Тупики и перспективы развития геодезии

Г. Н. Тетерин, М.Л. Синянская

Тупики и перспективы развития геодезии.

Реферат-аннотация

Тетерин Г.Н., Синянская М.Л. Тупики и перспективы развития геодезии.

В статье рассматриваются два подхода в системном обосновании и представлении геодезии как науки. Основу этих подходов составляют сформулированные определение и понимание геодезии (ОПГ-1 и ОПГ-2). Показано, что вариант ОПГ-1, используемый в геодезической образовательной и научной литературе является «тупиковым», в системе геодезического образования он наносит определенный вред. Вариант ОПГ-2, в рамках которого представлена данная статья, имеет теоретическую и методологическую основу, исключает какие-либо противоречия. Его доказательной базой является вся история геодезии.

Геодезия, как наука, в системе современного геодезического образования, имеет парадоксальную ситуацию: имеется множество геодезий, различаемых по сфере приложения и специфическим методам, но отсутствует единая системная геодезия. Современная официальная геодезия не имеет единой теоретической базы, методологической основы, в ней не установлено предметное существо, отсутствует обобщенный метод, как совокупность методов, применяемых при решении хозяйственных, научных и технических задач.

Авторами разработана методологическая основа, определение и объяснение понятия геодезии. Она опубликована в десятках статей и отдельных монографиях. Ниже представлена геодезия, как системная целостность, отвечающая всем историческим этапам развития, исключающая какие-либо противоречия.

Важное, если не главное, место в исследованиях любой науки занимает методологическая триада — предмет, метод, объект. Каждая наука отличается от других своим методом. Объекты приложения могут совпадать, но науки отличаются своей предметной сущностью, т. е. в том, что составляет их существо, цель, назначение. И только определив предмет науки и ее метод, становится возможным четкое понимание науки.

Рассматриваемый методологический подход вносит полную ясность в понимание науки и определяет ее задачи, ценностные характеристики и многое другое. Наконец, немалое значение имеет понимание прошлого, настоящего и особенностей эволюции науки, перспектив ее развития.

Все перечисленное, несомненно, имеет значение и в науке геодезии, история которой насчитывает более трех тысячелетий, по крайней мере, со времен Аристотеля.

К сожалению, приходится отметить, что исследования основ геодезии в методологическом плане почти не проводятся, этим занимается незначительное число ученых. Это подтверждается использованием в геодезической литературе ошибочного определения науки геодезии, несовместимого с ее прошлым и настоящим. В соответствии с этим определением следует, что геодезия появилась только в XVIII-XIX вв.

В последние несколько десятилетий в геодезии четко определились системные проблемы, в том числе методологические, в частности противоречия в интерпретации системы геодезических знаний. Важным становится соотношение между частным и общим. Уровень системных исследований в области теоретических и методологических проблем остается низким. По существу, эти вопросы, касающиеся основ геодезии, остаются вне исследовательской активности научных и образовательных сфер, как видно из публикаций в научных журналах и систем докладов на крупных конференциях. Но главным подтверждением сказанного выше является сохраняющееся с прошлого века определение и понимание геодезии (ОПГ), ее объяснение и понимание в системе геодезического образования и научной литературе, в том числе в энциклопедиях и справочниках.

Существующее и широко используемое в образовательной и научной литературе ОПГ составляет основу принятого направления развития геодезии. Истоком этого ОПГ является сформулированные Ф. Н. Красовским в 30-40-е годы научные задачи геодезии. В последующем, соответствующие этим задачам ОПГ вошли в различные справочники, энциклопедии [3, 4]. Вместе с тем, в 70-80 гг. Тетериным Г. Н. была разработана, в рамках геометрической концепции развития геодезии, так называемая теория развития геодезии (ТРГ) [1, 2]. В основу ТРГ была положена методологическая триада (предмет, метод, объект) геодезической науки. При этом под объектом приложения геодезии понимается окружающая среда, именуемая наукой географической средой, окружающим миром, а в последнее время — геопространством [8]. Таким образом, методологическая триада на общесистемном уровне определяет науку геодезию и вполне характеризует ее особенности и тенденции развития.

