Что изучает наука геодезия. Геодезия

ВВЕДЕНИЕ

При изучении данной дисциплины вы познакомитесь с методами, технологией и техническими средствами, разработанными геодезией и применяемыми при съёмках на местности, научитесь самостоятельно выполнять горизонтальную съёмку лесных площадей и использовать планы и топографические карты в лесохозяйственной деятельности.
Для успешного решения многих лесохозяйственных задач, наряду со знаниями по лесоводству, таксации, механизации, воспроизводству лесов и лесоразведению, экономике и организации лесного хозяйства, нужны и геодезические знания . Проведение лесоустройства, восстановление границ землепользований, отвод участков под лесохозяйственные мероприятия, строительство лесовозных дорог, создание лесных культур, полезащитное лесоразведение, мелиорация земель, охрана леса от пожаров и т.п. требуют от специалиста умения пользоваться картами, планами, выполнять геодезические расчёты, осуществлять перенос в натуру проектов и производить съёмку лесных площадей.

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен уметь:
- читать топографические и лесные карты (планы), выполнять по ним измерения и вычерчивать их фрагменты;
- применять геодезические приборы и инструменты;
- вести вычислительную и графическую обработку полевых измерений;
- проектировать и переносить в натуру участки заданной площади;

знать:
- назначение и содержание топографических и лесных карт (планов);
- назначение и устройство геодезических приборов;
- организацию и технологию геодезических работ;
- основные сведения из теории погрешностей.

После прослушивания и конспектирования лекции самостоятельно изучите последовательно все рекомендованные вопросы по учебнику, осмысливая их, дополните конспект лекций. Обратите внимание на основные термины, положения и выводы. Вычерчивайте поясняющие схемы.
Конечная цель изучения геодезии - получить практические навыки в решении геодезических задач лесного и садово-паркового хозяйства. Поэтому программой по дисциплине, кроме лекций, предусмотрены лабораторные работы и полевая практика. На этих занятиях студенты должны выработать умение и навыки в измерениях на местности, в обработке результатов измерений, в составлении геодезических чертежей и в решении специальных задач.

На лабораторных работах и полевой практике вам будет предоставлена возможность выполнить те занятия, которые связаны с применением геодезических приборов и использованием топографических карт. Часть теоретических вопросов и лабораторных заданий вам предстоит выполнить самостоятельно.

Уважаемые студенты! Если возникнут трудности в изучении Геодезии, вы можете обратиться к преподавателю за консультацией в определенный день каждой недели в кабинет № 470. Информация о порядке консультации преподавателей кафедры размещена рядом с кабинетом № 468.
Контроль над усвоением пройденного материала будет осуществляться на лабораторных занятиях, в процессе выполнения письменных модульных контрольных работ и компьютерного тестирования.
Для лабораторных работ необходимо самостоятельно изготовить типовую Рабочую тетрадь для выполнения лабораторных работ по геодезии с методическими указаниями и заданиями (ксерокопия) или завести отдельную тетрадь объемом не менее 48 стр.

1.1. ПРЕДМЕТ ГЕОДЕЗИИ

Геодезия - одна из древнейших наук. Слово «геодезия» образованно из двух слов - «земля» и «разделяю», а сама наука возникла как результат практической деятельности человека по установлению границ земельных участков, строительству оросительных каналов, осушению земель.
Геодезия - наука об измерениях, производимых для определения формы и размеров Земли, изображения ее поверхности на картах и планах, создания координатных систем, решения многообразных экономико-хозяйственных, экологических, научных и других проблем.
Современная геодезия - многогранная наука, решающие сложные научные и практические задачи.

Научными задачами геодезии являются:

Определение формы и размеров Земли и ее внешнего гравитационного поля и их изменений во времени;
- установление систем координат;
- проведение геодинамических исследований (определение горизонтальных и вертикальных деформаций земной коры, движений земных полюсов, перемещений береговых линий морей и океанов и др.).
Научно-технические задачи геодезии в обобщенном виде заключаются в следующем:
- определение положения точек в выбранной системе координат;
- составление карт и планов местности разного назначения;
- обеспечение топографо-геодезическими данными нужд обороны страны;
- выполнение геодезических измерений для целей проектирования и строительства, землепользования, кадастра, исследования природных ресурсов и др.
Геодезия в процессе своего развития разделилась на ряд научных дисциплин: высшую геодезию, топографию, фотограмметрию, картографию, спутниковую геодезию, морскую геодезию, инженерную геодезию.
Высшая геодезия изучает форму и размеры Земли, движение её коры и определяет:
− вид и размеры Земли (как планеты);
− внешнее гравитационное поле Земли (значение и направление силы тяжести в земном пространстве и на поверхности);
− взаимное расположение значительно удалённых друг от друга геодезических пунктов;
− точность изображения пунктов на плоскости в проекции с учётом искажений из-за кривизны земной поверхности.
Топография - наука, изучающая земную поверхность (т. е. элементы ее физической поверхности и расположенные на ней объекты деятельности человека) в геометрическом отношении. Целью этого изучения является создание топографических карт - подробного изображения местности (т. е. участков земной поверхности) на плоскости. К числу основных научных и практических задач, решаемых топографией, следует отнести разработку и совершенствование методов создания топографических карт, способов изображения на них земной поверхности, способов и правил использования карт в решении научных и практических задач.
Фотограмметрия решает задачи измерений по аэрофото- и космическим снимкам для различных целей, в том числе: для получения карт и планов, обмеров зданий и сооружений и т.п.
Спутниковая геодезия , (космическая), в её задачи входит рассмотрение теории и методов использования спутников Земли для решения различных практических задач геодезии.
Морская геодезия, отрасль геодезии, связанная с решением научных и прикладных геодезических задач на море. Главной научной задачей остается определение формы земной поверхности и гравитационного поля в океанах и морях. Прикладные задачи связаны с практическими работами на море, требующими геодезического обеспечения: например разведка и эксплуатация природных ресурсов, строительство гидротехнических сооружений и прочее. Важнейшей задачей такого обеспечения является геодезическая привязка и картографирование, сопровождаемое съемками.
Картография , это наука о картографическом отображении земной поверхности, о методах создания карт и их использовании. Создание карт основано на использовании и обобщении различных геодезических и топографических материалов.
Инженерная геодезия , изучает методы, технику и организацию геодезических работ, связанных с проведением различных инженерных организаций (строительство, мелиорация, рекультивация).
При выполнении лесной съёмки используют методы, технологию и технические средства, разрабатываемые геодезией. А также технические приёмы, обусловленные особенностями измерений в лесу, и некоторые специальные приборы.
Геодезия и прикладная геодезия при своем развитии опираются на достижения других наук.

1.2. СВЯЗЬ ГЕОДЕЗИИ С ДРУГИМИ НАУКАМИ. РОЛЬ ГЕОДЕЗИИ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ, НАРОДНОХОЗЯЙСТВЕННОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ОБОРОНЕ СТРАНЫ.

Астрономия , изучающая Землю как одно из небесных тел, влияющих на движение других небесных тел, обеспечивает геодезию необходимыми исходными данными.
Методы решения научных и практических задач геодезии основываются на законах математики и физики . На основе математики производится обработка результатов измерений, позволяющая получать с наибольшей достоверностью значения искомых величин. Задача изучения фигуры Земли и ее гравитационного поля решается на основе законов механики . Сведения из физики , особенно ее разделов - оптики, электроники и радиотехники, необходимы для разработки геодезических приборов и правильной их эксплуатации.
Геодезия связана с географией , геологией , геофизикой , геоморфологией , и другими науками. География изучает окружающие человеческое общество природные условия, размещения производства и условия его развития. Знание географии обеспечивает правильную трактовку элементов ландшафта, который включает в себя: рельеф, естественный покров земной поверхности (растительность, почвы, моря, озера, реки и т. д.) и результаты деятельности человека (населенные пункты, дороги, средства связи, предприятия и т. д.). Геология изучает строение, минеральный состав и развитие Земли. Геоморфология наука о происхождении и развитии рельефа земной поверхности необходима геодезии для правильного изображения форм рельефа на планах и картах. Без знания размеров и формы Земли невозможно создание топографических карт и решение многих практических задач на земной поверхности. Геодезические измерения обеспечивают соблюдение геометрических форм и элементов проекта сооружения в отношении как его расположения на местности, так и внешней и внутренней конфигурации. Даже после окончания строительства производятся специальные геодезические измерения, имеющие целью проверку устойчивости-сооружения и выявление возможных деформаций во времени под действием различных сил и причин.
Применение фотоснимков в геодезии требует знания фотографии . В настоящее время в связи с широким использованием цифрового и электронного картографирования, геоинформационных и глобальных навигационных систем, дистанционного зондирования Земли аэрокосмическими средствами всё большее значение для геодезии приобретают достижения информатики , автоматики и электроники .
Геодезия имеет огромное научное и практическое значение в самых различных сферах народного хозяйства.
Исследование околоземного и космического пространства требует детального изучения внешнего гравитационного поля Земли и распределения масс в ее теле, поэтому роль геодезии в решении задач космических исследований чрезвычайно велика. Геодезические измерения широко используются в современных научных исследованиях по изучению внутреннего строения Земли и процессов, происходящих на ее поверхности и в недрах. С их помощью фиксируются величины вертикальных и горизонтальных тектонических движений земной коры, изменения береговых линий морей и океанов, колебания уровней последних и т. п.
Для обеспечения непрерывного роста производительных сил страны важно изучение ее территории в топографическом отношении, что осуществляют с помощью карт и планов, создаваемых по результатам геодезических работ. Карты являются основой для отображения результатов научных исследований и практической деятельности в области геологии, географии, геофизики и других наук. Карты различного назначения и содержания являются средством познания природы и жизни на Земле, источником разнообразных сведений о мире.
Геодезия играет важную роль в решении многих задач хозяйства страны: при изысканиях, проектировании и строительстве самых различных сооружений, при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых, при планировке, озеленении и благоустройстве населенных пунктов, земле- и лесоустройстве, осушении и орошении земель, при наблюдениях за деформациями сооружений и т.д.
Большое значение имеют результаты топографо-геодезических работ в сельском хозяйстве. Планы, карты профиля и цифровые модели местности используются для отвода земельных участков, уточнения и изменения границ землепользований, внутрихозяйственной организации территорий сельскохозяйственных предприятий, проведения почвенных, геоботанических и других обследований и изысканий, проектирования и вынесения в натуру проектов сельскохозяйственных объектов и решения других задач.
Важнейшая роль отведена геодезии в составлении и ведении государственного земельного кадастра, данные которого служат для рационального использования земель и их охраны, регулирования земельных отношений, планирования сельскохозяйственного производства, обоснования размеров платы за землю, оценки хозяйственной деятельности, а также осуществления других мероприятий, связанных с использованием земель.
Исключительное значение имеет геодезия для обороны страны . Строительство оборонительных сооружений, стрельба по невидимым целям, использование военной ракетной техники, планирование военных операций и многие другие стороны военного дела требуют геодезических данных, карт и планов.

