Государственная нивелирная сеть (главная высотная основа)

ЮТ. Кузнецов

Первые работы по геометрическому нивелированию в России были начаты в 1873 г. Корпусом военных топографов (КВТ). Решению задач высотного обеспечения территории нашей страны посвящены работы С.Д.

С.Г. Судакова [1948, 1967], Л.Я. Тамме [1971], М.С. Успенского [1966], И.И. Энтина [1956] и др. В 1979 г. к столетию создания высокоточной нивелирной сети был издан выпуск сборника статей «О нивелирной сети СССР» под общей редакцией Л.А. Кашина и Л.С. Хренова. Материалы этого сборника приняты за основу при дальнейшем изложении подраздела.

Исходной высотной основой всех топографических съемок и картографических работ является нивелирная сеть. Она играет важную роль при проектировании гидротехнических сооружений, мелиоративных систем и водохранилищ, съемке шельфа и составления навигационных карт. Нивелирование, связав воедино уровенные станции, расположенные на всех морях и крупных озерах нашей страны, позволило определить разности их уровней [Кашин, Хренов 1979]. Повторные нивелирные работы поз-

волили не только подтвердить предположения ученых о непрерывно происходящей деформации земной коры, но и дать количественные характеристики вертикальных движений точек земной поверхности во времени, а следовательно и градиенты их скоростей.

Первые регулярные работы по геометрическому нивелированию в России начаты в 1873 г. Корпусом военных топографов (КВТ). Этому предшествовал выбор нуля Кронштадтского футштока за исходный уровень русской нивелирной сети. Систематические наблюдения за уровнем Балтийского моря на одном из старейших в мире Кронштадском футштоке были начаты в 1825 г.

В 1840 г. военный геодезист М.Ф. Рейнеке проверил наблюдения за уровнем моря в Кронштадте и вычислил средний многолетний уровень, который и был принят за начало счета высот. На уровенной станции Кронштадта, на гранитном устое моста через Обводной канал им была нанесена горизонтальная черта, которая соответствовала среднему уровню моря за 1825-1840 гг. Эта черта определила высотное положение нуля Кронштадского футштока [Козакевич 1848]. В 1913 г. на этом месте установили пластину с чертой, которую в 1951 г. закрепили специальной рамой [Энтин 1956].

Впервые высоты государственной нивелирной сети в нашей стране стали считать от нуля Кронштадтского футштока в 1872 г., когда российский геодезист Н.Я. Цингер прокладывал нивелир- теодолитный ход по Балтийской железной дороге. Он же в 1871-1872 гг. осуществил первую связь нуля Кронштадтского футштока с маркой № 173, находящейся в Ораниенбауме. Во время Великой отечественной войны эта марка была уничтожена и все последующие связи с береговыми марками нивелирной сети были выполнены с маркой «Витрама» в г. Ломоносове. Как правило, работы по связи нуля Кронштадтского футштока с маркой Витрама предшествовали общему уравниванию нивелирной сети страны в 1880, 1882, 1931, 1947, 1969 гг. Результаты передачи высоты на материк за исключением передач, выполненных недостаточно точными способами в 1872, 1875, 1886, 1888 гг., различаются между собой незначительно — всего на 12,8 мм (рис. 6.3.1).

Анализ уровнемерных наблюдений на Кронштадтском футштоке показывает, что уровень Балтийского моря практически не меняется. Это свидетельствует о высокой точности нивелировок, устойчивости положения нуля Кронштадтского футштока и реперов на материке [Каталог 1980, Технический... 1995].

Единая система высот в нашей стране появилась не сразу — существовали некоторое время и местные системы высот, но они постепенно аннулировались по мере продвижения государственных нивелирных линий в отдаленные районы страны и развития государственной высотной основы на всей территории страны.

До 1873 г. нивелирование выполнялось тригонометрическим методом нивелир-теодолитами с вертикальными кругами со средней квадратической погрешностью передачи высот на 1 км хода, равной ~11 мм.

Приступая к геометрическому нивелированию, военно-топографический отдел Главного штаба (ВТО) в 1873 г. разработал специальную инструкцию с учетом рекомендаций Международной геодезической ассоциации (1864 г.), установившей, что точное геометрическое нивелирование должно выполняться со средней погрешностью 3 мм на 1 км хода и в любом случае не более 5 мм. Были изготовлены нивелиры с увеличением зрительной трубы сначала 6-8*, а через 2 года — 14х и ценой деления уровня 4-5//. Уровень скреплен с подставкой. Рейки применялись шашечные, расстояние между нивелиром и рейками допускалось до 100 м. Отсчеты велись по трем нитям с записью показаний уровня.

С 1871 по 1877 гг. КВТ было проложено 2930 верст нивелирных ходов. Ежегодно одна бригада производила 510-550 верст. Точность геометрического нивелирования, выполненного в 1873-1976 гг. характеризовалась случайной погрешностью 6,2 на 1 км хода, а систематической — 0,9 мм, что существенно точнее по сравнению с нивелир-теодолитными ходами.

