ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ГЕОДЕЗИИ

В средней школе есть дисциплина «геометрия», в которой оперируют следующими понятиями: точка, линия, поверхность, геометрические фигуры, геометрические тела.

Как определяется точка? Вот выдержка из энциклопедического словаря: «Точка — одно из основных понятий геометрии; при систематическом изложении геометрии точка обычно принимается за одно из исходных понятий». Другими словами, понятие точки первично, оно не определяется через более простые понятия. Однако в литературе можно встретить определение точки как место пересечения двух линий, то есть более простое понятие определяется через более сложные. Евклид определял точку как то, что не имеет частей.

Для линии энциклопедический словарь дает два определения: с одной стороны, линия — это общая часть (или место пересечения) двух смежных областей поверхности, с другой стороны — через точку: «движущаяся точка при своем движении описывает некоторую линию». Второе определение можно выразить и так: линия — это геометрическое место точек, прилегающих одна к другой; к каждой точке примыкают всего две точки, одна точка с одной стороны и вторая — с другой. Евклид писал, что линия — это длина без ширины.

В топографическом черчении размер точки и толщина линии принимаются равными 0,1 мм. В оптике есть понятие «критический угол зрения» — это угол, при котором две точки сливаются в одну; для глаза человека он принимается равным р = 60”. На оптимальном расстоянии чтения S = 300 мм диаметр точки, вычисляемый по формуле

где р = 206 265", получается d = 0,09 мм, что при округлении дает 0,1 мм.

Термины «точка» и «линия» раньше применялись и как меры длины. В системе английских мер одна линия равна 1/12 дюйма, или 2,1167 мм; одна точка равна 1/6 линии, или 0,3528 мм; в русских мерах длины одна линия равна 1/10 дюйма, или 2,54 мм; одна точка равна 1/10 линии, или 0,254 мм.

Поверхность (согласно энциклопедическому словарю) — это общая часть двух смежных областей пространства. Можно сказать, что движущаяся линия описывает в пространстве некоторую поверхность. Выполнив определенные построения на поверхности (в частном случае на плоскости), можно получить геометрические фигуры — угол, треугольник, многоугольник, круг, сектор, сегмент, и т. д.

Комбинации поверхностей, линий и точек воплощаются в геометрические тела: пирамиды, призмы, параллелепипеды, конусы, шары, и т. д.

Изучение характеристик и свойств геометрических объектов выполняют с помощью чертежей и макетов небольших размеров, а также с помощью уравнений аналитической геометрии.

Геодезию раньше называли «практической геометрией», так как она имеет дело с геометрическими характеристиками объектов в окружающем нас пространстве. Участок пространства может быть совсем небольшим: комната, дом, дачный участок; он может быть и больше — территория завода, рудника, населенного пункта (от одиночного хутора до мегаполиса). Это может быть и территория целого государства, континента или всего земного шара, а может включать и околоземное пространство.

Любая наука имеет три аспекта: объект изучения, предмет изучения и метод. Для геодезии объектом изучения является окружающее пространство; к концу XX века сформировались его составляющие: технопространство (вторичная среда), Земля (как планета), ближний космос со всеми космическими объектами. Предметом изучения геодезии является геометрия этого пространства. Методами геодезии являются измерение и моделирование.

Основную задачу геодезии в самом общем смысле можно понимать как геометризацию и координатизацию пространства. Геометризация — это представление объектов и явлений окружающего пространства совокупностью точек, линий, поверхностей в графической, аналитической, цифровой, электронной и вещественной формах. Координатизация означает задание конкретной системы координат и изучение геометрических характеристик объектов в этой системе.

Слово «геодезия» образовано из греческих слов «ge» — земля и «dazomai» — разделяю, делю на части; если перевести его дословно, то получится «землеразделение». Это название соответствовало содержанию геодезии во времена ее зарождения и начального развития. Так, в Египте задолго до нашей эры измерялись размеры земельных участков, строились оросительные системы; все это выполнялось с участием геодезистов.

С развитием человеческого общества, повышением роли науки и техники расширялось содержание геодезии, усложнялись задачи, которые ставила перед ней жизнь. Краткое изложение теории развития геодезии приведено в приложении 25.

В настоящее время геодезия — это наука о методах определения фигуры и размеров Земли и изображения ее поверхности на картах и планах, а также о способах проведения различных измерений на поверхности Земли (на суше и в акваториях), под землей, в околоземном пространстве и на других планетах.

Согласно проекту нового Федерального закона о геодезии и картографии, опубликованному в 2013 году, «геодезия — это область отношений в сфере определения фигуры, размеров, гравитационного поля Земли, координат точек земной поверхности и их изменений во времени».

Известный русский ученый-геодезист В. В. Витков- ский (1856-1924) так характеризовал геодезию: «Геодезия представляет одну из полезнейших отраслей знания; все наше земное существование ограничено пределами Земли, и изучать ее вид и размеры человечеству так же необходимо, как отдельному человеку ознакомиться с подробностями своего жилья».

Среди многих задач геодезии можно выделить долговременные задачи и задачи на ближайшие годы.

