Топографические карты

~ ~

~ ~

 

      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. Появляются примитивные картографические изображения и планы местности, помогающие людям определять свое местонахождение и намечать новые маршруты переходов. Так родилась и стала интенсивно развиваться наука об измерении Земли - геодезия. 
      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.  
       В результате деятельности человека, а также вследствие природных процессов облик поверхности земли непрерывно меняется. Это приводит к тому, что изданные карты перестают соответствовать действительности и требуют обновления. Обновление топографических карт производится с целью приведения их содержания в соответствие с современным состоянием местности и переиздания в принятой системе координат и в действующих условных знаках. 
       В зависимости от количества и характера изменений, происшедших на местности с момента создания карт, а также важности районов для развития производительных сил и обороны страны карты должны обновляться, как правило, со следующей периодичностью:

- На наиболее важные обжитые районы – через 6 – 8 лет; 
- На прочие районы – через 10 – 15 лет. 
  
       Карты подлежат обновлению в следующих случаях:

- При изменении государственной  границы; 
- При появлении новых населенных пунктов; 
- При изменениях в дорожной сети;     

- При изменениях в гидрографии; 
- При изменении растительного покрова, затрудняющего ориентирование на местности; 
- При изменении географических названий;  
- При переходе к новой системе координат; 
- При введении новых условных знаков.

Карты не обновляют, если произошли  изменения, которые не затрудняют использование  карты.  
     Карты, планово – высотная основа которых по точности не удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям, не обновляются, а создаются заново. Карту приходится создавать заново, если изменения настолько значительны, что нельзя использовать старые опознавательные знаки; если произошли значительные изменения рельефа и нельзя использовать высоты со старой карты; если точность карты не соответствует современным требованиям. Таковое решение принимается на основании изучения изменения местности, которое постоянно ведется геодезическими предприятиями на закрепленных за ними районах. 
 
     Подобные серьезные изменения, вплоть до создания заново, потребовались и в топографо-геодезических картах города Москвы.   
 
       Где находится центр Москвы, центр, с геодезической точки зрения? Принято считать Красную площадь, с исторической точки зрения, Соборная площадь Кремля. Автомобилисты считают центром столицы марку «нулевой километр», заложенную перед Иверской часовней. И расстояние «до Москвы» на всех трассах страны означает путь до нее.

 
рис.1

Для геодезических измерений  существует совершенно иная система  отсчета — центральный пункт  опорной городской геодезической  сети. Находится он на крыше Московского  государственного Университета геодезии и картографии (МИИГАиК), который вообще расположен за пределами Садового кольца. Центральный пункт переместили сюда с Пушкинской площади после завершения работ по реконструкции опорной геодезической сети, проведенной специалистами этого университета. Геодезическая сеть Москвы и Подмосковья содержит свыше двухсот точек, соединенных опорной сетью. Около двадцати из них находятся в центре Москвы (см.рис.1). Расстояния между всеми точками и от них до нулевого пункта на здании МИИГАиК (см.рис.2) измерены с очень высокой точностью.

 

  
 
рис.2  Здание МИИГАиК — Московского государственного университета геодезии и картографии (Гороховский переулок, д. 1), на крыше которого находится геодезический центр столицы. 

В 1996 году с помощью спутниковой  аппаратуры от этого пункта измерили расстояния до 222 точек в пределах городской черты и в ближнем  Подмосковье и рассчитали расстояние между этими пунктами. Москва покрылась  невидимой сетью точно измеренных отрезков, составляющих опорную геодезическую  сеть столицы.

