Геодезия, начало, развитие и перспективы

ГОУ ВПО Татарский Государственный Гуманитарно-Педагогический Университет

Факультет естественно-географического образования

Кафедра физической географии и геоэкологии

Курсовая работа на тему:

«Геодезия, начало, развитие и перспективы»

Работу выполнил:

студент гр. 010813

Никишин Олег

Проверила: Губеева С. К.

Казань 2010

Содержание

Введение

1. Предмет и дисциплины геодезии; основные задачи геодезии

1.1 Прикладные аспекты геодезии

2. Государственные геодезические сети

3. История развития геодезии

3.1 Предпосылки развития геодезии как науки

3.2 Первоначальная история развития геодезии

3.3 История развития современной геодезии

3.4 Развитие геодезии в России

3.5 Возникновение топографических карт и геодезических сетей

3.6 Развитие геодезии в СССР

4. Развитие геодезии

5. Перспективы развития государственной геодезической сети

Заключение

Список литературы

Введение

Геодезия - наука об измерениях на земной поверхности. В геодезии применяются преимущественно линейные и угловые измерения. Такие измерения необходимы для определения формы и размеров нашей планеты - Земли и её частей, для определения координат пунктов, создания карт, планов и профилей и для строительства различных сооружений. Геодезические измерения производятся также под земной поверхностью (в связи с горными работами, сооружением тоннелей и т.п.), под водой (при съёмках дна морей, океанов, озёр) и в околоземном пространстве.

Геодезия при решении поставленных перед нею задач пользуется достижениями ряда других наук и прежде всего математики и физики.

Материалы геодезических работ в виде планов, карт и числовых величин (координат и высот) точек земной поверхности имеют большое применение в различных отраслях народного хозяйства. Всякое сооружение проектируют с учетом имеющихся на местности контуров сооружений, дорог, водных источников, почвы, грунта. Поэтому для проектирования необходим план местности с подробным отображением всех деталей. Проектирование и строительство сел, городов, железных и шоссейных дорог нельзя выполнять без геодезических материалов.

В теоретических исследованиях и практике геодезических работ особое внимание уделяется определению взаимного положения точек, как в плановом отношении, так и по высоте. Многолетний опыт выполнения такого рода работ позволил выработать основные принципиальные положения, которые следует неукоснительно соблюдать при организации геодезических измерений. Это позволяет свести к минимуму неизбежные ошибки, не допустить накопления погрешностей при переходе от точки к точке, полностью избавиться от грубых промахов.

Цель данной курсовой работы по геодезии на тему: «Геодезия, начало, развитие и перспективы» - проследить основные этапы становления геодезии как науки, а также рассмотреть и определить ее дальнейшее развитие и перспективы.

1. Предмет и дисциплины геодезии. Основные задачи геодезии

Геодезия (греч. geodaisнa, от ge - Земля и daio - делю, разделяю), наука об определении положения объектов на земной поверхности, о размерах, форме и гравитационном поле Земли и других планет. Это отрасль прикладной математики, тесно связанная с геометрией, математическим анализом, классической теорией потенциала, математической статистикой и вычислительной математикой. В то же время это наука об измерениях, разрабатывающая способы определения расстояний, углов и силы тяжести с помощью различных приборов. Основная задача геодезии - создание системы координат и построение опорных геодезических сетей, позволяющих определить положение точек на земной поверхности. В этом существенную роль играют измерения характеристик гравитационного поля Земли, связывающие геодезию с геофизикой, использующей гравиметрические данные для изучения строения земных недр и геодинамики. Например, в геофизике геодезические методы измерений применяются для исследования движений земной коры, поднятий и опусканий массивов суши. И наоборот, нарушения во вращении Земли, которые влияют на точность геодезической системы координат, отчасти могут быть объяснены физическими характеристиками литосферы.

Сама наука возникла как результат практической деятельности человека по установлению границ земельных участков, строительству орошительных каналов, осушению земель. Современная геодезия - многогранная наука решающая сложные научные и практические задачи. В геодезии используются положения математики, физики, астрономии, картографии, и др.

Геодезия подразделяется на:

-высшую космическую геодезию,

- топографию,

- фотограмметрию

- прикладную геодезию

Каждый из этих разделов имеет свои предмет изучения, свои задачи и методы их решения, т.е. является самостоятельной научно-технической дисциплиной. Несмотря на многообразие инженерных сооружений, при их проектировании и возведении решаются следующие общие задачи - получение геодезических данных при разработке проектов строительства сооружений инженерно-геодезического изыскания, - определение на местностиосновных осей и границ сооружений с соответствующим с проектом строительства, обеспечение в процессе строительства геометрических форм и размеров возведенного сооружения геометрических условий установки и наладки технологического оборудования, определение отклонения геометрической формы и размеров возведенного сооружения от проектных Решение современных геодезических задач связано с обеспечением и улучшением качества строит зданий и сооружений.

1.1 Прикладные аспекты геодезии

Геодезические данные используются в картографии, навигации и землепользовании, например, для определения зоны затопления после сооружения плотины, местоположения буровых платформ на шельфе, точного положения государственных и разного рода административных границ и пр. Навигация и стратегические системы наведения в равной степени зависят от точности информации о положении цели и адекватности физических моделей, описывающих гравитационное поле Земли. Геодезические измерения используются в сейсмологии и при изучении тектоники плит, а гравиметрическая съемка традиционно применяется геологами при поисках нефти и других полезных ископаемых.

2. Государственная геодезическая сеть (ГГС)

Государственная геодезическая сеть (ГГС) - система закрепленных на местности пунктов, положение которых определено в единой системе координат и высот.

