История развития геодезической науки и философия геодезической науки

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                    3

1. Cущность геодезии и философии геодезии                                          4
2. История развития геодезии как наука                                                    5

 2.1  Древний Египет                                                                                8

2.2 Древняя Греция                                                                                 9

2.3 Древний Китай                                                                                 10

2.4 Древний Рим                                                                                    11

2.5 Средние века                                                                                    12

2.6 Период возрождения  геодезии (XVI-XVII в.в.)                            13   

2.7  Эра измерений. Новое  время (XVII-XIX в.в.)                             15

2.8 Современная геодезия                                                                     16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 17

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУР 18

ВВЕДЕНИЕ

В научно-техническом прогрессе, в познании мира измерения всегда занимали большое место. Техника  измерений, их точность и разнообразие, как правило, соответствовали своему времени, эпохе и зависели от общего уровня научно-технического развития вообще и в данной сфере, в частности. Д.И.Менделееву принадлежат известные слова: «В природе мера и вес суть главные орудия познания. Наука начинается тогда,когда начинают измерять». При этом среди всех видов измерений роль геодезических в общем социально-экономическом и научно-техническом прогрессе всегда имела большое значение.

Ф.Н.Красовский даже отмечал: «успехи геодезии были необходимым обоснованием больших движений мысли в области физики, механики и астрономии».

Значение же непосредственного  изучения истории геодезии подчеркивал А.А.Изотов, утверждая, что «как старые, так и новые проблемы геодезической науки могут быть правильно поняты и истолкованы только при рассмотрении их в процессе возникновения и развития. Изучение истории геодезии дает возможность во всей полноте оценить ее вклад в человеческие знания, определить ее значение и место среди других фундаментальных и прикладных наук».

Не многие из современных  наук обладают столь древней историей как геодезия.Не относясь изначально к фундаментальным наукам, геодезия дала жизнь некоторым из них и этот феномен даже у историков не нашел еще должного, достаточно разумного и приемлемого объяснения. В историческом же плане очень важными являются связи геодезии с геометрией, астрономией и географией.

Поскольку человеческая цивилизация  существует в мире универсальных  категорий и понятий — пространстве, времени и движении, то уровень  ее эффективности и скорость развития зависели всегда от умения физически  оценивать и измерять соответствующие  три величины. Взаимосвязанность  и взаимообусловленность пространства, времени и движения предопределили взаимосвязь и первых наук и прогресс в теории познания и практике.

Геодезия первоначально  изучала пространство в отрыве от времени и движения, используя  лишь второстепенные системы ориентации и отсчета.

Поэтому естественно, что  к настоящему времени она стала  одной из фундаментальных систем знаний о пространстве.

1  Cущность геодезии и философии геодезии

Геодезия — наука об измерениях, проводимых в целях изучения формы, размеров и внешнего гравитационного  поля Земли, изображения отдельных  частей ее поверхности в виде планов, карт и профилей, а также решения  инженерных задач на местности.

Впервые слово «геодезия» встречается у Аристотеля. В сочинении  «Метафизика», где Аристотель рассматривал вопросы, относящиеся к проблемам  бытия и познания, он лишь единожды упомянул термин «геодезия», которое  образовано из греческих слов «ге» — Земля и Определение в научном плане суженное. Вот определение XX века:

«Геодезия — наука, применяющая специализированные методы для определения и контроля окружающего пространства и его элементов, отображения метрической структуры в цифровые и геометрические модели, а также изыскания и перенесения метрики проектных структур в натуру».

 Это очень тяжеловесное определение, авторам больше нравится такое определение геодезии: геодезия — наука об определении пространственного положения систем и объектов и об измерении их геометрических характеристик.

