Saistītie šķirkļi

• Zemes zinātnes

Zemes izmēru, formas un orientācijas precīza noteikšana ir vajadzīga ne tikai precīzu karšu sastādīšanai un navigācijai, bet arī orbītu aprēķināšanai un ģeodinamiskajiem pētījumiem. Magnētiskajam laukam ir tieša saistība ar Zemes mērījumiem, jo ģeodēziskos mērījumus ietekmē Zemes gravitācijas lauks, piemēram, par horizontālas un vertikālas plaknes noteikšanu atbild gravitācijas spēka lokālās variācijas.

Lai gantermins “ģeodēzija” ir saistīts ar planētu Zeme, pastāv arī kosmiskā ģeodēzija, kura nodarbojas ar citu ķermeņu (planētu, asteroīdu u. c.) formas un gravitācijas lauka izpēti.

Ģeodēzijai ir nozīmīga loma mūsdienu dzīvē – tā izstrādā pamatu (referenci) visām ģeomātikas jomām –globālajām navigācijas satelītu sistēmām (GNSS),kartogrāfijai,ģeogrāfiskās informācijas sistēmām (ĢIS), kā arī ģeodinamikas pētījumiem, kosmosa izpētei un kosmosa ceļošanai. Pastāv īpaši ģeodēziskie satelīti, ar kuru palīdzību tiek precīzi mērīta Zemes forma un magnētiskais lauks. Caur ģeodēzisko monitoringa staciju tīklu tiek pētīti arī ģeodinamiskie fenomeni – tektonisko plātņu kustība, magnētiskā pola pārvietošanās, Zemes garozas izliekšanās, kā arī paisuma un bēguma cikli.

Zemākā ģeodēzija praktiski nodarbojas ar apvidus un infrastruktūras uzmērījumiem, nodrošinot būvniecību, kā arī plānu sastādīšanu. Tās uzdevumos ietilpst arī ģeodēziskā tīkla (atbalstpunktu) uzturēšana apvidus uzmērīšanas vajadzībām.

Ģeodēzija ir ļoti praktiska un zināšanu ietilpīga joma, kuras speciālisti izstrādā risinājumus, kurus pielieto vairāku citu jomu pārstāvji. Viens no galvenajiem pienesumiem tautsaimniecībai ir precīzas ģeogrāfiskās atskaites sistēmas izveide un uzturēšana. Kā piemēru var minēt jauna referencelipsoīda izstrādi, kura parametrus izmanto kartogrāfi, ĢIS un GNSS speciālisti. Savukārt, ģeodēziskos atbalsta tīklus izmanto mērnieki, būvnieki un inženieri.

Zemes formas raksturošana ir primārs ģeodēzijas uzdevums. Ģeodēzija raksturo Zemes formu (ģeoīdu) matemātiski, aproksimējot rotācijas ķermeņa elipsoīda parametrus, izveidojot referencelipsoīdu (ģeodēzisko atskaites sistēmu). Ģeoīds ir idealizēts ķermenis, kas raksturo Zemes virsmu, par pamatu izmantojot Pasaules okeāna virsmu miera stāvoklī gravitācijas ietekmē (šī virsma turpinās arī zem sauszemes). Jāatzīmē, ka ģeoīds, atšķirībā no elipsoīda, ir neregulārs ķermenis. Referencelipsoīds tiek izmantots kā atskaites punkts koordinātu sistēmām un satur arī gravitācijas lauka parametrus. GRS-80 ir referencelipsoīds, kas tiek izmantots Amerikas Savienoto Valstu (ASV) globālās pozicionēšanas sistēmas (Global Positioning System, GPS) globālajā navigācijas satelītu sistēmā, izmantojot WGS84 standartu. GRS-80 1979. gadā apstiprināja Starptautiskā Ģeodēzijas un ģeofizikas savienība (International Union of Geodesy and Geophysics); tā galvenie parametri – lielās pusass garums ir 6 378 137 m, saplakums ir 1⁄298,257222101. Citi plaši lietoti referencelipoīdi ir NAD83 (Ziemeļamerikā) un ETRS89 (Eiropas Savienībā). 

Ģeodēzija iedalāma augstākajā (planetārajā) ģeodēzijā un zemākajā ģeodēzijā (topogrāfijā). Augstākā ģeodēzija nodarbojas ar planētas formas, orientācijas un magnētiskā lauka izpēti. Zemākā ģeodēzija nodarbojas ar apvidus uzmērīšanu – punktu relatīvā novietojuma noteikšanu dabā un topogrāfisko plānu sastādīšanu. Inženierģeodēzija ir zemākās ģeodēzijas daļa, kas nodarbojas ar ģeodēzisko metožu izmantošanu būvniecībā, derīgo izrakteņu ieguvē un citur. Visa kartogrāfijas nozare dažreiz tiek klasificēta kā ģeodēzijas sastāvdaļa, jo tā nodrošina visu karšu matemātisko pamatojumu. 