Для человека окружающая среда, пространство и время определяют условия жизнеобеспечения в окружающем мире. Именно поэтому представление о пространственных отношениях и формах объектов и явлений окружающего пространства, их оценка сформировали важнейшую задачу в жизни человека. В результате, метод оценки этих отношений и его реализация стали основой формирования геодезического метода. Его реализация была изначально возможна в форме измерений.

Окружающее пространство мы именуем как геопространство. Все элементы этого пространства, как и само пространство, имеют форму, размер и пространственное положение (ФРПП) [8]. Все эти три составляющие мы именуем как геодезическую метрику, проще – как метрику. Таким образом, все объекты и явления геопространства могут быть выражены с помощью структурных элементов (точки, линии, поверхности), т.е. структурированы. В результате появляется возможность оценки этих элементов с помощью геодезической метрики. Последняя определяет геометрическую структуру геопространства. Поэтому знание пространственных отношений и форм объектов и явлений окружающего мира сводятся в конечном итоге к знанию их геодезической метрики. Такие знания составляют предметную основу геодезии.

Единственным средством искомых метрических отношений стали измерения. Их эволюция и развитие сформировали геодезический метод. Таким образом, история геодезических знаний появилась, когда человек путем измерений стал определять ФРПП, т. е. метрику структурных элементов объектов и явлений окружающего мира (геопространства).

В чем заключается сущность геодезических измерений для получения ФРПП объектов геопространства? В этих измерениях субъектом измерений являлся сам человек, его возможности. С другой стороны, в процессе измерений необходимо было учитывать физические законы геопространства, важнейшими из которых были гравитация и силы тяготения. Эти два условия нами были ранее определены как принципы влияния: принцип «Вертикаль-горизонталь» (ПВГ) и «принцип 6-ти направлений» (П6Н) [2].

Первый принцип (ПВГ) учитывает два условия геопространства – вертикальность и горизонтальность, важнейшие условия форм объектов и явлений окружающего мира, без знания которых геодезическая метрика была бы не определена. Этот принцип предопределил появление отвесов, уровней и различных приспособлений для определения вертикальности и горизонтальности.

Второй принцип (П6Н) составил важнейшее условие, учитывающее физиологические возможности человека в решении задач по определению, измерению геодезической метрики. Эти два условия слились в один принцип – прямоугольности (ПП). Его реализация в геопространстве была возможной и единственно связанной с фигурой человека.

Пример. В фигуру человека заложена прямоугольная система координат (рисунок 1), выражаемая словами: право, лево, вперед, назад, верх, низ. Таким образом, принцип прямоугольности, по существу, был координатным принципом (ПП-ПК). Этот принцип оказал решающее влияние на метод геодезии и технологию. Вся технология и метод решения задач древнего мира сводились к прямоугольно-прямолинейной форме геодезических построений [1] — это пять вариантов геодезических построений, сетей в древнее время.

Исследования, проведенные авторами, установили, что физиологические особенности человека, его фигуры позволяли в глубокой древности строить прямые углы, реализовывать условия вертикальности и горизонтальности с точностью 3-5″ [9].

Рассмотренные принципы (ПВГ и ПП-ПК) можно определить как технологические, поскольку они формировали технологию геодезических работ на всех этапах развития геодезии. В различных статьях, в том числе в работе [7], эти принципы и их реализация, теоретические (методологические) особенности выражены в форме систем аксиом.

Важнейшей характеристикой ТРГ, как отмечено выше, является геодезическая метрика, характеризующая объекты и явления окружающего пространства с помощью структурных элементов (СЭ). Они определяют полноту метрических характеристик геопространства. Таким образом, познание геопространства и его описание, формирование и понимание может быть осуществлено посредством геодезической метрики. Именно она является средством познания окружающего мира. Она же является предметной сущностью геодезической науки.

Существует три важнейших задачи, связанных с геодезической метрикой геопространства, а именно: измерение, моделирование и контроль геодезической метрики во времени. Следует особенно отметить, что под моделированием геопространства понимается четыре вида: графическое, аналитическое, цифровое и физическое. Все перечисленные виды моделирования составляют и характеризуют в совокупности уровень геометризации и организации пространства.

