Краткая справка об истории развития геодезии
Необходимость проведения геодезических работ возникла у человечества в глубокой древности. Народы Египта, Греции и других стран за несколько тысячелетий до нашей эры вели геодезические работы в целях строительства, деления земельных массивов на части, о чем свидетельствуют раскопки и уцелевшие памятники.
Геодезия на Руси также возникла в связи с необходимостью делить земельные участки на части (проводить межевание) и определять их площади. О геодезических работах на территории России, производившихся несколько столетий назад, свидетельствуют летописи, чертежи, надписи на камнях и др. Например, в летописи «Слово о зачале (т. е. начале) Киево-Печерского монастыря», относящейся к 1017 г. имеется упоминание о сажени как единице для линейных измерений. Древнейшим памятником является т. н. Тму-тараканский камень, найденный в 1792 г. вблизи города Тамань и в настоящее время находящийся в Эрмитаже (г. Санкт-Петербург). На этом камне сохранилась надпись, свидетельствующая о том, что в 1068 г. князь Глеб измерил расстояние длиной около 20 км между Керчью и Таманью (бывшие Корчев и Тмутаракань) по льду через Керченский пролив. Князь Глеб применял особую русскую меру — прямую сажень (длина ее около 152 см). Таким образом, уже во второй половине XI в. в Древней Руси проводили геодезические работы, в результате которых было определено сравнительно большое расстояние.
В начале XIV в. русские князья по примеру Византии делали описания земельных владений своих подданных в целях распределения податей, повинностей и дани. Эти описания проводили княжеские «писцы», по сути, первые землемеры. Они знали грамоту, умели считать, ориентировались в княжеских законах и владели простейшими методами измерений на местности. Впервые термин «межевание» (землеразделение) встречается в одной из жалованных грамот 1470 г. в царствование Ивана III (1440— 1505). Из путевых записок «Хождение за три моря» тверского купца и путешественника Афанасия Никитина (60-е гг. XV в.) видно, что русские люди хорошо знали небо, наблюдали видимое расположение созвездий для ориентировки и исчисления времени.
Исследователи-историки имели веские основания считать, что в XVI в., а может быть, и в конце XV в. потребности в измерении земель привели к необходимости создания рукописей геометрического содержания. Так, историк В.Н. Татищев (1686— 1750) утверждал, что у него был наказ, данный в 1556 г. при Иване IV Грозном (1530— 1584) писцам о том, как следует измерять землю. С 1556 г. 7
работы по описанию земель велись на основе «писцовых наказов» (инструкций) о порядке проведения описаний.
В середине XVI в. была составлена первая карта в нашей стране, изображающая Московию, написано первое русское практическое руководство по геодезии, имевшее название: «Книга, именуемая геометрия, или землемерие радиксом и циркулем, глубокомудрая, дающая легкий способ измерять места самые недоступные, плоскости, дебри». В книге говорится, что для измерения расстояний служил набор «мерных вервей» 80, 40 и 30 сажен. Однако общий уровень образования на Руси к концу XVI в. по сравнению с Западной Европой был достаточно низким.
С середины XVII в. писцовые описания земель велись в соответствии с Соборным уложением 1649 г. (первым сводом законов России), где межевание признавалось как самостоятельное юридическое действие. Межевание начинали от уездных городов и постепенно распространяли его по волостям. При этом для обозначения границ на местности применяли столбы, деревья с тесаными гранями, вырубали просеки, рыли ямы, использовали также межники и границы живых урочищ. Длину граничных линий выражали в саженях, площади пашни измеряли в десятинах. Инструментами для измерения служили трехаршинная сажень (2,13 м) и мерная веревка.
В 1775 г. при разборке Оружейной палаты в Москве был обнаружен «Устав ратных, пушечных и других дел, касающихся до воинской науки», создание которого относится к 1607 и 1621 гг.. «Устав» интересен тем, что в нем излагаются некоторые геометрические сведения в виде рецептов, как решать задачи на определение расстояний, недоступных для непосредственного измерения.
