История развития геодезии

Размещено на http://www.allbest.ru/

История развития геодезии

Геодезия -- одна из древнейших наук. Она возникла и развивалась исходя из практических запросов человека. Не ставя целью изложить многовековую историю развития геодезической науки и практики, укажем только отдельные факты.

Геодезические измерения для разделения поверхности Земли на участки производились в Египте, Китае и других странах за много столетий до нашей эры. Так, например, в долине реки Нила существовали оросительные системы и каналы, строительство которых требовало выполнения геодезических работ.

Уже в III веке до и. э. был определен радиус Земли, которая тогда принималась за шар.

Мы не располагаем достаточно полными данным» о развитии геодезии в первом тысячелетии нашей эры. Известное нам развитие геодезических работ началось в середине текущего тысячелетия -- в период оживление торговых связей, расширения мореплавания, возникновения потребностей в картах и планах. Развитию и совершенствованию методов геодезических работ способствовали научные достижения в области математики, физики, инструментальной техники. Укажем, например, что изобретение Галилеем зрительной трубы 1608 г.) позволило резко расширить и повысить точность геодезических измерений. Открытие Ньютоном закона всемирного тяготения привело к выводу, что Земля хотя и имеет шарообразный вид, но сплюснута вдоль оси вращения и приближается к фигуре, называемой эллипсоидом вращения, или сфероидом. Результаты геодезических работ явились экспериментальным подтверждением этого великого открытия Ньютона.

Первые указания на выполнение геодезических измерений в России относятся к XI в., когда между Керчью и Таманью по льду была измерена ширина Керченского пролива.

Работы по составлению карт получили большое развитие при Петре I (1672--1725 гг.). После Отечественной войны 1812 г., выявившей плохое обеспечение России картами, последовала организация топографических съемок, которые предназначались в первую очередь для военных целей. Эти съемки выполнялись главным образом Корпусом военных топографов, созданным в начале XIX в. Большой размах, плановость и научную обоснованность геодезические и топографические работы получили после Великой

Российские геодезисты под руководством Ф. Н. Красовского получены новые параметры фигуры Земли. Создана отечественная школа аэрофотосъемки и фотограмметрии. Как самостоятельная ветвь геодезической науки и техники определилась инженерная геодезия. Ученым М. С. Молоденским разработана новая теория изучения фигуры Земли и ее внешнего гравитационного поля, поставившая советскую геодезию в области теории решения ее основной научной проблемы на первое место в мире.

Произведенный впервые запуск искусственного спутника Земли открыл новую эру в развитии геодезии как науки; использование результатов наблюдений ИСЗ позволило поставить геодезию на еще более высокий уровень в решении ее научных и практических задач.

Главными производственными задачами геодезии являются:

1) выполнение высокоточных работ по созданию геодезической сети на территории всей страны и топографических съемок для составления карт территории государства; результаты этих работ используются многими министерствами; их последовательность и точность определяются потребностью развития отраслей народного хозяйства и обороны страны;

2)создание и издание различного рода карт, планов и атласов;

3) регулирование, координация геодезических и топографических работ, выполняемых различными учреждениями и организациями.

Исследования, поверки и юстировка теодолитов

Поверки и юстировки теодолитов производят для выявления и устранения ошибок, вызванных отступлением от геометрических и оптико-механических требований, заложенных в конструкцию прибора.

1. Ход подъемных винтов должен быть плавным, размеренным, без качки и заеданий.

Регулируют ход винта, вращая при помощи шпильки регулировочную гайку в ту или другую сторону до тех пор, пока не будет достигнут равномерный ход винтов.

2. Азимутальная устойчивость штатива и треножника должна быть обеспечена при вращении алидады горизонтального круга.

Закрепляют теодолит на штативе, приводят вертикальную ось вращения прибора в отвесное положение, наводят сетку нитей зрительной трубы на какой-нибудь резко выделяемый предмет. При приложении слабых вращательных усилий к головке штатива сетка нитей зрительной трубы не должна отклоняться от предмета. В противном случае следует туже затянуть винты шарнира (барашки) ножек штатива.

Добившись устойчивости штатива, аналогично проверяют устойчивость треножника теодолита, при обнаружении отклонения сетки от изображения предмета следует подтянуть гайки, регулирующие ход подъемных винтов треножника.

3. Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна к вертикальной оси вращения теодолита.

Устанавливают поверяемый уровень параллельно линии, соединяющей два подъемных винта треножника и, вращая их в противоположных направлениях, приводят пузырек уровня в нуль-пункт. Затем устанавливают уровень по направлению третьего подъемного винта и вновь приводят пузырек в нуль-пункт, чтобы привести ось вращения теодолита примерно в вертикальное положение. Берут отсчет по горизонтальному кругу и поворачивают алидаду горизонтального круга точно на 180°,точность установки проверяют по отсчетам по горизонтальному кругу. Если пузырек уровня отклонится от нуль-пункта, то его перемещают на половину дуги отклонения исправительным (юстировочным) винтом уровня, а на вторую половину -- подъемным винтом треножника, по направлению которого он стоит.

Поверку и исправление следует выполнять до тех пор, пока после поворота алидады на 180° пузырек цилиндрического уровня будет либо оставаться в нуль-пункте, либо отклоняться от него не более чем 0,5 деления.

Поверка оси цилиндрического уровня по алидаде горизонтального может быть выполнена по способу Г. Ф. Лысова. Для этого теодолит устанавливают так, чтобы плоскость лимба была наклонена к горизонту не более чем на 2°, затем вращают алидаду с уровнем до тех пор, пока пузырек не станет в нуль-пункт, и берут отсчет по горизонтальному кругу, например 36°18'. Продолжают вращать алидаду до второго захода пузырька уровня в нуль-пункт и делают второй отсчет, например 218°02.', После этого устанавливают алидаду на средний отсчет ± 90°. В нашем примере 37°10'.

4. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения теодолита.

