Молосковицкий базис - памятник первого применения новой технологии

автор: Капцюг Виталий Борисович
дата публикации: 20.09.2012
рубрика: Из истории геодезии и картографии

"Без прошлого - нет будущего"

К 120-летию опубликования результатов
измерения Молосковицкого и Феодосийского базисов (1892)

Здесь рассказывается об уникальном геодезическом объекте, который сегодня служит вещественным зримым примером искажения результата измерения как типичного последствия применения недостаточно "обкатанной" передовой геодезической технологии. Невольно вспоминается изречение астрономо-геодезиста А.В. Ширяева, доцента математико-механического факультета быв. Ленинградского университета: "Всякий новый метод изгоняет старые ошибки на новое место" - суждение, справедливое и за пределами астрономо-геодезии.

Строить сети триангуляции в России начали с 1816 года. Метод триангуляции обеспечивал высокую точность вычисляемых координат пунктов сети, которые затем служили математической основой для топографической съемки крупного масштаба. В состав работ на триангуляции входили угловые и базисные измерения, а в качестве исходного и поверочных пунктов обычно служили наблюденные астрономические пункты или астрономическая обсерватория. Непосредственно измеряемая по земле длина базиса задавала точный масштаб всего протяженного построения. Азимуты, наблюденные на конечных точках базиса, служили для пространственного ориентирования триангуляции как целого.

Базисы первого столетия русских триангуляций почти все измерены жезлами - сравнительно короткими (примерно 4-метровыми) металлическими линейками, которые были рабочими мерами в аппаратах конструкций К.И. Теннера, Ф.Ф. Шуберта, В.Я. Струве. "Внутренняя точность" этой технологии хорошо иллюстрируется на примере одного из последних применений жезлов на русских триангуляциях: было это в 1888 году в Крыму на измерении Феодосийского базиса.

Измерением руководил полковник П.П. Кульберг, питомец (1872 г.) пулковской геодезической школы. Феодосийский базис длиной 2285 саженей (4,5 км) был измерен аппаратом конструкции Шуберта за 15 рабочих дней в прямом и обратном направлениях, причем разность двух результатов была впечатляющей: 0.0003 саж. (1/ 8 млн.!). Но вот что думал по этому поводу образованный геодезист: "Такое согласие измерений едва ли может служить мерилом точности окончательного результата; оно скорее должно быть приписано тому обстоятельству, что источники ошибок действовали на оба измерения [прямое и обратное - В.К.] в одном и том же смысле. Правильнее поэтому будет исследовать ошибки отдельных действий при измерении базиса" [1]. Правоту такого необычного, по сегодняшним меркам, подхода можно подтвердить случаями (правда, их всего три за столетие), когда пришлось перемерять "подозрительные" по исполнению базисы: повторные измерения жезлами могли разойтись с прежними результатами даже на 26 /млн. [2]. В конкретном измерении все зависит от тщательности исполнения всех "тонкостей" технологии, исчерпывающего учета всех, в том числе и непредвиденных, влияний - такое в отчетах обычно не излагается и остается на совести, внимательности и сообразительности исполнителей. Примером этих достоинств может служить измерение Осовницкого базиса Теннером на Дуге Струве в 1827 году: его GPS-переизмерение разошлось с результатом Теннера на величину, не превышающую 4 /млн. [3]. Вышеприведенное суждение Кульберга, отражающее взгляды пулковской геодезической школы и ее основателя Струве, верно не только для вчерашних, но и для сегодняшних, и для завтрашних геодезических измерений.

Перенесемся из Крыма на север, к Молосковицкому базису. Основные участники других событий того же 1888 года:

http://s3.uploads.ru/t/qUN80.jpg
А.Р. Бонсдорф  Эдв. Едерин О.А.  Баклунд   В.В. Витковский

Аксель Робертович Бонсдорф (1839-1918): геодезист, генерал, прошел пулковскую геодезическую школу (1872), однокашник П.П. Кульберга (фото с сайта kuvakokoelmat.fi);
Эдвард Едерин (1852-1923): шведский профессор, изобретатель проволочного базисного прибора (фото с сайта nad.riksarkivet.se);
Оскар Андреевич Баклунд (1846-1916): шведский, затем российский астроном, академик Имп. АН;
Василий Васильевич Витковский (1856-1924): геодезист, в чине капитана, недавно прошел пулковскую геодезическую школу (1884); впоследствии выдающийся профессор геодезии и астрономии.

