В основу написания настоящего учебного пособия положены лекции, прочитанные за последние годы профессором Н.А. Телегановым в курсах «Системы координат в ГИС» и «Теоретическая геодезия», и профессором Г.Н. Тетериным в курсах «Проблемы современной геодезической науки» и «История геодезии».
Учебное пособие написано в соответствии с учебными планами подготовки специалистов геодезического профиля СГГА по программе курса «Системы координат в ГИС» для специальностей «Прикладная геодезия» и «Информационные системы» и по программам курсов «Проблемы современной геодезической науки» и «История геодезии» для магистратов и бакалавров специальности «Геодезия». Пособие также может быть использовано студентами, изучающими дисциплины «Высшая геодезия», «Технология геодезических и картографических работ». Одним из важнейших принципов развития геодезии является принцип координатизации окружающего пространства. Он определяет предметное существо геодезии, характерное для всех исторических этапов. Научно-технический прогресс и расширение жизненного пространства человечества только усиливают значимость этого принципа как в самой геодезии (во всех ее дисциплинах), так и во всех сферах деятельности людей. С методом и системами координат (СК), координатными поверхностями студенты встречаются начиная с 1-го курса, с первых лекций по геодезии. В дальнейшем СК и проблемы создания координатной (геодезической) основы студенты изучают на всех курсах по всем специальностям, во всевозможном их разнообразии и сложности. Но обобщающих курсов при этом не дается. Глобальные и локальные координаты необходимы как геодезическая основа всего бесконечного разнообразия приложения геодезии в народном хозяйстве и науке. Без СК не обходятся никакие теоретические исследования, никакая теория. Таким образом, теория и методы координат составляют фундамент всей геодезии и ее частей. Поэтому существует настоятельная потребность введения теории и методов координат не только как специального раздела высшей геодезии, но и как общего курса для всех геодезических специальностей. В данном учебном пособии отражены некоторые важнейшие разделы высшей геодезии, связанные с формированием и использованием глобальных систем координат, их преобразованием (координатными операциями). Помимо этого, приведены исторические основы метода и систем координат в геодезии, позволяющие с большей полнотой и глубиной осознать значимость соответствующих проблем как в наше время, так и в будущем.

Представлены основы трёх классических разделов высшей геодезии (основные геодезические работы, сфероидическая геодезия, теоретическая геодезия) и новый раздел – основы координатно-временных систем.
Учебное пособие написано в соответствии с Государственным образовательным стандартом 2000 г. для направления подготовки дипломированных специалистов «Геодезия» специальности «Космическая геодезия».

Вопрос о форме и размерах Земли был поставлен человечеством ещё на ранней стадии своего культурного развития. Началом изучения фигуры Земли принято считать первые попытки людей научно обосновать её шарообразность. Мысль о шарообразности Земли впервые была высказана древнегреческим математиком Пифагором в VI в. до н. э. Однако первые научные доказательства были приведены лишь в IV в. до н. э. знаменитым философом Греции Аристотелем. Например, одним из доказательств являлся тот факт, что во время лунных затмений тень от Земли имела форму части окружности. Первое исторически достоверное определение размера радиуса Земли принадлежит также древнегреческому ученому Эратосфену (III в. до н. э.). Способ, предложенный Эратосфеном (рис. В.1), сохраняет своё значение и сейчас. Полагая, что Земля шар, Эратосфен измерил зенитное расстояние Солнца в Александрии в полдень того дня, когда в другом городе Египта Сиене (ныне Асуан) Солнце находилось в зените и, принимая, что Солнце «бесконечно» удалено от Земли, т. е. линии AS и CS параллельны, а следовательно Dj » Z, При этом расстояние D между Александрией и Сиеной Эратосфен не измерял. Он вычислил его косвенно на основании сведений, полученных от купцов о продолжительности перехода караванов из одного города в другой и скорости движения. Хотя точность определения радиуса Земли Эратосфеном относительно низкая (по сравнению с современными данными погрешность составляет около 100 км), однако принцип, положенный им в основу (измерение длины дуги меридиана и разности широт по концам её), остается неизменным при астрономо-геодезическом методе изучения фигуры нашей планеты. Поверхность Земли мало отличается от поверхности сферы, поэтому мнение о том, что Земля – шар просуществовало в науке более двадцати столетий, вплоть до конца XVII в.

