Лимб геодезия: Основы геодезии, Мг 21 | Методическая разработка:

Содержание

Основы геодезии, Мг 21 | Методическая разработка:

Типы теодолитов

Государственным стандартам ГОСТ 10529 - 79 предусмотрен выпуск следующих теодолитов:

  1. Высокоточный теодолит Т1 характеризуется следующей квадратической погрешностью измерения горизонтального угла одним приемом равного 1``. Он применяется для угловых измерений в плановых опорных сетях 1 и 2-го классов, а также при выполнении высокоточных геодезических работ при строительстве и эксплуатации отчетных инженерных сооружений.
  2. Точные теодолиты Т2 и Т5 со средними квадратическими погрешностями измерения углов соотвественно2`` и 5``. Точные теодолиты используются при создание плановых опорных сетей 3 и 4-го классов, сетей сгущения 1-го разряда при геодезических разбивочных работах соответствующей точности.
  3. Технические теодолиты Т15 , Т30 и Т60, из них первые два применяются при развитии съемочных сетей и топографических съемках, теодолит Т60 предназначен для измерений в учебных целях.

 В таблице 10 приведены основные характеристики перечисленных выше теодолитов.

Кроме указанных в таблице теодолитов ГОСТ 10 529-79 предусмотрен выпуск их модификаций.

Таблица 10

Показатель

Т 1

Т2

Т 5

Т15

Т30

Т 60

Средняя квадртическая погрешность измерения угла одним приемом,  угловые секунды(``) не более:

горизонтального круга

1

2

5

15

30

60

Вертикального круга

1,5

3

12

25

45

-

Увеличение поля зрения трубы

Угол поля зрения трубы

1

511,5

1,5

2

-

Наименование расстояние визирования, м

5

2

2

1,5

1,2

1

Цена деления ампулы уровня на 2 мм, угловые секунды(``):

Алидады горизонтального круга

10

15

30

45

60

60

Алидады вертикального круга

10

0

25

45

-

-

Рабочие диаметры кругов, мм

Горизонтального

-

90

90

76

72

-

Вертикального

-

65

70

72

72

-

Масса прибора, кг.

11

5

4,5

3,5

2,5

2

Кроме указанных в таблице теодолитов ГОСТ 10 529-79 предусмотрен выпуск их модификаций.

Например, теодолиты Т15 и Т30 могут изготовляться в маркшейдерском  исполнении, в этом случае к их обозначению добавляют буквы М (Т15М, Т30М). Теодолиты Т5 и Т15 могут иметь компенсатор углов наклона, заменяющий уровень при алидаде вертикального угла, такие теодолиты обозначений имеют букву К (Т5Ки Т15К).

Если зрительная труба прибора имеет прямое изображение к его обозначению добавляется буква П ( Т5КП).

На основе единой базовой модели теодолита Т2 разработана группа унифицированных теодолитов 2Т. Входящие в нее приборы обозначают 2Т2, 2Т5, 2Т5К. Благодаря унификации их узлов и основных деталей ( например зрительной трубы, осевых сетей) работа с ними значительно облегчает.

На строительных объектах наибольше распространение получили оптические теодолиты Т30 и Т15.

Теодолит Т30 Круглое основание 1 теодолита (Рис 17, а), с которым скреплена подставка 13 одновременно служит дном футляра прибора. Это позволяет закрывать теодолит футляром, не снимая его со штатива и тем самым предохранять прибор от механических повреждений при переносе со станции на станцию. Ось вращения теодолита приводиться в отвесное положение подъемными винтами 15 с помощью цилиндрического уровня 5 на горизонтальном круге. Уровень расположен правильно коллимационной полоски зрительной трубы и заменяет отсутствующий в приборе уровень при вертикальном круге. Исправительным (юстировочным) винтом  ось уровня 2 устанавливается перпендикулярно оси вращения теодолита Лимб и алидада могут вращаться совместно и раздельно, что обеспечивает закрепительными 14 и наводящими винтами  лимба и так же винтами 3 и 4 алидады.

Зрительная труба имеет оптический визир 9 для предварительного наведения на предмет, ее фокусировка осуществляется вращением винта кремальера 7. Вместе с трубой скреплены вертикальный круг и отсчетный микроскоп. Закрепительным винтом 8 трубу фиксируют в заданном положение, а наводящие финты 6 медленно вращают ее в вертикальной плоскости для точного наведения на цель.

Зрительная труба теодолита Т30 может быть использована как оптический центр. Для этого ее устанавливают вертикально объективом вниз на точку стояния через отверстие в круглом основание прибора. Деление на горизонтальном и вертикальном кругах нанесены через  с оцифровкой каждого градуса.

Изображения отсчетного индекса и штрихов обоих кругов (рис17 б) передают в поле зрения отсчетного микроскопа с помощью отсчетного штриха с точностью до десятых долей наименьшего деления, оцениваемых на глаз. На Рис. 17,  б, отсчет по вертикальному кругу равен  , а по горизонтальному - .

Теодолит Т15 . Прибор (Рис. 26, а) прикрепляется к головке штатива становым винтом. Подставка 2 прибора имеет подъемные винты 14 и пружинистую пластину 1 верхняя часть теодолита крепиться к подставке непосредственно закрепительными винтом. На алидаде горизонтального круга устанавливается цилиндрический уровень. Зрительная труба фокусируется вращением центра кремальера, вынесенного, как у теодолита Т30 на колонку прибора. На колонке размещены головки закрепительных и наводящих винтов зрительной трубы и алидады горизонтального круга. На трубе имеется два оптических визира, один из них может быть заменен цилиндрическим уровнем, что дает возможность определять превышения горизонтальным лучом.

Рис. 26.  Оптический теодолит Т30

а - общий вид, б - поле зрения оптического микроскопа; 1 - основание, 2 - уровень, 3 -закрепительный винт алидады, 4 - наводящий винт алидады, 5 - цилиндрический уровень,  6- наводящий винт трубы, 7 - кремальер  8 - закрепительный винт трубы, 9 - оптический визир, 10 – окуляр, 11 - отсчетный микроскоп, 12- колонны, 13 - подставка,  14 - закрепительный винт лимба, 15 - подъемные винты.

Окуляры зрительной трубы и микроскопа устанавливаются по глазу наблюдателя вращением диоптрийных колец. Исправительные винты сетки нитей находятся под колпаком окулярной части трубы. В корпусе расположены механизмы закрепляющих и наводящих устройств, а так же оптические детали отсчетной системы.

Для определения магнитных азимутов линий к колонке крепиться буссоль. Для удобства отсчетов и установки буссоли устройство снабжено зеркалом.

Концы пузырька контактного цилиндрического кругов освещаются через отверстие в колонке с зеркалом.

Скрепления лимба и алидады горизонтального круга достигается нажатием клавиши.  При нажатии на фиксатор клавиши соскакивает с его выступа, разъединяя алидаду и лимба.

Теодолит Т15 оборудован оптическим центром  расположенным внутри алидадой части прибора.

В поле зрения шкалового микроскопа теодолита Т15 (Рис. 26(б)) видны одновременно изображения штрихов горизонтального Г и вертикального В кругов. Лимбы обоих кругов разделены через 1 и оцифрованы. Шкалы микроскопа содержат по 60 основных делений и по два дополнительных. Цена деления каждой шкалы 1` доли деления отсчитывают на глаз с погрешностью не более 0,1.

Дальнейшей модернизации описанного выше теодолита является прибор Т15, он обеспечивает большую эффективность в работе, благодаря оптическому компенсатору, заменяющий уровень при алидаде вертикального круга. При этом отпадает необходимость приведения пузырька уровня вертикального круга в нульпункте при отсчитывании по кругу.