Коротко и ясно, включена сюда и наша планета как один из объектов изучения. В настоящее время  понятие «геодезия» охватывает цикл геодезических наук, который состоит  из следующих основных разделов:

1) высшая геодезия;

2) геодезическая астрономия;

3) топография;

4) картография;

5) аэрофотогеодезия;

6) космическая геодезия;

7) геодезическая гравиметрия;

8) прикладная геодезия;

9) радиогеодезия;

10) геодезическое приборостроение.

Геодезия связана со множеством других наук. По существу, найдется мало наук, которые не использовали бы графический и цифровой материал, поставляемый геодезией. Н.И.Лобачевский говорил, что все, что существует в природе, подчинено необходимому условию быть измеряемым. Действительно, без геодезии невозможно развитие горно-рудной промышленности, строительства, транспорта. Или, к примеру, укажем на связь геодезии с юриспруденцией: без кадастровых съемок невозможно юридически обосновать права владения землей.

Геодезист — профессия  в первую очередь людей честных. Ведь любая подделка влечет за собой  переделки, а если это произошло  в далекой экспедиции, в тайге  или в пустыне, то повторные измерения  потребуют значительных затрат времени  и средств. Геодезист должен обладать такими общечеловеческими качествами, как бесстрашие, мудрость, творческое восприятие жизни, умение не только познавать, но и мыслить. Это почетная профессия — измерять неведомые земли и воспроизводить их на карте, с тем чтобы люди не слепо блуждали по свету, а могли точно рассчитать, где и как им лучше и удобнее передвигаться, строить города, прокладывать коммуникации. Здесь хотелось бы указать и на то, что высокая гражданская позиция геодезиста является вместе с тем и социальной позицией.

Одна из задач философии  — это раскрытие и критический  анализ того или иного исторического  периода, а знание истории геодезии помогает более детально проникнуть в сущность его специфики.

 Сущность философии геодезии заключается в том, что от мировоззренческой установки того или иного периода истории прямо зависит отражение окружающей объективной действительности в виде карты или плана. В подтверждение этого достаточно вспомнить карты мира Средневековья, в центре которых помещался Иерусалим, или круглые арабские карты, где за центр мира принимали Мекку. Каждая цивилизация создает свое мировоззрение, свою картину мира, которая соответствует потребностям ее функционирования.

С другой стороны, расширение круга познаний, совершенствование  картографических работ, несомненно, конструктивно  влияли на философские представления  человека о мире.

Обратим внимание еще на один частично исторический, частично философский вопрос: как человек  достигает надежных познаний об окружающем его мире? Здесь философия выступает  в виде критика и координатора интеллектуальных предпосылок развития науки, в частности геодезии.

2 История развития геодезии

Начатки всех наук надо искать в глубине веков, там, где зарождалась  человеческая культура. Геодезия —  одна из старейших наук. Первые ростки геодезии появились в эпоху палеолита, примерно 25 тыс. лет назад. Она была тесно связана с повседневной жизнью человека. Кочевые племена  занимались охотой и бортничеством, а охота зависела от сезонных миграций животных, поэтому насущной потребностью было умение ориентироваться на местности  по небесным светилам.

Геодезические измерения  для разделения поверхности земли  на отдельные участки производились  в Египте, Китае, других странах за много столетий до н.э. За 6 веков  до н.э. в долине реки Нила существовали оросительные системы и каналы, строительство которых требовало выполнения геодезических работ. Уже в третьем веке до н.э. был определён радиус Земли, которая тогда принималась за шар. Сейчас не располагают достаточно полными данными о развитии геодезии в 1-м тысячелетии нашей эры. Известное развитие геодезических наук и работ последовало в середине текущего тысячелетия – в период оживления торговых связей, расширения мореплавания, возникновения потребностей в картах и планах.

С развитием и расширением  землеустроительных и строительных работ опыт этих измерений накапливался. Из Египта геодезические работы перешли  в Древнюю Грецию. В этих государствах геодезические знания начали формировать  науку. Они получили теоретическое  обоснование и положили начало геодезии, что в переводе с греческого означает: “землеизмерение”. Геодезия и геометрия долго взаимно дополняли и развивали друг друга. Развитию и совершенствованию методов геодезических работ способствовали научные достижения в области математики, физики, инструментальной техники.

