О КООРДИНАТИЗАЦИИ — ТЕРМИНЕ И ПОНЯТИИ

Г.Н. Тетерин

О «координатизации» — термине и понятии. (Исторический очерк).

Этот термин был введен автором в конце 80-х годов ХХ века. Несомненно, к этому времени возникла очевидная необходимость в понятии более объемном, системном и более информативном, чем понятия связанные с координатами и геодезическим методом.

Основной причиной появления рассматриваемого термина может служить возникновение в определенной форме новой системы как совокупности каких-либо процессов, методов, систем знаний. Возникшая система может формировать новое направление развития с образованием новых содержательных понятий и проблем.

Вместе с тем, если рассматриваемая системная целостность не получит признания, т.е. принятие термина, то и не может быть какого-либо ее теоретического развития. Следует отметить, что окружающее физическое пространство может характеризоваться каким-либо свойством, особенностью. В связи с этим оно получает какое-либо имя, название: обжитое, пустое, естественное и т.д. важнейшим для человека является информация о местоположении различных объектов; в том числе человека на заданной территории. Такое пространство (территория, местность, поверхность) можно характеризовать понятием координатизированности. Это означает, что это пространство обеспечено какой-либо системой координат и координатной основой. Рассматриваемое название пространства стало необходимым и полезным в теории и практике и геодезической деятельности.

Новое системное понятие порождает системное направление развития и соответствующие теории, дисциплины, направления исследований и подготовки кадров.

Введенное название, соответствующее новому понятию, характеризует завершенность формирования рассматриваемой системы, а потому появление возможности привлечения внимания к новому явлению, использованию его в других сферах развития.

Именно в конце ХХ века созрела ситуация введения термина и понятия координатизация, как системы процессов по созданию систем координат и совокупности опорных точек в ней (координатной основы). Таким образом, координатизация – это и процесс, но это и система, характеризируемая уровнем координатизованности (координатизированности пространства). Вместо термина координатизация можно было бы использовать подобный ему термин координатация. Но последний менее продуктивен в плане соответствующих словосочетаний и словообразований.

Обратимся к истории формирования и развития в плане этого термина, понятия (см. табл.). изначально человеку необходима ориентация в пространстве и времени, а также их организация. Для этого необходимы какие-либо системы ориентации. Такого рода системы служат в какой-то мере системами координат.

В основу такого рода системы координат заложены 2 принципа влияния: «Принцип вертикаль-горизонталь» (ПВГ) и «Принцип четырех направлений» (П4Н). основой первого принципа является поле тяготения, второго – фигура человека [ ]. Большинство циклических явлений земного и внеземного происхождения отвечают принципу 4-х направлений. Суточное движение Солнца определяет полуденную и ей перпендикулярную линии. Движение Земли вокруг Солнца также задает 4 направления. Такого же рода циклических явлений земного происхождения также создают возможность устанавливать 4 перпендикулярных направления. Такие СК являются своего рода общеземными или местными. В большинстве случаев они связаны со временем. Кроме системы ориентации, человеку необходима определенная организация своего пространства обитания. Для этого служит совокупность характерных точек и линий местности. Каждая точка имела одну характеристику – расстояния удаления (это только для случая, когда точки не были связаны с системой ориентации). Такие системы ориентации и набора точек местности служили некой основой организации пространства и времени. Они составляли первую доисторическую систему координатизированного пространства. В доисторическую эпоху время фиксировалось в пространстве точками или линиями, с другой стороны пространственной характеристики элементов местности не зависели от времени. Их параметры получали характеристику (количественную и качественную) в зависимости от координатных или ориентирных осей и удаленности от центральной точки. Только на 4-м этапе координатизации пространства (КП) к геометрическим характеристикам стали добавлять время.

В 4-3-ем тысячелетиях до н.э. при зарождении городских цивилизаций, формировании городов для решения различного рода инженерно-технических задач (в строительстве, военном деле, сельском хозяйстве) стали применять геометрические построения на земле, в основе которых был прямой угол и прямая линия.

