История геодезии. Лекции.. Лекции по Истории геодезии. Тема Зачем надо знать историю геодезии. Введение
 Скачать 0.56 Mb.
|
|
Кривоногов В.Г. Лекции по Истории геодезии. Тема № 1. Зачем надо знать историю геодезии . Введение. Вы начинаете изучать историю выбранной вами дисциплины. На изучение этой дисциплины учебным планом отведено 36 аудиторных часов, что составляет 30% всего объема. Таким образом, основной упор сделан на самостоятельное внеаудиторное изучение. Это необходимо учесть. 1.1. Понятие о геодезии Геодезия - одна из древнейших наук о Земле как планете. Она возникла и развивалась исходя из практических потребностей (запросов) человека. Слово «геодезия» образовано из двух греческих слов: гео (Земля) и дезио (разделяю, делю), т.е. дословно - землеразделение. Однако оно не соответствует современному его значению, характеризует лишь исторические корни геодезии. Геодезия - это наука об измерениях на земной поверхности, производимых с целью определения фигуры Земли (геоида) и изображения ее поверхности на плоскости в виде карт, планов, профилей, математических моделей местности и для обеспечения строительства разнообразных сооружений. Измерения производятся специальными геодезическими приборами и не только на поверхности Земли - на суше и воде, но и в ее недрах, в приземном слое атмосферы и в космосе. Результаты измерений подвергаются соответствующей вычислительной обработке. В геодезии применяют три вида измерений: 1.линейные – измерение расстояний между точками местности; 2. высотные – измерение превышений – расстояний между точками по отвесному направлению; 3. угловые – измерение горизонтальных углов между направлениями на точки местности и углов наклона этих направлений. В геодезии используются положения математики, астрономии, географии, физики, геоморфологии и других научных дисциплин, она тесно связана с ними. Математика исследует окружающее человека пространство через определение количественной меры, пространственных отношений и формы материальных объектов, дает геодезии формулы, методы и приемы обработки результатов измерений. Астрономия и геодезия имеют много общего: в теории, методах измерений, приборах и инструментах. В процессе развития геодезия разделилась на несколько самостоятельных дисциплин, решающих сложные научные и практические задачи: высшая геодезия, космическая геодезия, топография, фотограмметрия и другие. Каждая из них имеет свой предмет изучения, свои методы и задачи. Высшая геодезия решает научные задачи по определению фигуры и размеров Земли, по определению координат точек на ее поверхности для территории всей страны, а также по изучению горизонтальных и вертикальных движений земной коры. Космическая геодезия решает такие же геодезические задачи при помощи искусственных спутников Земли Топография или просто геодезия - практическая дисциплина, производит изучение земной поверхности посредством измерений и изображение ее на плоскости в виде карт, планов и математических моделей. Фотограмметрия решает задачи создания карт и планов путем измерений по фотографическим изображениям (аэрофотоснимкам и космическим снимкам) земной поверхности на специальных фотограмметрических приборах. Инженерная геодезия разрабатывает методы производства геодезических работ для обеспечения проектирования, строительства и эксплуатации разнообразных сооружений, а также при изучении, освоении и охране природных ресурсов. Другими словами, решает вопросы приложения геодезии к инженерному делу, поэтому в настоящее время ее называют прикладной геодезией. 1.2. Зачем надо знать историю геодезии История любой дисциплины или науки дает возможность проследить в развитии ее роль и значение в социально-экономическом и научно-техническом прогрессе человечества. Кроме того, история любой науки имеет большое мировоззренческое и воспитательное значение. Особенность любой науки, ее эффективность, тенденции и законы собственного развития, ее связи с другими науками, с особой силой раскрываются в ее истории. Знание истории науки сейчас понимается как средство более глубокого понимания ее настоящего и будущего. Но увидеть будущее можно только при условии знания прошедшего и настоящего. «Изучение истории геодезии дает возможность во всей полноте оценить ее вклад в общечеловеческие знания, определить ее значение и место среди других фундаментальных и прикладных наук» (А.