CC BY
6Международный научный журнал «ВЕСТНИК НАУКИ» № 11 (68) Том 3. НОЯБРЬ 2023 г. УДК 528
Зуев А.Н.
студент магистратуры Тверской государственный технический университет (г. Тверь, Россия)
Скворцов А.Д.
студент магистратуры Тверской государственный технический университет (г. Тверь, Россия)
СТАНОВЛЕНИЕ ГЕОДЕЗИИ КАК НАУКИ,
А ТАКЖЕ МЕТОДЫ ЕЕ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ
Аннотация: 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. Цель текущей статьи состоит в формировании знаний относительно истории геодезии, и ее инструментария в решении современных задач.
Ключевые слова: история геодезии, точность измерений, информационные
технологии.
Геодезия — одна из древнейших наук, базирующаяся на изучении данных о Земле (ее формах и размерах), размещенных на ней объектах, а также изображении земной поверхности или ее частей на планах и картах. Кроме того, под этим термином принято понимать производство ряда измерений на земной поверхности, осуществляемых с целью решения разноплановых экономических, инженерных и других практических задач.
Исследования, проводимые в рамках высшей геодезии, ориентированы на изучение параметров Земли (вращения, гравитационного поля, смещения блоков земной коры), а также их динамического изменения во времени. С технической
стороны эта дисциплина обеспечивает координатными основами и системами отсчета многие сферы человеческой деятельности. Методы науки тесно связаны с математическими и физическими приемами, которые обеспечивают возможность детального анализа геометрических, кинематических и динамических свойств отдельных участков Земли или ее поверхности в целом.
Геодезия как наука возникла еще в глубокой древности (первое упоминание — 4 в. до н. э., труды Аристотеля) в связи с практическими потребностями общества. Появилась необходимость в строительстве каналов для орошения и осушения земель, строительства тоннелей, возведения сооружений, а также установления границ участков и пр. В связи с чем наука начала активно развиваться.
Народы древних государств, в том числе Греции, Индии, Китая, Средней Азии, Египта, Персии и других стран, активно вели геодезические исследования еще за несколько тысяч лет до н. э. Известно, что в 3 веке до н. э впервые Эратосфену удалось вычислить размеры Земли. Однако эксперты утверждают, что активное развитие науки началось только в Средние века.
По точности все геодезические измерения в древнем мире можно разделить на три уровня: 1) низший - от 1:100 до 1:400 2) средний - 1:500 -1: 1000 3) высший - 1: 1000 - 1: 10000 и выше. При этом точность системы единиц измерений должна была обеспечивать точность геодезических измерений в межевании и строительстве. Если в межевании не требовалось высокой точности (она была не точнее 1:500), то в строительстве сооружений требовалась точность до 1:10 000 и выше.
В целом, на первом этапе развития общества точность геодезических измерений как технологическая, так и приборная находились в диапазоне 1:100 - 1:10000, т.к. мерами служили осредненные части человеческого тела.
Для определения точности измерений в тот период были проведены повторные измерения в начале 20 века, по результатам которых определено, что египтяне с помощью простейших устройств и веревки могли строить на местности линии значительной длины - до 15км с достаточно высокой
точностью и аккуратностью (Монтегю, 1909). Коуль определил точность измерений того времени в ориентации пирамиды с помощью мечет, равную 3'06", а отклонения от горизонта в основании пирамиды составляет: с востока на запад 6мм, а с севера на юг 14мм, что дает уклон 1:38000 и 1: 16500. Повторные обмеры пирамиды Хеопса(в Гизе) показали, что точность линейных измерений характеризовалась ошибкой 1:3000, угловых - 3'-4', а разности высот углов основания пирамиды 1,25см. I Такая точность свидетельствует о хорошо отработанной технологии измерения длин линий, высот, прямых углов и ориентации. Просмоленной веревкой можно было измерить расстояние в один пролет (одну длину веревки) с точностью от 1:10000 до 1:30000. При измерениях расстояний без особой тщательности обеспечивалась точность не выше 1: 1000, а в среднем от 1:500 до 1:1000.
В период Нового времени в геодезии были использованы фундаментальные открытия: изобретена зрительная труба, разработаны теория таблиц логарифмов, теория ошибок и способ наименьших квадратов, тригонометрическое нивелирование, а также были достигнуты большие успехи в геодезическом приборостроении. Благодаря этому точность измерений в целом повысилась на два порядка, с 1:10 000 до 1:1 000 000. При этом, измерения низкой, средней и высокой точности получили соответственно значения: 1:100 -1:1000 1:1000 - 1:10 000 1:10 000 - 1:1 000 000 (не более). На начальном этапе перехода к новому периоду, в конце 18в., была введена новая система мер с более высокой точностью определения единиц измерения. Длина метра, полученная из градусных измерений, была известна с точностью 1: 10 000.