Теодолиты с металлическими лимбами в настоящие время не выпускаются  и применяются  на практике лишь в отдельных случаях, а так же в учебных целях. В этих теодолитах отсчетными устройствами служат верньеры расположенные по противоположными концам диаметра алидады. Технические характеристики теодолитов с металлическими лимбами приведены в таблице 11.

Таблица 11

Показатели

ТТ-50

ТТ-5, ТН, ТТП

Увеличение зрительной трубы

Поле зрения трубы

Коэффициент нитяного дальномера

100

100

Наименьшее расстояние визирования, м

2

2

Цена деления лимбов

20

10

Точность верньеров, с

30

30

Цена деления уровня горизонтального круга, с

40-60

35-55

Цена деления вертикального круга, с

20-40

25-35

Вес теодолита со штативом, кг

5,2

3,2

Рис 27. Оптический теодлит Т15

а - общий вид; б - поле зрения шкалового микроскопа; 1 - пружинящая пластина, 2 - подставка, 3 - закрепительный винт лимба, 4 - оптический визир, 5 - вертикальный круг, 6 - зеркало буссоли, 7 - оптический визир, 8 - окуляр, 9 - закрепительный винт трубы, 10 - зеркало, 11 - кремальер, 12 - наводящий винт трубы, 14- подъемные винты, 15 - уровень,  16 - наводящий винт алидады, 21 - горизонтальный круг.

 

Рис. 28.  Теодолит с металлическими лимбами ТТ-50

1 - штатив, 2- подставка, 3 - подъемные винты, 4 - наводящие винты лимбы, 5 - закрепительный винт лимба, 6 - наводящий винт трубы, 7,8 –зрительная труба, 9 - кремальер, 10 - закрепительный винт трубы, 11 - окуляр, 12 - уровень, 13 - наводящий винт алидады, 14 - закрепительный винт алидады

Теодолит-тахеометр ТТ-50  (Рис. 28) состоит из под ставки 1, подъемными винтами 3. Горизонтальный круг имеет наводящий 4 и закрепительный винт лимба 5. Алидада вращается с помощью закрепительного 14 и наводящего винтов 13. Для отсчетов по лимбу используют верньеры. Зрительная труба 7, крепиться на колонках имеет закрепительный 10 и наводящий винт трубы 6. Алидада вертикального круга снабжена наводящим винтом. Вертикальную ось теодолита приводят в отвесное положение подъемными винтами с помощью уровня горизонтального круга.

Правила общения с теодолитом. При получении прибора необходимо детально ознакомиться с укладкой и закреплением прибора в упаковочном ящике или футляре. При переносе прибора и установке его на кронштейн или штатив следует предварительно убедиться в надежности закрепления верхней части теодолита в подставке, всегда следуют держать теодолит за подставку. Теодолит прикрепляют к штативу или кронштейну становым винтом так чтобы подъемные винты вращались свободно.

При изучении устройства теодолита. По литературным источникам необходимо определить отдельные части прибора и исправить их в действии. Закрепительные вины, подставка лимба, алидада и зрительной трубы вращаются без излишних усилий. Наводящие винты должны вращаться плавно и мягко без заметных усилий. В противном случае следует прекратить наведение и установить причину, затруднявшее значение. Применение силы при вращении винтов ведет к их поломке.

Вращение верхней части прибора вокруг вертикальной оси и зрительной трубы вокруг горизонтальной оси осуществляет только после ослабления закрепительных винтов. Вращение должно быть также плавным, без ощутимых задержек. Поворачивать верхнюю часть теодолита следует за алидадную часть у закрепительного винта, а закрепительную трубу за кожух около окулярной части. Нельзя касаться руками оптических деталей. При выполнении измерений в полевых условиях теодолит защищают от влаги и прямого воздействия солнечных лучей зонтом, специальным чехлом или футляром, а при дожде как правило, не работают. При переносе теодолита вместе со штативом с точки на точку не допускают толчков и значительных наклонов. После окончательных работы теодолит протирают сухой мягкой тряпкой, а оптические детали – специальной кисточкой из комплекта прибора. Профилактическую чистку прибора из теплого помещения переносят в упаковочном ящике или футляре и его выдерживают его до принятой температуры окружающий среды. После окончания полевого сезона прибор ставят на консервацию в специальной мастерской.

Рис. 29. Теодолит Т30

Задания:

 1. Описать последовательность действий при извлечении теодолита из футляра и установке его на штатив.

2. Записать в рабочей тетради названия пронумерованных на рис. 29 частей теодолита Т30.

3. Описать порядок действий при подготовке зрительной трубы к наблюдателю.

4. Произвести отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругу теодолита. Записать расположение шкал этих кругов в соответствии с полученными вами отсчетов.

для чего предназначен, основные характеристики и принцип работы

Секреты обработки дерева и металла
  • Бетон и работа с ним
  • Инструменты
    • Дрели и шуруповерты
    • Инструменты для работы с трубами
    • Культиваторы
    • Лобзики
    • Ножи
    • Отвертки и ключи
    • Паяльники
    • Пилы
    • Свёрла
    • УШМ (болгарки)
    • Уровни
  • Краски и окрашивание
  • Металлические изделия
    • Арматура
    • Болты, винты, гайки, гвозди
    • Заборы и ворота
    • Листы и профлисты
    • Печи и мангалы
    • Проволока
    • Профили, уголки, швеллеры
  • Металлы
    • Алюминий
    • Вольфрам
    • Сплавы
    • Сталь
    • Температура плавления
    • Цинк и цинкование
  • Самоделкин
  • Сварка
    • Электроды
  • Станки и оборудование
    • Буры
    • Газовое оборудование
    • Двигатели
    • Для работы с деревом
    • Для работы с металлом
    • Дробилки
    • Дровоколы
    • Измельчители
    • Компрессоры
    • Коптильни
    • Мотоблоки
    • Пескоструи
    • Плуги
    • Прессы
    • Триммеры, газонокосилки, мотокосы
    • Фрезы
  • Трубы
    • Работа с трубами
  • Хочу всё знать!

Геодезия ч.2

Геодезия ч.1

Основные контрольные обследования

Геодезические изыскания включают в себя такие обширные области, что необходимо учитывать кривизну Земли. Таким образом, исходные измерения для классической триангуляции (основной метод съемки, заключающийся в точном измерении базовой линии и вычислении других местоположений с помощью измерения угла) сводятся к длине уровня моря, чтобы начать вычисления, и вносятся поправки на сферическое превышение в угловых определениях. Геодезические работы подразделяются на четыре «порядка», в соответствии с точностью, причем съемки первого порядка имеют наименьшую допустимую погрешность. Первичная триангуляция выполняется в соответствии с жесткими спецификациями для обеспечения точности первого порядка.

В настоящее время предпринимаются усилия по расширению и объединению существующих континентальных сетей с помощью спутниковой триангуляции, с тем чтобы облегчить приведение всех основных геодезических съемок к единому мировому базису и определить размер и форму земного сфероида с гораздо большей точностью, чем это было сделано ранее. В то же время нынешние национальные сети будут укреплены, а оставшийся объем работы может быть несколько сокращен. Спутниковая триангуляция была введена в эксплуатацию в Соединенных Штатах в 1963 году с наблюдениями отскока а-13, запущенного в том же году, и некоторыми предыдущими работами с использованием пассивных отражающих спутников Echo 1 и Echo 2. Первый спутник, специально предназначенный для геодезических работ, Pageos 1, был запущен в 1966 году.

