Что такое геодезия: история развития и основные направления

На протяжении всей своей истории человек исследует окружающий его мир. Со временем простые наблюдения переросли в целые научные дисциплины, которые развивались сотни, а то и тысячи лет. Геодезия относится к наиболее древним из них. Попробуем же выяснить, что она изучает и где востребована больше всего.

Что же такое геодезия?

Само слово геодезия можно перевести с древнегреческого как «деление земли». Данная дисциплина занимается изучением земной формы, ее внешнего гравитационного поля, а также параметров вращения и их изменений во времени.

Разработка новых методов изучения поверхности Земли и ее отображения на картах и планах входит в число основных задач геодезии. Немаловажную роль играет и ее технологический аспект, суть которого заключается в получении координат и составлении из них единых систем, используемых в самых разных сферах человеческой деятельности.  Геодезия – точная наука, поэтому тесно связана с математикой, астрономией и физикой.

Геодезия как неотъемлемая часть истории

Зародилась геодезия тысячи лет назад и до нас дошло множество археологических свидетельств того, что во многих развитых в тот период государствах создавались карты и планы географического и экономического характера.

Более точное ее определение смог дать Аристотель в IV веке до н.э. в своем знаменитом труде «Метафизика», а знаменитые слова Платона «Боги любят геометрию», несомненно, подчеркивают важность геометрии и геодезии в жизни древнего общества.

Немало для развития этой науки также сделал Пифагор, который предположил шарообразную форму Земли и Коперник, научно подтвердивший его теорию. Великие географические открытия, промышленная революция и последующий за ними технический прогресс окончательно сформировали ее сегодняшний облик.

Однако трудно сказать, откуда именно она берет свое начало. Вероятнее всего, с того самого момента, когда человек осознал, что пространство и время, в котором он существует, должно быть ориентировано. Необходимость в делении земли также могло появиться с развитием аграрной деятельности.

Геодезия в России

Первые геодезические работы в России датируются примерно Х веком. Сборник законов «Русская Правда», выпущенный между XI-XII веками, постановил определять границы участков посредством натурных измерений. В XVI веке создается Большой чертеж – одна из первых карт Московского государства. При ее разработке использовались маршрутные съемки и опросные данные.

Нельзя не упомянуть и открытие Петром I астрономической обсерватории и Школы математических и навигационных наук в 1701 году. Он также подчинил Сенату проведение всех топографических изысканий, а в 1765 году выходит манифест о генеральном межевании и создании планов землевладений.

Окончательно сформировать геодезическую отрасль в России удалось после Октябрьской революции и периода СССР. Еще при В.И. Ленине начали открываться управления геодезии и картографии, регулировавшие их деятельность на государственном уровне.

Были организованы масштабные съемки, которые помогли решить множество научных вопросов и практических геодезических задач. В других странах они даже не рассматривались. Это поспособствовало активному развитию землеустройства, строительства городов, а также промышленных объектов.

Основные задачи

Абсолютно закономерно, что геодезия сегодня представляет собой достаточно разностороннюю дисциплину, без которой не обходится ни одна экономическая и хозяйственная отрасль.

Примерно в XVIII веке был сформирован ключевой принцип геодезии «от общего к частному», но его повсеместное распространение началось лишь в XIX веке. Он же стал основой для триангуляции – метода построения единой сети опорных геодезических пунктов с установленными координатами.

К ее главным практическим задачам можно отнести:

1. Создание пунктов государственной геодезической сети (ГГС) в единой координатной системе
2. Выполнение топосъемки и других поверхностных измерений с целью создания планов, карт и прочих графических материалов на основе их результатов.
3. Геодезическое обеспечение строительной деятельности.
4. Определение деформационных процессов грунта (просадки, сдвигов и крена конструкции сооружения).
5. Изучение процессов смещения тектонических плит.
6. Маркшейдерские работы (строительство подземных сооружений, разведка месторождений полезных ископаемых и т.д.).
7. Обеспечение навигации для автомобилей, самолетов, судов и других транспортных средств.

