VÚGTK 50 516

[Geodězija kak oblasť znanij]

Ju. Je. Fedosejev. - In: Geoprofi. - Č. 5 (2009), s.4-8 : 1 tab. - Res. angl.

Abstrakt: Pojednává se o soudobém pojetí pojmu „geodézie“ jako oblasti poznání. Tato oblast pokrývá metody a prostředky zkoumání tvarů velkých těles („makrotěles“), jejich simulace (mo-delování), zkoumání dynamiky časových změn, a také realizace objektů s uvážením zakřivení pro-storu měření a konstrukcí. Předkládá se formalizovaná logická teorie modelování - a celý článek má diskusní ráz. Navrhuje se též klasifikace úrovní komplexity vědeckých a praktických úloh, ře-šených geodetickými metodami, což je obsahem velké tabulky. - Pro podrobnější studování je na webu dostupný originál; ruský a anglický abstrakt článku je na http://www.geoprofi.ru/opinion/Article_4418_16.htm , celý text ve formátu pdf na http://www.geoprofi.ru/default.aspx?mode=binary&id=1116 .

Poznámka: Kurzívou dávám v textu své poznámky, komentáře a souhrny některých pasáží origi-nálu.

Každé nové zkoumání fundamentálních poblémů geodézie nutně vyžaduje hned na počátku sta-novit výchozí pozice diskusí pro současnou úroveň rozvoje. Ještě v počátečním stadiu je třeba vymezit místo geodézie jako oblasti poznání.

Libovolná oblast znalostí má svou hierarchii základních pojmů, určujících ostatní řešení. Patří k nim zejména
• sebeidentifikace oblasti poznání na soudobé úrovni;
• soustava pojmů a přijatých označení, využívaných v daném popisu;
• strukturalizace pojmů, v nichž se daná oblast poznání popisuje.

Navrhuje se následující soudobý pohled na geodézii jako oblast poznání, s uvážením specifik zkoumaného problému.

Geodézie je nauka, jejímž předmětem jsou metody a prostředky pro zkoumání tvarů mak-rotěles, modelování (popis) těchto tvarů, sledování jejich změn v čase a jejich rekonstrukce ve skutečnosti, při uvažování zakřivení prostoru měření a rekonstrukcí.

Osvětlíme ve stručnosti význam termínů, použitých v uvedené definici.

Pod obecným pojmem metody a prostředky se rozumí soubor nadřazených („rodovych“) pojmů:
• zkoumání objektivních zákonů a/nebo vytvoření třídy modelů pro nalézání efektivních pravidel rozhodování;
• vypracování optimálních pravidel pro řešení zadané úlohy, nebo pro nalezení principiálního schématu jejího řešení;
• vytvoření technologií - tj. manipulací s hmotnými objekty pro dosažení určitého technic-kého cíle, získání konečného výsledku nebo produktu;
• aplikace poznatků, pravidel a technologií při tvorbě konkrétních produktů nebo poskyto-vání služeb.

Pod pojmem makrotělesa se rozumí hmotné přirozené nebo umělé objekty, jejichž rozměry ne-dovolují řešit požadované ukoly bez vybudování speciálních konstrukcí (sítí), vytvářejících jed-notnou souřadnicovou soustavu pro celý zkoumaný objekt. Historicky prvními objekty geodetic-kého zkoumání se staly části zemského povrchu a celá Země jako planeta.

Jedním ze základních pojmů geodézie je pojem systému souřadnic, který se může ppodstatně lišit od analogického pojmu v matematice. Pro definování trojrozměrného systému souřadnic je obec-ně třeba stanovit (určit) počátek odečtů, zadat dva základní směry a určit měřítko. Takový systém souřadnic může být lineární a pravoúhlý, křivočarý a kosoúhlý – ale kombinování těchto typů je možné pouze v geodézii. Např. při využití kartézského systému se pravidla promítání bodů do souřadnicových rovin přebírají z křivočarých systémů a měřítka různých os jsou odlišná v závis-losti na hodnotách souřadnic. (Zde si představíme třeba promítání bodu na elipsoid podle zkřivené tížnice a rozdílnou hodnotu délkové a šířkové vteřiny.) Poznamenejme, že podstatný význam má čtvrtá souřadnice - čas t. Mimoto je žádoucí znát pro libovolný bod tíhový potenciál G (x, y, z, t). To znamená, že je řeč o vícerozměrných souřadnicových soustavách, užívaných v geodézii. – Při řešení některých technických úloh se ovšem systémy souřadnic mohou zjednodušovat. Jeko příklady se zde uvádějí úlohy topografické, budování výškových sítí, kontroly přímočarosti a souososti apod.

