ГЕНОТИП ГЕОДЕЗИИ

УДК.528.001

528(091); 528(092)

521.181+521.91

Г.Н. Тетерин

СГГА, Новосибирск

ГЕНОТИП ГЕОДЕЗИИ

При переходе от одного исторического этапа к другому происходит радикальное качественное обновление методов и измерительных систем, замена классических методологий и технологий новыми. При таком революционном сломе классических устоев важно определить, на основе каких принципов сохраняется преемственность, какие задачи или функции создают эту преемственность. Основной базой преемственности в геодезии на протяжении всего исторического времени было то, что она является системой знаний о пространстве. Геометрическое обоснование организации пространства, его структуризация составляли основу ее эволюции. Исходя из этого, сформированы три задачи: 1) формирование координатного каркаса пространства – координатизация пространства; 2) структурометрическое (картографическое) описание пространства; 3) геодезическое обоснование и геометрический контроль при создании и эксплуатации различных сооружений по структурным линиям, точкам, поверхностям.

Преемственность, генотип, задачи науки.

Вторая половина XX столетия стала временем великих преобразований, периодом перехода от Нового времени к Новейшему. По существу, этот период уже закончился. И что удивительно, он совпал с концом XX в., с концом 2-го тысячелетия. Течение времени и эволюция как бы подстроились под календарь человечества.

В истории было три перелома в геодезическом познании, менявших его содержание радикальным образом, каждый раз возводя его на такой уровень,
с высоты которого предыдущий этап (эпоха) казались примитивными. Характер этого перехода достаточно полно отражен в табл. 1.1 — 1.7 в работе [2].

Вместе с тем, при переходе от эпохи к эпохе в геодезическом знании сохранялась функциональная преемственность, основой которой были знания о геометрии окружающего пространства.

Три фундаментальные системы знаний (астрономия, геометрия, география), окончательно сформировавшиеся в V — I вв. до н.э., были науками о пространстве. Г.Г. Цейтен писал [4]: «Уже в древности греки сумели создать геометрию, изучающую свойства пространства столь полно и точно, что она могла сохранить свое значение как наука даже перед строгими требованиями современного знания» (выделено нами – Т.Г.Н.)

Естественно, что геодезия исторически зарождалась и эволюционизировала как наука о пространстве. К настоящему времени она стала одной из фундаментальных систем знаний о пространстве.

На протяжении всей истории неизменной функцией, задачей геодезии (как науки о пространстве) была структуризация пространства (геометрическая, координатная). Это составило своего рода генотип геодезии.

Основополагающей задачей для древнего человека была организация окружающего пространства [2], что осуществлялось путем его структуризации. Чтобы выжить, людям нужно было разделить свою ойкумену линиями на части^*, а затем соединить их в модели в единое целое, определенным образом ориентированное и масштабированное. Для ориентирования выбирались какие-то главные структурные линии (линия хребта, береговые линии, направление на космический объект, линии постоянных ветров и т.д.). Пожалуй, именно эта задача стала одной из главных причин появления наук о пространстве.

Истоки древнего геодезического знания формировались на базе решения этой задачи. Недаром название этому знанию греки дали геодезия-землеразделение. Первые доисторические карты создавались в эпоху палеолита и неолита (на стенах пещер, скалах, костях животных). Сейчас известно около 100 таких картоподобных изображений (РЖ, 1999 г., 00.04-52.5).

Разделение пространства линиями или проведение в нем каких-либо линий (транспортных границ, межевых и т.п.) есть структуризация пространства. Она формируется на основе принципа геометризации (ПГ); объединение линий и выделенных частей пространства в единое целое, масштабированное и ориентированное составляет принцип координатизации (ПК) [1, 2] (см. табл. 1). В таком структурированном пространстве должны были быть выделены особые линии — линии ориентирования и масштабирования. Они создавали своего рода координатный каркас.

Принципы структуризации (ПГ и ПК) составляли вектор развития геодезии, ее генотип.

Кроме разделения пространства линиями на части или просто проведения в нем линий, а затем объединения всего созданного в некое целое, существовала проблема использования последнего в хозяйственных и военных целях. Для этого необходимо было формирование соответствующего образа пространства, его модели, полученной путем отображения всей ойкумены либо в виде схематичного картоподобного изображения на подходящем материале, либо в виде описания.

Следовательно, «межевание» окружающего пространства и проведение в нем совокупности линий с одновременным ориентированием и масштабированием созданной структуры и получением какого-либо его образа, модели играло на протяжении всей истории общества решающее значение.