Устанавливают при помощи исправленного цилиндрического уровня на алидаде горизонтального круга ось вращения теодолита в отвесное положение. Затем пузырек круглого уровня устанавливают в нуль-пункт при помощи трех винтов, крепящих оправу круглого уровня.

5. Визирная ось зрительной трубы теодолита должна быть перпендикулярна к оси ее вращения.

Приводят ось вращения теодолита в отвесное положение и наводят центральную точку пересечения сетки нитей зрительной трубы на удаленный, хорошо видный предмет. Затем берут отсчет по горизонтальному кругу (например, при круге право П^, переводят зрительную трубу через зенит и вновь наводят пересечение нитей сетки на тот же предмет, делают отсчет по горизонтальному кругу (при круге лево Л^ и вычисляют их разность: Пх--JIX. Полученная разность отсчетов Лх--П, может содержать ошибку, вызванную не только влиянием несоблюдения поверяемого условия, т. е. коллимационной ошибки С, но и эксцентриситетом алидады, величина которого в отдельных экземплярах теодолитов может достигать + Г. С целью исключения влияния эксцентриситета горизонтального круга в теодолитах с односторонним отсчитыванием берут отсчет по горизонтальному кругу, например Л2. Открепляют винт треножника, повертывают теодолит в треножнике на 180°, приводят вертикальную ось вращения теодолита в отвесное положение. Вновь наводят на тот же предмет, берут отсчет П2 и вычисляют разность Л2--П2.

Для исправления следует установить по горизонтальному кругу отсчет Л--С или П + С. Затем отвернуть колпачок, закрывающий винты и винты сетки нитей, и шпилькой при слегка отпущенных вертикальных исправительных винтах сетки переместить оправу боковыми исправительными винтами до совмещения пересечения центра сетки нитей с изображением наблюдаемого предмета. Устранение коллимационной ошибки достигается в несколько приемов.

6. Вертикальная нить сетки (или биссектор) должна быть перпендикулярна к оси вращения трубы (лежать в коллимационной плоскости трубы).

Закрепляют теодолит на штативе и тщательно приводят по выверенному цилиндрическому уровню на алидаде горизонтального круга его вертикальную ось в отвесное положение. Выбирают отчетливо видимую точку k (например, на стене), вращая алидаду горизонтального круга наводящим винтом, смотрят, не сходит ли изображение точки k со средней горизонтальной нити сетки. Если изображение точки k будет отходить от горизонтальной нити сетки более чем на три толщины штриха для теодолитов Т5,$2Т5, Т5К, 2Т5К и на треть биссектора для теодолита ;Т 15 (если убудет двигаться в середине между штрихами биссектора), то сетка установлена правильно. В противном случае следует отвернуть колпачок, закрывающий исправительные винты сетки, слегка отпустить винты, скрепляющие окулярную часть с корпусом трубы, и повернуть окулярную часть так, чтобы при вращении алидады горизонтального круга изображение точки k не сходило с горизонтальной нити сетки. После установки сетки нитей закрыть винты и навернуть колпачок.

7. Ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна к вертикальной оси вращения теодолита.

Приводят основную ось вращения теодолита в отвесное положение и, закрепив лимб, наводят центр пересечения сетки нитей на точку k (например, на стене), расположенную в 20--30 м от теодолита под углом 30--50° к горизонту, закрепляют алидаду. После этого опускают зрительную трубу теодолита примерно до горизонтального ее положения и отмечают на стене проекцию центральной точки пересечения сетки нитей ax. Поворачивают алидаду на 180°, переводят трубу через зенит и вновь наводят пересечение центральной точки нитей на ту же точку k, затем опускают трубу до того же положения, как и в первом случае, и отмечают на стене проекцию точки пересечения сетки нитей а2. Если отмеченные на стене точки ах и а., не выходят за пределы биссектора нитей, то такой наклон оси вращения трубы теодолита допустим. Устранение несоблюдения поверяемого условия производится только в мастерской.

8. Место нуля вертикального круга должно быть близким к нулю.

Устанавливают в рабочее положение теодолит. Пересечением центральной точки сетки нитей зрительной трубы теодолита наводят на какую-нибудь хорошо видимую, удаленную на 150--200 м точку k и приводят пузырек уровня на алидаде вертикального круга в нуль-пункт в теодолитах Т15, Т5 и 2Т5. В теодолитах Т15К, Т5 и Т5К нет уровня при вертикальном круге, его роль выполняет самоустанавливающая система оптического компенсатора. Берут отсчет по вертикальному кругу. Переводят трубу через зенит и вновь наводят пересечение сетки нитей на центральную точку ту же точку k и перед отсчетом по вертикальному кругу пузырек уровня при алидаде вертикального круга приводят в нуль-пункт.

Место нуля (МО) вычисляют по формулам: для теодолитов Т15, Т5 и Т5К

где П -- отсчет по вертикальному кругу при круге право; J1 -- отсчет по вертикальному кругу при круге лево;

для теодолитов Т15К, 2Т5 и 2Т5К, шкалы микроскопов вертикальных кругов которых имеют двойную оцифровку

Если МО отличается от нуля более чем на двойную точность оптического микрометра, его исправляют следующим образом.

В теодолитах Т15, Т5, 2Т5 устанавливают пузырек уровня при вертикальном круге в нуль-пункт и производят отсчет по вертикальному кругу. Затем наводящим винтом уровня уменьшают отсчет П--МО или МО --Л + 180° на величину места нуля (в случае необходимости прибавляют 360°) и ставят индекс отсчетного устройства на этот отсчет на вертикальном круге, а юстировочными винтами уровня вертикального круга приводят пузырек в нуль-пункт и снова повторяют поверку. Так повторяют поверку до тех пор, пока МО будет равно или близким 0°.

В теодолитах Т5К, 2Т5К приведение МО к 0° или близким к нему производится только в мастерской.

9. Одно деление горизонтального или вертикального круга должно быть равно длине шкалы отсчетного микроскопа.

Совмещают любой штрих горизонтального или вертикального круга с нулевым штрихом шкалы микроскопа. Отсчет снимают по следующему штриху круга. Разность между отсчитанным и номинальным его значением называют р е и о м. Величину рена определяют не менее чем по 12 совмещениям на разных участках каждого круга.