В 1881 г. ВТО Главного штаба разработал (первую в нашей стране) общую программу и новую инструкцию для производства точного геометрического нивелирования в России под названием «Геометрические нивелировки Военно-топографического отдела Главного штаба, возобновленные в 1881 году». Нивелирная сеть была запроектирована вдоль действующих или строящихся железных дорог и закреплялась марками, закладываемыми в стены зданий через каждые 20-25 верст.

Программа развития и построения нивелирной сети в России исходила не только из необходимости решения практических задач, но и, определив основные направления развития точного нивелирования на десятилетия вперед, ставила научные проблемы: определение уровней Балтийского, Черного и Азовского морей; связь нивелирной сети России через прусские и австро-венгерские нивелировки с Северным и Средиземным морями; установление 3-4 особых марок и принятие мер для их хранения, с тем чтобы они «могли послужить для позднейших исследований поднятий континента».

Схема проекта нивелирования 1881 года была следующей: Линии нивелирования прокладывались от Петербурга на запад по обоим берегам Финского залива. Южная ветвь через Ригу, по побережью Балтийского моря должна была связать русские, немецкие и голландские линии нивелирования. Кронштадтский футшток по нескольким направлениям связывался с футштоками Черного и Азовского морей, а через австро-венгерскую нивелирную сеть с футштоком Триеста. Всего в нивелирной сети было 11 футштоков. Всего образовалось восемь полигонов и одна висячая линия Сызрань-Оренбург. Первую очередь нивелирования протяженностью в 13 752 версты намечалось осуществить в течение 12 лет четырьмя наблюдателями.

Рис. 6.3.1. График изменения высоты (м) марки Витрама над нулем Кронштадского футштока. Отрезком

показаны с. к. о.

1872 — одновременное определение высот нивелир-теодолитом, 1875 — геометрическое нивелирование по льду, 1886 — геометрическое нивелирование по льду, 1886 — водное нивелирование в штилевую погоду 1888 — геометрическое нивелирование через форты, 1890 — одновременное определение высот вертикальными кругами Репсолъда, 1892 — геометрическое нивелирование из середины (с плашкоута), 1931 — геометрическое нивелироваиие по льду (по сваям), 1947 — геометрическое нивелирование по льду (по сваям), 1969 — гидростатическое нивелирование, 1994 — нивелирование I

класса по дамбе.

Вторая очередь нивелирования должна была связать нивелирную сеть Европейской России с Большой Сибирской нивелировкой, проходящей примерно по 52-й параллели, вдоль будущей транссибирской магистрали, а также предусматривали нивелирование, предусматривающее определение уровней Черного и Каспийского морей. В это же время в районе Омска и южнее нивелирование начало выполнять Русское географическое общество (РГО).

С 1881 г. нивелирование стали проводить в прямом и обратном направлениях двумя исполнителями нивелирами ВТО-I, оснащенными трубами с увеличением 30-40х.

В 1882-1883 гг. Д.Д. Гедеонов проводит теоретический анализ выполненных в 1881-1882 гг. работ по нивелированию и предлагает изменить конструкцию нивелира, скрепив уровень с трубой, а не с подставкой (коромыслом). По его предложению ВТО изготовил новые нивелиры ВТО-Н с ценой деления цилиндрического уровня 2-7" и увеличением зрительной трубы 35-40х и утвердил «Инструкцию для производства нивелировок в 1883 году», в которой допускалась на 1 км (версту) хода случайная погрешность не более 3 мм, а систематическая — до 0,5 мм.

В 1894 г. под руководством полковника С.Д. Рыльке было проведено первое уравнивание русской нивелирной сети, выполненной в 1871-1893 гг., и составлен каталог, известный под названием «Каталог Рыльке». Каталог содержал высоты 1092 марок, укрепленных на линиях нивелирных ходов, протяженностью 1300 км. Точность нивелирования характеризовалась погрешностью не более 3 мм на 1 км хода и, как показала их последующая обработка совместно с нивелировками, проложенными позднее, средние поправки на 1 км хода составили 0,28 мм при максимальных поправках на отдельных участках 1,5-2,7 мм. Нивелирная сеть страны 1871-1893 гг. сохранила свое значение до конца 40-х годов XX столетия. В тесной взаимосвязи науки и производства были разработаны теория и методика высокоточного нивелирования, совершенствовались приборы, создавалась нормативная база. Большое внимание в работах Рыльке, Цингера, Осипова уделялось вопросам влияния рефракции. Ими впервые было установлено, что уровень Черного, Азовского, Адриатического и Северного морей ниже уровня Балтийского моря.

Программа развития нивелирования КВТ, намеченная в 1881 г., последовательно осуществлялась: в европейской части разукрупнялись полигоны, линии нивелирования прокладывались на Кавказе и в Средней Азии, от Оренбурга через Ташкент в Красноводск. В 1901 г. началось нивелирование от Челябинска на восток страны по Транссибирской магистрали до Владивостока. Военный геодезист А.А. Александров за 1901-1911 гг. лично выполнил от Челябинска до оз. Байкал нивелирование протяженностью 3600 км. В 1904 г. Челябинск был соединен нивелирным ходом с маркой на станции Кинель Среднеазиатской линии нивелирования. В соответствии с решениями Международной геодезической ассоциации 1912 г., изменившими требования к точности геометрического нивелирования, в 1913 г. была введена новая «Инструкция для нивелировок высокой точности, производимых Корпусом военных топографов».

