Останнім часом у практиці виконання геодезичних робіт часто застосовують електронні тахеометри, за допомогою яких можливо одночасно вимірювати віддалі й напрями. В цих приладах передбачено запис результатів вимірів у блок пам’яті, звідки їх можна безпосередньо переписати в комп’ютер або вивести на табло тахеометра. Таким чином, відпадає потреба запису даних вимірів у польовий журнал, що сприяє підвищенню продуктивності праці. При цьому слід зауважити, що існують тахеометри, в яких для визначення віддалі не потрібно відбивача, тобто ці виміри можна виконувати наведенням на борт судна. Враховуючи до того ж високу точність виконання вимірів за допомогою цих приладів, можна зробити висновок про високу ефективність їх застосування при виконанні морських геодезичних робіт.
Визначення місцеположення судна астрономічними методами та методом пеленгування
При регіональних дослідженнях у відкритому океані місцеположення судна можна визначити астрономічним методом. Цей метод за точністю визначення місцеположення поступається переліченим оптичним методам. Пояснюється це неможливістю
використання на судні приладів та інструментів, за допомогою яких астрономічні
спостереження виконуються на суходолі.
Згідно з загальними положеннями геодезичної астрономії для визначення координат пункту – астрономічної широти і астрономічної довготи , необхідно задатися положенням зеніту на небесній сфері. В кожний даний момент положення зеніту може бути визначене або зенітними віддалями z1 і z2 мінімум двох небесних світилз відомими екваторіальними координатами – прямим сходженням і схиленням , або як перетин мінімум двох вертикалів, які проходять через ці світила, тобто азимутами А1 і А2. У відповідності до цього усі способи астрономічних визначень широти і довготи базуються на принципі вимірів зенітних віддалей – ці способи називають зенітальними або на принципі вимірів азимутів – азимутальні способи. Положення зеніту на небесній сфері може бути визначене також шляхом одночасного вимірювання зенітної віддалі і азимута світила. Ці способи відносять до висотноазимутальних способів.
У зенітальних способах вимірюються зенітна віддаль z або висота h світила і момент T часу його спостережень. За відомим значенням часу спостережень із каталогу положень небесних світил вибирають екваторіальні координати світила. Основним рівнянням цих способів, що зв’язує величину z зі значеннями широти і часу s (те саме що поправки годинника и), є рівняння, яке отримане з розв’язування паралактичного трикутника РZ (рис. 6)
де: t – годинний кут світила,
и – поправка годинника.
Рис. 6. Паралактичний трикутник
В азимутальних способах основним рівнянням зв’язку виміряних величин із величинами, що підлягають визначенню, є
Аналіз наведених формул дозволяє зробити висновки щодо вигідніших умов спостережень. Так, для визначення широти світила необхідно спостерігати біля першого вертикалу (А = 90 або 270 ), а для визначення довготи – біля меридіана (А = 0 або 180 ). При виконанні спостережень у морських умовах для вимірів кутів застосовуються секстани, для вимірів часу – хронометри морські. Якщо одночасно секстаном виміряти висоту світила, а компасом визначити його азимут, то за цими даними можна визначити широту і довготу рухомого об’єкта. Такі визначення відносяться до висотноазимутальних способів. Комплексне застосування результатів астрономічних визначень та інформація про наближене положення пункту визначень може забезпечити точність визначення місцеположення до 4-5 км.
При виконанні прибережних мілкомасштабних знімань для визначення місцеположення судна можна використовувати метод пеленгування берегових орієнтирів за допомогою суднового гірокомпаса. В даному випадку місцеположення судна визначається перетином двох-трьох ліній, викреслених на карті за виміряними за допомогою компаса азимутами (пеленгами) напрямів на опорні пункти. Середня квадратична похибка пеленгів по магнітному компасу (із врахуванням похибок у схиленні та девіації) складає 1-2 , по гіроскопічному компасу – 0,5-1 . Але визначення місцеположення за компасними пеленгами мають низьку точність, тому їх використовують лише для навігації.
До цієї групи можна також віднести роботи, які виконуються за допомогою лазерної віддалемірної або локаційної апаратури. До них відносяться виміри вертикальних віддалей (глибин та перевищень), нахилених та горизонтальних віддалей у водному середовищі, локація водної поверхні для вивчення її топографії, фізико-технічних властивостей води тощо.
