Sborník praci VÚGTK 1996
|
|
|
| KARSKÝ, Georgij | |
CENA HISTORICKÝCH MĚŘENÍ A SOUČASNÁ "INFLACE DAT" | |
Sborník prací 1996. - Roč.41. - Zdiby : VÚGTK, 1997. - S.15-20. |
V návalu aktuální práce a v nadšení nad množstvím nových možností geodezie, její observační techniky, výpočetních metod i teprve nyní řešitelných zajímavých problémů, asi někdy zapomínáme vidět historické souvislosti našeho oboru. Jako by se vše minulé stalo bezvýznamným před tváří počítačů, jejich sítí a interaktivních informačních systémů, totálních stanic, GPS, dálkového průzkumu a (téměř) automatické tvorby digitálních map. Ale snad přece jen stojí za to, občas se zamyslet nad cenou historických měření pro nás a našich pro budoucnost, abychom ve své "postmoderní" povýšenosti neopomenuli něco důležitého.
Astronomové dobře znají cenu starých měření a pozorování z minulých staletí, ba i tisíciletí. Polohy hvězd z pradávných katalogů, pořízených mnoho let před vynálezem dalekohledu, posloužila k určení precese, pouhé konstatování, že v určitý den na jistém místě nastalo zatmění Slunce, poslouží k zpřesnění teorie pohybu Měsíce a změn délky dne. Dokonce i jen statisticky zpracované údaje o počtu velkých "vlasatic" a "padajících hvězd", spatřených v delších obdobích minulosti, nesou v sobě informaci o tehdejších klimatických poměrech a o počtu jasných nocí ...
Situace geodezie je, pokud jde o stará měření, obtížnější. V kosmu platí, zvláště pro pohyby nebeských těles, poměrně jednoduché zákony. Na Zemi se vše složitě mění. Je někdy obtížné odlišit geologické (tektonické) příp. biologické (hranice lesa) změny od antropogenních. Ty jsou většinou úmyslné (zjevně nebo skrytě, jako "pohyby" mezí a hranic pozemků), někdy však i nežádoucí vedlejší produkty technické, zemědělské a jiné činnosti. A o trvanlivosti a neproměnnosti stabilizací "pevných" bodů by mohli vyprávět ti, kteří se starají o údržbu geodetických sítí.
Počátek šedesátých let XX. století, kdy se začalo hojněji používat elektronických dálkoměrů a nastal rozvoj kosmické geodezie, můžeme označit za počátek "elektronické" éry geodezie. "Stará měření" z hlubin "předelektronické" doby geodezie byla velmi důkladně dokumentována. Jsou většinou zachovány nejen konečné produkty prací (seznamy souřadnic, mapy), ale i původní měření s celým postupem výpočtů (neboť vše se "dělalo na papíru"), jakož i příslušné instrukce. Je možné nové zpracování, byť pracné pokud jde o přebírání měřických dat, je možná detekce případných chyb, odvození dříve neuvažovaných vztahů měřených objektů. Tak např. můžeme dnes rekonstruovat vlastnické vztahy nejen v operátu katastru, ale i v terénu, a to s přesností odpovídající někdejšímu měření, s případným omezením, plynoucím ze změn grafických záznamů. "Předelektronické" technologie byly totiž průhledné, definované poměrně jednoduchými matematickými, geometrickými a opticko-mechanickými popisy. Jsou ovšem problémy, chceme-li využít "starých" měření pro geodynamiku - ale to jsou "jen" problémy metodické, otázky přesnosti a systematických chyb rozličných metod měření, otázky souřadnicových systémů a ovšem základní problém identity bodů.
Dnes nastal jev, který bychom mohli nazvat "inflace dat". Elektronické aparatury produkují mnohem větší množství primárních údajů ("odečtů"), než bylo možné při tradičních přístrojích a psaných záznamech. Někdy je to přímo nutnou podmínkou pro použitelnost metody, což výrazně platí pro GPS (Global Positioning System), družicový systém určování polohy. "Inflace dat" má dvě stránky. Velké množství údajů často není možné 1) nejen datailně analyzovat (to nelze cele svěřit počítačům), ale 2) mnohdy ani uchovávat. Pro mnohé projekty tedy budou uloženy až určité mezivýsledky původního zpracování, což nevyhnutelně omezí možnosti pozdějšího přepracování dnešních měření. Tím dochází k určitému znehodnocení dnešních měření z hlediska budoucího rozvoje geodezie. A je možné, že ani dnes nevyužíváme plně všech informací, které jsou v naměřených datech obsaženy. Samozřejmě, to vše platí především o pracích fundamentálního rázu, jako je budování základních geodetických sítí a souřadnicových rámců, nebo sledování recentních pohybů zemské kůry.