Оценку точности нивелирования рекомендовалось выполнять по формулам Лаллемана:

где m — средняя квадратическая погрешность высоты марки в нивелирном ходе длиной L\ т| — случайная средняя квадратическая погрешность нивелирования на 1 км хода; о — систематическая погрешность на 1 км хода; Д — разности превышений между марками в прямом и обратном ходе длиной г; 5 — разности превышений между марками в прямом и обратном ходе для линий длиной Lu ?2» • • • gt; Lp\ f — невязки полигонов, включая огибающий полигон.

Предельные значения погрешностей нивелирования на 1 км хода по Инструкции 1913 г. не должны были превышать: для случайной погрешности ±1,5 мм, а для систематической 0,3 мм. Технические требования к приборам не изменились, но длина визирного луча сокращалась до 65 м. Первой линией нивелирования, выполненной в 1913-1917 гг., в соответствии с Инструкцией 1913 г., была линия Петроград-Одесса. Всего с 1881 по 1917 г. было проложено 45,5 тыс. км нивелирных ходов. В среднем прокладывалось около 1300 км в год. Ежегодно работало всего 4-5 нивелирных бригад.

До введения в 1902 г. в работы КВТ международной метрической системы мер метрологическая связь длин реек с нормальными мерами была неупорядоченной. Нормальной мерой служила медная линейка №68 длиной 42 см, которая сравнивалась через «нормальный ярд Долонда» с английской нормальной мерой — Портландским ярдом. Высоты «Каталога Рыльке» были вычислены в этой мере, но последующее сравнение длины линейки №68 с нормальным жезлом Пулковской обсерватории показало разность в 0,232 мм. После этого в инструкциях большое внимание стало уделяться регулярному эталонированию реек и сравнению контрольных рабочих метров с нормальными мерами длины.

В 1919 г. по Декрету, подписанному В.И. Лениным, было создано Высшее геодезическое управление (ВГУ) «для изучения территории РСФСР в топографическом отношении, в целях поднятия и развития производительных сил страны, экономии технических сил и денежных средств и времени.. . ».

Военные геодезисты выполняли высокоточное и точное нивелирование и после 1917 г. Но основные объемы работ в стране начиная с 20-х годов выполнялись ВГУ, впоследствии Главным управлением геодезии и картографии (ГУГК). За 1919-1923 гг. подразделения ВГУ выполнили 1750 км высокоточного и точного нивелирования.

Осуществляя решение задач, возложенных советским правительством на ВГУ, его руководство — М.Д. Бонч-Бруевич, Ф.Н. Красовский и др. приступили к составлению научно обоснованного перспективного плана постановки основных геодезических работ в стране и разработки всех вопросов, связанных с техникой их выполнения. В целях координации работ ВГУ и ВТУ с февраля 1924 г. в стране начало функционировать постоянное «Совещание ответственных работников ВТУ Штаба РККА и ВГУ ВСНХ» (сокращенно «Совещание ВТУ, ВГУ»).

Это совещание в 1924 г. по предложению Ф.Н. Красовского рассмотрело и утвердило «Главные основания составления проекта рядов триангуляции 1 класса и проекта полигонов линий нивелирования высокой точности в пределах территории европейской части СССР». В основу проекта нивелирования высокой точности были положены следующие главные требования: Основная часть высокоточного нивелирования должна состоять из полигонов с периметром 800- 1000 км. Полигоны на востоке и юго-востоке России могли превышать указанные размеры. В эту сеть не должны входить прежние нивелирные ходы, выполненные с меньшей точностью по сравнению с точностью, предъявляемой к современному высокоточному нивелированию. При необходимости такие нивелирные ходы должны переделываться. Сеть нивелирных полигонов по возможности должна быть согласована с полигонами триангуляции 1 класса и охватывать всю европейскую часть СССР до Урала.

В 1925 г. ВГУ ввело новую «Инструкцию по нивелированию высокой точности», составленную при участии и под редакцией Ф.Н. Красовского. В Инструкции на 1 км хода средние квадратические погрешности не должны были превышать для случайной ±1 мм, а для систематической ±0,3 мм. Новые требования полностью соответствовали рекомендациям Международной геодезической ассоциации. Инструкцией наряду с известным методом нивелирования с отсчетами по трем нитям вводился более точный «способ наведения» с применением штриховых реек.