1.3. ИЗОБРАЖЕНИЕ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА СФЕРЕ И НА ПЛОСКОСТИ

Физическая поверхность Земли представляет собой совокупность различных пространственных форм (горы, впадины, хребты и т. п.). Для определения положения характерных точек земной поверхности на плоскости в геодезии принят метод проекций. Метод проекций заключается в том, что изучаемые точки (A, B, C, D) местности с помощью вертикальных (отвесных) линий проектируют на уровенную поверхность Земли Р (рис. 1.1, а), в результате чего получают горизонтальные проекции этих точек (a, b, c, d ).

Рис. 1.1. Проекции точек земной поверхности:
а - на уровенную поверхность; б - на горизонтальную плоскость

Положение точек а, b , с, d на уровенной поверхности Земли может быть определено в системе координат, оси которой расположены на поверхности Р . Положение точек земной поверхности А, В, С, D определится соответствующими координатами на поверхности Р и длинами отвесных линий аА, b В, сС, dD .

Расстояние по отвесной линии от уровенной поверхности до точки физической поверхности Земли называют высотой. Высоты бывают абсолютные , если их отсчет ведется от уровенной поверхности Земли Р , и условные (относительные ), если их отсчет ведется от произвольной уровенной поверхности Р 1 параллельной поверхности Р . Обычно за начало отсчета абсолютных высот принимают уровень океана или открытого моря в спокойном состоянии.

В Украине за начало отсчета абсолютных высот принят нуль Кронштадтского футштока (футшток – в данном случае медная доска с горизонтальной чертой, замурованная в гранитный устой моста Обводного канала), соответствующий среднему уровню Балтийского моря по данным многолетних наблюдений. Поэтому в нашей стране система высот получила название Балтийской системы высот.

Численное значение высоты называют отметкой точки (абсолютной или условной). Например, Н А = 528,752 м – абсолютная отметка точки А ; Н" А – 28,752 м – условная отметка той же точки.

Разность высот двух точек (абсолютных или условных) называют превышением h .

h = H B - H A = H" B - H" A .

Для перехода от условных высот к абсолютным и наоборот необходимо знать расстояние от основной уровенной поверхности до условной.

Изображение небольших участков земной поверхности.
Элементы измерений на местности.

При изображении небольшого участка местности соответствующую ему часть уровенной поверхности можно принять за горизонтальную плоскость. В этом случае точки физической поверхности Земли проектируются перпендикулярами, параллельными друг другу, на горизонтальную плоскость Р (рис. 2, б).

Пересечение перпендикуляров с плоскостью Р дает точки а, b , с, d , являющиеся ортогональными (перпендикулярными) проекциями точек земной поверхности А , В, С, D на горизонтальную плоскость. Полученный плоский четырехугольник abcd представляет собой горизонтальную проекцию пространственного четырехугольника ABCD физической поверхности Земли.

Линии ab , be , cd и da называются горизонтальными проложениями линий АВ , ВС , CD , DA местности, а углы между ними β 1 , β 2 , β 3 , β 4 – горизонтальными углами. В общем случае фигура ab с d на плоскости не будет подобна пространственной фигуре ABCD , а горизонтальные проложения линий не равны самим линиям местности.

Как следует из рис. 2, б,

ab = АВ " = АВ cos v ,

где v – угол наклона линии местности, т. е. угол, образованный наклонной линией с горизонтальной плоскостью.

Следовательно, для изображения фигуры местности на горизонтальной плоскости (в плане) следует знать горизонтальные проложения ее сторон и горизонтальные углы между сторонами. Поэтому в геодезической практике пользуются не измеренными расстояниями D (наклонными линиями), а их горизонтальными проложениями d (проекциями на горизонтальную плоскость).

1.4. КАРТА, ПЛАН, ПРОФИЛЬ

Карта - это построенное в картографической проекции, уменьшенное, обобщенное изображение поверхности Земли, другого небесного тела или внеземного пространства, показывающее расположенные на ней объекты или явления в определенной системе условных знаков.
Географическая карта - изображение земной поверхности, содержащее координатную сетку с условными знаками на плоскости в уменьшенном виде, отображающее размещение, состояние и связи различных природных и общественных явлений, их изменения во времени, развитие и перемещение.
Географические карты подразделяются на следующие категории:
По территориальному охвату

• карты мира;
• карты материков;
• карты стран и регионов

По масштабу

• крупномасштабные (начиная с 1:200000 и крупнее);
• среднемасштабные (от 1:200000 и до 1:1000000 включительно);
• мелкомасштабные (мельче 1:1000000).

Отличные по масштабу карты имеют разную точность и детальность изображения, степень генерализации и разное назначение.

По назначению

• научно-справочные - предназначены для выполнения научных исследований и получения максимально полной информации;
• культурно-образовательные - предназначены для популяризации знаний, идей;
• учебные - используются в качестве наглядных пособий для изучения географии, истории, геологии, лесного и садово-паркового хозяйства, других дисциплин;
• технические - отображают объекты и условия, необходимые для решения каких-либо технических заданий;
• туристические - могут содержать: населённые пункты, ориентиры, достопримечательности, маршруты передвижения, места отдыха, ночёвок и других услуг, в зависимости от предназначения по видам туризма;
• навигационные (дорожные) и др.

• Общегеографические(физические) карты - изображают все географические явления, в том числе рельеф, гидрографию, растительно-почвенный покров, населённые пункты, хозяйственные объекты, коммуникации, границы и т. д.
• Тематические карты - показывают расположение, взаимосвязи и динамику природных явлений, населения, экономики, социальную сферу. Их можно разделить на две группы: карты природных явлений и карты общественных явлений.

Карты природных явлений охватывают все компоненты природной среды и их комбинации. В эту группу входят карты геологические, геофизические, карты рельефа земной поверхности и дна Мирового океана, метеорологические и климатические, океанографические, ботанические, гидрологические, почвенные, карты полезных ископаемых, карты физико-географических ландшафтов и физико-географического районирования, и т. д.
Общественно-политические карты включают карты населения, экономические, политические, исторические, социально-географические, причём каждая из подкатегорий в свою очередь может содержать собственную структуру разделения. Так, экономические карты включают также карты промышленности (как общие, так и отраслевые), сельского хозяйства, рыбной промышленности, транспорта и связи

Топографическая карта - подробная крупномасштабная общегеографическая карта, отражающая размещение и свойства основных природных и социально-экономических объектов, дающая возможность определить их плановое и высотное положение.

Топографические карты создаются, главным образом, на основе:

• обработки аэрофотоснимков территории;
• путем непосредственных измерений и съемок объектов местности;
• картографическими методами с уже имеющимися планами и картами крупных масштабов.

Рис. 1.1. Аэрофотоснимок и топографическая карта местности.