ГГС предназначена для решения следующих основных задач, имеющих хозяйственное, научное и оборонное значение:

- установление и распространение единой государственной системы геодезических координат на всей территории страны и поддержание ее на уровне современных и перспективных требований;

- геодезическое обеспечение картографирования территории России и акваторий окружающих ее морей;

- геодезическое обеспечение изучения земельных ресурсов и землепользования, кадастра, строительства, разведки и освоения природных ресурсов;

- обеспечение исходными геодезическими данными средств наземной, морской и аэрокосмической навигации, аэрокосмического мониторинга природной и техногенной сред;

- изучение поверхности и гравитационного поля Земли и их изменений во времени;

- изучение геодинамических явлений;

- метрологическое обеспечение высокоточных технических средств определения местоположения и ориентирования.

Геодезические высоты пунктов ГГС определяют как сумму нормальной высоты и высоты квазигеоида над отсчетным эллипсоидом или непосредственно методами космической геодезии, или путем привязки к пунктам с известными геоцентрическими координатами. Нормальные высоты пунктов ГГС определяются в Балтийской системе высот 1977 года, исходным началом которой является нуль Кронштадтского футштока. Карты высот квазигеоида над общим земным эллипсоидом и референц-эллипсоидом Красовского на территории Российской Федерации издаются Федеральной службой геодезии и картографии России и Топографической службой ВС РФ.

Масштаб ГГС задается Единым государственным эталоном времени-частоты-длины.

В работах по развитию ГГС используются шкалы атомного ТA (SU) и координированного UTC (SU) времени, задаваемые существующей эталонной базой Российской Федерации, а также параметры вращения Земли и поправки для перехода к международным шкалам времени, периодически публикуемые Госстандартом России в специальных бюллетенях Государственной службы времени и частоты (ГСВЧ).

Астрономические широты и долготы, астрономические и геодезические азимуты, определяемые по наблюдениям звезд, приводятся к системе фундаментального звездного каталога, к системе среднего полюса и к системе астрономических долгот, принятых на эпоху уравнивания ГГС.

Метрологическое обеспечение геодезических работ осуществляется в соответствии с требованиями государственной системы обеспечения единства измерений.

Все геодезические сети можно разделить по следующим признакам:

По территориальному признаку:

1) глобальная

2) национальные (ГГС)

3) сети специального назначения (ГССН)

4) съемочные сети

по геометрической сущности:

1) плановые

2) высотные

3) пространственные

Глобальные сети создаются на всю поверхность Земли спутниковыми методами, являясь пространственными с началом координат в центре масс Земли и определяемые в системе координат ПЗ-90.

Национальные сети делятся на: Государственную геодезическую сеть (ГГС) с определением координат в СК-95 в проекции Гаусса-Крюгера на плоскости и на Государственную нивелирную сеть (ГНС) с определением нормальных высот в Балтийской системе, т.е. от нуля Кронштадтского футштока.

Геодезические сети специального назначения (ГССН) создаются в тех случаях, когда дальнейшее сгущение пунктов ГГС экономически нецелесообразно или когда требуется особо высокая точность геодезической сети. В зависимости от назначения эти сети могут быть плановыми, высотными, планово-высотными и даже пространственными и создаваться в любой системе координат.

Съемочные сети являются обоснованием для выполнения топосъемок и создаются обычно планово-высотными.

ГГС, созданная по состоянию на 1995 год, объединяет в одно целое:

астрономо-геодезические пункты космической геодезической сети (АГП КГС),

доплеровскую геодезическую сеть (ДГС),

астрономо-геодезическую сеть (АГС) 1 и 2 классов,

геодезические сети сгущения (ГСС) 3 и 4 классов,

Пункты указанных построений совмещены или имеют между собой надежные геодезические связи.

ГГС структурно формируется по принципу перехода от общего к частному и включает в себя геодезические построения различных классов точности:

фундаментальную астрономо-геодезическую сеть (ФАГС)

высокоточную геодезическую сеть (ВГС),

спутниковую геодезическую сеть 1 класса (СГС-1)

В указанную систему построений вписываются также существующие сети триангуляции и полигонометрии 1-4 классов. На основе новых высокоточных пунктов спутниковой сети создаются постоянно действующие дифференциальные станции с целью обеспечения возможностей определения координат потребителями в режиме близком к реальному времени.

По мере развития сетей ФАГС, ВГС и СГС-1 выполняется уравнивание ГГС и уточняются параметры взаимного ориентирования геоцентрической системы координат и системы геодезических координат СК-95.

3. История развития геодезии

3.1 Предпосылки развития геодезии как науки

Геодезия возникла в глубокой древности. Ее развитию способствовал прогресс в естественных и точных науках, изобретение таких инструментов, как маятник и телескоп и др. Однако за последние полвека геодезия добилась бульших успехов, чем за всю предшествующую историю, что связано с использованием данных, полученных с искусственных спутников, появлением электронно-вычислительных машин и электронных измерительных приборов. Современные компьютеры позволили проводить анализ большого объема информации, применять в геодезии новые математические разработки, придавшие новый импульс развитию теоретической геодезии параллельно с прогрессом математики и теории информации.

3.2 Первоначальная история развития геодезии

Геодезия возникла в глубокой древности, когда появилась необходимость землеизмерения и изучения земной поверхности для хозяйственных целей. В Древнем Египте еще в 18 в. до н. э. существовало руководство по решению арифметических и геометрических задач, связанных с землеизмерением и определением площадей земельных участков. Геодезия развивалась в тесной связи с задачами составления планов и карт земной поверхности. Планами и картами отдельных местностей и даже больших стран также пользовались в глубокой древности. Имеются сведения, что в Китае уже около 10 в. до н.э. существовало особое учреждение для топография, съёмок страны. В 7 в. до н.э. в Вавилоне и Ассирии на глиняных дощечках составлялись общегеографические и специальные карты, на которых давались сведения также и экономического характера.