Следующая по времени геометрическая рукопись относится к 1629 г.; она входила в «Книгу сошного письма» и имела название «О земном верстании, как земля верстать». Вся рукопись была посвящена вычислению площадей. При этом любые очертания полей предлагалось представлять в виде треугольников, трапеций, квадратов и прямоугольников.
По мере развития естественных наук, и прежде всего математики и физики, совершенствовались и геодезические работы. Дальнейшему их развитию способствовало изобретение в 1669 г. французским ученым Ж. Пикаром (1620 — 1682) зрительной трубы с сеткой нитей и метода триангуляции голландским математиком и физиком В. Снеллиусом (1591 — 1626). С этого времени значительно повысилась точность съемочных работ.
Первые инструментальные съемки для картографирования России в соответствии с Указом Петра I (1672—1725) были начаты в 1720 г. По результатам этих работ был составлен первый «Атлас Все-8 российской империи», изданный в 1734 г. В него входили генералы ная карта России и 14 карт отдельных губерний. До этого времени материалами для составления карт служили схематические чертежи, составляемые по отдельным районам на основе опросов.
Постановке техники измерений на научную основу способствовала одна из самых замечательных книг по математике — «Арифметика» Л.Ф. Магницкого (1669— 1739), изданная в 1703 г. и содержащая изложение арифметики, основ алгебры, тригонометрии, астрономии, первоначальные сведения о методах практической геометрии (геодезии), а также навигационные сведения.
Мероприятия Петра I, связанные с заселением Ингерманландии[1] русскими, составление карты России и генеральное межевание уже проводили на основе новой геодезической техники измерений. Веревки были заменены металлическими цепями, а для измерения углов стали применять астролябии.
В 1725 г. была организована Русская Академия наук. При ней открылась оптическая мастерская, в задачи которой входило изготовление геодезических приборов (астролябии, ватерпаса с перспективной трубкой — нивелира, астрономических и земных зрительных труб) и различных оптических стекол и зеркал. В 1739 г. был учрежден географический департамент при Академии наук, занимавшийся работами по составлению карт страны. В 1758— 1763 гг. департаментом руководил М.В. Ломоносов (1711-1765).
В 1765 г. Екатерина II (1729—1796) своим указом утвердила особую комиссию по государственному межеванию. В 1766 г. были созданы две межевые инструкции: одна для землемеров «Инструкция землемерам, к генеральному всей империи земель размежеванию», другая — для межевых учреждений (губернских канцелярий и провинциальных контор). Утвердив инструкции, Екатерина II написала изречение «Каждый при своем». Впоследствии оно находилось на знаке форменного кепи воспитанников Константиновского межевого института. Исторические источники свидетельствуют, что обучение геодезии («землемерию») проводилось по книге «Молодой геодет, или Первые основания геодезии, содержащие все геодетское знание, предложенное вкратце, изъясненное правилами и примерами», написанной профессором, членом Императорской академии наук С.К. Котельниковым в 1766 г.