В развитии нивелирной сети страны значительную роль сыграли решения Первого (1926 г.) и Второго (1927 г.) геодезических совещаний, созванных Геодезическим комитетом Госплана СССР. Первое геодезическое совещание приняло решение: считать нуль Кронштадтского футштока по-прежнему основным нулем всех высот СССР; осуществить в самом непродолжительном времени нивелирные связи всех футштоков, расположенных на Белом, Черном, Балтийском морях и Тихом океане; провести общее уравнивание нивелирной сети и издать каталоги высот. Второе геодезическое совещание, подтвердив решения Первого, отметило: «Учитывая большой научный интерес и громадную практическую важность существования медленных колебаний суши, признать своевременным изучение путем повторных нивелировок высокой точности и по возможности повторных триангуляционных работ в тех областях, в которых такие движения можно считать заведомо установленными». Совещания проходили при участии Ф.Н. Красовского, А.А. Михайлова, М.Д. Бонч-Бруевича, Н.Д. Павлова, Н.Г. Келля и др. под председательством акад. Ю.М. Шокальского.

Планы картографирования страны требовали, чтобы развитие нивелирной сети опережало топографические съемки. Распространение единой системы высот в СССР происходило с северо-запада на юг и северо-восток, от Финского залива к морям Тихого и Северного Ледовитого океанов. В 1933 г. Главным геодезическим управлением (ГГУ) под руководством А.М. Вировца было проведено второе после 1894 г. уравнивание нивелирной сети европейской части СССР, включающее нивелировки, выполненные с 1875 по 1932 г. По результатам уравнивания в 1934 г. составлен каталог высот марок и реперов высокоточного и точного нивелирования по линиям общим протяжением 69450 км. Почти половина из них была проложена подразделениями ВГУ, ГГУ.

Уровень Черного моря на футштоках Севастополя, Одессы, Феодосии, Новороссийска оказался ниже нуля Кронштадтского футштока на 0,41, а Азовского моря — на 0,39 м.

В 1931 г. для Сибири и Дальнего востока ВТУ был составлен «Временный каталог сибирских нивелировок». Высоты в этом каталоге были вычислены от нуля Кронштадтского футштока. Но вследствие большой разности средних уровней Балтийского моря и Тихого океана (1,873 м) было признано целесообразным на Дальнем Востоке и в Восточной Сибири использовать Тихоокеанскую систему счета высот. По мере проложения новых нивелирных линий к каталогу 1934 г. составлялись дополнения. Проведенные в 30-е годы вычисления и каталогизация нивелирных сетей указывали на все еще имеющуюся неоднородность по точности и слабую обеспеченность нивелированием многих районов страны.

В 1933 г. было принято решение ввести новую классификацию: нивелирование стали делить на высокоточное и точное. Для высокоточного нивелирования требования к точности были снижены и снова устанавливались допуски Инструкции 1913-1921 гг.; случайная погрешность на 1 км хода не более 1,5 мм, систематическая — 0,3 мм, а для точного нивелирования — 2,0 и 0,4 мм соответственно на 1 км хода.

В 1938 г. Главным управлением государственной съемки и картографии (ГУГСК), заменившим ГГУ, была издана новая инструкция по нивелированию, в которой названия «высокоточное нивелирование» и «точное» заменялись соответственно на нивелирование I и II разрядов. Показатели точности при этом не изменились. После выпуска инструкции 1938 г. линии нивелирования помимо стенных марок стали закрепляться на местности грунтовыми реперами, в том числе, хотя и редко, фундаментальными и даже вековыми. Введение фундаментальных и вековых реперов заключалось в обеспечении «неизменности» высот знаков во времени и сведении к минимуму влияния сил мерзлотного пучения и изменения условий гидрологического режима.

В 1939 г. был утвержден разработанный ЦНИИГАиК «Проект схемы и программы государственной геодезической сети (триангуляционной и нивелирной)», получивший название после рассмотрения и внесения замечаний «Основные положения о построении государственной опорной геодезической сети». Они предусматривали проложение на территории СССР государственной нивелирной сети I (высокой точности), II, III и IV классов. Для нивелирования устанавливались следующие предельные значения погрешностей на 1 км хода: для I класса случайная ±1,0 мм и систематическая ±0,2 мм, для II класса — ±2,0 мм и ±0,4 мм, для III класса — ±8,0 мм и ±0,8 мм, для IV класса — ±20,0 мм и ±2,0 мм соответственно.

Определив четкую классификацию нивелирных построений, «Основные положения 1939 года» сыграли важную роль в упорядочении нивелирных работ в стране и в их дальнейшем развитии.

В 1941 г. были составлены «Временные указания по нивелированию I класса», в 1943 г. введена новая «Инструкция по нивелированию II класса», в 1945 г. было издано «Временное наставление по нивелированию I класса». Наставление содержало указания по проектированию нивелирных линий с учетом инженерно-геологических условий трасс, а также указывало на необходимость выполнения повторного нивелирования, например через 25 лет. Основным методом нивелирования I класса был рекомендован метод совмещения нивелирами с плоскопараллельной пластинкой по инварным штриховым рейкам по особой усиленной программе. Нивелирование на станции выполнялось по двум парам переходных точек, образуя правую и левую нивелировки. С целью уменьшения влияния рефракции предельная длина визирного луча сокращалась до 50 м, а высота его прохождения над поверхностью земли увеличивалась. Значения средних случайных погрешностей на 1 км хода не должны были превышать 1,0 мм, а систематических — 0,2 мм. В военные 1941-1945 гг. в СССР было выполнено 60 тыс. км нивелирования I и II классов. Протяженность линий точного нивелирования в СССР к 1946 г. составила около 171 тыс. км, в том числе: 13,0 тыс. км за 1871-1893 гг., 32,5 тыс. км за 1894-1917 гг., 40,1 тыс. км за 1933-1937 гг., 25,1 тыс. км за 1933-1937 гг., 60,0 тыс. км за 1938-1945 гг.

