Ориентирование линий местности и карты.

Ориентировать линию - значит определить её направление относительно другого, принятого за исходное. Термин "ориентирование" произошёл от латинского слова oriens - восток, так как раньше ориентирование производилось относительно направления на восток.

В настоящее время линии местности ориентируют относительно истинного (географического) или магнитного меридианов, а также осевого меридиана зоны или линии, параллельной ей (оси абсцисс).

Истинным или географическим меридианом называется линия пересечения земной поверхности плоскостью, проходящей через отвесную линию в данной точке и ось вращения Земли.

Положение какой-либо линии в пространстве может быть определено значением угла между линией и географическим меридианом. Этот горизонтальный угол, отсчитываемый по часовой стрелке от северного направления географического меридиана до направления линии называется географическим азимутом (А). Азимут может иметь значения от 0 до 360⁰.

Поскольку каждая линия может иметь два направления - прямое и обратное, различают прямые и обратные азимуты, отличающиеся на 180⁰.

Наша планета обладает магнитным полем, которое принято считать состоящим из двух частей: большая часть создаётся источниками, находящимися внутри планеты, так называемое главное геомагнитное поле, и небольшая его часть (около 1%) определяется внешними по отношению к земному шару источниками.

По современным представлениям, источником главного геомагнитного поля является ядро Земли, состоящее из двух оболочек, в которых происходит движение масс, сопровождающееся возникновением электрических токов.

Главное магнитное поле осложнено аномалиями, которые по своему происхождению связаны или с Землёй, или с её магнитосферой. Аномалии первого происхождения в зависимости от площадей их распространения разделяют на локальные и региональные. К локальным относятся аномалии, имеющие размеры нескольких километров, к региональным - аномалии, имеющие размеры несколько сотен километров. Происхождение локальных и региональных аномалий одинаково и связано с залеганием в земных недрах минералов, обладающих магнитными свойствами.

Напряженность поля в локальных и региональных аномалиях может быть весьма существенна и в несколько раз превышать напряженность поля на геомагнитных полюсах (например, в Курской магнитной аномалии).

Строго говоря, характеристикой магнитного поля Земли является вектор его напряженности, т.е. его амплитуда и направление в пространстве. Плоскость, проходящая через вектор напряженности и ось вращения Земли, называется плоскостью магнитного меридиана. Линия пересечения поверхности Земли данной плоскостью - магнитный меридиан.

По аналогии с географическим азимутом, магнитным азимутом является горизонтальный угол, отсчитываемый по ходу часовой стрелки от северного направления магнитного меридиана до данного направления линии.

В связи с тем, что через каждую точку проходят географический и магнитный меридианы, направление которых обычно не совпадает, между магнитным и географическим азимутами имеется расхождение, называемое магнитным склонением. Магнитное склонение может быть положительным, если магнитный меридиан проходит восточнее географического, и отрицательным, если магнитный меридиан расположен западнее географического.

Величина склонения магнитной стрелки в различных точках земной поверхности неодинакова. На территории России склонение достигает 20⁰. В отдельных местах склонение может достигать 180⁰.

Вообще говоря, магнитное поле не постоянно, а изменяется во времени и пространстве, причем выделяются определенные ритмы этих изменений - вековые, суточные и т.д. Эти изменения исследуются специально на обсерваториях и данные наблюдений регулярно публикуются для внесения поправок. Вековые изменения с периодом в 500 лет могут достигать отклонений от среднего значения до 22⁰.5. Суточные изменения магнитного склонения в пределах одних суток могут достигать 1⁰ и больше, а в среднем составляют 15'.

Всё сказанное приводит к тому, что ориентирование линий по магнитному меридиану допускается при сравнительно малоточных съёмках небольших площадей.

