Исследование и исторический анализ геодезических реперов

Иногда, прогуливаясь по улицам города, мы замечаем небольшие железные болты с номерами, вбитые в землю, или в стены домов, и задумываемся, а что это и зачем они нужны?

Задавшись, таким же вопросом, я решил поискать ответ в книгах или найти какую-нибудь информацию об этом на просторах Интернета. И вот что я нашел.

Оказывается, это геодезические реперы. Репер (франц. repere – знак, пункт, точка). Необычный на слух и не понятный только в первый раз термин имеет иностранное происхождение с таким смыслом, как метка, уровень, ориентир. Он используется в геодезии, как специальный элемент, который фиксируется на зданиях и других сооружениях для определения и контроля их географических координат. Установка репера является неотъемлемой частью геодезических работ при строительстве, реконструкции или ремонте зданий и позволяет точно определить местоположение объекта в пространстве. Репер используется в различных отраслях, включая архитектуру и строительство.

В России высоты репера вычисляются относительно нуля Кронштадтского футштока.

С 1946 года на территории Советского Союза была введена единая система координат и высот. За исходный приняли уровень Балтийского моря с отметкой, соответствующей нулю на Кронштадтском футштоке. Это и есть контрольная реперная точка государственной нивелирной системы. От отметки абсолютного нуля ведутся расчеты высот и глубин для всех отечественных карт и лоций, определяются орбиты для полетов космических кораблей.

Сам термин футшток (рейка) появился в 1777 году в Кронштадте, когда была организована специальная служба наблюдения за водой от дна Обводного канала. По вычисленным усредненным показаниям гидрографа М. Ф. Рейнеке на каменной опоре одного из мостов через Обводной канал высекли горизонтальную черту, где закрепили металлическую пластину с горизонтальной отметкой, практически совпадающей с нулевым показанием футштока.

Основная цель использования геодезического репера заключается в обеспечении точности и надежности измерений и позволяет геодезистам и архитекторам работать с высокой точностью и стабильностью. Репер помогает контролировать деформации и смещения здания и вовремя выявлять возможные проблемы или потенциальные риски. Благодаря реперу, можно также установить горизонтальное и вертикальное положение здания относительно соседних объектов или ориентиров. Реперы устанавливаются на различных этапах строительства – от замеров перед началом работ до контроля в процессе их выполнения.

Рис. 1. Разновидность реперов

Вообще, первые знаки (реперы) выглядели так. Деревянные колышки, вырезанные с надписями, вбитые в землю.

Ещё за много веков до нашей эры приемы геодезии использовались при строительстве пирамид и ирригационных сооружений в Древнем Египте, а также при составлении планов и карт в Вавилоне, Греции и Риме. Используя знания в области геодезии, строили храмы, крепости, гидротехнические сооружения, туннели, дороги, водопроводные сети. Древние строители умели выносить оси сооружений, разбивать круговые кривые, строить прямые углы, обеспечивать вертикальность сооружений, передавать высотные отметки и заданные уклоны, производить сбойку туннелей и другие инженерно-геодезические работы.

В Древней Руси первые геодезические измерения относятся к 1068 году, когда по льду была измерена ширина Керченского пролива. При Петре I получили развитие работы по составлению карт, а в 1743 году под руководством М. В. Ломоносова создается геодезическая служба во главе известного ученого геодезиста В. Я. Струве и издается первый «Атлас Российской империи». Прилагая все усилия для развития организационной, геодезической, издательско-картографической деятельности Географического департамента, в 1758 году Ломоносов составил «Примерную инструкцию по определению астрономических пунктов» для повышения точности долготы и определения разности высот уровней Черного и Каспийского морей.

С этого времени геодезические работы стали проводиться на высокой научной основе. Опорные сети создавались методом триангуляции. В результате этих работ были получены данные для определения размеров Земли.

Нивелированные сети на карте выглядят так: точки в картах с крупным масштабом указываются абсолютно все - возвышенности, курганы, холмы или отдельно стоящие здания со шпилями, башнями или колокольнями.