Первым требованием для топографического картирования данной местности является адекватная схема расположения горизонтальных и вертикальных контрольных точек, а начальным этапом является сбор всей такой имеющейся информации. Она состоит из описания точек, для которых были определены положения (в терминах широты и долготы) и высоты над средним уровнем моря. Они иногда располагаются на некотором удалении от непосредственного проекта, и в этом случае необходимо расширить уже имеющиеся работы. Это обычно делается по стандартам второго или третьего порядка, в зависимости от длины задействованных цепей.

Точность геодезических измерений может быть повышена практически до бесконечности, но только при увеличении затрат. Соответственно, используются контрольные съемки; они состоят из сравнительно небольшого числа точных измерений, охватывающих всю площадь проекта и из которых делаются короткие, менее точные измерения для объектов, подлежащих размещению. Простейшей формой горизонтального управления является траверса, которая состоит из ряда отмеченных станций, Соединенных измеренными курсами и измеренными углами между ними. Когда такая серия расстояний и углов возвращается в свою точку начала или начинается и заканчивается на станциях высшего (более точного) контроля, ее можно проверить и при малых погрешностях измерений скорректировать на математическую непротиворечивость. Предполагая или измеряя направление одного из курсов и прямоугольные координаты одной из станций, можно вычислить прямоугольные координаты всех станций.

Триангуляция

Система треугольников обычно обеспечивает превосходное горизонтальное управление. Измеряются все углы и по крайней мере одна сторона (основание) триангуляционной системы. Хотя можно использовать несколько схем, одна из лучших — это четырехугольник или цепочка четырехугольников. Каждый четырехугольник, с его четырьмя сторонами и двумя диагоналями, обеспечивает восемь углов, которые измеряются. Чтобы быть геометрически согласованными, углы должны удовлетворять трем так называемым угловым уравнениям и одному боковому уравнению. То есть три угла каждого треугольника, которые прибавляются к 180°, должны иметь такие размеры, чтобы вычисление через любой набор соседних треугольников внутри четырехугольников давало одинаковые значения для любой стороны. В идеале четырехугольники должны быть параллелограммами. Если система соединена с ранее определенными станциями, то новая система должна соответствовать установленным измерениям.

Когда съемка охватывает область, достаточно большую для того, чтобы кривизна Земли была фактором, в качестве опорной поверхности должно использоваться воображаемое математическое представление Земли. Считается, что ровная поверхность на среднем уровне моря представляет собой размер и форму Земли, и это называется геоидом. Из—за гравитационных аномалий геоид нерегулярен; однако он очень близок к поверхности, образованной эллипсом, вращающимся вокруг своей малой оси, то есть эллипсоидом, слегка уплощенным на концах или сплюснутым. Такая фигура называется сфероидом. Некоторые из них были вычислены различными органами власти; тот, который обычно используется в качестве опорной поверхности англоязычными нациями,-это сфероид Кларка (Александр Росс) 1866 года. Этот сплюснутый сфероид имеет полярный диаметр примерно на 27 миль (43 километра) меньше, чем его диаметр на экваторе.

Поскольку направления гравитации сходятся к геоиду, длина земной поверхности, измеренная над геоидом, должна быть уменьшена до ее эквивалента на уровне моря, т. е. Предполагается, что эти длины являются расстояниями, измеренными на сфероиде, между протяженными линиями силы тяжести вплоть до сфероида от концов измеренных длин на реальной поверхности Земли. Положение обзорных станций на земной поверхности задается в сферических координатах.

Контрольные отметки, или отмеченные точки На поверхности земли, Соединенные точным выравниванием, составляют вертикальные элементы управления геодезией. Высоты контрольных точек задаются в терминах их высоты над выбранной ровной поверхностью, называемой датумом. В крупномасштабных исследованиях обычным датумом является геоид. Высота над уровнем моря, принимаемая за нулевую для эталонных данных, представляет собой высоту среднего уровня моря, определяемую серией наблюдений в различных точках вдоль морского побережья, проводимых непрерывно в течение 19 и более лет. Поскольку средний уровень моря не совсем совпадает с геоидом, вероятно, из — за океанских течений, при корректировке сетки уровней для Соединенных Штатов и Канады все высоты, определенные для среднего уровня моря, были удержаны на нулевой высоте.

Поскольку ровные поверхности, определяемые выравниванием, слегка искажаются в области по направлению к полюсам Земли (из-за уменьшения центробежной силы и увеличения силы тяжести на более высоких широтах), расстояния между поверхностями и геоидом не совсем точно отражают высоту поверхностей от геоида. Чтобы исправить эти искажения, ортометрические поправки должны быть применены к длинным линиям уровней на больших высотах, которые имеют тенденцию Север–Юг.

Тригонометрическое выравнивание часто необходимо там, где нет точных высот или когда необходимо определить высоты недоступных точек. Из двух точек известного положения и высоты горизонтальное положение неизвестной точки определяется путем триангуляции,а вертикальные углы от известных точек измеряются. Различия в высоте от каждой из известных точек до неизвестной точки могут быть вычислены тригонометрически.

Национальная океаническая служба в последние годы надеялась увеличить плотность горизонтального контроля до такой степени, чтобы ни одно место в Соединенных Штатах не находилось дальше 50 миль (80 километров) от основной точки, и успехи, ожидаемые в аналитической фототриангуляции, позволяют предположить, что предполагаемая плотность контроля вскоре может оказаться достаточной для топографического картирования. Существующая плотность контроля в Великобритании и большей части Западной Европы уже достаточна для проведения картографических и кадастровых съемок.

Глобальное позиционирование

Методы, используемые для определения положения опорных точек в пределах области, подлежащей нанесению на карту, аналогичны методам , используемым в навигации. Однако в геодезии требуется большая точность, и это достижимо, потому что наблюдатель и прибор неподвижны на земле, а не на корабле или самолете, который не только движется, но и подвержен ускорениям, что делает невозможным использование спиртового уровня для точных измерений высот звезд.

Техника определения местоположения по наблюдениям за небесными объектами быстро устаревает. Практикуя его, землемер использует теодолит с духовным уровнем для точного измерения высоты Солнца в разное время суток или нескольких известных звезд в разных направлениях. Каждое наблюдение определяет линию на поверхности Земли, на которой должен находиться наблюдатель; несколько таких линий дают фиксацию, точность которой определяется тем, насколько близко эти линии встречаются в точке. Для определения долготы необходимо также записать среднее время по Гринвичу каждого наблюдения. Это было получено с 1884 года с помощью точного хронометра, который проверялся по крайней мере один раз в день по сигналам времени, передаваемым телеграфно по наземным линиям и подводным кабелям или передаваемым по радио.

Более поздняя процедура глобального позиционирования основана на использовании спутников, местоположение которых в любой момент времени точно известно, поскольку они постоянно наблюдаются с ряда станций во всех частях мира. Координаты этих станций устанавливались путем очень крупномасштабной триангуляции на основе сочетания радиолокационных наблюдений расстояний и измерений направлений движения специальных аэростатов или мигающих спутников, полученных путем фотографирования их в известные моменты времени на фоне неподвижных звезд.

Основной метод использования спутников для точного позиционирования основан на применении эффекта Доплера. Радиосигнал передается спутником на постоянной частоте, но стационарный наблюдатель обнаруживает более высокую частоту, когда спутник приближается, и более низкую, когда он удаляется. Скорость падения частоты зависит от расстояния наблюдателя от траектории спутника, поэтому определение этой скорости обеспечивает измерение этого расстояния. В момент наиболее близкого приближения спутника наблюдаемая частота совпадает с передаваемой, поэтому в это время наблюдатель должен находиться где-то вдоль линии под прямым углом к траектории спутника. Поскольку этот след над поверхностью Земли точно известен во все времена, эти данные определяют положение наблюдателя.