Работы по генеральному межеванию в России выявили очевидную нехватку квалифицированных специалистов. Межевики в то время в большинстве своем не имели специального образования. Поэтому 25 мая 1779 г. при Межевой канцелярии была организована Константиновская землемерная школа (эту дату, видимо, следует считать датой начала развития геодезии как академической науки), с 1819 г. — Константиновское землемерное училище, а с 10 мая 1835 г. — Константиновский межевой институт. В 1930 г. на базе землеустроительного факультета создан Московский институт землеустройства, с 1992 г. — Государственный университет по землеустройству. В целом генеральное межевание длилось почти 100 лет (1766 — 1861). Оно было проведено в 32 губерниях на общей площади 300 млн га, причем к 1796 г. была обмежевана большая часть дач — 90,2 % в 23 губерниях на площади около 150 млн га. В среднем за год межевые работы проводили на площади 4,5 млн га и включали около 5000 дач. В связи с возросшими потребностями армии и морского флота в топографических картах в 1797 г. создается Депо карт, при котором в 1811 г. организуется механическая мастерская по изготовлению и ремонту геодезических и топографических инструментов. Начиная с 1817 г., мастерская изготовляла базисные жезловые приборы для линейных измерений. В 1821 г. мастерскую реорганизовали, и она стала называться механическим заведением Главного штаба. В 1822 г. основан Корпус военных топографов, выполнявший геодезические, топографические и картографические работы военного и общегосударственного назначения. В 1839 г. по инициативе астронома-геодезиста В.Я. Струве (1793— 1864) была основа Пулковская обсерватория, которая с первых дней стала школой русской астрономии и геодезии. При ней имелась механическая мастерская, которая изготавливала высокоточные геодезические и астрономические приборы для экспедиций, организуемых Академией наук, Пулковской обсерваторией и Корпусом военных топографов. Выпускавшиеся небольшие серии высокоточных геодезических и астрономических инструментов свидетельствовали о высоких способностях русских механиков. С 1842 г. значительно увеличился выпуск геодезических и топографических инструментов для обеспечения большего объема работ, выполнявшихся Корпусом военных топографов, Межевым и другими ведомствами. В XIX в. начали проводить геодезические работы по построению геодезических сетей и градусные измерения под руководством русских ученых-геодезистов В.Я. Струве, К.Н. Теннера (1783— 1859) и др. Эти работы, отличавшиеся по тому времени наивысшей точ-1 0 ностью, имели большое научное значение. Они оказали решающее влияние на развитие теории геодезии и методов астрономо-геодезических работ во всем мире. Развитие в середине XIX в. землеустроительных работ, изыскания железных дорог и др. работы вызвали появление значительного количества геодезических инструментов невысокой точности отечественного производства и ввозимых из-за границы. Геодезические работы на значительных территориях, проведенные при генеральном межевании и завершившиеся изготовлением генеральных уездных планов и губернских атласов, послужили материалом для изготовления карт страны. В конце XIX в. ограниченное финансирование и общая отсталость России в развитии машиностроительной и оптико-механической промышленности были основными причинами прекращения производства отечественных высокоточных инструментов. Механические мастерские занялись исключительно ремонтом высокоточных геодезических инструментов и сборкой инструментов невысокой точности из деталей, ввозимых из-за границы. Отставание оптико-механического производства привело к тому, что изготовление 30 и 20-секундных теодолитов было освоено лишь к 1917 г. В связи с расцветом землеустроительных работ в начале XX в., ежегодный выпуск одноминутных теодолитов достиг 2000 шт. Результаты генерального межевания после реформы 1861 г. были основой земельно-правовых отношений в России до 1917 г. Потребность в геодезических работах была небольшая, и геодезия развивалась очень медленно. Производили геодезические съемочные работы и составляли планы, как правило, на отдельные небольшие участки владений помещиков и крестьянских общин, в гористой местности Кавказа, а также на крупных земельных массивах Полтавской и Черниговской губерний. Для измерений углов и линий еще часто применяли астролябии и мерные цепи. После революции 1917 г. требования к проведению геодезических работ возрастали с каждым годом. Уничтожение частной собственности на землю и ликвидация крупных землевладений потребовали большого объема работ по отводу земель коллективным хозяйствам (совхозам и колхозам), уравнительному распределению земель между селениями и сельскохозяйственными объединениями, устранению дальноземелья, чересполосицы и др. Возникла необходимость съемки больших площадей, включающих большое количество землепользований. После Гражданской войны для восстановительных мероприятий в народном хозяйстве начали проводить геодезические работы, связанные с обновлением и составлением карт. Чтобы координировать все геодезические работы, проводимые на территории