В классификаторе Российского научного фонда (РНФ) «Поддержка и развитие», опубликованного в конце 2013 г., среди десятков областей знаний и многих сотен предлагаемых конкурсных тем, к сожалению, не нашлось места геодезии, ни как одному из фундаментальных научных исследований, ни как возможным темам прикладного характера — т.е. ни «поддержка», ни «развитие» не предусмотрены для старейшей на Земле науки и целой области знаний.
Хотя и с большим опозданием, обращаем ваше внимание на статью уважаемого профессора А.К. Певнева — выпускника МИИГАиК 1954 г. — под интригующим названием «Наука ли геодезия?». А.К. Певнев высоко оценивает роль и место геодезии, но причисляет её к таким более поздним наукам, как геофизика, сейсмология и т.п., о которых ещё речи не было при формировании Древней геодезии, геодезии в Средние века и расцвете геодезии XIX−XX вв. Несмотря на то, что геодезия во многом дала толчок развитию и этих, и других наук о Земле, в РАН до сих пор не представлена эта важнейшая область знаний.
На сегодняшний день формулировку предмета геодезии в кратком виде следует признать следующей. Геодезия — это наука об исследовании Земли путём измерения её поверхности и физических полей с целью создания топографических планов и карт, уточнения формы и параметров Земли, решения координатно-временных и навигационных задач, создания исходной основы для изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации сооружений гражданского, промышленного, оборонного и любого другого назначения, кадастров земель и недвижимости.
Результаты геодезических изысканий являются костяком — основой инфраструктуры пространственных данных и ГИС-систем. Картографо-геодезическая отрасль была зарождена ещё по настоянию Петра I и затем возрождена в 1919 г. по инициативе академика В.И. Вернадского. С давних времен отрасль была государевой при правительстве России, занималась фундаментальными геодезическими, гравиметрическими, картографическими работами, обеспечивая развитие многочисленных отраслей экономики страны государственными топографическими картами всех масштабов и атласами, которые постоянно обновлялись по материалам аэрокосмических съемок.
К сожалению, в настоящее время государственный надзор за картографо-геодезической отраслью и развитием геодезической науки значительно ослаб, поэтому наблюдаются серьезные отставания в фундаментальных и прикладных НИР по геодинамическому мониторингу движений земной коры и деформаций ответственных инженерных объектов, проводимому с целью уменьшения риска и последствий опасных явлений природного и техногенного характера, а также в создании отечественных компьютизированных оптико-электронных средств и систем измерений, спутниковых технологий и приемников ГНСС, особенно сейчас, в период завершающего этапа формирования системы ГЛОНАСС.
Требуются новые технологии обновления топографических карт, усовершенствование и развитие навигационных карт и систем для воздушного, морского, наземного транспорта и т.п. Всё это и побудило авторов ещё раз привлечь внимание научной общественности к рассмотрению современного представления предмета, цели и задач древнейшей науки — Геодезия, непременно востребованной человечеством в каждом хронологическом разрезе истории развития цивилизации, и к обоснованию важности и значимости данной области знаний.
Геодезия — интегрированная система ряда таких научных дисциплин (подсистем), как топография, маркшейдерия, гравиметрия, фотограмметрия, картография, геодинамика, астрономогеодезия, аэрофотогеодезия, прикладная геодезия, космическая геодезия и является их основой. Уже из этого неполного перечня геодезических дисциплин видно, какие разнообразные задачи — и теоретического, и практического характера — приходится решать геодезистам, чтобы удовлетворить требования государственных и коммерческих учреждений, компаний и фирм. Для государственного планирования и развития производительных сил страны необходимо изучать ее территорию в топографическом отношении. Топографические карты и планы, создаваемые геодезистами, нужны всем, кто работает на Земле: геологам, морякам, летчикам, проектировщикам, строителям, земледельцам, лесоводам, туристам, школьникам и т.д. Особенно нужны карты армии: строительство оборонительных сооружений, стрельба по невидимым целям, использование ракетной техники, планирование военных операций — все это без карт и других геодезических материалов просто невозможно.
Представим себе некоторую систему знаний S и, что какое-то число систем типа S соединены в единое целое и управляются одной логикой. Образованную таким образом интегрированную систему S+ можно назвать мегасистемой, т.е. система S+ — геодезия, содержит ряд подсистем — научных дисциплин: гравиметрия, топография, фотограмметрия, картография, отдельные подсистемы средств геодезических измерений, геоинформатика и ГИС разного назначения.