Во все времена истории  человечества задача по определению  фигуры Земли представляла сложную  научно-техническую проблему, привлекала передовые умы человечества и ее решение требовало использования самых передовых технологий. Мысль о шарообразности Земли высказал древнегреческий философ Пифагор Самосский. В его учении утверждалось, что Земля имеет шарообразную форму и вращается вокруг своей оси, вызывая видимое суточное движение звезд, и обращается вокруг Солнца в течение года. По существу, была выдвинута идея гелиоцентрической системы мира, научно обоснованную Коперником через две тысячи лет.

 Проблемой определения  формы и размеров Земли занимались  такие древнегреческие философы  и ученые как Аристотель, Архимед,  Эратосфен и другие. В дальнейшем  работы по определению форм  и размеров Земли были выполнены  арабскими и туркестанскими учеными такими как Халиб ибн Абдул Малик, Али ибн Муса, Бируни и другими. Так, философ, астроном и геодезист Бируни из Туркестана в 1023 г. определил радиус земного шара из наблюдений понижения горизонта. По Бируни длина одноградусной дуги меридиана на широте 320 с.ш. равна 110,278 км (по современным данным – 110,895 км). Исследования арабских и туркестанских ученых завершают первый период становления геодезии как самостоятельной науки о Земле, занимающейся изучением её фигуры и измерениями на её поверхности.

Начало второго периода  в развитии геодезической науки  относится к эпохе великих  научных и географических открытий. В этот период свои открытия совершили  Колумб, Васко да Гама, Магеллан, Кук, Беринг.

 В геодезии в это  же время происходит ряд замечательных  открытий. Так в 1609 г. Галилеем  изобретена зрительная труба  Нидерландский астроном и математик  Снелиус в 1614 году разработал метод триангуляции, который был впервые применен французским астрономом Пикаром при измерении дуги меридиана от Парижа до Амьена. Пикар впервые использовал приборы с сеткой нитей.

 В 1687 году вышел  монументальный труд Ньютона  - гениального английского математика, механика, астронома и физика  «Математические начала натуральной  философии», в котором на основании  открытого им закона всемирного  тяготения доказывается наличие  полярного сжатия Земли. Ньютон не только установил сплюснутость фигуры Земли по оси вращения, но и теоретически определил величину её полярного сжатия.

 Третий период развития  геодезии (18 – 19 века) характеризуется  тем, что основной научной задачей  геодезии становится определение  размеров земного эллипсоида. В  течение этого времени получили  начало такие науки как гравиметрия,  геофизика. В это же время  ученые - геодезисты пришли к выводу, что сглаженная до уровня Мирового  океана фигура Земли не является  простой геометрической фигурой,  т.е. возникло понятие геоида.

К началу 19 века были накоплены  значительные материалы геодезических  и астрономических наблюдений. В  связи с этим возникла проблема совместной обработки материалов обработки. Метод  решения этой проблемы был предложен  независимо немецким математиком, астрономом и геодезистом К.Ф.Гауссом и известным французским математиком Лежандром. Этот метод, названный методом наименьших квадратов, находит широкое применение при обработке геодезических сетей. В России метод наименьших квадратов в геодезии и астрономии на практике применили известные российские астрономы и геодезисты Струве, Шуберт, Померанцев, Цингер, Певцов, Гедеонов и другие.

 Четвертый период (конец  19 – вторая половина 20 века) ознаменовалась  основополагающими работами известного  советского ученого – геодезиста  Молоденского, который доказал невозможность точного определения фигуры геоида только по измерениям на земной поверхности и разработал теорию и методы определения фигуры физической поверхности Земли.