Определение геодезической метрики, т. е. измерение, моделирование и контроль требуют разработки и создания определенных технологических инструментов, совершенствование которых должно вписываться в определенные исторические рамки, границы и соответствовать особенностям геопространства, условиям и требованиям с учетом технологических принципов (принципов влияния) [2]. В конечном итоге, отмеченные принципы (см. рис. 1), характеризуют и исторически формируют эволюцию, с одной стороны инструментов и приборов, с другой – технологию. Именно они объясняют эволюцию геодезического инструментостроения и технологию решения трех основных задач геодезии (измерение, моделирование и контроль) всех исторических этапов развития геодезии, включая настоящее время и предположительно для всего 4-го этапа развития геодезии (4-й парадигмы).

Рисунок 1 – Принцип прямоугольности

Все историческое развитие и эволюция геодезии характеризуется несколькими критериями, которые вытекают и следуют из логистического закона развития геодезии (ЛЗРГ), который именуется также как закон пространственно-временной предопределенности (ЗПВП).

В этом законе одной из его характеристик является так называемый коэффициент (параметр) сжатия исторического времени (α = 5,1 и β = 3,0). Эти два параметра определяют и устанавливают закон предопределенности всей истории геодезии [5] или 4-х исторических эпох (парадигмы). Эти коэффициенты позволяют оценить исторические границы между историческими эпохами и сделать прогнозирование границ последующих эпох. Вместе с тем, с учетом предметных основ геодезии (метрика) устанавливается в целом начало (историческое) геодезических работ, т. е. начало цивилизации и тем самым определяется начало 1-й исторической эпохи (землемерной) и границы всех последующих эпох. В целом все перечисленное устанавливает так называемый критерий предопределенности, критерий периодизации.

Второй критерий (технологический) вытекает из основной формулы ЛЗРГ:

y = 10^-2ⁱ(1)

Из этой формулы следует, что переход от одной исторической эпохи к другой (i, i+1) характеризуется коэффициентом и критерием перехода К = 10²[6], т. е. эффективность технологии геодезических работ увеличивается на 2 порядка. Эта эффективность технологий соотносится с точностью измерений. С учетом предполагаемой ее оценки в виде y = 10^-2ⁱ, получим оценку точности измерений в каждой исторической эпохе:

∆y = {10^-2(i-1) – 10^-2i}, (2)

Применительно к каждой исторической эпохе этот коридор точности имеет вид:

от 10⁰ до 10^-2 при i = 1

от 10^-2 до 10^-4 при i = 2

Δy = от 10^-4 до 10^-6 при i = 3 от 10^-6 до 10^-8 при i = 4

Следовательно, формула (2) определяет кривую точности измерений. Соответственно все технологии геодезических работ характеризуются этим критерием. Наконец, геодезия при своем совершенствовании геометризирует все геопространство, формируя его аналитические, цифровые, графические и физические модели, тем самым повышая уровень геометризации, организации пространства. При этом, этот уровень, при переходе к следующей эпохе повышается на 2 порядка.

Следовательно, в конечном итоге мы получим в соответствии с ТРГ и ЛЗРГ три главных критерия развития геодезии – предопределенности, точности измерений и организации геопространства.

Представленная ТРГ в рамках методологической триады полностью отвечает всем временным историческим этапам развития геодезии, в том числе современному. Более того, этот закон и вытекающий из него закон пространственно-временной предопределенности решает ряд важнейших вопросов, связанных с развитием цивилизации. Такие данные ТРГ позволяют исключить всяческие противоречия в геодезии методологического и философского характера. Для современного этапа развития нет другого альтернативного объяснения сущности геодезии и ее универсальной значимости в решении совокупности задач на всех этапах развития.

Выводы.

Существующее в образовательной и справочной литературе определение и понимание геодезии не меняется (ОПГ-1). В нем отсутствует методологический подход, не сформулирован предмет науки, отсутствует также доказательная база.
Определение и понимание геодезии в рамках теории развития геодезии в соответствии с выше изложенным характеризуется как ОПГ-2. Это ОПГ-2 имеет системную теоретическую и методологическую основу, а ее доказательной базой служит вся история геодезии.
В плане дальнейшего развития геодезии первый вариант ОПГ (ОПГ-1) является «тупиковым», не обеспечивая какой-либо перспективы развития. Второй вариант (ОПГ-2) обеспечивает системное развитие геодезии.

Литература.