способ определения высоты точек тригонометрическим нивелированием
Классы МПК: | G01C5/00 Измерение высоты; измерение расстояний поперек линии визирования; нивелирование между отдельными пунктами; топографические нивелиры |
Автор(ы): | Мозжухин Олег Алексеевич (RU) |
Патентообладатель(и): | ФГОУ ВПО "Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия" (НГСХА) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-05-12 публикация патента:
10.06.2010 |
Изобретение относится к геодезическим измерениям и может быть использовано для повышения точности высот, определяемых двусторонним тригонометрическим нивелированием. Техническим результатом изобретения является повышение точности и экономической эффективности определяемых высот. Способ определения высоты точек тригонометрическим нивелированием заключается в том, что проводят двухстороннее тригонометрическое нивелирование из определяемого пункта и двух пунктов базиса, установленных на расстоянии S с превышением h 0, измеренным высокоточным геометрическим нивелированием. Измеряют разности высот, вызванные влиянием рефракции. Превышение h1 измеряют в направлении положительного уклона, a h2 - отрицательного. Определяют температуру и атмосферное давление воздуха. Вычисляют интегральные градиенты температуры воздуха , , по формулам:
,
,
где Т - температура воздуха в градусах абсолютной шкалы, K, р - атмосферное давление, Мб. Определяют переходные множители (коэффициенты) , , полученные на опытном объекте (модели). Поправки к высотам h1, h2, вычисляют по формуле; . 1 ил., 2 табл.
Формула изобретения
Способ определения высоты точек тригонометрическим нивелированием, заключающийся в том, что проводят двухстороннее тригонометрическое нивелирование из определяемого пункта и двух пунктов базиса, установленных на расстоянии S с превышением h0, измеренным высокоточным геометрическим нивелированием, измеряют разности высот 1=h1-h0, 2=h2-h0, =( 1+ 2)=h1-h2, вызванные влиянием рефракции, отличающийся тем, что превышение h1 измеряют в направлении положительного уклона, a h2 - отрицательного, определяют температуру и атмосферное давление воздуха, вычисляют интегральные градиенты температуры воздуха , , по формулам:
,
,
где Т - температура воздуха в градусах абсолютной шкалы, К; - атмосферное давление, Мб,
определяют переходные множители (коэффициенты) , , полученные на опытном объекте (модели),
а поправки к высотам h1, h2, вычисляют по формуле:
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к геодезическим измерениям и может быть использовано для повышения точности высот, определяемых двусторонним тригонометрическим нивелированием, что имеет широкое применение в геодезии, гидрографии, маркшейдерии.
В качестве аналога использован «Способ определения среднеинтегрального градиента индекса показателя преломления воздуха». А.с. 1707511 А1 от 23.01.92. / Мозжухин О.А., Бюл.3., заключающийся в том, что производят предварительные измерения на эталонном базисе трех величин: интегрального градиента температуры воздуха , определяемого путем геодезических измерений, высоты оптического луча над подстилающей поверхностью z и градиента температуры воздуха 1 на высоте z=1 м, определяемого на основе метеоизмерений, путем обработки опытных данных методом подобия находят эмпирические коэффициенты А, m, n и устанавливают зависимость , а искомую высоту определяют по формуле:
,
где S - расстояние между пунктами; р, Т - атмосферное давление и температура воздуха.
Недостаток способа-аналога заключается в том, что при двусторонних измерениях в прямом и обратном направлениях величины 1 и z, а также эмпирические коэффициенты одинаковы и не входят в разности высот = 1- 2, которыми сопровождаются результаты измерения hcp. при двустороннем нивелировании. Метод нашел применение только для одностороннего нивелирования.
В качестве прототипа использован «Способ определения высоты точек тригонометрическим нивелированием» А.с. 1820213 А1. / Мозжухин О.А. 07.06.93. Бюл. № 21, заключающийся в том, что производят двустороннее тригонометрическое нивелирование из определяемого пункта и двух пунктов на концах базиса. Недостаток способа заключается в том, что для определения высоты точки требуется в каждом случае производить базисные измерения. Это сужает область применения способа в рамках отдельных случаев (передача высот через водоемы, в горных условиях и т.п.).
Целью изобретения является повышение точности и экономической эффективности определяемых высот.
Поставленная цель достигается тем, что в способе определения высоты точек тригонометрическим нивелированием, включающем двустороннее тригонометрическое нивелирование с концов базиса на определяемую точку, дополнительно производят предварительные тригонометрические измерения с концов базиса и определяют разности между измеренными превышениями и базисным в направлении положительного уклона 1 и отрицательного 2, измеряют температуру и атмосферное давление воздуха, вычисляют интегральные градиенты температуры воздуха и соответствующие эмпирические коэффициенты, а искомые высоты определяют по формулам:
где коэффициенты k1, k 2, k находят из предварительных измерений на базисе, а градиент - из двусторонних измерений. S - расстояние между пунктами.
