История геодезии. Лекции.. Лекции по Истории геодезии. Тема Зачем надо знать историю геодезии. Введение
 Скачать 0.56 Mb.
|
|
Тема № 9. Развитие геодезии в СССР 9.1 Создание геодезической службы в СССР Создание на территории России нового государства с новыми принципами функционирования потребовало централизации геодезических работ, создания соответствующих структур и подготовки кадров. С этой целью была создана организация «Высшее геодезическое управление» (ВГУ) при Научно-техническом отделе Высшего Совета Народного Хозяйства (ВСНХ) декретом от 15 марта 1919г. Основной целью создания ВГУ было «изучение территории РСФСР в топографическом отношении в целях поднятия и развития производительных сил страны, экономии технических сил и денежных средств и времени». Кроме задач организации производства геодезических, астрономических, нивелирных и съемочных работ были задачи : 1) объединение и направление всякого рода съемочных работ, сбор и систематизация результатов всех видов работ для составления и издания карт общегосударственного значения в различных масштабах и для различных целей; 2) разработка и ввод в действие положений об организации работ и технических инструкций и правил, устанавливающих единство методов и приемов работ, вычислений, изготовления и издания карт и планов для различных ведомств; 3) изготовление геодезических инструментов и оптических приборов; 4) организация научных работ в области геодезии, астрономии, оптики, картографии, инструментоведения и вообще съемочного дела. На 1924г. в ВГУ работало 469 специалистов – 160 инженеров, 51 военный топограф, 167 техников и землемеров, 91 техник-чертежник, а также 280 человек административного состава и постоянных рабочих и 503 учащихся техникумов. За военной топографо-геодезической службой сохранилось прежне название «Корпус военных топографов (КВТ). В 1923г. было принято решение о переходе на метрические масштабы съемки и началось картографирование территории страны. В целях упорядочения работ были созданы инструкции: по нивелированию высокой точности (1925г.), по триангуляции 1кл. (1928г.). В период с 1918 по 1940гг. была сформирована геодезическая отрасль, созданы производственные и учебные геодезические организации (фабрики, предприятия, отряды , факультеты в учебных заведениях) а также научные организации (НИИ, отделы). В тридцатых годах сформировалась система подготовки геодезических кадров, были созданы новые производственные технологи, производственные организации и структуры. В 1938г. геодезическая и картографическая службы были выделены в самостоятельную организацию – Главное управление геодезии и картографии (ГУГК) при Совете Народных комиссаров (СНК) СССР, а затем при Совете Министров. С 1935г. развитие геодезии осуществлялось по плану, за счет средств государственного бюджета. В основных регионах страны были было создано 6 аэрогеодезических предприятий (АГП): Московское, Северо-западное (Ленинград), Южное (Киев), Новосибирское, Средне-Азиатское (Ташкент), Закавказское (Тбилиси). В дальнейшем были созданы Северо-Кавказское (Пятигорск, 1945), Казахское (Алма-Ата, 1944), Восточно-Сибирское (Иркутск – 1947), Западное (Минск -1947), Свердловское (1951), Забайкальское (Чита,1957), дальневосточное (Хабаровск, 1957), Якутское (1942), Магаданское (Колымо –Охотское), 1965г.и в 1965г. в состав ГУГК были переданы организации Союзмаркштреста (СМТ). За каждым предприятием закреплена часть общей территории СССР, на которой они осуществляют свою деятельность. Ныне в РФ действуют ранее созданные аэрогеодезические предприятия, расположенные на ее территории. В послевоенный период, до середины 50-х годов, геодезическая отрасль развивалась и функционировала под условием решения двух главных задач: 1)завершение картографирования всей территории страны в масштабе 1:100000 и 2)построение государственной геодезической сети по всей территории. Затем перед отраслью были поставлены новые задачи. В следующие десятилетия развитие отрасли определялось научно-техническим прогрессом и проходило постоянно, без скачков. Коренной перелом произошел в конце 80-х – начале 90-х годов, когда начался переход всей геодезии на новый уровень развития. В настоящее время в России геодезическая служба носит название Федеральная служба геодезии и картографии. Она включает в себя: 9.2 Создание Государственной геодезической сети в СССР Построение Государственной геодезической сети (ГГС) начиналось с разработки схемы и программы триангуляции 1кл. Первая схема и программа развития ГГС была разработана комиссией под руководством генерала И.