Как и любая другая географическая карта, топографическая карта являетсяуменьшенным, обобщенным и образно-знаковым изображением местности. Ее создают по определенным математическим законам. Эти законы сводят к минимуму искажения, неизбежно возникающие при переносе поверхности земного эллипсоида на плоскость, и, вместе с тем, обеспечивают максимальную ее точность. Изучение и составление карт требуют аналитического подхода, разделение карт на составляющие ее элементы, умение понимать смысл, значение и функции каждого элемента и видеть связь между ними.

Элементы карты - это его составные части, которые включают:

• картографическое изображение;
• математическую основу;
• легенду;
• вспомогательное оснащение;
• дополнительные данные.

Главным элементом любой географической карты является картографическое изображение - совокупность сведенийо природныхили социально-экономических объектах и явлениях, их размещение, свойства, связи, развитие и т.д.. На топографических картах изображают водные объекты, рельеф, растительный покров, почвы, населенные пункты, пути сообщения и средства связи, некоторые объекты промышленности, сельского хозяйства, культуры и т.д..

Математическая основа устанавливает правила построения на плоскости сферической поверхности Земли. От нее зависят геометрические составляющие объектов: длина, ширина, площадь, форма, расстояние между объектами, направления, и т.д.. Именно математическая основа обеспечивает однозначность и непрерывность изображения, а главное - его размерность.

Математические элементы карты определяют математическую связь между изображаемой поверхностью и картой. Математические элементы включают:
а) масштаб карты;
б) картографическую сетку;
в) рамку карты;
г) опорные пункты.

Масштаб каты может иметь три вида: числовой, графический (линейный) и пояснительную подпись (именованный масштаб). От масштаба карты зависит степень подробностей, с которой можно нанести картографическое изображение. Более детально масштабы карт будут рассмотрены в Главе 9.

Картографическая сетка представляет собой изображение градусной сетки Земли на карте. Вид сетки зависит от того, в какой проекции составлена карта. На топографических картах масштабов 1:1 000 000 и 1:500 000 меридианы имеют вид прямых линий, сходящихся в определенной точке, а параллели - дуги эксцентрических окружностей. На топографические карты более крупного масштаба наносят только две параллели и два меридиана (рамка), ограничивающие картографическое изображение. Вместо картографической сетки на крупномасштабные топографические карты наносят координатную (километровую) сетку, которая имеет математическую связь с градусной сеткой Земли.

Рамкой карты называют одну или несколько линий, ограничивающих карту.

К опорным пунктам относятся: астрономические пункты, тригонометрические пункты или пункты триангуляции, пункты полигонометрии и марки нивелирования. Опорные пункты служат геодезической основой для съемки и составления топографических карт.

Топографические карты широко применяют при инвентаризации, охране, выращивании, эксплуатации и восстановлении лесов. По ним изучают физико-географические свойства покрытых лесом территорий, составляют проекты лесоустройства, планируют размещение лесозаготовительных предприятий, выбирают и проектируют пути транспортирования древесины, ведут лесо- и агролесомелиоративные изыскания, организуют противопожарные мероприятия. Карты используют в качестве топографо-геодезической основы планово-картографических материалов лесоустройства. Для решения каждой конкретной задачи необходимы карты наиболее подходящего масштаба, обеспечивающего достаточно точное и детальное изучение местности.
Лесоустроительные работы I и II разрядов проектируют по картам масштабов 1:10 000 и 1:25 000, а III - по 1:25 000 - 1:100 000. По этим же картам составляют планы аэротаксационных работ соответствующей точности и затем отображают их результаты. При изысканиях и проектировании лесохозяйственных и лесовозных дорог используют карты масштабов 1:10 000 - 1:100 000. Предварительное изучение местности при проектировании работ по лесо- и агролесомелиорации, улучшению состояния сплавных рек осуществляют но картам масштабов 1:25 000 и 1:50 000, а детальное проектирование таких работ - 1:10 000 и 1:5 000. Топографические карты масштабов 1:100 000 - 1:1 000 000 используют при организации и проведении противопожарной авиационной охраны лесов, а также при экономических расчетах, связанных с планированием лесного хозяйства и лесной промышленности в масштабах лесопромышленного комплекса, области, края.

Фотокарты , в том числе ортофотокарты, отличаются от обычных (штриховых) карт большой наглядностью и объективностью. Они хорошо передают различия в густоте леса, поэтому могут быть использованы для ориентирования в лесу, наиболее точного переноса результатов таксации с аэроснимка на планшет. Мелкомасштабные фотокарты можно использовать совместно с космическими снимками для точного и быстрого определения мест возникновения лесных пожаров.

Топографический план (от лат. planum плоскость) - изображение местности на плоскости, в крупном масштабе, без учета кривизны земной поверхности. Топографический план обладает всеми свойствами топографической карты и является ее частным случаем. Размер площади, которую можно изобразить на плане, не выходя за пределы заданной точности определяется формулами:

где R - радиус земного шара - 6371 км; Δl и Δh - заданная точность точек опорной сети по горизонтальному проложению и по высоте; r - радиус круга, в пределах которого обеспечивается заданная точность.
Ортогональную проекцию небольших участков местности (до 20×20 км) на уровенную поверхность можно считать плоской, пренебрегая кривизной Земли. Уменьшенное изображение такой проекции на бумаге будет без искажений, вызванных кривизной Земли, и подобным участку местности.
При геодезических работах, требующих определение высот с точностью 5 см, уже для расстояний S = 1000 м необходимо учитывать кривизну Земли. Если же точность измерений выше, например 5 мм, то учет кривизны Земли следует начинать примерно для расстояний
S = 250 - 300 м.

По содержанию различают основные и специализированные топографические планы. Первые представляют собой общегеографические планы универсального назначения, рассчитанные на комплексное удовлетворение главных требований многих отраслей народного хозяйства. Их содержание весьма подробное - предусмотрено использование свыше 400 условных обозначений и около 700 сокращений пояснительных подписей и качественных характеристик.
Специализированные планы создаются для решения конкретных задач отдельной отрасли народного хозяйства. При изготовлении топографических планов допускается: нанесение дополнительной информации по сравнению с предусмотренной для основных топографических планов; понижение или повышение требований к точности изображения всех или части контуров или рельефа местности; отказ от какой-то части содержания, предусмотренного для основных топографических планов; применение нестандартных сечений рельефа. Технические требования к специализированным топографическим планам излагаются в ведомственных инструкциях.
Если на плане изображена только ситуация (без рельефа), его называют контурным.

Профиль местности представляет собой вертикальный разрез рельефа местности по нанесенной на карту траектории. Простейшие профили строятся по прямой траектории и представляют собой вертикальную проекцию поверхности, как бы разрезанную вдоль этой линии ножом. На самом деле профиль можно стоить вдоль линии, имеющей произвольную форму.

Рис. 1.2. Профиль местности

1.5. ЛЕСНЫЕ КАРТЫ И ЛЕСОУСТРОИТЕЛЬНЫЕ ПЛАНШЕТЫ

По сравнению с общегеографическими лесные карты содержат более полную и подробную информацию о лесе как природном явлении и объекте экономики. По ним определяют условия пользования лесом, проектируют лесоводственные, лесовосстановительные и лесомелиоративные мероприятия, защиту леса от вредителей, противопожарную охрану, а также решают многие другие лесохозяйственные и лесопромышленные задачи.

Лесные карты - планово-картографические материалы, отражающие пространственное размещение лесных массивов и административно-хозяйственное деление лесного фонда по лесопользователям, с нанесением квартальной сети и окраской контуров по преобладающим породам и группам возраста.
Карты лесов, показывают биологические и экономические особенности лесов в определённой системе условных знаков, они находят широкое применение при выявлении ресурсов, оценке продуктивности, охране, защите леса и т. д.

Существующие в Украине лесные карты можно объединить в четыре основные группы:

• детальные, отражающие информацию о минимальных хозяйственных единицах леса - выделах;
• схемы лесхозов или лесов района;
• обзорные в масштабе региона или группы регионов;
• обзорные карты лесов Украины.

Чем крупнее масштаб карты - тем более дробную информацию она может отображать; зато чем мельче масштаб карты - тем большую территорию она может охватывать. Чем большую территорию охватывает карта, т.е. чем мельче ее масштаб - тем выше степень обобщения информации, которую она отражает.

