Лекция 1. Основные понятия геодезической метрологии 1. Исторический обзор Динамичное развитие экономики любой страны, в частности России, невозможно без повышения качества отечественных товаров и услуг, как на внутреннем, так и на внешнем рынке. Ориентация только на ценовую конкуренцию в современном мире решающего успеха еще не гарантирует. Успех гарантирует качество! Каждую минуту в мире происходит тысяча и тысяча измерений, и не найдется ни одной отрасли науки и техники, где бы не было измерений. Необходимость в измерениях, и в средствах для их проведения, возникла у человека, как только он начал строить жилища, изготовлять орудия, посуду и т. п. Потребность в измерениях стала особенно актуальной с развитием торговли и первые меры, возникшие на ранних этапах развития человеческого общества, были весьма условны, приблизительны. Например, мерами длины служили в первую очередь части тела человека о чем свидетельствуют их название: - стопа (тамильское adi, лат. pes, франц. pied, англ. foot, нем. FuЯ); - палец (вавилон. "убану", греч. daktylos, лат. digitus, голл. duim, франц. pouce); - локоть (санскрит. hasta, егип. "мех", вавилон. "амматум", греч. pnxys, лат. cubitum, нем. Elle) и др. В стремлении к единообразию вырабатывалось понятие среднего значения меры. Мерами служили и количества, которые человек может захватить или унести своими руками (горсть, охапка), расстояния мерились, длиной пути, пройденного в определенное время (перс. "парасанг" - путь, который может пройти взрослый мужчина за 1 час. 1 У разных народов были свои системы мер, отдельные меры. И так как, история человечества - это развитие торговых, культурных связей, постоянные войны за новые территории, способствовали тому, что системы мер перенимались друг у друга. Однако единства мер долгое время не было. И даже в феодальном обществе не было единых государственных мер. Но так как торговля все больше и больше развивалась, внутри государств тоже складывался единый рынок - все это должно было неизбежно привести к возникновению единых государственных мер. В 1791 году наступил такой момент. По предложению Комиссии французской Академии наук Национальное собрание Франции утвердило основы этой новой системы мер. Таким образом, десятимиллионной единицей четверти длины дуги стал Парижского "метр", равный одной меридиана (т.е. одна десятимиллионная часть расстояния от северного полюса до экватора по поверхности земного эллипсоида на долготе Парижа). Единицей измерения поверхности стал "ар", объема - "литр", веса "грамм". Это французская система мер получила название метрической. И уже 1797 был создан платиновый эталон "метра", а затем и эталон "килограмма". Даже во Франции метрическая система вошла в употребление далеко не сразу, только 1837 года, во Франции законодательно устанавливалось с 1 января 1840 обязательное употребление метрической системы. В 1875 году 17 государств, в числе которых и Россия подписали Метрическую конвенцию "для обеспечения международного единства и усовершенствования метрической системы". Они договорились основать и содержать на свои средства Международное бюро мер и весов на постоянным местоположением в Париже. 2 В России законом 1899 метрическая система была допущена к употреблению наряду с русской. Большая заслуга в этом принадлежит Д. И. Менделееву, который возглавил Главную палату мер и весов. Он вплотную занимался метрологией с 1892 по 1907 гг., когда руководил этой отраслью российской науки. 14 сентября 1918 был принят декрет "О введении международной метрической десятичной системы мер и весов". В СССР метрическая система, окончательно вошла в употребление в 1927 году. В 1960г. 11 Генеральная конференция по мерам и весам приняла новую систему единиц, присвоив ей наименование «Международная система единиц». С 1981 г. постановлением Государственного комитета СССР по стандартам (ГОСТ 8.417-81) в СССР установлено применение Международной системы единиц (СИ). Современное определение метра введено в 1983 году. Метр — это длина пути, проходимого светом в вакууме за (1 / 299 792 458) секунды. А в 1993 году происходит важное событие - принят закон РФ «Об обеспечении единства измерений». В данном законе впервые установлены обязательные требования при осуществлении геодезической и картографической деятельности. В настоящее время действует новая редакция этого закона - Федеральный закон Российской Федерации от 26 июня 2008 г. N 102-ФЗ "Об обеспечении единства измерений". Наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности называется – метрология, чем обязана двум греческим словам: metron, что переводится как «мера», и logos – «учение». Современную метрологию в методическом плане разделяют на три раздела: 3 Теоретическая метрология занимается общими фундаментальными вопросами теории измерений, разработкой новых методов измерений, созданием систем единиц измерений и физических постоянных; Законодательная метрология устанавливает обязательные технические и юридические требования по применению единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений; Прикладная метрология изучает вопросы практического применения результатов разработок теоретической и законодательной метрологии в различных сферах деятельности. 2. Связь метрологии с геодезией Геодезия - научная и прикладная дисциплина, которая занимается определением фигуры и размеров Земли, изучением ее гравитационного поля, разработкой и применением средств и методов измерений на поверхности Земли, в ее недрах. При геодезических работах основной объем информации получается из измерений. И геодезия, и метрология используют много общих принципов, главный из которых связан с необходимостью обеспечения единства измерений. 