Порядок виконання морських геодезичних робіт при використанні оптичних та астрономічних методів
Як було відзначено раніше до оптичних методів відносяться всі види засічок. Оскільки виконання геодезичних робіт у морських умовах мають свою специфіку, зупинимося на послідовності виконання цих робіт.
Для визначення координат рухомого об’єкта прямою кутовою засічкою вимірювання виконують мінімум з двох пунктів, на кожному з яких установлюють теодоліт. Після приведення теодоліта в робочий стан виконують наведення на суміжний пункт і на лімбі горизонтального круга виставляють відлік 0 або відлік, що дорівнює дирекційному куту цього напряму. Відмінність виконання цієї засічки в морських умовах від відповідної їй засічки на суходолі полягає у синхронності наведень на рухомий об’єкт за командами, що надходять по рації або подаються прапорцями із судна в момент реєстрації оперативної відмітки на ехограмі ехолота. Після наведення на рухомий об’єкт прочитується відлік горизонтального круга, який записують у журнал засічок. У цьому журналі окрім вказаного відліку записують номер знімального галса, порядковий номер визначень на галсі, час початку й кінця робіт на галсі (взірець журналу наведений у додатку). На судні біля оперативної відмітки на ехограмі фіксують: порядковий номер визначення, час (години і хвилини) початку та закінчення вимірювань на галсі.
В оберненій кутовій засічці виконують вимірювання кутів безпосередньо із судна. Оскільки використовувати теодоліти на судні неможливо, то виміри в даному випадку виконуються за допомогою секстанів. В оберненій засічці необхідно вимірювати одночасно два кути, тому вимірювання виконуються двома спостерігачами. Застосування секстантів обумовлене і тим, що за допомогою цих приладів можна відразу виміряти кут, а не напрями, що отримують при застосуванні теодолітів. Вимірювання кутів необхідно виконувати з точністю 1'. Окрім кутів з точністю до 0,1 м вимірюють відстань між спостерігачами і записують у журнал знімання.
При визначеннях місцеположення судна оберненою кутовою засічкою необхідно запобігати невизначеності розв’язування задачі. Цього можна досягти якщо: а) точка визначень є всередині трикутника, вершинами якого є опорні пункти; б) опорні пункти лежать на одній прямій; в) віддаль від точки визначень до середнього пункту менша за віддалі до крайніх пунктів; г) доповнення суми виміряних кутів і кута при середньому опорному пункті до 360о відрізняється від 0о чи 180о не менше, ніж на 20о.
Раніше було відзначено, що в полярній засічці з берегового пункту синхронно вимірюють віддаль до судна і напрямок на нього. В даному випадку довжини ліній вимірюють віддалеміром, а теодолітом – напрямки. Виміри проводять за командою із судна. За таких умов вимірювання доцільно виконувати із застосуванням електронних тахеометрів.
При застосуванні астрономічних методів визначення місцеположення судна, як і в оберненій кутовій засічці, вимірювання виконують безпосередньо на судні. Тому в даному випадку вимірювання здійснюються за допомогою секстанів. Перед початком виконання астрономічних спостережень у морських умовах виконують вибір місця спостережень та підготовку приладів. Місце спостережень вибирають на ходовому або верхньому містках. Воно повинно бути захищене від поривів вітру і мати найменшу вібрацію. При великих хвилях спостереження краще виконувати з верхнього містка, при поганій видимості горизонту із нижньої палуби, а при качці ставати ближче до діаметральної площини судна.
Точність визначення координат на морі оптичними та астрономічними способами
Після завершення морських геодезичних робіт виконується опрацювання результатів вимірювань з відповідною оцінкою точності. При застосуванні прямої кутової засічки оцінку точності виконують за відомою формулою
(формула записана у відповідності до рис. 1)
де: m - середня квадратична похибка виміру кута,
S1 і S2 – довжини ліній від опорних пунктів 1 і 2 до пункту визначень Р.
Для більш точного визначення М необхідно враховувати середні квадратичні похибки m1 і m2 визначення координат опорних пунктів та віддалі b між ними за формулою
Точність визначення місцеположення прямою кутовою засічкою складає
5-15 м.
