|
Armie przemierzają Europę
Prace związane z określeniem wymiarów globu miały wielkie znaczenie nie tylko w wymiarze naukowym, ale i praktycznym. Pomiary stopnia zapoczątkowały bowiem zakładanie łańcuchów triangulacyjnych. Z reguły biegły one w kierunkach południkowych i równoleżnikowych. W miarę rozwoju techniki pomiarowej i obliczeniowej oraz rosnących potrzeb łańcuchy zagęszczano, tworząc sieci triangulacyjne. Sztywny układ geometryczny takich sieci był z kolei idealnym rozwiązaniem do prowadzenia bardziej szczegółowych pomiarów (np. topograficznych).
Od XVIII do połowy XX wieku w całej Europie trwały cykliczne kampanie związane z zakładaniem sieci triangulacyjnych i pracami topograficznymi. Zaczęła je Francja, a zaraz za nią poszły następne kraje. W XVIII i XIX w. jednym z głównych zadań geodezji było pozyskanie map do celów militarnych. Już w 1688 r. w strukturach armii francuskiej za pomiary odpowiedzialny był Depot de la Guerre. Nie kto inny jak Jacques Cassini (1677-1765) jako pierwszy wykorzystał siatkę współrzędnych na mapie do prowadzenia ognia artyleryjskiego. Sieć triangulacyjna założona w XVIII w. we Francji umożliwiła wykonanie w stosunkowo krótkim czasie mapy królestwa i obliczenie jego powierzchni. I tak w 1745 r. okazało się na przykład, że powierzchnia Francji jest o 10% większa, niż wynikało to z wcześniejszych pomiarów.
Pomiary stolikowe, wiek XVII
Z kolei sieć z 1818 r. była podstawą do trwających ponad 60 lat wielkich prac topograficznych na terenie tego kraju. Strategię wykorzystania materiałów kartograficznych do celów wojskowych rozwinął z wielkim powodzeniem Napoleon; w czasie jego podbojów w ślad za przednimi oddziałami podążali zwykle żołnierze z korpusu inżynierów geografów.
W Anglii w połowie XVIII w. konflikt militarny ze Szkocją spowodował przeprowadzenie prac topograficznych w północnej części wyspy. Gdy w 1791 r. istniało z kolei zagrożenie inwazją ze strony Francji i potrzebna była dokładna mapa południowego wybrzeża, przeprowadzono tam niezbędne pomiary triangulacyjne. Pierwsze regularne pomiary sieci podstawowej rozpoczęto na Wyspach Brytyjskich w 1783 r., a wielką kampanię zakończono dopiero w 1853 r.
Wojna francusko-rosyjska i doświadczenia wypływające z kampanii napoleońskiej z 1812 r. uświadomiły carskim sztabowcom znaczenie map na polu walki. Dały one początek wielkim pomiarom triangulacyjnych na terenie Rosji, a w 1832 r. zdecydowano, że za całość prac topograficznych odpowiedzialne będzie Kwatermistrzostwo Sztabu Generalnego. W latach 1820-32 liczne kampanie pomiarowe prowadziła armia pruska. W 1856 r. w celu usystematyzowania prac związanych z zakładaniem i pomiarami sieci triangulacyjnych utworzono specjalne Biuro Triangulacyjne Kraju. Z kolei w Polsce w okresie Księstwa Warszawskiego w Generalnym Kwatermistrzostwie powstał Korpus Inżynierów i Biuro Topograficzne. Dziełem oficerów było m.in. wykonanie pomiarów astronomicznych i założenie sieci triangulacyjnej Księstwa, którą połączono z siecią pruską i austriacką oraz pomiary topograficzne prawie połowy obszaru ówczesnej Polski i powstanie słynnej Wielkiej Mapy Kwatermistrzostwa (po powstaniu listopadowym w 1830 r. dalsze prace wykonywali już topografowie rosyjscy).
