История развития геодезии и картографии в России в XIX – начале XX вв.

История развития геодезии и картографии в России в XIX – начале XX вв.
Защите - 2014 год
Оценка - отлично ...

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАБОТ В РОССИИ 5
2 ИЗМЕНЕНИЕ В ПРЕДМЕТЕ И МЕТОДЕ ГЕОДЕЗИИ. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ 7
3 РАЗВИТИЕ ТРИАНГУЛЯЦИОННЫХ, АСТРОНОМИЧЕСКИХ И ГРАВИМЕТРИЧЕСКИХ РАБОТ 9
3.1 Астрономические работы 9
3.2 Триангуляционные работы 10
3.3 Гравиметрические работы 16
4 НИВЕЛИРНЫЕ РАБОТЫ 16
5 ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ И КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ РАБОТЫ 18
6 ОБРАЗОВАНИЕ И ПОДГОТОВКА КАДРОВ 21
6.1 Подготовка военных геодезических кадров 21
6.2 Подготовка гражданских геодезических кадров 24
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 26
Список используемой литературы и источников 27

Геодезию считают одной из самых древних наук, которая не только возникла, но и развивалась, потому что человек остро нуждался в ней. Она развивалась на протяжении многих веков [1].
История отечественной геодезии и картографии включает много знаменательных дат [2]. Основное развитие геодезия, как наука в России, получила в середине прошлого тысячелетия, когда значительно оживились торговые связи между континентами и отдельными государствами. Именно тогда потребовались мореплавателям и торговцам географические карты, для получения которых требовались знания в области математики, инструментальной техники и, конечно же, геодезии. Таким образом, история развития геодезии зависела от потребностей человека, которому требовалось все больше знаний, чтобы развивать свои сферы деятельности. Впервые г еодезические измерения в России, были зафиксированы в 11 веке – измерили ширину Керченского пролива. Петр Первый значительно усовершенствовал составление карт – измерялись огромные земельные участки, которые затем наносились на бумагу в соответствующем масштабе.
В начале 19 века в России, да и во всей Европе шли глобальные военные действия, которые требовали реорганизации и усовершенствования военного дела. Отечественная война 1812 года выявила скверное обеспечение в Российском государстве географическими картами. После этого была совершена огромнейшая работа — земельные участки территорий России подвергались топографическим съемкам, которые необходимы были, чтобы правильно разрабатывать стратегию военных действий [1].

Все пункты закреплялись на местности; при смыкании триангуляции Теннера с прусской триангуляцией Бесселя (1830 г.) расхождение для общих сторон не превышало 1:200 000.В этот же период (с 1816 по 1831 гг.) профессор Дерптского университета В. Я. Струве осуществлял градусные измерения в Прибалтийских губерниях. Под руководством В. Я. Струве были проложены ряды триангуляции на территории Лифляндии и Финляндии – значительная их часть включена в Русско-Скандинавское градусное измерение. Триангуляционные работы Струве, выполненные с очень высокой точностью, даже по современным меркам, считаются образцовыми, классическими по постановке, методами и результатам (ошибка измерения угла составляла всего 0".6). Вместе с тем в этих работах не уделялось должного внимания закладке центров, вследствие чего ряды Струве были вскоре утрачены и впоследствии не использовались. В 1823 г. Струве установил непригодность для угловых измерений способа повторений и разработал свой, названный им способом многократных измерений простых углов, именовавшийся в России способом Струве, который послужил основой разработки способа круговых приемов. Струве создал прецизионный базисный прибор, с помощью которого можно измерять линии с точностью 1:1000 000. Этот прибор в России применялся до XX в [3].Триангуляции Теннера и Струве, соединенные в 1830 г., образовали градусные измерения по дуге меридиана длиною 8 градусов. Измерения были, затем продолжены на север и юг. В результате получили дугу меридиана, названную впоследствии дугой Струве, длиною в 25 градусов 20 минут. Результаты измерений 1-ой части дуги Теннером были сообщены Бесселю, который использовал их при выводе размеров земного эллипсоида , а данные по всей дуге Струве применял а своих выводах Иларк. В триангуляции на протяжении всей дуги было измерено 10 базисов, определено 13 астрономических пунктов.