Конспект лекций по «Истории геодезии»
I. Геодезия-предмет, метод: ее концепция. Геодезия в древнее время (Месопотамия, Египет, Греция, Рим, Китай).
1. Возникновение и формирование геодезических знаний - условия, причины, факторы развития.
История любой древней науки имеет большое мировоззренческое и воспитательное значение. Становление специалиста в данной области познания или сфере труда нельзя считать завершенным, если он не знает истории своей науки, профессии. Дорога развития конкретной науки обозначенная во времени историческими вехами, уходит в будущее. Но увидеть будущее можно только при условии знания прошедшего и настоящего. Естественно, что прошлое оказывает влияние на будущее и определяет его; их связывают невидимые нити, определение которых дает в руки исследователя мощное оружие предсказания будущего. История науки и техники имеет много поучительного и полезного для современного практика и ученого. Геодезия в этом плане представляется благодатным и неисчерпаемым источникам.
В истории геодезии можно выделить три терминологических периода: 1-й – период практической геометрии; 2-й период – период геодезии как системной целостности, геодезия как наука о фигуре Земли начинается с 1836 г. и продолжался до 30-х годов XX в.; 3-й – период утраченной целостности, период терминологической несостоятельности, понятийных противоречий, геодезия воспринимается как наука о фигуре Земли и внешнем гравитационном поле.
Геодезия во все времена формировала и совершенствовала одну из главных своих функций - организацию территорий. Понятно, что при расширении или изменении пространства принципиально меняется организация пространства.
2. Строительство городов и их геодезическое обеспечение.
Первые в истории города появились в Двуречье, в нижнем течении Тигра и Евфрата. Там образовалось 20 небольших городов - государств, которые в XIX-XII вв. до н. э. были объединены под властью Вавилона. Если первое земледельческое поселение появилось в 7 тысячелетии до н. э. (северо-восточный Иран), то возникновение и строительство первых городов относят к 4-3 тысячелетиям до н. э.
Принято делить города Древнего мира на два типа : древневосточные (Египет, Месопотамия, Индия, Китай и др.) и античные (Древняя Греция, Древний Рим и др.). К первым относятся такие знаменитые города как Вавилон, Патна, Мемфис, Ниневия и др.; ко второму - Рим, Афины, Александрия, Карфаген и др.
Крупные города размерами от нескольких сот тысяч жителей до миллиона и более появляются в Месопотамии, начиная с XIII-XII вв. до н. э. Гигантские города Индии и Китая строятся в III в. до н. э.. Многие города-столицы возводятся по «единому плану». В первом тысячелетии до н. э. и в первой половине первого тысячелетия н. э. (в период расцвета и роста городов) появляются трактаты о городах и их строительстве: в Индии - "Шилпашастра"; в Китае - "Чжоули"; в Древнем Риме - трактат Витрувия.
3. Геодезические работы при строительстве храмов, дворцов, общественных сооружений.
Древние люди, строители, не оставили каких-либо свидетельств, описаний - как они осуществляли геодезическое обоснование и геодезические работы на строительной площадке. Но сохранилось много исторических фактов, касающихся воздвигавшихся сооружений; известны геодезические приборы, применявшиеся при строительстве и геодезическом обеспечении; известны в какой-то мере и методы. Все это позволяет с какой-то степенью достоверности сделать выводы относительно геодезических работ, выполнявшихся при возведении храмовых и дворцовых ансамблей.
Строительство древних культовых, дворцовых, общественных сооружений отмечено несколькими характерными особенностями: осевой композицией, модульностью подсистем, точной ориентировкой. На этой основе формировались геодезические технологии изысканий, создания геодезической основы, разбивки и геометрического контроля строительства.
4. Геодезические работы при проложении каналов, водопроводов, туннелей, создании гидросооружений.
Замечательными памятниками древней науки, техники, культуры стали оросительные системы, каналы, водопроводы, построенные в разных странах древнего мира. Известные сооружения, относящиеся к Древнему Риму и другим древним странам, охватывают громадные территории - от Испании и Франции до Китая. В глубокой древности на территории Месопотамии, Древнего Египта, Индии, Китая возводились сложные системы орошения, ирригационные сооружения, прокладывалась сеть оросительных каналов, водохранилищ. Создание этих систем и их поддержание в должном порядке требовали объединения человеческих усилий, формирования государств, централизации систем управления, высокого уровня организации труда и сложного технических расчетов.