Pro představu o rozměrech této "inflace" srovnejme např. objem dat z měření úhlů v základní trigonometrické síti (ZTS) a v projektu DOPNUL (DOPlnění NULradu; NULRAD je GPS síť "nultého" řádu). V obou případech jde o data potřebná pro určení relativních poloh, v ZTS jen polohových, v NULRADu prostorových, a to při navázání sítí na dané základny, výchozí body, astronomické azimuty atd. Během let 1931 až 1954 bylo v ZTS na území celého Československa zaměřeno 227 trojúhelníků se 144 vrcholy (body), tedy při měření vrcholovou metodou 681 úhlů [1]. Každý úhel se měřil zásadně ve 40 tzv. laboratorních jednotkách [2]. S popisem laboratorní jednotky, jak je tam uveden, dostaneme odhad objemu dat pro jednu jednotku asi 2400 znaků (byte); jsou to všechny odečty kruhů, jejich mikrometrů a libel, i všechny popisy, zavedené opravy a testy přesnosti. Vynásobíme-li počet úhlů počtem laboratorních jednotek a objemem dat pro ni, dostaneme pro ZTS odhad celkového objemu dat asi 65,4 MByte; můžeme říci, že tato data vznikala "rychlostí" kolem 3 MByte za rok. Síť DOPNUL má 176 bodů jen v Česku (plus dva navazovací body na Slovensku) a pro měření byla rozdělena do 9 sektorů. V době od listopadu 1993 do září 1994 (včetně) bylo metodou GPS měřeno celkem na 199 bodech (navazovací se opakovaly). Měřilo se vždy 3 dny po 8 hodinách, jen v prvním sektoru s intervalem 15 sekund, později 30 sekund, 9 až 13 přijímači GPS. Objem dat pro DOPNUL je celkem asi 155,1 MByte; jsou to převážně prvotní data v binární formě a zahrnují relativně více "odečtů" než "popisů" ve srovnání se ZTS. "Rychlost" jejich vzniku by byla (za předpokladu rovnoměrnosti) asi 170 MByte za rok. Srovnání je dosti přesvědčivé.
Navíc jsou novodobé elektronické geodetické přístroje pro uživatele "černé bedny", u kterých víme, co dělají, nevíme však přesně, jak to dělají. Firmy pochopitelně tají detaily svých řešení, použité principy měření jejich názvy jen naznačují, takže i pro kvalifikované elektroniky je někdy obtížné vysvětlit, jak přístroj funguje. Modely vlastního měření i zpracování (opravy o vnější vlivy aj.) jsou velmi složité. Přístroje i softwary (též "černé bedny") se navíc rychle obnovují a mění. Ví se, že je velmi žádoucí kalibrace aparatur, ale např. u GPS není standardně definována tak, aby byly výsledky reprodukovatelné a obecně použitelné při výpočtech. V přívalu dat se stále vyskytují i banality, jako je chybně změřená výška přístroje (antény GPS), či dokonce záměny center - a to i v mezinárodních projektech. Příliš stručná dokumentace ztěžuje detekci chyb. Často ani nelze přesně zjistit, jak a čím (vlastnosti přístrojů...) bylo měřeno, a už vůbec ne detaily výpočtů. - Problém je, jak to vše co nejstručněji dokumentovat.
A tak se můžeme ptát, zda z dnešních geodetických prací budou stejně dobrá "stará měření" v budoucnosti, jaká nám pro dnešek zanechali naši předchůdci. Uvážíme-li, že Křovákův systém, založený v podstatě na měřeních z minulého století, je v podobě S-JTSK stále použitelný v technické praxi, byť i s četnými výhradami [1], že jeho Besselův elipsoid v sobě zahrnuje francouzské poledníkové měření v Peru z první poloviny 18. století [3] atd. vidíme vysokou kvalitu starých prací. A sami se o ni můžeme přesvědčit výpočty z podrobných původních dat (viz s dalšími citacemi např. v [3], [4]).
Stará měření astronomická i geodetická (a jejich někdejší interpretace) však nenesou informaci jen o vlastním vědním oboru, jehož se týkají, ale vypovídají i o dobovém způsobu myšlení, poměrech ve vědě i v kultuře obecně atd.