Практикум рассчитан на студентов геодезических специальностей геодезических и негеодезических высших учебных заведений. Учебное пособие «Практикум по геодезии» составлено в соответствии с утвержденной программой по геодезии для второго курса. Книга будет полезным пособием для студентов институтов, в которых изучается геодезия, а также для студентов топографических техникумов.

Приведены основные геодезические задачи, возникающие при изысканиях, строительстве и эксплуатации путевого хозяйства железнодорожного транспорта, и оптимальные варианты их решения. Подобраны варианты задач, позволяющие применять программированным метод опрос учащихся. Составлены четыре расчетно-графические задачи, предусмотренные программой. Материал иллюстрирован рисунками и схемами, позволяющими лучше усвоить учебную программу. Для учащихся техникумов железнодорожного транспорта. Все типовые задачи, приведенные в настоящем пособии, решены с подробными объяснениями. В каждом разделе пособия приведены разработанные в 30 вариантах, предусмотренные учебной программой расчетно-графические задания с последовательным рассмотрением примеров их выполнения. В книге дано описание устройства современных микрокалькуляторов и приемы работы с ними при решении задач и выполнении вычислительной части расчетно-графических заданий. Повариантный подбор задач и заданий на расчетно-графические работы позволит преподавателям техникумов проводить эффективную проверку знаний с применением программированного опроса. По содержанию и метода чес ко му построению книга является дополнением к учебнику ’’Геодезия” для техникумов специальности ’’Строительство и эксплуатация железнодорожного транспорта” и может быть использована учащимися автодорожных и строительных техникумов, а также инженерно-техническими работниками путейско-строительного профиля. Разделы первый, второй и четвертый написаны В.И. Родионовым, разделы третий и пятый - В.Н. Волковым.

Приведены общие сведения о геологических картах. Изложены теоретические основы и методические принципы организации и проведения геологической съемки. Уделено большое внимание геоинформационным технологиям при геологическом картировании. Рассмотрены особенности геологического картирования покровных вулканогенно-осадочных, складчатых и четвертичных комплексов пород. Для студентов геологических специальностей вузов. Региональное геологическое картирование проводится с целью получения комплексной геологической информации, составляющей фундаментальную основу системного геологического изучения территории страны и прогнозирования месторождений полезных ископаемых. Оно призвано обеспечивать геологическое обоснование и удовлетворение потребностей различных областей народного хозяйства при решении широкого круга вопросов в области геологоразведки, горного дела, мелиорации, строительства, обороны, рационального природопользования, экологии. Процесс составления геологических карт обычно называется геологическим картированием, причем в это понятие включаются как общие теоретические вопросы создания карт, так и вопросы методики, технологии и т.д. Поэтому понятие «картирование» целесообразно применять как термин свободного пользования, объединяющий все направления геологической картографии. Собственно процесс составления карты методом полевых маршрутных исследований называется геологической съемкой, а составление карты путем камерального обобщения материалов геологической съемки и других данных - геологическим картографированием. Геологическое картирование представляет собой научно-методическую геологическую дисциплину, занимающуюся рассмотрением способов выявления и изображения геологического строения отдельных участков земной коры. Результаты региональных геологических исследований в виде различных карт геологического содержания образуют существенную часть научной информационной основы для выявления закономерностей формирования, размещения и прогнозирования месторождений полезных ископаемых, геологического обоснования долгосрочных и краткосрочных программ по оценке минеральносырьевых ресурсов в различных регионах страны. Они также направлены на удовлетворение потребностей различных отраслей промышленности и сельского хозяйства в систематизированной геологической информации при решении широкого круга вопросов в области собственно геологоразведки, горного дела, мелиорации, строительства, обороны, экологии и прогноза опасных, в том числе катастрофических, природных процессов и явлений.