И. Померанцева, начальника КВТ, в 1909г. В 1910г. была утверждена «Инструкция для производства триангуляции 1класса» и начато осуществление плана работ в Европейской части России. В 1924г. ВГУ совместно с КВТ приняли схему построения опорной геодезической сети (ОГС) триангуляции 1кл., а в 1925г. утверждена «Временная инструкция по триангуляции 1кл. Предусматривалось построение больших полигонов 1кл.в Европейской части СССР, внутри которых прокладывались ряды 2 кл. Профессор Ф.Н.Красовский в 1928г. предложил новую схему и программу построения ГГС триангуляции, в которой предусматривалось уменьшение периметров полигонов до 800км. Эта схема и программа была рассчитана на обеспечение съемки в масштабе 1:10000 и мельче. В этом же году была издана новая инструкция по триангуляции 1кл., в основу которой были положены предложения Красовского Ф.Н. В 1939г. были разработаны «Основные положения о схеме и программе опорной государственной геодезической сети 1939г.», в основу которой положена схема, предложенная Красовским Ф.Н. в 1928г. В 1948г. был разработан проект «Положения о государственной геодезической сети СССР» (ПП - ГГС-48), в котором сети разделяли уже на 1, 2 и 3 классы и предусматривалось повышение точности угловых измерений путем построения сплошных сетей триангуляции 1 кл. В 1954г. были приняты новые «Основные положения» (ОП-ГГС - 54), в которых вводилась триангуляция 4 кл. В 1961г. были приняты «Основные положения» и «Инструкция о построении Государственной геодезической сети Союза ССР», изданной в 1961г. Второе и последнее издание этой инструкции было в 1966г. 9.3 Исходные геодезические даты Одно из главных задач ВГУ было распространение на всю территорию страны единой системы координат. Эта задача неразрывно связана с выбором начального пункта системы. В 1928г. на 3-ем геодезическом совещании было принято решение о введении на всей территории СССР прямоугольной системы координат Гаусса-Крюгера. В 1930г. было издано «Руководство, формулы и таблицы по применению прямоугольных координат Гаусса-Крюгера», разработанное под руководством Ф.Н.Красовского и этот год считается началом применения в Советском Союзе системы прямоугольных координат Гаусса-Крюгера. В качестве поверхности относимости (математической поверхности Земли) был принят эллипсоид Бесселя. Ф.Н.Красовский провел исследования этого эллипсоида (изложены в «Руководстве по высшей геодезии» и в статьях) и доказал, что для территории СССР строгая математическая обработка астрономо-геодезической сети должна выполняться на другом эллипсоиде, имеющем наименьшие отступления от геоида, чем эллипсоид Бесселя. Было решено произвести расчеты такого эллипсоида. С этой целью в ЦНИИГАиК под руководством Ф.Н.Красовского были выполнены вычисления размеров эллипсоида из совместной обработки астрономо-геодезических сетей СССР, Западной Европы, США, Индии. Лабораторию высшей геодезии, производившую вычисления, с 1935г. возглавлял А.А.Изотов (1907-1988). В результате в 1940г. были получены размеры эллипсоида: большая полуось а = 6378245м, сжатие α =1:298,3. Ориентирование эллипсоида относительно геоида первоначально предполагалось провести в середине территории СССР и был выбран пункт в районе города Кокчетава Казахской ССР, на котором были выполнены необходимые астрономические определения. Но после уравнивания триангуляции 1кл., проведенного в 1942-1944гг., была принята Пулковская ориентировка, с учетом традиций и преемственности. Исходным пунктом АГС СССР снова был принят центр круглого зала Пулковской обсерватории, не являющийся пунктом триангуляции. Высота геоида над поверхностью эллипсоида была принята равной нулю. Время показало, по мнению Л.А.