Геодезияның ғылыми тұрғыдағы анықтамасы және оның міндеттері

 

 

Геодезияда қолданылатын координаталар жүйесі

 

Кеңістік координаттар жүйесі

Кеңістік координаттар жүйесі. Жер бетіндегі нүктелердің  орнын оның координаталары, яғни алынған координаталар жүйесінің бастапқы жазықтары мен сызықтарына қатысты ізделіп отырған нүктелерді сипаттайтын шамалар арқылы анықтайды. Геодезияда колданылатын барлық координаталар жүйелері кеңістік және жазыктық жүйелері болып екіге бөлінеді.

Координаталардың кеңістік жүйелерінің ішінде көпшілікке танымалысы-географиялык координаталар жүйесі. Бұл жүйеде нүктенің жер бетіндегі орны жалпы  дүниежүзілік масштабта анықталады. Оларды географиялық ендік- және географиялық бойлық-λ дейді (2-сурет). Геодезиялык (φ) экватор жазықтығы мен бекітілген Р нүктесі арқылы өтетін тіктеуіш сызық арасындағы бұрыш. Ендік экватордан бастап, берілген нүктеге дейінгі географиялык меридианның доғасымен өлшенеді де, экватордан екі жаққа солтүстікке қарай 0° тан 90°-қа дейін өзгеріп отырады.

 

Геодезиялык бойлық

Геодезиялык бойлық (λ) бастапқы меридиан жазықтығы мен берілген нүкте арқылы өтетін меридиан жазықтығы  арасындағы бұрыш. Бойлық бастапқы меридиан батысқа (батыс бойлық) және шығысқа (шығыс бойлық) қарай 0°-тан 180°-қа дейін салынады.

 

Географиялық  координаталар жүйесі

Географиялық координаталар  жүйесі бүкіл жер шарына ортақ  және олар астрономия, сфералық геометрия, картография, ғарыш мәселелерін шешуде жиі қолданылады.

 

Жазық координаталар  жүйелері

Жазық координаталар  жүйелері ішінде геодезияда ең кеңінен  тарағандары-тік бұрышты және полярлық координата жүйелері.

 

Тік бұрышты  жазық координаталар жүйесі.

Тік бұрышты жазық  координаталар жүйесі. Шағын аймақтары біршама қысқа арақашықтықтарға байланысты есептерді шешкенде, тік бұрышты X және У осьтерінен тұратын жазық координаталар жүйесі пайдалынады. Бүл жүйеде координаталар басы шартты түрде алынады, яғни еркін бір нүктеден басталады (3-сурет).

Тік бұрышты координаталар  жүйесінде X осі-абсцисса, ал У- ордината осьтері болып белгіленеді. Горизонталь жазықтық координата осьтерімен төрт ширекке бөлінеді. Математикада колданылатын декарттык тік бұрышты жүйеден геодезиядағы бұл жүйенің айырмашылығы-ширектердің оң жаққа карай нөмірленулері, яғни солтүстік-шығыс ширектен басталып, сағат тілінің бағытымен есептеледі. Әлбетте, мұның өзі геодезиялық есептеулер кезінде тригонометриялық формулаларды ешбір өзгеріссіз пайдалануға мүмкіндік береді.

3-суретте көрсетілгендей, кез-келген нүктенің орны, мәселен А нүктесінің орны координаталар басынан осы нүктелердің Х,У осьтеріндегі проекциялары (ОХ, ОУ), яғни Х_А, У_Акоординаталарымен анықталады. Ал, осы X пен У осьтеріндегі АВ сызығының проекцияларын координаталар өсімшелері деп атап, оларды ^Δх, ^Δу деп белгілейміз. Координаталар өсімшелерінің белгілері де ширектің орнына байланысты, егер өсімшелердің бағыттары, яғни тік бұрышты үшбұрыштардың қажеттері координаталык осьтердің оң бағытымен сәйкес келсе, онда координаталар өсімшелері оң, ал сәйкес келмесе-теріс болады. Координаталар өсімшелерінің әр ширектеріндегі белгілері 1-кестеде келтірілген.