Начиная с 1820 г., приступил к триангуляционным работам Ф. Ф. Шуберт сначала в Петербургской губернии, а затем в Смоленской, Московской, Могилевской, Тверской, Новгородской губерниях, а также на Крымском полуострове. При этом, например, триангуляция по всей Московской губернии была закончена в 1840 г., а в самой Москве – в 1833 г. Московская городская сеть состояла из 260 точек, в качестве которых очень часто использовались колокольни, церкви. За основную точку был принят шарик под крестом колокольни Ивана Великого. Углы измеряли офицеры КВТ И. О. Васильев, В. Н. Войнов и др. Причем все пункты сети в губернии делились на 3 класса: 127 треугольников - 1 класса (88 пунктов) , 148 - 2 класса (52 пункта) и 1417 - 3 класса (890 пунктов). Углы измерялись 12-дюймовым теодолитом Эртеля с 4-секундными верньерами, 10-секундным универсалом той же мастерской и др. теодолитами по способу Струве: на 1 классе 6 приемами (с погрешностью измерения 0".985), на пунктах второго класса тремя приемами (2"). В треугольниках 3 класса измерялись только 2 угла. Базис (между Хорошево и Петровским Дворцом) измерялся прибором Ф. Ф. Шуберта – его длина 3505, 849 нормальных саженей. Высота базиса над уровнем моря определялась из 87 одновременных наблюдений барометров в Петербурге и в Москве. В отличие от триангуляций Теннера и Струве, Шуберт, в своих работах ставил только практические задачи - создать основу для топографических съемок. В результате точность развиваемых сетей была невысокой. Эта тенденция сохранялась в последующем в триангуляционных работах других геодезистов. Например, значительные объемы по выполнению триангуляций в европейской части были осуществлены, начиная с 40-х годов, под руководством Н. А. Тучкова и Д. Д. Оберга. Но в методике они придерживались принципов, разработанных Шубертом [5].В первой половине XIX века съемочные работы на Кавказе, в Сибири и Туркестане (старое название обширной области в Средней Азии, охватывавшей провинции Западного Китая, северную часть Афганистана и Среднеазиатские территории России) еще проводились без всякого обоснования. Только с 1847 г. на Кавказе начинаются триангуляционные работы под руководством И. И. Ходзько, который сам составил их проект. Триангуляция Закавказья, Считавшаяся по тому времени наиболее трудной, состояла из 188 треугольников 1 класса и 1642 треугольников 2 и 3 классов, половина из них наблюдалась Ходзько. Отдельные стороны достигали длины 200 км. Зенитные расстояния были определены на 1362 пунктах. Наблюдателям приходилось не только покорять высокогорные вершины (сам Ходзько поднялся на гору Арарат - 5200 м.), но и по несколько недель на них находиться, жить там, ожидая хорошей видимости. Не менее трудными были триангуляционные работы на Северном Кавказе, начатые в 1860 г.Триангуляция Кавказа характеризуется хорошим качеством: вероятная ошибка в угле - 0".7, относительная ошибка в базисных измерениях в Закавказье была равна 1: 90 000, на Северном Кавказе - 1:50 000. Последующее соединение кавказской и волжских триангуляций выявлено значительное уклонение отвесных линий, доходившее местами до 50".Триангуляционные работы в Туркестане были начаты в 1870 г., но выполнялись они без общего плана и без надлежащей взаимной увязки. С 1910 по 1912 гг. была проложена триангуляция через Памир для связи с индийскими триангуляциями (средняя ошибка 3".1). С 1909 г. под руководством Павлова начинаются научно-обоснованные триангуляционные работы в Сибири – проложен ряд Омск - Павлодар - Семипалатинск - Усть-Каменогорск. Второклассные сети и ряды триангуляции 2-го класса были развиты в Семипалатинской области, в Восточной Сибири, в Дальневосточном крае. Кроме того, выполнялись ведомственные триангуляционные работы [3].Обширные триангуляционные работы в Полесье и Туркестане выполнялись под руководством И. И. Жилинского, в Костромской и Нижегородской губерниях – И. С. Злобина, в Оренбургской губернии – И. О. Васильева, по реке Неману – В. М. Шульгина, по Дону – И. А. Наперстникова, по западной границе – Шульца, Погоновского, Никифорова, Емельянова, Бонсдорфа и др., в Западной Сибири (с 1909 г.) – Н. Д. Павлова. В целом триангуляционные работы 1 класса, за исключением работ Теннера и Струве, осуществлялись неудовлетворительно и после уравнивания их в 1897 - 1907 гг. были признаны специальной комиссией пригодными только в качестве основы для съемок.