Методы геодезии уже на ранней ступени её развития получили применение при решении различных инженерных задач. В 7 в. до н.э. существовали такие инженерные сооружения, как канал между Нилом и Красным морем, оросительные системы в долине Нила и т. д. Эти сооружения не могли быть осуществлены без соответствующих геодезических измерений, явившихся началом инженерной геодезия.

В 6 в. до н.э. появились предположения о шарообразности Земли, а в 4 в. до н.э. были высказаны и некоторые из известных нам доказательств, что Земля имеет форму шара. В это время геодезия получила своё современное название и стала выделяться в самостоятельную науку о методах измерения на земной поверхности и определения размеров земного шара. Знание размеров Земли было необходимо для составления географических карт, в которых нуждались торговля, мореплавание, военное дело и вообще развивающаяся хозяйственная и культурная жизнь народов.

Первое в истории науки определение размеров Земли, как шара, было произведено в Древнем Египте греческим учёным Эратосфеном в 3 в. до н.э. Оно было основано на правильном геометрическом методе, который получил название градусных измерений. В связи с постановкой и решением задачи определения вида и размеров Земли, как планеты, геодезия вступила в тесный контакт с астрономией, возникшей задолго до этого из практической необходимости измерения времени и предсказания смены времён года. Астрономы и математики еще во 2 в. до н. э. 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 и тем самым создали один из методов картографических работ.

3.3 История развития современной геодезии

Развитие современной геодезии и методов геодезических работ началось только в 17 в. В начале 17 в. была изобретена зрительная труба, которая имела большое значение для геодезических работ. В то же время была изобретена триангуляция, превратившаяся впоследствии в один из основных методов определения опорных геодезических пунктов для топографических съёмок. Появление угломерного инструмента, называемого теодолитом, и сочетание его со зрительной трубой, снабжённой сеткой нитей, сильно повысило точность угловых измерений, ставших важнейшей частью работ по триангуляции. В середине 17 в. был изобретён барометр, явившийся одним из инструментов для определения высоты точек земной поверхности. Были разработаны графические методы топографической съёмки, упростившие задачи составления топографических карт. На рубеже 16 и 17 вв. было установлено, что на Земле действуют силы, которые позднее получили название сил тяготения, или гравитационных сил. Во второй половине 17 в. была открыта центробежная сила и обнаружена зависимость периода колебания физического маятника от его длины и ускорения силы тяжести. К этому же времени относится установление фактов изменения длины секундного маятника с изменением широты места. Обобщение и объяснение этих явлений и фактов привело к открытию закона всемирного тяготения и обоснованию взгляда о сфероидичности Земли, т. е. сплюснутости её в направлении полюсов.

Исходя из теории тяготения и некоторых гипотез о внутреннем строении Земли, во второй половине 17 в. И. Ньютоном и X. Гюйгенсом были сделаны два определения величины сжатия земного сфероида чисто теоретическим путём. Эти определения дали, сильно различающиеся друг от друга результаты, вызвавшие сомнения не только в сплюснутости фигуры Земли, но и в обоснованности закона всемирного тяготения, который в то время имел много противников. Поэтому для проверки сплюснутости фигуры Земли в конце 17 и начале 18 вв. во Франции было произведено Д. Кассини градусное измерение по меридиану от Парижа к северу до Дюнкерка и от Парижа к югу до Коллиура на границе с Испанией. Но оно привело к выводу, что Земля вытянута в направлении полюсов, и вызвало в этом вопросе большой спор, длившийся почти до середины 18 в. Спор был окончательно решён результатами работ двух геодезических экспедиций, организованных Парижской академией наук и выполнивших в 1735--42 градусные измерения в Перу и Лапландии. Результаты градусных измерений окончательно подтвердили сплюснутость Земли в направлении полюсов и дали ещё одно доказательство обоснованности закона всемирного тяготения. Указанные геодезические экспедиции, кроме полученного ими научного результата громадной важности, разработали основные принципы организации и исполнения астрономо-геодезических работ и внесли усовершенствования в методы и инструменты для астрономических определений и геодезических измерений.

К середине 18 в. были произведены первые исследования по теории фигуры Земли. Французский математик А. Клеро вывел линейное дифференциальное уравнение 2-го порядка, связывающее плотность и сжатие внутренних сфероидальных слоев Земли, и разъяснил противоречие между указанными выше теоретическими выводами сжатия земного эллипсоида. Это дифференциальное уравнение, впоследствии надлежащим образом уточнённое, служит теперь для определения сжатия Земли на основании данных о её внутреннем строении. Эти исследования привели к открытию закона распределения силы тяжести на поверхности земного эллипсоида и установили связь между сжатием земного эллипсоида и распределением силы тяжести на его поверхности, т. е. были созданы теоретические основы определения сжатия Земли по измерениям силы тяжести.

Эпоха открытия закона всемирного тяготения и указанных геодезических экспедиций явилась эпохой окончательного становления геодезия как самостоятельной науки о фигуре Земли и методах её изучения.

Развитие геодезии и геодезических работ в России усилилось при Петре I. В 1701 он основал в Москве одну из первых в России астрономических обсерваторий и Школу математических и навигацких наук, готовившую астрономов, геодезистов, географов, гидрографов и навигаторов. В 1715 такая же школа, названная Морской академией, была открыта в Петербурге. В 1703 была издана “Арифметика” Л. Ф. Магницкого, в которой содержались основные сведения по геодезии и астрономии.