Детальные (повыдельные) карты, планы и лесоустроительные планшеты

Детальная карта леса включают в себя планшеты и планы насаждений; последние могут содержать как общую информацию о состоянии лесов, так и окрашиваться в соответствии с различной тематической информацией.
План насаждений представляет собой схему лесов целого лесничества, составленную из объединенных планшетов по этому лесничеству. Планы насаждений содержат те же самые границы выделов и их характеристики, что и планшеты. Кроме того, планы насаждений обычно окрашиваются: цвет каждого выдела соответствует преобладающей древесной породе, а интенсивность цвета - группе возраста (обычно выделяются молодняки, средневозрастные, приспевающие и спелые и перестойные). Дополнительно при лесоустройстве могут изготавливаться планы насаждений, несущие специальную нагрузку: чаще всего окрашенные по назначенным лесоустройством хозяйственным мероприятиям, по ограничениям на ведение лесного хозяйства, по ягодникам или запасам лекарственного и технического сырья и т.д. Планы насаждений имеют меньший масштаб, чем планшеты (1:25 000 при первом и втором разрядах лесоустройства, и 1:50 000 при третьем).
Лесоустроительный планшет - это первичный картографический документ, составляемый по результатам съемки и таксации леса. Он представляет собой план группы лесных кварталов. Вместе с другими документами таксации планшет используют для детальной инвентаризации лесного фонда. В лесничестве он служит точным графическим документом, на котором фиксируют все изменения в лесном фонде в результате лесосечных, лесовосстановительных и других работ. По материалам планшетов составляют планы лесничеств и планы лесонасаждений лесничеств, лесохозяйственных участков и обходов. Они дают наглядное представление о пространственном размещении лесного фонда, преобладающих породах, продуктивности и возрасте насаждений. В зависимости от разряда лесоустройства планшеты и составляемые на их основе планы имеют разную степень подробности в соответствии с установленными.
Выполняется в масштабе 1:10 000 (по І, ІІ разрядам лесоустройства) и 1:25 000 (по III разряду). Картографической основой для лесоустроительного планшета служат топографические карты масштаба, сходного с масштабом лесоустроительного планшета. В качестве геодезической основы используют данные геодезических измерений землеустройства, материалы топографических съемок.
На рамках лесоустроительного планшета проставлены выходы километровой сетки прямоугольной системы координат. Лесоустроительный планшет изготавливают в соответствии с требованиями лесоустроительной инструкции к содержанию лесотаксационной нагрузки как самих лесоустроительных планшетах, так и др. карт. Выделы (участки леса) на лесоустроительном планшете не окрашивают, но каймой соответствующей окраски отмечают их смежные границы, а также внутренние контуры различных не лесных участков.
Оформленный издательский экземпляр лесоустроительного планшета содержит:

• границы планшетных рамок, административных районов и смежных хозяйств;
• квартальные просеки, границы кварталов, таксационных выделов, особо защитных участков (ОЗУ), полос отчуждения магистральных транспортных путей;
• лесовозные и лесохозяйственные дороги;
• реки, ручьи, мелиоративные каналы, озера;
• названия рек, озер и крупных ручьев; бровки оврагов;
• номера кварталов, выделов и их площадь; категории защищенности лесов;
• условные обозначения контор лесхозов, лесничеств.

На лесоустроительном планшете, отражающих горные условия, все лесные участки с эрозионными процессами показывают условными знаками. Кроме того, в случае необходимости наносят горизонтали по данным отметок высот над уровнем моря.
Номера кварталов на лесоустроительном планшете обозначают в центре крупными цифрами. Под номером проставляют площадь лесного квартала в целых гектарах. Номера выделов (участков леса) обозначают арабскими цифрами. На каждом выделе (участке леса) приводят в виде дроби следующие показатели, идентичные показателям в таксационном описании: в числителе, справа от номера - класс возраста, в знаменателе - площадь и, правее - класс бонитета.
Внутренняя ситуация лесоустроительного планшета обрамляется планшетной рамкой в виде сплошной линии от 0,5-1,0 см (с левой и правой сторон) до 3,0-4,0 см (в верхней и нижней части) от края листа.
Над планшетной рамкой указывают номер лесоустроительного планшета, наименование административного района, лесхоза, лесничества, год производства работ.
Под планшетной рамкой помещают численный и графический масштаб, общую площадь планшетного полигона, название лесоустроительного предприятия и фамилии исполнителей, приводят технологию изготовления лесоустроительного планшета.
Например. Лесоустроительный планшет составлен с использованием ГИС-технологий на основе топографических карт М 1:10 000, аэрофотосъемки 2013 г., материалов землеустройства и прошлого лесоустройства 2005 г.
Кроме этого, в границах планшетной рамки приводится отметка о согласовании окружных границ с руководителем Комитета землеустройства, номер и дата разрешения лесоустроительного предприятия на тираж с грифом ДСП (для служебного пользования).
Лесоустроительные планшеты имеют стандартный размер А2 (размер листа 42,0×59,4 см). Лесоустроительные планшеты обычно изготавливают в двух экземплярах: один из них хранится в лесничестве, другой - в лесхозе.
В принципе по тематической нагрузке планшеты и планы насаждений близки друг к другу. Планы насаждений обычно удобнее для использования, поскольку окрашены по породам и группам возраста и охватывают обычно целое лесничество.

Схемы лесхозов или районные схемы лесов

Карта-схема лесхоза, в отличие от плана насаждений, уже не содержит повыдельной информации. При первом и втором разрядах лесоустройства составляются схемы лесхозов масштаба 1:100 000, а при третьем разряде - от 1:100 000 до 1:300 000. В реальности иногда встречаются и иные масштабы в зависимости от размера конкретного лесхоза.
Карты-схемы лесхозов содержат границы и номера кварталов, границы и названия лесничеств, а также различную тематическую информацию - породный состав (так называемые "укрупненные выдела", объединенные в группы в соответствии с масштабом карты, раскрашенные в те же цвета и оттенки, что и планы насаждений), противопожарные мероприятия, границы обходов, арендные участки, границы групп и категорий защищенности лесов и т.д. Как правило, карта-схема лесхоза отображает хозяйственные границы лесов одного ведомства (лесхоза), в то время как леса других ведомств (например, сельских лесхозов) могут отображаться лишь схематически или не отображаться вовсе.
Особую разновидность схем лесхозов представляют так называемые "лесопожарные карты " - карты лесов конкретного района (или лесхоза с сопредельными землями), отображающие всю информацию, необходимую для планирования и организации противопожарных мероприятий. Как правило, такие карты окрашиваются по так называемым "классам пожарной опасности лесов". Такие карты значительно удобнее для обзора ситуации с лесами в пределах того или иного административного образования. Они выполняются не при стандартном лесоустройстве, а дополнительно, по специальному заказу органов лесного хозяйства.

Обзорные карты лесов региона или группы регионов

Стандарты изготовления обзорных карт лесов региона или группы регионов не регулируются лесоустроительной инструкцией, и изготовление подобных карт не является обязательным элементом проведения стандартного лесоустройства. Поэтому, во-первых, такие карты не во всех регионах есть, и во-вторых, они могут сильно отличаться друг от друга по качеству и нанесенной информации. Обзорные карты лесов региона могут содержать квартальную сеть (т.е. границы и номера всех кварталов и лесничеств), а могут ее не содержать. Наибольший интерес представляют карты, отражающие квартальную сеть: к ней, как правило, можно привязать всю остальную хозяйственную информацию - границы особо охраняемых природных территорий, арендных участков, групп лесов и т.д., а также отобразить основные количественные характеристики леса, усредненные по кварталам.
В некоторых случаях обобщенные карты лесов того или иного региона или даже группы регионов могут изготавливаться без нанесения квартальной сети и иных хозяйственных границ. Обычно такие карты отображают различную тематическую информацию - породный состав, типы леса, сомкнутость древесного покрова и т.д. Как правило, такие карты исполняются различными научными и научно-производственными объединениями или общественными организациями и делаются для каких-либо определенных информационных целей, поэтому каких-либо четких стандартов и правил выполнения таких карт не существует (за ненадобностью).

Рис. 1.2. Обзорная карта Брянского региона
с указанием квартальной сети и лесничеств.

Обзорные карты лесов Украины

Обзорные карты лесов всей страны в силу своего масштаба уже не могут отображать не только повыдельной, но и поквартальной информации, и даже в большинстве случаев информации в масштабе лесничества. Масштаб таких карт подразумевает высокую степень генерализации (обобщения) данных о характеристиках лесов, и та структура лесов, которая является важной в пределах конкретного лесничества, лесхоза или арендного участка, на таких картах просто не видна.

Рис. 1.3. Обзорная карта лесов Украины

В зависимости от целевого назначения и содержания карты лесов условно делят на:

• биологические карты (производительности лесов, типов леса, распространения древесных пород, фенологические, лесопатологические и др.);
• экономические (лесохозяйственные, лесоэксплуатационные, лесотранспортные, лесопромысловые и др.).