Создание основы

Большинство геодезических каркасов возводятся путем измерения углов и длин сторон цепочки треугольников, соединяющих точки, фиксируемые глобальным позиционированием. Затем местоположение наземных объектов определяется по отношению к этим треугольникам менее точными и, следовательно, более дешевыми методами. Создание такой структуры гарантирует, что детальные обследования, проводимые в разное время или разными геодезистами, будут соответствовать друг другу без дублирования или пробелов.

На протяжении веков углы этих треугольников располагались на вершинах холмов, каждый из которых был виден по крайней мере с двух других, при этом измерялись углы между соединяющими их линиями; этот процесс называется триангуляцией. Длины одной или двух из этих линий, называемых основаниями, измеряются с большой тщательностью; все остальные длины выводятся тригонометрическими вычислениями из них и углов. Быстрая проверка точности обеспечивается путем измерения всех трех углов каждого треугольника, которые должны складываться до 180 градусов.

В небольших плоских областях, работающих в больших масштабах, может быть легче измерить длину всех сторон, используя ленту или цепь, а не углы между ними; эта процедура, называемая трилатерацией, была непрактична на больших или холмистых областях до изобретения электромагнитного измерения расстояния (EDM) в середине 20-го века. Эта процедура позволила измерять расстояния так же точно и легко, как и углы, с помощью электронного хронометража прохождения излучения по измеряемому расстоянию; микроволны, которые проникают сквозь атмосферную дымку, используются на больших расстояниях, а световое или инфракрасное излучение-на коротких. В устройствах, используемых для ЭДМ, излучение представляет собой либо свет (генерируемый лазером или электрической лампой), либо сверхвысокочастотный радиолуч. Световой луч требует четкой линии визирования; радиолуч может проникать сквозь туман, дымку, сильный дождь, пыль, песчаные бури и некоторую листву. Оба типа имеют передатчик-приемник на одной обзорной станции. На удаленной станции световой тип содержит набор угловых зеркал; высокочастотный тип включает в себя ретранслятор (требующий оператора), идентичный передатчику-приемнику на исходной станции. Угловое зеркало имеет форму внутренней части угла куба; оно возвращает свет к источнику под любым углом, под каким бы он ни был получен, в разумных пределах. Ретранслятор должен быть направлен на передатчик-приемник.

В обоих типах приборов расстояние определяется временем, за которое радиолуч или световой луч проходит до цели и обратно. Прошедшее время определяется сдвигом фазы модулирующего сигнала, наложенного на несущий пучок. Электронные схемы обнаруживают этот сдвиг фазы и преобразуют его в единицы времени; использование более чем одной модулирующей частоты устраняет неоднозначности, которые могли бы возникнуть, если бы использовалась только одна частота.

ЭДМ значительно упростило альтернативный метод, называемый обход, для создания рамок. Во время прохождения геодезист измеряет последовательность расстояний и углов между ними, как правило, вдоль пройденного маршрута или потока. До появления EDM траверсирование использовалось только в равнинных или лесных районах, где триангуляция была невозможна. Измерение всех расстояний с помощью ленты или цепи было утомительным и медленным, особенно если требовалась большая точность, и никакой проверки не было достигнуто, пока траверс не закрылся сам по себе или между двумя точками, уже зафиксированными триангуляцией или астрономическими наблюдениями.

Как при триангуляции, так и при траверсировании необходимо учитывать наклон каждой измеренной линии, чтобы карту можно было свести к горизонтали и отнести к уровню моря. Измерительная лента может быть натянута вдоль земли или подвешена между двумя штативами; при точной работе необходимо применять поправки на провисание, натяжение и температуру, если они отличаются от значений, при которых лента была стандартизирована. В работах высшего порядка, известных как геодезические, погрешности должны быть сведены к одному миллиметру в километре, то есть к одной доле в 1 000 000.

Теодолит

Хотя для эскиз-карт компас или графические методы приемлемы для измерения углов, только теодолит может обеспечить необходимую точность в рамках, необходимых для точного картографирования. Теодолит состоит из телескопа, вращающегося вокруг горизонтальной и вертикальной осей, так что он может измерять как горизонтальные, так и вертикальные углы. Эти углы считываются с окружностей, градуированных в градусах, и с меньшими интервалами в 10 или 20 минут. Точное положение индексной метки (показывающей направление прямой видимости) между двумя из этих градаций измеряется с обеих сторон круга с помощью нониуса или микрометра. Точность современных геодезических приборов первого порядка с пятидюймовыми стеклянными кругами составляет примерно одну секунду дуги, или 1/3 600 градуса. С помощью такого прибора боковое перемещение цели на один сантиметр можно обнаружить на расстоянии двух километров. Повторяя измерение целых 16 раз и усредняя результаты, можно более точно измерить горизонтальные углы; в геодезической съемке измерения всех трех углов треугольника, как ожидается, дают сумму 180 градусов в течение одной секунды дуги.

В наиболее точных дальних работах в качестве мишеней для теодолита используются сигнальные лампы или гелиографы, отражающие солнце. Для менее требовательной работы и работы на более коротких расстояниях можно использовать меньшие теодолиты с более простыми системами считывания; мишени обычно представляют собой полосатые шесты или дальномерные стержни, удерживаемые вертикально помощником.

Обширная совокупность этих измерений создает сеть точек как на карте, где их положение определяется их координатами, так и на земле, где они обозначаются столбами, бетонными отметками грунта, болтами, впущенными в тротуар, или деревянными колышками различной степени стоимости и постоянства, в зависимости от важности и точности каркаса и карт, которые должны быть основаны на нем. После того, как эта структура была установлена, геодезист приступает к детальному картографированию, начиная с этих наземных отметок и зная, что их точность гарантирует, что полученные данные будут точно соответствовать аналогичным деталям, полученным в других частях структуры.

Детальная съемка

Фактическое изображение объектов, которые должны быть показаны на карте, может быть выполнено либо на земле, либо, начиная с изобретения фотографии, авиации и ракетостроения, путем интерпретации аэрофотоснимков и спутниковых изображений. На земле каркас расчленяется на еще более мелкие участки по мере того, как геодезист перемещается из одной точки в другую, фиксируя дальнейшие точки на объектах из каждой позиции с помощью комбинаций измерения угла и расстояния и, наконец, рисуя объекты между ними от руки. В сложных условиях местности эта операция может быть медленной и неточной, как это видно из сравнения карт, сделанных на земле, с теми, которые были сделаны впоследствии на основе аэрофотоснимков.

Однако наземная съемка все еще должна использоваться для некоторых целей; например, в районах, где трудно получить аэрофотоснимки; под пологом леса, где требуется форма Земли, а не верхушки деревьев; при очень крупномасштабных работах или близком контурировании; или если объекты, подлежащие нанесению на карту, нелегко опознать на аэрофотоснимках, как это имеет место с границами собственности или зонами перехода между различными типами почвы или растительности. Одно из двух фундаментальных различий между наземной и воздушной съемкой заключается в том, что, как уже упоминалось, наземная съемка интерполирует или делает наброски между фиксированными точками, в то время как воздушная съемка с помощью полуавтоматических приборов может непрерывно отслеживать объекты, как только известны положения фотографий. Одним из последствий этого является отображение объектов в однородных деталях, а не на коротких отрезках между точками, зафиксированными в наземной съемке.