3.4 Развитие геодезии в России

Применение геодезия и выполнение геодезии, работ в России относится к глубокой древности. Еще в 1068 по приказанию князя Глеба было измерено расстояние между городами Тамань и Керчь по льду Керченского залива. В сборнике законов Древней Руси “Русская Правда”, относящемся к 11-- 12 вв., содержатся постановления о земельных границах, которые устанавливались путём измерений на местности. Одна из первых карт Московского государства, т. н. “Большой чертёж”, время составления которой неизвестно (оригинал и сделанная в 1627 копия не сохранились), основывалась на маршрутных съёмках и опросных данных. В царствование Ивана IV служилые люди были обязаны производить съёмку и составлять описание тех местностей, куда они направлялись. Таким образом, был собран большой описательный и картографический материал для создания карт Московского государства и прилегающих к нему территорий.

Первые топографические съёмки в России были начаты в 1696 на р. Дон, а в 1715 на р. Иртыш. В 1718--1722 геодезисты И. М. Евреинов и Ф. Ф. Лужин выполнили топографические и географические работы на Камчатке и Курильских о-вах. В 1720 “для сочинения ланд-карт”, т. е. для топографических съёмок, геодезисты были направлены в губернии. Пётр I подчинил картографические работы непосредственно Сенату, подчеркнув тем самым их большое государственное значение. В 1720 была издана первая инструкция для ведения астрономо-геодезических работ в России. В 1725 была организована Петербургская академия наук, которая на первом же заседании обсуждала вопрос о сфероидичности Земли. В 1737 Академия рассматривала проект большого градусного измерения в России по меридиану для определения размеров Земли. В том же году впервые в России измерением базиса на льду Финского залива были начаты триангуляционные работы. Петербургская академия наук с самого начала своего существования и особенно после образования в ней География, департамента (1739), которым с 1758 руководил великий русский учёный М. В. Ломоносов, стала осуществлять общее руководство геодезическими и картографическими работами в России. Во 2-й четверти 18 в. был организован ряд астрономо-геодезических и географических экспедиций для съёмки и описания северных и восточных окраин России. По изданному в 1765 Екатериной П манифесту о генеральном межевании земель проводились геодезические работы по составлению планов землевладений, продолжавшиеся почти до середины 19 в. и доставившие материал для уточнения и составления уездных планов и карт 36 губерний страны. В 1766 в Петербурге было издано сочинение акад. С. Котельникова “Молодой геодез или первые основания геодезии...”, которое являлось одним из первых систематических руководств по геодезии на русском языке. В нём излагались теории и методы различных геодезических измерений и описывались угломерные и нивелирные инструменты. В 1779 в Москве была основана Межевая школа, которая в 1819 была преобразована в Землемерное училище, а в 1835 -- в Межевой институт, превратившийся в крупное учебное заведение по подготовке геодезистов.

3.5 Возникновение топографических карт и геодезических сетей

На рубеже 18 и 19 вв. возросли запросы и требования на топографические карты. Войны того периода показали значение и ценность топографических карт для военного дела. Во многих странах Европы были созданы военно-географические институты и военно-топографические управления, производившие основные астрономо-геодезические и съёмочные работы на территории своих государств и колоний. При выполнении этих работ совершенствовались методы и инструменты геодезических измерений. В 1-й половине 19 в. стал применяться теодолит с микроскопами-микрометрами, сильно повысивший точность измерения углов, и были сконструированы различные типы жезловых базисных приборов. К этому же времени относится разработка современных методов измерения углов в триангуляции.

В 1797 в России при Генеральном штабе армии было организовано Депо карт, которое в 1812 было преобразовано в Военно-топографическое депо, а в 1822 создан Корпус военных топографов (КВТ). Все основные астрономо-геодезические и топографические работы на территории России в 19 и в начале 20 вв. выполнялись этим учреждением, создавшим отечественную школу геодезии “Записки КВТ” (св. 70 томов), издававшиеся в течение почти 100 лет, являются замечательным памятником развития отечественной научной мысли в области геодезии.

В 1785 франц. учёный А. М. Лежандр ввёл понятие о потенциальной функции, положившее начало развитию теории потенциала и имеющее большое значение для геодезии, особенно в вопросах изучения фигуры Земли. В 1792--99 во Франции П. Мешен и Ж. Деламбр заново измерили дугу меридиана от Дюнкерка до Барселоны для установления длины метра как 1/10000000 доли четверти земного меридиана. По результатам этой работы был сделан первый достаточно достоверный вывод размеров земного эллипсоида. В начале 19 в. появилась теория ошибок и принцип наименьших квадратов, лежащий в основе современных методов обработки геодезических измерений. С начала 19 в. потребности геодезии вызвали развитие теории поверхностей и, в частности, теории отображения одной поверхности на другой.

В 1816 под руководством русского военного геодезиста К. И. Теннера было начато построение триангуляции в западных пограничных губерниях России, а в прибалтийских губерниях России -- градусное измерение по меридиану, которое возглавлялось известным астрономом В. Я. Струве. Эти работы имели очень большое значение в развитии теории геодезия и методов геодезических работ. Теннер впервые ввёл деление триангуляции на классы и наметил научные принципы её построения. Он сконструировал один из типов базисного прибора, который позволял измерять базисы с точностью до 1/300000. Струве разработал названный его именем способ измерения углов триангуляции, исследовал влияние рефракции на результаты измерения углов и создал наилучший для того времени базисный прибор, применявшийся в течение всего 19 в. Работы Струве и Теннера завершились в 1855. Было закончено измерение огромной дуги меридиана, простирающейся от устьев Дуная до берегов Ледовитого океана и имеющей протяжённость более 25° по широте. Это градусное измерение, называемое “дугой Струве”, которое являлось выдающейся работой по геодезии в 19 в. и для того времени имело наивысшую точность, оказало решающее влияние на развитие теорий и методов геодезических и астрономических работ во всём мире. Оно неоднократно использовалось и до сих пор не потеряло значения для определения размеров Земли.