 Начало современного  периода развития геодезии совпадает  с запуском первых искусственных  спутников Земли (ИСЗ). Появление  ИСЗ открыло новые возможности  для решения научных и практических  задач геодезии. Ярким примером  тому служит появление систем  глобального позиционирования (GPS).

 Наряду с научными  задачами геодезия решает целый  комплекс практических задач.  К таким задачам относятся  создание геодезических сетей  для обеспечения топографических  съёмок, применение геодезических  методов при строительстве сооружений, дорог и других объектов, проведении  подземных работ в шахтах, тоннелях, метрополитене (маркшейдерские работы), проведение работ по землеустройству  (кадастровые съёмки), наблюдение  за деформацией и осадкой зданий  и сооружений и т.д. 

 Велика роль геодезии  в деле обороны страны и  обеспечении боевых действий, т.к.  невозможно эффективное использование  современного высокоточного оружия (в том числе стратегических  ракет) без точного геодезического  и гравиметрического обеспечения. 

2.1  Древний Египет

Примерно 6 000 лет назад в Египте зарождается земледелие. Разливы Нила, с одной стороны приносили стране плодородие, с другой – грозили наводнениями, поэтому именно ирригационное земледелие стало основой древнеегипетского хозяйства. Долина Нила была разделена продольными и поперечными дамбами на бассейны различной площади. Ежегодные разливы реки меняли поверхность, размывая границы земельных участков, снося межевые знаки, восстановить которые без помощи знающего геометра было невозможно.

В 4-м тысячелетии до н.э. 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 в Древнем 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. В общеобразовательный минимум  выпускников входили даже сведения, необходимые архитектору.

Геодезические приборы того времени элементарны: 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.

От планов земельных участков и зданий египтяне переходят к  составлению географических карт. На египетском папирусе, возраст которого 3 800 лет, содержатся правила производства съёмки местности.

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.

В Туринском музее хранится карта на папирусе времен Рамсеса II (1 300 лет до н.э.), где изображены золотоносные области на территории Нубии. Карта выполнена в 5-ти красках.

Первые кадастровые съёмки были осуществлены египтянами около 3 000 лет до н.э. в целях установления границ разрабатываемых участков, их площадей, а также регистрации имен их владельцев.

Возведение пирамид невозможно представить без разбивочных  геодезических работ. Пирамиды тянутся  к югу от Каира на 60 км по границе  песков Ливийской пустыни и долины Нила. Всего там находится 80 пирамид разной высоты и степени сохранности. Пирамида Хеопса хорошо ориентирована по странам света, максимальная ошибка составляет всего 5,5 минут. Повторные обмеры многих египетских пирамид позволили установить, что точность линейных измерений при их разбивке характеризуется относительной ошибкой 1:3 000, угловых – ошибкой 2-4 минуты, измерения превышений – 3-5 мм. Египтяне могли с высокой точностью измерять и откладывать на местности значительные длины – до 15 км.

 2.2 Древняя Греция

  Практические приемы  измерения Земли получили первое  теоретическое обоснование в  Греции и положили начало геометрии.

Геронт Александрийский (I век н.э.) в сочинении «О диоптре» излагает правила земельной съёмки, описывает диоптру – прибор для  измерения горизонтальных и вертикальных углов. Диоптра Геронта применялась  при сооружении зданий, каналов, при  измерениях неприступных расстояний. В сочинении «Метрика» Геронт приводит формулы и правила для  расчета различных геометрических фигур. Работы Геронта как практические пособия по геодезии прослеживаются в Европе до XVI века.

Первые карты мира появились  у греков в VI в. до н.э. в виде схематических  рисунков.

Известный философ Платон ученик Сократа и учитель Аристотеля, представлял землю в виде куба, но идея о шарообразности Земли уже  завоёвывала господство. Эту идею признавал Пифагор и его школа (VI в. до н.э.), но закрепил её главенство Аристотель.

Походы Александра Македонского познакомили греков с новыми странами и обогатили уже имевшиеся  сведения о Земле. Армию Македонского сопровождали специалисты (бематисты – геодезисты), которые составляли описания маршрутов и карты захваченных территорий.