Первые астрономические и географические СК появились в 1-м тысячелетии до н.э. (Вавилон, Греция). Но вместе с тем решение инженерно-технических задач на местности осуществлялись геометрическими построениями (прямоугольно-прямолинейная технология). Точки как носители двумерной СК (широта, долгота), использовались только в навигации и путешествиях.

В предметной основе геодезии (форма, размер, пространственное положение (ФРПП)) последнее связано с системой координат и понятием координатизации пространства.

Для человека имеет важнейшее значение ориентация в пространстве, т.е. ориентация в пространстве с помощью какой-либо системы координат (СК). СК различаются размерностью (числом осей координат). В древнее доисторическое время использовалась одномерная СК. Характерные точки местности определялись удалением от центра СК. Направление на соответствующую точку (линию) характеризовалось ориентацией относительно какой-либо оси (относительно координатной оси). На последующем историческом этапе размерность используемой СК возрастала на единицу. На 2-м этапе развития СК была двумерной (географическая СК, римский кадастр и др.). На 3-м этапе развития появилась геодезическая СК (B, L, H). В XXI веке началось использование 4-х мерной СК (X, Y, Z, t).

В доисторическое время человек выбирал на местности набор характерных точек и линий и определял их удаление от его места обитания. При этом выбиралась главная ориентируемая (координатная) линия: полуденная и др. в рамках обитаемого пространства проходила вся деятельность человека.

На 2-м этапе развития человек стал создавать вторичную среду обитания путем строительства городов, поселений, соответствующей инфраструктуры. Двумерные координатные точки пространства с координатами (B, L) и др. стали использовать в 1-м тысячелетии до н.э. (Гиппарх 190-120 до н.э.). Местоположение точек, линий и их геометрическое положение стали определять в основном с помощью геометрических построений (развитие прямолинейно-прямоугольных ходов). Пять видов таких построений приведено в работе [ ]. Построением пяти вариантов геодезических сетей, а также прямоугольных треугольников обеспечивалось решение всех задач в градостроительстве и возведении сложных сооружений. Совокупность такого рода задач была сформулирована (в геометрической форме) Героном Александрийским (1 век н.э.). Показательны в этом плане задачи формировании земельного кадастра в древнем Риме и Египте, а также задачи по геодезическому обеспечению строительства храмов, каналов, акведуков и т.д. В земледелии все угодия разбивались на равные квадраты (прямоугольники) с линиями параллельными двум главным координатным осям (декуманус максимум и кадро максимум). В римском кадастре применялась двойная нумерация полученных квадратов в форме, соответствующей системе координат. Геодезические хода по геометрическому обеспечению всякого вида строительства были прямоугольно-прямолинейными. В каждой вершине этих ходов строился прямой угол с ориентацией его сторон к исходному основному осевому направлению. Поэтому две суммы параллельных сторон хода позволяли построить в конечных точках большой прямоугольный треугольник (горизонтальный или вертикальный) и вычислить все необходимые параметры. Такого рода задачи выполнялись в частности при пробивке тоннелей [ ]. По прямолинейно-прямоугольной технологии осуществлялось решение задач в строительстве, земледелии и т.д.

Только на 3-м этапе с разработкой геодезического метода построение геодезических сетей получил развитие метод координатизации пространства (КП). С этого времени решение инженерно-технических задач стали осуществлять координатным методом.

Координатный период включает в себя аналитические методы расчетов от ФРПП. Практически такого рода периоды получили применение с того времени, когда появилась аналитическая геометрия. Определить понятие координатизация приводилось в нескольких вариантах в работах автора [ ]. Ниже дается наиболее обобщенный вариант с целью его возможности объяснения применительно к разным историческим эпохам. Координатизация, как глагол, определяет совокупность процессов связанных с установлением в заданном пространстве системы координат и совокупности опорных точек (объектов) – носителей этой системы координат. Координатизированным пространством считается то, в котором установлена (задана) какая-либо система координат и совокупность опорных точек-носителей координат этой системы.

Необходимо отметить, что жизнедеятельность человека может проходить в пространстве при его, в какой-либо степени координатизированности. Степень координатизации (К) может характеризовать (уровень К) масштабом обеспечения пространства, его точность построения осей координат, их числом (размерности К) и совокупностью точек (заданной размерности) с установленными координатами (см. табл.).