4 Под единством измерений, понимаются измерения, результаты которых выражаются в узаконенных единицах, а погрешности известны с заданной вероятностью. Отличительной особенностью измерений в процессе геодезических работ является не только получение результата измерений, но и оценка его достоверности. Поэтому ту часть геодезии, которая занимается рассмотрением комплекса научных, организационных, технических, нормативных и методических вопросов, необходимых для обеспечения единства измерений и требуемой точности измерений можно обозначить понятием – геодезическая метрология. Главной целью геодезической метрологии является метрологическое обеспечение топографо-геодезических работ, которое осуществляется на основе комплексного решения ряда научно-технических задач. В своем развитии геодезическая метрология опирается, прежде всего, на геодезию как научную и прикладную дисциплину и основы метрологии, а также на достижения математики, физики, астрономии, механики, радиоэлектроники, гравиметрии, оптики, метеорологии и других дисциплин. На современном этапе развития геодезии к основным задачам геодезической метрологии относятся: 1) совершенствование геодезических величин технологий передачи размеров единиц от рабочих эталонов к рабочим средствам геодезических измерений; 2) разработка и внедрение в практику работ современных контрольноизмерительных средств и поверочного оборудования; 3) формирование и совершенствование нормативной базы метрологического обеспечения производства; 4) хранение и поддержание в состоянии метрологической готовности эталонов и всех применяемых рабочих средств измерений; 5 5) разработка и внедрение средств геодезических измерений на уровне современных требований; 6) разработка и метрологическая аттестация методик выполнения измерений геодезического назначения. Важным фактором правильного понимания дисциплины и науки метрология служат использующиеся в ней термины и понятия, т.к. для метрологии очень важно толковать термины однозначно для всех. Для этого был создан специальный стандарт на терминологию, утвержденный на государственном уровне. Следует запомнить следующие определения: Измерение - совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины; Геодезические измерения - это измерения, проводимые в процессе топографо-геодезических работ; Метод геодезических измерений - совокупность операций (правил, приемов) по выполнению геодезических измерений в соответствии с реализуемым принципом измерений, выполнение которых обеспечивает получение результатов с заданной точностью; Средство геодезических измерений (прибор, мера, установка, система), – средство измерений, предназначенное для выполнения геодезического измерения; имеющее нормированные метрологические характеристики. К ним относятся измерительный прибор, мера, измерительная система; Аттестация методик (методов) измерений - исследование и подтверждение соответствия методик (методов) измерений установленным метрологическим требованиям к измерениям; Погрешность результата геодезического измерения - отклонение результата геодезических измерений от истинного (действительного) значения измеряемой геодезической величины. Мера – также средство измерений, воспроизводящее физическую величину заданного размера (лимб). 6 Эталон - имеет предназначение для хранения и воспроизведения единицы физической величины, для трансляции ее габаритных параметров нижестоящим по поверочной схеме средствам измерения; Образцовое средство измерений - под которым понимается средство измерений, предназначенное только для трансляции габаритов единиц рабочим средствам измерений; Рабочее средство измерений - понимаемое как «средство измерений для оценки физического явления; Метрологическая характеристика (средства геодезических измерений) характеристика одного из свойств (или их совокупности) средства геодезических измерений, влияющая на результаты геодезических измерений и их погрешности. Метрологическая служба - организует и (или) выполняет работы по обеспечению единства измерений и (или) оказывающие услуги по обеспечению единства измерений. Точность измерений – характеристика качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения. Физическая величина – одно из свойств физического объекта (системы, явления, процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Размер физической величины - количественное содержание этого свойства в объекте, а числовую оценку размера называют значением физической величины. Основная единица измерения, понимаемая как единица измерения, имеющая эталон, который официально утвержден; Производная единица как единица измерения, связанная с основными единицами на основе математических моделей через энергетические соотношения, не имеющая эталона; 7 Поверка средств измерений - совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям. Межповерочный интервал (МПИ) – промежуток времени или наработка между двумя последовательными поверками (калибровками) СИ; Калибровка средств измерений - совокупность операций, выполняемых в целях определения действительных значений метрологических характеристик средств измерений. 