Historici běžně užívají názvu pomocné vědy historické (viz např. [5]) pro některé nauky, které jsou jim pomocnými prostředky při zkoumání minulých dějů. Z nám blízké oblasti sem zařazují chronologii, kartografii a metrologii. Astronomie se mezi pomocné vědy historické obvykle explicitně nepočítá. Je ovšem dobře známo, že astronomické metody chronologie, založené na záznamech o jevech na obloze, jsou velmi užitečné pro navazování kalendářních systémů mezi různými kulturními oblastmi i pro datování jednotlivých událostí. Méně se již uvažuje o možné užitečnosti geodezie pro historické poznání. Přesto i zde můžeme na amatérské úrovni úvah o dějinách nalézt zajímavé příklady; někdy přinášejí spíše otázky, než odpovědi.
Když Tamerlánův vnuk Ulugh-Beg (1394-1449) někdy kolem roku 1425 budoval v Samarkandu svou observatoř a na ní obrovský vertikální kruh o poloměru asi 40,64 m a horizontální kruh o průměru 8 - 10 m [6], byly to astrometrické přístroje, které mohly a také přinesly pokrok do předteleskopické astronomie v podobě prvního originálního katalogu hvězd po Ptolemaiovi. Ale observatoře v Dillí, Džajpuru, Udžajnu, Benáresu (dnes Váránasí) a Mathuře, které asi po roce 1719 začal stavět mahárádža Saváí Džai-Sinh II. (1686-1743), byly již tehdy z hlediska světové vědy "časově posunuté" do anachronismu, kde již nemohly přispět k pokroku světové vědy. Nejlépe se zachovala observatoř v Džajpuru ([7], barevné fotografie [8]), kde lze detailně studovat velké zděné přístroje. Jsou většinou jednoúčelové, určené k měření jednotlivých astrometrických prvků, týkajících se poloh Slunce, Měsíce, planet a hvězd, ekliptiky, času, souřadnic observatoře aj. Jsou to přístroje důmyslné, názorné pro pochopení základů sférické astronomie, odolné a přímo krásné. Největší je Samrat Jantra, vysoká 27,43 m, v podstatě ekvatoreální sluneční hodiny s poloměrem stupnic 15,2 m [9]. Je otázkou, co Džai-Sinh sledoval budováním principiálně přesně nerealizovatelných přístrojů. Otakar Pertold (1884-1965), indolog, etnograf, profesor Karlovy univerzity, a také československý vyslanec v Indii kolem roku 1925, se domníval, že Džai-Sinhova "observatoria ... měla dohromady tvořiti základní body pozorovací sítě geodetické" [9]. Ale vzhledem k tomu, že profesor Pertold udává souřadnice těchto observatoří až na 0,1", aniž by řekl, kterého místa se týkají, nemusíme jeho geodetické názory brát příliš vážně. I když např. Udžajn skutečně určoval základní poledník indické geografie. V každém případě zde však zůstává nápadný kontrast s pracemi Noëlovými.
Ještě dříve, než Džai-Sinh stavěl své observatoře, působil totiž v Číně a Indii jezuita Francisco Noël (1651-1729), který tam v letech 1684 až 1708 konal astronomická určování poloh řady míst, měřil magnetickou deklinaci a konal další pozorování [10]. Užíval dalekohledů a kyvadlových hodin, úhly měřil kvadrantem o poloměru dvou stop. Čas pařížského poledníku pro určení zeměpisné délky zjišťoval na úrovni špičkové vědy své doby pomocí zatmění měsíců Jupitera, s časovým rozlišením na úrovni 10 sekund, přesnost výsledných souřadnic je v jednotkách úhlových minut. Měření jsou dobře dokumentována a mohou být i znovu zpracována. Všimněme si také, jak rychle bylo možné v roce 1710 vydat vědeckou knihu [10], když poslední měření, v ní uvedená, byla vykonána na druhém konci světa ještě 20. července 1708.