А. Изотов). Вообще при исследовании явлений природы и общества широко используется "принцип историзма". Он предполагает рассмотрение научных дисциплин в процессе их развития, от возникновения до настоящего времени, во взаимодействии с другими науками. В процессе изучения истории геодезии вы узнаете, как зародилась эта наука, как развивалась, Расширялась и совершенствовалась, каких высот достигла. Становление специалиста в любой области познания или сфере труда нельзя считать завершенным, если он не знает истории своей науки или профессии. История науки и техники имеет много поучительного и полезного не только для практика и ученого но и для человека, выбравшего будущую профессию. 1.3. Периодизация развития геодезии В истории познания в целом принято все историческое время (около десяти 10 тысяч лет) делить на Древность, Средневековье, Возрождение, Новое и Новейшее время. Разбивка на этапы, периоды развития упорядочивает всю совокупность фактов, исторических данных, закономерностей и помогает лучше воспринимать ход истории. Каждый этап (период) характеризуется длительностью исторического времени, длительностью перехода от одной эпохи к другой, геометрическими понятиями, системами мер и координат. В истории геодезии условно выделяют этапы (периоды), качественно отличающиеся созданием и внедрением технических средств и технологических схем. 1.Доисторические познания. Длительность исторического времени этого периода до 7-го тысячелетия до н.э. В этот период появились такие понятия: линий разделения и связи, местоположения, удаленности. Ориентация человека в окружающем пространстве осуществлялась по естественным рубежам – рекам, горам, др. объектам, применялись антропные системы мер (связанные с человеком). 11.Древняя геодезия. Охватывает 6-7 тысячелетия до н.э. Длительность перехода от эпохи 1 к эпохе 11 составляет 2-3 тысячелетия. В этот период сформировались понятия: линии, угла, фигуры, плоскости, отвеса (геометрия Евклида), прямоугольная и географическая системы координат, появилась Аккадская система мер. 111. Новая геодезия - длительность эпохи 700 - 500 лет. Длительность перехода от второй к третьей эпохе составляет 200-300 лет. В этот период сформировались аналитическая и дифференциальная геометрия, геодезические и референцные системы координат, метрическая система мер. 1Ѵ. Новейшая геодезия - с ХХ1 века н.э. Длительность перехода около 50лет. В этот период возникли неевклидовы геометрии, теория пространства - времени, метапространства и соответствующие системы координат (общеземные, мировые), система мер получена по длинам электромагнитных волн и периодам излучений. Такая периодизация основана на теории развития геодезии. Считается, что в период Средневековья в Европе не было выдающихся достижений в области геодезии, был застой. Однако, в других частях света были достижения и мы будем рассматривать историю геодезии в периоды, как принято в изучении истории человечества. 1.4.Теория развития геодезии Теория развития геодезии опирается на три фундаментальных понятия: объект, предмет и метод. Объектом геодезии изначально было окружающее человека физическое пространство, которое обладает свойством мобильности, т.е. расширения по мере познания и освоения его. Физическое пространство состоит из подпространств: 1) технопространства, 2) Земля как планета, 3) ближний космос со всеми космическими объектами. Предметом геодезии являются расположенные в окружающем человека пространстве реальные объекты, их метрические свойства, пространственная ориентация, системы отсчета и координат. Методом геодезии являются измерения, посредством которых определяются форма, размеры объектов и их взаимное расположение, а также способы представления окружающего пространства в виде каких-либо моделей (рисунков, планов, карт, глобусов и др.). Основными принципами теории развития геодезии являются геометризация и координатизация окружающего пространства и его объектов. Человек живет в мире универсальных категорий и понятий - пространство, движение, время. Прогресс в теории познания и практике связан с ними. Человеку, в отличие от других живых существ, присуще пространственно-геометрическое мышление. Оно влияло на условия и характер жизни людей, на форму и содержание их существования. Оно диктовалось окружающей средой, пространством обитания, т.