Роль ЦНИИГАиК

в научно-техническом развитии отечественной геодезии и картографии

 

Интенсивность и направления научно-технического развития (даже в какой-то степени и по фундаментальным научным направлениям), как правило, определяются практическими задачами, стоящими перед страной. Это в полной мере относится  и к геодезии и картографии. История развития картографии в России детально описана в трудах российских ученых (Постников А.В., Кусов В.С. и др.). Мы кратко остановимся на  становлении государственной геодезии и картографии, начиная с ХХ века, а затем перейдем к оценке роли ЦНИИГАиК в научно-техническом обеспечении этого развития, так как научно-техническое развитие отечественной геодезии и картографии   было связано в основном непосредственно с нашим институтом.

Ещё в 1916 году на заседании общего собрания Академии наук  Владимир Иванович Вернадский докладывал: «Мне представляется, что лучшим путем для этого (государственной организации топографической съёмки) было бы учреждение государственного геодезическо-топографического института, стоящего вне зависимости от интересов отдельного ведомства и обслуживающего интересы как научные,  так и практические». Первой задачей в числе других задач В.И.Вернадский поставил: «Широкая  исследовательская работа по всем вопросам геодезии и картографии».

С созданием единой геодезической службы нашей страны в 1919 году (в организации которой принял активное и непосредственное участие известный военный деятель, а впоследствии начальник Высшего геодезического управления (ВГУ)  Михаил Дмитриевич Бонч-Бруевич)  начались массовые геодезические и топографические работы. В ВГУ одновременно стали разрабатываться планы и проекты работ, создаваться  нормативно-техническая база. Но большие и разносторонние производственные работы требовали непрерывной и организованной научной поддержки. Это явилось основной причиной учреждения в Москве Государственного института геодезии и картографии (постановление Совета труда и обороны от 24 октября 1928 года).  В 1933 году институт получил современное название «Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии».  

Не имея помещений, оборудования, необходимого числа высококвалифицированных сотрудников созданный институт должен был опираться в первые годы своего существования на профессорско-преподавательские кадры Московского Межевого института, других научных учреждений.

Первым директором института был назначен проф. Ф.Н.Красовский,  

Некоторые работы, начатые в ГГУ, были продолжены в институте, другие – были поставлены для разработки.

Можно отметить следующие начальные направления деятельности института:

- научно-техническое обеспечение введения в СССР системы координат Гаусса-Крюгера;

- методы астрономических определений;

- методы уравнивания триангуляции;

- методы построения геодезических сетей;

- нормативно-техническое обеспечение городских съемок;

- работы по мелкомасштабным картам.

Нужно иметь в виду что страна не имела на всю территорию даже топографических карт масштаба 1: 1000 000. Создание карты в этом масштабе было завершено  только к 1945 году. Отсюда понятна постановка работ по обоснованию  введения системы координат Гаусса-Крюгера, по разработке методов геодезического обоснования.

Особо следует отметить разработанную в 1928 году Ф.Н.Красовским и принятую  для реализации схему и программу государственной триангуляции в СССР.  Впоследствии она неоднократно совершенствовалась, но основные ее идеи сохранялись до 80-х годов прошлого века. Большинство  работ  института да и всей государственной геодезии в этот период  так или иначе  выполнялись в русле реализации этих идей Ф.Н.Красовского.

Основная цель схемы и программы Ф.Н.Красовского заключалась в обеспечении   максимально точной и единой для всей территории страны геодезической основой. Для этого на первом этапе разрабатывались методы астроопределений, построения и уравнивания геодезических сетей и т.п.

К 1935 году в связи с широким развитием основных астрономо-геодезических работ Ф.Н.Красовский сформулировал расширенные и конкретизированные следующие задачи института (в рукописной записке «Основные задачи научного Института геодезии и картографии»):

- вывод исходных геодезических дат;

- установление наилучше подходящего эллипсоида;

- исследования по изучению фигуры геоида и по выводам общего земного эллипсоида;

- установление методов уравнивания и вычисления триангуляции первого класса СССР;

- исследования по методам астрономических работ в государственной триангуляции;

- исследования по измерениям базисов;

- исследования по высокоточным измерениям углов в триангуляции первого класса;

- исследования систематических погрешностей в нивелировании высокой точности;

- рассмотрение вопроса о конструкции рядов триангуляции первого класса;

- исследования по замене триангуляционного способа получения опорных точек иными построениями в соответствующих районах;

- вопрос о введении в СССР системы координат Гаусса-Крюгера;

- исследования по физическим методам определения расстояний;

- участие в общей гравиметрической съемке СССР и в научном использовании ее результатов;

- исследования по конструкции геодезических и гравиметрических инструментов, проектирование новых конструкций и участие в изготовлении советскими заводами этих приборов.

