Лекция № 1 ОП.03 Основы геодезии и картографии, топографическая графика по специальности 21.02.19 Землеустройство Тема 1. Введение Предмет и задачи геодезии и картографии. Основные понятия: геодезия, картография План 1. Предмет геодезии, задачи Слово "геодезия" образовано из греческих слов "ge" - земля и "dazomai" - разделяю, делю на части; если перевести его дословно, то получится "землеразделение". Это название соответствовало содержанию геодезии во времена ее зарождения и начального развития. Так, в Египте задолго до нашей эры измерялись размеры земельных участков, строились оросительные системы; все это выполнялось с участием геодезистов. С развитием человеческого общества, повышением роли науки и техники расширялось содержание геодезии, усложнялись задачи, которые ставила перед ней жизнь. В настоящее время геодезия - это наука о методах определения фигуры и размеров Земли и изображения ее поверхности на картах и планах, а также о способах проведения различных измерений на поверхности Земли (на суше и акваториях), под землей, в околоземном пространстве и на других планетах. Известный ученый-геодезист В.В.Витковский так охарактеризовал геодезию: "Геодезия представляет одну из полезнейших отраслей знания; все наше земное существование ограничено пределами Земли, и изучать ее вид и размеры человечеству так же необходимо, как отдельному человеку - ознакомиться с подробностями своего жилья". Среди многих задач геодезии можно выделить долговременные задачи и задачи на ближайшие годы. К первым относятся: * определение фигуры, размеров и гравитационного поля Земли, * распространение единой системы координат на территорию отдельного государства, континента и всей земли в целом, * изображение участков поверхности земли на топографических картах и планах, * изучение глобальных смещений блоков земной коры. Ко вторым в настоящее время относятся: * создание и внедрение ГИС - геоинформационных систем, * создание государственных и локальных кадастров: земельного, водного, лесного, городского и т.д., * топографо-геодезическое обеспечение делимитации (определения) и демаркации (обозначения) государственной границы России, * разработка и внедрение стандартов в области цифрового картографирования, * создание цифровых и электронных карт и их банков данных, * разработка концепции и государственной программы повсеместного перехода на спутниковые методы автономного определения координат, * создание комплексного национального атласа России и другие. Эти задачи записаны в Постановлении коллегии Федеральной службы геодезии и картографии России от 20 февраля 1995 года. Усложнение и развитие геодезии привело к разделению ее на несколько научных дисциплин. Высшая геодезия изучает фигуру Земли, ее раз меры и гравитацонное поле, обеспечивает распространение принятых систем координат в пределах государства, континента или всей поверхности Земли, занимается исследованием древних и современных движений земной коры, а также изучает фигуру, размеры и гравитационное поле других планет Солнеч ной системы. Топография ("топос" - место, "графо" - пишу; дословно - описание местности) изучает методы топографической съемки мест ности с целью изображения ее на планах и картах. Картография изучает методы и процессы создания и использования карт, планов, атласов и другой картографической продукции. Фотограмметрия (фототопография и аэрофототопо графия) изучает методы создания карт и планов по фото- и аэрофотоснимкам. Инженерная геодезия изучает методы и средства проведения геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительст ве и эксплуатации различных инженерных сооружений. Маркшейдерия (подземная геодезия) изучает мето ды проведения геодезических работ в подземных горных выработках. Понятно, что четко обозначенных границ между перечисленными дисциплинами нет. Так, топография включает в себя элементы высшей геодезии и картографии, инженерная геодезия использует разделы практически всех остальных геодезических дисциплин и т.д. Уже из этого неполного перечня геодезических дисциплин видно, какие разнообразные задачи - и теоретического, и практического характера, - приходится решать геодезистам, чтобы удовлетворить требования государственных и частных учреждений, компаний и фирм. Для государственного планирования и развития производительных сил страны необходимо изучать ее территорию в топографическом отношении. Топографические карта и планы, создаваемые геодезистами, нужны всем, кто работает или передвигается по Земле: геологам, морякам, летчикам, проектировщикам, строителям, земледельцам, лесоводам, туристам, школьникам и т.