е. сферой своего влияния. Человеку при любом виде деятельности необходимо: 1) определять пространственное положение свое и окружающих объектов относительно какого-либо выбранного начала; 2) оценивать размеры окружающих объектов; 3) отображать окружающие объекты и пространство в какой-либо модели. Освоение человеком окружающего пространства проходило посредством его измерений, т.е. геометризации. Оценивая пространство и время древний человек помещал себя в центр мироздания. Тем самым он становился точкой отсчета, в которой совмещались и в которой начинались все координаты, вокруг которой вращались Солнце, Луна, Звездное небо. В дальнейшем, по мере освоения человеком окружающего пространства, для координатизации пространства стали применять различные общепринятые системы координат - прямоугольную, географическую и др. В 20-м столетии освоение окружающего пространства стало необычайно стремительным. Оно стало возможным благодаря созданию планетарной геоцентрической системы геодезических координат (ПГСГК) с началом в центре Земли и распространению ее на все пространство, включая космическое и модельного его представления в данной системе координат. В окружающем пространстве функционирует много относительно независимых систем (подпространств) со своими системами координат, требующими связи между ними. Оценку размеров окружающих объектов и их взаимное положение человек осуществлял посредством измерений. Геодезические измерения основаны на учете и использовании действующих в природе физических сил и свойств, а также физических законов, открытых Галилеем, Ньютоном и др. учеными. Учет действия силы тяжести позволил изобрести отвес, без которого невозможно выполнять строительные работы. Свойство перпендикулярности уровенной поверхности к отвесной линии использовалось для установления горизонтальных линий и приборов для нивелирования. В научно-техническом прогрессе, в познании мира измерения всегда занимали большое место. Техника измерений, их точность и разнообразие соответствовали своему времени, эпохе и зависели от общего уровня научно-технического развития вообще и в данной науке в частности. Прогресс в любой науке почти всегда связан с измерениями. О роли и значении измерений Д.И. Менделеев выразился так: "В природе мера и вес суть главные орудия познания. Наука начинается тогда, когда начинают измерять". Среди всех видов измерений геодезические измерения имеют исключительную роль. Любые коренные сдвиги и изменения в истории развития человечества не обходились без той или иной доли участия геодезии: и в земледелии, и в промышленности, и в крупных научных открытиях. Человеческая цивилизация существует в мире универсальных категорий и понятий – пространство, время и движение. Именно взаимосвязанность и взаимообусловленность их взаимосвязь первых наук и прогресс в теории познания и в практике. Геодезия первоначально изучала пространство в отрыве от времени и движения, используя лишь второстепенные системы ориентации и отсчета. До 17 века геодезические измерения выполнялись в основном в двухмерном пространстве, с 18 в. - в трехмерном, а с середины 20-го в. - в четырехмерном пространстве-времени. География рассматривала пространство и движение в тесной связи, но вне зависимости от времени, используя соответствующие системы ориентации, отсчета и координат. В астрономии, наоборот, изучаемые и измеряемые пространство, движение и время тесно взаимосвязаны. Небесное пространство в астрономии и пространство в геодезии в геометрическом плане были «близки» и это привело к некоторой общности методов, приборов, инструментов и теорий обеих наук, но движение в разных «пространствах» обусловило разработку и использование разных систем ориентации, отсчета и координат. Объектом геодезии изначально была Земля, т.е. ее поверхность, фигура и размеры. Впоследствии произошло расширение пространства, к этому объекту подключили недра, морское дно и околоземное пространство - ее спутник Луну, планеты солнечной системы. В конце ХХ в. в качестве объекта геодезии сформировались составляющие физического пространства: Земля как планета, технопространство или вторичная среда, ближний космос со всеми космическими объектами. Технопространство начало активно формироваться в Х1Хв. Геодезия этого пространства вначале носила название инженерная геодезия, а в настоящее время - прикладная геодезия. От координатизации и геометризации физического пространства во многом зависит научная и хозяйственная деятельность человека. В этом состоит значимость и актуальность геодезии. 