Для исправления рена микроскопа горизонтального круга теодолита необходимо предварительно снять боковую крышку подсветки и слегка ослабить винты нижнего блока. А затем, перемещая эти винты, а вместе с ними и оправу с линзами, вдоль оси, изменить увеличение микроскопа, т. е. добиться совмещения штрихов горизонтального круга со штрихами шкалы микроскопа. Исправление начинают с перемещения верхней линзы, при этом нарушится резкость изображения и появится параллакс. Затем, перемещая нижнюю линзу, устанавливают резкость изображения штрихов без заметного на глаз параллакса. По окончании установки следует закрепить винты и снова проверить рен.

Исправление рена вертикального круга производится аналогично изложенному для горизонтального круга путем перемещения линз объектива, закрепленных винтами верхнего блока.

10. Компенсатор теодолита должен обеспечивать неизменный отсчет по вертикальному кругу при наклоне вертикальной оси прибора в пределах, указанных в его паспорте.

Для поверки этого условия выбирают какую-либо визирную цель и устанавливают теодолит на штативе так, чтобы один из подъемных винтов треножника был расположен в направлении визирной цели. Приводят пузырек уровня при алидаде горизонтального круга в нуль-пункт и производят отсчет по вертикальному кругу при круге право П или круге лево Л. Затем наклоняют теодолит подъемным винтом треножника в направлении визирной цели на угол, ограничивающий диапазон действия компенсатора (определяя величину наклона по числу делений уровня), проверяют правильность установки теодолита по двум другим подъемным винтам, для этого наводят зрительную трубу на ту же цель и производят отсчет по вертикальному кругу. То же самое выполняют при наклоне теодолита на такой же угол в другую сторону, т. е. в сторону наблюдателя.

Отсчеты по вертикальному кругу, полученные при наклонах теодолита в двух противоположных направлениях (при положении пузырька цилиндрического уровня в нуль-пункте), должны находиться в пределах точности отсчета по этому кругу. Кроме того, следует убедиться, что наклон теодолита в боковых направлениях не влияет на точность измерения вертикальных углов. Для этого наклоняют теодолит на такой же угол вправо и влево от наблюдателя, наводят зрительную трубу на ту же цель и производят отсчеты по вертикальному кругу. Полученные отсчеты также должны находиться в пределах Точности отсчитывания по кругу.

11. Визирная ось оптического центрира, размещенного в алидадной части теодолита, должна совпадать с его вертикальной осью вращения.

Для выполнения этой поверки наблюдают за положением изображения точки местности относительно центра сетки нитей при вращении алидады вокруг вертикальной оси.

Если изображение точки местности уходит с центра сетки оптического центрира, тогда отвинчивают два винта и отсоединяют крышку оптического центрира от боковой крышки теодолита.

Освобождая слегка винты, скрепляющие окулярное колено оптического центрира, и перемещая его в плоскости боковой крышки, добиваются совмещения визирной оси оптического центрира с вертикальной осью вращения теодолита.

Снова наблюдают за положением изображения точки местности относительно центра сетки при вращении алидадой части. В этом случае изображение точки местности не должно перемещаться относительно центра сетки оптического центрира.

В теодолитах 2Т2, 2Т5К и 2Т5 оптические центриры юстируют только в мастерской.

Съёмка из космоса

Первая фотография Земли из космоса была получена 24 октября 1946. Запущенная в США с полигона White Sands автоматическая ракета V-2 вышла на суборбитальную траекторию с апогеем 105 км и сделала серию снимков Земли. Съемка производилась 35-мм кинокамерой на чёрно-белую киноплёнку.

Первая спутниковая фотография Земли была сделана 14 августа 1959 года американским спутником Explorer 6, а первые фотографии Луны -- советским спутником Луна-3 6 октября того же года (во время выполнения фотографирования обратной стороны Луны).

Ручную фото- и киносъемку Земли из космоса, впервые произвел советский космонавт Герман Титов (Восток-2, 6 августа 1961)

Широко известен фотоснимок полного диска планеты под названием Blue Marble, сделанный в декабре 1972 года с Апполона-17. В том же году США начало Landsat -- крупнейшую программу по получению космических снимков поверхности Земли (последний спутник этой программы был запущен в 2013 году). В 1977 году в рамках разведывательной программы KH-11 был сделан первый снимок, полученный в реальном времени. Все спутниковые изображения, сделанные и опубликованные НАСА, распространяются как общественное достояние и совершенно свободны. Другие страны также проводят программы по спутниковой фотосъёмке (в частности, европейские страны совместно работают над проектами ERS (European Remote-Sensing Satellite) и Envisat). Также существует ряд частных компаний, выполняющих коммерческие проекты спутниковой фотосъёмки.

В России для фотосъёмки использовались спутники серии Дон.

К началу XXI века результаты спутниковой фотосъёмки получили широкое распространение благодаря общедоступности и простоте работы с ними.

Спутниковые изображения находят применение во многих отраслях деятельности -- сельском хозяйстве, геологических и гидрологических исследованиях, лесоводстве, охране окружающей среды, планировке территорий, образовательных, разведывательных и военных целях. Такие изображения могут быть выполнены как в видимой части спектра, так и в ультрафиолетовой, инфракрасной и других частях диапазона. Также существуют различные карты рельефа, выполненные с помощью радарной съёмки.

Дешифрование и анализ спутниковых снимков в настоящее время все больше выполняется с помощью автоматизированных программных комплексов, таких как ERDAS Imagine или ENVI. В начале развития этой отрасли некоторые из видов улучшений изображений по заказу правительства США выполнялись фирмами-подрядчиками. Например, фирма ESL Incorporated разработала один из первых вариантов двухмерного преобразования Фурье для цифровой обработки изображений.

Разрешение спутниковых фотографий различно в зависимости от инструмента фотографирования и высоты орбиты спутника. Например, в ходе проекта Landsat была выполнена съёмка поверхности Земли с разрешением в 15 м, однако большинство из этих изображений до сих пор не обработаны.