По всем указанным научным направлениям  велись обширные исследования и были получены результаты , необходимые производству.  

Как можно видеть из поставленных задач научные исследования были направлены на создание современной по тому времени геодезической основы страны, обладающей огромной территорией. Для такой территории важно строго решать редукционную проблему.  Известно, что до выдающихся разработок, выполненных в ЦНИИГАиК, при обработке геодезических измерений использовался нестрогий метод развертывания.

 Основная особенность и главный недостаток метода развертывания состоит в том, что результаты измерений, выполненные на земной поверхности и редуцированные к уровню моря при дальнейшей обработки считались выполненными на поверхности референц-эллипсоида без каких либо поправок за несовпадение поверхности эллипсоида и уровенной поверхности.  С использованием метода развертывания была получена и принята  система координат  1932 года.

 Практически со времени образования в институте начали проводить исследования по использованию гравиметрических данных в геодезии. Особую роль в решении этой проблемы сыграл М.С.Молоденский, который занялся уже в 1930-е годы разработкой методов определения геоида по астрономо-гравиметрическим данным для строгого определения геодезических редукций. Как писал Ф.Н.Красовский в упомянутой рукописной записке: «Успех этой работы превзошел ожидания: в результате, во-первых, совершенно определилась программа астрономических и гравиметрических работ по градусным измерениям; во – вторых, - оказалось, что намеченный метод дает быстрый продвиг по территории…».

Практика показала, что размеры эллипсоида Бесселя, применявшегося в качестве референц-эллипсоида в СССР, не удовлетворяют научным требованиям обработки обширной государственной триангуляции СССР как по методу, развертывания, так  и по методу проектирования. Поэтому, по свидетельству А.А.Изотова, исследования по выводу размеров земного эллипсоида, начатые около 1933 г. Ф.Н.Красовским, продолжались в ЦНИИГАиК до 1940 г: сначала Ф.Н.Красовским, а затем А.А.Изотовым под руководством Ф.Н.Красовского.

 К  1940г. были завершены работы по установлению наилучше подходящего для территории СССР размеров референц-эллипсоида, названном впоследствии эллипсоидом Красовского.

В 1943 г завершилась работа по установлению исходных геодезических дат для триангуляционной сети СССР, проведенная А.А.Изотовым и                          М.С. Молоденским. Численные значения исходных геодезических дат были приняты при уравнивании астрономо-геодезической сети. Для строгого уравнивания результатов геодезических измерений в ЦНИИГАиК было проведено астрономо-гравиметрическое нивелирование и составлена карта высот геоида. С составлением инструкции по уравниванию астрономо-геодезической сети институтом были завершены все необходимые научно-исследовательские работы для выполнения этого уравнивания.

Работа по уравниванию 87 полигонов государственной геодезической сети страны, выполненная под руководством Д.А.Ларина, требует особого рассмотрения.

В эти же годы продолжались топографические съёмки в масштабах 1:100 000 и в более крупных масштабах.  Для их научно-технического обеспечения организовывались экспедиции в различные природно-климатические зоны при участии географов-геоморфологов для разработки методов, которые сейчас считаются само собой разумеющимися, отображения и генерализации рельефа и контуров на топографических картах разных масштабов, обоснования содержания топографических карт и т.д.

В области картографии исследования проводились по вопросам создания топографических гипсометрических, общегеографических, учебных карт.  Результаты этих работ можно проследить по нормативным документам того времени.

Начало систематической научно-исследовательской работы ЦНИИГАиК в области аэросъемки относится к 1929 г., т.е. ко времени организации фотограмметрической лаборатории Ф.В.Дробышева, а также в Ленинградском институте аэрофотосъемки, организованном в 1929 г. Примерно с 1933-1934 гг.  основные усилия были направлены на максимальное сокращение полевых топографо-геодезических работ при аэросъемке путем замены их камеральными – фотограмметрическими.

Так, в 1934-1936 гг. М.Д. Коншиным был предложен и разработан дифференцированный способ стереоскопической рисовки рельефа при создании карт в масштабе 1:50000. Этот метод позволил заменить полевую рисовку рельефа камеральной и получил широкое применение в работах всех предприятий.

Мастерская ЦНИИГАиК и завод Аэрогеоприбор освоили и выпустили необходимые точные приборы. К 1940г. воздушная стереофотограмметрическая съемка была широко внедрена в топографо-геодезическое производство. Широкое применение начала находить пространственная фототриангуляция. Стереоскопическая рисовка рельефа в масштабе 1:50000 уже выполнялась на четверти всех площадей,  снимаемых в этом масштабе, а в масштабе 1:10000 – примерно на 95%.