Постановлением Совета Министров СССР от 7 августа 1946 г. «О введении единой системы геодезических координат и высот на территории СССР», в частности, утверждалось, что за исходный уровень для вычисления высот на всей территории СССР принимался уровень Балтийского моря — нуль Кронштадтского футштока.

Вводимая постановлением коллегии ГУ ГК от 12 августа 1946 г. система высот была названа «Балтийской» и должна была представлять систему ортометрических высот, полученную в результате выполнения в течение 5 лет общего уравнивания нивелировок I и II классов. При этом предусматривалось: восстановление и проложение новых нивелирных линий в районах, освобожденных от оккупантов, не позднее 1948 г.; осуществление связи нивелирования I класса с другими высокоточными нивелирными линиями; привязка всех футштоков на побережье Балтийского моря; перекрытие нивелировок I и II классов (разрядов), выполненных в период с 1876 по 1917 г., новыми нивелирными линиями независимо от количества сохранившихся на этих линиях знаков.

В 1948 г. в ЦНИИГАиК А.М. Вировцем и Н.А. Павловым были разработаны «Основные положения по общему уравниванию основной нивелирной сети СССР». В общее уравнивание включались нивелирные линии, удовлетворяющие требованиям «Основных положений 1939 г.» общим протяжением 139 тыс. км. В первую очередь уравнивалась большая часть нивелирной сети СССР к востоку от исходной линии I класса Кронштадт-Ленинград-Москва-Севастополь, состоящая более чем из 100 полигонов. Сеть уравнивалась по методу наименьших квадратов как свободная система с начальным пунктом — Кронштадтским футштоком, высота которого принималась равной нулю. В измеренные превышения вводили ортометрические поправки.

Третье уравнивание и каталогизация основной нивелирной сети СССР, начатые в 1946 г., были завершены в 1950 г. В уравнивание было включено ПО тыс. км линий нивелирования I и II классов. Сеть была закреплена 35 тыс. реперов. Линии нивелирования образовывали 230 полигонов. На всю территорию страны была распространена единая система ортометрических высот, полученная в результате уравнивания основных линий нивелирования 1 и 2 разряда (класса), вычисленных от нуля Кронштадтского футштока. Эта система называется «Балтийской» [Мероприятия..., 1948]. Была создана единая высотная основа для топографических съемок всего масштабного ряда. В 1954 г. ГУГК и ВТУ были утверждены новые «Основные положения о государственной нивелирной сети СССР», разработанные под руководством С.Г. Судакова. Нивелирование I класса по «Основным положениям 1954 г.» должно было выполняться с наивысшей точностью. Допуски средних квадратических погрешностей на 1 км хода не устанавливались, хотя отмечалось, что современные способы нивелирования I класса позволяют достигнуть на 1 км хода средней квадратической погрешности rj=0,5 мм и систематической о=0,05 мм. Ранее во «Временном наставлении 1945 г.» значения соответствующих погрешностей составляли rj=l,0 мм и а=0,2 мм. Для нивелирования II класса значение допустимой невязки в полигоне должно быть не более 5\/Z мм, где L — периметр полигона в километрах. Предусматривалось повторение нивелирования I класса не реже чем через каждые 25 лет. При закреплении нивелирных линий отказывались от «вековых» реперов. Это решение отражало взгляд на высокоточное нивелирование как на призванное изучать современные вертикальные движения земной коры.

В дальнейшем в связи с разработкой теории М.С. Молоденского ортометрическая система счета высот от геоида была заменена системой нормальных высот [Еремеев 1951; Еремеев, Юркина 1972], которая также называется «Балтийской» и отсчитывается от нуля Кронштадтского футштока.

В 1955 г. была издана общеобязательная «Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов». Переходный коэффициент от одного класса точности к другому смежному в нивелировании принят равным 2, тогда как в триангуляции он равен 1,4-1,5, что и определило многоступенчатость триангуляционных построений.

К 1967 г. сеть нивелирования I класса состояла из 20 замкнутых полигонов средним периметром 2800 км, а общая протяженность линий составила 45000 км. Сеть полигонов нивелирования II класса периметром 400-600 км в европейской части СССР и 2000-3000 км в малообжитых районах теперь практически покрывала всю страну, кроме Севера. Для производства нивелирования в стране были разработаны и изготовлены прецизионные нивелиры и инварные рейки.