В 1897 г. под руководством военного геодезиста Шарнгорста предпринимается попытка пере вычислить все триангуляции в целях приведения их в общую систему координат. В основу был взят ряд Струве, а все вычисления выполнены на эллипсоиде Бесселя. За исходный пункт был принят Юрьев (Дерпт - теперь Тарту). В результате этих работ до 1907 года успели пере вычислить только триангуляцию 1 класса (в количестве 3236 пунктов), которая в натуре в последующем практически была утрачена. В 1909 г. утверждается план построения новой триангуляции 1 класса в Европейской части России , к осуществлению которого приступили в 1910 г. В разработке проекта и в его реализации в 1916 г. принимал деятельное участие И. И. Померанцев. Этот план предусматривал построение рядов триангуляции 1 класса: 1) по направлениям меридианов и параллелей с периметрами полигонов 1300 - 2200 км, 2) в виде простых цепочек треугольников с измерением базисов и астроопределений, 3) с обработкой на эллипсоиде Бесселя (за исходный пункт принята Пулковская обсерватория). К 1917 году было измерено только 4 базиса, построено 152 и от наблюдено 129 пунктов.В процессе выполнения триангуляций они связывались не только между собою, но и с зарубежными (прусскими, австрийскими). Результаты сравнений межгосударственных триангуляций высылались директорам Пулковской, Берлинской и Венской обсерваторий. По причине сопоставления измерений в 1852 - 1855 гг. в Пулково было выполнено сравнение английских, немецких, австрийских и датских нормальных мер с соответствующей мерой России – двойным Пулковским туазом. На геодезических работах в России (XIX в.) использовались в качестве нормальных мер туаз Фортена, двойной Пулковский туаз, сажень Теннера, двойная сажень Департамента Генерального штаба и "условная сажень" (несуществующая мера, равная 7 английским футам, или 84 дюймам) первой (1816 – 1866) , второй (1866 – 1899) и третий (с 1899) эпох [3].К середине 19-го века часть центральных губерний, западное пограничное пространство и Закавказье были покрыты триангуляцией.В целом с 1819 по 1917 гг. на европейской территории России было определено 3367 пунктов триангуляции 1 кл. и 59109 пунктов 2 и 3 кл., а в азиатской части России - 283 пункта 1 класса и 4654 пункта 2 и 3 класса.На протяжении всего XIX в. триангуляционные работы осуществлялись немецкими геодезическими инструментами, устаревшими, приспособленными для измерения углов по способу повторений и имевшими в качестве отсчетных приспособлений верньеры. С 1818 по 1837 гг. на русских триангуляциях применялись только повторительные теодолиты (неустойчивые, один и тот же лимб применялся для измерения и горизонтальных, и вертикальных кругов, труба двигалась в плоскости, параллельной лимбу).Во 2-й половине 19 века начинают выполнять угловые измерения более совершенными инструментами с отсчетными устройствами в виде винтовых микрометров и микроскоп – микрометров. Только в первое десятилетие 20-го века по заказу КВТ в России были получены совершенные для того времени электрифицированные инструменты Гильдебранда.На протяжении XIX в. при измерении углов применялись преимущественно 2 способа – повторений и Сруве. Первый способ, очень трудоемкий, использовался в первой половине 19-го века. Так, по подсчетам В. Я. Струве, на Литовской дуге меридиана Теннером измерено 174 угла 8 674 повторениями, т. е. в среднем угол измерялся 50 повторениями. В отдельных случаях число повторений достигало 100.С 1823 г. В. Я. Струве стал применять свой способ направлений, впоследствии именовавшийся в России как способ Струве. Теннер и Шуберт, внедряя этот способ, ввели при этом замыкание горизонта. Усовершенствованный способ Струве с замыканием горизонта получил широкое распространение, при этом углы в триангуляции 1 класса измерялись 6 - 12 приемами. С 1889 г. с выходом "Наставления для производства тригонометрических работ", в котором указывалась методика измерения направлений, способ получил название способа круговых приемов.С 1908 г. в угловых измерениях стали применять способ Шрейбера – сначала в дополнительном классе Военно-топографического училища на летней практике (с весом, равным 12) , а затем (с 1909 г.) под руководством полковника Павлова при измерении углов в триангуляции 1 класса, в Омском топографическом отделе (вес 12, двухсекундные универсалы Гильдебрана). В 1910 г. под руководством Померанцева была составлена инструкция для триангуляции 1 класса, в которой для измерения углов рекомендовался способ Шрейбера, с весом 24.