История топографических работ
- Детализированные трехмерные макеты (сохранилось очень мало археологических находок) и рисованные планы (не сохранились; только упоминаются) местностей широко применялись в Империи Инков в XV—XVI веках на основе системы направляющих секе, выходящих из столицы Куско. Как указывал в своём докладе () испанский чиновник Поло де Ондегардо в каждом селении империи Инков были свои линии «секе», которые помечали все наиболее важные места и ваки, и чтобы удостовериться в этом он попросил, чтобы индейцы разных селений нарисовали ему эти линии на бумаге, что они и сделали. Измерение расстояний и площадей производилось с помощью универсальной единицы измерения — тупу.
- Впервые наземные съёмочные работы для изготовления топографических карт начали выполняться в XVI веке, хотя широкое распространение такого вида съемок на строго научной основе началось в XVIII веке. В Америке первые подробные съемки были проведены в ходе войны 1812 года.
- Первые съемки с воздуха (аэрофототопографические съёмки) были выполнены в 1910-е годы в ходе Первой мировой войны.
- Начало космического этапа съемок пришлось на конец 1960-х годов.
Спутниковая навигация
Как работает система GPS?
GPS — Global Positioning System — система глобальной спутниковой навигации, разрабатывается америкосами с 1977 года . Полностью развернута в 1993г.
Сеть искусственных спутников равномерно “покрывает” всю земную поверхность. В состав «созвездия» входит 21 основной и 5 запасных спутников на 6 орбитах. Плоскости орбит наклонены на угол около 55° к плоскости экватора и сдвинуты между собой на 60° по долготе. Радиусы орбит — 26 тыс. км, период обращения — около 12 ч. В любой момент времени в любой точке Земли могут быть видны от 5 до 12 спутников одновременно.
Принцип работы:
Орбиты вычисляются с очень высокой точностью, поэтому в любой момент времени известны координаты каждого спутника. Спутники непрерывно излучают сигналы точного времени в направлении Земли. Эти сигналы принимаются GPS-приемником, который вычисляет время задержки сигнала (сравнивая с собственными внутренними часами). Зная задержку радиосигнала, распространяющегося со скоростью света, можно вычислить расстояние до спутников. А зная расстояния от точки до трех точек с известными координатами можно вычислить трехмерные географические координаты (широту, долготу и высоту) самой этой точки, что нам и требуется.
Итак, в теории для определения координат достаточно трех спутников. Но в реальных условиях всегда существует ошибка синхронизации внутренних часов GPS-приемника с бортовыми часами спутников. (Отсчеты системного времени на всех спутниках очень точны и синхронизированы между собой.) Из-за смещения часов приемника относительно системного времени на поправку dT, в приемнике вычисляется лишь «псевдодальность» до спутников.
Так как поправка dT для всех спутников одинакова (их часы точно синхронизированы), то, получив псевдодальности до четырех спутников, можно решить систему уравнений с 4-мя неизвестными, получив трехмерные координаты точки приемника и точное время.
Избыточные измерения (сверх четырех) позволяют повысить точность определения координат и обеспечить непрерывность решения навигационной задачи. Если приемник установлен на движущемся объекте и наряду с «псевдодальностями» измеряет доплеровские сдвиги частот радиосигналов, то может быть вычислена и скорость объекта.
Что дает использование GPS?
Безусловно, использование GPS-приемника очень полезно при ориентировании в путешествиях. На экране прибора вы, поймав сигнал со спутников, видите свое местоположение относительно других ориентиров. Точность очень приличная — сделав пару шагов, вы видите, в какую сторону перемещаетесь.
-
Преимущества следующие:
- возможность определения своего местоположения в любое время суток, в любую погоду, в любой точке земли.
- возможность записи поройденного трека, по которому всегда можно вернуться назад, определить протяженность пути и т. п.
- возможность определения расстояний до выбранных точек, а также определение высоты и скорости передвижения.
- Но есть и недостатки:
- ориентирование невозможно, если в прибор не залиты карты или хотя бы опорные точки местности. Точные географические координаты вам вряд ли помогут найти путь =)
- возможности приема спутников ограничены рельефом. Приемником невозможно пользоваться под землей, в помещениях, в глубоких оврагах и даже в густом лесу.
