В результате полувекового труда чинов КВТ к началу 1870-х гг. съемками были покрыты: в европейской части России - территории площадью 1 721 505 кв. км, в Оренбургском крае - 359 040 кв. км, в Западной Сибири - 1 956 604 кв. км, в Восточной Сибири - 232 695 кв. км, в Туркестанском крае - 155 388 кв. км⁷¹. Однако неосвоенными в картографическом отношении оставались громадные просторы России, а предстоящие съемки с обязательным изображением рельефа местности горизонталями нуждались в единой и надежной высотной основе. К тому же точное определение высот требовалось и для решения различных научных задач. Осуществить это можно было только в результате выполнения нивелирных работ, инициатива постановки вопроса о проведении которых исходила от руководства Главной (Николаевской) астрономической обсерватории в Пулкове еще в 1858 г.⁷²

Такие работы - вдоль недавно построенных Балтийской и Санкт-Петербургско-Варшавской железных дорог - начались летом 1871 г.⁷³ Их исполнение было поручено геодезистам КВТ капитану Н.Я. Цингеру - в будущем выдающемуся ученому и педагогу⁷⁴ - и поручику М.А. Савицкому - в перспективе начальнику ряда съемок⁷⁵.

Работы выполнялись с помощью нивелир-теодолитов Брауэра и специальных реек, с помощью которых, как уже отмечалось, можно было измерять расстояния, горизонтальные и вертикальные углы, т. е. проводить тригонометрическое нивелирование и развитие геодезической основы для съемок способом полигонометрии, предложенным Э.И. Форшем во время работ в Финляндии в 1859 г. В процессе подготовки и проведения нивелировки подполковник Н.Я. Цингер (произведен в очередной чин и утвержден в качестве руководителя работ 16 апреля 1872 г.⁷⁶) внес существенные дополнения в способ Форша. Так, при подготовке нивелир-теодолита и реек к измерениям он провел их тщательное исследование (к этому времени он был уже признанным специалистом по части учета влияния различного рода ошибок на астрономо-геодезические измерения⁷⁷). Далее, работая, как и Э.И. Форш, по «трехштативной системе», Н.Я. Цингер считал целесообразным при измерении горизонтальных углов брать дополнительные направления на тригонометрические пункты и выдающиеся местные предметы, расположенные вблизи трассы, с целью определения их положения и контроля нивелир-теодолитного хода. Заметим, что этот подход нашел развитие в середине XX в. в методе засечек, разработанном профессором А.И. Дурневым⁷⁸.

С целью избежания грубых промахов каждое измерение контролировалось другим независимым от первого, горизонтальные углы измерялись при двух различных положениях инструмента, верность отсчетов контролировалась определенной величиной коллимационной ошибки и др. При измерениях вертикальных углов наблюдалось не две, а три марки; помимо углов возвышения на марки реек, установленных на специальные подставки, наблюдались углы возвышения на марки заднего и переднего штативов.

Новации были введены и в вычислительный процесс. Так, поскольку методика вычисления координат вершин больших полигонов в рассматриваемое время не была еще разработана, а метод географических координат, употребляемых в триангуляции, и метод плоских координат по ряду причин не были пригодны, Н.Я. Цингер разбивал проложенный нивелир-теодолитный ход на участки, ограниченные опорными пунктами, длиной 25-30 верст. Применительно к точности проведенных измерений выбранные размеры отдельного участка позволяли считать его расположенным на плоскости. При использовании обычного метода прямоугольных координат Н.Я. Цингер затем вычислял замыкающие стороны - диагонали, соединяющие опорные пункты и углы между этими диагоналями. Далее по заданному положению первого опорного пункта и известному азимуту направления последовательно вычислялись значения долготы и широты всех опорных пунктов по формулам, применяемым в триангуляции. Все вычисления независимо контролировались по специально разработанной им методике⁷⁹.

К концу полевого сезона 1872 г. первое точное нивелирование по железным дорогам, проводимое Н.Я. Цингером и М.А. Савицким, было завершено, его результаты были опубликованы в Записках Военно-топографического отдела...⁸⁰ В ходе работ было пройдено около 1047 км (частично с двойной нивелировкой); в каменных зданиях было заложено 187 надежно закрепленных высотных марок; точность определений характеризовалась случайной ошибкой не более 10 мм на 1 км хода⁸¹.

Выполненное нивелирование имело большое значение для повышения точности проведения последующих геодезических работ, картографирования территории нашей страны, его результаты долгое время использовались при оценке временных изменений высот марок⁸². Кроме того, в процессе работ были решены и научно-исследовательские задачи: 1) проведено единственное в своем роде исследование действия земной рефракции на измерения вертикальных углов на коротких расстояниях: показано ее значительное (примерно в два раза) отрицательное влияние на точность нивелирных работ, выявлены некоторые закономерности ее изменения в течение дня и в зависимости от местных условий⁸³; 2) обоснованно указано на целесообразность использования в качестве начала счета высот нуль-пункта Кронштадского футштока, принятого в России за таковой и по настоящее время⁸⁴; 3) подтверждена эффективность использования способа полигонометрии, предложенного Э.И. Форшем в 1859 г., взамен триангуляции или в дополнение к ней при развитии геодезического обоснования для топографической съемки в лесистой и сильно пересеченной местности. Вместе с тем, попытка увеличить точность собственно нивелирных работ с 10 мм до 3-5 мм на 1 км хода (как это было рекомендовано Международной геодезической ассоциацией в 1864 г.) не увенчалась успехом. Поэтому стало ясно, что применять нивелир-теодолит для развития сети высокоточных нивелирных ходов в дальнейшем будет нецелесообразно⁸⁵.