Кашина, ошибочность принятого тогда решения (в книге «Построение классической астрономо-геодезической сети России и СССР (1816-1991гг)», изданной в 1999г.)). Новая система координат получила название: система координат 1942г. (год полного завершения вычислений) или Пулковской системы. Эта система была утверждена 7апреля 1946г. Постановлением Совета министров СССР, а референц-эллипсоиду присвоено имя Красовского. По спутниковым измерениям установлено, что размеры эллипсоида Красовского получены с высокой точностью: ошибка в большой полуоси составила всего 108м (6378137м), а сжатие полностью совпало. Определение размеров и формы эллипсоида Ф.Н.Красовским и А.А.Изотовым оказалось последним и самым точным из всех, полученных классическим наземным методом. Принятая система координат прослужила более 50 лет. Ее точность характеризуется средней квадратической ошибкой положения любого пункта: на Западе страны - величиной в несколько метров, на Востоке – до 15м и более. В 70-80-х годах началась модернизация ГГС и ошибки удаленных пунктов снизились до 4м, а в конце 20в. были снижены до величины менее 1м. Во второй половине 20в. стали вводить общеземную систему координат – геоцентрическую, с началом в центре масс Земли. С помощью специальных искусственных спутников Земли (ИСЗ) ГЕОИК определяли параметры Земли, ее фундаментальные постоянные, в 1977,1985 и 1990гг. В геоцентрической системе координат 1990г. (ПЗ-90) точность определения взаимного положения пунктов на расстоянии 3-5 тыс.км характеризовалась величиной порядка 0.3м или относительной ошибкой 10-7 . Носителями системы координат ПЗ-90 являются пункты космической геодезической сети (КГС) в количестве 30 пунктов. Связь пунктов КГС и системы 1942г. устанавливалась с ошибкой порядка 3м. С выходом в ближний космос потребовалась новая геоцентрическая система координат. Такая система - СК-95, введена с 1июля 2002г. Постановлением Правительства России от 28.07.2000г. вместо СК-42. Но для обеспечения орбитальных полетов и навигации используется геоцентрическая система СК ПЗ-90. 9.4. Уравнивание астрономо-геодезической сети Уравнивание АГС началось в 1939г. Первоначально в уравнивание были включены ряды триангуляции 1кл, образовавшие 87 полигонов. Общая протяженность звеньев составила 75300км. АГС состояла из 4733 пунктов , образовавших 310 звеньев с 226 базисами, 723 пунктами Лапласа. Уравненная сеть обеспечивала координатами около одной третьей части территории страны. Распространение системы координат 1942г. на всю территорию страны в дальнейшем проводилось последовательно на все регионы по мере производства измерений и создания блоков АГС. При этом, при уравнивании очередного блока в качестве исходных принимались координаты пунктов предыдущего блока, т.е. был принят метод нанизывания на первые 87 полигонов. В 1968г. уравнен блок Север; в 1971 – Крайний Север; в 1972 – Дальний восток. В период с 1975 по 1082гг. было выполнено уравнивание Единой астрономо-геодезической сети (ЕАГС) социалистических стран Восточной Европы и СССР (западная часть территории), включавшей 11737 пунктов. Ошибка взаимного положения смежных пунктов получилась порядка 4-5см. В период с 1980 по 1991г. было выполнено общее уравнивание астрономо-геодезической сети, состоящей из 164306 пунктов, измерения на которых произведены с 1911 по 1980г. При средней длине стороны триангуляции 12,5км ср.кв.ошибка взаимного положения смежных пунктов составила в среднем 5см, а в рядах – 7см, что свидетельствует о равноточности астрономо-геодезической сети в целом. Во многих частях сплошной сети эти ошибки получились в пределах 2-4см. Координаты от Пулково до Берингова пролива переданы со ср.кв.ошибками: по оси Х – 1,02м, по оси У - 1,10м. Высокая точность распространения Единой системы координат на всю территорию страны методами классической астрономо-геодезии была подтверждена данными, полученными из космической геодезической сети (КГС). 