Теория и техника обработки измерений

Высотные определения. Нивелирование

Изображение рельефа на картах

Рельеф, как пространственный элемент местности, очень сложно изображать на плоскости, на картах его изображали буквами D (слабый) и F (сильный). Поэтому в 17в. стали отрабатываться способы графической передачи рельефа. Сначала Швейцарец Ганс Конрад Гигер (1599-1674) перешел от дискретного способа изображения отдельных цепей холмов и гор к непрерывному. Он изображал горы при помощи отмывки их тени. Затем стали изображать рельеф с помощью штрихов. Этот метод сформировался в 18в., а широкому его распространению способствовала разработанная Леманом в 1799г. шкала штрихов с соответствующей теорией. Наконец, постепенно стал внедряться метрически точный метод изображения рельефа - горизонталями. (Горизонталь – линия соединяющая точки с равными высотами). Вначале, в 18в.,этот метод использовался для характеристики рельефа морского дна с помощью изобат – линий равных глубин. Дюпен Триль методу горизонталей посвятил специальную работу «Новый метод нивелирования» (1802). Английский картограф Дж. Бартоломью в конце 19в. разработал метод гипсометрической послойной окраски рельефа на мелкомасштабных картах, называемых гипсометрическими.

Развитию топографии способствовали труды Аарона Рэтборна (1572-1618),топографа и гравера (4тома), Уильяма Лейбурна (1626-1716) «Все для топографа: содержащая полное искусство съемки земель» (1653). Эта книга выдержала 4 издания в17в. и в переработанном виде издавалась в 18в.

Методы нивелирования до 18в. оставались прежними, хотя еще в 17в. были изобретены цилиндрический уровень и барометр. С 18в. получил довольно широкое распространение метод барометрическог о нивелирования (основан на зависимости атмосферного давления от высоты над уровнем моря). В первой половине 19в. во всех европейских странах, включая и Россию, получил распространение метод тригонометрического нивелирования (геодезического). Во второй половине 19в. в развитых европейских странах стали применять геометрическое нивелирование и притом высокой точности. Была отработана технология и методика нивелирования из середины. Проводились также большие исследования по установлению зависимости точности нивелирования от различных факторов, в т.ч. от рефракции.

До 18в. не было какой-либо теории и научно обоснованных правил обработки измерений, критериев точности и оценки точности. Геодезистов просто обязывали выполнять измерения «совершенно точно» с помощью инструкций или присяги.

Благодаря открытому методу наименьших квадратов (МНК) были найдены для геодезических измерений законы распределения ошибок измерений, методы и формулы оценки точности, предельно допустимых ошибок, критерии точности мн. др.

В геодезии, как и в любой измерительной науке, например в астрономии, со временем возрастало значение средства обработки измерений. В 16в. эффективные вычислительные средства отсутствовали, использовались модификации вавилонского абака – в России счеты, в Китае - суанпан, в Японии – сарабан. Письменный счет оставался искусством, доступным для немногих. Развитие и расширение астрономических, геодезических и др. измерений сдерживалось по причине сложности и трудности вычислений. Гениальное изобретение Непером логарифмов (1614) существенно облегчило труд астрономов и геодезистов в обработке измерений. Все методы, алгоритмы, формулы, а также учебная и научная литература были приспособлены к логарифмическим вычислениям.

Трудность и сложность вычислений и их большая значимость явились стимулом для изобретения механической вычислительной машины. Первая машина, позволявшая выполнять четыре арифметических действия, имела механизированной только суммирующую часть, остальные операции представляли собой подвижные таблицы. Изготовленные 2 образца погибли при пожаре. В 1641г. Б.Паскаль (1623-1662) сконструировал суммирующуюмашину, было построено 50 штук.

Первую счетную машину с механизацией всех четырех арифметических действий сконструировал и построил выдающийся математик Г. Лейбниц (1646-1716) в начале 70-х годов 17в. Но пригодную к практике вычислительную машину по идее Лейбница сконструировал Карло Томас да Кольмар (из Зльзаса), назвавший ее арифмометром. С некоторыми модификациями арифмометры широко использовались до последней четверти 20 столетия.

Таким образом, в течение 17-18вв. в геодезии были революционизированы ее теоретические и практические основы: появились новые приборы и инструменты для угловых и линейных измерений, для нивелирования и съемки; сформировались новые методы выполнения измерений, в основном косвенных, теория и методы обработки измерений.

В 19в. происходили, в основном, эволюционные изменения – модификации, усовершенствования. Следовательно, в 17-19вв. в геодезии подверглось фундаментальному изменению все – инструменты, методы, определения, наименования, понятия, сформировались новые теории.

Дата добавления: 2014-12-27