Егерде А нүктесінің ХΔ, УΔ координаталары және А мен  В нүктелері арасындағы ^Δх пен ^Δу координата өсімшелері белгілі болса, онда В нүктесінің координаталары мынаған тең болады

Х_В=Х_А+Δ_Х ; У_В=У_А+ Δ_х (2)

Координаталардың бұл  тікбұрышты жазық жүйесі горизонталь  түсірістер жүргізіп және олардың нәтижелері бойынша жердің пландарын жасаған  кездерде қолданылады.

 

Зоналық тік  бұрышты жазық координаталар жүйесі

Зоналық тік бұрышты  жазық координаталар жүйесі. Жер  бетінің едәуір территориясын планға, картаға түсіру үшін жер бетіндегі нүктелерді эллипсоид бетінен жазық бетке кескіндеу қажет болады. Міне, осындай кескіндеу кезінде мына төменгі шарттар сақталуы керек: 1) жер бетіндегі арақашықтар өзгерістерінің ауытқу мөлшерінің шамалы болуы; 2) жер бетіндегі бұрыштың проекцияға ешқандай өзгеріссіз түсірілуі; 3) географиялық координаталардан тік бұрышты координаталар жүйесіне көшу мүмкіндігі.

Осы жоғарыда айтылған шарттарға көлденең цилиидрлік деп аталатын неміс ғалымы Гаусс үсынған проекция тәсілі сәйкес келеді. Бүл проекцияға Жер эллипсоидының беті зоналарға бөлінген. Ол зоналар (4, а-сурет) шығысы мен батысында меридиандармен шектеліп, оңтүстік полюстен солтүстік полюске карай созылып жатады.

Зоналардың бойлықтағы ені 6°-тық болып келеді, нөмірлері Гринвич меридианынан шығыска қарай белгіленеді. Қазақстанның кең байтақ территориясы 6°-тық зоналар бойынша есептегенде 8-ден 15-ші зонаға дейінгі аралықты алып жатыр. Гаусс проекциясында зоналардың орталық (осьтік) меридианы жазықтыққа ешқандай өзгеріссіз проекцияланады, ал осьтік меридианнан алыстаған сайын, қашықтықтар аздаған өзгеріске үшырайды.

Кейде үлкен дәлдікті қажет ететін жұмыстарда жер шарының бетін жазықтыққа 3°-тық зоналар арқылы проекциялайды. Зоналардың осьтік меридианы (х осі) мен (у) жазықтықта өзара перпендикуляр түзу сызықтармен кескінделеді, олардың қиысу нүктесі координаталар басы болады (4, ә-сурет). Қазақстан Солтүстік жарты шарда жатқандықтан, барлық нүктелердің абсциссалары-(Х) оң болып, ал ординаталары У әр зонаның осьтік меридианының шығыс жағынан-оң, ал батысында-теріс болып келеді. Кейде теріс ординаталармен жұмыс істеудің қолайсыздығынан У-осінің басын батысқа карай 500 км-ге шегеру келісілген, демек зоналардың ординаталары қайталанып отырады. Сондықтан, нүктенің қай зонада орналасқанын білу үшін У мағынасының алдына сол зонаның нөмірі жазылады. Мысалы, 4, ә-суретте А және В нүктелері 12-зонада орналасқан делік, ал олардың шын координаталары У_А=12625 км, У_в=12385 км-ге тең. Бұл мысалдан мынаны көруге болады: егер нүктенің ординатасы 500 км-ден артық болса, онда ол нүкте В-зонаның батыс жағында болғаны.

Әрі қарай әр зона осьтік меридианмен экваторға параллель  етіп жүргізілген кереге көз сызықтарга бөлініп, олар-тік бұрышты координаталар торы не километрлік тор деп аталынады.