Новые коммерческие спутники серии WorldView-1 фирмы DigitalGlobe имеют разрешающую способность в размере 50 см, то есть позволяют опознавать объекты на поверхности Земли размером менее полуметра. Спутник GeoEye-1 корпорации GeoEye имеет разрешение в надире в размере 41 см в панхроматическом диапазоне, но коммерческим потребителям до июня 2014 года были доступны снимки только с разрешением 50 см. В июне 2014 года министерство торговли США дало разрешение на продажу снимков с более высоким разрешением. В 2014 году GeoEye и DigitalGlobe планируют вывести на орбиту спутники третьего поколения GeoEye-2 и WorldView-3 с разрешением 25-30 см.

Спутниковая фотосъёмка часто дополняется аэрофотосъёмкой, которая позволяет получить более высокое разрешение, но имеет большую удельную стоимость (выражаемую в затратах денежных единиц на м?). Также спутниковая фотосъёмка может быть скомбинирована с уже готовыми векторными или растровыми изображениями в ГИС-системах (при условии что на снимках устранены искажения перспективы и они соответствующим образом выровнены и смасштабированы).

Поскольку площадь поверхности Земли весьма велика, и разрешение аппаратуры спутниковой фотосъёмки также достаточно значительно, то базы данных спутниковых фотографий получаются крайне объёмными (десятки и сотни терабайт), а обработка изображений (в целях создания пригодных для использования изображений из «сырой» графической информации) -- отнимает слишком много времени.

Кроме того, фотокамеры, установленные на спутниках, весьма чувствительны к погодным условиям, которые существенно влияют на качество снимков. Обычно крайне сложно получить изображения районов с высокой облачностью, например, вершин горных пиков.

Компании, запускающие коммерческие спутники, не переводят свои изображения в статус общественного достояния, а предлагают каждому лицензировать полученные от них изображения, поэтому возможность легального создания на их основе других продуктов сведена к минимуму.

Последняя проблема -- это сохранение тайны личной жизни тех, кто не хотел бы быть «увиденным сверху», а также сохранение государственной тайны.

Геометрические свойства аэроснимков.

Задача топографического дешифрирования аэроснимков заключается в раскрытии содержания объектов местности по их 31 фотографическому изображению, а также в правильном и точном изображении этих объектов условными знаками, соответствующими масштабу создаваемой карты. Требования к дешифрированию предъявляются топографическим содержанием будущей карты, поэтому результаты дешифрирования, вычерченные на аэрофотоматериале, должны точно соответствовать заданному масштабу. В производственных условиях имеется возможность заранее приводить аэроснимки к масштабу создаваемой карты, но поскольку на аэроснимке изображается больше объектов, чем на карте, и размеры фотографических изображений объектов не равны размерам со- ответствующих условных знаков на карте, исполнитель дешифрирования должен умело отобрать, обобщить, расположить и подписать именно те объекты, которые следует нанести на карту. Часть объектов местности, особенно при помощи стереоскопа, с той или иной степенью трудности безошибочно опознается на аэроснимке в лабораторных условиях. Другая часть объектов местности, необходимые данные для пояснительных надписей на карте и некоторые данные для составления топографического описания не могут быть отдешифрированы или получены без выхода в поле, а следовательно, процесс дешифрирования обязательно должен входить в общий комплекс полевых топографических работ. Основное содержание аэроснимков раскрывается по тем признакам, которые свойственны фотографическим изображениям различных объектов. Такими основными дешифровочными признаками являются: размеры и геометрическая форма изображений объектов, тон изображений, тени от них, а при стереоскопическом рассматривании -- их сравнительные высоты. Кроме этих прямых или непосредственных признаков при дешифрировании используются и косвенные признаки, вытекающие из взаимной связи и обусловленности объектов местности. Например, колодец опознается 32 по изображениям натоптанных к нему тропинок, изображение дороги, об- рывающейся в лесу, свидетельствует о том, что в этом месте есть покос или вырубка, должно подтверждаться соответствующей формой и тоном изобразившихся объектов. Часто дорога обрывается на одном берегу реки и продолжается на другом. Очевидно, в этом месте на реке есть брод (или какое-нибудь не вышедшее на аэроснимке средство переправы). По посте- пенному расширению на аэроснимке (в разных его частях) изображения реки делают вывод о наличии на местности плотины и о направлении течения реки. Подобных примеров косвенных признаков можно привести много. Остановимся кратко на характеристике некоторых дешифровочных признаков. Такие объекты, как постройки, опознаются прежде всего по правильным прямоугольным геометрическим формам, по светлым крышам и почти черным теням, а если они расположены в населенных пунктах, то легко опознаются по их характерному взаимному положению (кварталы). Жилые постройки от нежилых (сараев, скотных дворов, складов и пр.) отличаются размерами, длиной теней, расположением по границам кварта- лов, а также особыми деталями, которые могут быть замечены на снимках -крупных масштабов: крыльцо, терраска и даже дымовая труба на крыше, которая хорошо изображается и видна невооруженным глазом на аэроснимках масштаба 1:7 500 и крупнее. Если жилые постройки в большинстве случаев расположены вдоль улиц, то нежилые, как правило, находятся сзади жилых, или в глубине кварталов, а часто и совсем в стороне от само- го населенного пункта. Пункты триангуляции, находящиеся в открытом поле, опознаются по изображениям незапаханных вокруг знаков мест, имеющих вид темных пятен, а в лесу -- по небольшим вырубкам и, «роме того, в обоих случаях по изображению околки в виде квадратика, а иногда и по тени.