В 1821--24 нем. учёный К. Ф. Гаусс в Ган-Новере выполнил градусное измерение по дуге меридиана протяжённостью около 2°. Он внёс усовершенствования в методы измерения углов и впервые применил для дневных наблюдений гелиотроп. В 1831--34 нем. астроном Ф. В. Бессель произвёл небольшое градусное измерение в Восточной Пруссии. Он сконструировал базисный прибор, основанный на принципе биметаллизма, применявшийся в Германии до начала 20 в. Гаусс и Бессель разработали новые способы решения геодезических задач на поверхности земного эллипсоида.

В 1836--37 В. Я. Струве, А. Н. Савич и др. определили разности уровней Азовского и Каспийского морей. При этом отечественные учёные усовершенствовали метод геодезического нивелирования и разработали один из методов базисной полигонометрии. Для развития теорий и методов геодезических и астрономических работ во всём. мире выдающееся значение имела деятельность организованной в 1839 Пулковской астрономической обсерватории, которая вплоть до первой мировой войны являлась центром научного руководства этими работами в России. Два способа, разработанные русскими геодезистами, получили общее признание в астрономических работах на пунктах градусных измерений и при определениях положений опорных пунктов для топографических съёмок. Это способ определения времени, предложенный Н. Я. Цингером в 1874, и способ определения 'широты из астрономических наблюдений, предложенный М. В. Певцовым в 1887. Русский астроном О. А. Баклунд и др. в 1888 выполнили первое исследование базисного прибора Едерина, который стал применяться в России значительно раньше, чем в других странах.

Кроме “дуги Струве”, в 1848--58 на территории России были осуществлены градусные измерения по параллели 48° от Кишинёва до Астрахани протяжённостью около 20° и в 1861--70 по параллели 52° от западных границ до Орска протяжённостью около 39° по долготе. По результатам этих градусных измерений А. М. Жданов в 1893 произвёл одно из известных определений размеров земного эллипсоида. В 1859 русскими военными геодезистами был разработан и применялся метод нивелир-теодолитных работ, который в 1871 был заменён методом геометрического нивелирования. Творческое развитие многих теоретических и методических вопросов принадлежит отечественным геодезистам -- И. И. Померанцеву, Д. Д. Гедеонову и др. Они предложили нивелир с уровнем при трубе, исследовали земную рефракцию, влияние её на результаты нивелирования и создали оригинальные теории этого явления. В 19 в. трудами КВТ были созданы топографические карты многих пограничных районов России в масштабе 1 и 2 версты в дюйме, 3-вёрстная карта Западной России, 10-вёрстная карта Европейской России и Западной Сибири и др. Эти карты принесли отечественным геодезистам и картографам мировую славу и долгое время использовались при решении различных хозяйственных задач и в военном деле.

В 1828 Гаусс предложил принять за математическую поверхность Земли уровенную поверхность потенциала силы тяжести, совпадающую с средним уровнем моря. К середине 19 в. на основе градусных измерений был выполнен ряд определений размеров земного эллипсоида. Обнаружившиеся в этих выводах большие разногласия, необъяснимые ошибками измерений, вызвали дальнейшую разработку вопроса о фигуре Земли. Русский военный геодезист Ф. Ф. Шуберт в 1859 впервые высказал мысль о возможной трёхосности Земли и определил размеры трёхосного земного эллипсоида. Изучение этих разногласий показало, что фигура Земли имеет сложный вид и не может быть точно представлена какой-нибудь геометрической фигурой. Отсюда возникло понятие о геоиде, введённое нем. физиком Листингом в 1873, и наметились методы изучения фигуры геоида по результатам астрономо-геодезических и гравиметрических измерений. К 1888 русский геодезист Ф. А. Слудский создал оригинальную теорию фигуры Земли и обосновал один из методов её изучения. Померанцев разработал свой метод изучения местной фигуры геоида и в 1897 применил его к исследованию геоида в Ферганской долине.

В середине 19 в. исследование наблюдённых уклонений отвеса показало, что они по величине значительно меньше теоретически ожидаемых влияний видимых неправильностей распределения притягивающих масс. Это привело геодезистов к мысли, что горы и впадины, т. е. кажущиеся избытки и недостатки видимых масс, уравновешены соответственным уменьшением и увеличением плотности нижележащих масс и что земная кора находится в состоянии особого равновесия, называемого изостатическим. Отсюда возникла теория изостазии, являющаяся одной из геофизических теорий о строении земной коры. В 60-х Геодезия русский учёный Б. Я. Швейцер по наблюдённым уклонениям отвеса вблизи Москвы открыл гравитационную аномалию. Исследованиями сотрудников Межевого института и Московского ун-та, произведёнными под руководством Швейцера, были установлены неправильности в строении земной коры около Москвы. При этом впервые были разработаны методы изучения строения земной коры по результатам астрономо-геодезических и гравиметрических измерений.

К концу 19 в. и в течение 1-й половины 20 в. работы по построению астрономо-геодезических сетей и гравиметрической съёмке охватили значительные территории многих стран мира. Одновременно с этим продолжалось дальнейшее развитие теорий геодезии и методов геодезических работ. К концу 19 в. наметились принципы и методы обработки астрономо-геодезических сетей и вывода размеров земного эллипсоида из обработки этих сетей. С конца 19 в. методы геодезии и геодезических работ стали использоваться для решения различных инженерных задач, а также для изучения движений земной коры и выяснения её внутреннего строения. В годы первой мировой войны (1914-- 1918) для топографических съёмок начали пользоваться аэросъемкой, получившей в дальнейшем широкое развитие. К середине 20 в. для измерения расстояний начали применяться новые физико-технические методы, основанные на интерференции света и интерференции радиоволн.