Строительство, прокладка  дорог и коммуникаций, выделение  земли, составление карт и планов невозможно без геодезических измерений. Геодезическая опорная сеть создает  на местности систему координат  и тем самым связывает все  объекты города в единое целое.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рис.3

 

 

  История создания Московской городской геодезической сети начинается с двадцатых годов прошлого столетия, когда генералом Г. Л. Шубертом была создана первая триангуляционная сеть, охватывающая целиком Москву и ее окрестности (см.рис.3). В последующие годы сеть города развивалась, неоднократно перестраивалась, становилась плотнее, утраченные пункты заменялись на новые. Менялись приборы, технологии, люди, изменялись требование к точности и густоте пунктов — сеть совершенствовалась, решая задачи, которые вставали перед развивающимся городом. Но, несмотря на это, качество сети постоянно отставало от растущих потребностей города. И это привело к тому, что различные ведомства, не сумев объединиться, начали создавать собственные локальные геодезические сети, менее точные и, в ряде случаев, с иной системой координат. Какое-то время эта ситуация устраивала многих, позволяя независимо друг от друга делать одну и ту же работу. Но когда экономика страны стала переходить к рыночным отношениям, все недостатки такого подхода проявились в полной мере.

 

 

В условиях современной Москвы особую актуальность приобрела проблема совершенствования системы управления и рационального использования  городских ресурсов — промышленности, транспорта и, самое главное, — земли, каждый сантиметр которой вдруг  оказался золотым. Для успешного  решения этой задачи стали абсолютно  необходимы более полные и достоверные  сведения о состоянии земель, природных  объектов, построек, коммуникаций и  других элементов городской инфраструктуры. А чтобы эта информация отвечала требованиям не только сегодняшнего дня, но и перспективным задачам, ей необходимо иметь хорошую метрологическую  основу. Основа эта должна состоять из высокоточных, оперативно обновляемых, представленных в цифровом виде топографо-геодезических  и картографических данных, объединенных в единую геоинформационную систему (ГИС), и быть совместимой с экономическими, правовыми, социальными, техническими и другими данными. Ее опорная сеть при расстоянии между точками в 3—5 километров должна обеспечивать возможность измерений с погрешностью не более сантиметра. Все традиционные методы геодезической съемки не только трудоемки, но и не позволяют добиться такой точности.

Разрозненная и разнородная  геодезическая сеть города решить эту  задачу не могла, а на проведение ее реконструкции старыми методами потребовалось бы не одно десятилетие, и эта работа легла бы тяжелым  грузом на городской бюджет. Поэтому  для создания новой сети геодезисты пошли “иным путем”, применив систему  спутниковой навигации (см.рис.4), которую давно используют во флоте. 
 
 
 
рис.4 

Работает эта система следующим образом: 
на высоте около 20 тысяч километров вокруг Земли по разным орбитам вращаются 24 спутника системы глобального позиционирования (GPS). Они посылают на Землю радиосигналы с информационными сообщениями. Сигналы каждого спутника содержат сведения о его координатах, времени отправки сигнала и ряд других необходимых данных. Их принимает аппаратура, стоящая в точке измерения, обрабатывает с учетом поправки на время и скорость прохождения сигнала через атмосферу и вычисляет свои координаты. Для этого ей необходимо получать сигналы одновременно от четырех спутников: от трех, чтобы определить положение, и от четвертого, чтобы рассчитать, насколько ушли или отстали часы в приемнике, так как сверить показания земного и космического хронометров иным способом невозможно. На всех же спутниках время едино: их атомные часы регулярно сверяются с эталоном Центра управления полетом и при необходимости корректируются. Чем больше спутников “видит” приемник, чем равномернее они разнесены в пространстве, тем точнее получаются искомые координаты пунктов на 
земной поверхности. Точность простого определения абсолютных координат приемника (положения на поверхности земного шара) -несколько метров – вполне достаточно для навигации, но для задач геодезии ее не хватает. Геодезистов больше интересует максимально точное определение взаимного положения пунктов – расстояний и азимутов между ними. Для этого в разных точках одновременно работают несколько приборов. После сеанса таких совместных наблюдений компьютер может рассчитывать многокилометровые расстояния на земле с точностью до нескольких миллиметров. Разумеется, получить такую точность при одном измерении невозможно, сеанс наблюдений должен быть достаточно продолжительным. Если, например, приемники разнесены на 10—15 километров и требуется получить точность 2 — 3 миллиметра, на сеанс уйдет целых 3 — 4 часа. Чем больше расстояние между пунктами и выше необходимая точность, тем длительнее сеанс измерений.