- сложный прибор требует бережного обращения, а также… батареек. Они могут сдохнуть в самый неподходящий момент, и если нет других приспособлений для навигации (карты и компаса), то вы окажетесь в трудной ситуации.
Более подробно приемы работы с GPS-приемниками будут описаны в других статьях.
Строение нервной системы
Основной функцией, которую выполняет эта сложнейшая организация особых волокон, является прочтение внешнего воздействия окружающей среды и передачу соответствующего ответа в отделы ЦНС.
Структура ее крайне сложна. К центральной системе топография нервов относит головной и спинной мозг. Отходящие от них особые волокна объединены в периферическую. Ее функцией является соединение ЦНС с мышечными тканями, железами и органами чувств.
Через преобразователь в виде специальных клеток (рецепторов) проходят все доступные человеку проявления внешней среды (в виде цвета, вкуса, запаха и проч.). Они переводятся на язык импульсов, которые воспринимаются нервными волокнами как изменения электрического или химического порядка.
Далее стимулы по периферической нервной сетке поставляются в отделы ЦНС, где прочитываются и вызывают ответную реакцию в виде серии команд, которые тем же путем направляются к органам-исполнителям (мышцам и железам).
Предмет топографии
Чтобы врач мог ориентироваться в определенной области, ему нужно уметь прощупывать основные костные формирования (ориентиры), мышцы, сухожилия. При определенном положении частей тела мышца и сухожилия видны сами по себе, касается это и поверхностных вен
Также здесь имеет важное значение умение прощупывать пульс артерий, необходимо знать проекции нервов и сосудов (линии, которые способствуют их положению в глубине) для того, чтобы иметь к ним доступ во время операций. Также необходимо уметь проецировать на поверхность тела человека контуры органов, чтобы иметь представление об их границах
При ощупывании органы, которые подвержены патологическому изменению, могут быть исследованы. Важную роль играет здесь исследование лимфатических узлов и кровеносных сосудов, чтобы правильно определять пути развития окольного кровообращения.
Топография внутренних органов и сосудов дает множество сведений, которые важны для практической медицины, в первую очередь для практикующих хирургов и терапевтов. Этот раздел анатомии принято называть прикладным.
Предметом топографии является изучение анатомии конечностей при травмах, пути распространения гематом, развитие коллатерального кровообращения и прочее
Также важное значение имеет изучение тех изменений в топографии, что протекают под воздействием импульсов нервной системы. Так, топография сосудов может поддаваться изменениям в зависимости от того, как сокращаются отдельные группы мышц
Методы
Существует множество подходов к изучению топографии. Какой метод (ы) использовать, зависит от масштаба и размера исследуемой территории, ее доступности и качества существующих исследований.
Полевое исследование
Геодезический пункт в Германии
Съемка помогает точно определять положение точек в земном или трехмерном пространстве, а также расстояния и углы между ними с помощью нивелирных инструментов, таких как теодолиты , нивелиры и клинометры .
Работа над одной из первых топографических карт была начата во Франции Джованни Доменико Кассини , великим итальянским астрономом.
Несмотря на то, что дистанционное зондирование значительно ускорило процесс сбора информации и позволило повысить точность контроля на больших расстояниях, прямая съемка по-прежнему обеспечивает основные контрольные точки и основу для всех топографических работ, как вручную, так и на основе ГИС .
В районах, где проводилась обширная программа прямой съемки и картирования (например, большая часть Европы и континентальной части США), скомпилированные данные составляют основу базовых наборов цифровых данных о высотах, таких как данные USGS DEM . Эти данные часто необходимо «очищать», чтобы устранить расхождения между опросами, но они по-прежнему составляют ценный набор информации для крупномасштабного анализа.
Первоначальная американская топографическая съемка (или британская «съемка боеприпасов») включала не только запись рельефа, но и определение характерных особенностей и растительного покрова земли.