С 1939 г. начал разрабатываться в ЦНИИГАиК предложенный Ф.В.Дробышевым стереограф, сыгравший большую роль в картографировании страны.

К 1940 году институтом были достигнуты большие успехи в области аэрофотоаппаратуростроения. Разработанные аэрофотоаппараты позволяли с большой точностью выдерживать процент продольного перекрытия снимков, сохраняли неизменность элементов внутреннего ориентирования, давали возможность с большой точностью выравнивать в плоскость аэрофотопленку в момент экспозиции, что особенно было важно для широкоугольных объективов, создаваемых М.М.Русиновым.

Таким образом, можно сказать, что уже в предвоенные годы ЦНИИГАиК в области геодезии, аэросъемки и фотограмметрии создал необходимые научно-технические и методические предпосылки для успешного топографического картографирования страны.

В годы Великой Отечественной войны содержание исследований, проводимых в институте было приближено к условиям и требованиям военного времени. Разрабатывались практические пособия и справочные таблицы для удовлетворения нужд фронтовых геодезистов и топографов. Вместе с тем в эти же годы, как было отмечено выше, установлены исходные геодезические даты, в 1943-1944 гг. М.С.Молоденский написал труд «Основные вопросы геодезической гравиметрии». (Труды ЦНИИГАиК, вып.42, 1945 г.), в котором разработал принципиально строгую теорию определения земной поверхности и внешнего гравитационного поля на основании лишь проведенных измерений на этой поверхности без привлечения гипотез о внутреннем строении Земли. Эта теория получила мировую известность и стала фундаментом многочисленных работ по ее применению и развитию (в СССР В.Ф.Еремеев, М.И.Юркина и др.).

Оборонное значение имели исследования в области аэрофототопографии, которые вели М.Д.Коншин, Ф.В.Дробышев, М.М.Русинов, в области картографии по созданию совместно с военными картографами карт для авиации дальнего действия и др.

К 1946 году были созданы условия (выведены параметры референц-эллипсоида, установлены исходные геодезические даты, разработаны методы уравнивания больших, по тому времени, геодезических сетей) для общего уравнивания 87 полигонов 1-ого класса и введения новой единой системы геодезических координат на территории СССР.

Эта система, известная как система 1942 года, и была введена постановлением Совета Министров СССР № 760 от 7 апреля 1946 года.

А.А.Изотов и Л.П.Пеллинен существенно усовершенствовали теорию геодезического нивелирования для определения высот на пунктах триангуляции, выполнили обширные экспериментальные исследования влияния земной рефракции на зенитные расстояния. Опубликованные по материалам этих исследований Труды ЦНИИГАиК, вып. 102, 1955 г. содействовали правильной постановке и повышению точности результатов геодезического нивелирования в государственной геодезической сети.

Гравиметристами ЦНИИГАиК (М.Е.Хейфец, Ю.А.Сливин, Э.М.Березин, Б.М.Малахов, Н.А.Гусев и др.) был разработан ряд высокоточных наземных и морских маятниковых приборов, а в конце 1980-х годов – отечественный абсолютный гравиметр с погрешностью измерений лучше 10 мкГал (в настоящее время создан более точный полевой абсолютный гравиметр). В ЦНИИГАиК были разработаны основные характеристики и схемы построения высокоточной государственной гравиметрической сети  СССР, состоящей из фундаментальной гравиметрической сети и сети I класса, нормативно-техническая документация, определяющая технологию работ, составлен проект размещения пунктов. Основной объем относительных измерений при создании сети I класса был выполнен гравиметрическим маятниковым комплексом «Агат», разработанным в ЦНИИГАиК и серийно выпущенным  ЭОМЗ. Эта гравиметрическая сеть служила и служит до настоящего времени гравиметрической основой при определении пунктов II  и  III классов и рядовой съемке.

К середине 1980-х годов институтом совместно  с Экспериментальным оптико-механическим заводом (ЭОМЗ) был разработан и запущен в серийное производство высокоточный астрономический  комплекс, включающий астрономический универсал АУ-01 и позволяющий  определять  азимут со средней  квадратической    инструментальной ошибкой по одной   программе 0,1sec  , широту – 0,2”, долготу – 0,01с. Эта работа потребовала создания специальной метрологической базы  и дооснащения ЭОМЗ особо высокоточным технологическим оборудованием.

Геодезическая сеть послужила координатной основой для сплошного картографирования страны. По постановлению коллегии ГУГК СССР (1940 г.) карта масштаба 1:100000 была принята основной государственной топографической картой. На ее создание на всю территорию СССР были сосредоточены основные силы и к  1954 г. такая карта была создана. Но эта задача не могла быть решена в столь короткие сроки без соответствующего научно-технического обеспечения.