Программа развития нивелирной сети СССР, разработанная в ЦНИИГАиК под руководством И.И. Энтина и утвержденная ГУ ГК 19 июля 1968 г., исходила, прежде всего, из необходимости обеспечения высотной основой топографических съемок в масштабе 1:25000 на территории предстоящего картографирования северных и восточных районов страны. Кроме того, она предусматривала целенаправленные нивелирные работы для решения научно-технических задач изучения современных движений земной коры, особенно в сейсмоактивных районах и в районах добычи нефти и других полезных ископаемых. При проектировании нивелирных линий учитывалось и геологическое строение земной коры. Линии на севере и востоке страны проектировались вдоль крупных рек с расчетом обеспечения высотной основой гидрологического строительства. Упорядочивались связи нивелирной сети с уровнемерными станциями наблюдений за вековыми изменениями уровня моря.

Программа 1968 г. впервые предусматривала поэтапное проложение нивелировок по времени с целью отнесения их примерно к одной временной эпохе. В европейской части СССР нивелирование I класса намечалось для связи с нивелирными сетями социалистических стран и для разукрупнения полигонов, периметр которых сокращался до 1800 км. В соответствии с Наставлением 1945 г. повторному нивелированию подвергались линии, проложенные 20-25 лет назад. Нивелирная сеть II класса была запроектирована с расчетом построения сплошной сети полигонов на всей территории СССР, включая остров Сахалин. Периметр полигонов в среднем сокращался до 400-800 км в обжитых районах и до 1000-2000 км на севере и востоке страны.

В 1971 г. была издана «Инструкция по вычислениям нивелировок» (составители В.М. Сигалов, Н.В. Сидоркин). В 1974 г. было издано переработанное издание «Инструкции по нивелированию I, II, III и IV классов», в соответствии с которой нивелирные знаки в труднодоступных районах страны стали закладывать с такой же частотой и надежностью, как и в других местах. В районах вечной мерзлоты закладывали трубчатые центры методом термореактивного бурения. Портативный термобур, значительно облегчивший земляные работы, впервые был разработан и внедрен на предприятии №6 при активном участии М.Ю. Берецкого.

В Инструкции 1974 г. даны указания по методике нивелирования в районах вечной мерзлоты и передачи высот через значительные водные пространства.

После очередного уравнивания нивелирной сети страны к концу 60-х годов по пятилетним планам производства топографо-геодезических работ высокоточная нивелирная сеть практически была развита на всей территории страны. Протяженность линий нивелирования I и II классов в начале 70-х годов по сравнению с 1950 г., когда было завершено общее уравнивание высокоточной нивелирной сети и ее каталогизация, увеличилось почти в три раза.

В целях сокращения разрыва во времени между производством полевых измерений и их математической обработкой коллегия ГУГК в 1969 г. утвердила технический проект нового (четвертого) уравнивания и каталогизации нивелирования I, II, III и IV классов, которым предусматривалось за 5 лет осуществить в два этапа общее уравнивание государственной нивелирной сети СССР. В 1977 г. было завершено четвертое уравнивание нивелирной сети СССР I и II классов.

На первом этапе уравнивались линии I класса, расположенные в европейской части и Средней Азии СССР (блок «Запад»). Восточная граничная линия I класса блока «Запад» (Архангельск-Киров- Казань-Аральское море-Арысь) принималась исходной для уравнивания линий нивелирования, проложенных на севере и востоке страны (блок «Восток»).

Общая протяженность линий нивелирования (СССР), включенных в уравнивание, составила 70 тыс. км I класса и 360 тыс. км II класса. В уравниваемой нивелирной сети (оба блока) было образовано более 500 полигонов различного периметра: от нескольких сотен километров на западе до 6-7 тыс. км на востоке страны.

Уравнивание основной нивелирной сети I и II классов выполнялось по методу наименьших квадратов, в блоке «Запад» — коррелатным способом, в блоке «Восток» — параметрическим. Впервые вычисления проведены в системе нормальных высот от нуля Кронштадтского футштока. Исходной высотой для уравнивания Главной высотной основы СССР являлась высота марки б/н Витрама, расположенная в г. Ломоносов. Высота на марку Витрама была передана методом гидростатического нивелирования от нуля Кронштадтского футштока, выполненного в 1969 г. В ходе уравнивания производилась оценка точности включенных в уравнивание измерений. Средние квадратические погрешности на 1 км нивелирного хода были получены следующие: для блока «Запад» I класс — ±1,6 мм, II класс — ±2,7 мм; для блока «Восток» соответственно ±2,1 мм и ±3,6 мм. Величины этих погрешностей, как правило, превышают значения, вычисленные по внутренней сходимости превышений на станции или по секции. Полученные средние квадратические погрешности более достоверны и отражают часто не лучшую геометрию уравненной сети, влияние неучитываемой вертикальной составляющей деформаций земной поверхности и других факторов.

