Высшая геодезия

Геодезия, возникшая еще со времен начала организованной практической деятельности человеческого общества, с естественным развитием познания, техники, технологий претерпела качественные и количественные изменения в своей области. Появились отдельные направления в ее составе, которые стали объектами изучения и применения. Структурно геодезию как современную науку, предмет изучения с задачами практического применения можно представить из следующих разделов и направлений деятельности:

• высшая геодезия;
• математическая обработка вычислительных результатов геодезических измерений;
• топография, включающая в себя все виды съемок земной поверхности и способы их отображения на графических и электронных носителях информации;
• методы решения геодезических задач;
• геодезические приборы, их испытания и метрологическое их обеспечение, приборостроение;
• прикладная геодезия, состоящая из геодезического обслуживания всего материального производства (изысканий, строительства и эксплуатации искусственных и природных объектов);
• морская геодезия, разрабатывающая способы точных измерений морского и прибрежного дна земной поверхности;

Безусловно, геодезия всегда развивалась в контакте с такими дисциплинами, как физика и математика, астрономия и гравиметрия, география и картография. И только благодаря тесному взаимодействию с ними, привнесением новых идей и практической их реализации на запрос общества, геодезические предложения в настоящее время используются во многих производственных отраслях. 

Почему высшая геодезия?

Высшая геодезия. Почему высшая? Значит, существует и низшая. Рассматривая геодезию по такому принципу, как «от простого к сложному», можно заметить следующее. Для геодезистов и маркшейдеров ежедневное практическое применение своих навыков и знаний при съемках на поверхности или в горных выработках довольно простые задачи. Эта простота опирается на исходные данные (координаты) уже известные на геодезических пунктах государственной опорной сети, устроенной с определенной плотностью по всей территории государства. Значит, все просто бери и снимай.

При выполнении, относительно простых, геодезических процессов используются соответствующие приборы. Если сейчас задаться вопросом, какой геодезический инструмент считается самым точным? Хотелось бы услышать все те ответы, в которых будут названы почти все используемые приборы. Но редко от кого можно услышать сразу (или вообще) правильный ответ. Ответ прост. Отвес. Да именно, простой шнуровой отвес. Почему? Закон всемирного тяготения (гравитационного поля). Какой бы геодезический инструмент не использовался при измерениях, он всегда устанавливается относительно отвесной линии. Ничего точнее отвесной линии в геодезии не существует. Шнуровой отвес в конкретной точке, например, при центрировании теодолита над пунктом съемочной (разбивочной) сети и есть отвесная линия. Это просто.

Сложно другое. Отвесные линии направлены к центру тяжести, а гравитационное поле в разных частях Земли не однородно и зависит от распределения внутренних масс в недрах Земли. Это означает, что на практике отвесные линии в разных точках планеты не параллельны. Их следует редуцировать на уровенную поверхность геоида (эллипсоида). Решением этой задачи занимается высшая (теоретическая) геодезия. Кроме этого требуется знать форму Земли, размеры, параметры, которые можно задать для приведения ее к правильной математической форме с целью получения минимальных отклонений земной поверхности и поверхности сфероида.

После этого следует привести отвесные линии к нормали, что довольно-таки сложно. Для этого требуются не только математические знания, но и использование научной теории и практические данные измерений гравитационного поля.

Как видно этот круг задач взаимоувязан и имеет сложный характер, которые и решаются такой областью геодезической науки, как высшая геодезия. Высшая, наверное, потому что сложная. А что же низшая? Да и она существует. В девятнадцатом веке выпускались книги по низшей геодезии. В настоящем ею можно считать все, что входит в раздел геодезии топография.

Предмет и структура высшей геодезии

Высшая геодезия является важной частью общей науки геодезии, которая занимается изучением Земли, ее физической поверхности, размеров и формы, движения и более глубоких динамических процессов, определением гравитационных сил. Для чего осуществляются технические, геодезические меры, теоретический вычислительно-математический аппарат и практические построения единой геодезической сети государства (планеты), общей системы координат, относительно которых и выполняются перечисленные выше задачи. Кроме этого, отдельные области познаний и деятельности высшей геодезии участвуют в исследовательских процессах по пространственному положению других планет солнечной системы, определению их форм, размеров, состава, размеров, сил тяготения и других параметров. Все содержание, входящее в сферу влияний высшей геодезии можно структурно представить в виде основных направлений:

• теоретическая геодезия, которая в свою очередь состоит из сфероидической, пространственной и физической;
• космической (спутниковой) геодезии;
• геодезической астрономии;
• основных наземных геодезических работ.

Кроме этого, задачи, решаемые высшей геодезии, делят на научные и технические задачи.

К научным задачам относятся две главные задачи по определению фигуры Земли, ее размеров и параметров, и сил гравитационного поля и их изменений в динамике и времени.

Сфероидическая геодезия занимается изучением поверхности земного эллипсоида, математических связей и решением геодезических задач на сфероиде и плоскости на основе установленных, уже известных параметров эллипсоида вращения.

Физическая геодезия занимается получением конкретных значений параметров и размеров Земли на основе геодезических и гравиметрических данных. В ней используются методы изучения фигуры Земли по полученным параметрам земного эллипсоида и сравнения относительно выбранного эллипсоида. Решение задачи несоответствия отвесных линий и нормалей в разных точках земного эллипсоида также лежит в этой сфере. Забегая вперед, можно констатировать, что на практике происходят расхождения в линейных измерениях в центре трех- или шестиградусных зон и на ее краях. Возникает необходимость в вычислении и введении в измеренные величины поправок за редукцию.

В области космической геодезии изучаются методы определения пространственного положения искусственных спутников земли и точек на земной поверхности под влиянием гравитационного поля. Это дает возможность по изучению гравитационного поля и его влияния на параметры земного эллипсоида.

В геодезической астрономии происходит теоретическое изучение и практическое получение астрономических координат на пунктах астрономо-геодезической опорной сети с помощью специальных геодезических приборов.

К техническим задачам высшей геодезии относятся построение государственной геодезической основы плановых и нивелирных сетей, развитие системы гравиметрических сетей. С развитием новейших технологий появляется возможность реализации объединения всех этих сетей в единую систему геодезических, астрономических и гравиметрических пунктов в общей земной системе отсчетов (координат).