ГЕОДЕ́ЗИЯ

ГЕОДЕ́ЗИЯ (греч. γεωδαισία, букв. – зем­ле­раз­де­ле­ние), нау­ка об оп­ре­де­ле­нии фи­гу­ры, раз­ме­ров и гра­ви­та­ци­он­но­го по­ля Зем­ли; об из­ме­ре­ни­ях на зем­ной по­верх­но­сти для ото­бра­же­ния её на пла­нах и кар­тах и ре­ше­ния разл. ро­да прак­тич. за­дач.

Г. воз­ник­ла в глу­бо­кой древ­но­сти, когда поя­ви­лась не­об­хо­ди­мость ус­та­нов­ле­ния гра­ниц зе­мель­ных уча­ст­ков, строи­тель­ст­ва оро­си­тель­ных ка­на­лов, осу­ше­ния зе­мель. В тру­дах Ари­сто­те­ля (4 в. до н. э.) впер­вые поя­ви­лось назв. «Г.». В 3 в. до н. э. в Егип­те Эра­то­сфен впер­вые вы­чис­лил раз­ме­ры зем­но­го ша­ра.

Раз­ви­тие совр. Г. на­ча­лось в 17 в., ко­гда бы­ли изо­бре­те­ны зри­тель­ная тру­ба, по­слу­жив­шая ос­но­вой для соз­да­ния ни­ве­ли­ра и тео­до­ли­та, и ба­ро­метр, явив­ший­ся пер­вым ин­ст­ру­мен­том для оп­ре­де­ле­ния вы­сот то­чек зем­ной по­верх­но­сти. Боль­шим ша­гом в раз­ви­тии Г. ста­ла раз­ра­бот­ка В. Снел­лиу­сом в 1615–17 ме­то­да три­ан­гу­ля­ции, ко­то­рый по­зво­лил соз­дать об­шир­ные се­ти гео­де­зич. пунк­тов, яв­ляю­щие­ся ос­но­вой всех ви­дов гео­де­зич. из­ме­ре­ний.

Для оп­ре­де­ле­ния фи­гу­ры Зем­ли бы­ли про­ве­де­ны зна­ме­ни­тые гра­дус­ные из­ме­ре­ния дли­ны ду­ги ме­ри­диа­на. В 18 в. франц. ас­тро­ном Н. Л. Ла­кайль про­из­вёл по­вер­ку т. н. боль­шо­го фран­цуз­ско­го гра­дус­но­го из­ме­ре­ния от Дюн­кер­ка до Пер­пинь­я­на. В 19 в. В. Я. Стру­ве (см. Стру­ве) и гео­де­зист К. П. Тен­нер про­ве­ли из­ме­ре­ние ду­ги ме­ри­диа­на про­тя­жён­но­стью ок. 3000 км (от Сев. Ле­до­ви­то­го ок. до устья Ду­ная), для че­го бы­ла соз­да­на сеть из 265 пунк­тов (т. н. ду­га Стру­ве). Эти и др. гео­де­зич. ра­боты бы­ли про­дол­же­ны рос. учё­ны­ми Ф. Н. Кра­сов­ским, А. А. Ми­хай­ло­вым, М. С. Мо­ло­ден­ским, А. А. Изо­то­вым, Н. А. Ур­мае­вым и др.

Объ­ек­та­ми изу­че­ния и из­ме­ре­ния в Г. в осн. яв­ля­ют­ся Зем­ля и её не­дра, око­ло­зем­ное про­стран­ст­во, объ­ек­ты на зем­ной по­верх­но­сти и под ней. Ме­то­ды Г. мо­гут при­ме­нять­ся так­же для изу­че­ния др. пла­нет Сол­неч­ной сис­те­мы. Совр. Г. де­лит­ся на неск. осн. дис­ци­п­лин: выс­шую Г., кос­ми­че­скую гео­де­зию, гео­де­зич. ас­тро­но­мию (ас­тро­но­мо­гео­де­зию), то­по­гра­фию, при­клад­ную (ин­же­нер­ную) Г. и мор­скую Г. Кро­ме то­го, раз­ви­ва­ют­ся та­кие на­прав­ле­ния, как гео­де­зич. обес­пе­че­ние всех ви­дов зе­мель­но­го ка­да­ст­ра, соз­да­ние гео­гра­фи­че­ских ин­фор­ма­ци­он­ных сис­тем, цифро­вых мо­де­лей ме­ст­но­сти, ав­то­ма­ти­за­ция гео­де­зич. из­ме­ре­ний. Ка­ж­дая из гео­де­зич. дис­ци­п­лин ре­ша­ет свои за­да­чи, ис­поль­зуя свои ме­то­ды и сред­ст­ва для их реа­ли­за­ции.