Velká francouzská poledníková měření v Peru (dnes Ekvádor) a Laponsku v letech 1735 až 1744 jsou také zajímavou ilustrací tehdejších poměrů ve vědě [3]. O možnostech komunikace mezi učenci svědčí třeba to, že P.-L. M. Maupertuis (1698-1759) počítal při zpracování astronomických měření v Laponsku již před r. 1738 nejen opravy z roční aberace, jejíž objev publikoval J. Bradley (1693-1762) v roce 1729, ale i opravy podle předběžné verze teorie nutace, kterou Bradley uveřejnil až r. 1748. Je zajímavé, že týž Maupertuis nezaváděl opravy z refrakce, snad pro nedůvěru v obecnou platnost Cassiniho teorie refrakce, známé již asi od r. 1670, i pro polární podmínky. Přitom z vlastních Maupertuisových měření, vykonaných speciálně pro její určení, lze určit refrakční konstanty dostačující pro výslednou přesnost korekce zeměpisné šířky na ca 0,1". Ch.-M. de Lacondamine (1701-1774) a P. Bouguer (1698-1758) při zpracování měření z Peru (publikace 1741 a 1749) zaváděli vliv refrakce ve správné hodnotě, aniž by však uvedli, jak ji nalezli.
Měření v Laponsku byla vykonána rychle v letech 1736-1737. Maupertuis s kolegy se co nejdříve vrátil, měření zpracoval a již r. 1738 sklidil slávu důkazu, že Země je rotační elipsoid zploštělý. Naproti tomu expedice v Peru pracovala až do r. 1744, mnohem přesněji a svědomitěji, než expedice Laponská. Její výsledky byly ještě v první polovině našeho století použity při odvozování tvaru a rozměrů Země. A peruánská toisa (asi 1,949 m) byla až do realizace usnesení metrické konvence (1875) v roce 1882 základním délkovým etalonem pro základnová měření [11].
Historie prvních triangulací Prahy také navozuje určité otázky [4]. Po prvotním měření Aloise Davida (1757-1836), ředitele hvězdárny v Klementinu, univerzitního profesora astronomie a premonstrátského kanovníka, zahájeném v r. 1802 a publikovaném 1805, následovala až do roku 1812 dokonalejší a rozsáhlejší triangulace Josefa Jüttnera, učitele pražské dělostřelecké školy, jejíž výsledky byly uveřejněny až r. 1823. Jüttnerova síť ještě nedávno pokrývala většinu území souvislé pražské zástavby. R. von Sterneck, J. Petřík a J. Pudr později porovnávali Jüttnerovu síť s výsledky novějších triangulací; střední kvadratická chyba v poloze Jüttnerových bodů (po zavedení měřítkového koeficientu asi 0,9997 a natočení kolem 2') je kolem 0,5 m. (Citace všech zmiňovaných prací jsou v [4].) Je otázkou, proč ještě David s Jüttnerem neporovnali výsledky svých měření, ač zřejmě dobře spolupracovali a David napsal předmluvu k Jüttnerově publikaci. Provedeme-li toto porovnání za ně, nalezneme např. pro kostel P. Marie Vítězné rozdíl v poloze 14,6 m, pro kostel sv. Jakuba 11,5 m a pro kostel sv. Petra až 22,7 m [4]. Jde pravděpodobně o vliv systematických chyb při Davidově měření úhlů sextantem, kdy se ztotožňovaly podstatně odlišné obrazy různě osvětlených a vzdálených věží; někde snad došlo i k záměně cílů. Můžeme se jen domnívat, že něco podobného asi zjistili i David s Jüttnerem. Nemajíce pro to tehdy vysvětlení a snad i z úcty k Davidově věhlasu, mohl Jüttner toto konstatování vynechat.
Vývoj souřadnicových systémů, prací v kosmické geodezii, gravimetrii atd. u nás v nejnovější době je také svědectvím o poměrech ve vědě, technice i společnosti. To se ovšem ještě nestalo "historií". Ponecháme tedy budoucím autorům vysvětlení např. toho, proč prof. Cimbálník ve svých skriptech [1] tak zdůrazňuje, že "...dodnes (1994!) je S-JTSK v civilní geodetické službě používán!", nebo "...že naprosto nic z AGS nebylo dosud (1994!) použito pro civilní souřadnicový systém, jehož orientace a rozměr byl určen z měření z druhé poloviny minulého (a zakrátko již předminulého) století." (AGS - astronomicko-geodetická síť, S-42.)
Aniž bychom předbíhali příští rozhodnutí, výklady a technická řešení, můžeme se domnívat, že čím více geodetických měření pro nejrůznější účely (od globální tektoniky po řízení montáží) se koná, tím může být obtížnější zásadní změna geodetických systémů, pravidel a technologií. A to bez ohledu na vymoženosti počítačové techniky a "informačních dálnic". Protože změny by se dotýkaly stále většího počtu lidí. To je ještě jeden možný důsledek "inflace dat".