д. Особенно нужны карты армии: строительство оборонительных сооружений, стрельба по невидимым целям, использование ракетной техники, планирование военных операций, - все это без карт и других геодезических материалов просто невозможно. Геодезия занимается изучением Земли в содружестве с другими "геонауками", то есть, науками о Земле. Физические свойства Земли в целом изучает наука "физика Земли", строение верхней оболочки нашей планеты изучают геология и геофизика, строение и характеристики океанов и морей - гидрология, океанография. Атмосфера - воздушная оболочка Земли - и процессы, происходящие в ней, являются предметом изучения метеорологии и климатологии. Растительный мир изучает геоботаника, животный мир - зоология. Кроме этого, есть еще география, геоморфология и другие. Среди всех наук о Земле геодезия занимает свое место: она изучает геометрию Земли в целом и отдельных участков ее поверхности, а также геометрию любых объектов (и естественного, и искусственного происхождения) на поверхности Земли и вблизи нее. Геодезия, как и другие науки, постоянно впитывает в себя достижения математики, физики, астрономии, радиоэлектроники, автоматики и других фундаментальных и прикладных наук. Изобретение лазера привело к появлению лазерных геодезических приборов - лазерных нивелиров и светодальномеров; кодовые измерительные приборы с автоматической фиксацией отсчетов могли появиться только на определенном уровне развития микроэлектроники и автоматики. Что же касается информатики, то ее достижения вызвали в геодезии подлинную революцию, которая происходит сейчас на наших глазах. 2. Основные сведения о картографии. Краткие исторические сведения. Картография – это наука, рассматривающая методы составления, издания и использования разнообразных карт. Создание карт основано на использовании и обобщении геодезических и топографических материалов, крупномасштабных планов, материалов аэрофотосъемки и космической съемки. В результате изучения картографии получают информацию о классификации карт и других картографических произведений, основных элементах карты (математической основе, картографическом изображении, элементах дополнительных характеристик и оснащении), способах картографического изображения, элементах подробного изображения поверхности Земли, способах создания топографических и специальных карт, сущности генерализации, основных этапах создания и издания различных карт, методах цифрового картографирования, современных тенденциях развития картографии. Современные карты представляют собой весьма точные изображения поверхности Земли, обеспечивающие решение многих задач в различных областях народного хозяйства Земля — постоянное уникальное богатство, и ее нельзя эксплуатировать в утилитарных целях только лишь ради получения временного выигрыша. Использование земли должно быть комплексным, сбалансированным и природосберегающим. Для того чтобы организовать рациональное землепользование, необходима система управления, которая по своей структуре, научному, правовому, информационному и технологическому обеспечению соответствовала бы национальной значимости, сложности, функциональному разнообразию объекта, формам земельного устройства и земельных отношений. Поэтому в системе управления земельными ресурсами обязательно должны быть предусмотрены институты: земельного права, землеустройства, охраны земель, земельного кадастра, оценки земель, мониторинга земель и земельного контроля. Как видно из содержания ст. 10 ФЗ, геодезические работы являются основой для выполнения комплекса землеустроительной деятельности, направленной на регулирование земельных отношений, целенаправленную организацию территории и связанных с землей средств производства. Анализируя комплекс мероприятий, выполняемых при выполнении землеустроительных действий, можно установить их связь с материалами, технологиями и способами производства геодезических измерений. Так, при изучении состояния земель для получения информации об их количественном и качественном состояниях необходимы современные планы и карты, отражающие фактическое состояние земельных угодий, границ объектов землеустройства с достаточной точностью и полнотой. Для определения количественной характеристики в геодезии разработана методика вычисления площадей по материалам съемок. Результаты проведения почвенных, геоботанических и других обследований и изысканий предусмотрено отражать на планах и картах, которые создаются методами геодезии, аэро- и космической съемки. 