9.5. Системы высот Создание системы высот и распространение ее на всю территорию СССР проходило в несколько этапов. Первый этап охватывает период с 1894г., когда было произведено первое уравнивание нивелирных линий, до 1933г., когда было выполнено второе уравнивание нивелирной сети, созданной в Европейской части СССР с 1875до 1932г. общей протяженностью 69450км. По результатам уравнивания установлено, что уровень Черного моря на футштоках Севастополя, Одессы, Феодосии и Новороссийска ниже Балтийского на 0,41м, а Азовского моря –на 0,39м. В уравнивание не вошла нивелирная связь с Владивостоком по причине большого расхождения в 1,873м на стыке Европейской и Сибирской нивелировок. По окончании уравнивания в 1934г. был составлен Каталог нивелировок на Европейскую часть СССР. В Сибири было признано целесообразным оставить Тихоокеанскую систему высот. До 1943г. применялась еще Черноморско-Балтийская система высот. Постановлением СМ СССР от 7.04.1946г. была введена единая для всей страны система высот – Балтийская, средний многолетний уровень Балтийского моря - от нуля Кронштадтского футштока. Третье всеобщее уравнивание нивелирных сетей протяженностью 139 тыс. км было завершено в 1950г. Оно окончательно установило единую систему высот (Балтийскую -1946г.) на всей территории страны. Попутно решалась научная задача – учитывались аномалии силы тяжести при вычислении нормальных высот. В средине 70-х годов было выполнено четвертое уравнивание нивелировок. К этому времени было проложено: 70тыс. км нивелирных линий 1кл. и 360тыс. км 11кл. В 1977г. был выпущен новый Каталог высот и в стране введена Балтийская система высот на эпоху 1977г, которая после уравнивания нивелировок 111 и 1\/ классов и издания каталога высот стала применяться при производстве топографических съемок. Была введена также система нормальных высот (от поверхности эллипсоида). Высоты наиболее удаленных от Кронштадтского футштока пунктов определены с ошибкой порядка 15см. Выявлено также, что уровень Тихого океана ниже уровня Балтийского моря на 1,0м во Владивостоке и повышается на север до 0,3-0,5м к Берингову проливу. Белое море ниже Балтийского на 0,3м в Архангельске. К 1990г. общая протяженность линий нивелирования составляла: 1кл. – 160тыс.км, 11кл. – 500тыс. км. 9.6. Создание государственной гравиметрической сети В систему государственного геодезического обеспечения (ГГО) страны входят: - Государственная геодезическая сеть (ГГС); - Государственная нивелирная сеть (ГНС); - Государственная фундаментальная гравиметрическая сеть (ГФГрС); - Система геодезических параметров Земли (ПЗ), включающая геоцентрическую систему координат (ГСК), закрепленную пунктами космической геодезической сети (КГС); фундаментальные геодезические постоянные, параметры фигуры и гравитационного поля Земли (ГрПЗ), параметры связи систем координат. Изучение гравитационного поля Земли осуществляется с помощью построения государственной гравиметрической сети (ГГрС) и гравиметрической съемки, позволяющих решать следующие основные задачи: 1.определение планетарных параметров гравитационного поля Земли с целью обеспечения точного прогноза орбит искусственных спутников Земли (ИСЗ) и решения специальных баллистических задач для военных целей; 2.обеспечение решения задач редуцирования результатов геодезических измерений на поверхность относимости (эллипсоида). Государственные гравиметрические работы в СССР начались после принятия в 1932г. Постановления Совета Труда и Обороны (СИО) об организации общей гравиметрической съемки страны для обеспечения решения геодезических задач, разведки полезных ископаемых и изучения внутреннего строения Земли. Общая гравиметрическая съемка была завершена к средине 50-х годов, было определено 16795 маятниковых пунктов. Реализация съемки осуществлялась в соответствии с инструкцией, составленной в 1933г. комиссией под председательством И.А. Казанского и отредактированной и доработанной проф. А.А.Михайловым и Д.В.Сорокиным. В методическом плане этот нормативный документ до сих пор не утратил своего значения. Инструкция переиздавалась в 1937г., а в 1943г. была составлена и утверждена ГУГК новая «Инструкция по общей гравиметрической (маятниковой) съемке». Первые измерения выполнялись импортными маятниковыми приборами типа Штюкрат. Точность гравиметрических измерений в 30-х годах была невысокой,5мГал и более, в 40-х годах уже на порядок выше, а в 70-х годах повысилась до 0,01-0,03мГал. За 100лет (с 1900г.) точность измерений силы тяжести повысилась на 4 порядка. В Советском Союзе были приняты меры по изготовлению гравиметрических приборов и в 1935г. был создан первый отечественный маятниковый гравиметр на заводе «Аэрогеоприбор». В государственном астрономическом институте им. Штернберга (ГАИШ) был построен маятниковый прибор облегченного типа (Л.