Высшая геодезия

Выс­шая гео­де­зия изу­ча­ет фи­гу­ру и раз­ме­ры Зем­ли, ме­то­ды оп­ре­де­ле­ния ко­ор­ди­нат то­чек на её по­верх­но­сти. Изу­че­ни­ем вза­им­ных свя­зей ме­ж­ду фи­гу­рой Зем­ли и гра­ви­та­ци­он­ным по­лем на её по­верх­но­сти за­ни­ма­ет­ся гео­де­зи­че­ская гра­ви­мет­рия.

При оп­ре­де­ле­нии фи­гу­ры и раз­ме­ров Зем­ли ис­хо­дят из по­ня­тия об уро­вен­ных по­верх­но­стях, ко­то­рые пе­ре­се­ка­ют на­прав­ле­ния от­вес­ной ли­нии под пря­мым уг­лом. На­прав­ле­ние от­вес­ной ли­нии при­ни­ма­ют за од­ну из ко­ор­ди­нат­ных ли­ний, т. к. в ка­ж­дой дан­ной точ­ке оно мо­жет быть по­строе­но од­но­знач­но при по­мо­щи уров­ня или да­же про­стей­ше­го от­ве­са.

Од­ной из уро­вен­ных по­верх­но­стей яв­ля­ет­ся по­верх­ность гео­ида. Вслед­ст­вие не­рав­но­мер­но­го рас­пре­де­ле­ния масс в зем­ной ко­ре по­верх­ность гео­ида яв­ля­ет­ся на­столь­ко слож­ной, что её нель­зя пред­ста­вить к.-л. ко­неч­ным ма­те­ма­тич. урав­не­ни­ем. Нель­зя и оп­ре­де­лять от­но­си­тель­но неё ко­ор­ди­на­ты то­чек фи­зич. по­верх­но­сти Зем­ли. По­это­му вво­дит­ся по­ня­тие зем­ной эл­лип­со­ид, ма­те­ма­ти­че­с­ки пра­виль­ная по­верх­ность ко­то­ро­го при­ни­ма­ет­ся близ­кой по фор­ме к по­верх­но­сти гео­ида. Эл­лип­со­ид, центр ко­то­ро­го сов­па­да­ет с цен­тром масс Зем­ли, плос­кость эк­ва­то­ра сов­па­да­ет с плос­ко­стью зем­но­го эк­ва­то­ра, а ма­лая ось – с осью вра­ще­ния Зем­ли, на­зы­ва­ет­ся об­щим зем­ным эл­лип­сои­дом. Ка­ж­дое го­су­дар­ст­во при­ни­ма­ет для ре­ше­ния внутр. за­дач стра­ны эл­лип­со­ид с та­ки­ми раз­ме­ра­ми и рас­по­ло­же­ни­ем (ори­ен­ти­ро­ва­ни­ем) в те­ле Зем­ли, ко­то­рый бы наи­луч­шим об­ра­зом пред­став­лял тер­ри­торию дан­но­го го­су­дар­ст­ва. По­доб­ный эл­лип­со­ид на­зы­ва­ет­ся ре­фе­ренц-эл­лип­сои­дом. По­верх­ность ре­фе­ренц-эл­лип­сои­да (име­нуе­мая по­верх­но­стью от­но­си­мо­сти) и яв­ля­ет­ся той по­верх­но­стью, на ко­то­рую про­ек­ти­ру­ют (от­но­сят) все из­ме­ре­ния, вы­пол­нен­ные на фи­зич. по­верх­но­сти Зем­ли. В Рос­сии при­нят т. н. ре­фе­ренц-эл­лип­со­ид Кра­сов­ско­го.

