Предмет геодезії

Геодезія - прикладна математична наука, що вивчає методи визначення:

• форми та розмірів планети Земля;

• її гравітаційного поля;

• зміни цих параметрів у просторі та часі; а також методи:

• побудови мереж пунктів з єдиною системою просторових координат;

• виконання, на основі цих пунктів, топографічного знімання, створення паперових та цифрових планів та карт;

• розв'язування наукових та інженерних задач.

Студенти уже знають, що дослівно з грецької мови слово " геодезія" перекладається як " землерозділення". Проте точніше дає змогу відтворити суть геодезичної науки слово " землевимірювання". Нагадаємо, що " геометрія" дослівно перекладається з грецької як " землевимірювання", а не як " земле­розділення". Отже, слово " землевимірювання" найкоротше, найповніше і най­краще відтворює зміст науки " геодезія".

Під дійсною поверхнею Землі розуміють її фізичну поверхню, на якій виконуються наземні вимірювання, тобто поверхню суші і незбурену поверхню морів, океанів та озер.

У завдання вищої геодезії не входить безперервне визначення фізичної поверхні Землі, наприклад, у вигляді карт. Цим займаються інші розділи геодезії - топографія, аерознімання. Основне завдання вищої геодезії форму­люють як визначення положення деякої мережі опорних точок у єдиній системі координат. На основі цієї мережі і вивчаються форми й розміри планети Земля, її гравітаційне поле, а за зміною координат пунктів цієї мережі вивчається зміна названих параметрів у просторі та часі. Саме ці питання вивчає частина геодезії, яку називають вищою геодезією.

Наведене тут ширше визначення предмета геодезії (не вищої геодезії) охоплює ще і методи топографічного знімання, які вивчає наука " геодезія". І це небезпідставно, оскільки " топографія" є частиною " геодезії" ".

Отже, доходимо висновку, що геодезія складається з двох основних частин: вищої геодезії та топографії. Вища геодезія вивчає уявну поверхню, так звану рівневу поверхню сили ваги Землі, а топографія вивчає частинами дійсну поверхню Землі. Дуже важливу роль у геодезії відіграє поверхня геоїда, тобто рівнева поверхня поля сили тяжіння (сили ваги), що проходить через початок

відліку висот. Ця поверхня близька до незбуреного середнього рівня океанів і з'єднаних із ними морів. Тому часто на це вказують, навіть даючи визначення геоїда. Через різницю температур і солоності води в різних частинах Світового океану і з деяких інших причин поверхня геоїда строго не збігається зі вказаною рівневою поверхнею. За деякими оцінками, такі відхилення можуть сягати 1 м. Ця обставина змушує розрізняти поверхню геоїда і так звану топографічну поверхню океанів та морів.

Зауважимо ще, що геодезія може бути розділена не на дві, а на декілька наукових дисциплін:

1. Вища геодезія.

2. Топографія.

3. Аерофотогеодезія і фотограмметрія.

4. Прикладна (інженерна) геодезія.

5. Геодезична гравіметрія.

6. Геодезична астрономія.

7. Космічна геодезія.

8. Картографія.

9. Геодезичне приладобудування.

10. Економіка й організація геодезичних робіт.

Геодезія спирається, передусім, на математичні дисципліни. Крім того, для вивчення геодезії важливо знати фізику, особливо оптику і фізику ат­мосфери, геофізику, геоморфологію. Геодезія тісно пов'язана з астрономією. Геодезія необхідна геології, геофізиці, приладознавству, геоботаніці, інже­нерним наукам. Будівництво залізниць, шосе, каналів, метро вимагають знання геодезії. Геодезія дуже потрібна військовій та морській справі.

Історичний аспект розвитку геодезії й уявлень людства про форму й розміри Землі висвітлено в топографії. Тут ми тільки вкажемо, що в розвитку геодезії можна виділити найважливіші етапи.

