Современная геодезия ч.2

Геодезия

Это средство проведения относительно крупномасштабных, точных измерений земной поверхности. Она включает в себя определение данных измерений, приведение и интерпретацию данных в пригодную для использования форму и, наоборот, установление относительного положения и размера в соответствии с заданными требованиями к измерениям. Таким образом, геодезия выполняет две сходные, но противоположные функции: (1) Определение существующего относительного горизонтального и вертикального положения, например того, которое используется в процессе картографирования, и (2) установление отметок для контроля за строительством или для указания границ земельного участка.

Геодезия была важным элементом в развитии человеческой среды на протяжении стольких веков, что ее важность часто забывается. Это обязательное требование при планировании и осуществлении практически всех видов строительства. Геодезия была необходима на заре истории, и некоторые из наиболее значительных научных открытий никогда не были бы осуществлены, если бы не вклад геодезии. Его основные современные виды применения находятся в области транспорта, строительства, распределения земли и коммуникаций.

За исключением незначительных деталей техники и использования одного или двух небольших ручных инструментов, геодезия во многом одинакова во всем мире. Эти методы являются отражением инструментов, производимых главным образом в Швейцарии, Австрии, Великобритании, Соединенных Штатах, Японии и Германии. Инструменты, сделанные в Японии, похожи на те, что сделаны на Западе.

История

Вполне вероятно, что геодезия берет свое начало в Древнем Египте. Великая Пирамида Хуфу в Гизе была построена около 2700 года до нашей эры, 755 футов (230 метров) в длину и 481 фут (147 метров) в высоту. Его почти совершенная прямоугольность и ориентация с севера на юг подтверждают способность древних египтян к съемке местности .

В плодородных долинах и равнинах рек Тигр, Евфрат и Нил были найдены свидетельства существования той или иной формы межевания уже в 1400 году до н. э. Глиняные таблички шумеров показывают записи об измерении земли и планы городов и близлежащих сельскохозяйственных районов. Сохранились межевые камни, обозначающие земельные участки. На стене гробницы в Фивах (1400 год до н. э.) есть изображение измерения земли, изображающее головных и задних цепных людей, измеряющих зерновое поле с помощью того, что кажется веревкой с узлами или метками через равные промежутки времени. Показываются и другие лица. Двое из них принадлежат к высокому сословию, судя по их одежде, вероятно, земельный надзиратель и инспектор пограничных камней.

Есть некоторые свидетельства того, что в дополнение к отмеченному шнуру египтяне использовали деревянные стержни для измерения расстояния. Нет никаких записей о каких-либо углоизмерительных приборах того времени, но там был уровень, состоящий из вертикальной деревянной рамы а с отвесом, поддерживаемым на вершине а так, что его шнур свисал мимо индикатора, или индекса, на горизонтальной перекладине. Индекс можно было бы правильно разместить, поставив устройство на две опоры примерно на одной высоте, отметив положение шнура, перевернув букву А и сделав аналогичную отметку. На полпути между этими двумя отметками было бы правильное место для указателя. Таким образом, с помощью своих простых устройств древние египтяне могли измерять площади суши, заменять углы собственности, утраченные, когда Нил покрывал маркеры илом во время наводнений, и строить огромные пирамиды с точными размерами.

Греки использовали форму логарифмической линии для записи расстояний, проходящих от точки к точке вдоль побережья, совершая свои медленные путешествия от Инда до Персидского залива около 325 года до н. э. Магнитный компас был привезен на Запад арабскими торговцами в 12 веке нашей эры. Астролябия была введена греками во 2-м веке до нашей эры. Прибор для измерения высот звезд или их угла возвышения над горизонтом имел форму градуированной дуги, подвешенной на ручном шнуре. Вращающийся указатель, который двигался над градациями, был направлен на звезду. Этот прибор не использовался для морских съемок в течение нескольких столетий, оставаясь лишь научным пособием.

