История создания геодезических сетей в России

Во всех странах становление и развитие основных геодезических работ было связано с необходимостью картографирования территории государства. Так, в XVI столетии была составлена первая русская карта на Европейскую часть Московского государства, известная под названием «Большой чертеж».

В начале XVIII столетия реформы государственного управления, проводимые Петром I, потребовали новых, более совершенных карт. В 1721 г. была издана первая в России Инструкция по топографо-геодезическим работам.

В то время было принято составлять карты по уездам, которые назывались ландкартами. Геодезической основой каждой ландкарты служил полигон, прокладываемый по границе уезда с помощью астролябии с буссолью и мерной цепи. В каждом уезде или в группе смежных устанавливался свой исходный геодезический пункт, от которого велся отсчет координат в создаваемой сети. Широту исходного пункта определяли из астрономических наблюдений. Долготу этого пункта не определяли. Между исходным пунктом и геодезическим полигоном, построенным вдоль границы уезда, прокладывались буссольные ходы; в местах их пересечения определялись астрономические широты [15].

Все работы по составлению ландкарт находились в ведении Сената, который передавал готовые ландкарты в Географический департамент Российской академии наук, где они использовались при составлении географических карт и первой генеральной карты России. С 1757 г. работой Географического департамента руководил великий русский ученый М. В. Ломоносов. В целях повышения точности карт тогда было принято решение определять в важнейших пунктах страны не только астрономические широты, но и долготы. К концу XVIII в. на территории России было определено 67 астрономических пунктов. Такого количества астропунктов в те времена не имела ни одна западноевропейская страна.

Таким образом, на рубеже XVIII и XIX столетий главной геодезической основой при составлении карт были только астрономические пункты, причем размещаемые довольно редко на картографируемой территории. Метод триангуляции был известен, но еще не применялся.

После окончания Отечественной войны 1812 г. остро встал вопрос о дальнейшем повышении точности карт. В связи с этим после окончания войны было принято решение создавать опорные геодезические сети для целей картографирования методом триангуляции.

Первые крупные триангуляционные работы в России были начаты в 1816 г. в западных пограничных районах под руководством известного геодезиста К. И. Теннера. В работах К. И. Теннера впервые был реализован основной принцип построения опорных геодезических сетей — принцип последовательного перехода от общего к частному. К. И. Теннер впервые ввел деление триангуляции на классы: 1 класс со сторонами треугольников в среднем около 25 км, 2 класс — 5—10 км и пункты 3 класса, определяемые засечками [15].

В 1822 г. был учрежден Корпус военных топографов (КВТ), сыгравший большую роль в становлении и развитии основных геодезических и картографических работ в России. За 100 лет своего существования КВТ определил на территории России 3650 пунктов триангуляции 1 класса, 6373 пункта триангуляции 2 и 3 классов.

К началу XX в. был накоплен богатый опыт развития триангуляционных сетей. К этому времени стали выявляться и недостатки в организации этих работ.

К началу текущего столетия основная масса пунктов прежних триангуляции оказалась утраченной, а потребность в геодезической основе, наоборот, заметно возросла. В связи с этим в 1907 г. комиссия начальника КВТ И. И. Померанцева впервые разработала программу построения триангуляции 1 класса на Европейской части России, которая предусматривала:

1) проложение рядов триангуляции 1 класса по направлению меридианов и параллелей расстояния между рядами одного направления 300—500 км, периметр полигонов 1200— 1500 км;

2) определение на пересечении рядов (в вершинах полигонов) выходных сторон триангуляции, а на обоих концах каждой из них — астрономических широт, долгот и азимутов;

3) использование в качестве поверхности относимости эллипсоида Бесселя (за исходный пункт принимается центр круглого зала Пулковской обсерватории).

Подчеркивая большую роль и заслуги Корпуса военных топографов перед отечественной геодезией и картографией как главной организации, выполнявшей основные геодезические работы в России, необходимо отметить, что из-за недостаточного внимания царского правительства к вопросам картографирования территории страны и весьма ограниченного финансирования геодезических работ развитие этих работ шло очень медленно. К 1917 г. топографо-геодезическая изученность территории составляла всего лишь около 13 %.

1. 2. Понятие «Государственная геодезическая сеть»

Государственная Геодезическая сеть служит основой для решение многих научных задач геодезии, а также для проектирования, строительства и эксплуатации различного рода сооружений.

Геодезическая сеть представляет собой совокупность пунктов на земной поверхности, для которых известны плановое положение в избранной системе координат и отметки в принятой системе высот. Эти пункты располагают на местности по заранее составленному плану и отмечают специальными опознавательными знаками [9].

По территориальному признаку геодезические сети подразделяются на глобальные (общеземные), национальные (государственные), сети сгущения и местные сети.

Глобальная государственная сеть создается методами космической геодезии по наблюдениям за искусственными спутниками Земли (ИСЗ). Эту сеть используют для решения научных и научно-технических задач высшей геодезии, астрономии, геодинамики (изучение фигуры и внешнего гравитационного поля Земли; уточнение фундаментальных геодезических постоянных; определение движения (прецессии и нутации) полюсов Земли; изучение горизонтальных и вертикальных перемещений литосферных плит земной коры; определение положения референц-эллипсоидов, применяющихся в других странах и др.).

К Государственным геодезическим сетям относятся: Государственная геодезическая сеть (плановая), Государственная нивелирная сеть (высотная), Государственная гравиметрическая сеть.

