o geodezji

OGÓLNIE

Geodezja zajmuje się określaniem kształtu i wielkości globu ziemskiego oraz wyznaczaniem położenia i wysokości punktów na powierzchni ziemi. Wyniki prac geodezyjnych przedstawia się najczęściej w postaci map, na których, w zależności od przyjętej skali, umieszcza się szczegóły sytuacyjne i wysokościowe terenu.

Mapy i plany, czyli mapy wielkoskalowe są najbardziej znanym i widocznym efektem prac geodezyjnych. Odpowiednio opracowane stanowią materiał wysokościowy do wszelkiego rodzaju prac inwestycyjnych w dziedzinie inżynierii miejskiej, komunikacji, budownictwa przemysłowego, mieszkaniowego, górnictwa, jak też właściwego gospodarowania terenami wiejskimi, w szczególności w zakresie melioracji i racjonalnej uprawy.

Wiele inwestycji wymaga bezwzględnego udziału geodetów w trakcie ich realizacji, jak i podczas ich przygotowania, np. przy budowie obiektów przemysłowych, tras komunikacyjnych, linii kolejowych, tuneli, mostów, regulacji rzek.

Po zakończeniu inwestycji prace pomiarowo - geodezyjne są w dalszym ciągu niezbędne. Wykorzystuje się je do geodezyjnej inwentaryzacji tych inwestycji, a niekiedy przy nadzorze podczas ich eksploatacji.

Projekt wykonania melioracji wodnych czy budowli wodnych może być wykonany tylko na podstawie dobrych map sytuacyjno - wysokościowych. Jego realizacja, czyli wyniesienie w teren musi opierać się na sieci odpowiednich punktów geodezyjnych, umieszczonych w terenie. Niektóre budowle inżynierskie, np. większe zapory, muszą być poddawane stałej kontroli geodezyjnej, mogącej ujawnić ewentualne odkształcenia, których niezauważenie w odpowiednim czasie może być przyczyną katastrofy.

Metody pomiarów geodezyjnych i ich matematyczne opracowania gwarantują dużą dokładność wyników i nadają się do stosowania w różnych warunkach i do różnych obiektów. Zakres zagadnień i zadań dotyczących geodezji jest tak obszerny, że nazwa tej dyscypliny właściwie nie odpowiada już zawartej w niej treści.

Podane tu wycinkowe przykłady zastosowań pomiarów i map pozwalają na zorientowanie się, jak ważna jest rola geodezji we współczesnym życiu gospodarczym. Stwarza to konieczność zdobywania odpowiednich umiejętności w zakresie geodezji przez wszystkich inżynierów i techników wiążących swą działalność z terenem, w celu jego przeobrażenia i właściwego wykorzystania.

ZARYS HISTORYCZNY

Geodezja jest jedną z najstarszych dyscyplin naukowych na świecie. O początkach geodezji dowiadujemy się z opisów i rysunków umieszczonych na ścianach jaskiń, naczyniach glinianych, kościołach itp. odkrytych przy archeologicznych pracach wykopaliskowych na terenach Chin, Indii, Babilonu, Egiptu i innych państw.

Słowo geodezja pochodzi ze starożytności, języka greckiego i oznacza dzielenie Ziemi. Terminem tym określano nie tylko pomiar i podział obszarów Ziemi, ale również badanie kształtu i wielkości globu ziemskiego.

Pierwszym znanym opisem prac pomiarowych jest papirus Achmesa z ok. XX wieku p.n.e. Egipcjanie prowadzili rozległe pomiary związane z nawadnianiem pól wodami Nilu oraz związane z szeroko rozwiniętym budownictwem. Piramidy są świadectwem nie tylko potężnych prac architektoniczno - budowlanych, ale również geodezyjnych. Starożytni Chińczycy już w XVII wieku p.n.e. znali właściwości magnetyczne magnetytu i posługiwali się przyrządami bardzo podobnymi do współczesnego kompasu.

Kształt i wielkość Ziemi były zagadką którą ludzkość starała się rozwiązać w starożytności. W III wieku p.n.e. nastąpił tak znaczny rozwój wiedzy w Grecji i Egipcie, iż przyjęto tam, że Ziemia ma kształt kuli. Uczony grecki Arystach z Samos, na wiele wieków przed Kopernikiem twierdził, że Ziemi jest kulą, że obraca się wokół swojej osi i równocześnie krąży dookoła Słońca. Z dociekań tego uczonego wynikało, że w porównaniu z rozmiarami kuli ziemskiej, odległość Ziemi od słońca jest bardzo wielka. Opierając się na tym założeniu inny Grek - Eratostenes, wysunął wniosek, że promienie słoneczne padające w danym momencie na Ziemię w różnych miejscach, można uznać za równoległe. Pozwoliło mu to na wykonanie pierwszego znanego pomiaru obwodu i promienia Ziemi.