В.Сорокин) для измерений в труднодоступных районах. Был разработан также упругий маятник, а в 1942г. разработан пружинный гравиметр. В 1947г. выполнены первые морские определения силы тяжести и в дальнейшем морские гравиметрические экспедиции проводились регулярно. В 50-х годах были созданы точные кварцевые гравиметры для морских измерений. Морские гравиметры в эти годы изготавливались и за рубежом: Графа GSS-2, GSS-3; «Аскания», Ла-Косте-Ромберга. Гравиметрическая съемка Мирового океана проводилась планомерно путем подводных маятниковых измерений. Проводились гравиметрические определения и на дрейфующих льдах. Было создано более 5000подводных пунктов. Во второй половине 20в. в ЦНИИГАиК было создано семейство приборов по измерению силы тяжести: ВМП – с кварцево-металлическими маятниками, с точностью измерений 0,25мГал; ММП-П – морской маятниковый прибор, точности 2мГал; ОВМ – вакуумированный маятниковый, точности 0,06-0,08мГал; АМП-1 – точности 1.5мГал, предназначенный для измерения ускорения силы тяжести с подводных лодок; «Агат» - маятниковый комплекс, точности 0,04мГал, разработан в 1976г.; ГАБЛ – баллистический гравиметр для абсолютных определений ускорения силы тяжести; ГБЛ – лазерный баллистический гравиметр, точности 0,01мГал; ГБЛ-П – полевой вариант ГБЛ; СМК – стационарный маятниковый комплекс для высокоточных измерений, с точностью 0,01мГал; ГАК – астазированный кварцевый; ГАГ-2, ГНУ-КВ (ГНУ-К1), ГНУ-КС, эти приборы использовались в 80-х годах. В период 1965-1970гг. в СССР с помощью высокоточных приборов была построена гравиметрическая сеть точности 0,33мГал. В 70-е годы проведены гравиметрические измерения в Антарктиде. С 1968 по 1974гг. на территории социалистических стран была создана высокоточная гравиметрическая сеть. Основателем фундаментальных опорных гравиметрических сетей был Ю.Д. Буланже (1911-1997). Он разработал методику измерений больших разностей силы тяжести методом многократных групповых измерений с самолета. Все гравиметрические сети подразделяются на мировую, государственную (национальную) и местную (полевую). Мировая именуется Международной гравиметрической стандартной сетью 1971г. – МГСС-71 (IGSN-71). Точность этой сети 0,05мГал. В нее входят пункты Ледово (в Подмосковье, с 1958г.), в Одессе, Мурманске, Находке. Эти пункты стали основой развития ГГрС 1и 2 классов на территории СССР. Пункты 1кл. располагались преимущественно на аэродромах крупных городов и в населенных пунктах на расстоянии 300-500км друг от друга. К концу 70-х годов возросли требования к точности, плотности и надежности пунктов гравиметрической сети. Этим требованиям ранее созданная сеть не отвечала, поэтому была разработана новая структура сети и с 1978г. начаты работы по созданию высокоточных государственных гравиметрических сетей (ГГрС) двух категорий: Фундаментальной (ГФГрС), 1кл. (ГГрС-1) и ГГрС-2. По результатам совместного уравнивания ГФГрС и ГГрС-1 (1200 пунктов 1кл. и 11 фундаментальных) ср.кв.ошибка измерения силы тяжести получилась – на пунктах ГФГрС – 0,008-0,010мГал, на пунктах 1кл. – 0,03мГал. Три пункта - Москва, Санкт-Петербург и Иркутск включены в международную сеть абсолютных опорных гравиметрических пунктов (JFGRN). В высокоточных гравиметрических измерениях использовались приборы «Агат» и ГАБЛ. Государственные гравиметрические сети позволили детальную площадную гравиметрическую съемку на всей территории России, на акваториях внутренних морей и шельфовой зоне внешних морей в масштабе 1:100000. В масштабе 1:200000 покрыта съемками территория 80% суши и часть морских акваторий и континентального шельфа. Одним из результатов площадной гравиметрической съемки стало определение высот квазигеоида. Разработана программа развития ГГрС-1 и ГФГрС до 2000г. |