Таким образом, с глубокой древности четко определились две главные функции, задачи, ставшие стержнем развития геодезии:

получение линейной структуры обитаемого пространства в виде своего рода координатного каркаса;
структурное, метрическое (структурометрическое [3]) моделирование (описательное, географическое, картографическое).

Значимость этих фундаментальных функций неуклонно возрастала. Вместе с тем, с IV — III тысячелетий до н.э. начала формироваться задача возведения сложных сооружений и их комплексов. В соответствии с принципом геометризации, это означало выделение линий и поверхностей в создаваемых (проектируемых) объектах, по которым проводилось их проектирование, изыскание, строительство и контроль их геометрии. При этом, в соответствии с ПК, вся система строящихся объектов приводилась в единое целое, масштабированное и ориентированное.

Реализация всех трех функций и принципов ПГ и ПК способствовала углублению и расширению знаний об окружающем пространстве, о Земле.

Первая задача (функция) составляет основу теории и практики, которые мы сегодня объединяем словом «астрономо-геодезия», что также характеризуется понятием «координатизация пространства» (КП). Вторая задача (функция) определяет то, что именуется картографированием или, в более абстрактном выражении, — структурометрическим моделированием пространства (СМП). Третья задача (функция) есть задача прикладной геодезии, решаемая инженерами-геодезистами: геометрический контроль и реализация при возведении и эксплуатации сооружений.

Таким образом, главные функции социального, хозяйственного, а затем и военного освоения окружающего пространства, ставшие главными задачами геодезии и формировавшими ее генотип, стали:

построение координатного каркаса, т.е. КП;
структурометрическое моделирование пространства;
геометрическая реализация и контроль возводимых и эксплуатируемых сооружений.

При трех отмеченных выше революционных радикальных изменениях в системе геодезических знаний их преемственной основой, базой служили три задачи (табл. 1).

В древнем Риме решение первой задачи осуществлялось путем создания линейно-прямоугольного каркаса, состоявшего из системы межевых линий и дорог [2]; результат второй задачи вначале получали простым географическим описанием, составлением картоподобных изображений, без масштабных рисованных планов и карт^*.

Решение отмеченных двух первых главных задач (КП и СМП) в основном ограничивалось наземными методами. Изредка для отдельных географических мест определялись географические координаты. Для решения рассматриваемых задач вполне хватало знаний евклидовой геометрии (практической геометрии). Имея дело с окружающей средой, человеку казалось, что все ее свойства укладываются в геометрию Евклида [1]. Пространство еще не распадалось на субпространства.

В XVI в. человек открыл для себя всю Землю. Геометрическую модель ее поверхности стали выражать с помощью неевклидовой геометрии. Для решения главных задач геодезии (КП и СМП) потребовалась точность на два порядка выше прежней. При осуществлении КП стало необходимым использование астрономических и физических данных (и соответствующих методов) с построением координатного каркаса в виде тригонометрических сетей. В случае СМП это выразилось в получении точных топографических карт. В структурно-координатном обосновании пространства (получении геодезической основы
и единиц измерения) стали использовать астрономические и физические методы. В структурно-картографическом моделировании единое пространство стали геометрически делить на два — «выпуклое» и «плоское» (см. работы А.П. Болотова и А.Н. Бика), соответствовавших глобальному и локальному пространствам. В каждом из них применялись свои методы. Геодезия распалась на две части: высшую и низшую. В итоге произошла вторая революция в геодезическом знании (см. табл. 1).

С этого времени начинается отсчет астрономо–геодезии. Ее специализацией стало структурно-координатное обоснование пространства (КП). Вторая задача (СМП) стала решаться топографами и картографами. Но системная организация всей совокупности знаний и практики осуществлялась геодезистами.

С XVIII – XIX вв. положено начало деления общего пространства на части, в которых геометрия и характер решения геодезических задач стали специализироваться. По существу, произошло геодезическое (геометрическое) выделение общего пространства (метапространства [1, 2]) и его частей (подпространства) (рис. 1). С этого времени началось формирование инженерной геодезии
и ее особой (третьей) функции, задачи — геодезического обеспечения и геометрического контроля строительства и эксплуатации любых сооружений.

Если до XVIII – XIX вв. геодезические задачи решались только «практическими геометрами» (землемерами), то в XIX в., вместе с разделением геодезии на высшую и низшую, возникла потребность в специалистах по решению задач КП — их стали называть геодезистами (так называли выпускников офицеров Академии Генерального штаба); задачи СМП стали осуществляться топографами (частично геодезистами). Сохранялась потребность в землемерах, в работе которых стал возрастать землеустроительный аспект. Наконец, с XX в. (для Европы — со 2-й половины XIX в.) возникла широкая потребность в специалистах по инженерной геодезии.