В целом (в итоге) такая система S+ имеет свою четко организованную кибернетическую структуру, позволяющую оптимально управлять содержанием, развитием составных подсистем, интегрировать новые подсистемы. Таким образом, мы можем наблюдать за деятельностью этих подсистем, за их функционированием. Измерения в изучении окружающего нас геопространства имеют решающее значение. Методы и средства измерений, их точность, надежность и производительность соответствуют исторической эпохе и общему научно-техническому уровню развития вообще и в данной области знаний геодезии, в частности.
По Д.И. Менделееву: «В природе мера и вес являются главными орудиями познания! Наука начинается тогда, когда начинают измерять». Профессор А.А. Изотов писал: «Изучение истории геодезии дает возможность во всей полноте оценить её вклад в человеческие знания, определить её значение и место среди фундаментальных и прикладных наук. Очень немногие из современных наук обладают такой древней историей как геодезия. Не относясь изначально к фундаментальным наукам, геодезия дала жизнь некоторым из них и этот феномен даже у историков не нашёл еще должного, достаточно разумного и приемлемого объяснения».
Поскольку цивилизация существует в мире категорией пространства времени и движения, геодезия первоначально изучала окружающее геопространство путем соответствующих измерений в отрыве от времени и движения, используя лишь двухосные системы ориентации и отсчёта. Философская сущность геодезии состоит в том, что от мировоззрения того или иного периода истории прямо зависит интерпретация элементов окружающего геопространства: почти художественная картина; строгий графический план (чертеж); трехмерная топографическая карта; цифровая (дигитальная) карта; бесконечно большое облако трехмерных координат (3D-скан).. –.... и... что-то ?!... будет на следующем этапе развития цивилизации в соответствии с потребностями того или иного этапа развития человеческого бытия.
Именование начинается от первого определения науки (Аристотель 384−322 г. до н.э.) геодезия — «землеразделение», практическая геометрия (средние века), наука об определении фигуры Земли (середина XIX–начало XX вв.), до современного (конец XX–начало ХХI вв.), наука, применяющая специализированные методы определения и контроля окружающего пространства и его элементов, отображения метрической структуры пространства в цифровые и геометрические модели, а также в изыскания методов перенесения метрики проектных структур в натуру. Такие определения довольно тяжеловесны и непонятны.
В настоящее время результаты геодезических измерений являются основой (масштабом) формирования и функционирования инфраструктуры геопространственных данных в их трехмерном 3D-представлении. Известно что, «геодезия» — слово греческого происхождения, образовано из двух слов «ge» — «гео» — «земля» и «daizo» — «дайдзо» — «разделяю», что в переводе означает «землеразделение». Такое буквальное определение геодезии говорит только лишь о том, что она является одной из древнейших наук о Земле. В процессе исторического развития содержание каждой науки непрерывно меняется, в связи с чем неизбежен разрыв между названием науки и её содержанием. Так, например, «геометрия» буквально определяется как «землеизмерение». Однако в наше время измерения на Земле не являются предметом геометрии, этой проблемой занимается геодезия — наука об измерениях на земной поверхности и в околоземном пространстве, а также о необходимой математической обработке полученных результатов (вычислениях) и графических построениях, проводимых при интерпретации элементов геопространства в том или ином виде для решения конкретной задачи.
При измерении различных величин невозможно получить их истинное значение. В связи с этим возникает необходимость определения их вероятнейшего значения по результатам измерений, т.е. наиболее близкого к истинному. С этой целью в геодезии применяется математическая обработка результатов измерений, в которой используются методы высшей математики, вычислительной техники, математической статистики, теории вероятностей, теории ошибок и теории информации.
Проектирование, строительство и эксплуатация инженерных сооружений, планировка, озеленение и благоустройство населенных мест, изучение и добыча полезных ископаемых, сельскохозяйственное и лесное производство, обеспечение обороноспособности государств — во всех этих и многих других сферах жизнедеятельности человека приходится решать задачи на основе геодезических измерений на поверхности Земли. Решение таких инженерных задач основывается на измерении различных физических величин, что является неотъемлемой частью геодезии, и поэтому как наука геодезия близка к метрологии.
Геодезия — наука об измерениях Земли и её физических полей — составляет метрическую основу формирования и функционирования инфраструктуры пространственных данных геоинформатики и ГИС-систем, их единства.