1.5. Факторы, влияющие на развитие геодезии Каждая наука, как и все научное знание в целом, развивается по своим законам. В числе таких законов – неравномерность развития, цикличность, наличие революционных этапов. Развитие геодезии идет неравномерно, скачкообразно. Всплески, ускорения, скачки вызываются следующими факторами: 1. Мобильностью (расширением) пространства деятельности человека. 2. Революциями. 3. Требованиями к точности измерений. 4. Научными открытиями. 5. Техническим прогрессом. 6. Появлением выдающихся личностей - ученых, изобретателей. 7. Ростом образовательного уровня народа. 8. Военными действиями. Мобильность пространства (МП) является важным фактором развития геодезии. Она обусловлена возрастающими потребностями человека. Исследователи истории человечества выделяют ряд революционных качественных переходов, положивших начало каждого периода. Это прежде всего революции - социально-экономические, промышленные, научные, технические, научно-технические. Каждая революция открывает какое-либо новое качество в геометризации, координатизации и моделировании пространства. При социально-экономической революции меняется способ производства, общественно-экономическая формация, сфера профессиональной деятельности. Так переход древнего человека от сбора и добычи продуктов питания и одежды к их производству - к скотоводству и земледелию - связаны с прогрессом в области геометрических пространственных представлений и умений человека. В период собирательства человеку нужны были лишь потребности и способности ориентироваться на местности, умение определять геометрические параметры места постоянного обитания, составлять какую-либо геометрическую модель своей территории. Это подтверждается примитивными схемами, картоподобными изображениями, нанесенными древними людьми на стенах пещер, бивнях мамонтов, на костях животных и просто на земной поверхности. При переходе от собирательства к земледелию человеку потребовались качественно новые знания и понятия: линии, плоскости, прямого угла, прямоугольника, окружности, отвесной линии, линии горизонта и др. Это необходимо было для деления земли на участки, возведения на местности различных сооружений. В результате появились, во-первых, абстрактные понятия о пространстве , составившие основу геометрии, а во- вторых - практические навыки в измерениях объектов, т.е. зародилась практическая геометрия или землемерие, составившие основу геодезии. Промышленная революция (вторая половина 18 - первая половина 19 веков) привела к созданию новых измерительных приборов, технологий и методов измерений. В этот период сформировался весь парк измерительных геодезических приборов (теодолиты, нивелиры, фототеодолиты и др.), введена новая метрическая система мер, независимая от размеров частей человеческого тела. Технические и научные революции формируют изменения в технических принципах измерений и моделирования. Научная революция 16 - 17 веков привела к появлению новых фундаментальных научных теорий, таких как: новые законы описания пространства (закон всемирного тяготения), теория пространства-времени. Законы Ньютона привели к новому пониманию фигуры Земли (Земля не шар, она сплюснута вдоль оси вращения) и окружающего ее пространства. Научно-техническая революция второй половины 20в. ознаменовала начало перехода к новому этапу развития геодезии, установила новый уровень и принципы геометризации и моделирования объектов и явлений. Технический прогресс потребовал от геодезии обеспечить новые требования к точности измерений, объему получаемой продукции, по затратам труда и времени. Открытия и изобретения в области радиоэлектроники послужили основой для нового геодезического приборостроения (радио- и светодальномеры, лазерные приборы). Компьютеры произвели переворот в вычислительной технике и методах обработки измерений. Военные операции требовали оперативных данных о местности: карт и координат. В настоящее время два новых пространства - космическое и технопространство - являются важнейшими объектами измерений и моделирования в геодезии. Качественные изменения в геодезии происходят тогда, когда устоявшиеся классические методы, технологии становятся неэффективными. - * - Тема №2. Зарождение геодезии в древнем мире Вопросы: 1. Условия зарождения геодезии в древнем мире. 2. Предметная историческая общность геометрии и геодезии 3. Структура и функции геодезического знания 2.1. |