Методологии пассивных датчиков
Помимо своей роли в фотограмметрии, аэрофотоснимки и спутниковые снимки могут использоваться для идентификации и определения деталей местности и более общих особенностей земного покрова. Несомненно, они все больше и больше становятся частью геовизуализации , будь то карты или системы ГИС . Отображение спектров в ложных цветах и в невидимых спектрах также может помочь в определении рельефа местности путем более четкого определения растительности и другой информации о землепользовании. Изображения могут быть в видимых цветах и в другом спектре.
Фотограмметрия
Фотограмметрия — это метод измерения, при котором координаты точек в трехмерном изображении объекта определяются измерениями, выполненными на двух фотографических изображениях (или более), снятых с разных позиций, как правило, из разных проходов аэрофотосъемки. В этой технике общие точки идентифицируются на каждом изображении. Линия обзора (или луч ) может быть построена от места расположения камеры до точки на объекте. Пересечение его лучей ( триангуляция ) определяет относительное трехмерное положение точки. Для получения абсолютных значений этих относительных положений можно использовать известные контрольные точки. Более сложные алгоритмы могут использовать другую информацию о сцене, известную априори (например, симметрии в некоторых случаях, позволяющие восстанавливать трехмерные координаты, начиная с одного единственного положения камеры).
Активные сенсорные методики
Спутниковое радиолокационное картирование — один из основных методов создания цифровых моделей рельефа (см. Ниже). Подобные методы применяются при батиметрических съемках с использованием сонара для определения рельефа дна океана. В последние годы, ЛИДАРа ( LI GHT D etection A — й R anging), метод дистанционного зондирования , который использует лазер вместо радиоволн, все чаще используют для комплексного картирования потребностей , таких как навесы графиков и мониторинга ледников.
Изучение трупа в топографии
При исследовании мертвого тела используются такие методы, как препарирование топографоанатомическое. Оно позволяет при помощи отдельных разрезов, которые делаются послойно, исследовать все ткани в определенной области, а также соотношение сосудов и нервов, расположение органов. Впервые данный метод (распил трупа) был предложен Пироговым Н. И. При помощи распилов трупа, которые проводятся в горизонтальной, сагиттальной и фронтальной плоскостях, с точностью можно определить локализуцию органов в теле, а также их месторасположение относительно друг друга. Был предложен Пироговым Н. И. и метод скульптурный, который характеризуется удалением на мертвом теле всех тканей, которые окружают определенный орган, нуждающийся в изучении.
Топография — это дисциплина, в которой применяется инъекционный метод исследования. Он предназначен для того, чтобы иметь возможность изучать сосудистую систему человека. Сосуды (лимфатические и кровеносные) наполняются растворами различных цветов, затем их начинают препарировать или используют рентгенографию. Коррозионный метод исследования представляет собой заполнение сосудов особыми массами. Далее ткани растворяют в кислоте, получая слепки формирований, которые нужно изучить.
Примечания
- ↑ Военно-Эницклопедический Словарь. — М.: «Военное Издательство», 1984. — С. 320, 745-746. — 863 с.
- Геоцентрические координаты // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
- ↑
- Помбрик И. Д. Шевченко И. А. Основные правила ведения рабочей карты. Условные знаки и сокращённые обозначения. // «Рабочая карта командира» (учебное пособие). — Москва: Военное издательство, 1967. — 96 p. — 55 000 экз. — ISBN УДК 355.5.
- Боевой устав Сухопутных войск ВС СССР. Часть 2. Москва 1982 год. Военное Издательство. 352стр. Приложения № 2-№ 4
- Боевой устав Сухопутных войск ВС СССР. Часть 2. Москва 1990 год. Военное Издательство. 463 стр. Приложения № 4-№ 13
- Боевой устав Воздушно-десантных ВС СССР. Часть 3. Москва 1983 год. Военное Издательство. 213 стр. Приложения № 7-№ 12
- Военный энциклопедический словарь (ВЭС),М., ВИ, 1984 г., страница 745. Статья Топогеодезическое обеспечение
Анатомия органов движения
В области верхних конечностей топология выделяет:
- кости скелета (ключица, лопатка, плечо, лучевая, локтевая и т.д.);
- мышечные волокна (плечевого пояса, плеча, предплечья, кистей);
- кожные покровы.