Направления и разделы геодезии

Как и любая другая область человеческой деятельности геодезия постоянно развивалась, что привело к ее разделению на отдельные направления, которые занимаются решением определенных задач. К основным разделам геодезии относятся:

• инженерная (практическая);
• топография (элементарная геодезия или низшая);
• картография;
• высшая (теоретическая);
• маркшейдерия;
• военная и морская;
• фотограмметрия, гравиметрия и т.д.

Инженерная геодезия: что это такое и в каких сферах применяется

Именно посредством изысканий можно получить достоверную информацию о параметрах земной поверхности. Проводятся они с целью составления карт, планов, а также профилей земельных участков, площадок и трасс.

На основе данных, полученных в результате проведения инженерно-геодезических изысканий, можно спроектировать ход развития будущих строительных работ. Их выполнение подразумевает использование специального измерительного оборудования:

• теодолита;
• нивелира;
• электронного тахеометра;
• GPS-приемника;
• светодальномера, рулетки и т.д.

Выбор оборудования обусловлен в первую очередь требованиям к точности измерений. Рассмотрим конкретней, какие же задачи выполняет геодезия в строительстве, маркшейдерии, землеустройстве, а также картографии и топографии.

Строительство

Применение геодезии в строительстве происходит практически на всех его этапах. Она используется для выноса проекта в натуру, разбивки осей здания или сооружения, а также для составления генерального плана. К основным видам геодезических изысканий, используемых на сегодняшний день в строительстве, относят:

1. Топографо-геодезические работы. Съемка местности и составление ее плана в определенном масштабе.
2. Разбивочные работы. Создание единой системы геодезических знаков с известными координатами, которые закреплены к пунктам ГГС. Сохраняются на протяжении всего периода строительства и позволяют проконтролировать их качество.
3. Исполнительная съемка. Проводится в течение всего строительства для того, чтобы осуществить контроль над соответствием возводимой конструкции ее проекту. Выполнение этих работ по геодезии необходимы для изготовления итоговой строительной документации (акты приема-передачи и т.д.).
4. Мониторинг за деформацией и смещаемостью конструкции. Проводится во время строительства и после его завершения. Помогает своевременно выявить следующие деформационные процессы:

• крен или прогиб фундамента;
• осадку здания;
• отклонение конструктивных элементов сооружения от монолита и т.д.

Также геодезистами осуществляется наблюдение за тем, как возведенное здание влияет на соседние строения и наоборот.

5. Съемка подземных сетей. Проводится с целью определения местоположения и характеристик всех подземных коммуникаций (колодцев, дренажных систем, коммуникаций и т.д.), а также их пересечения с другими инженерными объектами.

Важно провести съемку подземных сетей до того, как они будут скрыты из видимости в процессе строительных работ. Это позволит избежать их повреждений во время ремонта или возведения новых сооружений, а также поможет определить их точное местоположение.

Маркшейдерия

Маркшейдерия представляет собой раздел горной науки и тесно связана не только с математикой и физикой, но также геологией, гидрологией и геоморфологией. Ее также принято называть «подземной геодезией», поскольку она сопровождается выполнением аналогичных процедур, но только не на земле, а под ней.

Эта дисциплина связана с горным производством и геодезическими научными дисциплинами. На основе проведенных измерений и обработки их результатов определяется структура месторождения полезных ископаемых в недрах Земли, наличия в них полезных и вредных компонентов, а также свойств породы.

Маркшейдер осуществляет полный контроль над процессами строительства шахт, метро и других подземных сооружений с соблюдением их проектных параметров. Надзор за их деформацией также является неотъемлемой частью его работы.