Второе отличие заключается в том, что при наземной съемке для горизонтальных и вертикальных измерений могут применяться различные методы и точность, причем последние обычно являются более точными. Точные определения высот необходимы для инженерных и планировочных карт, например, для железнодорожных уклонов или особенно для ирригационных или дренажных сетей, поскольку вода в открытых каналах не течет вверх по склону.

Методы, используемые для фиксации местоположений в рамках горизонтальной детализации, аналогичны, но менее точны, чем методы, используемые для первичной структуры. Углы могут быть измерены с помощью ручного призматического компаса или графич

Геодезические работы компании «ЛИМБ» | Строительный журнал

09.03.2017 Опубликовано в рубрике:&nbspДругие

Важно понимать, что при строительстве любого объекта не обойтись без заранее подготовленного и правильно оформленного, утвержденного соответствующими органами проекта. Речь идет о том, что работа специалистов в области геодезии считается весьма полезной. Таким образом, удастся избежать ошибок при сооружении здания или дома, которые могут привести к серьезным нарушениям при его эксплуатации. Необходимо отметить, что существует огромный ассортимент услуг такого типа, где надо отдать предпочтение надежности и опыту.

Стоит отметить, что геодезия является довольно-таки сложной наукой, где нельзя допускать неточностей. Все подсчеты должны быть идеальными, чтобы в полной мере определить параметры конструкции. Компания «ЛИМБ» готова порадовать своими достижениями в этой сфере деятельности. Речь идет о работе настоящих профессионалов, которые имеют массу положительных отзывов. Ценовая политика отличается доступностью, что при сотрудничестве позволит существенно сэкономить бюджет.

Если говорить о сроках и особенностях выполнения задач, то специалисты с огромным опытом работы и отличными рекомендациями смогут вас приятно удивить. Оперативность, точность и надежность гарантированы каждому заказчику. Также все заявки рассматриваются в индивидуальном порядке, где удастся обсудить нюансы работы. На сайте http://limb.su можно взять много полезной информации. В том числе представлен перечень услуг, отзывы клиентов, преимущества сотрудничества с данной компанией.

Можно обратить свое внимание также на то, что все работы проводятся оперативно и без задержек в сроках. Поэтому можно быть уверенными в том, что проект вашего объекта попадет в руки точно в указанный день и время. Выполненные замеры будут отличаться точностью, поэтому строительство в любом случае принесет только положительный результат.

Наша фирма успела воспользоваться отличным сервисом в области геодезии от профессионалов данной компании. Стоит отметить, что персонал внимательно относиться к своей работе, поэтому уделяет время сбору данных, расшифровке и созданию проекта. В соответствии с современными нормами и стандартами создается план, по которому удастся выполнить строительство максимально точно и качественно. Главное, что компания дает гарантии своих услуг, а это позволит вам убедиться в правильности своего решения.

Автор: Анатолий Соколовский

-12 - ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ - Конспект лекции - Инженерная геодезия


Конспект лекции - Инженерная геодезия
скачать (333. (круговой транспортир) параллельно плоскости Р, то проекция угла АВС на плоскость L также будет горизонтальным углом . Подписав деления круга L по часовой стрелке, получим измеряемый угол как разность отсчетов =а–с. Данная схема измерения горизонтального угла реализована в теодолитах.

Теодолиты. Первый угломерный прибор Герона, 6 век до н. э., состоял из круга, окружность которого разделена на 360 частей, - лимба. В центре лимба вращалась линейка – алидада, на которой закреплены диоптры (приспособления для наведения на точки местности) и штрихи для отсчета по лимбу – отсчетные устройства. Центр лимба устанавливался над вершиной угла по отвесу – центрирование прибора.

В настоящее время теодолиты различаются по точности измерения углов и конструктивным особенностям. Согласно ГОСТ 10529 – 86 г. теодолиты подразделяются на технические – Т30, Т15, точные – Т5, Т2, высокоточные (прецизионные) – Т1, Т0.5. Цифра – средняя квадратическая погрешность измерения угла одним приемом в лабораторных условиях в секундах. В строительстве применяются технические и точные теодолиты.

В последние годы выпускаются теодолиты 2-го, 3-го и 4-го поколений. Например, 2Т30, 2Т30М, 4Т5КП (2, 4 - базовые модели, М – маркшейдерский, К – компенсатор, П – прямое изображение трубы). В теодолитах Т15, Т5 для измерения вертикальных углов установлен дополнительный уровень, а в теодолитах Т15К, Т5К – компенсатор для приведения алидады вертикального круга в горизонтальное положение автоматически при угле наклона не превышающем 2, что ускоряет процесс измерения вертикальных углов. Зрительная труба с прямым изображением более удобна в работе, чем труба с обратным изображением.

В теодолитах любой конструкции должны быть уровни и подъемные винты для приведения лимба в горизонтальное положение. Закрепительные винты лимба, алидады и зрительной трубы для закрепления их при взятии отсчетов. Наводящие (микрометренные) винты лимба, алидады и зрительной трубы для повышения точности наведения на точки местности, приспособления для центрирования.


    1. Основные части теодолита, их метрологические характеристики


Зрительная труба. В современных приборах применяются зрительные трубы с внутренней фокусировкой. Труба состоит из окуляра, объектива, фокусирующей линзы в середине трубы, которая перемещается при фокусировании кремальерой, и сетки нитей, установленной в окулярной части трубы, рис.17.

Вертикальные нити а, а служат для измерения горизонтальных углов, горизонтальная нить в - для измерения вертикальных углов, горизонтальные штрихи d (дальномерные нити) - для измерения расстояний. Сетка нитей может смещаться горизонтально при помощи исправительных винтов 1 и вертикально – винтами 2.

-13 -

Линия, соединяющая центр сетки нитей и центр объектива, называется визирной осью трубы.

Основной метрологической характеристикой зрительной трубы является увеличение трубы v , которое определяет точность визирования: mv = 60 / v. Чем больше v , тем точнее визирование, (разрешающая способность глаза в угловой мере  60). В теодолитах Т30 v = 18, T15, T5, T2 v = 25, T1 v=40. Таким образом, в технических и точных теодолитах средняя квадратическая погрешность визирования mv = 2.5 - 3.


Уровни. В теодолитах применяются цилиндрические уровни, рис.18. Верхняя точка называется нуль-пунктом. От нее вправо и влево нанесены штрихи, расстояния между которыми 2 мм. Угловая величина 2 мм называется ценой деления уровня. Отсчетные устройства служат для оценки долей деления лимба. Они бывают штриховыми, шкаловыми микроскопами и оптическими микрометрами, рис.19.
В теодолитах Т30 наименьшее деление лимба, называемое ценой деления, l= 10, рис.19, а. Отсчет производится по неподвижному штриху алидады с оценкой деления лимба на глаз: 250 25.


В теодолитах 2Т30 (2Т30П) l = 10, на алидаде шкала в 10 разделена на 12 частей, цена деления шкалы 5, на глаз оценивается 1/5 деления шкалы: 25012, рис.19, б. В теодолитах 2Т30М, Т15, Т5 l=10. Шкала на алидаде в 10 разделена на 60 частей. Цена деления шкалы 1. Отсчет в теодолитах Т5 производится до десятых долей минуты: 25017.5, рис.19, в. В теодолитах 4Т15П, рис.19, г, l=10 . . В соответствии с рис.16, центр вращения алидады А должен совпадать с центром С делений лимба. В практике это условие не выполняется. Несовпадение А и С, рис.20, называется эксцентриситетом алидады. Линейный элемент эксцентриситета е величина не большая. Так в серии теодолитов Т30 может быть е=0.02 мм. Но при радиусе лимба r=35 мм погрешность в отсчете х=2. При точности отсчета 1 эта величина существенная и пренебрегать влиянием эксцентриситета алидады нельзя. Если брать отсчеты М и N по диаметрально противоположным штрихам алидады, то правильные отсчеты M=M - x, N= N+x, откуда следует что (M + N)/2 = (M + N)/2 - среднее арифметическое из отсчетов по диаметрально противоположным штрихам алидады свободно от влияния эксцентриситета алидады. Установка центра лимба над вершиной измеряемого угла (центрирование теодолита) и визирной цели в определяемой точке производятся при помощи нитяного отвеса, механического центрира, оптического центрира, рис.21.