3. Использование карт (планов) Использование карт (планов) в мероприятиях по обеспечению управления земельными ресурсами может быть различно. Они могут выполнять роль исходного материала, средства проведения работ, результата выполненных работ, экспертного документа, формы хранения информации и др. Приведем перечень мероприятий, требующих безусловного применения карт (планов): — обследование земель (топографо-геодезическое, почвенное, геоморфологическое, мелиоративное идр.); — мониторинг земель; — инвентаризация земель; — учет земельного фонда; — межевание земель; — кадастровое деление территории; — территориальное зонирование земель; — природно-хозяйственное и экологическое районирование земель; — оценочное районирование земель; — стоимостная оценка земель; — ведение земельного кадастра; — разработка прогнозов, программ и схем использования и охраны земель; — формирование новых и упорядочение существующих землепользователей и землевладений; — отвод земельных участков; — обоснование и установление границ (административных образований, территориальных зон, сельских населенных пунктов); — внутрихозяйственное землеустройство; — разработка проектов использования и охраны земель; — контроль за соблюдением земельного законодательства, охраной и использованием земель. В массиве карт, предназначенных для проведения указанных мероприятий, принимают участие различные по содержанию, назначению, масштабу, территориальному охвату , степени детальности и обобщению виды карт, которые при своем создании требуют применения различных методов и технологических схем. Первичные детальные карты создаются по результатам съемок с использованием геодезических и фотограмметрических технологий, а также по результатам специальных обследований. Обзорные и сводные карты могут создаваться как с применением космических снимков, включая методы их обработки, так и собственно картографическими методами и технологиями. Обзорные карты в разрезе территориальных подразделений земельного фонда создаются по результатам обобщения материалов нижнего территориального уровня. Производственные карты создаются способом «сшивки» отдельных листов карт территориальных подразделений или комплексированием карт различной тематики, генерализацией карт нижних территориальных подразделений и обработкой этих карт специальными методами. Внедрение новых цифровых технологий, географических информационных систем (ГИС) с мощной развитой периферией позволяет говорить о приоритетной роли такой отрасли картографии, как оперативная картография, дающая возможность осуществлять мониторинг происходящих изменений на земле посредством картографических произведений. Требования к точности проектирования объектов обусловливают масштабы планов и карт, применяемых при землеустройстве. Для составления землеустроительных проектов внутрихозяйственного землеустройства, проектов планировки сельских населенных пунктов, гидромелиоративных мероприятий (орошение, осушение), гидротехнических сооружений (водозадерживающие и водоотводящие валы, водосборные сооружения, пруды, террасирование склонов) используют обычно планы в масштабах от 1:5000 до 1:25000. При работах по территориальному землеустройству больших территорий используют карты масштабов 1:50000 и 1:100000. Карты и планы, составленные на основе различного вида геодезических съемок и преимущественно аэрофотосъемок в связи с происходящими изменениями естественного и антропологического воздействия с течением времени, характеризуются такими важными качествами, как современность, которое может быть обеспечено выполнением комплекса работ по их корректировке. Составление проекта, а затем перенесение его на местность – это процесс, обратный съемке и составлению плана. При проектировании сначала на бумаге (карте, плане) наносят проектные границы земельных участков, полей севооборотов, элементов организации территории (дорог, лесных полос, каналов и пр.), используя геодезические методы построений и вычислений. После подготовки геодезических данных положение этих объектов определяют на местности путем соответствующих геодезических измерений в процессе перенесения проектов на местность (в натуру). 4. История развития геодезии и картографии в России Самые древние карты, найденные на территории Греции, датируются примерно 1500 г. до н.э. Это фрески, на них изображена долина реки с богатой экзотической растительностью, в зарослях которой бродят дикие звери, и плывущая по реке флотилия. Первым «научил» карту говорить языком масштаба Анаксимандр, греческий ученый, живший в VII – VI вв. до н.