Через 100 лет точность линейных измерений повысилась на порядок. Интересно отметить, что за 190 лет, с 1791 по 1983г.г., определение метра изменялось 9 раз, в зависимости от прогресса в науке, технике и в измерительных системах. Последнее определение метра, утвержденное в 1983г. на Генеральной конференции мер и весов в Париже, получено за счет совершенствования лазерных средств измерения расстояний и появления атомной шкалы времени. За 1метр принято расстояние, которое проходит свет в вакууме (пустоте) за
1/299792458 долю секунды, приближенно равно 0,3* 10-8 . За единицу времени была принята секунда, равная 1:86400 доле периода вращения Земли вокруг своей оси. Атомные часы позволяют определить время с ошибкой 1 -2 тысячных доли секунды за столетие. Производные доли метра: 1мм = 0,001м - одна тысячная доля метра 1мк (микрометр) = 1* 10-6 м - одна миллионная доля метра 1нм (нанометр) = 1*10-9м - одна миллиардная доля метра или одна тысячная доля миллиметра, 1км = 1000м. Единицей объема жидкости был принят литр, равный кубическому дециметру - кубу со стороной 10см. На рис. 1. представлена логистическая кривая, характеризующая цикличность развития геодезии [1, 2, 11]. Ступени этой кривой представляют собою периоды (эпохи) развития геодезии. Горизонтальная ось абсцисс определяет историческое время, на 35 котором дана его шкала, соотнесенная с эпохами. Ось ординат определяет точность измерений, рост (повышение) точности.
На рис. 1 приведены наиболее характерные особенности этих эпох.
Рис. 1. Логистическая кривая развития геодезии
Данный рисунок - геометрическая схема эволюции геодезии по эпохам. Она является графической интерпретацией логистического закона развития геодезии [1, 7, 8, 10].
Геометрическая схема логистического закона развития геодезии определяется следующей формулой: У; = 10-2, (1)
где yi - точность измерений i - шкала времени (горизонтальная ось на рисунке 1).
В настоящее время для решения научных и хозяйственных задач необходима точность 1* 10-6 - 1* 8и выше. Новый уровень точности определения метра позволяет достигать точности в лабораторных условиях 1нм, в космическом пространстве - 1* 10 -14 и времени - 1* 10 -12с. Однако, в геодезической измерительной технике пока достигнута точность 1*10-7. Экваториальный радиус Земли (на 1993г.) известен с точностью 0,5м. Таким образом, точность определения размера Земли достигла уровня 1 *10-7 ,тогда как 70 лет назад уровень точности был 1*10-5,а на начало 18в. - 1*10 -4 .
Эксперты из области цифровых технологий отмечают в качестве ключевого тренда цифровой трансформации именно переход на автоматизированное производство и автоматизацию (роботизацию) выполняемых операций в целом. Особое внимание заслуживают технологии интернета вещей и искусственного интеллекта (машинного обучения), которые являются одним из наиболее перспективных инструментов в плане интеграции и повышения эффективности при решении задач геодезии. На основе интеллектуальных информационных систем (ИИС) предоставляются возможности выполнения многофункциональных задач. Основными особенностями таких систем является гибкость и возможность интеграции при решении различных задач геодезии.
Таким образом, технические характеристики аппарата направлены на максимальное упрощение решения важнейших географических задач, к примеру, сбору результатов дистанционного зондирования земли, что позволяет насытить общегеографический контекст высокоточными 3Dмоделями. При этом данный аспект является не единственным при использовании аппарата в
геодезии. Также его возможности могут быть использованы и при решении задач специального характера.
Помимо этого, искусственный интеллект активно доказывает актуальность и необходимость своего использования в сфере геодезии при решении задач топографо-геодезического и картографического производства. Данная группа интеллектуальных технологий основывается на использовании математических и вычислительных моделей для обработки информации. Искусственный интеллект предоставляет такие ключевые преимущества при решении данных задач геодезии, как:
- расширение функциональной полноты традиционных методов, технологии и программных средств пространственного анализа в геоинформационных системах, за счет использования возможностей развитых математических методов анализа многомерных данных
- развитие новых методов, основанных на интеллектуальных вычислительных технологиях, как базы для создания следующего поколения удобных и более сильных инструментальных программных средств анализа геодезических данных в условиях все возрастающих объемов первичной информации
- создание новых моделей данных, информационных технологий и программных средств, специально предназначенных для многомерного анализа данных, моделирования и прогноза территориально распределенных процессов.
Таким образом, целями представленной статьи являются рассмотрение исторических аспектов зарождения и развития геодезии, а также выполнение анализа актуальности и перспектив использования технологий искусственного интеллекта при решении задач геодезии. В заключение необходимо отметить, что представленные технологии способны на качественном уровне изменить решаемые в области геодезии задачи, а также повысить эффективность и рациональность использования ресурсов. Одной из наиболее перспективных технологий является использование беспилотных летательных аппаратов на базе
интеллектуальной системы, способных автоматически сканировать и производить моделирование местности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Шилов, П.И. Геодезия / П.И. Шилов. - М.: Госгеолтехиздат, 1988. - 384 c.;
2. Курошев, Г.Д. Геодезия и топография / Г.Д. Курошев, Л.Е. Смирнов. - М.: Академия, 2008. - 176 c.;
3. Ященко, В.Р. Геодезия и картография на современном этапе развития / В.Р. Ященко, В.Д. Большаков. - М.: Недра, 1989. - 184 c.;
4. Суконников, О.Г. Аэрофотосъёмка с БПЛА для моделирования искусственных сооружений на автомобильных дорогах / О.Г. Суконников, В.Н. Гулин, Н.И. Чиркина. -М.: ООО «ИндорСофт», 2019. - 156с.
Zuev A.N.
Tver State Technical University (Tver, Russia)
Skvortsov A.D.
Tver State Technical University (Tver, Russia)
THE FORMATION OF GEODESY AS A SCIENCE, AS WELL AS METHODS OF ITS FURTHER DEVELOPMENT
Abstract: the study of the history of geodesy makes it possible to fully assess its contribution to universal knowledge, to determine its significance and place among other fundamental and applied sciences. The purpose of the current article is to form knowledge about the history of geodesy, and its tools in solving modern problems.
Keywords: history of geodesy, measurement accuracy, information technology.