Государственная геодезическая сеть (ГГС) предусматривает определение взаимного положения геодезических пунктов в плановом отношении на применяемой в стране поверхности относимости (поверхности референц-эллипсоида). Высоты плановой сети определяют со сравнительно небольшой точностью [3].

Государственная нивелирная сеть служит для определения высот пунктов относительно поверхности квазигеоида. Плановое положение пунктов нивелирной сети на поверхности относимости определяется с невысокой точностью.

В некоторых случаях используют совмещенные пункты. Тогда их плановые и высотные координаты определяют с соответствующей точностью.

Государственная гравиметрическая сеть используется для определения ускорений силы тяжести в исходных или заданных пунктах. При этом пункты гравиметрической сети на местности не закрепляются, а необходимые наблюдения выполняют непосредственно на пунктах плановой и высотной сетей [3].

С помощью Государственных геодезических сетей решают следующие основные задачи:

- детальное изучение фигуры и гравитационного поля Земли в динамике в пределах территории государства (страны);

- создание единой системы координат и высот для всей территории государства;

- картографирование территории государства в единой системе координат и высот с использованием единых принципов проектирования поверхности относимости на плоскость;

- научные и научно-технические проблемы для хозяйства страны и ее обороны.

По методам и специфике построения Государственные геодезические сети указанных выше трех видов строятся раздельно, но они между собой тесно взаимосвязаны, дополняют друг друга, и часто их пункты обобщаются (совмещаются).

Сети сгущения создаются на территориях, которые предназначены для хозяйственного освоения: проектируемые, строящиеся и эксплуатируемые предприятия, в том числе и предприятия горной промышленности (шахты, разведуемые месторождения, карьеры, рудники и т.п.).

Местные геодезические сети предназначены для решения сложных научных и научно-технических задач на локальных участках местности, либо особых объектах, например, в сейсмоактивных районах для наблюдений за сдвижениями земной поверхности и сооружений на ней, при строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений, ускорителей частиц, атомных электростанций, мощных радиотелескопов, телевизионных башен и др.

Дальнейшим развитием сетей сгущения являются сети съемочного обоснования, предназначенные для обеспечения топографических съемок заданного масштаба. Съемочные сети создают в виде теодолитных и тахеометрических ходов и их сочетаний, построением треугольников, геодезических четырехугольников, вставок в угол и центральных систем.

Государственная геодезическая сеть служит для выполнения научных и научно-технических задач. Она является главной геодезической основой топографических съемок всех масштабов и должна удовлетворять различным требованиям народного хозяйства и обороны страны.

Государственная геодезическая сеть состоит из:

1) сетей триангуляции, полигонометрии и трилатерации 1, 2, 3 и 4 классов, различающихся между собой точностью измерения углов и линий, длиной сторон и порядком их развития;

2) нивелирных сетей Ӏ, ӀӀ, ӀӀӀ, ӀѴ классов.

Государственная геодезическая плановая и высотная сети делятся соответственно на сети 1, 2, 3 и 4 класса и I, II, III и IV класса. Самым высоким по точности является 1 (I) класс.

В плановой сети классы различаются по точности измерения горизонтальных углов и расстояний, в высотной сети – точностью передачи высоты с пункта на пункт.

Сети сгущения подразделяются на аналитические сети 1-го и 2-го разрядов и полигонометрические сети 1-го и 2-го разрядов.

Аналитические сети «рис.» 1(а, б) представляют собой цепочки треугольников, либо сплошные сети триангуляции и трилатерации, а также отдельные точки, получаемые засечками с пунктов государственной сети. Для сети 2-го разряда могут быть использованы и пункты 1-го разряда.

Полигонометрические сети представляют собой одиночные ходы, либо системы ходов, проложенных между пунктами высших разрядов или классов. При этом могут быть построены одиночные полигонометрические ходы, системы полигонометрических ходов с одной или несколькими узловыми точками, системы ходов в виде полигонов и другие [3].

В итоге можно сделать следующие выводы:

Во всех странах развитие основных геодезических работ связывалось с необходимостью составления карт. Уже в XVI веке была составлена первая русская карта - «Большой чертеж». В 1721 г. была издана первая в России Инструкция по топографо-геодезическим работам. В последующие годы происходило постепенное развитие геодезических работ, в том числе введение метода триангуляции и многое другое.

По территориальному признаку геодезические сети подразделяются на глобальные, государственные, сети сгущения и местные сети. В свою очередь государственные сети делятся на Государственную геодезическую сеть (плановую), Государственную нивелирную сеть (высотную), Государственную гравиметрическую сеть. Глобальные геодезические сети создаются с помощью искусственных спутников земли. В плановых сетях для каждого опорного пункта определяются прямоугольные координаты в общегосударственной системе координат. В высотных геодезических сетях высоты в пунктах определяются в Балтийской системе высот: на местности выбираются точки, которые являются вершинами геометрических фигур, в этих фигурах измеряют некоторые элементы, а остальные элементы вычисляют с использованием формул и законов: исходные данные получают из астрономических наблюдений.Государственная гравиметрическая сеть используется для определения ускорений силы тяжести в исходных или заданных пунктах. Сети сгущения создаются на территориях, которые предназначены для хозяйственного освоения. Местные геодезические сети предназначены для решения сложных задач на локальных участках местности.

Государственная геодезическая сеть состоит из сетей триангуляции, полигонометрии, трилатерации 1, 2, 3 и 4 классов и нивелирных сетей I, II, III и IV класса. Самым высоким по точности является 1 (I) класс. Сети сгущения подразделяются на аналитические сети 1-го и 2-го разрядов и полигонометрические сети 1-го и 2-го разрядов.