Рис. 2. Нивелированные сети

Реперы бывают трех видов: вековые, фундаментальные и рядовые.

Вековые распределяются в соответствии со специальной схемой на территории всей страны. Они устанавливаются по инструкции в заданных географических точках. Их используют в основном с научными целями. Фундаментальные оборудуются по всем нивелирным линиям первого класса (между вековыми) и по самым ответственным линиям второго класса. Расстояние между точками – от 50 до 80 км. Их закладывают исключительно в грунт, в виде железобетонных столбов и пилонов. Так как фундаментальным репером можно пользоваться только в определенных случаях, недалеко от него устанавливают рядовой репер-спутник с точными перенесенными данными. Его используют в качестве опоры для нивелирования 3 и 4 классов. Рядовые реперы бывают стеновыми, скальными и грунтовыми. Закрепленные на расстоянии от 3,5 до 7 км один от другого, эти знаки могут закладываться по всем нивелирным линиям.

Геодезические пункты могут быть выполнены в виде металлических или деревянных пирамид, каменных или железобетонных столбов. Высота каждой конструкции зависит от места привязки. Любой репер служит штативом или опорой для измерительного инструмента и наблюдателя.

Система связанных между собой фундаментальных и рядовых реперных пунктов и образует ГГС – государственную геодезическую сеть.

Специальные каталоги содержат списки с указанными координатами всех таких точек. Данные сведения используются топографами для изучения поверхности планеты, в инженерно-геодезических изысканиях, для разных нужд хозяйства страны.

У нас реперы начали активно устанавливать в 30-х годах ХХ века, когда началась индустриализация и строительство крупных промышленных предприятий и жилых домов, хотя в дореволюционные времена такая работа проводилась также по всей стране.

В последние годы развитие геодезии связано с широким применением цифрового и электронного картографирования, дистанционным зондированием Земли, использованием глобальных навигационных систем для определения положения точек, а также внедрением геоинформационных компьютерных систем (ГИС).

ГИС являются автоматизированными системами (например: GPS/ГЛОНАСС), осуществляющими сбор, хранение, моделирование, обработку пространственно-координированной информации. Внедрение электронных и цифровых геодезических приборов значительно повышает производительность труда, упрощает и сокращает время на обработку результатов измерений, исключает такие ошибки исполнителя, которые возникают при снятии отсчетов, записи результатов в журналах и вычислениях.

И хотя я нашел информацию, что в настоящее время новые реперы и знаки устанавливают только там, где ведётся новое строительство, и то на большом расстоянии друг от друга, на просторах Интернета очень много рекламы от геодезических организаций, которые занимаются измерением местности и установкой реперов.

В начале статьи я задавал вопрос: что это за знаки и для чего они нужны? Рассматривая эти реперы, мы также видим на каждом из них цифры, которые являются индивидуальным уникальным номером, присваиваемым на предприятии-изготовителе с годом выпуска. Точное положение репера на местности геодезисты определяют с помощью Государственной геодезической сети и заносят в каталог. Репер документируется, включая в себя координаты и высоту репера. Это позволяет облегчить последующие геодезические работы и обслуживание репера, при необходимости, переустанавливать или заменять их.

В последнее время в Интернете на Авито можно найти информацию не только о проведении геодезических работ и установки реперов на местности, но и о продажи старинных реперов среди коллекционеров от 500 до 3500 рублей. Эти реперы датируются 1930-ми годами и изготовлены из чугуна.

Изучая эту тему, я многое узнал не только про реперы, его разновидностей, но и об истории возникновения первых знаков, о Кронштадтском футштоке, о развитии науки геодезии, и о большом вкладе М. В. Ломоносова в эту науку, а также о том, что эта государственная сеть работает и по настоящее время, и реперы важны и сейчас в геодезии, архитектуре и строительстве.

Кроме этого, термин «Репер» используется в математике, в музыке и в бизнесе.