Особо сложного и масштабного уровня система оросительных и осушительных каналов, гидротехнических сооружений достигла в Вавилоне. В этом регионе необходимо было распределить воду рек по системе каналов с учетом различия ее уровней в Тигре и Евфрате - севернее современного Багдада уровень воды в Тигре был выше, чем в Евфрате, а южнее наоборот. Требовался сложный технический расчет и точные геодезические измерения (нивелирование). Паводковые воды Евфрата по системе каналов сбрасывались в Тигр. В VI в. до н. э. было закончено сооружение 400 километрового канала Паллукат (канал Королей), позволившего оросить значительные массивы земель - ширина у него достигала 120 м, а глубина - 9-15 м. Он соединял Тигр и Евфрат.
5. Строительство дорог в древнее время. Древнеримская дорожная система и принципы ее создания.
Основу древних цивилизаций составляли определенного вида транспортные артерии, связывавшие все населенные пункты страны воедино. Естественно, что чаще всего ими являлись дороги. Документы и сведения о строительстве дорог и поддержании их в должном порядке дошли до нас практически от всех древних цивилизаций. Значимость этого факта в хозяйственном и культурном развитии древних стран неоспорима. Персидский царь Дарий (522-486) и его преемники из династии Ахменидов построили в своей империи сеть дорог, охранявшихся сторожевыми постами. Главная грунтовая дорога Ахменидов, именовавшаяся "царской", тянулась на 2,4 тыс. км. (от Суз в Малую Азию). Через каждые 25 км. на ней располагались станции, посты конных курьеров. Местным жителям не разрешалось ездить по этой дороге на колесном транспорте.
Вся дорожная сеть и ее система были рационально организованы и всегда находились в образцовом состоянии, регулярно ремонтировались и обновлялись. С равным интервалом следовали станции, на которых путешественник получал ночлег, ужин и обед, и наконец просто имел возможность отдохнуть, подивиться местными красотами. Путешественник мог приобрести карты данного района. Вообще римляне использовали карты для разных целей: карты мира, карты-иллюстрации, приводившиеся в географических трудах и литературе, дорожные карты и итенарарии в помощь путешественнику, официальные и военные карты, детализированные городские планы, съемочные планы и др. Таким образом, обслуживание туристов или проезжих по римским дорогам было, даже по современным нормативам на довольно высоком уровне.
6. Координатизация ойкумены в древних государствах: геодезические сети.
"Геодезической сетью называют систему закрепленных на местности точек земной поверхности, положение которых определено в общей для них системе координат и высот". Геодезические сети древнего времени, по крайнее мере с Древнего Рима, выполняли почти все функции, что и современные ГС: координатизация пространства, картографирование, геодезическое обоснование. Не исключено, что происходила реализация и научной функции ГС: определение размеров Земли (Эратосфен), ойкумены и др. Анализ всей совокупности геодезических задач, решавшихся в то время и известные исторические факты и примеры позволяют разделить все ГС на пять видов в зависимости от разных направлений приложения:
1) при межевании, по существу, несла в себе функцию государственной ГС;
2) при строительстве и возведении сложных технических сооружений площадного типа;
3) при возведении сооружений линейного типа,
4) при точной ориентации по какому-либо направлению;
5) неориентированная сеть высокой точности, проложенная между двумя точками, для определения между ними направления и расстояния.
7. Градусные измерения.
8. Геодезические приборы: технология и точность геодезических измерений.
Используются 3 основных структурных элемента: линия, точки, поверхности. Для решения задач время используются следующие инструменты и приборы.
для задач на в древнее определение размеров– мерные шесты, веревки, шнуры, колесо( работает как счетчик в такси, т. е. через определенное расстояние бросались камушки и потом их считали. для задач на ориентирование – инструменты прямого угла(египетские, греческие, римские устройства типа «грома» или землемерного креста, гномон.3. для задач на нивелирование – водные нивелиры (хоробата) и ватерпасы.
9. Проблемы, задачи и достижения в геодезии древнего времени.
II. Геодезия в средневековье и в новое время.
Геодезия в период Возрождения. Великие географические открытия.Геодезия в Средневековье не только не подвинулась вперед, но даже, напротив, большая часть того, что было уже найдено гениальными умами древних мудрецов и ученых, пришло в упадок. В это время остаются в силе римские землемерные законы и распостраняются рукописи римских агрименсоров. Все это многократно переписывалось с ошибками. За этот тысячелетний период не было создано в геодезии каких-либо новых приборов, устройств, линейных мер. Возрос уровень неупорядоченности в единицах измерений. Не только в каждом государстве, но и в отдельных феодальных княжествах существовала своя система мер, иногда значительно отличавшаяся от аналогичной системы, существовавшей в государстве.
Доля участия геодезии в формировании ''картины мира'' на этом этапе состояла в выполнение – 1) градусных измерений с целью а) подтверждения теории Ньютона; б) получение системы мер; в) определения формы и размера Земли. 2) координатизации пространства, точного картографирования территорий.