Разнообразие в движениях рук человека обусловлено специфическим строением суставов и особым методом соединения их с мышцами. Огромную роль в этом также играет и характер сочленения скелета плечевого пояса с туловищем. Мышцы составляют несколько слоев, располагаясь от поверхностного – к более глубокому.
Скелет опорных конечностей включает кости таза и свободную часть: (парные бедренные, надколенник, кости голени и стопы). Тазовая кость образует собой пояс нижней конечности и состоит из лобковой, подвздошной и седалищной. В соединении с крестцом и копчиком они являют собой костную основу таза.
Методы топографии
Наземная съёмка
Наземная съёмка применяется преимущественно на таких участках, картографирование которых нерентабельно другими средствами из-за их малой площади или затруднительно по характеру территории (например, гористая или сильно пересеченная местность).
В начале выполняют мензульную съёмку, производимую целиком в натуре, а затем (особенно в горных районах) — фототеодолитную (наземную фотограмметрическую) съёмку, при которой часть работ ведут на местности с помощью фототеодолита, а часть — камерально на фотограмметрических приборах.
В настоящее время широко применяется тахеометрическая съемка при помощи электронных тахеометров, особенно при съемке городских территорий и промышленных объектов с наличием большого количества подземных коммуникаций.
Аэрофотосъёмка
Аэрофотосъёмка на сегодня является наиболее распространенным приемом создания топографических карт. Существует два её вида:
- при комбинированной съёмке не только аэрофотосъёмочные, но и все топографические работы (построение плановой и высотной основы карты, отрисовка рельефа и дешифрирование на фотоплане предметов и контуров) — выполняются непосредственно на местности;
- при стереотопографической съёмке в полёте производят аэрофотографирование и радиогеодезические работы по созданию съёмочного каркаса карты, на местности строят опорную геодезическую сеть, дешифрируют эталонные участки и инструментально наносят не отобразившиеся на аэроснимках объекты; остальные же процессы изготовления карты (построение фотограмметрических сетей, стереоскопическую рисовку рельефа и дешифрирование изображений) — осуществляют в ходе камеральных работ.
Спутниковая съемка
Материалы спутниковой съёмки находят применение при изготовлении обзорно-топографических и мелкомасштабных топографических карт преимущественно для неосвоенных и малоизученных территорий, а также служат для выявления территорий, создание крупномасштабных карт которых с помощью аэрофотосъёмки должно быть проведено в первую очередь.
Относительно новой областью применения космической съемки является создание с помощью радаров и сонаров, установленных на спутниках, т. н. (в виде матрицы высот) — формализованных её моделей, представленных координатами и характеристиками точек местности, записанными в цифровой форме для последующей обработки на ЭВМ. Эти модели служат двум целям:
- как дополнение обычных карт данными, не выражающимися при графическом или фотографическом воспроизведении местности;
- для особого выделения типов территорий или объектов, показанных на картах, что существенно при решении таких задач, как прокладка трасс каналов, дорог и трубопроводов, выборе участков под водохранилища, аэродромы и др.
Топография в других областях
Топография применялась в различных областях науки. В нейробиологии в области нейровизуализации используются такие методы, как топография ЭЭГ для картирования мозга . В офтальмологии , топография роговицы используются в качестве методики для отображения кривизны поверхности на роговице . В тканевой инженерии , атомно — силовая микроскопия используется для отображения nanotopography .
В анатомии человека топография — это поверхностная анатомия человека .
В математике понятие топографии используется для обозначения закономерностей или общей организации объектов на карте или как термин, относящийся к шаблону, в котором переменные (или их значения) распределены в пространстве.
Разработка
Для их разработки требуется топографическая съемка, которая проводится на местности. Это так называемые полевые геодезические работы.
Они оформляются в электронном виде и на бумажном носителе. В последнее время все чаще предоставляется 3D-визуализация.
Топографический план выполняется в заданном масштабе с указанием всех значимых объектов в условных обозначениях.
При развитом навыке это позволяет легко разобраться, где проходят границы участка и места прохождения коммуникаций. Можно отобразить вид грунта и определить, какой фундамент предпочесть для постройки.
