История развития геодезической науки и философия геодезической науки

 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.