Новая опорная геодезическая  сеть объединила пункты старых городских  сетей, уточнив их координаты. Существовавшая геодезическая информация была максимально  сохранена, и на ее базе возникла новая  метрика столицы. 
     Одновременно специалисты МИИГАиК совместно с Институтом физики Земли проделали еще одну, не менее важную работу. В 36 точках города были проведены измерения еще более высокой точности. Эти пункты образовали каркас опорной городской геодезической сети, одновременно создав основу геодинамической сети города, необходимой для непрерывного слежения за деформациями земной поверхности. Москва, как и многие другие города, расположена на нескольких тектонических плитах, которые медленно, но постоянно смещаются. В городе существует несколько тектонических разломов, которые в основном проходят через его центр и вдоль Москвы-реки. На активность плит существенно влияет деятельность человека: плотная многоэтажная застройка, например, вызывает прогиб плиты и ее опускание. И все деформационные процессы в черте города нужно обязательно учитывать при планировке, проектировании и строительстве. Хотя геодинамические явления разрушительными землетрясениями Москве не угрожают, некоторые сюрпризы, вроде трещин в стенах и фундаментах, они вполне могут преподнести. Поэтому за всеми подвижками плит необходимо следить, контролируя их смещение как минимум два раза в год, а на самых опасных участках — еще чаще. Но сегодня изучение геодинамики города только началось, и о каких-то конкретных результатах можно будет говорить только после цикла повторных измерений.

 
  Геодезическую сеть Москвы начали создавать в 20-х годах прошлого века при помощи оптических приборов — теодолитов и буссолей. Сегодня для этих целей используют новейшие электронные приборы, принимающие данные со спутников. 
 

    

рис.5 Теодолит сделанный           рис.6 Работа с приемной аппаратурой  
          в 1845 году.                                    спутникового теодолита на крыше 

                                                             МИИГАиК.В. 
 
 
    Наша столица — это не единственный город, где геодезическая сеть оказалась весьма запутанной, требующей уточнения и стандартизации. Подобная ситуация сложилась и в большинстве крупных городов России. Поэтому реконструкция опорных сетей с помощью новой спутниковой технологии, а попутно и геодинамические исследования, сегодня ведутся во многих регионах страны. 
 
    Необходимость любых новых съемок местности, должна быть обоснована, путем тщательного изучения района работ и анализа карт этого района. И независимо от способа обновления, обязательно используются имеющиеся на район работ картографические и литературно – справочные материалы, изданные или составленные после создания обновляемых карт. 
 

ГЛОССАРИЙ 
 
Геодезия (греч. geōdaisía, от gē – Земля и dáiō – делю, разделяю) – наука об определении фигуры, размеров и гравитационного поля Земли и об измерениях на земной поверхности для отображения её на планах и картах, а также для проведения различных инженерных и народно-хозяйственных мероприятий. Название «геодезия» («землеразделение») указывает на те первоначальные практические задачи, которые обусловили её возникновение, но не раскрывает её современных научных проблем и практических задач, связанных с разнообразными потребностями человеческой деятельности.

Географическая  информационная система (ГИС) – информационная аппаратно-программная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных.

Геодезические измерения – измерения, проводимые в процессе топографо-геодезических работ.

Городская геодезическая  сеть предназначена для обеспечения практических задач:

- топографической съемки  и обновления планов города  всех масштабов;  
- землеустройства, межевания, инвентаризации земель; 
- топографо-геодезических изысканий на городской территории; 
- инженерно-геодезической подготовки объектов строительства; 
- геодезического изучения локальных геодинамических природных и техногенных явлений на территории города; 
- навигации наземного и частично воздушного, водного транспорта.