Великая научная революция XVI, XVII вв. и ее влияние на геодезию. Научная картина мира, фигура Земли - теория Ньютона, Декарта.Построение пространственной картины мира был достигнут в результате научной революции XV1-XV11 вв. благодаря усилиям таких научных гениев, как Галилей, Коперник, Кеплер, Декарт, Ньютон и др. Совершается переход от геоцентрической системы мира к гелиоцентрической. Коперник покончил с ''неподвижностью'' Земли, а Кеплер - с круговыми сферами, Ньютон открыл универсальный закон природы - закон всемирного тяготения (но объяснение существа гравитации будет дано более двух столетий спустя в общей теории относительности А. Эйнштейна).
Декарт ввел переменную X, прямоугольную систему координат в аналитическом выражении и, в конечном итоге, аналитическую геометрию. Трудами Ньютона и других математиков родилось дифференциальное и интегральное исчисление, а затем и дифференциальная геометрия. В конечном итоге результатом стала, 2 столетия спустя, теория неевклидовых геометрий.
Промышленная революция и развитие геодезии (земельные реформы; приборостроение, промышленное и городское строительство; войны и топографические карты).В конце X1X-начале XX в. происходит техническая революция (изобретение радио, телеграфа, электричества, появление самолетов и т. д.), а во 2-й половине XX в. – научно-техническая революция.
Начало индустриальной эпохи соотносят с промышленной революцией середины XVIII – середины XIX вв. В11-13 в. появились технологические водяные и ветряные мельницы, часы, в XV – огнестрельное оружие. В 1760 г. произошел переворот в текстильной промышленности Англии – появилась прядильная машина (1765 г.). В результате с 1785 г. по 1850 г. производительность труда увеличилась в 50,6 раза. В 1784 г. Джеймс Уатт изобрел паровую машину. В 1803 г. вышел первый паровоз. В середине XIX в. появилось тяжелое машиностроение (паровозы, шпалы, пароходы). Промышленная революция создала машиностроение – стали создавать машины.
Топографические съемки. Формирование геодезических сетей. Приборы и технология геодезических измерений в Европе и Китае. Земельный кадастр в XVI-XVII вв.С зарождением капитализма земельный кадастр потребовал более подробного описания и оценки земельной собственности. В нем приводились не только традиционные сведения о размерах, местоположении и форме землевладений и угодий, качестве и доходности земель и их хозяйственном состоянии, необходимых для налогообложения и различных платежей, но также сведения о ценах на землю с целью ее купли-продажи. Принято земельные кадастры, полученные в разное время, делить на три вида: по имениям, по угодиям, и отдельным участкам.
Геодезическое обоснование на строительной площадке опиралось на главную ориентирующую ось и определенную (центральную) точку, задававших систему координат (СК). Технологическая последовательность работ на площадке была такова:
1) выбор главной точки - центра СК;
2) проведение через нее главного ориентирующего (одного или нескольких) направления;
3) вынос основных точек комплекса сооружений на местность с помощью прямоугольно-прямолинейных ходов. Одновременно производилась съемка и устанавливались предстоящие объемы земляных работ;
4) выполнялась детальная разбивка и геометрический контроль строительства.
Зарождение и формирование фотограмметрии. Структура и организация геодезических работ.111. История геодезии в России.
1. Геодезия и допетровский период.
Начало разделения земли в России, межевание восходит к Рюрику. Княгиня Ольга после усмирения древлян на пути в Новгород разделила земли на погосты или волости и разложила подати по землям.
Таким образом, волости или погосты должны были иметь какие-то границы: наиболее ранние упоминания о межевании в Древней Руси встречаются в летописях, начиная с Хв. Но в целом границы земельных угодий и владений (межи) устанавливались без всяких измерений, по характеристике: " Куда плуг и соха, коса и топор ходят". В одном из древних документов о границах владений говорится: "Межа этой земле по тот прудок, озерко, куда такого-то летают гуси или утки". Определение границ в том же документе определялось "коровьим рыком и птичьим полетом".
Древнее разграничение пахотных полей оценивалось трудом, мерой которой была соха, а также топор и коса. Поэтому подати взыскивались не с количества всей земли, а с обработанной ее части.
2. Петровские преобразования.
Правление Петра 1 очень сильно изменило Россию, ее уклад, социальную и экономическую жизнь. Геодезические, астрономические, математические и др. науки с самого начала были под неусыпным вниманием Петра 1.
Артиллерия, навигация, строительство городов, каналов, дорог, практика военных действий и просто профессиональное образование не могли обходиться без этих специальных знаний.