По­ло­же­ние лю­бой точ­ки зем­ной по­верх­но­сти за­да­ёт­ся её ко­ор­ди­на­та­ми. В Г., как пра­ви­ло, при­ме­ня­ют­ся гео­де­зи­че­ские ко­ор­ди­на­ты (эл­лип­сои­даль­ные и пря­мо­уголь­ные) и ас­тро­но­мич. ко­ор­ди­на­ты (ко­ор­ди­на­ты точ­ки на по­верх­но­сти Зем­ли, оп­ре­де­ляе­мые не­по­сред­ст­вен­но из ас­тро­но­мич. на­блю­де­ний). Ас­тро­но­мич. ко­ор­ди­на­ты в дан­ной точ­ке, в от­ли­чие от гео­де­зи­че­ских, оп­ре­де­ля­ют от­но­си­тель­но от­вес­ной ли­нии (на­прав­ле­ния си­лы тя­же­сти), ко­то­рая не сов­па­да­ет с нор­ма­лью к эл­лип­сои­ду из-за не­рав­номер­но­го рас­пре­де­ле­ния масс внут­ри Зем­ли. Это не­сов­па­де­ние, на­зы­вае­мое ук­ло­не­ни­ем от­вес­ной ли­нии, в гор­ных рай­онах мо­жет дос­ти­гать зна­чит. ве­ли­чи­ны. В гео­де­зич. ра­бо­тах, где ук­ло­не­ние от­вес­ных ли­ний не­зна­чи­тель­но или его мож­но не учи­ты­вать, гео­де­зич. и ас­тро­но­мич. ко­ор­ди­на­ты сов­па­да­ют. Для пол­но­го оп­ре­де­ле­ния по­ло­же­ния точ­ки на зем­ной по­верх­но­сти, кро­ме ко­ор­ди­нат в пла­не, на­до знать вы­со­ту. В за­ви­си­мо­сти от вы­бо­ра на­ча­ла от­счё­та вы­сот раз­ли­ча­ют аб­со­лют­ные вы­со­ты, от­счи­ты­вае­мые от ср. уров­ня океа­на (мо­ря), и от­но­си­тель­ные вы­со­ты (ус­лов­ные), от­счи­ты­вае­мые от ус­лов­ной уро­вен­ной по­верх­но­сти. В Рос­сии от­счёт аб­со­лют­ных вы­сот ве­дёт­ся в Бал­тий­ской сис­те­ме от т. н. ну­ля Крон­штадт­ско­го фут­што­ка, со­от­вет­ст­вую­ще­го ср. уров­ню Бал­тий­ско­го м. в спо­кой­ном со­стоя­нии.

Рас­про­стра­не­ние ко­ор­ди­нат то­чек по всей тер­ри­то­рии стра­ны осу­ще­ст­в­ля­ет­ся по­строе­ни­ем опор­ных гео­де­зи­че­ских се­тей, ко­то­рые тра­ди­ци­он­но соз­да­ва­лись ме­то­дом три­ан­гу­ля­ции и по­ли­го­но­мет­рии. На сме­ну им при­шёл ме­тод спут­ни­ко­вых оп­ре­де­ле­ний: для ус­та­нов­ле­ния ко­ор­ди­нат то­чек на по­верх­но­сти Зем­ли ис­поль­зу­ют­ся спут­ни­ки, ко­ор­ди­на­ты ко­то­рых в оп­ре­де­лён­ной сис­те­ме из­вест­ны на лю­бой мо­мент вре­ме­ни (см. Спут­ни­ко­вая сис­те­ма по­зи­цио­ни­ро­ва­ния).

По­лу­чен­ные лю­бым из ме­то­дов ко­ор­ди­на­ты точ­ки фик­си­ру­ют­ся на по­верх­но­сти Зем­ли в ви­де гео­де­зи­че­ских пунк­тов, ос­но­ву ко­то­рых со­став­ля­ет центр гео­де­зи­че­ско­го зна­ка.

Космическая геодезия

Кос­ми­че­ская гео­де­зия ис­поль­зу­ет ре­зуль­та­ты на­блю­де­ний ис­кус­ст­вен­ных и ес­те­ст­вен­ных не­бес­ных тел. Осн. зада­ча­ми кос­мической Г. яв­ля­ют­ся: раз­ра­бот­ка спо­со­бов оп­ре­де­ле­ния ор­бит не­бес­ных тел с ис­поль­зо­ва­ни­ем тео­рии дви­же­ния не­бес­ных тел; обос­но­ва­ние тре­бо­ва­ний к гео­де­зи­че­ским спут­ни­кам и рас­по­ло­же­нию стан­ций на­блю­де­ния; раз­ра­бот­ка ап­па­ра­ту­ры и ме­то­дов на­блю­де­ний, тео­рии ма­те­ма­тич. об­ра­бот­ки их ре­зуль­та­тов; оп­ре­де­ле­ние по­ло­же­ний и из­ме­не­ния со вре­ме­нем ко­ор­ди­нат на­зем­ных пунк­тов; изу­че­ние па­ра­мет­ров гра­ви­та­ци­он­но­го по­ля Зем­ли и его из­ме­не­ний во вре­ме­ни; уточ­не­ние не­ко­то­рых ас­тро­но­мич. по­сто­ян­ных; изу­че­ние гео­ди­на­мич. про­цес­сов, про­ис­хо­дя­щих на Зем­ле.