Крупным достижением на этом пути была разработка М.Д.Коншиным в 1944 году теории обработки аэрофотоснимков с преобразованными связками проектирующих лучей. Эта теория и так называемый способ неискаженной модели позволили создать новые стереофотограмметрические приборы: стереопроектор Г.В.Романовского (1954 г.), фотокартограф и стереограф Ф.В.Дробышева (1956 г.), сыгравшие большую роль в ускорении процессов создания топографических карт более крупных масштабов, особенно при обработке широкоугольных и сверхширокоугольных аэроснимков.

Для целей крупномасштабного картографирования в 1970 – 80-е годы создаются аэрофотоаппараты с улучшенными точностными характеристиками, а в конце 1980-х годов ЦНИИГАиК совместно с ОМЭП ГП «Аэрогеодезия» разработал аэрофотоаппарат с компенсацией сдвига изображения (В.Б. Ильин, В.Г. Афремов, В.К. Еремин и др.). Объективы для этих АФА были разработаны в Отделе оптики и съемки шельфа ЦНИИГАиК под руководством М.М. Русинова.

Разработанные теории, эффективные методы и технические средства позволили предприятиям ГУГК СССР уже к 1985 году завершить съемку всей территории страны в масштабе 1:25 000.

Для реализации точности аэроснимков, получаемых более совершенными аэрофотоаппаратами в конце 1980-х был создан аналитический прибор Стереоанаграф (Г.А.Зотов), а в настоящее время создание и обновление топографических карт и планов обеспечивают в предприятиях отрасли разработанные в ЦНИИГАиК цифровые фотограмметрические станции (более 1300).

В  ЦНИИГАиК создана стройная система картографических проекций для мелкомасштабных карт. В 1957 г. Г.А. Гинзбургом Т.Д.Салмановой опубликован  в Трудах ЦНИИГАиК, вып.110  «Атлас для выбора картографических проекций», а в 1964г.   -  «Пособие по математической картографии», Труды ЦНИИГАиК  вып.160. Эти труды и в настоящее время являются незаменимыми, особенно в связи с почти полным отсутствием действующих специалистов по математической картографии.

В ЦНИИГАиК сложилась научно-методическая служба географических названий. Разработаны и изданы инструкции, руководства и другие нормативные документы по русской передаче географических названий всех стран мира, в настоящее время продолжаются работы по созданию автоматизированного Государственного каталога географических названий России в объёме карты масштаба 1:100 000. Представляется, что он может быть завершен в ближайшие 2 года.

К середине 1990-х годов ЦНИИГАиК и Московское аэрогеодезическое предприятие провели совместное уравнивание астрономо-геодезической, космической и доплеровской сетей и полученные результаты легли в основу постановления Правительства Российской Федерации от 28 июля 2000 года № 568, которым введена система геодезических координат (СК-95) для использования при осуществлении геодезических и картографических работ с 1 июля 2002 года.

Таким образом, можно сказать, что этим постановлением завершилась грандиозная работа по созданию геодезической основы страны классическими наземными методами в том виде, как ее замыслил Ф.Н.Красовский и реализовали советские и российские геодезисты.

         Новый этап развития геодезии связан с использованием, в первую очередь, спутниковых методов определения координат, цифровых технологий топографического производства. Создание и использование глобальных навигационных спутниковых систем не только революционизировало производственные геодезические работы в отраслях экономики, но и привело к качественным изменениям в постановке и проведении геодинамических исследований, созданию нового направления – высокоточной спутниковой навигации на земле, на воде, в воздухе и в космосе.  Для выполнения всех этих работ необходима высокоточная геодезическая основа и отслеживание ее изменений во времени. К настоящему времени такая основа  в виде ФАГС и ВГС при научно-методическом сопровождении института практически создана на самом высоком уровне точности. При этом она сохраняет преемственность с геодезической основой, созданной трудом многих поколений геодезистов.   Об этом более детально, видимо, будет рассмотрено в докладе Г.В.Демьянова.

 В 1978 году, в связи с пятидесятилетием института, ему было присвоено  имя Ф.Н.Красовского – выдающегося ученого – геодезиста, первого директора и научного руководителя института. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 20 октября 1978 года институт «за заслуги в развитии геодезической науки и успехи в разработке методов и средств топографо-геодезических и картографических работ» награжден орденом «Знак Почета».

Сотрудникам ЦНИИГАиК присуждены 14 Ленинских и государственных премий и 12 премий им. Ф.Н.Красовского. Мы надеемся, что премия им. Ф.Н.Красовского будет в числе наград и в Росреестре.