Для изображения лесов характерны зернистая структура пестрых тонов от светлых крон до черных теней и извилистые линии опушек, а травянистый покров -- луг изображается ровным темно-серым тоном. Поля чаще изображаются участками с прямолинейными, овальными на углах, правильными геометрически границами, иногда со следами сельскохозяйственных работ (борозды, копны, ометы и т. п.). Тон пашен обычно серый, но плотность его различна, что зависит от вида посеянной культуры или от характера обработки земли. Дороги изображаются светлыми линиями с плавными поворотами, а линии связи опознаются по изображению пятен от незапаханных мест около столбов или по просекам в лесу. Сооружения башенного типа, различного рода вышки, трубы, опоры высоковольтных электропередач и т. п. изображаются непосредственно в виде светлых или серых кружков, квадратиков и других правильных форм. Дешифрированию этих объектов помогают тени и многие косвенные при- знаки: территориальное положение, близость коммуникаций, расстояния между объектами, наличие других сооружений и пр. Обрывы, овраги, берега речек, промоины опознаются по своим резким очертаниям и по отбрасываемым теням. Воды изображаются самыми различными тонами от белого до черного, а береговая линия может быть скрыта кронами деревьев, нависших над водой. В этих случаях и особенно при дешифрировании элементов рельефа достоверные результаты получают только при помощи стереоскопа, использование которого и в других случаях облегчает задачу, так как позволяет видеть различные высоты строений, фабричных труб, деревьев и других объектов, а также просматривать неровности на земной поверхности. В последние годы на производстве, особенно в труднодоступных рай- онах, применяются так называемые «аэроснимки - эталоны» или ключи дешифрирования». Для изготовления таких ключей отбирают аэроснимки, 34 на которых изобразились трудночитаемые и наиболее характерные для данного района объекты. Отобранные аэроснимки дешифрируются в поле опытными исполнителями, размножаются и выдаются всем исполнителям.

Комплект полного ключа состоит из чистого отпечатка, отдешифрированного отпечатка (вычерченного) и пояснительной ведомости дешифровочных признаков топографических объектов, изобразившихся на данном отпечатке. Сравнение всех остальных аэроснимков участка съемки с ключевыми аэроснимками позволяет повысить достоверность и производительность камерального дешифрирования. Начиная с 1963 г. в производственных предприятиях ГУГК широко внедряется так называемое маршрутное дешифрирование. Этот метод успешно применяется в малообжитых географических районах: лесных, се- верной тундры, таежных, а также в среднеазиатских районах. Сущность маршрутного дешифрирования состоит в следующем. На аэроснимках или фотосхемах до выезда на полевые работы проектируют маршруты пред- стоящего полевого дешифрирования. В зависимости от характера местности, ее заселенности или закрытости рельефом, от количества и особенностей наиболее характерных для данного района топографических объектов ширина полосы дешифрирования и густота маршрутов могут быть различными. Однако во всех случаях густота маршрутов должна быть такой, что- бы в дальнейшем, в (процессе камерального дешифрирования междумаршрутных участков, получить результаты с полной достоверностью и без пропусков. Таким образом, этот метод предусматривает сочетание полевого и камерального дешифрирования. Маршрутное дешифрирование в малообжитых районах ведут главным образом при съемках масштаба 1:25 000 по аэрофотоматериалам масштабов 1:25 000 - 1:30 000 и в основном оно дает хорошую характеристику природному ландшафту при 25-30 погонных километрах маршрутов на трапецию. Маршруты проектируют по дорогам и трапам, 'просекам или-35 Ноям связи, по водоразделам (хребтам), по берегам больших рек, вдоль ре- чек и ручьев с обязательным захватом редких населенных пунктов, промышленных и хозяйственных объектов. В проектах дешифрирования кроме маршрутов предусматриваются небольшие участки около 1 км 2 , называемые станциями, на которых исполнитель выполняет сплошное полевое дешифрирование.

Станций на трапецию масштаба 1:25 000 в зависимости от характера местности может быть от 6 до 12, они являются как бы ключами-эталонами к последующему междумаршрутному камеральному де- шифрированию. На маршрутах и станциях легко организовать контроль дешифрирования, поручив дублирование работы вторым исполнителям. Сбор сведений, необходимых для составления топографического описания, при маршрутном дешифрировании ведут попутно, но многие данные могут быть получены и заранее в местных организациях по землеустройству, по лесоустройству, на водомерных постах, в управлениях судоходства и в других организациях. Названия населенных пунктов обязательно заверяют в областных организациях. На станциях и, где это требуется, в маршрутах ведут фотографирование характерных ландшафтов и объектов или их зарисовку, а в специальном журнале дают характеристики объектов и их дешифровочные признаки. Ценность маршрутного дешифрирования состоит в том, что оно позволяет получить конкретные, проверенные в поле сведения и завершить в камеральных условиях сплошное дешифрирование. Поэтому в процессе полевых работ (на маршрутах и станциях) необходимо все вычерчивание и записи делать непосредственно в поле, используя для этой цели авторучки с разноцветными чернилами. В зависимости от методики, принятой при создании карты в конкретном случае, дешифрирование может выполняться на различных аэрофотоматериалах: на отдельных аэроснимках, на маршрутных или площадных фотосхемах, на фотопланах. Во всех случаях аэроснимки должны быть средней плотности, хорошей резкости и контраст-36 ности. Если работа ведется на отдельных аэроснимках, то дешифрирование выполняется в пределах рабочих площадей, границы которых наносятся заранее. Опытные исполнители вычерчивают результаты дешифрирования непосредственно на аэроснимках, прилагая к ним восковки с номерами объектов и краткую объяснительную записку, в которой указывают признаки, по каким тот или иной объект отдешифрирован, и излагают данные, необходимые для составления топографического описания района съемки. Начинающим исполнителям вычерчивание результатов дешифрирования рекомендуется делать в два приема: первый раз на восковке, накладываемой на аэроснимок, а после тщательного контроля, выполненного опытным руководителем, второй раз непосредственно на аэроснимке. При наличии двух экземпляров аэроснимков на одном выполняют вычерчивание, а по второму -- его контроль. В обоих случаях должны прилагаться восковки с номерами объектов и ведомости, поясняющие дешифровочные признаки этих объектов.