Астрономогеодезия

Ас­тро­но­мо­гео­де­зия раз­ра­ба­ты­ва­ет и при­ме­ня­ет тео­рию и ме­то­ды вы­со­ко­точ­ных оп­ре­де­ле­ний ас­тро­но­мич. ко­ор­ди­нат и ази­му­тов на­прав­ле­ний, что не­об­хо­ди­мо для пра­виль­ной ори­ен­та­ции гео­де­зич. се­тей на фи­зич. по­верх­но­сти Зем­ли и про­ек­ти­ро­ва­ния их на лю­бой эл­лип­со­ид от­но­си­мо­сти. Кро­ме то­го, ас­тро­но­мич. дол­го­ты, ши­ро­ты и ази­му­ты яв­ля­ют­ся ос­но­вой для за­да­ния ис­ход­ных гео­де­зич. ко­ор­ди­нат при ис­поль­зова­нии лю­бо­го из ре­фе­ренц-эл­лип­со­идов. Ас­тро­но­мич. ко­ор­ди­на­ты пунк­тов не­об­хо­ди­мы так­же для изу­че­ния фи­гу­ры и гра­ви­та­ци­он­но­го по­ля Зем­ли. Без оп­ре­де­ле­ния ас­тро­но­мич. ко­ор­ди­нат лю­бые гео­де­зич. се­ти (осо­бен­но про­тя­жён­ные) ока­жут­ся рас­по­ло­жен­ны­ми в про­стран­ст­ве со­вер­шен­но про­из­воль­но. По­это­му в схе­мах по­строе­ния гос. гео­де­зич. се­тей лю­бых го­су­дарств обя­за­тель­но пре­ду­смат­ри­ва­ет­ся оп­ре­де­ле­ние с не­ко­то­рой час­то­той ас­тро­но­мо-гео­де­зи­че­ских пунк­тов, на ко­то­рых из на­блю­де­ний све­тил оп­ре­де­ля­ют ас­тро­но­мич. ко­ор­ди­на­ты и ази­му­ты на­прав­ле­ний.

Прикладная (инженерная) геодезия

При­клад­ная (ин­же­нер­ная) гео­де­зия ре­ша­ет за­да­чи гео­де­зич. обес­пе­че­ния про­ек­тов строи­тель­ст­ва и экс­плуа­та­ции разл. ин­же­нер­ных со­ору­же­ний, к ко­то­рым от­но­сят­ся жи­лые и об­ще­ст­вен­ные зда­ния, пром. ком­плек­сы, мет­ро­по­ли­тен, ав­то­мо­биль­ные и же­лез­ные до­ро­ги, гид­ро­тех­нич. со­ору­же­ния, ма­ги­ст­раль­ные тру­бо­про­во­ды неф­ти и га­за, ли­нии элек­тро­пе­ре­дач и свя­зи, те­п­ло­вые и атом­ные элек­тро­стан­ции, ба­шен­ные со­ору­же­ния, ус­ко­ри­те­ли ядер­ных час­тиц, ги­гант­ские ра­дио­тех­нич. ан­тен­ны и др.