Eratostenes wiedział, że w mieście Syene, położonym na południe od Aleksandrii, Słońce w najdłuższym dniu w roku odbija się w południe w głębokiej studni, czyli znajduje się wówczas w zenicie i świeci pionowo do powierzchni Ziemi. Eratostenes przyjął, że Aleksandria i Syene leżą na tym samym południku. W południe, kiedy słońce w Syene znajdowało się w zenicie, zmierzył w Aleksandrii kąt między kierunkiem pionu i Słońca za pomocą cienia pionowo wbitej tyczki. Stosując twierdzenie o dwóch równoległych przeciętych trzecią prostą można zmierzyć kąt (alfa) nie w punkcie 0 - środku Ziemi, lecz na powierzchni w punkcie A. Jako wielkość kąta (alfa) otrzymał Eratostenes 1/50 obwodu koła, czyli 70. Odległość między Aleksandrią a Syene oceniana była wówczas na 5000 stadionów, łatwo więc było obliczyć, że obwód Ziemi wynosi 5000.50=250 000 stadionów, a promień Ziemi - R=397 000 stadionów. Stadion jako jednostka długości w starożytnym Egipcie nie jest nam dokładnie znana. Długość tę ocenia się dziś na 180 m, a więc według pomiaru Erestotenesa, ćwiartka południka wynosiłaby 11 250 000 m. Wielkość ta według współczesnych pomiarów wynosi 10 001 868 m.

W starożytnym Rzymie prace geodezyjne wykonywano przy budowie dróg i akweduktów. Zajmowali się tym agrimensori, których można uznać za prekursorów współczesnych geodetów. W okresie wczesnego średniowiecza najlepszymi geodetami byli Arabowie. Rozwinęli oni pomiary hydrograficzne, prowadzili obserwacje astronomiczno - geodezyjne i pierwsi zastosowali astrolabię. Około 1450 roku posługiwali się kompasem.

Rozwój geodezji w Europie był wynikiem wzrastających potrzeb gospodarczych. Wkońcu XVI nastąpił wieku Pedro Nunez wynalazł noniusz, co pozwoliło zwiększyć dokładność pomiaru kątów. Wtym czasie Praetorius zbudował stolik mierniczy - przyrząd ułatwiający sporządzanie map. W XVII wieku wynaleziona została luneta astronomiczna, co dało początek rozlicznym konstrukcjom narzędzi geodezyjnych. Snelius jako pierwszy zastosował triangulację w postaci łańcucha trójkątów.

W wieku XVIII nastąpił postęp w budowie instrumentów do pomiaru kątów. Skonstruowano teodolit zaopatrzony w w lunetę i libellę. Ogromne zasługi w rozwoju teoretycznych dziedzin geodezji - rachunku wyrównania i kartografii matematycznej ma wielki matematyk niemiecki Gauss, żyjący w latach 1777 - 1855.

W wieku XIX i XX wszechstronny rozwój nauki i techniki przyczynił się do dalszego postępu w geodezji. Powstają nowe dziedziny, jak fotogrametria i teledetekcja. Współczesny rozwój geodezji, dzięki możliwości stosowania komputerów i aparatury elektronicznej, skierowany jest na automatyzację zarówno czynności pomiarowych i obliczeniowych, jak i procesu graficznego opracowania wyników.

GEODEZJA W POLSCE

W dawnej Polsce pierwsze prace goedezyjne wykonywali cudzoziemcy. Kształceniem w dziedzinie geodezji zaczęto zajmować się w Akademii Krakowskiej w XV wieku, o czym świadczy napisana po łacinie przez Marcina zurawicy, profesora Akademii, księga Geometia Regis wydana w 1450 r. w Krakowie.

Pierwszą książką geodezyjną w języku polskim jest Geometia to jest Miernicka Nauka po Polsku krótko napisana z Greckich i Łacińskich ksiąg, autorstwa Stanisława Grzepskiego, profesora Akademii, wydana w 1566 roku. Książka ta jest nie tylko pierwszym polskim podręcznikiem geodezji, ale ponadto pierwszą napisaną po polsku książką techniczną. W 1573 r. wydano książkę Olbrychta Strumieńskiego O sprawie, sypaniu, wymierzaniu i rybieniu stawów, także o przekopach, o ważeniu i prowadzeniu wody, która jest pierwszym podręcznikiem melioracyjno - geodezyjnym. Książka ta swoim poziomem zaliczała się do czołówki ówczesnego piśmiennictwa europejskiego.

W 1631 r. powołano w Akademi Krakowskej pierwszą polską katedrę geodezji pod nazwą Katedra Geometrii Praktycznej. Twórcą tej katedry był Jan Brożek, profesor i rektor Akademii, zajmujący się tylko geodezją, ale również matematyką i astronomią. Na określenie geodezji używano w Polsce różnych nazw, np. ziemiomiernictwo, geometria praktyczna lub miernictwo. Wykonawców prac geodezyjnych nazywano mierniczymi albo geometrami.