Od początku sieci krajowe próbowano łączyć ze sobą. Pod koniec XVIII w. przeprowadzono spektakularny pomiar pomiędzy Anglią i Francją. Ze strony brytyjskiej prowadził go założyciel Ordnance Survey, generał William Roy (1726-90), z francuskiej – Pierre Mechain, Jean-Baptiste Delambre i Cassini de Thury. Prace rozpoczęto po stronie angielskiej, rozwijając łańcuch od pałacu w Windsorze (1784) do zamku w Dover (1787). Sam pomiar poprzez kanał La Manche wykonano we wrześniu 1787 r. Baza znajdowała się w leżącej po francuskiej stronie kanału Dunkierce, a pomiary dały podstawę do przyjęcia w 1791 r. tymczasowej definicji metra przez francuskie Zgromadzenie Narodowe. W 1789 r. wykonano inne, nie mniej ważne geodezyjne połączenie, tym razem Europy z Afryką. Było to zasługą hiszpańskiego generała Carlosa Ibanes e Ibanez de Ibero (1825-91), który przygotował całą kampanię oraz wykonał pomiary astronomiczne i kątowe na punktach Laplace’a (dwa znajdowały się po stronie hiszpańskiej na szczytach pasma Sierra Nevada, a dwa po stronie algierskiej
Jednolity system odniesienia
Mimo spektakularnych połączeń i wielkich akcji pomiarowych, tak naprawę aż do II połowy XX wieku trudno mówić, że powstała jakaś jednolita sieć, nie tylko obejmująca całą kulę ziemską, ale chociażby najbardziej zaawansowaną w tej dziedzinie Europę. Wynikało to z wielu przyczyn. Pomiary obejmowały czasami obszary całych państw, a niekiedy tylko ich części. Kampanie prowadzono w różnych okresach, stosowano różne standardy dokładnościowe, poza tym trwały one niekiedy całe dziesięciolecia. W tym czasie powstawały coraz precyzyjniejsze instrumenty, polepszała się technika obliczeniowa, w końcu pojawiały zupełnie nowe teorie. Powstawały więc różne systemy odniesienia, z reguły ograniczające się do powierzchni jednego lub co najwyżej grupy państw. Trudno zaś mówić o jednorodności, jeśli w poprzek kontynentu lub państwa biegła granica między sieciami wykonanymi na bazie dwóch różnych elipsoid, z różnymi punktami ich przyłożenia i odniesionymi do różnych systemów wysokości.
Lokalne elipsoidy były co prawda dobrze dopasowane do „swoich” obszarów, ale poszczególne krajowe układy odniesienia nie przylegały(pasowały) do siebie. Na ile odbiegały one od współczesnego systemu ilustruje przykład Japonii, w której już w 1870 r. wprowadzono jednolity system odniesienia o nazwie Tokyo Datum, będący podstawą opracowań kartograficznych i nawigacji morskiej wokół wysp japońskich. Po wprowadzeniu ponad sto lat później systemu WGS okazało się, że różnice w lokalizacji statków w starym i nowym układzie dochodziły do 400-500 m.
Generałowie Johann Jacob Baeyer i Carlos Ibanes e Ibanez de Ibero
Potrzebny był jednolity (światowy) system odniesienia. W 1861 r. pruski generał i geodeta Johann Jacob Baeyer (1794-1885) wystąpił z inicjatywą utworzenia międzynarodowej organizacji, której zadaniem byłoby założenie europejskiej sieci triangulacyjnej i opracowanie metod pomiarowych. Rok później 15 państw europejskich utworzyło zręby tej organizacji. Dała ona początek Międzynarodowej Asocjacji Geodezyjnej (IAG – International Association of Geodesy), w rękach której znalazły się sprawy związane z zatwierdzaniem niebieskich i ziemskich układów odniesienia. W latach 30. XX wieku pojawiła się z kolei koncepcja wykonania triangulacji obejmującej całą Europę. Ambitne plany pokrzyżował wybuch II wojny światowej. Europa powróciła do tej idei po zakończeniu wojny. Zamysł urzeczywistnili jednak dopiero Amerykanie, gdy w 1950 roku Zarząd Kartograficzny armii USA stworzył jednolity system odniesienia o nazwie ED 50 (European Datum) obejmujący państwa zachodnioeuropejskie oraz gdy w latach 1954-56 wykonano połączenie systemu europejskiego z amerykańskim. ED 50 bazował na elipsoidzie Hayforda 1924 (punkt przyłożenia w Poczdamie) i był rozwijany do 1987 r., czyli do chwili podjęcia przez Międzynarodową Unię Geodezji i Geofizyki (IUGG – International Union of Geodesy and Geophysics) decyzji o stworzeniu zupełnie nowego europejskiego systemu wykorzystującego najnowsze zdobycze technologii satelitarnej i kosmicznej.