Картография, топография и фотограмметрия

Картография – наука, исследующая явления природы и общества с целью их отображения на карте. Кроме того, она осуществляет разработку новых методов создания картографического материала и его использования в человеческой деятельности. Достаточно тесно связана с геодезией, географией и топографией.

Результаты натурных измерений, знаний о математических параметрах Земли и координат в картографии используются как основа для составления карт в различных картографических проекциях.

Топографию можно охарактеризовать как дисциплину, изучающую земную поверхность и ее элементы с целью их подробного отображения на плоскости. К числу ее основных задач можно отнести:

• разработку методов создания топокарт и улучшение существующих;
• создание новых способов отображения местности;
• совершенствование правил пользования топокартами;
• решение прочих задач научного и практического характера.

Благодаря техническому прогрессу активно развивается и фотограмметрия – научно-техническая дисциплина, которая занимается изучением и разработкой способов определения метрических параметров объектов с помощью их фотографического изображения. В специализированном программном модуле “Granulometric” ГИС ГЕОМИКС существует возможность определения размера естественной отдельности пород в массиве и оценки кусковатости взорванной горной массы по фотоснимку.

Фотограмметрия уже активно применяется в геологии, геодезии, строительстве и многих других областях, но особенно востребованной оказалось в топографии. Создание топокарт на основе изображений местности называется фототопографией.

Высшая геодезия

Высшая геодезия – это научная дисциплина, которая изучает точные метрические параметры Земли и ее гравитационное поле. Кроме того, к ее задачам принято также относить изучение так называемой теории ошибок и разработку методов введения поправок для получения наиболее точных данных. Подразумевает комплексный и научный подход к решению таких вопросов:

• улучшение точности измерений;
• разработка новых методов обработки координат;
• создание единой координатной системы.

Помимо этого, она постоянно ищет способы решения многих других практических и научных задач. С начала освоения человечеством космоса и запуска спутников на орбиту у нее появилось новое перспективное направление – космическая геодезия.

Землеустройство и кадастр

Землеустройство обеспечивает изучение состояния земель, планирование их наиболее рационального использования, охраны, описание местоположения и определение границ. Кроме того, оно регулирует рациональное использование земли в сельскохозяйственных целях, как гражданами, так и юрлицами.

Геодезия используется в землеустройстве преимущественно для определения границ участков. Без измерительных работ невозможно составление землеустроительной и другой графической документации, необходимой для получения права на владение землей, согласно требованиям действующего законодательства.

Участку с установленными границами и координатными значениями поворотных точек присваивается кадастровый номер – уникальный код, не повторяющийся на территории государства. Он содержит подробные сведения о его характеристиках, целевом назначении, местоположении и т.д. Без наличия кадастрового номера любые юридические манипуляции с ним по закону становятся невозможны.

Сам же кадастр можно охарактеризовать как систематизированный свод сведений, которые были получены вследствие кадастрового учета земельных участков.

Современная геодезия

Из всего вышеизложенного можно прийти к заключению, что геодезия – это такая научная дисциплина, которая сегодня является неотъемлемой частью информационного развития общества и глобализации. Ее достижения позволяют человеку решить множество инженерных и научных задач.

Активно развивается создание электронных карт и цифровых моделей местности. Кроме того, благодаря современным технологиям теперь можно определить не только свое местоположение в пространстве, но и других объектов в режиме реального времени.

Достаточно перспективным направлением можно назвать геоинформатику. Ее основная задача состоит в анализе данных о Земле и ее пространственном моделировании, а также прогнозировании развития различных ситуаций и поисков их решения.

Современные геоинформационные технологии позволяют полноценно оперировать информацией о пространстве, расположенных на нем объектах и проектировать новые. Это стало возможны благодаря дистанционному зондированию Земли, которое осуществляется при помощи аэрокосмических объектов – спутников.

Сами же процессы зондирования основываются на координатно-временной системе, которая была создана в результате проведения геодезических работ, а также различных методах их компьютерной обработки.