Ниже приведены названия реперов и средние квадратические погрешности их высот, полученные относительно нуля Кронштадтского футштока при решении нормальных уравнений: Сухуми — 53,3 мм; Астрахань — 49,4 мм; Красноводск — 71,4 мм; Арысь — 64,0; Новосибирск - 62,3 мм; Тикси — 102,3 мм; Якутск — 92,7 мм; Магадан — 106,4 мм; Советская Гавань — 109,8 мм; Владивосток — 111,6 мм; Певек — 141,9 мм; Амгуэма (Берингово море) — 148,9 мм.

Попытка учета вертикальных движений по карте на данном этапе не привела к уменьшению невязок полигонов. Отнесение высот нивелировок к одной эпохе — необходимое условие геодезически строгой обработки результатов нивелирования, — Л.А. Кашин считал важной научно-технической задачей на будущее. В дальнейшем на основе высот каталога опорной нивелирной сети I и II классов 1977 г. было выполнено уравнивание отдельных нивелирных линий II класса, не вошедших в общее уравнивание, а также всех нивелировок III и IV классов. Созданные сводные каталоги государственной нивелирной сети СССР I, II, III и IV классов, составленные по трапецииям масштаба 1:200000, обеспечивали распространение единой системы нормальных высот 1977 г. на всю территорию страны.

Работы геодезистов ГУГК по созданию на территории СССР новой высокоточной нивелирной сети внесли большой вклад в геодезию, океанографию, геофизику и другие науки о Земле. Большая заслуга в этом принадлежит ученым — Ф.Н. Красовскому, В.В. Данилову, А.А. Павлову, А.М. Вировцу, И.И. Энтину, И.Н. Мещерскому и другим. Сотни геодезистов всех предприятий выполнили сложную, требующую большого мастерства работу по созданию нивелирной сети СССР. Особо отличились нивелировщики: Н.А. Броновицкий, И.И. Тиханушкин, А.П. Каменский, И.П. Алексеев, В.П. Климахин, В.С. Зайцев, В.П. Гусенок, О.В. Кашараб, Б.В. Калугин, П.Л. Казмерчук, А.П. Аристрахов, А.И. Боков,

О.И. Винокуров, И.В. Знайда, А.П. Козловский, Т.П. Кондратьев, Г.П. Кузеванов, Е.В. Летунов, М.А. Мараев, В.Г. Примак, А.Н. Михайлов, В.М. Моденков, Г.А. Чернявский, Н.А. Куликов и многие другие. Особая заслуга принадлежит М.С. Молоденскому как автору новой системы высот — системы нормальных высот.

Большую работу по созданию нивелирной сети проделали предприятия №7 (Москва), №8 (Новосибирск), №10 (Ленинград), №11 (Пятигорск), №6 (Алма-Ата), №12 (Ташкент), №13 (Киев), №1 (Иркутск), №2 (Хабаровск) и №14 (Якутск). В этот же период в рамках научно-технического сотрудничества геодезических служб государств Восточной Европы ЦНИИГАиК участвовал в работе по уравниванию Единой высотной нивелирной сети (ЕВНС) государств Восточной Европы. В рамках этой работы впервые в мире были объединены высотные сети семи государств. Для территории 23265 тыс. км2 была получена единая система высот.

В 1990 г. была введена в действие новая Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов. В ней были изложены требования к выполнению нивелирных измерений при создании государственной нивелирной сети, выполнении работ в городах и населенных пунктах, на геодинамических и техногенных полигонах. Рассмотрены вопросы проектирования, рекогносцировки, закладки реперов и марок, указаны методы нивелирования разных классов. Описаны особенности нивелирования в труднодоступных районах, включая северные и горные районы, передачи высот через большие водные препятствия. Изложен порядок математической обработки нивелирных измерений. В инструкции был обобщен опыт нивелирных работ за предыдущие годы. Большой вклад в подготовку инструкции внес И.Н. Мещерский.

В 2004 г. была утверждена и издана Роскартографией переработанная Ю.Г. Кузнецовым и А.И. Спиридоновым (ЦНИИГАиК) «Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов».

После четвертого (1977 г.) уравнивания Главной высотной основы СССР предприятия ГУ ГК СССР, а затем предприятия Роскартографии в соответствии с Программами развития и модернизации нивелирной сети I и II классов на территории СССР, а в дальнейшем на территории Российской Федерации выполняли работы по развитию и модернизации ГВО России.

«Программа модернизации нивелирной сети I и II классов Российской Федерации на 2001-2010 годы» (Программа 2010), разработанная в ЦНИИГАиК (Ю.Г. Кузнецов), ставила своей целью: удовлетворение потребностей экономики, науки и обороны в надежных значениях нормальных высот на всей территории страны путем проложения повторных и новых линий нивелирования I и II классов; разукрупнение полигонов I класса в обжитых и необжитых районах, которые в настоящее время достигают величин более 1 тыс. км в обжитых районах и более 3 тыс. км в труднодоступных районах Сибири и Дальнего Востока; продолжение работ по ликвидации недопустимых невязок в полигонах нивелирования I и II классов; поддержание нивелирной сети I и II классов на надлежащем уровне, с точки зрения учета движений и деформаций земной поверхности и утраты реперов, путем выполнения повторного нивелирования; обеспечение потребностей заинтересованных министерств и ведомств в определении современных вертикальных движений земной поверхности, особенно в тектонически активных регионах; объединение нивелирной сети I и II классов со спутниковыми геодезическими сетями ФАГС и ВГС для построения в будущем единой системы нормальных высот и кинематической высотной основы на всей территории России.