Satelity, czyli koniec triangulacji
Utworzenie pojedynczego systemu europejskiego, amerykańskiego czy japońskiego nie rozwiązywało jednak problemu pomiarów interkontynentalnych oraz światowej nawigacji i kartografii. Nie odpowiadały one również potrzebom wynikającym z rozwoju astronomii i nauk kosmicznych. W latach 50. Departament Obrony USA wspólnie z naukowcami i organizacjami z USA i innych krajów przystąpił do opracowania systemu, który spełniłby wysokie wymagania oraz odpowiedział na tak szerokie zapotrzebowanie. Wykonawcą prac była amerykańska wojskowa agencja kartograficzna (DMA – Defense Mapping Agency). Tak powstał World Geodetic System 1960 (WGS 60) – pierwszy światowy geocentryczny system odniesień przestrzennych. Przy tworzeniu nowej (światowej) elipsoidy wykorzystano m.in. najnowsze dane grawimetryczne, pomiary astronomiczno-geodezyjne i obserwacje z naziemnych systemów nawigacyjnych: SHORAN (Short Range Navigation) oraz nowszego i precyzyjniejszego, obejmującego zasięgiem północny Atlantyk – systemu HIRAN (High Range Navigation).
W 1966 r. zdecydowano, że dane grawimetryczne i triangulacyjne oraz obserwacje satelitów dopplerowskich i satelitów geodezyjnych pozyskane już po wprowadzeniu WGS-60 pozwalają na udoskonalenie systemu. Na ich podstawie obliczono parametry dla WGS-66 (a = 6378,145 km; 1:298,25), który rok później wprowadzono w życie. Na bazie 5-stopniowej siatki anomalii grawimetrycznych stworzono wówczas także model geoidy.
Kolejnym ulepszeniem światowego systemu odniesień był WGS 72. Powstał on na bazie kolejnych pomiarów grawimetrycznych i astronomiczno-geodezyjnych, danych pozyskanych ze śledzenia satelitów nawigacyjnych następnej generacji – TRANSIT i SECOR (Sequential Collation of Range) oraz w dużej mierze na serii naziemnych pomiarów dopplerowskich (kampanie w latach 1971-72). Przyjęto wtedy następujące parametry elipsoidy: a = 6378,135 km, spłaszczenie 1:298,26.
Kolejne lata przyniosły znaczną poprawę dokładności danych pozyskiwanych z satelitów, w tym funkcjonującego już systemu Navstar GPS i obserwacji rejestrowanych w technologii VLBI (Very Long Baseline Interferometry). W 1979 r. Międzynarodowa Unia Geodezji i Geofizyki wprowadziła elipsoidę GRS-80 (a = 6378,137 km, 1:298,257). Na początku lat 80. Departament Obrony USA zadecydował, że dotychczasowy system (WGS-72) nie zaspokaja już w wystarczającym stopniu zapotrzebowania związanego z dokładnymi opracowaniami geodezyjnymi. Rozwinięciem WGS-72 stał się więc obowiązujący obecnie na świecie WGS-84. Od chwili wejścia w życie do dzisiaj wprowadzono w nim kilka nieznacznych korekt. System służy przede wszystkim do wykonywania precyzyjnych pomiarów geodezyjnych i nawigacji satelitarnej.
Opracowanie Jerzy Przywara, 2010
| 