Рассмотрены теория и практика съемочных и разбивочных геодезических работ, выполняемых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений. Рассмотрены особенности геодезических работ при строительстве линейных сооружений, большое внимание уделено геодезическому обеспечению транспортно-строительного комплекса. Освещены современные достижения в инженерной геодезии и геоинформатике: геоинформационные и спутниковые навигационные системы и технологии, цифровые модели местности и сооружений. Обращено внимание на историческую взаимосвязь геодезии и навигации и на усиление взаимосвязи геодезии, геоинформатики и навигации в современных условиях, на стыке которых развивается новая область знаний - геоинформатика транспорта. Рассматривается возможность создания отраслевых транспортных геоинформационных систем на примере наиболее централизованной, а следовательно, наиболее управляемой системы железнодорожного транспорта Российской Федерации. Для студентов специальностей транспортно-строительного, в особенности железнодорожного комплекса. Книга может быть использована учащимися других учебных заведений по курсам инженерной геодезии и геоинформатики. Рекомендовано УМО по образованию в области геодезии и фотограмметрии в качестве учебника для студентов негеодезических вузов, обучающихся по дисциплине «Геодезия». Экономические реформы, проводимые в России с 1991 г., привели в действие новые механизмы управления производственной и хозяйственной деятельностью страны. Изыскания, проектирование и строительство транспортных объектов, ремонт, реконструкция и текущее содержание существующих объектов транспортной инфраструктуры сопровождаются соответствующими комплексами инженерно-геодезических работ. Радикальные изменения, происшедшие в области измерительной техники, информационных и компьютерных технологий, определили ориентации геодезии на принципы и методы геоинформатики — новой области знаний, связанной со сбором, хранением, обработкой и использованием геоинформации в различных сферах человеческой деятельности. Цифровые и электронные карты и планы, цифровые модели местности и сооружений быстро вытесняют привычные, рутинные бумажные технологии. Разработка и ведение геоинформационных систем и технологий входят в крут основных задач геодезистов и линейного персонала строительных объектов.

Настоящее пособие предназначено для оказания помощи студентам очного отделения специальности «Прикладная геодезия». Приводимая информация позволяет студентам геодезического факультета специальности «Прикладная геодезия» с достаточной полнотой ознакомиться с принципами работы спутниковой навигационной системы NAVSTAR GPS и особенностями работы спутникового приемника ProMark2. В качестве дополнительных сведений приведены основные понятия системы отсчета времени и координат, вкратце описано орбитальное движение спутников и методы расчета координат спутников. Детально рассмотрены поправки, вводимые в результаты измерений и режимы наблюдений. Подробно описан спутниковый приемник ProMark2, его настройка и подготовка к полевым измерениям. Учебное пособие подготовлено в соответствии с программой курса «Спутниковые технологии в прикладной геодезии», рекомендовано кафедрой прикладной геодезии и утверждено к изданию редакционно-издательской комиссией геодезического факультета. Спутниковый приемник РгоМагк2 является одночастотным, десятиканальным приемником, способным работать в двух режимах: навигационном и геодезическом. При работе в навигационном режиме спутниковый приемник ProMark2, кроме сигналов от навигационных спутников NAVSTAR GPS, принимает сигналы от спутников системы WAAS и EGNOS, передающих поправки к навигационной информации. Это позволяет определить координаты приемника со средней квадратической ошибкой 5 м при работе с встроенной антенной и 3 м - при использовании внешней антенны. Для выполнения геодезических работ предусмотрено три различных режима: статика, стой-иди, кинематика. При режиме измерений «Статика» максимальное расстояние между приемниками, как правило, не превышает 20 км. При небольшой ионосферной активности и ночных измерениях возможно увеличение определения приращений координат на расстояниях, превышающих 20 км. Режим «Статика» является наиболее точным и позволяет определять приращения координат пунктов в плане со средней квадратической ошибкой 5 мм + 1 мм/км, а превышений - 10 мм + 2 мм/км, при времени наблюдений от 20 до 60 минут в зависимости от расстояния между определяемыми пунктами. Режим «Стой-иди» допускает максимальное удаление между спутниковыми приемниками до 10 км. Время инициализации приемников - 5 минут на инициализированной рейке или 15 секунд на пункте с известными координатами. Под инициализацией здесь и далее подразумевается установка исходных (начальных) данных. Рекомендуемое время измерения на определяемом пункте 1 5 -6 0 секунд. Средняя квадратическая ошибка определения плановых координат в режиме «Стой-иди» равна 12 мм +2.5 мм/км, а превышений - 15 мм + 2,5 мм/км.