Ученик Аристотеля Дикеарх Мессинский составил несколько карт мира, положив начало построению картографических проекций. На его картах имеется «диафрагма» - линия, проходящая через Средиземное море от Геркулесовых столбов через о. Родос до восточных окраин Азии; перпендикулярные к ней линии соответствуют современным меридианам. Отсюда появляются названия «долгота» и «широта».

Астроном Аристарх Самосский  первым высказал идею гелиоцентризма, утверждая, что Земля совершает оборот вокруг своей оси в течение суток и в течение года – вокруг Солнца; все планеты также вращаются вокруг Солнца. Эту идею позднее отстаивал Николай Коперник. Но взгляды Аристарха оказались слишком смелыми для того времени и не были приняты ученым миром.

Живший в Александрии, основанной А.Македонским, Эратосфен  сумел измерить Землю по меридиану (39690 км), что примерно соответствует  современным измерениям (40 000).

Значительные познания в  области астрономии, геодезии и географии, позволили ему создать карту  Земли, с сетью меридианов и параллелей, которая служила до конца I в.н.э., незначительно меняясь в деталях. Однако географическая сетка Эратосфена не имела в основе научных принципов. Их заложил Гиппарх Никейский – величайший астроном древности. Он первым начал определять местоположение пунктов земной поверхности по астрономическим наблюдениям, ввел географические координаты: назвал расстояние от экватора к полюсам до данного пункта широтой, а расстояние к востоку или к западу от начального меридиана – долготой. Именно Гиппарх окончательно построил геоцентрическую систему мира и все ученые согласились с тем, что Солнце и планеты вращаются вокруг Земли. Позднее эта система была названа системой Птолемея.

Велико значение работ  Клавдия Птолемея для практического  определения географических координат  из астрономических наблюдений. Он ввел термин «топография» для обозначения  рельефа, улучшил карту Земли, правильно  применил географическую сетку. Карта  Птолемея в течение нескольких веков  являлась стимулом развития геодезии и картографии – у арабов и  в Европе в эпоху Возрождения  геодезии. Птолемей создал «Мегале Синтаксис» («Великое сочинение») в 13-ти томах – дело всей его жизни – в которой разработал систему мира с Землей в центре Вселенной. Птолемей считался непогрешимым авторитетом, и его геоцентрическая система мира, поддерживаемая церковью, просуществовала до открытия Николая Коперника. Птолемей заканчивает период научных идей и открытий в древний период. Далее, вплоть до эпохи Возрождения геодезии, геодезия едва сохраняет достижения греков, часто приходя в полный упадок.

2.3 Древний Китай

Примерно в 5-ом тысячелетии  до н.э. в бассейнах рек Хуанхэ и Янцзы зародилась китайская цивилизация. В XI в. до н.э. в бассейне среднего и нижнего течений Хуанхэ возникло государство Чжоу. В этот период уже существовали и практически использовались карты отдельных его царств.

С XI в. до н.э. практикуется пожалование земельных владений и передача их по наследству, что требовало установления границ этих земель. Систематически переделывались границы внутриобщинных наделов. Таким образом, мы видим, что у китайских землемеров была работа.

В V в. до н.э. в Китае велись крупные гидротехнические работы. Вдоль берегов рек сооружали защитные дамбы, имели место многочисленные шлюзы, на реках строились плотины, создавались водохранилища; в 486 г. до н.э. был завершен канал, соединивший Хуанхэ и Янцзы – все это требовало массового геодезического обеспечения.

Древнейшая китайская  карта была обнаружена на территории северной китайской провинции Хэбэй в мавзолее Ван Цо и представляла собой метровую медную пластину, на которой подробно были изображены 5 мавзолеев с выгравированными иероглифическими и цифровыми обозначениями, покрытыми золотом и серебром. Масштаб карты примерно   1 : 500.