К картам производительности лесов относится карта-схема насаждений, отражающая разнообразие древостоев по преобладанию пород и группам возраста. На картах типов леса показывается размещение различных биогеоценозов на территории объекта. На картах распространения древесных пород приведены их ареалы. Сроки наступления отдельных фенофаз в жизни лесов (распускание листьев, зацветание, созревание семян, опадание листьев) характеризуются изолиниями на фенологических картах. Лесопатологические карты показывают площади лесов, повреждённых вредителями и болезнями, видовой состав вредителей, степень их концентрации и повреждения. К лесохозяйственным . картам относятся обзорный план проектируемых мероприятий, дающий территориальное размещение проектируемых на ревизионный период лесохозяйственных, лесокультурных и др. работ, и карта-схема противопожарных мероприятий для решения задач по охране лесов от пожаров. Лесоэксплуатационные карты (к ним относится карта-схема лесосырьевых баз) дают характеристику лесосырьевых ресурсов для проектирования и размещения предприятий по заготовке, обработке и переработке древесины, показывают зоны их действия, схемы взаимосвязей, а также порядок и сроки рубки древостоев. Лесотранспортные карты отражают категории, размещение и состояние путей транспорта, направление грузопотоков, возможные средства транспорта. Лесопромысловые карты показывают размещение и ресурсы видов пользования лесом (напр., ягодников, лекарств, и технического сырья). При разработке прогнозов развития лесного хозяйства составляются карты целевых лесов - карты лесов будущего.
Масштаб карт лесов определяется целями их разработки и площадью региона. Карты территорий лесхоза с целью использования их для регулирования хозяйственной деятельности составляются чаще в масштабе 1:10 000 - 1:2 500, обзорные материалы - 1:100 000 - 1:250 000; карты лесов по областям для определения генерализованных показателей разрабатываются в масштабе 1:100 000 - 1:500 000. На более крупные регионы масштаб карты лесов уменьшается до 1:2 500 000.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Дайте определение «геодезия».
2. Какие научные задачи решает геодезия?
3. Какие научно-технические задачи решает геодезия?
4. Какие научные дисциплины входят в состав геодезии? Дайте краткую характеристику каждой дисциплине.
5. Какая связь геодезии с другими науками?
6. Какова роль геодезии в научных исследованиях, народнохозяйственном строительстве и обороне страны?
7. В чем сущность ортогональной проекции?
8. Дайте определение абсолютной и относительной высоте точки.
9. Какая система высот принята в Украине?
10. Что такое отметка точки?
11. Как рассчитать превышение точки, если известны отмети точек?
12. Что такое горизонтальное проложение?
13. Дайте определения «карта», «географическая карта», «топографическая карта».
14. Как классифицируют карты?
15. Из каких элементов состоит карта? Дайте краткую характеристику каждому элементу.
16. Дайте определение «топографический план».
17. Как классифицируют топографические планы?
18. Что представляет собой профиль местности?
19. Дайте определение «лесная карта».
20. Как классифицируют лесные карты?

Земля во все времена была ключевым интересом человека, ее наличие делало его богатым и влиятельным, поэтому все действия, связанные с изучением и исчислением этого природного ресурса, входят в единую науку. Что такое геодезия, на какие виды подразделяется и зачем необходима. Обо всем будем говорить подробно.

Определение

Это наука, которая занимается изучением поверхности планеты Земля, дает характеристику ее свойств, пользуясь самыми различными методами и способами. Если перевести слово с греческого языка буквально, то получится земледеление, поскольку «гео» – в переводе с греческого означает «земля», а «дезия» – «делить».

Во времена Древней Греции, когда зародился этот термин, он полностью отображал суть науки, ведь землю тогда постоянно делили между странами и империями. Сегодня направление включает гораздо больше процессов и задач, поэтому точный перевод не используется.

Важно знать ! Египтяне задолго до начала нашей эры занимались сложными геодезическими измерениями для постройки пирамид и оросительных каналов.

Сегодня к геодезии относится землемерие в различном его проявлении и все способы измерений, целью которых является определение размеров и формы земельных участков. Ученые, которые работают в данной области, называются геодезистами.

Их поле деятельности весьма обширно:

• применение новых способов создания земельных карт;
• использование разнообразных методов измерения пространства: на поверхности, под водой, над землей, в космосе;
• измерение объектов, которые находятся на земной поверхности и нанесение их на карты.

Ученый Витковский считал, что это одна из наиболее полезных и необходимых наук, поскольку существование человечества ограничено пространством Земли, и изучить ее структуру и устройство необходимо.

Задачи и виды науки

С развитием технологий, данная наука также изменяется, как ее процессы и задачи, например, сегодня все данные должны пропускаться через компьютерные системы. Чтобы ответить на вопрос, для чего нужна геодезия, необходимо понять, что поставленные перед ней задачи делятся на фундаментальные и прикладные.

Все процессы, связанные с изучением планеты и ее гравитационного поля в целом, являются фундаментальными.

Эта группа ученых занимается:

• переносом данных и параметров различных земельных участков на карты и топографические планы;
• изучением тектонических плит и их движения;
• созданием единой системы координат и отображение ее на поверхности Земли.

Прикладная группа занимается решением практических задач, которые позволяют проводить различные земельные работы:

• создание геоинформационных систем и их использование;
• работа с кадастровыми планами (создание и обработка);
• накопление точных топографических данных.

Измерительные процессы, работа с системами координат, создание топографических документов – все это прикладная геодезия, а все действия с землей – это геодезические работы.

Из-за обширности задач науки, ее разделили на виды:

1. Высшая геодезия – это главное направление науки, которое изучает строение планеты Земля, ее характеристики, а также ее координаты и характеристики в космосе. К ней также относят: геодезическую астрономию - которая занимается сбором астрономических данных за планетой; гравиметрию - наблюдения за движениями земной коры, тектонических плит и горных пород; космическую геодезию - применение космических аппаратов для изучения характеристик Земли.
2. Топография – сюда входят все действия по работам с картами: перенесение местности на бумагу, а также нанесение на нее реальных объектов. Эта отрасль занимается измерением и описанием земли на бумаге, причем, как в глобальных масштабах (атласы, карты), так и в более мелких (измерение местности и составление кадастровых планов, помощь в строительстве).
3. Картография – эту отрасль можно отнести к топографии, учитывая то, что картография занимается исключительно созданием карт любых масштабов.
4. Фотограмметрия — съемка поверхности Земли фотографическими аппаратами, установленными на самолетах, спутниках, для создания документов (карт, атласов, кадастров).
5. Инженерная или строительная геодезия — самая популярная, современная отрасль, занимающаяся изысканиями для возведения любых сооружений.
6. Маркшейдерия – занимается изучением подземных ресурсов, на основании данных исследований затем проводятся подземные работы шахтерами.
7. Гидрография – картографирование и методы изучения поверхности земной коры в морях и океанах.

Все процессы, связанные с изучением земельного ресурса, необходимы не только для лучшего понимания устройства планеты Земля, но и для повседневных земляных работ.

Геодезические работы и их виды

Однозначно ответить на вопрос, что такое геодезические работы, нельзя, поскольку существует множество самых разных определений данного понятия. Наиболее приближенное к истине определение – это все работы, которые проводятся в процессе возведения различных инженерных и гидротехнических сооружений.

Они делятся на два типа:

1. Полевые – измерение и описание земной поверхности на местности.
2. Камеральные – последующая обработка полученных на местности данных.

Такие работы могут быть предварительными, или начатыми до начала строительства и попутными, которые осуществляются в процессе стройки. Независимо от сроков выполнения, осуществляется попутный контроль в виде наблюдения за деформацией грунтов и замеров необходимых параметров.

Различают следующие виды геодезических работ:

1. Топографо-геодезические – в данный вид входит создание всех возможных картографических схем, а также определение построение будущего сооружения. Вычисления осуществляют при возведении жилых комплексов, крупных инженерно-строительных сооружений, а также переустройстве городов. При этом, все съемки проходят в определенных строгих масштабах, соответствующим объектам, будь то населенные пункты или промышленные зоны с транспортными узлами.
2. Разбивка – это разделение площади на квадраты с закрепленными вершинами, установка геодезических знаков и разработка разбивочных чертежей, которые выполнены в общепринятых государственных форматах и облегчают процессы строительства, а также обеспечивают гарантированный контроль качества. После проведения разбивки результаты направляются подрядчику застройки вместе с чертежами.
3. Исполнительная съемка – проводится в течении всего строительства и фиксирует строящиеся объекты и их точное расположение. Съемка относится к контролирующим процессам и обеспечивает своевременное получение информации о проходящем строительстве, а также соответствию будущего строения требованиям ГОСТ. При этом особо пристально следят за теми частями зданий, которые обеспечивают устойчивость всего сооружения.
4. Мониторинг деформативности – это еще один контролирующий процесс, который заключается в тщательном наблюдении за возможными отклонениями в сооружениях от установленных параметров во время строительства. Мониторинг проводится поэтапно, как и процесс стройки: при заливке фундамента, на каждый отстроенные пять этажей, после окончания стройки. Во время мониторинга особо пристально следят за фундаментом (нет ли прогибов и кренов), самой осадкой здания и его креном, а также отклонениями частей от монолита.
5. Контроль подземных сетей – осуществляется до, вовремя и после возведения сооружений. Контроль за проседанием здания необходим постоянный, поскольку на данный процесс влияет множество факторов, как человеческих, так и природных. Путем съемки фиксируются все коммуникации (колодцы, дренажи) и их параметры, а также стыковка с другими ранее проложенными сетями и коммуникациями.

Геодезия в строительстве – это необходимость и гарантия безопасности, поэтому нельзя пренебрегать ею в целом или отказываться от какого-либо процесса. Экономия в данном случае может быть трагична.

Важно знать! Геодезические работы необходимы как при общей застройке населенных пунктов и возведении больших инженерных сооружений, так и при выполнении частного мелкомасштабного строительства.

