Педагогический альманах ==День за Днем==
 
написать письмо

    Главная

    Новости

    Методика 

    За страницами учебников 

    Библиотека 

    Медиаресурсы

    Школьная библиотека

    Подготовка к ЕГЭ, ГИА

    Одаренные дети

    Проекты

    Мир русской усадьбы

    Экология

    Методический портфолио учителя

    Встречи в учительской

    Творчество педагогов

    Статьи педагогов в журнале "Новый ИМиДЖ"

    Конкурсы профессионального мастерства педагогов

    Творческие страницы

    Рефераты школьников

    Конкурсы школьников

    Альманах детского творчества "Утро"

    Творчество школьников

    Фотогалерея

    Школа фотомастерства

    Доска объявлений

    Полезные ссылки

    Гостевая книга
    Sort

    Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru

      День за днем : Статьи 

      Статьи  



    Т. Илюшина

    ОТ БУССОЛИ до  АСТРОЛЯБИИ

    Еще до начала нашей эры ученые Финикии, Египта, затем Греции, Рима изучали и воспроизводили на чертежах земную поверхность. И чем дальше человечество шло по пути прогресса - развивались государства, осваивались новые территории, распространялись сельское хозяйство и ремесленничество, тем острее становилась необходимость в подобных работах.

    В те далекие времена, например, расширение площадей для садов, виноградников и других сельскохозяйственных культур нередко требовало их орошения или, наоборот, осушения. Выбранные для этого участки предварительно обследовали, чтобы установить относительные высоты их разных точек. Впоследствии такие сведения стали сводить воедино и на их основе составлять планы больших территорий, а затем целых стран. Так появились первые карты, прообразы межевых и топографических.

    Конечно, наши предки применяли весьма неточные, «грубые» способы определения географических широт и долгот, не позволявшие достоверно передавать на чертежах расположение реальных объектов. Но люди искали пути решения данной задачи в развитии новых методов, инструментальной базы, специальных наук. Одной из них стала топография — изучение земной поверхности (в геометрическом отношении) и приемов воспроизведения ее на плоскости.

    Важное значение при изображении на плане линий и предметов имеет масштаб — степень их уменьшения относительно истинных размеров. В соответствии с этим нередко именовали и сами карты. Скажем, одну из отечественных военно-топографических, вышедшую в 1846 г. в масштабе 3 версты в 1 дюйме (1/ 126 000) – (1 верста = 1,0668 км; 1 дюйм (русская дометрическая единица) = 2,54 см) и в дальнейшем в нем неоднократно переиздававшуюся, называли «трехверстной».

    Первая половина XVIII в. в нашей стране ознаменовалась грандиозными географическими открытиями и активной картографической деятельностью. По указу императора Петра I начали съемки (межевые топографические полевые работы) во внутренних частях России с целью создания ее генеральной карты. Масштаб выбирали так, чтобы всем уездам отвести по отдельному листу в будущем атласе. На их границах и в центральном городе по квадранту (старинный угломерный инструмент) определяли широту, а промежуточные пространства изображали глазомерно и по опросам местных жителей. В 1810-1820-х годах эти работы охватили свыше 200 уездов из имевшихся тогда 285.
    В 1765 г. по манифесту императрицы Екатерины II приступили к Генеральному межеванию страны с целью установления, закрепления на планах и в юридических документах границ государственных и помещичьих земель (дабы прекратить бесконечные споры владельцев). Чертеж каждого имения делали в масштабе 100, а города — 50 или 100 саженей (1 сажень = 2,1336 м) в 1 дюйме. В результате было описано около 55% площади европейской части России.
    Съемку какого-либо участка начинали с воспроизведения его внешних границ, т.е. контура. Если его образовывали только прямые линии (дороги, границы пашни и т.п.), достаточно было найти на местности небольшое число точек, отметить их на бумаге и соединить. Точность же перевода на карту абриса криволинейного объекта зависела от искусства и опытности съемщиков — их умения отобразить искомое при минимуме необходимых точек и с наименьшими погрешностями. Еще сложнее дело обстояло с рельефом: кроме двух координат в горизонтальной плоскости, следовало определить и его высоту.

    Какими методами и инструментами пользовались тогда топографы? Конечно, простыми и незатейливыми. Расстояния изначально измеряли пеньковыми веревками и даже шагами, позднее — специальными цепями, лентами, тесьмой. Еще в Библии упоминается мерная «льняная вервь» в шесть локтей (Книга пророка Иезекииля, главы 40-43), а также золотая трость для определения протяженности городских стен (Откровение Иоанна Богослова, глава 21).
     
    Мерная цепь 10-саженная. Вторая половина XIX в.

    Начнем с самой, по-видимому, древней «единицы» длины — шага. Разумеется, он у нас не одинаков, к тому же может меняться в зависимости от обстоятельств у одного и того же человека, однако долго служил при составлении планов территорий. Съемщик знал среднюю величину своих шагов и при измерении расстояния считал их пары (только, например, правой ноги). Затем по специальной таблице переводил полученный результат в сажени и сверял с верстовыми столбами, установленными на близлежащем тракте.