Простейший прибор для центрирования – нитяный отвес, рис.21, а. Погрешность центрирования в безветренную погоду порядка 5 мм (при ветре порядка 1-2 см).

Механический центрир, рис.21, б. Острие телескопической штанги 1 совмещают с точкой В местности. Теодолит, скрепленный с верхним концом штанги, перемещают по головке штатива до тех пор, пока пузырек круглого уровня 2 на штанге не установится в

нульпункте. Погрешность центрирования 1-2 мм.

Более точное центрирование достигается оптическим центриром, рис.21, в. Оптические центриры вмонтированы в подставки теодолитов Т15, Т5. Алидада теодолита приводится в горизонтальное положение по цилиндрическому уровню. Луч, идущий от точки В, призмой 1 преломляется на 900 и через объектив 2 , сетку нитей 3 и окуляр 4 идет к глазу наблюдателя. После фокусировки в поле зрения центрира видны точка В и крест сетки нитей. Передвигают по головке штатива подставку теодолита до совмещения креста сетки нитей с точкой В. Погрешность центрирования порядка 0.5 мм

В соответствии с применяемым прибором для центрирования и расстоянием d от теодолита до визирной цели можно рассчитать в угловой мере погрешность центрирования mц и установки визирной цели mр , которую называют погрешностью редукции: mц = mр = (mц / d) . Так при d = 50 м, mц=5 мм (нитяный отвес в безветренную погоду) mц =20. Если центрирование теодолита и визирной цели производится оптическим центриром, то mц = mр = 2.


    1. Поверки и юстировки теодолита

Взаимное положение основных осей теодолита должно соответствовать геометрическим условиям в соответствии с принципом измерения горизонтального угла: вертикальная ось прибора должна быть отвесной, плоскость лимба горизонтальной, визирная плоскость вертикальной.

Для соблюдения этих условий выполняют поверки и юстировки (исправления) теодолита.


!.Ось уровня uu1 должна быть перпендикулярна вертикальной оси вращения теодолита tt1 , рис.22. Устанавливают уровеньпо направлению двух любых подъемных винтов и, действуя ими, приводят пузырек на середину. ы vv1 должна быть перпендикулярна горизонтальной оси вращения трубы HH1 , рис.24. Только в этом случае визирная ось трубы опишет плоскость, которая называется коллимационной. Угол, на который отклоняется ось vv1 от перпендикуляра к HH1 , называется коллимационной погрешностью c. Для определения с визируют на точку местности при круге лево и круге право. Вычисляют c = (Л – П 1800 ) / 2, где Л и П – отсчеты по горизонтальному кругу при КЛ и КП. Поворачивают лимб на 1800 и опять визируют на ту же точку при КЛ и КП. Снова вычислют с. Среднее значение с и будет являться коллимационной погрешностью. Если с2, то необходимо исправить положение сетки нитей. Для этого вычислить правильный отсчет N= Л + с (или N = Л – с). Установить его на лимбе и боковыми винтами сетки нитей совместить центр сетки с точкой местности.

4. Горизонтальная ось вращения трубы HH1 должна быть перпендикулярна оси вращения прибора tt1 , рис.25 . Только в этом случае коллимационная плоскость будет отвесной. Устанавливают теодолит вблизи высокого предмета. Вверху выбирают точку М, так чтобы угол наклона визирной оси был в пределах 250  350. При отвесном положении оси tt1 проектируют точку М при КЛ и КП на линейку, расположенную внизу горизонтально и перпендикулярно визирной оси. Если проекции расходятся на величину не более двойной ширины биссектора, то условие выполнено. Исправление производится в заводских условиях или в специальной оптико-механической мастерской. рис.27. Закрепляют лимб в произвольном положении. При КЛ визируют на левую точку С, по лимбу берут отсчет с , затем визируют на правую точку А, по лимбу берут отсчет а. Вычисляют угол =а-с. Это измерение составляет один полуприем. Для исключения грубых и систематических погрешностей измеряют угол вторым полуприемом. Для этого переводят трубу через зенит (положение КП), сбивают лимб на 1 – 20 и снова визируют на точки С и А. Среднее из КЛ и КП составляет один прием.

Техническими теодолитами с односторонней системой отсчетов принято измерять угол двумя приемами с перестановкой лимба на 900. Расхождение между приемами допускается 2. За окончательный результат берут среднее из приемов. Предельная погрешность не превысит 1.

Полная расчетная формула точности измерения горизонтальных углов m2=m2+ m2отсч+m2ц+ m2р, где m - погрешность визирования, mотсч - погрешность отсчетного приспособления, mц и mр – погрешности центрирования и редукции. Предельная погрешность 3 m.

-16 -


    1. Измерение вертикальных углов

Вертикальные углы измеряются от горизонтальной линии до направления на точку местности, называемыми углами наклона : вверх – с плюсом, вниз – с минусом. Изменяются в пределах -900 900, рис.28. Вертикальный круг для измерения углов наклона состоит из лимба, алидады и уровня. Лимб жестко скреплен со зрительной трубой и вращается вместе с ней. Нулевой диаметр лимба параллелен визирной оси трубы. Алидада при вращении трубы остается неподвижной.


Нулевой диаметр алидады приводится в постоянное положение по уровню. В теодолитах серии Т30 для этого используется уровень при горизонтальном круге. В теодолитах Т15, Т5 при алидаде вертикального круга свой уровень, пузырек которого приводится в нуль-пункт перед отсчетом специальным винтом алидады. В теодолитах Т15К, Т5К вместо уровня при алидаде установлен компенсатор.

В соответствии с устройством вертикального круга должно быть выполнено условие: при

горизонтальном положении визирной оси трубы и положении пузырька уровня в нульпункте отсчет по лимбу должен быть 00. Однако это условие абсолютно точно не выполняется. Отклонение от 00 называется местом нуля (МО) вертикального круга.

Формулы вычисления углов наклона зависят от оцифровки лимба. В теодолитах серии Т30 деления лимба оцифрованы от 00 до 3600 против часовой стрелки. При наведении на точку местности М при круге лево (КЛ) угол наклона =КЛ–МО. Если перевести трубу через зенит и снова навести на точку М при круге право, то получим =МО–(КП–1800). Производные от формул: =[КЛ–(КП–1800)]/2; МО=[КЛ+(КП–1800)]/2. При больших значениях МО возникают трудности при вычислении углов наклона. Поэтому МО приводят к значению, близкому к 00. В теодолитах серии Т30, у которых используется один уровень при алидаде горизонтального круга, поступают следующим образом. Визируют при КП и КЛ на точку и вычисляют угол наклона . При положении пузырька уровня в нульпункте наводящим винтом трубы на лимбе устанавливают отсчет равный углу наклона (при круге лево КЛ=). При этом горизонтальная нить сетки сойдет с точки. Перемещением сетки нитей ее вертикальными исправительными винтами совмещают горизонтальную нить сетки с точкой.