Технологии

То, как осуществляют измерения, зависит от их типа, но в целом, любое строительство осуществляется по определённой схеме.

Технология геодезических работ такова:

1. Выбор территории для строительства: проводят геологические изыскания, рассматривают рельеф, состав и характеристику грунта, и окружающие территории.
2. Привязка будущего объекта к уже построенному. Особенно актуален этот пункт в больших городах, где застройка ведется в тесных условиях. Задаче геодезистов – правильно спланировать размещение будущего объекта.
3. Перенос местности на топографических картах. На этом этапе создается подробный план застройки и отображение всех существующих объектов на нем.
4. Изучение движения земной коры: определяются сейсмически устойчивые участки земли, зависимость сдвигов от природных условий и прочих факторов. На основе результатов исследования разрабатываются планы строительства и применяются соответствующие технологии.

Во время замеров и подсчетов используют специальные, чаще электронные, инструменты, среди которых:

• нивелир — инструмент помогает измерить высоты точек объекта;
• тахометр – с помощью этого прибора строители измеряют углы и высоты точек в пространстве;
• теодолит – выпускается двух разновидностей: оптический и электронный, помогает правильно измерять углы в пространстве.

Полезное видео

Подведем итоги

Геодезия – наука, которая востребована в строительстве и других отраслях. С ее помощью человечество может рационально использовать бесценный ресурс – землю.

Вконтакте

Область геодезических знаний делится на высшую геодезию и геодезию, которые сами подразделяются на более или менее самостоятельные разделы. Основной задачей геодезии является определение фигуры, размеров и гравитационного поля Земли, а также изучение теорий и методов её решения.

В задачи геодезии входит также изучение теорий и методовосновных геодезических работ, служащих для построения опорной геодезической сети и доставляющих данные для решения научных и практических задач геодезии. Геодезическая сеть представляет, систему надлежаще выбранных и закрепленных на земной поверхности точек, называемых опорными геодезическими пунктами взаимные положения и высоты которых определены в принятой системе координат и счёта высот. Положения опорных геодезических пунктов определяют преимущественно методом триангуляции, в основе которой лежит тригонометрический принцип измерения расстояний.

Метод триангуляции состоит в построении на местности рядов и сетей треугольников, последовательно связанных между собой общими сторонами. Измерив в каком-нибудь из треугольников одну сторону, называемую базисом или базисной стороной, и в каждом из них не менее 2 углов, длины сторон всех треугольников определяют путём тригонометрических вычислений. Обычно в каждом треугольнике измеряют все 3 угла, а в любой триангуляции, покрывающей значительную территорию, измеряют большое количество базисов, которые размещаются на определённом расстоянии друг от друга. Для построения геодезической сети применяется и метод полигонометрии, который состоит в измерении на местности длин последовательно связанных между собой линий, образующих полигонометрический ход, и горизонтальных углов между ними. Зная положение одного пункта и направление одной связанной с ним линии полигонометрического хода, путём вычислений последовательно определяют положение всех пунктов хода в принятой системе координат. Иногда положение опорных геодезических пунктов определяют методом трилатерации измеряя все три стороны всех треугольников, образующих геодезическую сеть. Геодезические пункты располагаются на возвышенных точках местности, которые выбирают рекогносцировкой. Каждый пункт закрепляется на местности закладкой на некоторую глубину бетонного блока с вделанной в него маркой, обозначающей вершину треугольника, и постройкой деревянной или металлической вышки, служащей штативом для угломерного инструмента и визирной целью при измерении углов. Иногда геодезические пункты совмещаются с наиболее выделяющимися местными предметами, такими, как водонапорные башни, шпили высоких зданий.

В зависимости от последовательности построения и точности измерений геодезической сети подразделяются на классы. Так, государственная геодезическая сеть СССР делится на I, II, III и IV классы. Государственная триангуляция I класса в СССР строится из рядов приблизительно равносторонних треугольников со сторонами 20--25 км, расположенных примерно по направлению земных меридианов и параллелей через 200--250 км. Пространства, ограниченные рядами триангуляции I класса, покрываются сплошными сетями треугольников II класса со сторонами около 10--20 км. Дальнейшее сгущение сети геодезических пунктов производится построением треугольников III и IV классов.

В местах пересечения рядов триангуляции I класса и в сетях триангуляции II класса измеряют базисы длиной не менее 5--6 км или базисные стороны. Базисы измеряют мерными проволоками путём последовательного откладывания их по линии базиса, причём ошибки измерений не превышают 1:1000000 доли длины базиса. Базисные стороны измеряют непосредственно электрооптическими дальномерами с ошибкой не более 1:400000. Для измерения линий в полигонометрических ходах и сторон треугольников в три латерации применяют также радиодальномеры.

Углы треугольников и углы поворота полигонометрических ходов измеряют при помощи угломерных геодезических инструментов, представляющих собой сложные оптико-механические устройства. При этом под углом между направлениями на 2 наблюдаемых предмет, а в данной точке понимается угол между плоскостями, проходящими через эти предметы и отвесную линию в данной точке. Погрешности измерений углов треугольников в триангуляции I и II классов обычно не превышают 0,7».

Для построения сети опорных геодезических пунктов и определения их положения используют также результаты наблюдений за движением искусственных спутников Земли. Наблюдения спутника состоят в фотографировании его на фоне звёзд, положения которых известны, либо в измерениях расстояний до него с точек стояния при помощи радиотехнических средств или же в выполнении тех и других операций одновременно. Если законы движения спутника хорошо изучены, то он в этом случае служит подвижным геодезическим пунктом, координаты которого на каждый данный момент времени известны. Если же законы движения спутника не изучены, то он служит лишь промежуточным геодезическим пунктом, так что для определения неизвестной точки земной поверхности наблюдения спутника необходимо выполнять строго одновременно как в этой точке, так и в нескольких известных геодезических пунктах. Рассмотрение теорий и методов использования спутников для решения научных и практических задач геодезии составляет содержание спутниковой геодезии.

В конечных точках базисов и базисных сторон триангуляции I и II классов определяют широту и долготу этих точек, а также азимут направления на избранный земной предмет путём астрономических наблюдений. Астрономические широты и долготы определяют также на промежуточных пунктах триангуляции I класса, выбираемых не реже чем 70--100 км. Астрономические определения на пунктах опорной геодезической сети превращают её в астрономо-геодезическую сеть, которая доставляет основные данные для исследований фигуры и размеров Земли и служит для распространения единой системы координат на всю территорию страны. Рассмотрение теории и методов определения географического положения места из астрономических наблюдений относится к геодезической астрономии.

Плановое положение геодезических пунктов определяют геодезическими координатами, а именно широтами и долготами их проекций на поверхности некоторого земного эллипсоида референц-эллипсоида. В каждом геодезическом пункте вместе с его координатами определяют также направления на смежные пункты относительно меридиана. Эти направления называют геодезическими азимутами и служат для ориентировки на местности.

Геодезические координаты одного из пунктов, являющегося исходным пунктом опорной геодезической сети, и геодезический азимут направления на один из смежных с ним пунктов устанавливают определением его астрономических координат и астрономического азимута того же направления исправлением их за влияние отклонения отвеса. Полученные данные, а также высота геоида над поверхностью референц-эллипсоида в исходном пункте характеризуют положение принятого эллипсоида в теле Земли и называются исходными геодезическими датами. Геодезические координаты и азимуты остальных пунктов получают путём вычисления по результатам геодезических измерений, приведённых к поверхности референц-эллипсоида.

Общие сведения по курсу. Геодезические работы как составная часть производства. История геодезии. Связь геодезии с другими науками.

Геодезия – наука об измерениях, производимых с целью изучения формы и размеров всей Земли и отдельных участков ее поверхности. Слово геодезия состоит из двух компонентов: греческих слов гео –земля и дэзо – делить. В буквальном переводе это означает землеразделение. В практическом смысле геодезия интерпретировалась как наука по землеустройству. Это указывает о значении геодезии, как практической науки, возникшей благодаря насущным потребностям человека. По мере развития науки и техники роль геодезии увеличивалась, задачи и цели расширялись. В настоящее время геодезия охватывает весьма широкий круг теоретических и практических вопросов, каждый из которых являет самостоятельное научное и техническое направление. Среди них важнейшими являются:

Высшая геодезия решает следующие научно-технические задачи.

1. Определение фигуры и внешнего гравитационного поля Земли и их изменения с течением времени, установление единой системы геодезических координат, изучение деформаций земной коры путем выявления вековых и периодических вертикальных и горизонтальных движений отдельных материков и их частей, а также сдвигов отдельных участков поверхности вследствие сейсмической деятельности, определение перемещения земных полюсов, разности уровней морей и океанов.

2. Геодезическое изучение фигур и гравитационных полей Луны и планет Солнечной системы.

3. Создание и поддержание на высоком научно-техническом уровне основных опорных астрономо-геодезической и нивелирной сетей государства как базы для его картографирования, удовлетворения нужд народного хозяйства и обороны страны.