В 221 г. до н.э. особое могущество приобрела империя Цинь. Система дорог и каналов способствовали развитию товарно-денежных отношений, а это вызывало унификацию мер массы, длины, объёма. Были введены единая монетная система и унифицированная письменность. Циньская форма иероглифов лежит в основе современной китайской письменности. Примерно в это же время была изобретена бумага, секрет изготовления которой китайцы хранили несколько веков.

Характерной особенностью философского миросозерцания древних китайцев была вера в единство естественного и  сверхестественного миров. Возникла наука – геомантия , которая предполагала выбор места для дома или могилы исходя из рельефа, растительного покрова , направления ветров и течения вод, защиту мест обитания от вредных воздействий окружающей среды. Требовалось описание и оценка рельефа, определение и ориентация строений, долин, возвышенностей, лесных массивов. Таким образом, геомантия была тесно связана с топографией.

В погребении второй половины II в. до н.э. были обнаружены карты, нанесенные на шелк, содержащие элементы рельефа, реки, дороги, части береговой линии, населённые пункты, крепости; приведены  данные о численности населения.

Археологи обнаружили карты  на сосновых досках, датированные 239 г. до н.э. эпохи правления императора Цинь Ши – Хуанди, впервые объединившего Китай, на которых показаны границы административных районов царства Цинь, реки, озера, леса, горы.

Во II в. до н.э. империю Цинь сменила империя Хань. В это время большой подъем переживает архитектура. Возводились двух-, трехэтажные здания и высокие башни. При геодезическом обеспечении строительства применяли нитяные отвесы.

Ханьский период ознаменован изобретением прибора, названного «указатель юга» (южное направление было главным в восприятии китайцами окружающего мира). С I в.н.э. этот прибор применяют как мореходный компас.

2.4 Древний Рим

История Древнего Рима охватывает период со II в. до н.э. по V в. н.э.

Большие объемы геодезических  работ производились у древних  римлян при разбивке земель на арендные участки для создания земельного кадастра. Земли делились на «центурии» (711 м в длину и 711 м в ширину, при погрешности сторон не более 2 м), между которыми проходили общественные дороги.

Геодезические методы в Древнем  Риме применялись также при возведении зданий и сооружений. При строительстве  акведуков и тоннелей требовалась  высокая точность измерений –  до 1:50 000, при том, что протяженность этих сооружений и отдельных участков римского водопровода составляла несколько десятков километров, а акведук Марцелия имел протяженность более 91 км. Примечательно, что римские геодезисты занимали более высокое положение, чем математики, философы, врачи.

Практическому складу ума  римлян было чуждо теоретическое  познание, поэтому из их среды не вышло ни одного значительного ученого, подобного Аристотелю или Эвклиду, хотя Рим славился своими историками, ораторами, поэтами.

Стремясь к господству над соседними государствами, римляне  в военных целях использовали геодезические знания греков.

По указу Юлия Цезаря с 50-х годов до н.э. начинается съёмка всех дорог Римской империи. Создавались лентообразные карты с участками военных дорог, названиями мест и указанием расстояний между ними. При измерении дорог использовалось мерное колесо – одометр. Дороги изображали прямыми линиями, без углов поворота.

Внутренние распри и нашествия  варваров привели к распаду Римской  империи в IV – V в. н.э. Империя разделилась  на Западную и Восточную (Византийская империя). Западная империя подверглась нашествию гуннов. Под предводительством Атиллы гунны овладели «вечным городом» и разрушили Западную Римскую империю. Окончательно Рим пал в 476 году от Рождества Христова под напором диких восточногерманских племен.

Восточная Римская империя  превратилась в крупное феодальное государство, просуществовавшее около 10 веков. Столицу его русские называли «Царьград». В этом городе жили Стефан Александрийский и Иоанн Филипон, создавшие трактат об устройстве и применении астролябии – прибора, необходимого для мореплавателей.