Сущность способа заключается в следующем. Предварительно производят двусторонние тригонометрические измерения с двух пунктов на расстоянии 1-2 км в направлениях с положительным h1 и отрицательным h2 уклонами. Превышение между пунктами h0 определяют высокоточным нивелированием. Измеряют температуру и атмосферное давление воздуха. Отсюда находят вызванные рефракцией высоты: 1=h1-h0, 2=h2-h0, =( 1+ 2)=h1-h2, а на основании их соответствующие интегральные градиенты температуры , , по формуле:
,
где в качестве 0 используют измеренные значения 1, 2, 0,5 и получают безразмерные эмпирические коэффициенты. Находят разность интегральных градиентов:
и соответствующий коэффициент , где .
Полученные на опытном объекте (модели) коэффициенты используют на других объектах, независимо от места и времени проведения эксперимента, для определения высот 1, 2, (а следовательно, и поправок к результатам двустороннего нивелирования) по формулам:
Коэффициенты k1, k 2, k инвариантны, т.е. они сохраняются неизменными в пределах группы подобных явлений: дневные часы летом при ясной теплой погоде. Аналогичная ситуация имеет место в способе-прототипе.
Пример. Произвели измерения h1=1727 мм и h2=-1838 мм с концов базиса (S=620,5 м, h0 =1759 мм). Измерения выполнены со штативов при высоте визирного луча над земной поверхностью около 3 м в июле в Нижегородской области. Отсюда имеем: =h2-h1=-111 мм, =hcp.-h0=23 мм, а также данные первой строки в табл.1. При этом Т=293 K, р=1010 Мб. Используя осредненные данные, находим: Следовательно, k1=0,74: k2=1,26. Далее имеем: и k=-0,57.
Полученные коэффициенты могут быть использованы на других объектах, например на линии с характеристиками: S=2835,8 м, h0=20427 мм. Измерения производили во Львовской области в сентябре (T=288 K, р=990 Мб) при высоте визирного луча над подстилающей поверхностью около 30 м (Дрок М.К. Исследование суточного хода невязок превышений геодезического нивелирования в треугольнике. В кн.: Геодезия, картография и аэрофотосъемка. Вып.1, Львов, 1964. С.25-34). Результаты представлены в левой части табл.2 (графы 3, 4, 5, 6).
Полученные в табл.1 и 2 величины имеют противоположные знаки. Это связано с тем, что измерения производили в первом случае в слое автоконвекции, а во втором - выше этого слоя (см. чертеж). Характерной особенностью приземного слоя является образование вблизи земной поверхности в дневные часы летом подслоя высотой 15-25 м, в пределах которого плотность воздуха возрастает с высотой, а траектория оптического луча обращена выпуклостью вниз, что является причиной появления отрицательных значений . При этом величина фактических градиентов превышает величину градиента автоконвекции В другом случае имеет место обратная картина.
В правой части табл.2 (графы 7, 8, 9) представлены величины, найденные предложенным способом. Измеренное значение составило по данным нижней строки - 22 мм, а полученное с применением способа - 20 мм, что свидетельствует об эффективности метода учета рефракции путем введения поправок в результаты двустороннего тригонометрического нивелирования. Порядок расчета следующий: 2 =3,79·(-0,57)·0,0183=-0,040 м. =-20 мм.
Для контроля: 1. 0,0183·0,74=0.0135 К/м,
1=3,79(0,0342-0,0296)=0,051 м.
2. 0,0183·1,26=0,0231 К/м,
2=3,79(0,0342-0,0111)=0,087 м.
Результаты измерения высот, вызванных влиянием рефракции, на опытном участке (модели).
Таблица 1 | |||||
№ № п.п. | Время, час | 1, мм | 2, мм | , мм | 1- 2, мм |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
1 | 11,0 | -32 | -79 | -111 | 47 |
2 | 11,5 | -37 | -59 | -96 | 22 |
3 | 12,0 | -40 | -68 | -108 | 28 |
4 | 12,5 | -46 | -70 | -116 | 24 |
5 | 13,0 | -36 | -73 | -109 | 37 |
6 | 14,0 | -44 | -70 | -114 | 24 |
Среднее | -39 | -70 | -109 | 31 |
Результаты измерения высот на натурном объекте (графы 3, 4, 5, 6) и аналогичные им величины (графы 7, 8, 9), полученные рассмотренным способом.
Таблица 2 | ||||||||
№ № п.п. | Время, час | 1, мм | 2, мм | , мм | 1- 2, мм | 1, мм | 2, мм | 1- 2, мм |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
1 | 8 | 81 | 119 | 200 | -38 | 74 | 124 | -57 |
2 | 10 | 65 | 96 | 161 | -31 | 60 | 100 | -46 |
3 | 12 | 34 | 81 | 125 | -44 | 46 | 77 | -36 |
4 | 14 | 28 | 56 | 84 | -28 | 31 | 52 | -24 |
5 | 16 | 33 | 104 | 137 | -71 | 51 | 85 | -39 |
Среднее | 48 | 91 | 139 | -43 | 51 | 87 | -40 |
Класс G01C5/00 Измерение высоты; измерение расстояний поперек линии визирования; нивелирование между отдельными пунктами; топографические нивелиры