К первым относятся:

• • определение фигуры, размеров и гравитационного поля Земли;
• • распространение единой системы координат на территорию отдельного государства, континента и всей Земли в целом;
• • изображение участков поверхности Земли на топографических картах и планах;
• • изучение глобальных смещений блоков земной коры. Задачи геодезии на 2012-2020 годы перечислены в

приложении 24.

В правительстве любой страны есть орган на правах министерства, который организует и контролирует выполнение геодезических работ; в нашей стране этот орган в разные годы назывался по-разному: в царской России — Корпус военных топографов, в СССР — Главное управление геодезии и картографии (ГУГК), сейчас — Федеральная служба геодезии и картографии (Роскартография). В России есть научно-исследовательские геодезические институты, картографические фабрики, заводы по производству геодезических измерительных приборов. Специалистов по различным направлениям геодезии готовят вузы, техникумы, военно-топографические училища.

Усложнение и развитие геодезии привело к разделению ее на несколько научных дисциплин.

Высшая геодезия изучает фигуру Земли, ее размеры и гравитационное поле, обеспечивает распространение припятых систем координат в пределах государства, континента или всей поверхности Земли, занимается исследованием древних и современных движений земной коры, а также изучает фигуру, размеры и гравитационное поле других планет Солнечной системы.

Топография («топос» — место, «графо» — пишу; дословно — описание местности) изучает методы топографической съемки местности с целью изображения ее на планах и картах.

Картография изучает методы и процессы создания и использования карт, планов, атласов и другой картографической продукции.

Фотограмметрия (фототопография и аэрофототопография) изучает методы создания карт и планов по фото- и аэрофотоснимкам.

Инженерная геодезия изучает методы и средства проведения геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений.

Маркшейдерия (горная геометрия, или подземная геодезия) изучает методы проведения геодезических работ в подземных и открытых горных выработках.

Морская геодезия изучает методы выполнения топографической съемки дна озер, рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей (шельфа).

Космическое зондирование Земли (космическая съемка) изучает поверхность Земли по многоспектральным космическим снимкам.

Понятно, что четко обозначенных границ между перечисленными дисциплинами нет. Так, топография включает в себя элементы высшей геодезии и картографии, инженерная геодезия использует разделы практически всех остальных геодезических дисциплин и т. д.

Уже из этого неполного перечня геодезических дисциплин видно, какие разнообразные задачи — и теоретического, и практического характера, — приходится решать геодезистам, чтобы удовлетворить требования государственных и частных учреждений, компаний и фирм. Для государственного планирования и развития производительных сил страны необходимо изучать ее территорию в топографическом отношении. Топографические карты и планы, создаваемые геодезистами, нужны всем, кто работает или передвигается по земле: геологам, морякам, летчикам, проектировщикам, строителям, земледельцам, лесоводам, туристам, школьникам. Особенно нужны карты армии: строительство оборонительных сооружений, стрельба по невидимым целям, использование ракетной техники, планирование военных операций — все это без карт и других геодезических материалов просто невозможно.

Геодезия занимается изучением Земли в содружестве с другими «геонауками», то есть науками о Земле. Физические свойства Земли в целом изучает наука «физика Земли», строение верхней оболочки нашей планеты изучают геология и геофизика, строение и характеристики океанов и морей — гидрология, океанография. Атмосфера — воздушная оболочка Земли — и процессы, происходящие в ней, являются предметом изучения метеорологии и климатологии. Растительный мир изучает геоботаника, животный мир — зоология. Кроме этого, есть еще география, геоморфология и другие. Среди всех наук о Земле геодезия занимает свое место; она изучает геометрию Земли в целом и отдельных участков ее поверхности, а также геометрию любых объектов (и естественного, и искусственного происхождения) на поверхности Земли и вблизи нее.

Геодезия, как и другие науки, постоянно впитывает в себя достижения математики, физики, астрономии, радиоэлектроники, автоматики и других фундаментальных и прикладных наук. Изобретение лазера привело к появлению лазерных геодезических приборов — лазерных нивелиров, лазерных светодальномеров, лазерных сканеров; кодовые измерительные приборы с автоматической фиксацией отсчетов могли появиться только на определенном уровне развития микроэлектроники и автоматики. Что же касается информатики, то ее достижения вызвали в геодезии подлинную революцию, которая продолжается и сейчас.

В последние годы строительство так называемых уникальных инженерных сооружений потребовало от геодезии резкого повышения точности измерений. Так, при монтаже оборудования мощных ускорителей приходится учитывать десятые и даже сотые доли миллиметра. По результатам геодезических измерений изучают деформации и осадки действующего промышленного оборудования, обнаруживают движение земной коры в сейсмоактивных зонах, наблюдают за уровнем воды в реках, морях и океанах и уровнем грунтовых вод.

Возможность использования искусственных спутников Земли для решения геодезических задач привела к появлению новых разделов геодезии: космической геодезии, дистанционного зондирования Земли, геодезии планет Солнечной системы. Подтверждаются слова русского ученого К. Э. Циолковского (1857-1935): «Земля — колыбель человечества, но нельзя вечно жить в колыбели».