Сөйтіп, әрбір зонаның  ортадағы меридианы-осьтік меридиан деп аталады. Шығыс жарты шарындағы кез-келген зонаның осьтік мериданының бойлығы мына формула бойынша аныкталады: λ=6°N-3. мұндағы N-6°- тық зонаның нөмірі.

Координаталық осьтер мен  тік бұрышты координаталар басының  әрбір зонада толық аныкталған географиялық орны болатындықтан, тікбұрышты және географиялық жүйелері өзара байланыста болады. Ендеше, нүктенің тік бұрышты координаталарынан геодезиялык координаталарга көшуге немесе керісінше жасауға толық мүмкіндік бар.

 

Жазық полярлық координаталар жүйесі.

Жазық полярлық координаталар  жүйесі. Геодезиялык жұмыстарды жүргізген  кезде, көптеген нүктелердің орындарын бастапқы бағыт немесе бағдар ретінде қабылданған белгілі бір нысанадан анықталатын жазық, полярлық координаталар жүйесі қолданылады. Осы координаталар жүйесінің элементтері 5-суретте көрсетілген:

1) бастапқы бағыт, полярлық  осі-ОХ; ОХ осінен кез-келген жаққа бағыттауға болады, мысалы, А және В нүктелеріне;

2) О-нүктесі-координаталар  басы (полюс), түсірістер кезінде,  полюс ретінде теодолиттік жүрістер  нүктесі қабылданады.

Жазық полярлық координаталар  жүйесінде нүкте екі координата арқылы анықталады: полярлық осьтен нүктеге дейінгі бағыт аралығындағы горизонталь бұрыш-ß; полюстен бастап анықталатын нүктеге дейінгі арақашықтық-d. Мысалы, А нүктесінің координаталары ß₁ d₁ ал В нүктесінің координаталары ß₂, d₂ болып келеді.

Полярлық бұрыштар полярлык осьпен сағат тілінің бойымен О мен 360° аралыгында өлшенеді. Жазық полярлық координаталар жүйесі теодолиттік түсірістер мен жобадан жергілікті жерге қүрылыс объектілерінің нүктелерін көшіргенде қолданылады.

 

Геодезияның дамуы

Адам баласының барлык тіршілігі жермен байланысты екені бәрімізге аян. Сол себепті жерді зерттеуге арналған ғылымдардың бірнеше түрлі тараулары бар. Грек тілінде жерді «геоид» дейді, осыған байланысты жерге арналған ғылымдардың көпшілігі осы буынмен басталады: геодезия, геология, геофизика, геоботаника, геомеханика жэне т.б.

 