3. Существенными признаками геодезических измерений являются единство геодезических измерений, единообразие средств геодезических измерений, геодезическая величина: В геодезии и в метрологии используется много общих принципов, главный из которых – обеспечение единства измерений. В соответствии с Федеральным законом «Об обеспечении единства измерений» обеспечение единства измерений в геодезии осуществляется через поверку геодезических средств измерений и аттестацию геодезических методик выполнения измерений. 8 Единообразие средств геодезических измерений заключается в том, что их метрологические параметры (характеристики) соответствуют требованиям, регламентированным в нормативных документах. Это обеспечивается через процедуры метрологического контроля. В качестве геодезических величин выступают физические величины, значения которых определяются в результате выполнения геодезических измерений. К ним относятся: - длина линии (стороны); - горизонтальный угол; - вертикальный угол (зенитное расстояние); - угол наклона; - азимут; - превышение; - высота (отметка); - координаты (приращения координат) пункта. 9 ЗАКОНОДАТЕЛЬНЫЕ ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ Законодательные основы метрологии закрепляет статья 71 Конституции Российской Федерации, а основные принципы метрологической деятельности определяет Федеральный закон от 26 июня 2008 г.№102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений». Определяющее место в системе законодательных актов отводится Федеральному закону от 26 июня 2008 г. №102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений». Целями Закона являются: 1) установление правовых основ обеспечения единства измерений; 2) защита прав и законных интересов граждан, общества и государства от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений; 3) обеспечение потребности граждан, общества и государства в получении объективных, достоверных и сопоставимых результатов измерений, используемых в целях защиты жизни и здоровья граждан, охраны окружающей среды, животного и растительного мира, обеспечения обороны и безопасности государства, в том числе экономической безопасности; 4) содействие развитию экономики и научно-техническому прогрессу. 2. Федеральный закон от 26 декабря 1995 г. № 209-ФЗ «О геодезии и картографии» к работам федерального назначения относит метрологическое обеспечение геодезических, картографических и топографических работ. 10 В статье 7 «Метрологическое обеспечение геодезической и картографической деятельности», установлено: «Обеспечение единства геодезических измерений, осуществление деятельности по испытаниям средств геодезических измерений, участие в работах по стандартизации указанных средств, организация и проведение работ по обязательной сертификации геодезической, картографической и топографической продукции, проведение метрологического контроля и надзора в области геодезической и картографической деятельности возлагаются на Федеральный орган исполнительной власти по геодезии и картографии и осуществляются им в пределах своей компетенции в соответствии с законодательством Российской Федерации в области стандартизации, метрологии и сертификации». Кроме перечисленных выше, механизм реализации законодательства в области геодезической метрологии базируется на следующих актах: - Гражданским кодексом Российской Федерации; - Федеральным законом от 26.12.2008 г. № 294-ФЗ «О защите прав юридических лиц и индивидуальных предпринимателей при осуществлении государственного контроля (надзора) и муниципального контроля»; - постановлением Правительства Российской Федерации от 28.03. 2000 г. № 273 «Об утверждении Положения о государственном геодезическом надзоре за геодезической и картографической деятельностью»; - постановлением Правительства Российской Федерации от 01.06. 2009 г. № 457 «О Федеральной службе государственной регистрации, кадастра и картографии». - ГСИ - Государственная система обеспечения единства измерений (комплекс взаимоувязанных правил, положений, требований и норм, устанавливаемых стандартами и другими нормативными документами, определяющими 11 организацию и методику проведения работ по метрологическому обеспечению) В названиях этих документов используется сокращение ГСИ, например: - ГОСТ 8.016-81. ГСИ. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема гocудaрcтвeнныe для средств cтaндaрты измерения имeют плоского угла; чиcлoвыe (((Вce нoмeрa видa XXXXX.XX.XX.XX-XXXX, гдe пeрвoe чиcлo oпрeдeляeт нoмeр группы ГОСТ, втoрoe нoмeр пoдгруппы и тaк дaлee, пocлeдним cтaвитcя гoд.)))) - МИ 2247-93. ГСИ. Метрология. Основные термины и определения; - ПР.50.2.006-94. ГСИ. Поверка средств измерений. Организация и порядок проведения; В соответствии с Федеральным законом от 26 июня 2008 г. №103 – ФЗ «Об обеспечении единства измерений» нормативные правовые акты РФ, все нормативные правовые акты РФ, нормативные документы, информационные базы данных, международные документы, международные договоры РФ в области обеспечения единства измерений, сведения об аттестованных методиках (методах) измерений, единый перечень измерений, относящихся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, сведения о государственных эталонах единиц величин, сведения об утвержденных типах стандартных образцов или типах средств измерений, сведения о результатах поверки средств измерений образуют Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений. Ведение Федерального информационного фонда по обеспечению единства измерений и предоставление содержащихся в нем сведений организует Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (сокращенно - Ростехрегулирование). 12