Wykłady geodezji wprowadzono w 1826 r., na pierwszej wyższej uczelni technicznej, a mianowicie w Warszawskim Instytucie Politechnicznym, przekształconym w 1830 r. na Politechnikę. Obecnie studia geodezyjne na poziomie akademickim prowadzone są w Warszawie, Krakowie, Wrocławiu i Olsztnie. Przedmiot geodezja i fotogrametria znajduje się w programie wielu wydziałów uczelni technicznych i rolniczych, zajmujących się zagospodarowywaniem terenów.

Geodeci polscy posiadają wiele orginalnych osiągnięć na miarę światową. Szczególnie wyróżniają się w zakresie stosowania metod budowy krajowych sieci triangulacyjnych oraz obliczeń geodezyjnych.

PODZIAŁ GEODEZJI

Podział geodezji zależy od różnych kryteriów. Zasadniczy jednak jest podział na geodezję wyższą i niższą zwaną również geodezją na płaszczyźnie, miernictwem lub po prostu geodezją.

Geodezja wyższa zajmuje się wykonywaniem pomiarów na wielkich obszarach, z uwzględnieniem wpływu kształtu globu ziemskiego przy opracowaniu wyników pomiarów. Ze względu na nieregularną budowę skorupy ziemskiej wyniki tych pomiarów należy rozpatrywać w odniesieniu do pewnej powierzchni zastępczej, zbliżonej do pod względem kształtu do rzeczywistej powierzchni bryły ziemskiej.

Geodezja niższa zajmuje się pomiarami na małych powierzchniach, które można przyjąć jako płaskie. Wyniki tych pomiarów rozpatruje się w odniesieniu do płaszczyzny poziomej, umożliwiające otrzymanie map terenu przy płaskim układzie współrzędnych. Wynikiem map są najczęściej mapy w dużych skalach. Jako obszar, na którym można nie uwzględniać wpływu zakrzywienia ziemi, przyjmuje się powierzchnię zbliżoną do koła o promieniu nie większym niż 15,6 km i polu nie większym niż 750 km.

Poza powyższym podziałem istnieją następujące główne działy geodezji:

astronomia geodezyjna - określa położenie punktów i kierunków na ziemi, na podstawie obserwacji ciał niebieskich;
fotogrametria - zajmuje się wykonywaniem pomiarów i opracowaniem map na podstawie zdjęć fotograficznych wykonywanych z ziemi lub samolotów; częścią fotogrametrii są teledetekcja i fotointerpretacja, zajmuje się stosowaniem różnych technik do wykonywania zdjęć i zbierania informacji o terenie oraz ich dalszym opracowaniem;
geodezja gospodarcza - zajmuje się zastosowaniem metod geodezyjnych w różnych dziedzinach gospodarki narodowej; obejmuje geodezję inżynieryjno - przemysłową, górniczą, pomiary geodezyjne przy pracach urządzeniowo - rolnych, leśnych itp.;
geodezja satelitarna - bada tory sztucznych satelitów Ziemi; badania te są pomocne do określania kształtu bryły ziemskiej;
grawimetria - zajmuje się zagadnieniami wyznaczania kształtu bryły ziemskiej z pomiarów przyspieszenia siły ciężkości;
kartografia - zajmuje się zagadnieniami związanymi z odwzorowaniem niepłaskiej powierzchni ziemi na płaszczyznie oraz techniką sporządzania i reprodukcji map w różnych skalach i o różnej treści;
rachunek wyrównania - zajmuje się rachunkowym opracowaniem wyników pomiarów przy równoczesnym ich wyrównaniu, wynikłym z nieuniknionych drobnych błędów pomiarów, oraz oceną dokładności pomiarów i powstałych na ich podstawie opracowań;
topografia - zajmuje się pomiarami sytuacyjno - wysokościowymi na dużych obszarach i w związku z tym opiera się częściowo na założeniach geodezji wyższej; do zadań topografii należy przede wszystkim sporządzenie map szczegółowych, w skalach średnich, dla wojska i administracji.

Ponadto istnieje wiele innych podziałów w geodezji. Ze względu na rodzaj pomiarów geodezyjnych rozróżniamy pomiary sytuacyjne i wysokościowe, ze względu na cel - miejskie, komunikacyjne, hydrograficzne, pomiary osnów, topograficzne, rolno - leśne, górnicze, inwentaryzacyjne itp. Natomiast ze względu na stosowanie metody można wymienić np. pomiary triangulacyjne, poligonowe, niwelacyjne, tachimetryczne. Istnieje także podział ze względu na główne narzędzie używane przy pomiarach, np. busolowe, stolikowe, teodolitowe.

Przedstawionego powyżej podziału nie należy przyjmować jako sztywnego schematu. Poszczególne działy wzajemnie się zazębiają i przenikają tworząc jedną wielką gałąz wiedzy zwaną ogólnie geodezją.