Pojem modelování značí zprostředkované praktické nebo teoretické laborování s objekty, při němž se zkoumá nikoliv vlastní objekt, ale pomocný umělý nebo přirozený (!) systém („kvaziob-jekt“) - model. K tomu jsou poznámky (zde zkrácené):
• Model se nikdy přesně neshoduje s vlastním objektem. Rozdíly lze charakterizovat vektorem ? , který lze považovat za náhodný s korelační maticí K? , nebo jako systematický, závisející na souřadnicích bodu a na tíhovém potenciálu.
• Jako příklad uživatelského modelu lze uvést generalizovaný topografický plán – pro jehož vytvoření však bylo nutné vybudovat pro celé území souřadnicový systém a získat řadu podrobných pracovních informací.
• Podle míry generalizace zobrazované informace lze hovořit o podrobnosti uživatelského modelu. Přitom při nedostatku informací je model neužitečný a při jejich nadbytečnosti – uživatelsky nepohodlný.
• Pro vybudování základního modelu je třeba vykonat geodetická měření, nezbytně zatížená chybami. Ty lze charakterizovat korelační maticí K? . Matematické zpracování výsledků vede k zkreslení parametrů základního modelu, jehož přesnost je charakterizována korelační maticí Kp , která se získá kovarianční transformací z K? , nebo z nepřímých odhadů (včetně experních). Pro většinu praktických úloh je přesnost základního modelu nepodstatná a model je potřebný jen jako adresový, definující polohu objektu.

Poznamenejme, že ani v originálu článku nejsou matice K????K??, ani Kp blíže specifikovány.

Pod pojmem studium změn tvaru zkoumaných makrotěles se rozumí získávání numerických charakteristik změn (deformací) parametrů modelu a dynamiky jejich vývoje, spolu s odhadem přesností parametrů modelu, produkovaných různými zdroji chyb:
• korelační maticí K ;
• korelační maticí Kp ;
• nespojitostí geodetické informace.

Geodetickými metodami lze určovat jen posuny jednotlivých bodů objektu pro určité konkrétní časové okamžiky. Proto je geodetická informace vždy diskrétním (v prostoru a čase) zobrazením spojitého objektrivního procesu. Má složitou strukturu, kterou lze popsat následujícím schématem:
• adresová složka (x, y, z, t) jednoznačně určující místo a čas obsahové části;
• obsahová část (?x, ?y, ?z, ?t) – posuny sledovaného bodu za interval ?t ;
• výsledky pomocných měření různých parametrů objektu, které by mohly být korelovány s hodnotami posunů.

Dále se uvažuje o definici zanedbatelnosti posunů na základě korelační matice Kp a zvoleného intervalu spolehlivosti, o volbě normovaných intervalů ?t v závislosti na rychlosti sledovaných procesů a na trvání procesu měření ?t; okamžik t z adresové složky musí být patrně uvnitř ?t .

Pokračuje úvaha o geodetickém zkoumání objektů v dynamickém pojetí jejich vývoje, o vztahu volby intervalů ?t k nákladům, kdy jejich minimalizace vede k drahému kontinuálnímu monitoro-vání. To však může být dnes s výhodou vyřešeno automatizovanými systémy – byť se značnými investičními náklady.

Rovněž interval ?t je žádoucí minimalizovat, což souvisí nejen s náklady, ale i s technologickými možnostmi používaného vybavení. Volba technologie pak je omezena přijatelnými náklady, takže je třeba hledat kompromis v podobě optimálního řešení. Jsou k tomu dvě poznámky:
• Uživatelé nepotřebují soubory měřených dat, ale spojité modely procesů. Přechod od dat k modelům souvisí s apriorními představami o procesech. Existují i metody na těchto představách nezávislé. Vždy je však nutno v rámci zkoumání deformací uvažovat o způsobech interpretace terénních měření.
• Výzkum deformací zemského povrchu se často spojuje s pojmem „geodynamika“. Je třeba poznamenat, že geodetickými metodami je možné hodnotit pouze kinematické složky jevů, takže geodynamická zkoumání musí mít vždy komplexní, interdisciplinární ráz.

Pojem rekonstrukce tvaru makrotěles znamená, že se pomocí materiálních těles ve zvolené (vytyčovací) soustavě souřadnic fixují body ještě neexistujícího objektu. Následuje definice vyty-čovacích prací.

Pod pojmem uvažování zakřivení prostoru měření a rekonstrukcí jest chápat dva druhy ob-jektivních procesů, které vždy doprovázejí získávání numerických, metrických dat o zkoumaných makrotělesech.