Общая длина линий повторного нивелирования I класса, запланированных Программой-2010, составляет 50 тыс. км. Общая длина новых линий нивелирования I класса, запланированных Программой- 2010, как правило, для разукрупнения полигонов I класса, составляет 61 тыс. км.

В нивелирной сети I класса к 2010 г. должно быть сформировано 22 новых полигона I класса. Общее количество полигонов I класса достигнет 198, не считая малых полигонов с периметрами 100-300 км.

Общая длина линий нивелирования I класса после завершения работ по Программе-2010 составит примерно 171 тыс. км, в том числе повторных линий нивелирования, примерно 96 тыс. км.

Общая длина линий нивелирования II класса, запланированных к выполнению Программой-2010 составляет 37 тыс. км в том числе новых линий нивелирования 4 тыс. км и повторных линий — 33 тыс. км. В результате выполнения работ по нивелированию II класса на территории России будет сформировано около 1000 полигонов II и I—II классов.

Из-за резкого сокращения объемов работ по нивелированию I и II классов в ГВО России «Прогграмма-2010» выполнена на 2009 г. на 17% по I классу и на 17% по II классу нивелирования.

Главная высотная основа России на 2009 г. имеет общую протяженность 321 тыс. км линий нивелирования, в том числе линий нивелирования I класса — 148 тыс. км и II класса — 173 тыс. км. Сеть состоит из 170 полигонов I класса и около 1000 полигонов II класса. Средневзвешенная эпоха нивелирования в ГВО России соответствует 1982 г. (рис. 6.3.2).

Рис. 6.3.2. Схема Главной высотной основы Российской Федерации.

Полигоны I класса с недопустимыми невязками в основном покрывают территории: вдоль Уральского хребта, севера Красноярского края и юга Якутии.

Сеть повторного нивелирования покрывает всю территорию России. После создания в ГУГК карты современных вертикальных движений земной коры на территорию СССР сеть повторного нивелирования, использованная при составлении карты, обновлена на 80%.

По материалам, систематизированным в ЦНИИГАиК, в 2004 г. была выполнена предварительная оценка точности нивелирной сети России по невязкам полигонов I класса.

Средняя квадратическая ошибка нивелирования на I км хода подсчитывалась по невязкам полигонов по формуле:

где W — полученная невязка полигона; Р — периметр полигона; N — число полигонов.

В результате оценки точности нивелирования I классов по невязкам 170 полигонов, в том числе полигонов с недопустимыми невязками превышений, получена средняя квадратическая ошибка на 1 км хода, равная ±2,6 мм/км.

Окончательная оценка точности ГВО России будет получена по результатам уравнивания.

В рамках научно-технического сотрудничества геодезических служб государств Восточной Европы ГВО России было связано прямыми нивелирными измерениями с национальными нивелирными сетями Польши, Чехословакии, Венгрии и Румынии через национальные нивелирные сети этих стран. ГВО России связана с национальными высотными сетями Германии, Болгарии. До 90-х годов прошлого столетия нивелирная сеть России входила в ГВО СССР и таким образом имеет связи с национальными высотными сетями Белоруссии, Украины. Эстонии, Латвии, Грузии, Азербайджана и Казахстана. В настоящее время выполняются работы по связи национальных нивелирных сетей России и Белоруссии на новую эпоху. В рамках СНГ прорабатывается вопрос о связи ГВО России с национальными нивелирными сетями Украины, Грузии, Азербайджана и Казахстана на новую эпоху.

В соответствии с Программой российско-финского сотрудничества Финского геодезического института (ФГИ) и Роскартографии в области геодезии с 2002 г. выполняются совместные работы по связи национальных нивелирных сетей двух стран и изучению вертикальных движений земной поверхности на территорию Финляндии и Северо-Запада России.

В рамках международного сотрудничества в 2002-2003 гг. специалисты ЦНИИГАиК, ФГУП «Аэрогеодезия» и ФГИ выполнили полевые измерения в шести пунктах государственной границы между Россией и Финляндией и таким образом объединили национальные нивелирные сети России и Финляндии (рис. 6.3.3).

Непосредственную связь национальных нивелирных сетей с российской стороны осуществлял специалист ФГУП «Аэрогеодезия» В.Л. Аверин.

Запланировано выполнение нивелирных работ по двум дополнительным линиям связи (см. рис. 6.3.3), которые разукрупнят общий полигон с периметром около 1,4 тыс. км и обеспечат надежную связь национальных нивелирных сетей на всем протяжении госграницы от Печенги до Выборга. Четыре из восьми линий связи имеют повторные нивелирные измерения, что обеспечивает создание

Карты современных вертикальных движений земной поверхности на территорию Северо-Запада России и Финляндии на современную эпоху.