Ģeodēzija ir cieši saistīta arastronomiju, kas izmanto Zemes virsmu kā atskaites punktu, izzinot visumu, savukārt Zemes forma tiek pētīta no visuma. Kartogrāfija, ģeogrāfija un ģeoloģija ir Zemes zinātnes, kuras vistiešāk ir saistītas ar ģeodēziju, respektīvi, visintensīvāk izmanto ģeodēzijas sasniegumus. Kartogrāfija (karšu veidošanas prasme) ir praktizēta zemākā ģeodēzijā, kas tieši izmanto ģeodēziskos modeļus (ģeoīdu un referencelipsoīdu), uz kuru pamata tiek veidotas kartogrāfiskās projekcijas un kooridnātu sistēmas.

Ģeodēzija, raksturojot Zemes formu un gravitācijas lauku, balstās uzfizikas unmatemātikas (ģeometrijas) likumiem. Gravitācija kā fundamentāla fizikāla sakarība ir pamatā ne tikai Zemes formai, bet arī ģeodinamiskajiem procesiem, ko pēta ģeodēzija. No ģeometrijas svarīgākā ir Dekarta trīsdimensiju koordinātu telpa, kas tiek izmantota, lai definētu telpiskās attiecības, tajā skaitā karšu veidošanā. Satelītu ģeodēzijā kritiski svarīga ir orbitālā mehānika, kas ļauj aprēķināt ne tikai precīzas orbitālās trajektorijas satelītiem, bet arī nodrošina veikto mērījumu precizitāti.

Apvidus uzmērīšanā un ģeodēzisko atbalsta tīklu izveidē tiek izmantots triangulācijas princips – veicot ļoti precīzus trijstūru leņķu mērījumus, iespējams notiekt precīzas ģeogrāfiskās koordinātas noteiktiem objektiem.

Pētniecībā tiek izmantoti mērījumi no specializētām lidmašīnām, kā arī bezpilota lidaparāti. Ģeodēziskajos pētījumos analizē arī GNSS signālus no visām pieejamajām sistēmām (GPS, GLONASS (Глобальная навигационная спутниковая система, ГЛОНАСС), BeiDou (北斗卫星导航系统,Běidǒu Wèixīng Dǎoháng Xìtǒng), Galileo), kuri satur nozīmīgus parametrus saistībā ar Zemes rotāciju un magnētisko lauku. Satelītu ģeodēzijā Zemes rotācijas mērīšana, Zemes rotācijas centra un smaguma centra noteikšanai izmanto specializētus satelītus ar ļoti precīzām orbītām. Satelītu lāzera tālmēri (satellite laser ranging) un tālas darbības inferometri (Very Long Baseline Interferometry) ir piemēri šādiem instrumentiem.

Ģeodēzija ir sena zinātne. Jau antīkajos laikos cilvēki minēja, vai Zeme ir plakana, vai tās forma ir sfēriska. Kartogrāfijā tajos laikos tomēr dominēja plakanas Zemes attēlojumi ar debesu puslodes pārklājumu. Tomēr cilvēki novēroja, ka, ceļojot dienvidu virzienā, Polārzvaigzne redzama arvien zemāk virs horizonta un ka Mēness aptumsumi rada izliektas ēnas. Senajā Grieķijā bija zināma ideja par Zemi kā sfērisku ķermeni un tika izveidoti ģeogrāfiskā garuma un platuma jēdzieni (meridiāni un paralēles). Sengrieķu ģeogrāfs Eratostens (Ἐρατοσθένης) noteica Zemes apkārtmēru ar ļoti augstu precizitāti (salīdzinot ar mūsdienu mērījumiem). Viņa metode pamatojās uz Saules leņķa mērījumiem vasaras saulgriežos divās Ēģiptes pilsētās (Aleksandrijā un Asuānā) ar zināmu attālumu starp tām, tādējādi nosakot Zemes apkārtmēru 1° un reizinot to ar 365. Vēlāk pilnveidotāsviduslaiku astronomiskās zināšanas bija pietiekamas Lielo atklājumu perioda navigācijai, kad pirmo reizi tika apceļota pasaule un atklāti jauni kontinenti.