При этом надо иметь ввиду, что организованное пространство определяемое человеком и его координатизированность исторически характеризовалось ростом размерности от единицы до 4-х. В предисторическое время жизнедеятельность людей проходила в пространстве, которое в плане К можно характеризовать значением размерности равной единицы. Сейчас мы работаем в 4-х мерном пространстве.

Задачу координатизации пространства можно соотнести с задачей его организации. Тем более, что геометрический аспект этого вопроса зависит от решения проблемы К. Вся жизнедеятельность в этом пространстве характеризуется (и зависит от них) ориентацией в пространстве и соответствующими координатами основных опорных точек.

Несомненно, покажется странным соотнести проблему К с доисторическим временем, размерность которого 1 (m=1). Это значит, что в плане К и организации пространства последнее рассматривается как одномерное.

Все живое на земле живет по правилам организации своей части местности. Это значит, что есть линия, ось ориентации, возможно несколько. Опорные точки в этом пространстве характеризуются одной координатой (расстояние удаления) от центра, места обитания.

Главное ориентирующее направление задано изначально природой. Человек в этих условиях организует свою ойкумену, в которой главная ориентирующая ось, а может и не одна, заданы природой. Опорные точки в этой системе организации характеризуются удалением от ее центра и ориентацией относительно принятой оси. Удаленность объекта (расстояния) определялось затратами времени, труда на его достижение.

Таким образом, СК в этой системе координатизированности задано главной осью ориентации (ось координат) и центром этой системы (место обитания); опорные же точки – расстоянием.

Вторая ступень, уровень К пространство характеризуется размерностью 2 (m=2), двумя координатами. Использовалась географическая СК (BL) получаемая в результате астрономических наблюдений. Специальные измерения в плане R не проводились, применялась простейшая система ориентации, т.е. с 1-го тысячелетия до н.э. начинается измерение и принимается (утверждается) в пределах государства двумерная СК (меридиан и экватор). Но все задачи в обществе, связанные со строительством, сельским хозяйством, в том числе инженерно-технические решались геометрически по правилам планиметрии и геометрии. Ее характерные примеры использования геометрического подхода: пробивка тоннеля на о. Самос и определение размеров Земли Эратосфеном. В последнем случае путем принятия дуги меридиана за окружность, на которой находились Александрия и Сиена используя формулу S=R*L был определен размер Земли как R=S/L, где S – расстояние между Сиеной и Александрией, L – центральный угол (разность широт), R – радиус Земли.

В конце ХХ века (во второй половине ХХ века) наступил современный этап КП – глобальный космический. Он характеризуется глобальной общеземной системой координат. Ее носителем являлась наземная сеть фундаментальных пунктов, например ФАГС, СГС-1, СГС-2.

Каждый новый исторический этап в развитии системы научных и практических знаний отличается от предыдущего скачком (на 2 порядка) в производительности труда и точности измерений [ ].

Современная система КП на основе космических средств стала базой системы позиционирования (GPS, Глонасс) характеризует новый уровень организации пространства и его всестороннего использования. Система позиционирования стала важнейшим фактором многих видов деятельности в физическом пространстве.

В этом заключается наивысший уровень организации окружающей среды. Это характеризует масштаб КП (глобальность) и составляет условие прогресса человечества.

Впервые в начале XXI века наступила историческая эпоха координатизированности всего земного пространства. Это стало возможным благодаря глобальной системе координат (СК-95, ПЗ-90, WGS-84) и системе позиционирования (GPS, Глонасс). Теперь все точки земного пространства обеспечены координатами, причем, что особенно важно, в режиме «on-line», получили некий этап завершенности в проблеме К всего физического пространства Земли. Дальше на протяжении двух-трех ближайших десятилетий будет проходить совершенствование этой системы по точности, оперативности, удобствами и прочее.

Это совершенствование будет идти в рамках 4-х мерной системы координат, в которой будет происходить в плане совершенствования и «информативности» параметров времени (t), от которого зависит глубина проникновения освоения пространства – времени и динамичности всех явлений окружающего мира.

Вместе с тем проблемой К будет охватываться за этот период возрастающее число явлений природы, различного происхождения.