Рекогносцировка участка. Закрепление точек теодолитного хода

Рекогносцировка участка, т. е. обход и осмотр, производится для того, чтобы получить представление о размерах участка, сложности ситуаций, условиях для измерения углов и линий и условиях привязки теодолитного хода к пунктам триангуляции или полигонометрии. В процессе рекогносцировки выбирают местоположение точек главного и диагональных теодолитных ходов. Главный ход намечают вблизи границы участка, а диагональные--- внутри его. Каждый ход должен располагаться так, чтобы на привязку ситуации местности к вершинам и сторонам хода затрачивалось меньше труда.

Вершины теодолитных ходов при естественном грунте закрепляют деревянными кольями, которые окапывают канавой. В центр верхнего среза кола забивают гвоздь.

Вершины теодолитных ходов на асфальтированной поверхности закрепляют гвоздями, костылями или металлическими трубками. Вокруг гвоздя краской обозначают окружность диаметром 10--15 см для облегчения отыскания закрепленных точек. В местах с интенсивным движением пешеходов или транспорта необходимо отметить краской тот или иной знак на заборе вблизи закрепленной точки. На бетонированной поверхности вершины теодолитного хода обозначают масляной краской посредством двух аккуратно пересекающихся под прямым углом линий толщиной 0,5 см; место пересечения обводят той же краской по окружности диаметром 10--15 см.

В процессе закрепления вершин теодолитного хода составляют схему, на которой показывают расположение вершин и сторон хода относительно ситуации местности. Эта схема используется при выполнении работы по измерению углов и сторон теодолитного хода.

Влияние почвенного покрова на организацию территории

Если смотреть на Землю из космоса, то можно увидеть: почвенный покров начинается на севере чуть южнее вечных льдов Арктики и кончается у островов, примыкающих к северным границам Антарктиды. Сверху хорошо видно, как тундра к югу сменяется лесотундрой, а лесотундра -- тайгой. На смену тайге приходят лиственные леса, а за ними следуют степи. Южнее степей распространены пустыни, во влажных субтропиках их замещают субтропические леса. Каждой из этих зон свойствен свой почвенный покров со всеми его разновидностями: в тундре -- болотные и полигональные почвы, в тайге -- подзолистые, подбуры, таежно-мерзлотные, южнее -- дерново-подзолистые, бурые лесные, серые лесные, им на смену приходят черноземы, каштановые почвы, в тропиках -- красноцветные ферраллитные почвы, латериты. Ниже мы вернемся к описаниям этих почв. Сейчас же важно отметить, что даже из космоса можно установить, что почвенный покров земного шара закономерно изменяется от полюсов к экватору, от берега моря в глубь материка, от положения на склоне гор (южный или северный, западный или восточный склоны).

Известно, что суша занимает сто сорок девять миллионов квадратных километров, которые омываются Мировым океаном площадью триста шестьдесят один миллион квадратных километров. Берег моря -- это естественная граница сухопутных почв. И на берегу одно биокосное тело -- почва как бы замещается другим -- морским.

В современном почвоведении имеется понятие субаквальной, или подводной, почвы. Действительно, около берегов ручьев, озер, рек, прудов и т. п. -- там, где течение замедленно, со дна тянутся к водной поверхности растения. Это лотос и камыш, рогоз, тростник, кувшинки и др. В таких местах обычно дно илистое, обогащенное растительными остатками, то есть «гумусированное». Можно ли считать эти донные образования почвой? Что их роднит с почвой? Конечно, гумусированность и плодородие, то есть способность давать урожай растений.

Донные образования -- динамичные тела, у них есть определенная цикличность жизни. Их строение и свойства (плотность, содержание таких элементов, как калий, фосфор, азот) могут меняться в течение года. Им присуща слоистость всей толщи, то есть, как и наземные почвы, их можно разделить на горизонты. Отличие донных отложений от наземной почвы в том, что они могут быть не очень связаны с геологической породой, выстилающей ложе водоема. Материал, составляющий отложения, в основном отлагается сверху, приносится водой.

Часть субаквальных почв по своему месту в биогеоценозах резко отличается от наземных. Если сухопутные почвы играют роль регулятора в жизни биогеоценоза и являются наиболее консервативным его элементом, то субаквальные почвы могут ускорять зарастание водоема и приводить к смене, например, озера болотом. Превращение озера в болото, а болота -- в заросший лесом торфяник -- частый природный процесс, в котором субаквальная почва как бы осуществляет положительную обратную связь: усиливает воздействие факторов, приводящих к исчезновению исходного биогеоценоза. Это свойство субаквальных почв следует иметь в виду при проектировании искусственных водохранилищ. Накопившийся опыт показывает, что сухопутные почвы, залитые водой при строительстве водохранилищ, могут сохранять свое высокое плодородие и способствовать зарастанию водоема.

Имеется целая группа почв -- наземных, сухопутных, образование которых похоже на образование донных отложений. Это пойменные почвы. Они тоже нарастают сверху, когда река, разливаясь, откладывает в пойме взвешенные в воде песок и ил. Часть своей жизни пойменные почвы проводят под водой, и их можно считать переходными от сухопутных к субаквальным почвам.

Есть еще одна группа уже искусственных почв, находящихся длительное время в орошаемом земледелии, образование которых также связано с водой. Часть этих почв -- староорошаемые, оазисные -- напоминает своим образованием пойменные почвы. Они сформировались в результате выпадения ирригационных наносов, частиц глины, принесенной с поливной водой. Другая группа искусственных почв -- почвы рисовников. Все лето они залиты водой. Часто в этой воде даже разводят рыбу, что совсем сближает эти обрабатываемые участки с водоемами. На дне рисовников образуются специфические рисовые почвы.

В морях и океанах донные отложения достигают большой мощности. Известно, что в океане выделяют приливные зоны, континентальный шельф, материковый склон и абиссальную (глубоководную) впадину. Водоросли в приливной зоне морей и океанов хорошо развиты. Они могут образовывать сплошные заросли, но, конечно, не на пляжных отмелях, где они уничтожаются прибоем и многочисленными купальщиками.