Ежелгі замандағы  дамуы

Бүл ғылымдардың бәрі бір-бірімен тығыз байланысты және өлшеу мәселесі коғамның даму тарихымен  тікелей ұштасып жатады. Қоғам  тарихының әр дәуірінде жермен шүғылдану  дәрежесі де әр түрлі сатыда болып келді. Адам коғамының даму дәрежесінің өзі сол жер байлығын пайдалана білу тәсіліне тәуелді. Сол себептен жер өлшеу әдістерінің дәрежесі адам қоғамының даму тарихын көрсететін бір айкын дерек болып табылады. Осы айтылғандарға мысал ретінде геодезия мен маркшейдерия ғылымдарының әрбір тарихи кезендерде қандай орын алып келгендігіне қысқаша токталамыз. Жер өлшеу әдістері мен ірі қүрылыстардың көрнекті ескерткіштері дүние жүзінде бірнеше жерлерде бар. Мысалы, біздің заманымыздан бүрынғы VI ғасырда Ніл өзенінің бойында салынған суару жүйелері мен каналдарда геодезиялық өлшеулер қолданылған. Ежелгі Мысыр (Египет) елінде орасан зор құрылыстар салынған. Ал Египет патшаларының өздері тірі кездерінде салғызған пирамидаларының ішіндегі ең үлкені-Хеопс пирамидасының төрт қырының әрқайсысы 230,13 метрден де, ал бір—бірінен айырмашылығы 2 см-ден аспайды. Египет пирамидалары «Әлемнің жеті кереметінің» бірі болып саналады. Мүндай қүрылыстар салу, арнаулы геодезиялық өлшеулерсіз жүргізілуі мүмкін емес. Біздің заманымыздан IV ғасыр бұрын өмір сүрген фек математигі Евдем «Жерді өлшеу нәтижесінде египеттіктер метрия ғылымын ойлап шығарды», -деп жазды. Жер өлшеу өнерін египеттіктерден үйренген гректер, оны алғашқы кезде «геометрия» деп атады. Геометрия заңдары жер өлшеуде әрдайым қолданылады, барлық ғылымдарға үстаздық еткен үлы ғалым-Аристотель өлшеу ғылымын геометриядан бөліп айту үшін оны «геодезия» деп атаған. III ғасырда өмір сүрген фек ғалымы Эратофен градустық өлшеулердің көмегімен жер радиусін аныктаған. Бүдан кейін геодезия Үндістанда, Орта Азияда, Араб елдерінде дамыды. Дүние жүзінде осы күнге дейін сақталып қалған ірі қүрылыстар қатарында жататындар: Үндістанда-Чанрагута, Қытайда-Ұлы қорған (қабырға), Жапонияда-Тодайдзи, Индонезияда-Боробудудр, Арабияда-Қүдыс, Медина, Бағдат. Кейінгі Ақсақ темір заманынан бастап салынған тамаша қүрылыстар қатарына жататындар: Шахи-Зинда, Тадж-Махал, Хожа-АхмедЯссауи мавзолейі, Ұлықбек обсерваториясы, т.б.

 

Орта замандағы дамуы

Айтылған құрылыстар сол дәуірде  жоғарғы дәрежелі мәдениеттің болғанын дәлелдейді. Жоғарғы мәдениеттің қалыптасуына жер өлшеу ғылымы да өзіндік рөл атқара отырып, сол мәдениеттің арқасында өзі де дамып жетілді. Араб мәдениетінің дамыған кезінде Аристотельден кейінгі жүзінде білім мен мәдениеттің «екінші ұстазы» атанған данышпан, энциклопедист, ғалым Әбу Насыр аль-Фараби (870-950 ж.ж.) геодезия ғылымы, геодезиялық оптикалық аспаптар жөнінде өзінің «Ғылымдардың тізбегі» атты еңбегінде былай деген: «Геодезия ғылымы арқылы адамзат алые орналасқан, көз жетпейтін заттардың мөлшерін, шамасын бір затпен екінші заттың арақашықтығын, биіктігін, тендігін, (мысалы: ағаштың, үйдің биіктігін. өзеннің терендігін) анықтауға болады. Кейде қателеспес үшін өлшеулерде әртүрлі оптикалық аспаптар қолданылады» деген. Ал «Алмагеске түсініктеме» атты кітабының «Сфералық астрономия» деген тарауында, астрономия мен география мәселелерін математикалық жолмен шешудің жеңіл эдістерін ұсынады. Мысалы, Айдың радиусін, жер бетінің ендігі мен бойлығы, Ай мен Жердің ара қашықтығын, Айдың паралаксін өлшеулер жайлы Орта Азия мен Шығыстың ұлы ғалымы Абу Райхан Бируни (973-1050 ж.ж.) үлкен мұра қалдырды. Г. Галилей жасаған көру дүрбісінің (1609 ж) көмегімен жүргізілген геодезиялық өлшеулердің дәлдігі жоғары болды. XVII ғасырда И. Ньютон ашкан бүкіл әлемдік тартылыс заңының көмегімен жердің шар емес, айналу осінің бағыты бойынша сығылған эллипсоида екенін дәлелдейді. Ресейдегі геодезиялык жұмыстар XVIII ғасырда, I Петрдің дэуірінде жүзеге асырылды. 1973 жылы Ресейде Географиялық департамент құрылып, 1758-1765 жылдары орыстың ұлы ғалымы М.В Ломоносов оның жетекшісі болды. Сол кездері геодезистерді дайындайтын оқу орындары ашылып, геодезиялық аспаптар шығарыла бастады. Осы кезде Ресейде теңізде жүзудің, әскери істің және сауданың кең дамуы геодезиялық өлшеулер жүргізіп, карта жасауды талап етті. Осы мақсатпен аз зерттелген аудандарды түсіру үшін арнайы экспедициялар жіберілді. Сол экспедициялардың бірі Қазақстанның оңтүстік аймақтарында, Қырғыз және Қытай шекараларында топографиялық түсірістер жүргізді.