Образованность Петра 1 и глубина его знаний поражали современников. Он очень хорошо разбирался не только в географии, астрономии, навигации и многих других науках. Великий полководец и флотоводец, он обладал в полной мере соответствующими военными знаниями.
Организовал навигационную школу, затем Морскую Академию, Академию Наук, Петербургский университет и многие др..
3. Геодезия в России в XVIII в.
А) Проблемы межевания. Екатеринское генеральное межевание.
После Петра I стало резко возрастать число земельных споров, приобретавших подчас трагические последствия. Поэтому уже в 1731г. предполагалось послать межевщиков во все губернии и провинции для размежевания и "прекращения споров". Для этого планировалось составить инструкцию по примеру писцового Наказа. При межевании собирались на каждую дачу составлять ландкарту в 2-х экземплярах.
Б) Сенатские, квартирмейстерские и межевые съемки.
В) Геодезическое образование. Первые отечественные геодезические учебники. Формирование национальных геодезических, педагогических, военных и гражданских кадров.
Г) Геодезические приборы и технологии. Точность измерений.
Точность измерений определялась использовавшимися инструментами - астролябия того времени, угломер и квадрант, обеспечивавшими точность измерения угла не более 1/4 град., а применявшаяся "шестидесятиколенная цепь" давала ошибки до полуаршина. Кстати, по результатам исследований Штампфера ошибка визирования диоптрами в среднем была равна 15" и в пределе достигала 15`008". Начало изготовления отечественных геодезических инструментов относится к 1715г., начиная с которого (и по 1725г.) при дворе ПетраI работали два механика и Данилка Колосов, делавшие разнообразные оптические приборы. Так в Беляевской мастерской изготовлялись "ватерпасы с перспективной трубой в футляре".
4. Геодезия в России XIX в.
А) Формирование военно-топографической службы. Начало “правильных” топографических съемок. Корпус военных топографов (КВТ).
Б) Градусные измерения Струве и Теннера.
В) Межевой и корпус гражданских топографов.
Г) Астрономические, топографо-геодезические, гравиметрические, аэрофотогеодезические и картографические работы.
Д) Кадастровое описание в России в XIX в.
Для России девятнадцатое столетие характерно быстрым хозяйственным развитием. По оценке в России с 1830г. по 1860г. совершается промышленный переворот, потребовавший коренных социально-экономических реформ, в там числе и земельных.
Хотя Генеральное межевание продолжалось до 1888г., его основные работы были завершены к середине ХIХ в. Между тем с конца ХYIIIв. начались работы по проверке и обновлению материалов межевания. Губернским землемерам с 1798г. предписывалось при проверке вести специальные ведомости, в которых следовало отмечать изменения: территориальные, фамилии владельцев земли, в населенных пунктах (их появление и исчезновение), названий сел (с указанием причин), переход владений из одной категории в другую.
Е) Геодезическое образование и подготовка кадров.
Ж) Геодезическое приборостроение. Геодезические технологии и точность работ.
5. Геодезия в СССР.
А) Прогресс и этапы в формировании Основных положений развития ГГС. Формирование систем координат (Гаусса-Крюгера, 1942 года); референц-эллипсоид Красовского. Системы координат 1990 и 1995 годов.
Б) Топографические съемки и методы их построения (мензульный, контурно-комбинированный, стереофотограмметрический). Создание карт 1: 1:25000 на всю территорию СССР. Цифровые и автоматизированные технологии.
В) Картографирование в СССР. Достижения: цифровое картографирование.
Г) Научно-техническое развитие геодезии (электронизация, компьютеризация, формирование космических методов).
Д) Государственная геодезическая служба и образование.
6. Землеустройство и кадастр. Итоги эволюции и результаты. Закономерности.
Межевание в истории общества в основных сферах его деятельности являлось организующим фактором. Именно эта сфера знаний содействовала решению фундаментальных хозяйственных и научных проблем, в частности таких как формирование земельного кадастра, определение фигуры Земли. Эта упорядочивающая функция на протяжении всей истории способствовала созданию соответствующей совокупности законов, научных и практических знаний. Так математические познания во многом обязаны древнему землемерию. Последнее стало источником классической евклидовой геометрии - подтверждается это и этимологией слова геометрия. Первые геометрические понятия родились в процессе межевой практики. Первая линия, проведенная руками человека, была межевой линией. Прямой угол, прямоугольник также возможно есть элементы землеразделительной практики. Значимость межевания в истории России играла большую роль еще и потому, что при межевании собирались сведения экономического и географического характера, а межевые и землеустроительные планы превращались по существу в юридический документ со всеми вытекающими последствиями.
7. Инженерная геодезия в России XX в.
8. Современное развитие геодезии и перспективы.
9. Теория и законы развития.