4. Разработка способов и приборов для проведения высокоточных измерений на местности с целью последующего определения взаимного положения точек.

5. Разработка методов математической обработки результатов высокоточных измерений и способов решения различных геодезических задач на большие расстояния.

6. Изучение способов отображения отдельных частей или всей земной поверхности на эллипсоиде или плоскости. Решением этой задачи занимается математическая картография. Однако и в высшей геодезии рассматриваются некоторые математические проекции отображения поверхности эллипсоида на плоскость и сферу.

Топография и картография , изучающие участки Земли, которые можно без значительных искажений изобразить на картах и планах.

Фотогеодезия и аэрофотогеодезия , позволяющие с помощью фотоприборов рационализировать процессы геодезических работ и построение карт и планов местности.

Прикладная геодезия занимается решением задач по обеспечению жизнедеятельности людей.

Как результат синтеза геодезии, геометрии, геологии, горного дела, механики и других наук образовалось самостоятельное научно-техническое направление – маркшейдерское дело, которое охватывает в настоящее время очень широкий спектр научных и технических проблем.

Любой процесс геодезических работ включает в себя следующие стадии:

Полевые работы;

Вычислительные работы;

Графические построения и выводы.

Вычисления и графические работы носят название «камеральные работы».

Значение геодезии в производстве и строительстве можно проиллюстрировать на конкретном примере. Для проектирования и строительства любого сооружения необходимо знать его месторасположение, связь с коммуникациями, возможности инженерных сетей, геометрическое соответствие проектам и стандартам. Кроме того, необходимо согласование с соответствующими планами различных ведомств. Конструктивные параметры промышленных механизмов непременно проверяются на соответствие геометрическим элементам.

Особенное значение геодезия имеет в обороне страны. Хорошее и подробное изображение местности на топографических картах необходимо для общих стратегических соображений и проведения операций целых армий. Каждому командиру того или иного подразделения в первую очередь необходимо знание местности в районе происходящих военных действий

Местность на войне является одним из наиболее важных элементов боевой обстановки. От характера местности в значительной мере зависит применение того или иного рода войск, что наилучшим образом можно определить по хорошей карте.

По карте же лучше всего наметить маршруты следования отдельных отрядов при передвижении войск, места дислокации, месторасположение командных пунктов, полевых госпиталей и т.д.

К деятельности землеустроителей относится разметка угодий и садов, прокладка гидромелиорационных систем, сельскохозяйственных дорог и прочие задачи в геометрии сельского хозяйства.

В решении поставленных задач геодезия всегда была связана с различными науками. В первую очередь это физика, география, черчение, математика, высшая математика, математическая статистика.

Производство геодезических приборов связано с механикой, оптикой, радиотехникой, электроникой. В связи с тем, что геодезия является наукой о форме и размерах Земли, ее нельзя отделить от астрономии. И, конечно же, трудно представить современную геодезию без применения вычислительной техники.

Взаимоотношение прикладных разделов геодезии с такими прикладными науками, как проектирование и строительство, горное дело, мелиорация, гидротехника, метростроение, военное дело вообще трудно переоценить.

За четыре с лишним тысячелетия до нашей эры в Египте уже производились некоторые геодезические работы с определением границ земельных участков, периодически заливаемых Нилом.

Преемницей и продолжательницей египетской культуры явилась Греция. Здесь развитие геодезии происходило в тесной связи с развитием математики. В Греции впервые высказывается гипотеза о шарообразности Земли (550 лет до нашей эры), делаются попытки определить ее размеры (200 лет до нашей эры) и составляется первая книга по геодезии («Диоптрика Герона»).

О применении геодезии в древней Руси известно из летописей, начиная с десятого века. При раскопках около города Тамани был обнаружен камень с высеченной на нем надписью на древнерусском языке, которая повествует о том, что в 1068 г. было измерено расстояние по льду Керченского пролива между Таманью и Керчью.

В то время Русь была раздроблена на отдельные княжества, что вызывало необходимость в описании земельных участков. Издается свод законов о границах земельных владений («Русская Правда» 12 века). С образованием Московского государства появляется необходимость не только в описании земель и границ, но и в измерении их с целью налогообложения. Так в 15 веке появляются «писцовые книги» с составленными к ним чертежами, представляющими собой землемерные начертания участков. В середине 16 века была создана первая карта Московского государства, названная «Большой чертеж», которая

в 1627 году ввиду износа была вычерчена заново. После присоединения Сибири к Московскому государству во второй половине 16 века были составлены две большие карты Сибири.

Между тем, все существовавшие в то время карты содержали в себе много грубых ошибок. Последнее вызывалось тем, что они составлялись на основе рассказов, описаний и личных наблюдений составителей, а не по результатам инструментальных съемочных работ.

Проведение инструментальных съемочных работ в стране началось лишь при Петре 1, хотя съемки отдельных территорий и отдельных районов страны не были связаны общей геодезической основой. В 1704-1706г. большие геодезические работы были выполнены при исследованиях реки Дон и водораздела между Волгой и Доном в связи с трассировкой и началом строительства Волго-Донского канала через реки Иловлю и Камышинку. При Петре 1 была осуществлена Вышневолоцская водная система, а после него Тихвинская и Мариинская водные системы. Этот период можно считать началом применения геодезии в инженерных целях. В петровский период русские механики И. Е. Беляев и Данила Колосов изготовляли ряд геодезических инструментов, среди которых были и нивелиры со зрительной трубой. Большой вклад в геодезическую науку внес гениальный русский ученый М. В. Ломоносов. Под его руководством Географическим департаментом (середина 18 столетия) была составлена географическая карта Европейской части России на 13 листах и Азиатской части России на 6 листах. Большие плановые и картографические материалы дало так называемое «генеральное межевание» земель, начавшееся в 1765 году. Геодезические работы, связанные с «генеральным межеванием», вызвали необходимость подготовки землемеров, в связи с чем в 1779 г. в Москве была открыта Межевая школа, которая в 1838 г. была преобразована в Межевой институт.

В 1822 г. в России организован Корпус военных топографов (КВТ). С этого времени геодезические работы стали быстро развиваться, главным образом в приграничных полосах нашего государства, причем эти работы проводились на основе опорной триангуляционной сети.

15 марта 1919 г. Совет Народных Комиссаров издал декрет, подписанный В.И.Лениным, о создании Главного геодезического управления (ГГУ), на которое в основном было возложено: производство общегосударственных сплошных геодезических съемок, составление и издание карт, составление общеобязательных технических инструкций для всех ведомств и учреждений, ведущих геодезические работы, подготовка кадров для этих работ.

В дальнейшем ГГУ было преобразовано в Главное управление геодезии и картографии.

Выдающимся достижением топографо - геодезического производства является завершение картографирования всей территории страны полностью в основном государственном масштабе 1:1 000 000, что является исключительно важным в деле всеобъемлющего и всестороннего изучения территории страны.

Свидетельством высокого уровня картографической промышленности является тот факт, что созданные за последнее время карты СССР масштабов 1:1000000 и 1:2500000, а также географические атласы: атлас учителя, морской атлас, атлас СССР и атлас мира получили очень высокую оценку. Содержание и оформление государственных топографических карт ставит их в число лучших карт мира.

Нельзя не отметить также ту огромную роль, которую сыграла отечественная геодезическая наука при изысканиях, проектировании и возведении многочисленных крупнейших строек страны. Особого внимания заслуживают работы геодезистов, которые довели градусные измерения по 52-й параллели от нашей границы с Польшей до Владивостока и выполнили целый ряд других градусных измерений по меридианам и параллелям.

Основываясь на результатах этих градусных измерений и гравиметрических определений СССР и других стран мира, Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэрофотосъемки и картографии под руководством Ф. Н. Красовского вычислил новые размеры земного эллипсоида. Постановлением Совета Министров СССР от 7 апреля 1946 г. размеры этого эллипсоида были положены в основу всех картографических работ в СССР.

История развития отечественной геодезической науки показывает, что она всегда шла и развивалась самостоятельными и оригинальными путями, выдвигая крупнейших ученых, исследователей и практиков, и обогащала своими достижениями мировую науку.

ГЕОДЕЗИЯ (греческий γεωδαισ?α, буквально - землеразделение), наука об определении фигуры, размеров и гравитационного поля Земли; об измерениях на земной поверхности для отображения её на планах и картах и решения различного рода практических задач.

Геодезия возникла в глубокой древности, когда появилась необходимость установления границ земельных участков, строительства оросительных каналов, осушения земель. В трудах Аристотеля (4 век до нашей эры) впервые появилось название «геодезии». В 3 веке до нашей эры в Египте Эратосфен впервые вычислил размеры земного шара.

Развитие современной геодезии началось в 17 веке, когда были изобретены зрительная труба, послужившая основой для создания нивелира и теодолита, и барометр, явившийся первым инструментом для определения высот точек земной поверхности. Большим шагом в развитии геодезии стала разработка В. Снеллиусом в 1615-17 годах метода триангуляции, который позволил создать обширные сети геодезических пунктов, являющиеся основой всех видов геодезических измерений.