 

Ресей Империясының қарамағында дамуы

Экспедиция карта жасаган атақты ғалым Ш. Уәлиханов Омбыдағы Кадет корпусын бітіріп, жиырма екі жасында Орыс география қоғамына мүше болып сайланды. Шоқан Уэлиханов 1950-52 ж.ж. Омбы қаласындағы әскери оқу орнының студенті бола жүре, Сырымбет тауы мен оның төңірегінің, Көкшетау және Қосмұрын аймақтарының схемалық карталарын, ол 1856 ж. бастап әскери-ғылыми экспедиция қүрамында жүріп, Қазакстан, Ыстық-көл, Орталық Тянь-Шянь аймақтарында топографиялык түсірістер жүргізген, сөйтіп, Орталық Азияның картасын, сондай-ақ Қашкариядан Ташкентке дейінгі жердің маршруттық картасын жасаған. Ш.Уәлихановтың география жэне топография саласындагы елеулі еңбектері жайлы оның 5 томдык шығармалар жинағының 3 - томынан толық мағүлмат алуға болады. XIX гасырдың бірінші жартысында Ресейдегі геодезиялық жүмыстардың жоғарғы дәрежеде жүргізілуіне коп еңбек сіңірген орыс астрономы және геодезист, Ленинградтагы Пулков обсерваториясының негізін қалаушы В.Я.Струве болды. Геодезиялық қызметтің қарқындап дамуына Кеңес өкіметі кең жол ашты. Геодезиялық ғылыми жұмыстарды жүргізуге арналған геодезиялық орталық ғылыми-зерттеу институттар мен мамандар даярлайтын көптеген оқу орындары ашылды. 1925 жылдан бастап бұрынгы Кеңестер Одагында мемлекеттік карталар жасау үшін жер бетін әуеден суретке түсіру қолданылды. Ал қазіргі кезде топографиялық-геодезиялық жүмыстардың және картографияның бүдан әрі дамуына ғарыштық техника үлкен әсер етуде. Келешекте шаруашылыгымыздың қажеттерін жан-жақты қамтамасыз ету, ғарыштан суретке түсірмей жүзеге асырылмайтынына көз жетіп отыр. Жер пішінінің жаңа өлшемдерін анықтауда, бірыңғай мемлекеттік координаталар жүйесінің теориясын жасауда жэне практикага ендіруде Ф.Н. Красовский бастаган орыс галымдары зор еңбек етті. Геодезия мен картография саласының дамуына М.С.Молоденский, А.А.Изотов, А.С.Чеботорев, Н.А.Урмаев, т.б. қосқан еңбектері айтарлықтай.

 

Пайдаланған әдебиеттер тізімі:

 

1. Қазақ тілі терминдерінің салалық ғылыми түсіндірме сөздігі: Геология— Алматы: "Мектеп" баспасы", 2003.
2. Қазақ энциклопедиясы
3. Қазақ тілі терминдерінің салалық ғылыми түсіндірме сөздігі: География және геодезия. — Алматы: "Мектеп" баспасы, 2007. — 264 бет.
4. Уикипедия — ашық энциклопедиясы.