Греки также, возможно, придумали использование грома, устройства, используемого для установления прямых углов, но римские геодезисты сделали его стандартным инструментом. Он был сделан из горизонтального деревянного креста, повернутого посередине и поддерживаемого сверху. С конца каждой из четырех рук свисал отвесный Боб. Прицелившись поочередно вдоль каждой пары отвесных шнуров, можно было установить правильный угол. Устройство можно было бы настроить на точный прямой угол, наблюдая за тем же углом после поворота устройства примерно на 90°. Если сдвинуть один из шнуров так, чтобы он занимал половину погрешности, получится идеальный прямой угол.

Около 15 лет до нашей эры римский архитектор и инженер Витрувий установил большое колесо известной окружности в небольшой раме, во многом так же, как колесо устанавливается на тачке; когда его толкали по земле вручную, он автоматически бросал камешек в контейнер при каждом обороте, давая меру пройденного расстояния. Это был, по сути, первый одометр.

Уровень воды состоял либо из желоба, либо из трубы, повернутой вверх на концах и заполненной водой. На каждом конце был прицел, сделанный из пересекающихся горизонтальных и вертикальных щелей. Когда они были выстроены чуть выше уровня воды, прицел определил линию уровня, достаточно точную, чтобы установить Градусы римских акведуков. При прокладке своей великой дорожной системы римляне, как говорят, использовали плоский стол. Он состоит из чертежной доски, установленной на треноге или другой устойчивой опоре, и прямой линии—обычно с прицелами для точного прицеливания (alidade) к объектам, которые будут нанесены на карту,—вдоль которых проводятся линии. Это было первое устройство, способное регистрировать или устанавливать углы. Более поздние приспособления плоского стола были снабжены магнитными компасами.

Плоские таблицы использовались в Европе в XVI веке, и принцип графической триангуляции и пересечения практиковался геодезистами. В 1615 году виллеброр Снелл, голландский математик, измерил дугу меридиана с помощью инструментальной триангуляции. В 1620 году английский математик Эдмунд Гюнтер разработал геодезическую цепь, которая была заменена только стальной лентой, начавшейся в конце XIX века.

Изучение астрономии привело к разработке приборов для считывания углов, которые были основаны на дугах больших радиусов, что делало такие приборы слишком большими для использования в полевых условиях. С изданием логарифмических таблиц в 1620 году появились портативные угломерные приборы. Они назывались топографическими инструментами, или теодолитами. Они включали поворотные рычаги для прицеливания и могли использоваться для измерения как горизонтальных, так и вертикальных углов. Возможно, на некоторых из них были установлены магнитные компасы.

НОНИУС, вспомогательная шкала, позволяющая получать более точные показания (1631), микрометрический микроскоп (1638), телескопические прицелы (1669) и спиртовые уровни (около 1700) были включены в теодолиты примерно к 1720 году. Стадийные волосы были впервые применены Джеймсом Уоттом в 1771 году. Примерно в 1775 году было разработано устройство для деления окружности на градусы с большой точностью, которое принесло один из самых больших успехов в геодезических методах, поскольку оно позволило производить измерения угла с помощью портативных приборов гораздо более точно, чем это было возможно ранее.

Можно сказать, что современная геодезия началась в конце XVIII века. Одним из наиболее заметных ранних подвигов землемеров было измерение в 1790-х годах меридиана от Барселоны (Испания) до Дюнкерка (Франция) двумя французскими инженерами Жаном Деламбром и Пьером меланом, чтобы установить основную единицу измерения метрической системы.

Многие усовершенствования и уточнения были включены во все основные геодезические инструменты. Это привело к повышению точности и скорости операций и открыло возможности для совершенствования методов в полевых условиях. В дополнение к модификации существующих приборов были введены два революционных картографических и геодезических изменения: фотограмметрия, или картографирование по аэрофотоснимкам (около 1920 года), и электронное измерение расстояния, включая принятие лазера для этой цели, а также для выравнивания (в 1960-х годах). Важные технологические достижения, начавшиеся в конце 20-го века, включают использование спутников в качестве опорных точек для геодезических съемок и электронных вычислительных машин для ускорения обработки и записи данных съемки.