Вследствие сферичности Земли географические (истинные) меридианы не параллельны между собой, а постепенно сближаются и пересекаются у полюсов. По этой причине азимуты одной и той же линии в различных её точках будут не одинаковы. Во избежание этого неудобства один из меридианов принимают в качестве осевого и относительно его ориентируют все линии. В проекции Гаусса все линии одной зоны ориентируются относительно изображения осевого меридиана, совмещенного с осью абсцисс. В этом случае для ориентирования линий используют фактический аналог географического азимута - дирекционный угол. Дирекционный угол - угол, отсчитываемый по ходу часовой стрелки от северного конца оси абсцисс до данной линии. Дирекционные углы имеют значения от0 до 360⁰.

Дирекционные углы, определенные в одном направлении линии, называют прямыми, в противоположном - обратными, различаются на 180⁰. В отличие от азимута дирекционные углы одной и той же линии в разных её точках постоянны.

Географический азимут (А) и дирекционный угол a отличаются на величину сближения меридианов в данной точке (g). Сближение меридианов равно нулю для точек, расположенных на экваторе или осевом меридиане. Для точек расположенных к востоку от осевого меридиана угол сближения меридианов положительный, а для точек, располагающихся к западу от осевого меридиана - угол сближения отрицательный. В точке полюса угол сближения равен своему предельному значению - разности долгот меридианов.

Введение понятия дирекционного угла оказалось весьма полезным при вычислении ориентирующих углов какой-либо последующей линии геодезического хода, если известен дирекционный угол предыдущей линии и измерен угол между линиями. Из рассмотрения геометрической схемы нетрудно вывести правило:

если измеряются правые по ходу углы

дирекционный угол последующей стороны равен дирекционному углу предыдущей стороны минус измеренный угол и плюс 180⁰.

если измеряются левые по ходу углы

дирекционный угол последующей стороны равен дирекционному углу предыдущей стороны плюс измеренный угол и минус 180⁰.

Поскольку ранее пользовались таблицами (калькуляторов не было) все тригонометрические функции и все таблицы приращений координат были построены для углов в пределах от 0 до 90⁰, в геодезии широко используются понятия румбов для ориентирования линий. Румбы - острые углы, отсчитываемые от ближайшего конца (северного или южного) исходного направления до данного направления по ходу или против хода часовой стрелки.

В зависимости от того, какое из исходных направлений принимается для ориентирования, румбы могут быть географическими, магнитными, дирекционными.

Связь между дирекционными углами и румбами (на примере дирекционных углов (a):

первая четверть (СВ) r = a;

вторая четверть (ЮВ) r =180⁰ - a;

третья четверть (ЮЗ) r = a - 180⁰;

четвёртая четверть (СЗ) r = 360⁰ - a.

Ориентировать карту или план на местности - значит расположить их так, чтобы направления линий на карте или плане стали параллельны направлениям горизонтальных проекций соответствующих линий местности. Ориентирование карт и планов производится или по компасу (буссоли), или по линии местности, изображенной на карте (ось железной или шоссейной дороги, линии электропередач, улица посёлка и т.п.)

При ориентировании карты по компасу одно из его ребер, параллельных направлению С-Ю, прикладывают к западной или восточной внутренней рамке карты. Затем карту поворачивают до тех пор, пока северный конец стрелки компаса не установится на отсчете, соответствующем склонению магнитной стрелки.

Ориентирование карты также может быть произведено при помощи вертикальных линий километровой сетки. Для этого ребро компаса прикладывают к одной из линий километровой сетки и поворачивают карту до тех пор, пока северный конец магнитной стрелки не окажется на делении, соответствующем углу, называемому поправкой направления (ПН), который равен алгебраической разности склонения магнитной стрелки и сближения меридианов:

ПН = d - g .

Ориентирование карты может быть выполнено и в случае, если на карте и на местности известно какое-либо направление. Для ориентирования карты наблюдатель накладывает на выбранное на карте направление линейку, затем становится на данном направлении на местности, приводит карту в горизонтальное положение и, поворачивая карту, добивается совпадения направления на местности с направлением на карте, отмеченном линейкой.