Для определения фигуры Земли были проведены знаменитые градусные измерения длины дуги меридиана. В 18 веке французский астроном Н. Л. Лакайль произвёл поверку так называемого большого французского градусного измерения от Дюнкерка до Перпиньяна. В 19 веке В. Я. Струве (смотри Струве) и геодезист К. П. Теннер провели измерение дуги меридиана протяжённостью около 3000 км (от Северного Ледовитого океана до устья Дуная), для чего была создана сеть из 265 пунктов (так называемая дуга Струве). Эти и другие геодезические работы были продолжены российскими учёными Ф. Н. Красовским, А. А. Михайловым, М. С. Молоденским, А. А. Изотовым, Н. А. Урмаевым и др.

Объектами изучения и измерения в геодезии в основном являются Земля и её недра, околоземное пространство, объекты на земной поверхности и под ней. Методы геодезии могут применяться также для изучения других планет Солнечной системы. Современная геодезия делится на несколько основных дисциплин: высшую геодезию, космическую геодезию, геодезическую астрономию (астрономогеодезию), топографию, прикладную (инженерную) геодезию и морскую геодезию. Кроме того, развиваются такие направления, как геодезическое обеспечение всех видов земельного кадастра, создание географических информационных систем, цифровых моделей местности, автоматизация геодезических измерений. Каждая из геодезических дисциплин решает свои задачи, используя свои методы и средства для их реализации.

Высшая геодезия изучает фигуру и размеры Земли, методы определения координат точек на её поверхности. Изучением взаимных связей между фигурой Земли и гравитационным полем на её поверхности занимается геодезическая гравиметрия.

При определении фигуры и размеров Земли исходят из понятия об уровенных поверхностях, которые пересекают направления отвесной линии под прямым углом. Направление отвесной линии принимают за одну из координатных линий, т.к. в каждой данной точке оно может быть построено однозначно при помощи уровня или даже простейшего отвеса.

Одной из уровенных поверхностей является поверхность геоида. Вследствие неравномерного распределения масс в земной коре поверхность геоида является настолько сложной, что её нельзя представить каким-либо конечным математическим уравнением. Нельзя и определять относительно неё координаты точек физической поверхности Земли. Поэтому вводится понятие земной эллипсоид, математически правильная поверхность которого принимается близкой по форме к поверхности геоида. Эллипсоид, центр которого совпадает с центром масс Земли, плоскость экватора совпадает с плоскостью земного экватора, а малая ось - с осью вращения Земли, называется общим земным эллипсоидом. Каждое государство принимает для решения внутренних задач страны эллипсоид с такими размерами и расположением (ориентированием) в теле Земли, который бы наилучшим образом представлял территорию данного государства. Подобный эллипсоид называется референц-эллипсоидом. Поверхность референц-эллипсоида (именуемая поверхностью относимости) и является той поверхностью, на которую проектируют (относят) все измерения, выполненные на физической поверхности Земли. В России принят так называемый референц-эллипсоид Красовского.

Положение любой точки земной поверхности задаётся её координатами. В геодезии, как правило, применяются геодезические координаты (эллипсоидальные и прямоугольные) и астрономические координаты (координаты точки на поверхности Земли, определяемые непосредственно из астрономических наблюдений). Астрономические координаты в данной точке, в отличие от геодезических, определяют относительно отвесной линии (направления силы тяжести), которая не совпадает с нормалью к эллипсоиду из-за неравномерного распределения масс внутри Земли. Это несовпадение, называемое уклонением отвесной линии, в горных районах может достигать значительной величины. В геодезических работах, где уклонение отвесных линий незначительно или его можно не учитывать, геодезические и астрономические координаты совпадают. Для полного определения положения точки на земной поверхности, кроме координат в плане, надо знать высоту. В зависимости от выбора начала отсчёта высот различают абсолютные высоты, отсчитываемые от среднего уровня океана (моря), и относительные высоты (условные), отсчитываемые от условной уровенной поверхности. В России отсчёт абсолютных высот ведётся в Балтийской системе от так называемого нуля Кронштадтского футштока, соответствующего среднему уровню Балтийского моря в спокойном состоянии.

Распространение координат точек по всей территории страны осуществляется построением опорных геодезических сетей, которые традиционно создавались методом триангуляции и полигонометрии. На смену им пришёл метод спутниковых определений: для установления координат точек на поверхности Земли используются спутники, координаты которых в определённой системе известны на любой момент времени (смотри Спутниковая система позиционирования).

Полученные любым из методов координаты точки фиксируются на поверхности Земли в виде геодезических пунктов, основу которых составляет центр геодезического знака.

Космическая геодезия использует результаты наблюдений искусственных и естественных небесных тел. Основными задачами космической геодезии являются: разработка способов определения орбит небесных тел с использованием теории движения небесных тел; обоснование требований к геодезическим спутникам и расположению станций наблюдения; разработка аппаратуры и методов наблюдений, теории математической обработки их результатов; определение положений и изменения со временем координат наземных пунктов; изучение параметров гравитационного поля Земли и его изменений во времени; уточнение некоторых астрономических постоянных; изучение геодинамических процессов, происходящих на Земле.

Астрономогеодезия разрабатывает и применяет теорию и методы высокоточных определений астрономических координат и азимутов направлений, что необходимо для правильной ориентации геодезических сетей на физической поверхности Земли и проектирования их на любой эллипсоид относимости. Кроме того, астрономические долготы, широты и азимуты являются основой для задания исходных геодезических координат при использовании любого из референц-эллипсоидов. Астрономические координаты пунктов необходимы также для изучения фигуры и гравитационного поля Земли. Без определения астрономических координат любые геодезические сети (особенно протяжённые) окажутся расположенными в пространстве совершенно произвольно. Поэтому в схемах построения государственных геодезических сетей любых государств обязательно предусматривается определение с некоторой частотой астрономогеодезических пунктов, на которых из наблюдений светил определяют астрономические координаты и азимуты направлений.

Прикладная (инженерная) геодезия решает задачи геодезического обеспечения проектов строительства и эксплуатации различных инженерных сооружений, к которым относятся жилые и общественные здания, промышленные комплексы, метрополитен, автомобильные и железные дороги, гидротехнические сооружения, магистральные трубопроводы нефти и газа, линии электропередач и связи, тепловые и атомные электростанции, башенные сооружения, ускорители ядерных частиц, гигантские радиотехнические антенны и др.

На разных этапах строительства и эксплуатации сооружений выполняются разные группы работ. Инженерно-геодезические изыскания сводятся к получению геодезических данных для разработки проектов строительства сооружений. Согласно проекту строительства определяют границы сооружений на местности, обеспечивают соответствие проекту геометрических форм и размеров строительных и технологических элементов сооружения. Исполнительные съёмки устанавливают отклонение геометрической формы и размеров возведённого сооружения от проектных. В процессе эксплуатации объекта изучается деформация (смещение) земной поверхности под сооружением, а также самого сооружения или его частей под воздействием природных факторов и деятельности человека. Инженерная геодезия решает также задачи, связанные с изучением, освоением и охраной природных ресурсов.

Морская геодезия обеспечивает выполнение геодезических работ в Мировом океане. Цели данных работ: создание морских опорных геодезических сетей и отдельных пунктов общегеодезического и специального назначения; создание батиметрических карт, являющихся материалом для выяснения тектонического строения подводных областей поверхности Земли и решения различных инженерных задач (например, возведение морских буровых платформ); определение границ территориальных вод и др. Работы на море производятся в основном с судов или других плавсредств на любом удалении от береговой линии. Для решения задач морской геодезии используются различные виды радиогеодезических и радионавигационных систем наземного базирования, спутниковые навигационно-геодезические системы, гидроакустические средства.

Топография рассматривает методы и средства построения сетей сгущения, а также изображения местности на планах и картах (топографическая съёмка). Топографическая съёмка проводится как наземными методами, так и путём фотографирования местности с летательных аппаратов, в том числе со спутников. Обработкой снимков занимается фотограмметрия. Геодезические измерения сопровождаются неизбежными погрешностями. Измерения каждой величины для повышения точности выполняют многократно, а результаты приводят в соответствие с определёнными математическими условиями.

Геодезия постоянно развивается в связи с возникновением новых геодезических задач. К новым направлениям геодезии можно отнести: автоматизацию геодезических работ на основе электронных и компьютерных технологий; геодезическое обеспечение космических систем и реформирования аграрного сектора; создание геоинформационных систем и цифровых моделей местности.

Лит.: Глумов В. П. Основы морской геодезии. М., 1983; Хаимов 3. С. Основы высшей геодезии. М., 1984; Плохов Ю. В., Краснорылов И. И. Геодезическая астрономия. М., 2002. Ч. 1; Крылов В. И. Космическая геодезия. М., 2002; Кузнецов П. Н. Геодезия. М., 2002. Ч. 1; Инженерная геодезия / Под редакцией Д. Ш. Михелева. 4-е изд. М., 2004.

В.В. Шлапак, Д. Ш. Михелев.