На карте сложно отобразить конкретные коммуникации и деревья. План позволяет выполнить детализацию с включением уровней масштаба, расположением подземных и наземных коммуникаций, точных границ конкретного участка независимо от его размера.
Используются следующие обязательные обозначения.
Основные:
- Рельефы местности;
- Состояние и особенности грунта, включая растительность с детальным изображением;
- Гидрография, которая представляет собой водные объекты;
- Дороги разного уровня;
- Инженерные сети;
- Здания с подписями, характеризующими их – указание используемого материала, количества этажей и принадлежность к типу (жилой дом, административное здание, школа);
- Границы населенных пунктов и определенных участков.
Вспомогательные:
- Основа математическая, которая включает кресты с обозначением координат и местности;
- Условные символы, которые не соответствуют обычно используемым значениям;
- Штамп чертежа – включает сведения о масштабе, дате изготовления и исполнителе.
Возможные масштабы
В зависимости от требуемой задачи используются различные масштабы территории. Они позволяют определить соотношение к размеру на земли и кратность уменьшения изображения по сравнению с исходными параметрами.
Обычно используются масштабы следующих типов:
- 1:1 000 000;
- 1:500 000;
- 1:200 000;
- 1:100 000;
- 1:50 000;
- 1:25 000;
- 1:10 000.
Разграфика и номенклатура
Разграфка представляет собой систему разделения поверхности на параллели и меридианы. Каждый используемый лист ограничивается рамкой.
Может использоваться один из следующих видов разграфики:
- Прямоугольная. Карту делят на листы квадратной или прямоугольной формы, имеющие одинаковые размеры.
- Трапециевидная. В качестве границ используются меридианы и параллели.
В России в качестве исходного используют масштаб 1:1 000 000. Он позволяет установить номенклатуру для крупных масштабов. Понятие номенклатуры в топографии не является тем же, что и в обычном понимании. Это система обозначения листов, которые выполняются в разных масштабах.
Например, номенклатура листов с масштабами 1:500 и 1:1000 складывается из номенклатуры 1:2000. Для обозначения масштаба 1:500 используют соответствующую арабскую цифру, а для 1:1000 – римскую.
Топографическая разведка
Добывание сведений, необходимых для топогеодезического обеспечения, называется топографической разведкой.
Главная цель топографической разведки — это выяснение соответствия содержания топографических карт действительному состоянию местности. Местность может изменяться под воздействием сил природы либо деятельности человека. Топографическая разведка служит обновлению и уточнению информации, приводимой на картах.
Также топографическая разведка определяет возможность использования топографических карт, специальных карт, фотоснимков местности, астрономо-геодезических и гравиметрических данных, перехваченных у противника.
Топография туловища
Наиболее сложным и объемным разделом в науке о расположении органов и прочих структурных элементов человека является описание тела за исключением его конечностей, шеи и головы.
Верхняя часть туловища, имеющая свои границы по краю яремной вырезки и ключицам, включает грудную стенку и полость, заключенную в защитную оболочку. Фасция выстилает, в том числе, и непарную мышцу, отделяющую данную область тела от брюшной. Костяком ее является грудная клетка, представляющая собой сочленение грудины, 12 парных костей и части позвоночника.
Комплекс органов и анатомических образований туловища в этой области именуется средостением, которое в отечественной хирургии подразделяется на верхний и нижний отделы.
Пространство, расположенное ниже, именуется брюшной полостью. В ее составе выделяют части:
- верхнюю (она же диафрагма);
- внешнюю;
- боковые (опоясанные волокнами широких мышц);
- заднюю (цепь костей позвоночного столба);
- нижнюю (составляющие подвздошной области и диафрагма таза).
Строение челюсти
Как научное знание топография зубов представляет собой комплекс сведений о принципах строения и функционирования костных образований во рту. Также она синтезирует данные об устройстве челюсти в целом в ее взаимной связи с ротовой полостью человека. Владение этой информацией необходимо для осуществления препарирования зубов и челюсти в медицинских целях: пломбирования, очищения корневых каналов и полостей, удаления и коррекции костных образований.