На раз­ных эта­пах строи­тель­ст­ва и экс­плуа­та­ции со­ору­же­ний вы­пол­ня­ют­ся раз­ные груп­пы ра­бот. Инж.-гео­де­зич. изы­ска­ния сво­дят­ся к по­лу­че­нию гео­де­зич. дан­ных для раз­ра­бот­ки про­ек­тов строи­тель­ст­ва со­ору­же­ний. Со­глас­но про­ек­ту строи­тель­ст­ва оп­ре­де­ля­ют гра­ни­цы со­ору­же­ний на ме­ст­но­сти, обес­пе­чи­ва­ют со­от­вет­ст­вие про­ек­ту гео­мет­рич. форм и раз­ме­ров строи­тель­ных и тех­но­ло­гич. эле­мен­тов со­ору­же­ния. Ис­пол­ни­тель­ные съём­ки ус­та­нав­ли­ва­ют от­кло­не­ние гео­мет­рич. фор­мы и раз­ме­ров воз­ве­дён­но­го со­ору­же­ния от про­ект­ных. В про­цес­се экс­плуа­та­ции объ­ек­та изу­ча­ет­ся де­фор­ма­ция (сме­ще­ние) зем­ной по­верх­но­сти под со­ору­же­ни­ем, а так­же са­мо­го со­ору­же­ния или его час­тей под воз­дей­ст­ви­ем при­род­ных фак­то­ров и дея­тель­но­сти че­ло­ве­ка. Ин­же­нер­ная Г. ре­ша­ет так­же за­да­чи, свя­зан­ные с изу­че­ни­ем, ос­вое­ни­ем и ох­ра­ной при­род­ных ре­сур­сов.

Морская геодезия

Мор­ская гео­де­зия обес­пе­чи­ва­ет вы­пол­не­ние гео­де­зич. ра­бот в Ми­ро­вом океа­не. Це­ли дан­ных ра­бот: соз­да­ние мор­ских опор­ных гео­де­зич. се­тей и отд. пунк­тов об­ще­гео­де­зич. и спец. на­зна­че­ния; соз­да­ние ба­ти­мет­ри­че­ских карт, яв­ляю­щих­ся ма­те­риа­лом для вы­яс­не­ния тек­то­нич. строе­ния под­вод­ных об­лас­тей по­верх­но­сти Зем­ли и ре­ше­ния разл. инж. за­дач (напр., воз­ве­де­ние мор. бу­ро­вых плат­форм); оп­ре­де­ле­ние гра­ниц тер­ри­то­ри­аль­ных вод и др. Ра­бо­ты на мо­ре про­из­во­дят­ся в осн. с су­дов или др. плав­средств на лю­бом уда­ле­нии от бе­ре­го­вой ли­нии. Для ре­ше­ния за­дач мор­ской Г. ис­поль­зу­ют­ся разл. ви­ды ра­дио­гео­де­зич. и ра­дио­на­ви­га­ци­он­ных сис­тем на­зем­но­го ба­зи­ро­ва­ния, спут­ни­ко­вые на­ви­га­ци­он­но-гео­де­зич. сис­те­мы, гид­ро­аку­стич. сред­ст­ва.

Топография

То­по­гра­фия рас­смат­ри­ва­ет ме­то­ды и сред­ст­ва по­строе­ния се­тей сгу­ще­ния, а так­же изо­бра­же­ния ме­ст­но­сти на пла­нах и кар­тах (то­по­гра­фи­че­ская съём­ка). То­по­гра­фич. съём­ка про­во­дит­ся как на­зем­ны­ми ме­то­да­ми, так и пу­тём фо­то­гра­фи­ро­ва­ния ме­ст­но­сти с ле­та­тель­ных ап­па­ра­тов, в т. ч. со спут­ни­ков. Об­ра­бот­кой сним­ков за­ни­ма­ет­ся фо­то­грам­мет­рия. Гео­де­зич. из­ме­ре­ния со­про­во­жда­ют­ся не­из­беж­ны­ми по­греш­но­стя­ми. Из­ме­ре­ния ка­ж­дой ве­ли­чи­ны для по­вы­ше­ния точ­но­сти вы­пол­ня­ют мно­го­крат­но, а ре­зуль­та­ты при­во­дят в со­от­вет­ст­вие с оп­ре­де­лён­ны­ми ма­те­ма­тич. ус­ло­вия­ми.

Г. по­сто­ян­но раз­ви­ва­ет­ся в свя­зи с воз­ник­но­ве­ни­ем но­вых гео­де­зич. за­дач. К но­вым на­прав­ле­ни­ям Г. мож­но от­не­сти: ав­то­ма­ти­за­цию гео­де­зич. ра­бот на ос­но­ве элек­трон­ных и ком­пь­ю­тер­ных тех­но­ло­гий; гео­де­зич. обес­пе­че­ние кос­мических сис­тем и ре­фор­ми­ро­ва­ния аг­рар­но­го сек­то­ра; соз­да­ние гео­ин­фор­ма­ци­он­ных сис­тем и циф­ро­вых мо­де­лей мест­но­сти.