Метрология — глубоко формализованная наука об измерениях физических величин, методах и средствах обеспечения требуемой точности. И в геодезии, и в метрологии используются много общих принципов, главный из которых связан с необходимостью обеспечения единства измерений. При этом под единством измерений понимается такое состояние измерений, при котором их результаты выражаются в узаконенных единицах, а погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Одна из главных задач измерений в процессе производства геодезических работ состоит не только в получении результата измерения, но и в оценке его достоверности. Этой задаче подчинена технология геодезических работ, обязательным условием построения которой является наличие избыточных измерений, обеспечивающих не только контроль работ, но и возможность количественной оценки их качества и надежности.
Поэтому ту часть геодезии, которая занимается рассмотрением комплекса научных, организационных, технических, нормативных и методических вопросов, необходимых для обеспечения требуемой точности измерений, логично обозначить понятием «геодезическая метрология». Важнейшими составными элементами этого понятия являются: геодезические измерения, метод геодезических измерений, средство геодезических измерений, погрешность геодезических измерений, точность геодезических измерений («неопределенность результатов измерений»).
Термин геодезическая метрология никоим образом не подменяет обобщенное понятие геодезические измерения, которое определяется как совокупность измерений, проводимых для получения количественной информации о взаимном положении объектов материального мира в процессе выполнения топографо-геодезических работ. По аналогии с общепринятой терминологией, отметим далее, что подметодом геодезических измерений понимается совокупность приемов использования технологических принципов и технических средств измерений. В свою очередь, средство геодезических измерений — это техническое средство (инструмент, прибор, мера, установка, система), предназначенное для выполнения измерений в геодезическом пространстве.
Следует указать, что в качестве геодезических величин выступают физические величины, значения которых определяют в результате производства геодезических измерений, а именно: длина линии (стороны), горизонтальный угол, вертикальный угол (зенитное расстояние), угол наклона, азимут, превышение, высота (отметка), координаты (приращения координат) пункта. При этом под результатом геодезических измерений понимается совокупность данных измерений, полученных после их завершения, последующей математической обработки и оформления в виде конечной или промежуточной продукции (информации).
Единообразие средств геодезических измерений заключается в том, чтобы их метрологические параметры (характеристики) соответствовали установленным нормам, регламентированным в нормативных документах. Это состояние обеспечивается через процедуры метрологического контроля. Таким образом, можно заключить, что содержание понятия «геодезическая метрология» базируется на системе взаимоувязанных требований, суть которых проистекает из необходимости обеспечения точности и достоверности результатов геодезических измерений.
Последние два десятилетия характеризуются стремительным использованием в конструкциях геодезических средств измерений (СИ) цифровых информационно-измерительных систем, средств фотоэлектрии, микропроцессов и т.п. Это открыло широкие возможности созданию и бурному внедрению высокопроизводительных, с высоким уровнем автоматизации и роботизации, геодезических инструментов и систем. В связи с этим революционно изменяется технология производства геодезических работ при решении разнообразных технических задач для изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений.
Если в 1989 г. известный конструктор геодезических средств измерений А.И. Захаров писал об «агрегате, состоящем из теодолита и светодальномерной насадки..., электронным тахеометрам еще только предстоит найти своё место в технической цепи топографо-геодезических работ», то в 2013 г. без электронных тахеометров трудно представить любые виды геодезических измерений при изысканиях, проектировании и строительстве инженерно-технических сооружений, в кадастрах земель и недвижимости, при геодинамических наблюдениях за деформациями и осадками геотехнических систем. В настоящее время уже широко внедряются сверхбыстродействующие лазерные сканеры и лазерные трекеры, являющиеся результатом коренной модернизации роботизированных электронных тахеометров. В свою очередь, даже эти высокоточные инструменты и системы уже сами усовершенствуются и модернизируются в новые, более совершенные геодезические СИ.
Исходя из вышеприведенной объективной формулировки данной области знаний представляется необходимым введение в «Классификатор РНФ» раздела: «Геодезия и картографические науки», по крайней мере, со следующими направлениями НИР:
- Формирование структуры геопространственных данных.
- Уточнение формы и параметров Земли.
- Гравитационное поле Земли и её моделирование.
- Системы координат и их взаимосвязь.
- Геодезический мониторинг движений земной коры и предвестники землетрясений.
- Геодинамические системы сейсмоопасных регионов.
- Развитие спутниковых и навигационных систем.
- Автоматизация крупномасштабных топографических съемок.
- Обновление топографических карт и планов.
- Развитие референцных спутников их геодезических сетей регионов.
- Спутниковое нивелирование и координатное позиционирование.
Результаты этих и других актуальных направлений НИР и ОКР окажут положительное влияние на развитие экономики Российской Федерации.
Член-корр. РАН В.П. Савиных, профессор
Доктор техн. наук Х.К. Ямбаев