    Далее. Мерная цепь — ею оснащали топографов во время Генерального межевания — состояла из 70 стальных звеньев, и через каждые семь (т.е. сажень) закрепляли медные бляхи с цифрами. Встречались также «сотенные» цепи — из 100 звеньев по 0,1 сажени. В руках опытных съемщиков они служили довольно надежными инструментами: для ровного луга погрешность не превышала 0,001 измеренной линии, для кочковатой и болотистой пустоши - 0,005. В этих случаях нужный участок разбивали на треугольники или параллельные прямоугольники. Первый способ предусматривал установку кольев на всех важных точках (начиная с центральных) и соединение их линиями, образующими треугольники, близкие к правильным. Второй напоминал копирование рисунка местности и был более достоверным. Впрочем, оба требовали значительного времени и годились только для ровной, открытой и доступной территории, поэтому применялись редко и на небольших площадях.

    Стальная лента имела несколько преимуществ по сравнению с цепью — была легче, меньше провисала, когда ее протягивали над ямами и канавами, и т.д., следовательно, как показывал опыт, давала более точные результаты (относительная ошибка не превышала 0,0005 измеряемой длины). Зато уступала ей в прочности и в случае разрыва не подлежала исправлению подручными средствами.

    Наконец, для определения малых расстояний пользовались специальной тесьмой — холщевой полоской 10 саженей в длину, разделенной на сажени, футы, дюймы и более мелкие части, помещавшейся в кожаный футляр с вращающейся в центре осью (подобно рулетке). По легкости, удобству она превосходила даже мерную ленту, не уступая ей в точности измерений, но сильно растягивалась, быстро рвалась, а для работ на открытой местности вовсе не годилась.

     
    Доска абрисная полированная дубовая. 1891 г.
     

    Издавна существовали и механизмы для определения больших расстояний. Так, в XVI в. французский математик и астроном, придворный врач Жан Фернель, чтобы вычислить расстояние от Парижа до Амьена, создал счетчик, который устанавливался на седле лошади, фиксировал ее шаги и отмечал определенное их число звоном колокольчика. (Справедливости ради отметим: подобные приспособления применяли еще 1500 лет назад в Александрии — египетском центре эллинистической культуры.) Аналогичную функцию выполняли шагомеры — устройства, по виду напоминавшие карманные часы. Однако они, к сожалению, часто ломались, и исправить их самому съемщику было трудно.

    Несколько большей точностью, чем названные приборы, обладали одометры — счетчики числа оборотов колес (как правило, от 1 до 100 000), изобретенные великим ученым эпохи Возрождения Леонардо да Винчи (1452-1519). В России они были двух видов. Первый представлял собой колесо с известной длиной обода (обычно 1 сажень). Посредством рычага оно передавало вращение счетному механизму, к которому прикрепляли циферблат с двумя стрелками: одна передвигалась на 1 деление после каждого оборота колеса, другая — по совершении той полного круга. Обе показывали определяемое расстояние в саженях и их долях.

    Одометры второй разновидности вращались вместе с колесом экипажа и считали число его оборотов. Отечественный прибор такого типа — верстосчет, изготовлявшийся в XVIII-XIX вв., монтировали в железной коробке с двумя отделениями (для маятникового устройства и для циферблата, показывающего число оборотов от 1 до 10 000) к правому заднему колесу экипажа. Единственный известный экземпляр подобной конструкции хранится в Музее Московского государственного университета геодезии и картографии.

    Подобные устройства позволяли измерять большие расстояния, но имели существенный минус: колесо повторяло все неровности рельефа местности, поэтому результаты соответствующих измерений выражали не расстояние между пунктами, а длину пройденной экипажем дороги со всеми рытвинами, промоинами и объездными путями.
     
     
     
    Буссоль с диоптрами. Санкт-Петербург,
    "Главные механические хаведения Генерального штаба России". XIX в


    Углы топографы изначально определяли буссолью — инструментом с интересной историей. Свойство «магнитной» руды притягивать железо было известно с древних времен. Китайские путешественники еще за 2700 лет до нашей эры носили с собой основанные на таком физическом явлении приборы: в небольшом сосуде с водой плавала обрамленная в дерево магнитная полоска с фигуркой человека, указывающего пальцем на юг. Об этом чудесном устройстве сначала узнали арабы, затем европейцы.

    Итальянские моряки в средние века заменили плавающий магнит стрелкой, закрепленной на острие и заключенной в коробочку из букового дерева (по-латыни buxus), назвав новый инструмент «буссоль». Несколько позднее на ее дно поместили «розу ветров» — так родился компас (compasso — подразделение), в отличие от своей «старшей сестры» не имеющий приспособлений для визирования (наведения на исследуемую точку удаленного предмета), например диоптров — пластин с вырезами. Обоими угломерами пользовались исключительно на море, пока итальянский математик и геодезист Никколо Тарталья (ок. 1499-1557) не показал, что они пригодны и для суши.