В теодолитах Т15, Т5, у которых имеется уровень при вертикальном круге, поступают по-другому. Наводящим винтом трубы на лимбе устанавливают отсчет равный МО. При этом визирная ось трубы займет горизонтальное положение. Установочным винтом уровня вертикального круга совмещают нуль алидады с нулем лимба. Пузырек уровня уйдет из нульпункта. . На концах ленты укреплены шкалы длиной 10 см с миллиметровыми делениями. Расстояние между нулями шкал L0 =20 м. Погрешность отсчета по шкале 0.5 мм. Применяются при измерениях с повышенной точностью.

На строительных объектах применяются рулетки номинальной длины L0 = 10, 20, 30, 50 метров с нанесенными сантиметровыми делениями. Погрешность отсчета 1.5 мм. В некоторых рулетках конечные дециметровые деления разделены на миллиметры. Погрешность отсчета 0.5 мм. Рулетки, изготовленные из обычной плоской стальной ленты с травлеными штрихами, подвержены коррозии. Более долговечны рулетки из нержавеющей стали. Новейшие типы рулеток крашенные, или покрыты белой эмалью, или с пластиковым покрытием, или изготовлены на основе стекловолокна с пластиковым покрытием. Последние менее чувствительны к изменениям температуры и выдерживают натяжение силой более 100 кг.

При линейных измерениях ленты (рулетки) последовательно укладывают в створе измеряемой линии и в конце измеряют остаток с отсчитыванием по миллиметровым, сантиметровым или дециметровым шкалам. Укладка мерного прибора в створ измеряемой линии производится по теодолиту или на глаз. Погрешность отклонения конца ленты от створа по теодолиту 0.5 см, на глаз - 6 см. При укладке ленты на глаз створ измеряемой линии обозначается дополнительными вешками через каждые 100 м или чаще при измерениях в пересеченной местности. Обозначений створа линии вешками называется вешением.

Перед укладкой ленты створ измеряемой линии расчищают от посторонних предметов. При измерениях с повышенной точностью створ выравнивают лопатой или при разбивочных работах на строительной площадке устраивают дощатый настил.

Фиксация концов ленты (рулетки) может производиться шпильками (средняя квадратическая погрешность фиксации mф = 1.5 мм), карандашом на поверхности бетона (mф = 1.0 мм), кернением или ножом на поверхности металлической пластины (mф = 0.2 мм).

Для приведения измеряемой линии к горизонту измеряют угол наклона теодолитом или превышение концов линии нивелиром. При измерениях в пересеченной местности линию разбивают на участки с примерно равными уклонами и измеряют углы наклона или превышения на каждом участке.

Фактическая длина L мерного прибора отличается от номинала L0 на несколько миллиметров и изменяется с изменением температуры. Перед производством линейных измерений необходимо определить фактическую длину L при конкретной температуре t0 . Этот процесс называется компарированием. Компарирование можно выполнить последовательной укладкой штрихового метра, наименьшее деление которого 0.2 мм. Точность компарирования 20-м ленты (рулетки) mk = 0.6 мм. Можно прокомпарировать сравнением рабочей ленты с эталонной или на полевом компараторе. Длина компаратора Dk (обычно 120 м), определенная с высокой точностью (например, светодальномером), измеряется рабочей лентой многократно. Вычисляется среднее значение Dp и поправка за компарирование Lк в длину ленты (рулетки): Lк=(Dк-Dр)/n, где n – число укладок рабочего мерного прибора. Погрешность компарирования 20-м ленты (рулетки) mк = 3.0 мм.

При компарировании измеряют и записывают температуру t0. Натяжение ленты (рулетки) производят через динамометр с силой P0 = 10 кг. По результатам компарирования записывают уравнение рабочей ленты: L = L0 + Lк + L0(tизмt0 ) при натяжении P0 = 10 кг, где tизм – температура воздуха при измерении, =12*10-6 - коэффициент теплового расширения стали. При измерении натяжение делается примерно равным 10 кг либо от руки, либо через динамометр.

-18 -

Условия измерений зависят от нормативной точности 1/N и даны в СНиП 3.01.03-84. Нормативные относительные погрешности не должны превышать: 1/1000 (10 см на 100 м длины) – земляные сооружения, 1/3000 – для зданий до 5 этажей, 1/5000 – для зданий от 5 до 16 этажей, 1/10000 – для зданий выше 16 этажей или промышленных предприятий повышенной точности монтажа (например, АЭС). Так при 1/N = 1/1000 погрешность компарирования 3 мм, уложение в створ на глаз, разность температур (tизм – t0) не учитывается, натяжение прибора от руки, один отсчет при измерении остатка, концы ленты (рулетки) фиксируются шпильками или гвоздями, превышение концов на глаз. При нормативной точности 1/N =1/5000 погрешность компарирования 0.6 мм, уложение в створ по теодолиту, учитывается разность температур (tизм – t0), натяжение прибора через динамометр, две пары отсчетов при измерении остатка, концы фиксируются карандашом на гладкой поверхности бетона, превышения концов прибора определяются нивелиром. последовательно укладывают n раз мерный прибор, фиксируя концы шпильками 1, 2,...,n (или другим способом в соответствии с условиями измерений), и в конце измеряют остаток r0. Длину линии АВ приближенно вычисляют по номинальным значениям мерного прибора D0 = n L0 + r0,


Для приведения длины линии АВ к горизонту измеряют угол наклона или превышение h . Если предусмотрено программой измерений, то в приближенное значение D0 вводят поправки за компарирование и температуру: D = D0 + D0 Lk / L0 + D0 (tизмt0 ).

По наклонному расстоянию D вычисляют горизонтальное проложение d на МК: d=D Cos .

Или в расстояние D вводят поправку за превышение: h2=D2d2=(D+ d) (Dd) , приняв (D+d) 2D, получим (Dd) = h2 / 2D и d = Dh2 / 2D. Решить задачу можно без МК.

Для контроля измерений и повышения точности длины линий измеряют в прямом направлении от А к В (Dпр) и независимо в обратном направлении от В к А (Dобр ). Расхождение между двумя измерениями D = (DпрDобр) не должно превышать, в соответствии с теорией погрешностей, доп. , пересекут рейку в точках в и н. По отрезку на рейке n=н-в (разность отсчетов по дальномерным нитям) и малому углу , называемым параллактическим, решается задача по определению расстояния D: D=D’+c; D’=(n/2)ctg(/2)=(n/2)/tg(/2)= n / =K n; D=Kn+c, где с–расстояние от оси прибора до переднего фокуса F, (постоянная слагаемая дальномера, величина малая), К= / –называется коэффициентом дальномера,  =3438.

В теодолитах дальномерные нити в и н наносятся на сетку нитей симметрично средней нити v так, чтобы параллактический угол = 34.38 и постоянное слагаемое с=0. Тогда расстояние D = K n, где коэффициент дальномера К = 100, что удобно для вычисления расстояний: 1 см на рейке соответствует 1 м расстояния. D=Kn принято называть дальномерным расстоянием.

Формула D = K n выведена для случая, когда визирная ось трубы перпендикулярна рейке. На практике это условие не выполняется из-за наклона измеряемой линии АВ. При углах наклона ≥ 30 горизонтальное проложение d вычисляется по формуле: d = D cos2 .

Точность измерений нитяным дальномером зависит от точности дальномерного отсчета n .При благоприятных условиях измерений для расстояний 100 м (n=100 см) погрешность определения n составит 3 мм и относительная погрешность определения расстояния mD/D=1/300. Таким образом, точность измерения расстояний нитяным дальномером на порядок ниже точности измерений лентами и рулетками. Поэтому применение нитяного дальномера ограничивается съемочными работами (при съемке ситуации и рельефа для составления топографических планов).