Перший етап, коли давні індуси, вавілоняни й греки до Піфагора (VI ст. до н. є.) вважали Землю плоскою, або плоско-опуклою, і такою, що тримається на підпірках. Піфагор (580-500 pp. до н. є.) припустив, що Земля, як " найдос­коналіше тіло", має форму кулі, а його сучасник Парменід пояснив, що ніяких підпірок у Землі немає, усі тіла з різних боків падають на Землю, а їй, виходить, падати немає куди. Великий грецький учений Арістотель (384-322 pp. до н. є.) довів кулеподібність Землі за формою тіні на диску Місяця під час місячних затемнень. Є відомості, що ще до Арістотеля були спроби визначити розміри земної кулі. Так, халдейські вчені визначили довжину кола Землі у 24000 миль

(миля дорівнювала 4000 крокам верблюда). Як це було визначено - невідомо. Обґрунтував розміри Землі як кулі Ератосфен (276-196 pp. до н. є.).

З цього періоду і до кінця XVII віку - другий етап. Землю вважали кулею. Останні століття рабовласницького суспільства, тобто період володарювання й розпаду Римської імперії, не внесли нічого істотного в історію розвитку геодезії. Під час наступних семи століть центр наукової думки перемістився до арабських країн. У 829 р. арабські вчені визначили розміри Землі. Результат цього визначення виявився близьким до сучасних даних: для дуги в 1° за меридіаном араби отримали 111, 8 км. З епохи великих геофізичних відкриттів починається період нового природознавства. Від цього періоду, пов'язаного з іменами голландського математика та фізика Снелліула (1580-1626), французького академіка Пікара (1620-1682), англійського фізика й математика Ньютона (1642-1727) бере початок і нова геодезична наука.

Третій етап - кінець XVII і до середини XIX століття, коли Землю вважали приплюснутою кулею, тобто сфероїдом (сфероїдальність Землі дове­дена Ньютоном).

Четвертий етап, коли наука дійшла висновку, що сфероїд - тільки друге наближення до істинної фігури Землі. Цій істинній фігурі у 1873 році німецький фізик І.В. Лістінг дав спеціальну назву - геоїд (землеподібний).

П'ятий - сучасний етап. Детально вивчається геоїд, квазігеоїд, у різних країнах визначаються відхилення геоїда від деяких еліпсоїдів із певними розмірами і у певний спосіб орієнтованими в тілі Землі. Такі еліпсоїди, що мають мінімальні відхилення від геоїда на території певної країни, називають референц-еліпсоїдами. Еліпсоїд, що забезпечував би мінімальні відхилення від геоїда по всій поверхні Землі, називається загальноземним еліпсоїдом. Такий еліпсоїд практично вже знайдений насамперед завдяки космічній геодезії, яка започат­кована 4 жовтня 1957 р. із запуском першого у світі штучного супутника Землі.

Сьогодні супутникові технології, які є могутнішими засобами, ніж наземна геодезія, для вивчення форми та розмірів Землі, її гравітаційного поля, тобто поля сили ваги. Технології космічної (супутникової) геодезії дають також змогу визначати взаємне положення точок земної поверхні, будувати просторові опорні геодезичні мережі і виконувати топографічне знімання з метою складання планів та карт.

Відзначимо деякі особливості сучасної геодезичної науки. Це:

1. Значне підвищення точності вимірювань з ІхЮ" ⁶ до ІхЮ" ⁷—ІхЮ" ⁸.

2. Можливість вивчати не тільки координати X, Y, Н точок, але й їхні зміни АХ, ДУ, АЯ у просторі й часі за повторними вимірами.

3. Перехід від статичної тривимірної геодезії до чотиривимірної кінематичної геодезії, яка вивчає зміни положень точок земної поверхні та елементів земного гравітаційного поля, а далі - до динамічної геодезії, яка не тільки вивчає кінематику (рух точок), але й сили, що є причиною цих рухів [12].

4. Небувала автоматизація геодезичних робіт.

5. Перехід від контактних методів вивчення Землі до дистанційних.

6. Перехід від аналогових (графічних) до цифрових планів та карт.
Тільки сучасну геодезію називають інформативною. Насправді це не так.

Геодезія завжди була інформативною, на будь-якій стадії свого розвитку. Проте не можна не погодитися з тим, що сучасна геодезія стала інформативнішою.