Fyzikální zakřivení prostoru měření je charakterizováno následujícími objektivními jevy:
• zakřivení tíhového pole, ve kterém se měří;
• optickou nehomogenitou prostředí, v němž se měří a která způsobuje zakřivení trajektorií šíření elektromagnetického záření, např. světla.
• Matematické zakřivení prostoru měření pak je charakterizováno:
• náhodnými a systematickými chybami měření, které jsou popsány korelační maticí K? a z ní plynoucími odhady;
• nedostatečnou rigorózností používaných algoritmů zpracování, při němž je vždy možné maticí Kp popsat neuvažovaný faktor, vedoucí k zkreslení představ o přesnosti konečných výsledků.

Poznámka. Zanedbávání zakřivení prostoru měření a konstrukce způsobuje nejistotu (pochybnost) o číselných hodnotách získaných parametrů (konečných nebo částečných výsledků) a činí je méně důveryhodnými.

Geodézie, jako každá oblast poznání, má své hranice. Ty však jsou velmi neostré a neurčité. Jed-nak lze využití geodetických metod ve styčných oblastech považovat za vlastní metody a pro-středky těchto oblastí, jednak využití metod a prostředků jiných oblastí v geodézii lze v počáteč-ním stádiu považovat za určité inovace, pokud nejsou v rozporu s vyloženým pojmem makrotěles. Později, při jejich stabilním využívání, mohou být pokládány za vlastní metody a prostředky geodézie.

Geodézie je technickou oblastí poznání, neboť:
• je zaměřena na uspokojování konkrétních potřeb zkoumání (modelování) životního pro-středí;
• výsledky, získávané geodetickými metodami a prostředky, nelze považovat za konečné, a je vždy možné jejich zpřesňování;
• náklady na zvyšování přesnosti a podrobnosti popisu objektu jsou omezeny aktuální tech-nickou nezbytností, podléhající předpisům.

Pro spolehlivé plnění technického poslání geodézie je nezbytný základní blok, který sjednocuje výchozí předpoklady a definice, a zahrnuje pro daný objekt soustavu výchozích údajů, nutných a postačujících pro spojení do výsledného celku technických řešení s terénními geodetickými mě-řeními. Tato (poněkud mlžná) obecná formulace se osvětluje příkladem, dle něhož je např. pro „sjednocování“ měření na území Ruska (dodejme, že i jinde) je třeba mít geodetickou referenční síť a popis tíhového pole v podobě matematických výrazů nebo souborů číselných dat, to vše „do-statečně“ přesné. Tím se míní existence korelační chybové matice pro hodnocení přesnosti polohy bodů. Zdůrazňuje se, že to vše musí být vztaženo k určitému časovému okamžiku. Obecně se zde uvažuje též o předvídání změn dle extrapolovaných modelů, s nutností modifikace jejich parametrů - dokud nebyla provedena nová měření to vede k snížení důvěruhodnosti číselných údajů.

Je třeba uvažovat o dvou, vzájemně svázaných, sférách úloh geodézie:
• vnější, což je vytváření produktů geodetických činností a poskytování služeb;
• vnitřní, jež souvisí s udržováním a rozvojem geodézie - což jsou základní výzkumy per-spektivních směrů, výchova kvalifikovaných kádrů pro práce na soudobé úrovni, péče o normativně-metodické dokumenty.

Vědecké a provozní úlohy, řešené geodetickými metodami, je možné klasifikovat podle úrovně složitosti. Na základě dlouholetých zkušeností a diskusí se předkládá tabulka, která hodnotí kaž-dou úlohu podle sedmi parametrů do pěti úrovní složitosti. A platí, že když podle jediného z pa-rametrů patří úloha do vyšší úrovně, je třeba ji celou do této vyšší úrovně zařadit, a hledat tomu odpovídající pracovníky.

Převážná většina geodetických prací patří do první a druhé úrovně složitosti, tj. jde o topografic-ko-geodetickou výrobu. Pro zvýšení ekonomické účinnosti je obecně žádoucí, aby vyšší úrovně včas a v úplnosti poskytovaly výrobě nové progresivní technologie a souborná řešení.

Bohužel, pro poslední historickou etapu vývoje je charakteristická destrukce nezbytné spjatosti soudobých metod a prostředků geodetických měření s existující normativně-technickou doku-mentací, kdy se použití nových technologií, neobsažených v instrukcích, chápe jako jejich poru-šování. Je naléhavě potřeba zajistit pro geodetickou výrobu soudobou normativně-metodickou základnu. Vypracované návrhy by neměly mít doporučující, ale závazný charakter, avšak součas-ně být formulovány tak, aby nebránily ve využívání nových technických možností při řešení geo-detických úloh.

Koncepce, předkládaná v této práci, má zajisté povahu polemiky. Formulace jednotlivých tvrzení vznikla již před několika desetiletími, spolu s první variantou tabulky a s prvními variantami de-finic. Následovalo mnoho diskusí - poslední vnesené úpravy pocházejí od „kulatého stolu“ při příležitosti 230. výročí MIIGAiKu 27. května 2009.