Книга, в которой рассматриваются отношения гравиметрии и геодезии, посвящена 90-летию со дня рождения Всеволода Владимировича Бровара - крупного российского ученого в области геодезической гравиметрии и геодезии, и 100-летию со дня рождения Михаила Сергеевича Молоденского - российского геодезиста и геофизика, основоположника современной теории фигуры Земли, освободивший геодезию от гипотез о внутреннем строении Земли и превративший ее в точную науку. Цель работы состоит в показе плодотворного взаимного влияния гравиметрии и геодезии, эволюции во времени целей и задач геодезии и гравиметрии, подведении основных итогов теоретических, экспериментальных и производственных работ в области геодезической гравиметрии или физической геодезии на рубеже второго и третьего тысячелетия, перехода от частного к системному решению задач, а также в определении перспектив развития гравиметрии в интересах геодезии. В книге обобщены достижения гравиметрии и геодезии на длительном этапе. В приложении прослежена эволюция содержания задач геодезии и гравиметрии, даны портреты около двухсот ученых (теоретиков, экспериментаторов и организаторов) и описания в хронологическом порядке их вклада в теорию, аппаратуру и производство измерений. Показана необходимость перехода к системному подходу решения задач геодезии и гравиметрии, к пересмотру стратегии развития геодезии и гравиметрии как наук, так и топографо-геодезического и гравиметрического производства; рассмотрены перспективы совместного развития геодезии и гравиметрии и их новые области применения.