э. Им была создана карта мира с использованием масштаба, в центре которой была помещена Греция. Карты местности выполнялись и в то время на носителях, обеспечивающих длительное их использование: поверхность камня, костяные пластинки, дерево, береста. Из истории развития общества известно, что понятие об измерениях и вычислениях возникли в глубокой древности. Археология установила, что в Египте за 4000 лет до н. э. производили измерение земли в районе р. Нила. Строительство канала, соединяющего Нил с Красным морем, относится к VI в. до н. э. Следовательно, тогда были известны некоторые методы съемок. В Греции ученый Эратосфен за 230 лет до н. э. определил размер земного шара. Им написана книга по геодезии и составлены карты с меридианами и параллелями. Птоломей (87— 150 гг. н. э.) провел большие работы по составлению карт Европы и Азии и применению метода проекций. Он ввел деление окружности на 360°. В нашей стране первые письменные документы о геодезии относятся ко времени Киевской Руси. В летописи 996 г. имеются указания о порядке пользования землей. В 1068 г. князь Глеб измерял по льду расстояние от Тамани до Керчи. Геодезические работы XIII—XV вв. применялись при земельной переписи, где линии измерялись веревкой, а углы описывались текстом. В XVI в. границы землевладений устанавливались «землемерием». К этому времени относится появление в России первой книги по геодезии. На территории Московского государства в XVII в. было проведено описание обмера земель и составлен «Большой чертеж» с нанесением рек, дорог и населенных пунктов. В XVIII в. при Петре I в Москве была организована первая геодезическая школа под названием «Школа математических и навигационных наук». В XIX в для создания геодезической опоры применялся метод триангуляции. Под руководством знаменитого русского геодезистаастронома В. Струве был проложен триангуляционный ряд, который был использован для определения размеров земного эллипсоида. К началу XX в. геодезические работы в нашей стране выполнялись корпусом военных топографов, горным ведомством, гидротехническим и переселенческим управлениями. В это время был выполнен большой объем геодезических работ, но они носили разобщенный характер, так как часто были подчинены интересам отдельных землевладельцев. После Великой Октябрьской социалистической революции содержание геодезических работ в нашей стране значительно изменилось. Совет Народных Комиссаров, возглавляемый В. И. Лениным, высоко оценил роль геодезических работ в народном хозяйстве страны и 15 марта 1919 г. издал декрет об организации Высшего Геодезического Управления. Этим декретом на Высшее Геодезическое Управление были возложены большие функции: а) объединять геодезическую деятельность всех учреждений республики; б) производить основные геодезические работы; в) производить топографические съемки на всей территории республики; г) устранять параллелизм в геодезических работах, систематизировать топографические материалы учреждений и составлять карты; д) разрабатывать правила и инструкции для выпол нения картографо-геодезических работ; е) изготовлять и снабжать учреждения геодезическими приборами; ж) организовывать научные работы по геодезии, астрономии, картографии, инструментоведению и готовить кадры специалистов; з) входить в сношения с геодезическими организациями иностранных государств и т. д. В настоящее время наша промышленность выпускает сложные и высокоточные геодезические, астрономические, аэрофотосъемочные и радиоизмерительные приборы. В нашей стране работали и работает много видных ученых. Проф. Ф. Н. Красовский (1878—1948 гг.) научно обосновал методику создания опорных геодезических сетей и определил новые размеры эллипсоида. Проф. В. В. Данилов (1889—1953 гг.) теоретически обосновал метод параллактической полигонометрии. Большой вклад в геодезическую науку внесли ученыегеодезисты В. В. Попов, Н. Г. Келль, А. С. Чеботарев и др. В настоящее время успешно продолжают научные исследования А. А. Изотов, П. С. Закатов, А. В. Маслов, Н. Г. Видуев, Л. С. Хренов, В. Н. Гань-шин и другие. Контрольные вопросы 1. Что такое геодезия и какие вопросы она решает? 2. Как развивалась геодезия и картография? 3. Каково значение геодезии и картографии в землеустройстве? 4. С какими науками связана геодезия? 5. Опишите историю развития геодезии и картографии в России? Преподаватель В.В.Науменко ДЗ: [1], C.22-26