Опыт первого точного нивелирования показал, что наиболее подходящими для этого являются железные дороги, имеющие незначительный уклон. К тому же на станциях и нередко вблизи дорог размещаются достаточно прочные каменные сооружения, в которых можно закладывать нивелирные марки и реперы. С учетом этого в ВТО Главного штаба был разработан и Военно-ученым комитетом утвержден в конце 1872 г. проект высокоточного нивелирования основных линий вдоль железных дорог. В перспективе предполагалось провести нивелирование также по берегам реки Волги до Каспийского моря. Эти работы вместе с нивелированием между Черным и Каспийским морями, выполненным тригонометрическим методом еще в 1835-1837 гг., силами и средствами Петербургской академии наук, должны были составить опорную высотную сеть для выполнения последующих топографо-геодезических работ⁸⁶.

В 1873 г. выпускники Военно-топографического училища поручики А.М. Ленчевский, Н.А. Котовский и А.П. Федотов начали геометрическое нивелирование (нивелирование «горизонтальным лучом») между Санкт-Петербургом и Москвой⁸⁷. При выполнении работы исполнители руководствовались Инструкцией для производства нивелировок по железным дорогам, разработанной в ВТО Главного штаба в 1873 г. и 1875 г.⁸⁸, и применяли специально изготовленные в Механическом заведении Главного штаба «простые нивелиры Вольфрама» с увеличением зрительной трубы 6-8 крат (через 2 года - 13-14 крат) и ценой деления уровня 4-5", а также рейки с шашечной разметкой.

Расстояние между нивелиром и рейками допускалось не более 100 м, отсчеты снимались по трем нитям окуляра зрительной трубы с записью показаний уровня. Поручик А.П. Федотов для сравнения результатов использовал нивелир-теодолит Брауэра. Следует подчеркнуть, что эта работа в значительной мере носила опытный характер: отрабатывалась оптимальная методика определений, выяснялось влияние различных источников ошибок на результаты двойного нивелирования, определялась точность используемых нивелиров⁸⁹.

Нивелирование линии Москва - Санкт-Петербург завершилось в 1876 г. Точность геометрического нивелирования 1873-1876 гг. была выше тригонометрического 1871-1872 гг. Она характеризовалась случайной ошибкой 6,2 мм, систематической - 0,9 мм на 1 км хода⁹⁰. Здесь следует подчеркнуть, что метод геометрического нивелирования для определения высот офицеры КВТ применили впервые в нашей стране, но не в мире, как это утверждается в книге Л.А. Кашина⁹¹. В работе «Геометрические нивелировки Военно-топографического отдела Главного штаба. Выпуск 1. Нивелировки, произведенные в 1881, 1882, 1883 годах»⁹² отмечается, что первое применение геометрического нивелирования для определения высот точек на больших территориях было осуществлено во Франции в 1857-1864 гг. инженером Бурдалю. За это время было пронивелировано 15 000 км с ошибкой 2-3 мм на 1 км хода.

В 1877-1880 гг. работы по нивелированию в России не проводились из-за войны с Турцией и выполнения послевоенных работ в Болгарии. Возобновились они на новом качественном уровне только в 1881 г.

Примечания

71. Ганьшин В.Н. 1960. С. 25.

72. РГВИА. Ф. 40. Оп. 22/1475. Д. 159. Л. 1-4.

73. Ганьшин В.Н. Указ. соч. С. 25.

74. Сергеев С.В., Долгов Е.И. Указ. соч. С. 325.

75. Там же. С. 274.

76. РГВИА. Ф. 544. Оп. 1. № 1264.

77. Выполненные Н.Я. Цингером исследования во время 2-годичной работы в Пулкове позже были опубликованы /см. Записки ВТО. 1873. С. 67-136/.

78. Ганьшин В.Н. Указ. соч. С. 29-30.

79. Там же. С. 30-33.

80. Записки ВТО. 1878. С. 209-350.

81. Папковский П.П. Указ. соч. С. 117.

82. Ганьшин В.Н. Указ. соч. С. 40, 42-44.

83. Обнаруженная Н.Я. Цингером систематическая ошибка из-за влияния рефракции в параллактическом угле, измеряемом в вертикальной плоскости, побудила геодезистов отказаться при точных работах от применения дальномера с вертикальным базисом (рейкой) и перейти при параллактической полигонометрии к базису, лежащему в горизонтальной плоскости /Ганьшин В.Н. Указ. соч. С. 43/.

84. По мнению В.Н. Ганьшина Н.Я. Цингер является основоположником системы высот, принятой в нашей стране /Ганьшин В.Н. Указ. соч. С. 44/.

85. Ганьшин В.Н. Указ. соч. С. 40, 42-44.

86. Там же. С. 26.

87. Сергеев С.В., Долгов Е.И. Указ. соч. С. 166, 187, 315.

88. РГВИА. Ф. 404. Оп. 7/958. Д. 9. Л. 3-9, 25-34,126-131.

89. Папковский П.П. Указ. соч. С. 119.

90. Кашин Л.A. 1979. С. 6.

91. Там же.

92. Записки ВТО. 1889.