Перевод с немецкого выполнен Н.Ф. Булаевским, очерк «Жизнь и геодезическая деятельность Бесселя» составлен Г.В. Багратуни. Часть материала для примечаний и указанного очерка переведена из немецких, французских и английских источников Н.Ф. Булаевским. В течение 1875-1876 гг. профессор астрономии и известный издатель Рудольф Энгельман издал в трех томах избранные труды Бесселя по всем направлениям его научной деятельности под названием: „Abhand-lungen von Friedrich Wilhelm Bessel". В первый том вошли труды Бесселя по теоретической и сферической астрономии; во второй - по теории астрономических инструментов, звездной астрономии и математике; в третий - по геодезии и физике. В данный сборник вошли почти все наиболее существенные работы и исследования Бесселя по высшей геодезии и способу наименьших квадратов. Кроме этого, в сборнике приведены небольшие работы по теории фигуры Земли и астрономии, которые тесно связаны с высшей геодезией. При подготовке статей для сборника опущены все результаты наблюдений в виде каталогов, таблиц или числовых вычислений, а также различные описания, потерявшие значение для современного читателя. Такое сокращение касалось почти всех статей, особенно двух: «Определение осей эллиптического сфероида» и «Градусное измерение в Восточной Пруссии». В некоторых случаях сохранены только окончательные результаты вычислений и наблюдений. Ряд вычислений и расчетов Бесселя впоследствии был проверен авторитетными геодезистами, в частности Иорданом, в результате чего были обнаружены ошибки и неточности. В этих случаях в скобках приводятся более правильные результаты. По мере надобности к тексту сборника даны подстрочные примечания. Сборник имеет два приложения: статья - «Способ Бесселя вычисления геодезических измерений», на которую имеется ссылка Бесселя, и «Таблицы Бесселя для вычисления геодезических координат». Хотя эти таблицы составляют часть статьи «О вычислении географических долгот и широт», но для удобства пользования ими лучше их иметь в конце сборника. Эти таблицы не потеряли своего практического значения до сих пор, так как они применимы для любого эллипсоида вращения. Бессель жил и работал в первой половине 19 в., однако его имя можно часто встретить в современной учебной и периодической геодезической, астрономической и математической литературе. Это означает, что его работы и исследования не потеряли своего исторического и научного значения для нашего времени. Но, несмотря на это, до сих пор мы не располагаем оригинальными трудами Бесселя по высшей геодезии и способу наименьших квадратов на,.русском языке. Настоящий сборник избранных его сочинений призван восполнить этот пробел. Полного собрания сочинений Бесселя до сих пор не издано. В течение 1875—1876 гг. профессор астрономии и известный издатель Рудольф Энгельман издал в трех томах избранные труды Бесселя по всем направлениям его научной деятельности под названием: „Abhandlungen von Friedrich Wilhelm Bessel". В первый том вошли труды Бесселя по теоретической и сферической астрономии; во второй — по теории астрономических инструментов, звездной астрономии и математике; в третий — по геодезии и физике. В наш сборник вошли почти все наиболее существенные работы и исследования Бесселя по высшей геодезии и способу наименьших квадратов. Кроме этого, в сборнике приведены небольшие работы по теории фигуры Земли и астрономии, которые тесно связаны с высшей геодезией. При подготовке статей для сборника опущены все результаты наблюдений в виде каталогов, таблиц или числовых вычислений, а также различные описания, потерявшие значение для современного читателя. Такое сокращение касалось почти всех статей, особенно двух: «Определение осей эллиптического сфероида» и «Градусное измерение в Восточной Пруссии». В некоторых случаях сохранены только окончательные результаты вычислений и наблюдений. Ряд вычислений и расчетов Бесселя впоследствии был проверен авторитетными геодезистами, в частности Иорданом, в результате чего были обнаружены ошибки и неточности. В этих случаях в скобках приводятся более правильные результаты. По мере надобности к тексту сборника даны подстрочные примечания.

Modern geodesy as discussed in this volume started with the development of distance measurement using propagating electromagnetic signals and the launch of Earth-orbiting satellites. With these developments, space-based geodesy allowed global measurements of positions, changes in the rotation of the Earth, and the Earth’s gravity field. These three areas (positioning, Earth rotation, and gravity field) are considered the three pillars of geodesy. The accuracy of current measurement systems allows time variations to be observed in all three areas. Also the complexity of problems is such that each of the pillars interacts with each other and also with many other branches of Earth Science. This interaction is most apparent in the role that water plays in modern geodetic measurements. Every chapter in this volume mentions the role of water. It is critical because it can move rapidly and over large distances; it can exist in all three phases, gas, fluid, and solid; and modern geodetic methods are accurate enough that their measurements are sensitive to its effects. In its vapor form, its refractive properties delay microwave signals propagating through the Earth’s atmosphere. For geodetic positioning, this is a noise source but it is a signal for metrological applications. In the liquid form, it forms oceans that affect both the tidal signal and the rotation of the Earth. Also in liquid form, its mass changes the gravity field as it is moved through the hydrologic cycle. In solid form, it has a gravitational and deformation signal that changes if melting of the ice unloads the surface of the Earth. The interactions between the pillars include the elastic loading effects of changing mass loads that can be seen in the gravity field and in the positions of ground stations. The movement of water to and from the oceans can be seen with altimeter satellites whose orbital information is derived from measurements from ground stations whose positions are affected by the changing mass load. In modern, time-dependent geodetic data analysis these interactions need to be accounted for. The common interface between the geodetic methods is the coordinate systems and reference frames used to analyze data. Coordinate systems and the associated reference frames form a core theme of the chapters in this volume. Two other unifying themes are the measurement systems of geodesy that are used again throughout the volume, and interplay of errors in measurements, signals, and noise. In this chapter weexamine these three themes.