С формируемой структурой геодезии тесно связаны вопросы профессиональной специализации. В древнее время все работы осуществлялись «практическими геометрами», хотя в Римской империи их уже делили, в зависимости от сферы деятельности, на громатиков, агрименсоров и др. В Новое время дифференциация теоретической и практической деятельности стала определяться,
с одной стороны, самой структурой геодезии, ее основными функциями; с другой стороны, сферами хозяйственной, специализированной области приложения, т.е. пространствами, определяемыми как подпространства (рис. 1, 2).

Рис. 1

Из структуры геодезии, из ее главных функций логически следовали главные направления специализации: астрономо-геодезия и топография (картография) — рис. 1, 2 (КП и СМП). Все другие виды и формы профессиональной специализации, в том числе и самую древнюю — землемерие, межевание — можно определить как прикладные и технологические.

Прикладная специализация характеризуется прикладной сферой хозяйственной деятельности, специальными подпространствами двух уровней (см. рис. 1) (прикладная геодезия, маркшейдерия, градостроительная, морская, сельскохозяйственная геодезии) или специальными задачами (динамическими, экологическими, землеустроительными, кадастровыми). В прикладных сферах, помимо специальных задач, конечно же, решаются и основные геодезические – КП, СМП (рис. 2).

К технологической специализации относится, например, специальность «аэрофотогеодезия». В последнем десятилетии XX в. соответствующая технология стала быстро сближаться с картографией. Этому способствовали цифровые электронные технологии (фотограмметрические станции, ГИС-технологии).

У истоков XX в. в геодезии началась перестройка ее фундамента, а во 2-й половине XX в. произошли серьезные изменения, вызванные технической (конец XIX — начало XX вв.), научно-технической (середина XX в.) и промышленной (70-е гг. XX в.) революциями. Изменения в геодезии оказались столь глубоки и основательны, что перспектива развития в области астрономо-геодезии и картографии утратила ясность и определенность. Казалось, были разрушены основы этих двух дисциплин, само развитие поставило под сомнение их будущее. В связи с этим, в последние десятилетия XX в. началось активное обсуждение перспектив развития этих систем знаний. Путям развития и будущему астрономо-геодезии было посвящено более десятка статей самых известных и уважаемых геодезистов: А.А. Изотова, Л.П. Пеллинена, Л.А. Кашина, М.М. Машимова; развитию картографии -статьи не только отечественных ученых (К.А. Салищева, А.М. Берлянт и др.), но и зарубежных.

Рис. 2

Решение рассматриваемых проблем развития требует использования как предметной основы, так и учета основных задач, регламентирующих структуру геодезии, а также исторических закономерностей, сложившихся в процессе развития.

Прогноз развития, перспективы наук будут более обоснованными, если их рассматривать в плане генотипа, в плане отмеченных задач, исторических закономерностей и современного научно-технического состояния (в теории и практике).

С этих позиций, развитие обсуждаемой системы, именуемой «астрономо-геодезия», может быть представлено следующим образом. Предметное существо этой системы знаний выражено в системной задаче, которую решают специалисты с этим названием: координатизация пространства и решение координатно-временных задач в этом пространстве.

Метод астрономо-геодезии заключается в координатной структуризации окружающего пространства и координатно-временном анализе.

Объектом астрономо-геодезии является окружающее пространство. Это пространство играет роль метапространства, в котором выделяются подпространства специфической геодезической деятельности (см. рис. 1).

Начало реализации задач КП и метода фактически положили 4 поколения Кассини, создавшие первую обширную сеть на всей территории Франции в XVIII в. Большой вклад в развитие знаний этого рода внесли выдающиеся геодезисты, астрономы и математики Нового времени: Ньютон, Яков и Иоанн Бернулли, Эйлер, Клеро, Лагранж, Гаусс, Бессель, Гельмерт, В.Я. Струве, а в XX в. — Ф.Н. Красовский.

Название профессии (астрономо-геодезия) пришло из прошлого, а речь о будущем. Название профессии преходяще, а главная функция, генотип геодезии вечны. Поэтому проблема перспективы развития имеет практическое и теоретическое, профессиональное и абстрактно-теоретическое решение.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Тетерин Г.Н. Эволюция структуры геодезии (Теория и практика) // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. — 1999. — № 4. — C. 23 — 30.
Тетерин Г.Н. История развития геодезии. — Новосибирск: СГГА, 1999. – 276 c.
Тетерин Г.Н. Системные принципы структурометрической геодезии и элементы теории цифрового моделирования // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. — 1977. — № 3. — C. 19 — 24.
Цейтен Г.Г. История математики в древности и средние века. — М.-Л.: Гонти, 1938. — 231 с.