С 1886 года началась подготовка к построению в Санкт-Петербургской губернии новой (после работ Шуберта) триангуляции, соединяющей ее с триангуляциями Финляндского княжества и Лифляндской части Дуги Струве. Молосковицкий базис должен был служить основным базисом новой плановой основы губернии. Располагался он в западной части создаваемой триангуляции и являлся 10-км стороной треугольника 1 класса, причем стороной единственной по условиям местности, которая допускала прямое линейное измерение. По-видимому, у военных геодезистов (командовал ими генерал Бонсдорф) не было возможности строить обычную базисную сеть с коротким базисом, применять традиционную отлаженную технологию измерения жезлами и затем соединять базис с основными треугольниками. Измерение основной стороны (Молосковицкого базиса) значительно убыстряло, удешевляло и подвигало вперед ход триангуляции. Однако намеченная линия в своей центральной и северной части пересекала глубокие овраги, что делало невозможным ее измерение традиционными жезлами.

http://s3.uploads.ru/t/fHtTs.jpg
Профиль линии Молосковицкого базиса [6].

Бонсдорф принимает смелое решение использовать новейшее изобретение шведского профессора Едерина. Этот ученый-геодезист разработал и построил точный базисный прибор, в котором рабочими мерами были не сравнительно короткие жезлы, а 25- и 50-метровые металлические проволоки (Швеция приняла метрическую систему намного раньше России). Значительная длина проволок позволяла пересекать местные препятствия и на порядок повышала скорость измерения, она делала ненужным трудоемкое выравнивание почвы вдоль линии базиса, ровность которой была обязательным условием применения жезловой технологии. Изобретению Едерина было всего 4 года, в России, да и нигде в мире (кроме единственного базиса в Норвегии) этот прибор еще не использовался.

Бонсдорф добился у своего военного начальства покупки экземпляра прибора Едерина и приглашения самого изобретателя в качестве технического руководителя предстоящего измерения.

Основной проблемой новой технологии было не само измерение базиса, а метрологическая калибровка рабочих проволок. Базис должен был измеряться проволоками точно определенной длины. Но, во-первых, применявшиеся стальные и латунные проволоки постепенно меняли свою длину (сокращались), что было обнаружено на испытаниях в Петербурге; во-вторых, эталонов такой большой длины в мире не существовало, надо было придумать способ сравнения короткого металлического эталона с десяти- и двадцатикратно более длинными проволоками. Едерин привез с собой измерительные микроскопы, устанавливаемые вдоль длинного бревна (прообраз будущих компараторов). Кроме этого, надо было учесть многочисленные температурные и механические эффекты, влиявшие на длину рабочих проволок как во время калибровки, так и во время измерения базиса. Как отмечал впоследствии Васильев, если прибор Струве требовал участия в подготовке и измерении базиса только 2-3 "интеллигентных работников" (не считая вспомогательного персонала), то проволочная технология требовала таких работников в гораздо большем числе. В противоположность жезловой технологии, легкость и скорость измерения проволоками сочеталась с продолжительным трудом исследований результатов калибровки и измерения, необходимостью повторных вычислений и анализа результатов.

http://s3.uploads.ru/t/Ib3HW.jpg
Прибор Едерина образца 1884-1888 г.г.

Измерение Молосковицкого базиса состоялось в августе 1888 года. Линия длиной 9,8 км была измерена двумя проволоками (биметаллический прием компенсации температурных влияний) в прямом и обратном направлениях всего за семь рабочих дней, причем широкий овраг в северной части базиса был пройден с одного раза с помощью проволок 50-метровой длины. Окончательная длина базиса зависела от целого ряда математических предположений о случайных и систематических влияниях на проволоки, и поэтому отличалась в выводах двух руководителей измерения - Едерина и более тщательного в исследованиях и анализе Бонсдорфа (по характеристике Витковского, увлеченного математикой). Окончательный результат Бонсдорф получил спустя 4 года после измерения базиса [4, 5, 6].

