Кто и как изготавливал геодезические инструменты?

История геодезического инструментария берет свое начало со времени цивилизаций Древнего мира. До сих пор не установлено точное время создания первых простейших геодезических инструментов. Безусловно, их появление связано с насущными потребностями материальной жизни общества. Поскольку земля в те времена была главным фактором производства, то возникла необходимость в приспособлениях, которые бы обеспечивали измерения земельных участков, их деление и т.д.

Например, живопись на египетских гробницах свидетельствует о том, что в те времена земельные участки измерялись шнуром с узлами. Кроме того, в городах-государствах Египта строятся новые оросительные каналы и водозащитные дамбы, проводятся работы по определению земельных площадей, разбиваются площадки под строительство дворцов, многочисленных храмов и пирамид - все это способствует развитию геодезии.

Геодезические приборы того времени представляют собой элементарные приспособления: мерные жезлы, мерный шнур (веревка), отвесы, линейка, циркуль. Для нивелирования применяли ватерпас – прибор в форме буквы «А» с отвесом при вершине и меткой на перекладине для регистрации отвесной линии.
Ватерпас – это инструмент, внешне похожий на циркуль – основная часть измерительного и, можно сказать, навигационного инструмента.

Второй деталью является размеченная по периметру квадратная рамка (заменяющая транспортир). Третьей составной является отвес. На рисунке выше показано применение инструмента в качестве уровня (проверка горизонтальности).
Таким устройством можно не только определить, горизонтально или вертикально располагается та или иная деталь конструкции, но и измерить угол наклона.

Можно установить пушку под нужным для выстрела углом

Можно измерить расстояние до недосягаемого объекта (например, находящегося на другом берегу реки).


В земледельческих цивилизациях земля составляла единственное и главное богатство государства, землепользователи платили налог с площади земли. Учет, распределение, планирование всех земледельческих работ осложнялось частыми разливами рек, в результате которых уничтожались границы и межевые знаки участков, восстановить которые без помощи знающего геометра было невозможно. Требовалось частое их восстановление и с достаточно высокой точностью. Так, на одном из островов в долине Нила сохранился каменный футшток, заложенный около 2200 лет до н.э.; на глиняных дощечках древних шумеров и вавилонян (возраст более 3000 лет) приводятся планы сооружений и полей, земельных участков с обозначением размеров и площадей; в египетском папирусе, которому более 3800 лет, содержатся правила производства полевых съемок.

В Египте, в специальных школах особо одаренным ученикам давали знания в области геодезии и географии. Ученик должен был уметь измерить площадь поля, составить схему канала, начертить план здания, вычислить размеры и объёмы пруда, различных фигур, в т.ч. и объём полушария. Выпускники школ умели размежевать земельные участки, устанавливать пограничные стелы на границах полей, вести кадастр, рассчитывать ставки налогов, сооружать каналы, дамбы и здания, прокладывать дороги. От планов земельных участков и зданий египтяне переходят к составлению географических карт. Египетские картографы при составлении карт использовали сведения, получаемые от купцов, посещавших дальние края. От военачальников, ведущих непрерывные войны с соседними государствами, поступали сведения о населении, естественных богатствах этих стран, природных условиях.

При сооружении каналов применялись желоба, наполненные водой, и отвесы, подвешенные к концам желобов. Уже в VI в. До н. э. существовали такие крупные инженерные сооружения, как канал между Нилом и Красным морем, оросительные системы в долине Нила. Эти сооружения не могли быть построены без соответствующих геодезических измерений, геодезических инструментов. Большое влияние на развитие геодезических приборов оказало применение методов обработки земельных участков именно с использованием данных ирригационных сооружений. Данное обстоятельство вызвало необходимость в измерительном искусстве и породило измерительную науку - геометрию. При этом главная задача этой науки была связана с функцией «землеизмерения» или «землемерия», т.е. с определением формы и размеров земельных владений и их пространственного положения.

Высочайшего уровня дорожное строительство достигло в Древнем Риме. Характерная черта римских дорог – прямые, с каменным покрытием. Первой такой дорогой была Аппиева, связывавшая Рим с Капуей – широкая, прямая, с покрытием, протянувшаяся через горы, болота и реки. Римские дороги прославились прямолинейностью и долговечностью. Даже в настоящее время по ним все еще можно проехать в Африке и Европе.

Дальнейшему развитию геодезического инструментария способствовали научные достижения Древней Греции. В IV в. до н.э. Аристотель называл геодезией искусство или знание, умение делить на части отдельные участки земной поверхности. Ученые-греки были не только превосходными математиками и геодезистами, но также механиками и конструкторами. Например, солнечные часы (гномон), известные, по-видимому, еще вавилонянам, применяли в Греции для определения меридиана.

Солнечные часы (гномон),— древнейший астрономический инструмент, вертикальный предмет (обелиск, колонна, шест), позволяющий по наименьшей длине его тени (в полдень) определить угловую высоту Солнца. Кратчайшая тень указывает и направление истинного меридиана. Гномоном также называют часть солнечных часов, по тени от которой определяется время в солнечных часах.

Для точности измерения важное значение имеет высота гномона — чем он выше, тем длиннее отбрасываемая им тень, что повышает точность измерения. Для удобства отсчёта на конце гномона было отверстие, которое было ярко видно в тени. Другой способ увеличения точности — находить биссектрису утренней и вечерней тени одинаковой длины: на рассвете и закате скорость изменения длины тени выше и её направление (для заданной длины) устанавливается точнее.

Написанная Героном Александрийским книга «О диоптре» (100 лет до н.э.) служила почти два тысячелетия руководством по практике землемерного дела. В своем сочинении он излагал правила земельной съёмки, описывал диоптру – прибор для измерения горизонтальных и вертикальных углов.

Главной частью Диоптры служила линейка с укрепленными на ее концах визирами. Эта линейка могла вращаться по кругу, который мог занимать и горизонтальное и вертикальное положение, что давало возможность намечать направления, как в горизонтальной так и вертикальной плоскости. Для правильности установки прибора к нему присоединялись отвес и уровень.
Диоптра Геронта применялась при сооружении зданий, каналов, при измерениях неприступных расстояний.
Герон создал также автоматический длиномер, с помощью которого пройденный путь определяли по числу оборотов катящегося колеса.

Одометр Герона Александрийского.

Птоломей впервые описал применявшийся для астрономических наблюдений квадрант-шкалу в четверть окружности, радиусом до 3 м. Гипарху приписывают изобретение астролябии, содержащей лимб и градусные деления. Необходимо подчеркнуть, что астролябию с лимбом принято считать прообразом теодолита.

Астролябия - один из старейших астрономических инструментов, служивший для измерения горизонтальных углов и определения широт и долгот небесных тел. Основан на принципе стереографической проекции.

Таким образом, геодезический инструментарий Древнего мира, как и сама техника измерений, их точность и разнообразие, безусловно, соответствовали своему времени.
Значительные перемены в развитии современных технических средств, программного обеспечения и компьютерной техники определяют новые задачи и роль геодезии.