В глубоководных частях океана хлорофилльных растений нет, но животные и микроорганизмы там есть, в том числе и те, которые живут на дне. На дно непрерывным дождем сыплются органические остатки, и донные отложения очень богаты органическим веществом. Отличие донных отложений абиссали от наземных почв в том, что они лишены непосредственного контакта с солнечным светом, имеют постоянную высокую влажность и образуются в основном под воздействием животных и микроорганизмов, без активного участия растений. Конечно, отмерший фитопланктон (растительные организмы) тоже падает на дно, но его роль в этом случае пассивная, не такая, как у наземных растений.

В глубоководной части морей и океанов мы имеем почву чисто «животного» происхождения. Здесь живут только животные, и дно океана в значительной степени переработано ими.

По определению В. И. Вернадского, дно океана, как и сам океан, тоже компонент биосферы. В толще дна идут типичные почвообразовательные процессы: образование горизонтов, гумусонакопление, образование марганцовисто-железистых ортштейнов-конкреций. Очевидно, дно океана, как и дно озер, рек и других водоемов, -- один из видов образований на границе земной коры (литосферы) и гидросферы.

Всего можно выделить четыре группы пограничных образований. Первая группа -- безжизненные геологические породы. Это горы, скальные обнажения, вулканические пеплы, пески, каменистые осыпи и т. п. Они образуются на территориях, лишенных живых организмов. С такими образованиями -- реголитами встретились космонавты на Луне.

Вторая группа -- почвы. К третьей группе следует отнести поверхность литосферы на мелководных участках рек, озер, морей. Здесь растут морские и пресноводные водоросли, частично укоренившиеся в дне водоема. Но роль животных в накоплении донного материала здесь уже сравнима с растениями. Переходными между второй и третьей группой можно считать пойменные почвы.

И наконец, поверхностные образования литосферы, скрытые от нас мощным покровом гидросферы, на которой развиваются субаквальные почвы животного происхождения. Изучение их пока еще только началось.

Итак, если включить субаквальные почвы в общую систему почв, то почвенный покров планеты превращается в глобальное образование (подсчитано, что его площадь около четырехсот миллионов квадратных километров) . Почвенный плащ одевает материки, выстилает дно океанов. Но, как уже говорилось выше, на этом сплошном плаще выделяются почвенно-климатические зоны, в которых в свою очередь можно выделить отдельные разновидности почв, свойственные данной почве.

Зона связана со способностью почв отражать воздействие окружающих условий. Эти условия длительное время не изменяются, однако в почве накапливаются следы их воздействия. Окружающий мир молод, почва же несет на себе следы всех прожитых ландшафтом эпох. Разные условия приводят к образованию разных почв. С действием факторов почвообразования на почву связана также сенсорность (чувствительность) почв (и горных пород, из которых данная почва образовалась). Сенсорность показывает, как быстро и как значительно изменяется почва под воздействием природных условий. Например, чернозем на огородном участке, хорошо ухоженный, удобренный, почти не отличается от естественного чернозема. В то же время дерново-подзолистая почва зоны смешанных лесов с белесым, обедненным питательными элементами подзолистым слоем на глубине десяти -- двадцати сантиметров очень сильно изменяется при ведении на ней огородного хозяйства. В течение ста лет эта почва до пятидесяти -- шестидесяти сантиметров прокрашивается гумусом, белесый горизонт исчезает, она обогащается питательными веществами и становится похожей на чернозем. Очевидно, что в этом случае сенсорность почв подзолистого ряда выше, чем у чернозема.

Влияет на изменчивость почв и их буферная способность, о которой уже говорилось ранее. В зависимости от способности противостоять изменениям среды почвы могут отличаться одна от другой даже в мало различающихся условиях.

Отзывчивость почв на окружающие условия приводит к формированию очень сложного почвенного покрова в пределах нашей планеты. В тундре формируются тундровые торфяно-глеевые почвы, верхний горизонт которых представлен моховым торфом, а под ним залегает вязкий синеватый глеевый горизонт. Синеватость связана с тем, что при избыточном увлажнении почв и недостатке кислорода образуется минерал голубоватого цвета (вивианит). Встречаются в тундре луговые почвы -- под злаками и другими цветковыми растениями. Эти почвы прокрашены гумусом, но в нижней части профиля тоже оглеены.

В лесотундре и северной тайге тундровые почвы сменяются подбурами. Верхний горизонт этих почв представлен подстилкой, сверху плохо разложившейся, книзу превратившейся в вязкую массу органических коллоидов. В подстилке много минеральных зерен, отмытых от железа, гумуса. Под подстилкой идет бурый горизонт, в который вмываются гумус и частично железо.

Подзолистые почвы северной тайги характеризуются тем, что под подстилкой сразу залегает осветленный подзолистый (под цвет золы) горизонт. Снизу он граничит с иллювиальным горизонтом, в который вмываются железо, гумус, илистые частицы.

Дерново-подзолистые почвы встречаются в южной тайге, они очень похожи на подзолистые, но сразу под подстилкой у них образуется гумусовый горизонт мощностью более пяти сантиметров.

Южнее, в зоне широколиственных лесов, дерново-подзолистые почвы сменяются серыми лесными, которые отличаются большей мощностью гумусового горизонта: от пятнадцати до сорока сантиметров, специфической ореховатой структурой и постепенным исчезновением при движении с севера на юг подзолистого горизонта.

Серые лесные почвы сменяются черноземами, южнее черноземов идут каштановые почвы. Для последних характерны более бурая окраска гумусового горизонта, каштановый цвет горизонта, залегающего под гумусовым, кристаллы гипса на глубине ста сантиметров и глубже.

Если наблюдать смену почв далее на юг, скажем, по меридиану Москвы, то на кавказском побережье сначала будут бурые лесные почвы, богатые гумусом и окрашенные в яркие бурые тона. Еще южнее мы встретимся о субтропическими желтоземами и красноземами: почвами, богатыми железом и алюминием, глинистыми, очень плодородными. В долинах Армении и южнее распространены субтропические сухие почвы -- серо-коричневые, коричневые, иногда встречаются серо-бурые.