3.6 Развитие геодезии в СССР

После Великой Октябрьской социалистической революции наступила новая эпоха развития геодезии и геодезических работ в нашей стране. По декрету СП К РСФСР от 15 марта 1919, подписанному В.И. Лениным, было создано Высшее геодезическое управление при ВСНХ, преобразованное в Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР, являющееся теперь основным учреждением государственной геодезической службы в СССР. После организации государственной геодезической службы в СССР возникли геодезические институты и средние технические учебные заведения, выпускающие инженеров и техников по всем видам геодезических работ. В конце 1928 в Москве был организован Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъёмки и картографии, превратившийся впоследствии в крупнейший центр развития научной мысли в области геодезических знаний.

В годы Советской власти основные геодезические работы и топографические съёмки на территории СССР развернулись на основе новых программных установок, принятых с учётом их значения для народного хозяйства страны и для решения важнейших научных проблем геодезии. В ходе развития геодезических работ в СССР непрерывно совершенствовались теории и методы геодезии и складывалась самобытная советская геодезическая наука, достигшая выдающихся успехов, которые выдвинули её на первое место в мире.

Работы по созданию государственной триангуляции СССР выполнялись по стройной схеме и научно обоснованной программе, предложенной в 1928 советским геодезистом Ф. Н. Красовским, которая предусматривала построений современной астрономо-геодезические сети и после её уточнения получила описанное выше содержание. Все геодезические измерения и астрономические определения в триангуляции производились современными методами и инструментами, обеспечивающими полную однородность и высокую точность результатов на всём её протяжении. В настоящее время государственная триангуляция СССР по стройности построения и точности измерений является лучшей в мире. Были разработаны строгие методы уравнивания и оценки точности рядов и сетей триангуляции (Ф. Н. Красовский, А. С. Чеботарёв, И. Ю. Пранис-Правевич и др.). Изобретены новые методы создания опорных сетей (В. В. Данилов, А. И. Дурнев и пр.) и обработки полигонометрии отдельно и совместно с триангуляцией. Методы измерения базисов и базисный прибор Э. Едерина были значительно усовершенствованы. Для определения длин и исследования мерных проволок этого прибора в Москве построен компаратор. В годы Советской власти освоено получение инвара и изготовление инварных мерных проволок с желательными коэффициентами теплового расширения, а также разработан термоэлектрический метод определения этих коэффициентов (А. С. Юркевич, Б. А. Ларин и др.). Создана строгая теория подвесных мерных приборов. Изучена проблема измерения длин мерных приборов методом интерференции света и разработаны оригинальные принципы устройства интерференционных компараторов стационарного и переносного типов.

Усовершенствованы методы точного измерения углов и рассмотрены вопросы об ослаблении влияния рефракции на результаты угловых измерений. Изучены общие закономерности влияния больших полей рефракции на точность астрономо-геодезической сети (Б.Н. Рабинович). Советские геодезисты успешно решили труднейшие вопросы математической обработки геодезия, измерений на больших территориях. Ф. Н. Красовский и Н. А. Урмаев разработали способы уравнивания больших астрономо-геодезических сетей. Ф. Н. Красовский выяснил несовершенство метода развёртывания и обосновал строгий принцип проектирования астрономо-геодезической сети на поверхность принятого эллипсоида.

За годы Советской власти работы по созданию основной нивелирной сети развивались на основе повышенных требований в отношении их точности. Для повышения точности нивелирных работ усовершенствованы методы нивелирования, а также изучены источники ошибок. Разработаны вопросы об оценке точности результатов нивелирования и методы уравнивания нивелирных сетей.

Создана промышленность, выпускающая астрономо-геодезические инструменты, аэросъёмочную аппаратуру и фотограмметрические приборы. В СССР сконструированы и выполняются высокоточные инструменты для угловых измерений, астрономических наблюдений и нивелирных работ. Изобретены и изготовляются новые типы дальномеров, позволяющие измерять линии на местности до 1 км с ошибкой не более 1 : 1000 их длины (В. А. Белицын и др.), а также автоматические и полуавтоматические приборы для определения координат и высот точек местности (Геодезия Ю. Стодолкевич и др.).

Советскими геодезистами разработаны новые методы решения геодезических задач на поверхности эллипсоида при неограниченно больших расстояниях между опорными пунктами (А. М. Вировец и др.). В СССР с 1928 применяется система прямоугольных координат в проекции Гаусса, теория которой в исследованиях советских геодезистов получила исчерпывающую разработку. Для вычисления геодезических и прямоугольных координат созданы фундаментальные таблицы геодезических величин.

С 1932 по постановлению Совета Труда и Обороны началась общая гравиметрическая съёмка территории СССР и прилегающих морей. Развитие гравиметрических работ в СССР способствовало созданию новых методов решения научных и практических задач геодезии. М. С. Молоденский предложил методы интерполирования наблюдённых астрономо-геодезических уклонений отвеса с учётом нелинейной части их изменения по гравиметрическим данным и обосновал метод астрономо-гравиметрического нивелирования, являющийся теперь лучшим методом изучения фигуры геоида. В результате исследований А. А. Михайлова, М. С. Молоденското и др. сложился новый раздел геодезических знаний -- геодезическая гравиметрия, рассматривающая теории и методы изучения фигуры Земли и решения др. задач геодезии путём совместного использования астрономо-геодезических и гравиметрических данных.

В СССР работы по триангуляции, нивелированию и гравиметрической съёмке получили широкое развитие. К 1950 протяжённость рядов триангуляции I класса составила около 75000 км, причём по этим рядам определено около 800 пунктов Лапласа. Протяжённость линий нивелирования I и II классов достигает 150000 км. Общее количество гравиметрии, определений составляет 20000. В пределах значительной части территории СССР созданы сплошные сети триангуляции. Результаты этих работ, явившиеся выдающимся событием 20 в. в области геодезии, не имеют себе равных в мире. Они представляют огромный и ценнейший материал для изучения фигуры Земли в отношении вида и размеров, а также для решения других научных проблем.