Apgaismības laikmeta zinātniskie atklājumi tomēr pieprasīja augstākas precizitātes informāciju par Zemes formu. Angļu fiziķa Īzaka Ņūtona (Isaac Newton) teorija paredzēja, ka Zemes rotācijas ietekmē Zemei vajadzētu būt saplakumam polu reģionos, ko vēlāk apstiprināja mērijumi zinātniskajās ekspedīcijās. Tāda instrumenta kā teodolīts (vēlāk – tahimetrs) izgudrošana veicināja ģeodēzisko mērījumu precizitāti un ātrumu. Turpmāku progresu ģeodēzijā nodrošināja plaša mēroga uzmērīšanas kampaņas, piemēram, Lielā Indijas trigonometriskā uzmērīšana (1802–1871) un Strūves ģeodēziskā loka uzmērījumi Austrumeiropā (1816–1855). Izmantojot nivelēšanu, tajā laikā tika veikti precīzi Zemes garozas deformāciju mērījumi pēc zemestrīcēm, kā arī noteikts precīzs Pasaules augstāko kalnu augstums.

Aukstā kara laikā militārie satelīti veica arī ģeodēziskos mērījumus, kas bija nepieciešami precīzai starpkontinentālo ballistisko raķešu novadīšanai uz mērķi. Satelītu ģeodēzija sākās 20. gs. 80. gados ASV un Padomju Sociālistisko Republiku Savienībā (PSRS). Attīstoties skaitļošanas jaudām, 20. gs. otrajā pusē kļuva iespējams veikt kompleksus aprēķinus un veidot sarežģītus matemātiskos modeļus. Mūsdienās ģeodēzija ir digitāla un pētniecībā plaši izmanto satelītus, datortehnoloģijas un modernās komunikāciju tehnoloģijas.Mērniecībā mūsdienās tiek plaši izmantota reālā laika kinemātiskā (real-time kinematic positioning, RTK) pozicionēšana, kas nodrošina ātru un ļoti precīzu novietojuma noteikšanu.

Mūsdienās ģeodēzija ir ļoti specifiska un praktiska nozare, kas strauji attīstījusies 21. gs. sākumā, pateicoties progresam kosmosa, datoru un komunikāciju tehnoloģijās. Attālinātās izpētes metožu (akustisko un ģeomagnētisko) attīstība ir ļāvusi labāk izpētīt Zemes dzīles un ģeodinamiskos procesus. Tektoniskie (Zemes garozas plātņu kustības) un izostatiskie (Zems garozas izliekšanās) pētījumi ir kļuvuši aktuālāki mūsdienu ģeodēzijā. Saistībā ar globālajām klimata izmaiņām unledāju kušanu ļoti aktuāli kļuvuši arī precīzi un regulāri Pasaules okeāna augstuma mērījumi. Atsevišķās Pasaules daļās aktuāla ir zemes iegrimšana saistībā ar pazemes ūdeņu vai derīgo izrakteņu noplicināšanu.

Atsevišķi ir izdalāma satelītu ģeodēzija, kas veic Zemes mērījumus, izmantojot satelītus orbītā. No šiem satelītiem iegūst ļoti precīzus datus par Zemes virsmu, izmantojot lāzera tālmērus. Izmantojot orbitālās mehānikas likumus, ir iespējams aprēķināt precīzākus Zemes formas, orientācijas (attiecībā pret orbitālo plakni) un ģeoīda parametrus, kā arī Zemes magnētiskā lauka parametrus, monitorēt tā fluktuācijas.

Pasaulē nozīmīgi pētniecības centri ir Hemholca institūts Potsdamā (Helmholtz Zentrum Potsdam), Vācijā, Ģeodēzijas, topogrāfijas un kartogrāfijas pētnieciskais institūts (Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický) Čehijā un Ģeodēzijas un Zemes novērošanas institūts (Institut for Rumforskning og Rumteknologi) Dānijā.

Nozmīgākas profesionālās ģeodēzistu apvienības ir Starptautiskā Ģeodēzijas asociācija (International Association of Geodesy), Amerikas Ģeozinātņu apvienība (American Geophysical Union) un Eiropas Ģeozinātņu apvienība (European Geosciences Union).

Ar ģeodēziskajiem pētījumiemLatvijā primāri nodarbojasLatvijas Universitātes Ģeodēzijas un Ģeoinformātikas institūts. Latvijā izglītību ģeodēzijā var apgūtLatvijas Biozinātņu un tehnoloģiju universitātes Meža un vides zinātņu fakultātē unRīgas Tehniskās universitātes Būvniecības inženierzinātņu fakultātē.

Journal of Geodesy (izdevājsSpringer, kopš 1976. gada),Journal of Geodetic Science (izdevējsDe Gruyter, kopš 2011. gada),Geodesy and Geodynamics (izdevējsElsevier, kopš 2010. gada),Reports on Geodesy and Geoinformatics (izdevējsDe Gruyter, kopš 2013. gada).

Saistītie šķirkļi

• Zemes zinātnes

Autora ieteiktie papildu resursi