молодой Советской республики, и упорядочить геодезическое и картографи- 11 ческое дело, 15 марта 1919 г. Правительством России был издан декрет об учреждении Высшего геодезического управления (позднее Главное управление геодезии и картографии). Работы стали выполнять по единым техническим инструкциям и наставлениям. Приведение в единую систему большого числа перекрывающихся съемочных работ, выполняемых различными ведомствами, вызвало изменение техники геодезических измерений и их вычислительной обработки. Возросшие потребности в геодезических инструментах вызвали высокие темпы роста производства инструментов. В 1923 г. вступили в строй заводы «Геодезия» и «Геофизика» по изготовлению теодолитов точности Г и 30" и других геодезических инструментов, которые положили начало отечественному геодезическому инструментоведению. Новые требования землеустройства заставили производить съемку рельефа местности специально для сельскохозяйственных целей. Вскоре появился новый вид съемки — аэрофотосъемка, которую в 1927 г. начали применять на Украине и в Средней Азии. В 1927 — 1928 гг. в Фергане, Украине и Московской губернии были проведены опытные работы по использованию аэрофотоматериалов (аэрофотоснимков, фотопланов) для составления землеустроительных проектов и перенесения их в натуру. В результате этих работ установлено, что фотопланы как в отношении полноты и точности, так и в отношении удобств пользования ими при землеустроительных работах имеют ряд преимуществ перед планами наземных съемок. Это объясняется в первую очередь тем, что фотографическое изображение местности позволяет составить более детальное и полное представление о растительности, почве и других факторах, которые вместе с экономическими условиями определяют направление развития территории. Массовое внедрение аэрофотосъемки в землеустройстве началось в 30-х гг. XX столетия. Этот период был крупным переломом в развитии геодезии не только в сельском хозяйстве, но и в народном хозяйстве в целом. В 1929 г. завод «Геодезия» выпустил 10-секундный универсальный теодолит, являющийся первенцем точных отечественных геодезических приборов. В 1934 г. заводом аэрогеодезических инструментов «Аэрогеоприбор» были выпущены первые образцы отечественных 5-секундных универсальных теодолитов У-5, оптическая система которых была изготовлена из отечественного оптического стекла. Первые попытки нанести деления на стеклянные лимбы в 1932—1933 гг. оказались неудачными. В 1939 г. были проведены подготовительные работы по выпуску оптических теодолитов и в 1940 г. выпущены опытные образцы те-1 2 одолитов со стеклянными кругами с объединением отсчетов в один отсчетный микроскоп и с трубой, имеющей внутреннюю фокусировку. Во время Великой Отечественной воины (1941 — 1945 гг.) геодезические работы в сельском хозяйстве продолжались. В послевоенный период восстановление разрушенных и строительство новых городов и сел, заводов, крупнейших в мире гидроэлектростанций и оросительных систем было продолжено. В 1947 г. заводы оптико-механической промышленности начали серийно выпускать оптические теодолиты ОТС, ОТМ и теодолит ОТВ с просветленной оптикой. К 1960 г. было завершено создание карты масштаба 1:100 000 на всю территорию страны, а к 1970 г. — астрономо-геодезической сети 1-го класса. В 1980-х годах завершена съемка всей территории в масштабе 1:25 000. Промышленные и сельскохозяйственные районы страны покрыты топографическими съемками в масштабе 1:10 000 и крупнее. Объемы крупномасштабных топографических съемок постоянно увеличиваются. В настоящее время широко применяют спутниковые технологии, позволяющие с высокой точностью в любое время определять координаты пунктов геодезических построений. Для этого на высоте около 20 000 км функционирует сеть искусственных спутников Земли. Орбиты спутников расположены так, чтобы в любой точке поверхности Земли и Мирового океана в любое время суток можно было принимать сигналы не менее четырех спутников. В настоящее время функционируют космические навигационные системы ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система, Россия) и NAVSTAR (Navigation Sattelite providing Time and Range — навигационная спутниковая система, обеспечивающая измерение времени и местоположения, США). В связи с проводимой в России земельной реформой для целей землеустройства и кадастра объектов недвижимости основные геодезические работы выполняют подразделения Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии (Росреестр). Росреестр и его подразделения в рамках реализации совместного Российско-Швейцарского кадастрового проекта «Москва» в 2003 г. на территории Москвы и Московской области внедрили первую в России спутниковую систему межевания земель, которая способствует продвижению спутниковых технологий в производство. Эта система состоит из вычислительного центра и 28 референцных (стационарных) станций по приему спутниковой измерительной информации. Площадь обслуживаемой территории составляет около 70 тыс. км2. В режиме реального времени точность определения координат пунктов — 1 — 2 см, а в режиме постобработки — до 1 мм. 1 3
