими организациями, но обеспеченность
картами всей страны была весьма неравномерной. Недостаток всех
этих работ, помимо скудности ассигнуемых на них средств, состоял
в несогласованности действий различных учреждений, занимавшихся топографо-геодезическими работами, в отсутствии единого
органа по планированию и руководству ими. На пограничные районы было составлено много первоклассных топографических карт, а
на огромные районы (особенно восточные) карты отсутствовали
14
или были составлены на редкой геодезической основе. Топографическая изученность страны была весьма слабой.
На устранение перечисленных недостатков было направлено образование Высшего геодезического управления при Совете Народных Комиссаров (15 марта 1919 г.). Перед ВГУ была поставлена задача сплошного картографирования всей страны для изучения ее
территории в топографическом отношении в целях поднятия экономического развития страны. ВГУ, переименованное впоследствии в
Главное управление геодезии и картографии (ГУГК), было наделено
правами центрального органа, осуществляющего научное и техническое руководство общегосударственными и ведомственными геодезическими работами в целях правильной их постановки и возможности использования для картографирования. В настоящее время ГУГК
преобразовано и называется «Федеральная служба геодезии и картографии». В её подчинении имеются предприятия и картографические
фабрики, расположенные в различных городах России.
Подготовка кадров в России осуществляется геодезическими
высшими учебными заведениями (МИИГАиК – Московский институт инженеров геодезии аэрофотосъёмки и картографии, а ныне
Московский государственный университет геодезии и картографии). Научные работы в области геодезии проводятся организованным в 1928 г. Центральным научно-исследовательским институтом
геодезии, аэрофотосъёмки и картографии (ЦНИИГАиК), а также
специальными кафедрами вузов.
В 1940 г. в ЦНИИГАиК под руководством Ф. Н. Красовского и
при участии А. А. Изотова были вычислены размеры Земли, принятые для геодезических и картографических работ в СССР. За короткий период проделана огромная работа по созданию государственной опорной геодезической сети.
В 1945 г. закончены работы по созданию Государственной топографической карты в масштабе 1:1000000. В середине 50-х гг. вся
территория страны была покрыта съёмкой М 1:100000 (т. е. имелись
топографические карты).
В последние годы ведётся и завершено составление карт М 1:25 000,
для многих промышленных районов и территорий, а также масштаба 1:10 000 для городов.
Этот успех был достигнут благодаря широкому применению методов аэрофотогеодезии, которые разрабатываются с 1924 г.
15
3. Современные методы
топографо-геодезических работ
В настоящее время одной из основных задач Роскартографии является построение на территории страны качественно новой высокоточной спутниковой геодезической сети с использованием навигационных систем ГЛОНАСС (глобальные навигационные спутниковые системы) и GPS (Global Position System). Широкие возможности для этого представляет космическая геодезия, включающая в
себя космическую съёмку.
Главная задача космических исследований заключается во всестороннем изучении и исследовании Земли – её природных ресурсов, динамики природных явлений, охраны окружающей среды,
изучения и освоения ближайших планет и исследовании космического пространства.
В настоящее время материалы космических исследований широко используются в астрономии, геодезии, геологии, метеорологии,
океанологии, географии и в других науках о Земле. Многие из наук
обогатились новыми методами и достижениями, что привело к появлению таких научных направлений в изучении Земли, как космическая геодезия, космическая картография.
Использование результатов космической съёмки для создания
карт обусловливается прежде всего свойствами снимков: большой
территориальный охват и связанная с этим «генерализованность»
изображений; единовременность съёмки обширных территорий,
позволяющая изучить динамику природных явлений. Исходя из
этого, можно выделить следующие направления применения космической съёмки для создания карт.
Космические снимки могут быть использованы для создания топографических карт на малоисследованные районы, не обеспеченные аэросъёмкой.
Одной из особенностей космической съёмки является возможность пополнения топографических карт на районы, интенсивно
осваиваемые человеком.
Как отмечалось выше, одной из задач топографии является определение взаимного расположения точек в пространстве, их планового и высотного положения.
16
Эта задача решается путём построения различных пространственных схем, некоторые элементы которых доступны измерению
на местности геодезическими методами (углы, длины линий), а другие вычисляются косвенным путём.
Широкое распространение в последние годы систем спутникового позиционирования (GPS) произвело настоящую революцию в
представлениях о методах и средствах определения местоположения точек на земной поверхности. Основным достоинством спутниковых систем является их глобальность и оперативность. Измерения могут выполняться в любую погоду, в любое время суток, приборы не боятся воздействия пыли, влаги, газа. Высокая точность
определения координат, исчисляемая сантиметрами и даже миллиметрами, позволяет использовать спутниковые методы для решения
широкого спектра геодезических задач, таких как создание и поддержание государственных геодезических сетей, создание опорных
съёмочных сетей, привязка аэрокосмических материалов, получение данных топографических и специальных съёмок. Результаты
измерений представляются в цифровом виде, что очень удобно для
дальнейшей их обработки.