Несмотря на несовершенство используемых инструментов, Тенннер и Струве достигли в угловых измерениях выдающейся точности: у Теннера ошибки измеренных углов по способу повторений характеризовались значениями 0".70 и 0".98, а по способу Струве - 0".53; 0".61; 0".72; 0."73; у В. Я. Струве соответственно - 0."57; 0."88. У Теннера углы на знаках измерялись нередко двумя способами. При этом Теннер предъявлял к наблюдателям высокие требования - невязки в триангуляции 1 класса не должны были превышать 3". В случае превышения величины невязки все углы треугольника переизмерялись [3].В последующем точность угловых измерений, выполнявшихся различными наблюдателями, в том числе Шубертом, резко снизилась. Основными причинами было то, что: 1) не учитывался опыт работ Теннера и Струве; 2) снизились требования в точности измерений ввиду управления упразднения помощников наблюдателей (1848 г. - увеличились объемы съемок - перешли от масштаба 200 сажень к 500 сажень в дюйме, - в результате потребовалось увеличение объема триангуляционных работ при том же количестве триангуляторов); 3 ) неправильно применялись поверительные трубы; 4) недостаточно точно осуществлялось определение элементов приведений; 5 ) недоучитывалось влияние фаз освещения визирных целей; 6) измерение углов выполнялось при неблагоприятных условиях.Только с 1910 г. с введением новой инструкции и применением новых инструментов точность измерений угла в триангуляции вновь повысилась до 0".77 (по невязкам 110 треугольников в триангуляционном ряду Пулково - Николаев) [3].3.3 Гравиметрические работыС именем великого русского ученого Ломоносова связаны первые теоретические и практические разработки по гравиметрии. Более 200 лет назад впервые в России Петербургской академией наук выполнены определения силы тяжести. До 1917 г. было определено около 400 маятниковых пунктов. Значительный вклад в теорию и практику гравиметрических работ на территории России, внесли известные ученые и преподаватели Московского университета и Межевого института Ф. А. Слудский, Б. Л. Швейцер, И. А. Швейцер, И. А. Ивероров, П. К. Штернберг и другие.Самые ранние (1827 г.) определения силы тяжести осуществили Рейнеке и Литке маятником Кетера, а в 1865 - 1899 гг. - Савич, Вилькицкий, Соколов, Кульберг и др. - с помощью поворотного маятника Репсольда. Эти определения представляют лишь исторический интерес. Начало гравиметрических работ современного типа соотносят с 1896 г., когда астроном Казанской обсерватории Краснов тремя маятниками Штернека определил несколько пунктов между Веной и Казанью и организовал экспедицию в Северный край. В том же 1896 г. Витрам выполнил гравиметрическую связь Пулкова с Владивостоком. Двумя годами позднее Военно-топографический отдел Генерального штаба усилиями Павлова, Корзуна, Залесского, Лаймина, Никитина и др. начал регулярные маятниковые определения в различных районах России. Наибольшее число измерений с 1901 г. по 1908 г. в Средней Азии выполнил Залесский - 140 пунктов. Сводка всех дореволюционных определений силы тяжести была осуществлена А. М. Гижицким и П. Севкевичем только после 1917 г. в изданном ими в 1923 г. Каталоге пунктов гравиметрических определений [4].4 НИВЕЛИРНЫЕ РАБОТЫ До семидесятых годов XIX века, когда на картах при рисовке рельефа стали применять горизонтали, основными способами нивелирования были: геодезический (тригонометрический) и физический (барометрический). Первый способ был в то время наиболее точным и вполне удовлетворял требованиям картографов и топографов, при изображении ими рельефа штрихами. До 1816 г. при всех экспедиционных и геодезических работах использовалось барометрическое нивелирование, по данным которого, полученным, например, при рекогносцировке или маршрутной съемке, осуществлялось нанесение рельефа на карты.В 1816 г. Теннер при выполнении своих триангуляций установил обязательное измерение зенитных расстояний и вычисление высот пунктов. В результате обширного тригонометрического нивелирования им была получена разность уровней Балтийского и Черного морей, а позже, уже другими геодезистами (1836 г.) – Черного и Каспийского морей. Вместе с тем очень важное начинание Теннера не было поддержано при выполнении других триангуляций [4].В начале 2-й половины XIX века необходимость в геометрическом нивелировании поднималась неоднократно: в Географическом обществе, на первой международной конференции в Берлине (1864 г.). В 1858 г. О. В. Струве, вице - директор Пулковской обсерватории, выполнил опытное геометрическое нивелирование в окрестности обсерватории. В этом же году им был составлен первый проект создания высотной опорной сети триангуляции. Но только с 1871 г. Военно-топографический отдел организует систематическое геометрическое нивелирование. В 1883 г. Д. Д. Гедеоновым был разработан "выгоднейший" способ геометрического нивелирования, описанный в изданной в том же году инструкции и получивший широкое распространение.