По градусным измерениям СССР и других стран Ф. Н. Красовский и его ученики определили новые размеры Земли, более обоснованные, чем ранее имевшиеся. Результаты этих исследований послужили для установления размеров земного эллипсоида, удовлетворяющего требованиям геодезических и картографических работ, проводимых в СССР. Позднее А. А. Изотов определил элементы ориентировки земного эллипсоида в теле Земли для установления исходных геодезических дат СССР, а М. С. Молоденский выполнил исследование фигуры геоида в пределах более половины территории СССР. В 1942--45 под руководством Д. А. Ларина было произведено общее уравнивание образовавшейся к тому времени астрономо-геодезической сети СССР методом проектирования. В 1946 завершена работа по упорядочению всей государственной опорной геодезической сети СССР и введению единой системы координат и высот. Все эти исследования и работы явились первым в мире опытом проведения такого рода научных мероприятий в области геодезии. Они создали необходимые основы для правильной постановки всех видов геодезических работ на территории СССР.

Топографические съёмки и картографические работы в СССР развивались по общему государственному плану и в тесной связи с нуждами народного хозяйства и обороны страны. Проведение таких крупнейших народнохозяйственных мероприятий, как создание угольно-металлургической базы на Урале и в Зап. Сибири, нефтяной базы между Волгой и Уралом, сопровождалось сложным комплексом геодезических и съёмочных работ. С 1925 в топографических съёмках стала применяться аэрофотосъёмка, которая ныне является наиболее совершенным методом картографирования территории и изучения земной поверхности в различных хозяйственных и инженерных целях. Методы аэросъёмки и фотограмметрической обработки аэроснимков, а также фотограмметрические приборы разработаны советскими учёными (Ф. В. Дробышев, М. Д. Коншин, Г. В. Романовский).

В 1945 завершилась работа по созданию многолистной государственной топографической карты всей территории СССР в масштабе 1 : 1000 000. Эта карта является крупнейшим картографическим произведением, подводящим итоги географического изучения Советского Союза и служащим основой для составления различных специальных карт (геологических, почвенных, геоботанических и др.). Выполняется работа по составлению топографических карт территории СССР в различных масштабах, в основе которых лежат громадные астрономо-геодезические и аэросъёмочные работы, осуществлённые за годы Советской власти.

Развитие геодезии в СССР ознаменовалось постановкой и решением таких крупнейших научных проблем и практических задач, которые никогда не ставились в других странах. Область геодезических знаний занимает теперь видно место в культурном и хозяйственном строительстве.

4. Развитие геодезии

Государственные геодезические сети, современное состояние и перспективы развития

В основе развития всех направлений геодезии лежит построение системы координат и опорных геодезических сетей, являющихся физической реализацией систем координат на поверхности Земли. Поэтому, в соответствии с ФЗ «О геодезии и картографии», работы по построению и развитию государственных геодезических сетей относятся к работам федерального назначения.

Современное состояние процесса создания государственной геодезической сети новой структуры

В настоящее время работы по созданию государственной геодезической сети новой структуры ведутся в соответствии с планами Федеральной целевой программы «Глобальная навигационная система», подпрограммы 4 « Создание высокоэффективной системы геодезического обеспечения Российской Федерации», (далее ФЦП ГЛОНАСС). В соответствии с этими планами к 2012 году должны быть выполнены работы по совместному уравниванию спутниковой геодезической сети новой структуры и традиционной геодезической сети триангуляции и полигонометрии 1-4 классов и подготовлены каталоги координат пунктов ГГС. Таким образом, по результатам этой работы вся совокупность пунктов ГГС (более 300 тысяч пунктов) будет являться физической реализацией двух систем координат: уточнённой версии системы СК-95 и национальной высокоточной геоцентрической системы координат.

Однако в условиях происходящего сейчас реформирования отрасли существуют опасения, что этот естественный процесс развития государственной геодезической сети может быть нарушен. Во всяком случае, с июля месяца этого года по настоящее время ни одно мероприятие подпрограммы 4 ФЦП ГЛОНАСС не профинансировано. Будем надеяться, что со временем всё встанет на свои места и развитие государственной геодезической сети пойдёт по намеченным планам.

В соответствии с этими планами спутниковая геодезическая сеть включает в себя построения трёх уровней. На высшем уровне находится фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС) пунктов постоянных наблюдений ИСЗ ГНСС ГЛОНАСС, GPS, а в перспективе и ГАЛЛИЛЕО. Среднее расстояния между пунктами ФАГС составляют порядка 1.5 тысяч километров. В настоящее время эта сеть включает в себя 38 пунктов, из них 28 пунктов открытого пользования. Данные наблюдений с этих пунктов, в конечном счёте, формируют основу национальной геоцентрической системы координат и одновременно служат для определения точных эфемерид ИСЗ ГЛОНАСС. Точность взаимного положения пунктов ФАГС составляет порядка 1-2 сантиметров. В перспективе, с отработкой технологий учёта геодинамических эффектов, эта точность будет повышаться.

На следующей ступени спутниковой ГГС находится высокоточная спутниковая геодезическая сеть (ВГС). Среднее расстояние между пунктами ВГС составляет порядка 300-500 км. Точность взаимного положения 2-3 см. Общее количество пунктов ВГС к настоящему моменту составляет порядка 250 пунктов.

На третьей ступени спутниковой ГГС находится спутниковая геодезическая сеть 1-го класса (СГС-1). Среднее расстояние между пунктами СГС-1 составляет порядка 30 км, точность взаимного положения 2-3см. К настоящему времени сеть СГС-1 насчитывает порядка 2 000 пунктов. Использование слова «порядка» связано с тем, что спутниковые сети находятся в состоянии развития и на данный момент невозможно определить точное количество пунктов в них. Для сохранения потенциала традиционной ГГС 1-4 классов каждый пункт ФАГС и ВГС связан с двумя пунктами триангуляции 1-4 классов, и каждый третий пункт СГС-1 совмещён или связан также с пунктами триангуляции. Эти связи и обеспечат нам совместное уравнивание спутниковой и традиционной геодезических сетей.