Роскатрографией разработана и принята к исполнению концепция перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений, в которой
намечены перспективы координатной основы страны. Перевод системы геодезического обеспечения на спутниковые методы потребовал создания качественно новой структуры государственной геодезической сети (ГГС), включающей новые спутниковые сети: фундаментальную астрономо-геодезическую сеть (ФАГС), высокоточную геодезическую сеть (ВГС); спутниковую геодезическую сеть
1 класса (СГС-1). Существующая астрономо-геодезическая сеть
(АГС) в структуре спутниковой геодезической основы высших
уровней будет представлять низшее звено.
С целью развития работ по построению спутниковых геодезических сетей разработан проект Программы построения спутниковых
геодезических сетей ФАГС и ВГС на европейской части России в
2000–2001 годах.
В 2001 г. закончены работы по созданию ФАГС и ВГС в европейской части России. В 2002 г. выполнены наблюдения и ведется
обработка результатов на территорию юга Сибири и Дальнего Во-
17
стока. В 2003 г. планируется выполнить наблюдения пунктов на
Севере страны и завершить построение ФАГС и ВГС.
Одним из важнейших направлений научно-технического прогресса в настоящее время, используемым в различных областях
народного хозяйства, планировании и управлении на различных
уровнях, является автоматизированная обработка пространственно
распределённых данных. Это направление выражается в создании
цифровых и электронных карт кадастровых и географических информационных систем (ГИС).
Топографо-геодезическая информация (карты, планы, профили,
фотоснимки), получаемая с использованием новейших приборов и
технологий, стала основным источником для ГИС.
Выводы. Отмечая важную роль геодезии и топографии, под-
черкнём, что в основе любой географической информационной системы лежит в первую очередь топографическая карта, или план,
как основное средство графической интерпретации данных о поверхности Земли и всего того, что на ней имеется. Картографическое изображение – самая целесообразная и наглядная форма
предоставления топографической информации и создания геоинформационных систем. Несмотря на то, что необходимость проведения геодезических работ возникла у человечества в глубокой
древности, первые оптические геодезические приборы появились
только во второй половине XVII века. Тем не менее, наибольших
успехов топография и геодезия достигли в последние 15 лет благодаря применению современных методов геодезических работ, благодаря чему в структуре геодезии появились новые научные дисциплины, в первую очередь это относится к спутниковой геодезии.
Вопросы для самопроверки
1. Что является предметом изучения топографии?
2. Что является основным методом изучения земной поверхно-
сти в топографии?
3. Разработка каких методов входит в задачи топографии?
4. Назовите страны мира, в которых проводились первые топо-
графо-геодезические работы?
18
5. Чем прославились Анаксимандр, Пифагор, Аристотель в гео-
дезии и топографии?
6. Расскажите о геодезических измерениях Эратосфена по уста-
новлению радиуса Земли. Чем они знамениты?
7. В какой стране были созданы первые географические карты,
учитывающие шарообразность Земли?
8. Когда и где появились первые геодезические приборы?
9. В чем сущность теории Ньютона о фигуре Земли? Сколько
экспедиций, и в какие страны отправляла Французская академия
наук, чтобы подтвердить теорию Ньютона? Расскажите об этих экспедициях. Какой вклад эти экспедиции сделали в развитие топографической науки?
10. В чем заключается геометрический метод определения фигу-
ры Земли?
11. Какой русский князь и когда проводил на Руси первые геоде-
зические измерения, записи о которых хранятся в Эрмитаже?
12. Чем знаменит «Большой чертеж»?
13. Чем знаменита первая трехверстная карта Европейской России?
14. Кто составил первый географический атлас России?
15. Как называлось первое геодезическое учебное заведение, со-
зданное Петром I?
16. Чем занималось Депо карт и Корпус Военных топографов?
17. Какие ученые вычислили размеры Земли, принятые для гео-
дезических и картографических работ в СССР и России?
18. В чем заключаются современные методы топографо-
геодезических работ?
19. Как повлияло на развитие геодезии и топографии широкое
распространение систем спутникового позиционирования (GPS)?
Литература
Основная
1. Курошев Г. Д., Смирнов Л. Е. Геодезия и топография. М.:
Изд-во Академия, 2009. 176 с.
2. Чекалин С. И. Основы картографии, топографии и инженер-
ной геодезии. М.: Академический проект, 2013.
19
Дополнительная
1. Бокачев Н. Г. Топография: учебник. Смоленск: Изд-во СГУ,
2001. 336 с.
2. Господинов Г. В., Сорокин В. Н. Топография. М.: Изд-во
МГУ, 1967. 359 с.
3. Елисеев А. А. Геодезия и картография: Краткий курс лекций.
Ставрополь: Изд-во СГУ, 2005. 130 с.
4. Елисеев А. А. Геодезия и топография: учебное пособие. 2-е
изд., доп. Ставрополь: Изд-во СГУ, 2008. 242 с.
5. Шибанов Ф. А. Очерки по истории Отечественной картогра-
фии. Л.: Изд-во ЛГУ, 1971. 160 с.
Интернет-ресурсы
1. www.geotop.ru – каталог ресурсов геодезической отрасли.
2. www.jornal.miigaik.ru – рецензируемый научный журнал Из-
вестия вузов «Геодезия и аэрофотосъемка».
3. www.souz-geodez.ru – союз геодезистов Юга России.
4. www.sibsiu.ru/geo/geodezic.html – полезные учебные материа-
лы по геодезии и инженерной геодезии.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]