В строении зуба выделяют такие его части:
- коронка (образована четырьмя стенками и представляет собой треугольную, несколько сдавленную по направлению к небу щель);
- шейка;
- корень (находится в отдельной костной ячейке и в структуре своей имеет специализированную прочную соединительную ткань, покрытую более мягким цементом).
В средине костного образования располагается полость, сужающаяся к вершине. Внутри ее содержится мякоть зуба, именуемая пульпой и отвечающая за питание зуба. Она сочленяется с прочими тканями и волокнами нервов и сосудов, собранных в пучок.
Интересный факт
В государствах, являвшихся стратегическими противниками (СССР и США), условное обозначение на картах своих войск и войск противника является противоположным.
К примеру, в ВС СССР на многоцветных картах и схемах боевой состав, принадлежность, положение, вооружение, боевые задачи и действия своих войск наносятся красным цветом (по названию Красной армии), а противника синим цветом.
В ВС США войска и вооружение противника принято изображать красным цветом, а свои синим цветом, что, возможно, происходит со времен Войны за независимость, когда мундиры подобного цвета имели британские и американские войска соответственно.
Задачи топографии
Главной задачей изучения топографии в анатомии является точное описание анатомических областей послойно. Области здесь представляют отделы тела, которые условно отграничены между собой линиями, как естественными, так и искусственно проводимыми. Естественные границы выступают в виде кожных складок, костных выступов и т. д.
Таким образом, топография в анатомии — это дисциплина, которая также изучает ориентиры определенных областей по костям и мышцам, изображение внутренних органов, сосудов и нервов на поверхность человеческого тела, месторасположение внутренних органов относительно областей тела (голотопия), относительно скелета (скелетотопия), а также к соседним анатомическим формированиям (синтопия). Например, голотопически селезенка находится в левом подреберье, скелетотопически – на территории девятого, десятого и одиннадцатого ребер, а синтопически селезенка расположена возле диафрагмы, желудка, левых почки и надпочечника, хвоста поджелудочной железы.
Задачей топографии является и изучение форм индивидуального анатомического строения тела человека. Здесь принято выделять брахиморфную и долихоморфную формы, что обуславливается телосложением человека и тяжестью травмы. С формой телосложения совпадает топография органов, что находятся в определенной полости тела человека. Это, в свою очередь, предопределяет хирургические приемы.
Применение научных знаний
Топография тела человека как система сведений о его строении и функционировании играет важную прикладную роль в медицине, давая теоретическое основание для оперативной хирургии.
Точное знание слоев организма по направлению от поверхности кожных покровов в глубину тканей необходимо для любого практика. Описывая человеческое строение, топография тела позволяет ему последовательно и относительно безопасно проникать к области, нуждающиеся в оперативном вмешательстве.
Н. Пирогов полагал, что причиной абсолютного большинства неудавшихся операцией современных ему хирургов кроется в игнорировании практического познания. Отвечая же на многочисленные вопросы о том, что такое топография, ученый называл ее «слугой врача». Опираясь только на теоретические сведения, которые являются не более чем подборкой среднестатистических данных, практик сильно рискует встретиться с неожиданностями в виде индивидуальных особенностей человеческого организма.
Топографическая анатомия головы
Граница этой части тела с шеей проходит по линии нижней челюсти. В состав ее входят лицевой и мозговой отделы. В последнем выделяется основание и свод черепа, который является результатом сочленения трех областей.
Лобнотеменнозатылочная область послойно состоит из:
- твердой оболочки мозга;
- костей;
- надкостницы;
- рыхлой соединительной ткани;
- сухожильного шлема;
- жировой клетчатки;
- кожных покровов.
Особенностями строения ЦНС, сбором и систематизацией данных о взаимном функционировании его составляющих занимается топография мозга. В веществе, заполняющем череп, выделяют его общий рельеф, а также полушария. Предметом изучения является и его внутреннее строение. Особо рассматривается нижняя часть мозга и каждый из отделов.
На поверхности полушарий изучают борозды и возвышения, располагающиеся между ними. Большое значение уделяется узору извилин. Борозды разделяют полушария на 6 долей.