В Тропической Африке основные почвы -- ферраллитные, богатые железом и алюминием. При вырубке леса эти почвы могут очень быстро одеться железисто-марганцовистым панцирем и превратиться в латериты.

В южном полушарии идет обратная смена почв, но здесь нет таких равнин, как на материке Евразии, и смена почв выражена менее четко.

Приведенная схема дает лишь общее представление о чередовании почв. В действительности существует множество других почв, связанных с мерзлотой, с особенностями материнских пород, водного режима, влияния муссонов, вулканизма. Но и нарисованная картина показывает сложность строения почвенного покрова мира.

Перечисленные выше почвы значительно различаются между собой, однако между ними нет резкой границы. Естественно, что проводимые на карте границы в некоторой степени условны, обобщены, так как в натуре это территории почвенного покрова с промежуточными почвами, ширина которых может достигать нескольких километров. И все же однородные по почвам участки можно выделить на поверхности Земли. Пусть границы их расплывчаты, но различия между почвами разных участков реальны.

Нахождение границ между почвами -- очень сложная проблема. Поверхность земли одновременно является и поверхностью верхнего горизонта почвы. Но иногда трудно провести границу между лесной подстилкой или же слоем торфа и почвой. Бывают случаи, что подстилка так перегнивает, так перемешивается с почвой, что образуется слой, промежуточный по свойствам между минеральными горизонтами почвы и подстилкой. Еще более трудно провести границу между почвой и материнской породой, не затронутой почвообразованием. Обычно считают, что нижняя граница почвы проходит на глубине двух метров и до этой глубины копают почвенные разрезы. Здесь уже не заметны следы почвообразования. Но исследования показывают, что почвообразование прослеживается и на глубине четырех метров и глубже. Постепенность перехода биокосных тел друг в друга, расплывчатость их границ -- характерное их свойство, связанное с двойственностью их происхождения.

Сложное строение почвенного покрова суши заставляет внимательно изучать закономерности распространения и чередования почв. Можно выделить контуры, состоящие из одной почвы, можно выделить почвенную комбинацию, в которую входит несколько почв: это зависит от характера их строения, структуры, композиции почвенного покрова. И оценка почвы как природного тела требует хотя бы краткого рассмотрения уровней ее организации.

Очевидно, что любое природное тело, в том числе и почва, состоит из молекул разных веществ, обладающих определенными комплексами свойств. Из таких молекул состоят кристаллы разных минералов, гумусовые вещества, простые соли: сода, гипс, карбонаты. Это молекулярный уровень организации почвы. Молекулы разных веществ образуют первичные почвенные частицы, которые являются элементами почвы, определяющими принадлежность почв к глинам, суглинкам или пескам. В зависимости от распределения этих первичных частиц по размеру и преобладания частиц этого или иного размера почвы подразделяются по гранулометрическому, или, как говорят часто почвоведы, по механическому, составу. Если в почве первичных частиц, диаметр которых меньше одной сотой доли миллиметра, содержится до двадцати процентов, то почвы относят к пескам и супесям, двадцать -- сорок процентов -- к суглинкам, больше сорока процентов -- к глинам. Это, конечно, грубая схема, но она отражает роль организации почвы на уровне первичных частиц при определении ее свойств. Отдельные молекулы не обладают такими свойствами, как пластичность, влагоемкость, только их совокупность приводит к появлению этих свойств.

Другим уровнем организации следует признать агрегатный состав почв. Первичные частицы образуют агрегаты разной формы и разного порядка: непосредственное объединение частиц, объединение агрегатов низшего порядка в более высокие -- второго, третьего, четвертого и т. п. порядков. Агрегаты управляют такими свойствами почв, как содержание капиллярной воды, спелость при обработке почв, липкость к почвообрабатывающим орудиям и т. д.

Следующий уровень организации -- морфонный.

Морфоны -- это однородные по своим свойствам участки почвенной массы. Например, трещины в почве, ржавые, белесые или гумусированные пятна, участки, перерытые животными.

Морфоны объединяются в горизонты -- это уже более высокий уровень организации почв. Часть встречающихся в почвах горизонтов описывалась и упоминалась в предыдущих главах. Горизонты определяют особенности и глубину распространения корней в почве, движение в ней воды.

Вертикальная совокупность почвенных горизонтов создает почвенный профиль -- следующий уровень организации почвы. Почвенные профили, составленные из соответствующих горизонтов, служат основой, эталонами классификации почв. Именно почвенные профили описываются почвоведами при натурных исследованиях.

В пространстве однотипные профили могут чередоваться друг с другом, но можно наблюдать смену профилей одного типа другими, относящимися к иным типам. При этом в соседнем профиле могут исчезать определенные морфоны и даже горизонты. Поэтому целесообразно выделить еще один уровень организации почвы -- объем, объединяющий определенную совокупность профилей. Если объем почвы состоит из одинаковых профилей -- это педон, или почвенный индивид, относящийся к одной классификационной категории почв. Если же объем состоит из разных профилей, закономерно сменяющих друг друга, то такой объем почвы называют тессерой. Совокупность педонов и тессер формирует элементарный почвенный ареал -- единицу картографического выдела почвенного покрова. Совокупность почвенных ареалов составляет уже непосредственно почвенный покров -- высшую форму организации почв.

И лесовода и земледельца в первую очередь интересуют закономерности строения почвенного покрова той территории, на которой они ведут хозяйство. Составление почвенных карт -- основа познания территории. Поэтому далеко не безразлично, где и как проходят границы между элементарными почвенными ареалами.

Выявленные работами многих почвоведов закономерности строения почвенного покрова позволили оценить одно фундаментальное свойство биокосных тел, в том числе и почвы: для них характерно сочетание непрерывности и дискретности, то есть прерывистости.

Непрерывность почвенного покрова проявляется в смене самых разных почв в пространстве, постепенном переходе одних почв в другие и формировании единого почвенного покрова планеты. Дискретность выражается в том, что в пределах единого почвенного покрова мы всегда можем выделить объемы почв, резко различающиеся по самым разнообразным свойствам.