При застосуванні оберненої засічки оцінку точності виконують за формулами:
а) при вимірюванні суміжних кутів
б) при вимірюванні несуміжних кутів
У записаних формулах: S1, S2, S3, S4 – довжини ліній в кілометрах від пункту визначень до відповідного опорного пункту; b1, b2 – довжини ліній між опорними пунктами; γ – кут при пункті визначень між лініями, що з’єднують пункт визначень із середніми опорними пунктами. Точність визначення місцеположення в даному виді засічки порядку 15-50 м.
При використанні комбінованої кутової засічки середню квадратичну похибку визначення положення рухомого об’єкта оцінюють за формулою
де: mα – середня квадратична похибка вимірювання горизонтального кута α секстаном на рухомому об’єкті;
m - середня квадратична похибка вимірювання кута γ теодолітом на опорному пункті 1, а і D – (відповідно рис. 3) віддаль в кілометрах між пунктами 1 і 3 та Р і 3.
При визначенні місцеположення полярною засічкою середню квадратичну похибку обчислюють за формулою
де: ms,m - середні квадратичні похибки виміру довжини лінії і напряму відповідно,
S – довжина лінії в кілометрах до пункту визначень.
При застосуванні лінійної засічки середню квадратичну похибку визначення місцеположення обчислюють за формулою
де: ms,- середня квадратична похибка виміру довжини лінії,
γ – кут засічки при пункті визначень між лініями, що з’єднують пункт визначень з опорними пунктами.
Згідно з літературними даними при визначеннях координат рухомих об’єктів у морі астрономічними методами за допомогою секстанта систематична похибка знаходиться в межах від 0,3 до 2', випадкова – при спостереженнях Сонця 0,5', зірок – 0,7', що в лінійній мірі складає біля 2 км.
Загальна характеристика і класифікація радіотехнічних систем.
Фізичні принципи радіогеодезичних систем.
Загальна характеристика і класифікація радіотехнічних систем
При створенні геодезичної основи морських знімань використовуються радіотехнічні засоби, а саме, радіогеодезичні і радіонавігаційні системи. Вимірювання за допомогою цих систем основані на використанні електромагнітних хвиль радіодіапазону. Взагалі ці системи представляють собою комплекс наземних та судових радіотехнічних пристроїв (станцій), що працюють за єдиним принципом та призначаються для визначення координат суден та інших рухомих або стаціонарних об’єктів.
Радіогеодезичні і радіонавігаційні системи працюють практично в безперервному режимі. Це означає, що в зоні їх дії на судні безперервно отримують інформацію про своє місцеположення, що дозволяє розв’язувати ряд задач. Наземні станції радіогеодезичних і радіонавігаційних систем називаються базисними. Звичайно це пристрої тільки для передачі або для прийому й передачі інформації. Названі системи працюють у заданому діапазоні радіочастот. Для виконання вимірювальних робіт їх встановлюють на суходолі на пунктах із відомими координатами. За даних умов їх можна рахувати як опорні пункти, відносно яких визначаються координати встановленої на судні рухомої станції системи.
Точкою відносності результатів вимірів як на базисних, так і на рухомих станціях радіогеодезичних і радіонавігаційних систем є фазовий центр антенної системи. Фазовий центр симетричної антенної системи знаходиться на її осі, тому точкою відносності таких систем можна рахувати основу антен. Звичайно поняття “точка відносності” об’єднують із поняттями “центр випромінювання” і “центр прийому” коливань.
На даний час існує велика кількість радіогеодезичних і радіонавігаційних систем. Основні характеристики деяких радіосистем наведені в табл. 1. Слід зауважити, що існуючі системи різняться за призначенням, принципом дії та технічними характеристиками.
За методом випромінювання електромагнітних хвиль радіосистеми класифікуються на фазові, імпульсні та імпульсно-фазові.
Фазовий метод вимірювання віддалей оснований на використані електромагнітних коливань і залежності вимірювання їх фази від часу і віддалі. Дійсно, якщо частота електромагнітного коливання залишається сталою, тоді довжина хвиль і період коливань також будуть сталими. Тому, якщо якимось чином визначити число укладань довжин хвиль, а саме їх цілі і дробові частини, в віддалі, що вимірюється, можна визначити і саму віддаль (рис. 1). Сучасні прилади дозволяють точно фіксувати зміни фази електромагнітного коливання. Виконавши вимірювання різниці фаз на початку і кінці шляху розповсюдження хвиль, можна точно визначити час, а далі і віддаль.
.