В своем скрупулезном многостраничном анализе Бонсдорф с большим или меньшим успехом отмел, либо оставил без рассмотрения все без исключения доводы и результаты, ставящие под сомнение его окончательный вывод. Выведенное им значение длины Молосковицкого базиса стало основой вычисления новой триангуляции Петербургской губернии. Но через 11 лет, когда новая триангуляция достигла (к 1903 году) сохранившихся точек треугольников Дуги Струве в Лифляндии, ему пришлось оставить "в висячем состоянии" новое обстоятельство - то, что это соединение состоялось не вполне хорошо, хотя, по-видимому, топографическая цель новой триангуляции решалась удовлетворительно. Соединение с треугольниками Струве выявило ошибку масштаба новой триангуляции, но найти ее источник было почти невозможно. Это удалось только непреклонному характеру и дотошному аналитическому уму одного человека - пулковского ученого Васильева. Измерив проволоками поверочный Пулковский базис через 13 лет (!) после Бонсдорфа, и разойдясь с ним в результате на 7 см (1: 32 000), Васильев упорно искал и в конце концов нашел причину расхождения [7] - ею была неверность результата 1892 года. Но источником ошибки было не вычисление Бонсдорфа, не полевое измерение, не метрологическая калибровка едериновских проволок - а двойное, если не тройное, но одинаково ложное согласие (!) разновременных лабораторных определений длины основного едериновского эталона - 2,5-метрового стального жезла. Номинал эталона в результате его трех одинаково неудачных тестирований оказался завышен на 0,1 мм, или на 1:25000, что на Пулковском базисе дало завышение длины 7 см, а на 10-км Молосковицком базисе - около 40 см.

http://s3.uploads.ru/t/70KmA.jpg
Александр Семенович Васильев (1868-1947): пулковский астроном и геодезист; в 1899-1901 г.г. - один из главных участников русско-шведского градусного измерения на Шпицбергене.

К чести Бонсдорфа, он признал тот факт, что поправка Васильева улучшает качество соединения новой триангуляции с треугольниками Струве (сегодняшние футуристы от геодезии в этом случае вряд ли бы оставили триангуляцию Струве без уничтожающей критики).

В 1997 году правота Васильева была доказана независимым путем: GPS-измерением сохранившего свои центры Молосковицкого базиса [8]. Новое GPS-измерение геодезистами петербургского ООО "НПП "Бента", выполненное летом 2012 года в ходе работ по мемориальному обозначению концов базиса, подтвердило выводы 1997 года.
Послесловие

В длительной истории отечественной практической геодезии базисы относятся преимущественно к эпохе триангуляций, которая у нас началась в начале 19 века и закончилась в последней четверти 20-го, сменившись точными светодальномерными работами (трилатерациями и траверсами), а затем спутниковыми координатными определениями. За эти менее чем два столетия базисы измерялись тремя способами, или технологиями: жезлами, проволоками и электромагнитными дальномерами. Первым способом в России измерено 39 точных базисов (1817-1904); вторым - около 1300 (1888- прим. 1965); третьим - около 1500 (1957- нач. 1980-х г.г.). Каждый из этих технологических периодов характерен своими интересными для сегодняшнего практика особенностями, к примеру, изложенными выше. Измерение Молосковицкого базиса в 1888 году ярко выразило типичную коллизию, сопровождающую смену измерительных технологий, и в силу одного этого данный базис является ценным памятником истории науки и техники, причем не только российской. Но, кроме того, Молосковицкий базис связан с именами видных деятелей отечественной геодезии, в первую очередь - с именем В.В. Витковского, а также с началом использования в отечественной геодезии метрической системы длин. Всё это только прибавляет исторической ценности скромному техническому объекту, чудом сохранившемуся на территории Волосовского района Ленинградской области.

Литература
Кульберг. Измерение Феодосийского базиса Крымской триангуляции. // Записки Военно-топогpафического отдела Главного штаба, ч. 48 / 1892, отд. 2, п. VIII, с. 191-205.
Стpуве Ф.Г.В. Дуга меридиана в 25° 20 между Дунаем и Ледовитым морем..., СПб, Имп. АН, 1861, т. I, Введение, с. XXXIV, сноска.
Абраменков В.Н. и др. Осовницкий базис генерал-майора Теннера. // Геодезистъ, N 5-6 / 2002, с. 26-30.
Bonsdorff, A. Mesures des bases de Moloskovitzi et de Poulkovo executees en 1888 avec lappareil de Jaderin. // Bulletin de la Societe de Geographie de Finlande (Fennia), N 7 / 1892, p. 1-196.
Витковский В.В. Базисный прибор Едеpина. СПб, тип. Демакова, 1892, с. 19
Бонсдоpф. Измеpение Молосковицкого и Пулковского учебного базисов базисным прибором Едеpина. // Записки Военно-топогpафического отдела Главного штаба, ч. 51 / 1894, отд. 2, с. 1-162.
Васильев А.С. Большой Пулковский базис. // Известия Имп. Академии наук, V серия, т. XXIII, N 3 ("1905, октябрь"), 1906, с. 173-194.
Верещагин С.Г. и др. Обследование и GPS-измерение Молосковицкого базиса 1888 года. // Геодезия и картография, N 2 / 1998, с. 28-30.

http://www.geotop.ru/publication/publ.p … amp;id=830