5. Перспективы развития государственной геодезической сети

В состав сети ФАГС входят, как уже было сказано, 28 пунктов открытого пользования постоянных наблюдений ИСЗ ГЛОНАСС, из них 9 пунктов Роскартографии (ныне Росреестра), а также пункты СДКМ Роскосмоса, пункты Российской академии наук (РАН), в том числе три пункта РСДБ, и пункты Ростехрегулирования. Функционирование этих пунктов ФАГС обеспечивается по согласованной программе на основе соглашений о взаимодействии Роскартографии с Роскосмосом, РАН и Ростехрегулированием.

Современные требования к точности систем координат обуславливают необходимость учитывать изменения координат во времени, связанные с влиянием глобальных геодинамических процессов. Именно поэтому в публикациях списка координат современных реализаций геоцентрической системы координат ITRF указывается год реализации, направления и скорости изменений положения геодезических пунктов. В среднем по Земле скорость изменений координат геодезических пунктов составляет 3 см в год. Например, за 10 лет координаты геодезических пунктов Австралии изменились на 56 см относительно 1999года. Поэтому при построении национальной геоцентрической системы координат России необходимо учитывать все эти факторы.

Процесс построения государственной системы координат в современных условиях не может являться единовременным актом. При современных требованиях к точности координат и условиям функционирования пунктов государственной геодезической сети, являющейся физической реализацией системы координат на поверхности Земли, создание системы координат является постоянным процессом, включающим выполнение целого комплекса мероприятий по её поддержанию и развитию.

При современном техническом уровне измерительных средств постоянно действующие пункты ФАГС, по существу, являются стационарными астрономо-геодезическими обсерваториями. Оборудование этих пунктов представляет собой целый комплекс прецизионной аппаратуры: стандартов частоты, метеодатчиков, аппаратуры слежения за локальными деформациями земной коры в районе расположения обсерватории и стабильностью положения пункта, на котором размещаются антенны, и т.д.

При условии успешного выполнения планов мероприятий ФЦП к 2011 году будет создана геоцентрическая система координат России, по уровню точности не уступающая международной системе координат ITRF, являющейся в настоящее время наиболее точной реализацией общеземной системы координат ITRS. Принципы ориентации такой системы координат в теле Земли определены международной Ассоциацией геодезии, членом которой является и Россия.

Использование системы координат СК-95 следует рассматривать как основу системы цифрового картографирования и упорядочивания процессов использования местных систем координат. В прошлом такой основой являлась система координат СК- 42 (за исключением некоторых городских систем). В этом состоит основная причина всех недоразумений на стыках разных местных систем координат. Имеется достаточно большое количество картографических материалов крупных масштабов, созданных в местных системах координат.

При построении системы координат СК-95 координаты каждого пункта ГГС в системе координат СК-42 получили поправки из уравнивания. Наличие этих поправок во многом обеспечит решение проблем местных систем координат. В ЦНИИГАиК и МИИГАиК также ведутся разработки технологий и методов решения проблем местных систем координат на основе использования СГС-1 и ГГС 1-4 классов в системе координат СК-95.

Что касается вопроса сетей сгущения, то развитие спутниковых технологий приводит к резкому сокращению необходимого количества сетей сгущения и специальных геодезических сетей. Развитие методов RTK в различных его модификациях обеспечивает выполнение различного рода геодезических работ без использования густой сети опорных пунктов. Кстати, одним из аргументов при выборе оптимального расстояния между пунктами СГС-1 был, в том числе, и тот, что расстояние между базовыми станциями 30 км является оптимальным при реализации сетевой структуры метода RTK. Следует также учитывать, что дальнейшее развитие ГНСС (сверхбыстрые эфемериды, создание новых ГНСС ГАЛЛИЛЕО и КОМПАСС, совершенствование ПМО и пр.) в перспективе обеспечит точные автономные методы определения координат (без использования локальных и даже региональных базовых дифференциальных станций). Это, в свою очередь, приведёт к ещё большему сокращению необходимого числа специальных геодезических сетей и сетей сгущения.

Заключение

В данной курсовой работе нами были рассмотрено становление такой значимой науки для общества, как геодезии. Геодезия - очень важная наука, применяемая в различных областях и необходимая при выполнении различного рода задач для других областей. К примеру, данные, извлекаемые со спутников Земли, применяются не только в географии. Невозможно не отметить тот факт как данная наука развивалась в России, так и в мире.

В дальнейшем было рассмотрено и изучено дальнейшее ее развитие, а именно - перспективы развития геодезии. Учитывая материал курсовой работы, можно наблюдать, как происходило изменение геодезии во времени. А в настоящее время непосредственное влияние на развитие и становление данной науки влияют информационные технологии.

Список литературы

1. Маслов А.В., Гордеев А. В., Батраков Ю.Г. Геодезия . - М.:КолосС, 2006.

2. Захаров А. И. «Геодезические приборы» - Москва «Недра», 1989.

3. Маслов А.В., Гордеев А. В., Батраков Ю.Г. Геодезия . - М.:КолосС, 2006.

4. Кузнецов П. Н. Геодезия. - М.: Недра, 2003.

5. Маслов А. В., Юнусов А. Г., Горохов Г. И. Геодезические работы при землеустройстве. - М.: Недра, 1990.

6. Лысов А.В., Павлов А. П., Шиганов А. С. Геодезия. Методические указания по изучению дисциплины: Саратов, ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н. И. Вавилова». 2007.