Геодезия: наука об измерениях Земли¶

Геодезия (от греч. γῆ — «Земля» и δαίω — «разделяю») — это наука об определении формы и размеров Земли, об измерениях на земной поверхности и о методах отображения этих измерений на планах и картах. В более широком смысле геодезия охватывает комплекс вопросов, связанных с изучением гравитационного поля Земли, её вращения и деформаций, а также с созданием координатных систем и сетей, необходимых для решения практических задач — от строительства зданий до прокладки границ государств.

¶Предмет и задачи

Основная задача геодезии — создание систем координат и высот, позволяющих однозначно определять положение точек на земной поверхности и в околоземном пространстве. Поскольку форма Земли (геоид) является сложной физической поверхностью, не выражаемой простой математической формулой, в геодезии используются аппроксимирующие модели — эллипсоиды вращения. Современные глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) опираются на геоцентрическую систему координат, в которой начало отсчёта совпадает с центром масс Земли.

К числу фундаментальных задач геодезии относятся:

• определение фигуры и внешнего гравитационного поля Земли;
• изучение движений земной коры и изменений уровня Мирового океана;
• создание и поддержание государственных геодезических сетей;
• обеспечение картографирования территории;
• метрологическое обеспечение измерений.

¶История развития

Зарождение геодезии относят к древним цивилизациям. В Древнем Египте после разливов Нила проводились землемерные работы для восстановления границ участков. Древнегреческий учёный Эратосфен в III веке до н. э. впервые достаточно точно определил окружность Земли, измерив угол падения солнечных лучей в Сиене и Александрии.

В XVII веке голландский учёный Виллеброрд Снеллиус разработал метод триангуляции — построения сети треугольников на местности, что позволило проводить точные измерения больших расстояний. В России систематические геодезические работы начались при Петре I. В 1816–1855 годах под руководством Карла Теннера и Василия Струве была выполнена знаменитая градусная дуга, протянувшаяся от Дуная до Северного Ледовитого океана (дуга Струве), которая использовалась для уточнения размеров Земли.

В XX веке развитие геодезии определили достижения физики и электроники: появились оптические и лазерные дальномеры, электронные тахеометры, а затем и спутниковые методы — системы GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия).

¶Разделы геодезии

Геодезия подразделяется на ряд дисциплин, различающихся объектами и методами исследований:

• Высшая геодезия — изучает фигуру Земли, гравитационное поле и теоретические основы построения глобальных и государственных геодезических сетей.
• Топография — занимается съёмкой местности и созданием топографических карт и планов крупного масштаба.
• Инженерная (прикладная) геодезия — обеспечивает измерения при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений.
• Маркшейдерия — раздел, обслуживающий горные работы и недропользование.
• Космическая геодезия — использует наблюдения за искусственными спутниками Земли для решения глобальных задач.
• Гидрография — занимается изучением рельефа дна водоёмов.

¶Методы измерений

Традиционными методами геодезических измерений являются угловые и линейные наблюдения. Углы измеряют теодолитами, расстояния — светодальномерами или рулетками. Совместное применение этих приборов реализовано в электронных тахеометрах, которые автоматически вычисляют координаты точек.

С конца XX века ведущую роль приобрели спутниковые методы. Приёмники ГНСС определяют координаты с точностью от нескольких метров (в автономном режиме) до нескольких миллиметров (в дифференциальном режиме с постобработкой). Для измерений вертикальных перемещений земной поверхности применяют высокоточное нивелирование, а для глобального мониторинга — данные спутниковой альтиметрии и гравиметрии.

¶Координатные системы и сети

В России действует государственная геодезическая система координат ГСК-2011, заменившая ранее использовавшуюся СК-95. Высоты отсчитываются от Балтийской системы высот, исходным пунктом которой является нуль Кронштадтского футштока. Государственная нивелирная сеть включает несколько классов точности, а плановое обоснование обеспечивается пунктами триангуляции и спутниковой геодезической сети.

¶Применение

Геодезические работы лежат в основе любого строительства: от разбивки осей зданий до контроля деформаций плотин и мостов. При кадастровом учёте геодезисты определяют точные границы земельных участков. Топографические карты необходимы для планирования территорий, прокладки дорог и трубопроводов. В военном деле геодезия обеспечивает навигацию и целеуказание. Современные навигационные сервисы, используемые в смартфонах и автомобилях, невозможны без геодезического обеспечения.

¶Современные тенденции

Развитие геодезии связано с автоматизацией и интеграцией с информационными технологиями. Широко применяются беспилотные летательные аппараты (БПЛА) для аэрофотосъёмки, лазерное сканирование для создания трёхмерных моделей местности и сооружений, а также технологии геоинформационных систем (ГИС) для обработки и визуализации пространственных данных. Активно развивается направление «цифровых двойников» — точных виртуальных копий объектов, создаваемых на основе геодезических измерений.

¶Источники

• Большая российская энциклопедия, статья «Геодезия».
• Учебник «Геодезия» под редакцией А. В. Маслова.
• Федеральный закон «О геодезии, картографии и пространственных данных» (№ 431-ФЗ от 30.12.2015).