Геотроника: новая жизнь древней науки

Файл : bestref-22751.rtf (размер : 390,017 байт)

ГЕОТРОНИКА: НОВАЯ ЖИЗНЬ ДРЕВНЕЙ НАУКИ

Проводить измерения на поверхности Земли люди начали в глубокой древности. Несколько тысячелетий назад египтяне научились восстанавливать границы своих небольших полей после ежегодного разлива Нила и рисовать их планы. Так родилась геометрия - наука об измерении Земли. Рост государств и географические открытия, сделанные в дальних походах, потребовали более масштабных изображений - карт местности. Возникла особая наука - геодезия. Столетиями геодезические измерения производились различными механическими инструментами и приборами. И только в конце XX века в древнюю науку пришла электроника, положив начало геотронике.

С самых древних времен, когда главными насущными потребностями людей были добывание пищи и защита от врагов, человеку приходилось постоянно перемещаться. А для этого необходимо хорошо ориентироваться на местности. Развитие торговли, походы и путешествия потребовали совершенствования пространственных представлений. Появляются примитивные картографические изображения и планы местности, помогающие людям определять свое местонахождение и намечать новые маршруты переходов. Развитие мореходства и эпоха великих географических открытий потребовали уже достаточно точных карт больших территорий, что было невозможно без проведения определенных измерений на местности. Наряду с этим накопление астрономических знаний, наблюдения небесных тел и осознание, что Земля - одна из планет Солнечной системы, поставили крайне важный для науки вопрос об определении формы и размеров Земли и изучении ее гравитационного поля, оказывающего сильное влияние на формирование фигуры нашей планеты.

Так родилась и стала интенсивно развиваться наука об измерении Земли - геодезия. Ее еще с прошлого века подразделяют на две части: "элементарную" геодезию(ее сейчас называют просто "геодезией"), имеющую дело с небольшими участками местности, которые можно считать плоскими, и высшую геодезию, изучающую Землю в целом или на достаточно больших территориях, где кривизна ее поверхности играет существенную роль.

Современная геодезия решает множество задач. Прежде всего, очевидна ее роль в создании карт больших и малых территорий (соответственно географических и топографических). Но не только: геодезия совместно с астрономией, гравиметрией (наукой об измерении ускорения силы тяжести), геофизикой, геодинамикой и другими науками о Земле позволяет определять геометрические и геофизические параметры планеты, находить вариации скорости ее вращения, учитывать движение полюсов, изучать деформации земной коры, осуществлять прецизионный контроль инженерных сооружений. В отдельные дисциплины выделились морская геодезия, прикладная геодезия, космическая (спутниковая) геодезия. Но при всем разнообразии решаемых задач и областей применения собственно геодезические измерения сводятся к определению всего трех геометрических величин: расстояний, углов и превышений (разностей высот точек). Эти величины могут быть полезны и сами по себе, особенно в прикладной геодезии (на стройплощадках, при разметке местности), но, главное, они позволяют вычислить координаты определяемых точек. Координаты - вот что интересует чаще всего; они нужны и морякам, и авиаторам, и военным, и участникам экспедиций, и строителям.

Существует довольно много различных систем координат. На плоскости используют известные еще из школьной математики прямолинейные прямоугольные (декартовы) и полярные координаты, а также криволинейные координаты, когда определяемая точка получается в пересечении, например, двух окружностей (круговые координаты) или двух гипербол (гиперболические координаты). В трехмерном случае применяют различные системы пространственных координат, например геоцентрическую (с началом в центре масс Земли) прямоугольную систему координат, наиболее перспективную сейчас в геодезии.

Измерения производятся на физической поверхности Земли, которую невозможно описать никакими математическими формулами. Поэтому все измерения редуцируют (приводят) на некую поверхность "правильной" формы, которая может быть описана уравнениями математики и в среднем достаточно хорошо соответствует фигуре Земли. Такой поверхностью служит поверхность эллипсоида или, в более грубом приближении, - шара. На этих поверхностях применяются криволинейные координаты, известные всем широта и долгота. Но любая карта - поверхность плоская, и возникает задача изображения криволинейной поверхности на плоскости. При этом неизбежны искажения, так как сферическую поверхность нельзя развернуть на плоскость без разрывов и складок. Этой проблемой занимается математическая картография,в которой разработано множество проекций -- способов переноса изображений на плоскость с минимальными искажениями. Очень часто применяются цилиндрические проекции, при которых земной шар вписывается в цилиндр, касающийся шара по экватору. Сетка географических координат (меридианов и параллелей) проектируется на поверхность цилиндра в виде взаимно перпендикулярных прямых линий, а цилиндр разрезается по вертикали и разворачивается в плоскость. Одна из таких проекций - конформная (равноугольная) проекция Меркатора - часто применяется как для навигационных, так и для мировых карт, физических и политических. Для крупномасштабных топографических карт в нашей стране используют, как правило, так называемую проекцию Гаусса-Крюгера, относящуюся также к группе цилиндрических проекций.