Нивелирные работы с 1871 г. по 1893 г. осуществлялись по предварительно разработанной для Европейской России программе, рекомендовавшей прокладывать: 1) по меридианным направлениям, в частности, для связи Балтийского и Черного морей; 2) по параллелям и широтам 47.5 градусов и 50 градусов (направления железных дорог); 3) вдоль Балтийского и Черноморско-Азовского побережий (для связи футштоков); 4) по линиям железных дорог (на запад, для связи с Западно-Европейскими нивелировками) [6].Ко второй половине 19 столетия относится начало создания главной высотной основы (нивелирных линий 1 и 2 класса). В 1873 - 1876 гг. между Петербургом и Москвой геодезистами Ленчевским, Котовским и Федотовым была впервые в стране проложена линия геометрического нивелирования. С. Д. Рыльке в 1894 г. составил первый "Каталог высот русской нивелирной сети с 1871 по 1893 гг.". За этот период было проложено 13 тысяч км. нивелирных линий, в том числе линии нивелирования, выполненные в 1871 - 1873 гг. нивелир - теодолитом. Начало нивелир - теодолитным работам, как разновидности полигонометрии, положил в 1871 г. Н. Я. Цингер (ход между Ревелем и Санкт - Петербургом). Нивелир - теодолит был изготовлен в Пулкове Г. К. Брауэром. Нивелир-теодолитные хода не оправдали ожиданий. Нивелир - теодолит был аналогичен десятисекундному универсалу с поверительной трубой, за исключением того, что вместо вертикального круга десятисекундной точности использовались 2 сектора с точностью отсчета в 4". В нивелир - теодолитном ходе по 4 - х метровым рейкам с 4 марками определялись дальномерные расстояния (1 : 1000) и углы наклона на марки рейки. Измерялись также углы поворота в вершинах хода. Средняя ошибка на 1 км. хода получилась равной 11 мм. Нивелир - теодолиты успешно использовались на съемках в Финляндии. Этот метод применялся в работах Военно-топографического депо, МПС и других ведомств до 1918 г. В стране использовались также нивелир - тахеометры. Вся сеть нивелирования образовала 8 полигонов со средним периметром 1550 км и была закреплена 1092 стенными знаками. Следует отметить весьма высокую точность геодезического нивелирования, осуществленного по дуге Струве. В результате было установлено, что разность уровней морей Черного и Балтийского равна 1 метр.Военно-топографическим отделом с 1871 г. по 1916 г. было выполнено 42 746 верст точных нивелировок и заложено 3 646 марок. Нивелирование проводилось по железным дорогам Европейской части России и по всей Сибирской магистрали [4].По инструкции, разработанной XYII международной геодезической конференцией, Военно-топографический отдел стал выполнять с 1913 г. высокоточное нивелирование, а к 1916 г. был уже завершен ход длиной около 2000 км (между Ораниенбаумом и Одессой) и заложено 197 нивелирных марок.Точное нивелирование позволяло установить разность уровней морей Черного, Балтийского и Каспийского, высоту озера Байкал; занивелировать футштоки. Результаты как геометрического, так и Барометрического нивелирования использовал А. А. Тилло при составлении своей прекрасной гипсометрической карты (1889 г.).До 1881 г. в геометрическом нивелировании применялись инструменты, дававшие на 1 км хода случайную ошибку порядка 6.2 мм, а систематическую - 0.9 мм. В восьмидесятых годах XIX в. стали использовать нивелиры с увеличением зрительной трубы в 40X и тщательно изготовленными и откомпарированными рейками. Нивелирование выполнялось по так называемому русско-швейцарскому методу. Точность измерений характеризовалась вероятной ошибкой на 1 км не более 3 мм [4].5 ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ И КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ РАБОТЫВ начале XIX века все съемки оставались в основном, безопорными. Для них в качестве основы принимались реки, дороги и другие характерные объекты местности , в соответствии с которыми происходила разбивка картографируемой территории на участки. С 19 столетия на съемках стали использовать мензулу. Значительно возросла квалификация геодезистов и топографов. Резко увеличились объемы работ. Уже в 1810 г. территория, покрытая съемкой, по площади занимала более 450 000 кв. верст. Значительную часть этого объема составляли маршрутные съемки [4].