    Для топографических съемок предназначались небольшие буссоли, диаметром 5-10 см. Главные их разновидности — штативные, устанавливаемые на треногу (или кол), и ручные. Наиболее распространенный прибор первого типа состоял из наружного лимба (Лимб — плоское кольцо с нанесенными на боковую поверхность штрихами, делящими окружность на равные части (градусы, их доли и т.п.); служит для отсчета углов), алидады (линейки, вращающейся вокруг оси, проходящей через центр последнего), двух диоптров и прикрытой стеклом плоской цилиндрической коробки с аналогичным лимбом и магнитной стрелкой. Ручная буссоль представляла собой похожую коробку (на острие вращавшейся внутри нее магнитной стрелки был наклеен еще один легкий лимб из картона или алюминия) с диоптрами.

    Более точно, чем буссоль, взаимное положение линий или углов между ними определяла применявшаяся при Генеральном межевании астролябия. Ее главные части — медный посеребренный лимб с градусными делениями, алидада (длиной, несколько меньшей его диаметра), буссоль, диоптры, штатив или треножник. Часто пользовались и экерами — известными еще в Древнем Египте приборами для разбиения земной поверхности прямыми линиями, пересекающимися под углами 45, 90 и 135°.

    Наиболее гармонично действия на местности и бумаге сочетала мензульная съемка, благодаря чему она получила широкое распространение при работах, отвечавших географическим и военным целям. Мензула (тепш1а — столик), изобретение которой приписывают профессору-механику из Нюрнберга Преторию (1537-1616), представляла собой планшет с наклеенной бумагой, где с помощью алидады с диоптрами получают углы между горизонтальными проекциями линий.

    Глазомерную съемку при Генеральном межевании проводили следующим образом: выбрав «починный» пункт, лежащий, скажем, на дороге, буссолью измеряли ее азимут и на лист графленой бумаги, укрепленный на планшете, с помощью транспортира наносили соответствующее направление. Двигаясь по нему, обрисовывали рельеф местности (хребты, вершины, седловины, направление покатостей и т.п.), объекты, находящиеся по обеим сторонам тракта. Такая методика хотя и не отличалась большой точностью и изяществом, однако позволяла в кратчайший срок получить достаточно достоверный план определенной территории. Важные для его составления объекты очень подробно зарисовывали цветными карандашами, второстепенные — обозначали лишь несколькими штрихами. Рельеф показывали изогипсами (Изогипсы, или горизонтали — линии на карте, соединяющие точки земной поверхности с одинаковой абсолютной высотой и в совокупности передающие формы рельефа) и гашюрами (специальной штриховкой), причем последние считали более понятными и наглядными. Направление меридиана и масштаб съемки указывали точками.

    Благодаря удачному подбору и искусному исполнению условных знаков достигали ясности, что давало возможность легко находить на местности любой воспроизведенный на чертеже предмет и, наоборот, отыскивать изображение реального на бумаге. Масштаб глазомерных съемок определяло отпущенное на них время (чем его меньше, тем мельче оказывалась карта). Чаще всего использовали 200 саженей, 1 и 2 версты в 1 дюйме.

    В 1782 г. увидел свет подготовленный на основе Генерального межевания «Атлас Калужского наместничества», включавший его генеральный план, обстоятельно составленные карты уездов и городов. А через год, согласно указу Сената, началась работа по «сочинению» подобных документов для каждой губернии, подвергнутой межеванию. Впоследствии их использовали для составления первой подробной государственной «столистной карты» Европейской России. В 1785 г. Петербургская АН издала всеобъемлющий для своего времени экономико-географический обзор «Топографическое описание Калужского наместничества», существенно дополнивший вышеуказанный атлас. Этот капитальный труд включал сведения о местных судоходных реках, земледелии и промыслах жителей, качестве почвы, лесах, фабриках, даже о найденных там древних курганах и обо всем, «что встретиться может примечательного касательно истории и географии».

     
    Астролябия с буссолью фирмы "Белау"
    Санкт-Петербург. 1867 г.
     
     
     
    Транспортир
    фирмы "В. Кулешов в Москве". XIX в.
     
     
    Вертосчет. Санкт-Петербург. Середина XIX в.
     
     

    В 1849 г. под выполненные в XVIII в. съемки Генерального межевания подвели математическую основу (в виде астрономических пунктов). Осуществляли эти работы под руководством опытного военного геодезиста А.И. Менде и при содействии Русского географического общества.
     
    В начале XIX в. в нашей стране получила развитие картографическая деятельность частных предприятий, появились комплексные, специальные планы и чертежи по всевозможным государственным и прочим запросам. Во второй половине того же столетия для топографических съемок стало характерно укрупнение масштабов и большая точность изображения.

    Так совершенствование технической базы топографии вместе с развитием наук о Земле открыло возможность точного воспроизведения очертаний ее поверхности.
     
    Кандидат технических наук Татьяна ИЛЮШИНА, Московский государственный университет геодезии и картографии
     
    Иллюстрации автора
     
    "Наука в России", № 3, 2007
     
     
     
     
     




    © 2006 - 2018 День за днем. Наука. Культура. Образование