На практике могут встречаться случаи, когда измеряемые линии пересекают овраги, речки, котлованы и другие препятствия. Непосредственно лентами (рулетками) измерить нельзя. Точность измерений нитяным дальномером недостаточна. Такие линии называются неприступными.

Для определения неприступного расстояния АВ = d, рис.31, выбирают вспомогательную точку С так, чтобы треугольник АВС был примерно равносторонним. Измеряют мерным прибором два раза AC = b, называемым базисом, и теодолитом все три угла. Контроль измерений по угловой невязке f =  - 1800. Если f доп.f = 1 = 1 = 1.7 , то углы измерены правильно и их уравнивают: урав = изм - f/3.

По уравненным углам вычисляют длину линии d по формуле синусов: d = b sin2 / Sin3 .

Для контроля и повышения точности длину линии d определяют второй раз независимо: строят новый базис, измеряют при нем углы, вычисляют d. Если d= (d1измd2изм ) d , где 1/N – нормативная точность измерений, вычисляют среднее значение.

Процесс линейных измерений лентами и рулетками трудоемкий. Существенное облегчение линейных измерений при высокой точности их дают применение светодальномеров. Светодальномер устанавливают в начальной точке линии – в конечной точке призменный отражатель. Труба наводится на отражатель, нажимается кнопка запуска и измерения производятся автоматически по заданной программе: управление, вычисления и контроль решаются с помощью встроенной микроЭВМ.

6.1. Геометрическое нивелирование

Геометрическим нивелированием называется измерение превышений при помощи горизонтального луча, который строится нивелиром. Принципиальная схема устройства нивелира: параллельность визирной оси трубы и оси цилиндрического уровня. При положении пузырька уровня в нульпункте визирная ось трубы горизонтальна. В строительстве геометрическое нивелирование – основной вид измерения превышений. Применяется два способа геометрического нивелиро-

вания: из середины и вперед.


При нивелировании из середины, рис.32, в точках А и В отвесно установлены рейки P1 и P2 , а на равных расстояниях от них – нивелир (необязательно в створе линии АВ). Если направление нивелирования от А к В, то рейка P1 будет задней, а рейка P2 – передней. Визируют на заднюю рейку P1 , приводят пузырек уровня в нульпункт и берут отсчет а по рейке. Затем визируют на рейку P2, снова приводят пузырек уровня в нульпункт и берут отсчет b. Превышение передней точки А над задней В : h = a - b - разность отсчетов по задней и передней рейкам.

При нивелировании способом вперед в точке А устанавливают нивелир, а в точке В рейку, рис.33. Визируют на рейку, приводят пузырек уровня в нульпункт, по рейке берут отсчет в. Измеряют высоту прибора i – расстояние от точки А до центра окуляра. В этом случае h= ib - высота прибора минус отсчет по передней рейке.

Если отметка задней точки известна, то отметка передней точки будет равна HB = HA + h . Высоту точки В можно определить через горизонт прибора ГП – расстояние от отсчетной поверхности до горизонтального луча, рис. удобно, когда с одной станции (станцией называется установка прибора) нивелируется несколько точек.

Если расстояние между точками А и В большое, то между ними прокладывают нивелирный ход, состоящий из последовательных станций, рис.34. Точки 1, 2, 3 ,…, через которые передаются высоты, называются связующими: H1=HA+h1; H2=H1+h2; H3+H2+h3 и т.д. Точки С, высоты которых определяются дополнительно для решения поставленных задач (например, определение отметки перегиба ската для детального построения продольного профиля), называются промежуточными . Отметки таких точек вычисляют через горизонт прибора: ГПст.2 =H1+a2=H2+b2; HC ГПст.

Нивелиры выпускаются технические Н-10, точные Н-3, высокоточные Н-0.5 с уровнем при трубе – уровенные нивелиры. Цифра обозначает среднюю квадратическую погрешность нивелирного хода длиной 1 км в мм: mh1км = 10 мм, 3 мм, 0.5 мм соответственно. При среднем расстоянии от нивелира до реек 60 м, между рейками 120 м, на 1 км нивелирного хода приходится 9 станций. В соответствии с теорией погрешностей средняя квадратическая погрешность определения превышения на одной станции mhст= mh1км /=m1км /3. Следовательно, mhст соответственно равны 3 мм, 1 мм, 0.5 мм. Или, приняв предельную погрешность равную утроенной средней квадратической, получим пред.hст = 10, 3, 0.5 мм для Н-10, Н-3, Н-0.5.

Принцип работы с уровенными нивелирами: устанавливают нивелир на станции, подъемными винтами подставки выводят пузырек круглого уровня на середину, визируют на рейку, элевационным винтом, расположенным у окуляра, приводят пузырек цилиндрического уровня на середину. При помощи системы призм концы пузырька цилиндрического уровня передаются в поле зрения трубы. Элевационным винтом совмещают концы пузырька в одно изображение и по рейке берут отсчет. Такой уровень называется контактным. Приведение пузырька уровня в нульпункт контактным способом в 4 раза точнее, чем на глаз.

Точность нивелирования зависит от увеличения vx зрительной трубы и цены деления  цилиндрического уровня. В нивелирах Н-10, Н-3, Н-0.5 vx =23, 30, 44 и  = 45, 15, 12 соответственно. В нивелирах Н-10, Н-3 доли делений шкалы рейки при отсчетах оцениваются на глаз, а в нивлире Н-0.5 - при помощи микрометра, что значительно повышает точность нивелирования.

Промышленностью выпускаются точные нивелиры с компенсатором: Н-3К. Цилиндрический уровень заменяет компенсатор, который при наклоне трубы до 15 приводит визирную ось трубы в горизонтальное положение автоматически. Принцип работы нивелиром с компенсатором: устанавливают нивелир на станции, подъемными винтами подставки приводят пузырек круглого уровня на середину, визируют на рейку и берут отсчет по ней. Точность приведения визирной оси трубы в горизонтальное положение (чувствительность компенсатора) 0.4".

В настоящее время промышленностью выпускаются точные нивелиры 3-го поколения : 3Н-2КЛ, 3Н-3КЛ - нивелиры с точностью нивелирования 2, 3 мм на км хода с компенсатором.

В строительстве технические нивелиры применяются при изысканиях линейных сооружений, при съемочных работах. Точные нивелиры используются на строительных площадках при выносе проектных отметок на местность, для передачи отметок на монтажные горизонты, для контроля по высоте строительно-монтажных работ, при определении осадок инженерных сооружений. Нивелиры Н-0.5 применяются для определения осадок сооружений, требующих высокой точности измерений (например, осадки фундаментных плит машинных залов АЭС), при монтаже высокоточного оборудования. . Рейки выпускаются трех видов: РН-10, РН-3, РН-05. Цифра в шифре обозначает то же самое, что и в шифрах нивелиров. Рейки РН-10 и РН-3 изготавливаются складными, 3-х метровыми. Могут быть РН-10 4-х метровые, складные. На обеих сторонах рейки нанесены сантиметровые деления в виде шашек: на одной стороне черным цветом – черная сторона, на другой стороне красным цветом – красная сторона. Отсчеты по черным сторонам всех реек начинаются с нуля. На красных сторонах с пяткой рейки совпадают другой отсчет, например 4687 (или 4700). Разность отсчетов по красной и черной сторонам одной и той же рейки величина постоянная и служит контролем отсчетов. В комплект для нивелира входят две рейки с разными нулями красных сторон: 4687 и 4787 мм (или 4700 и 4800). Превышения, вычисленные по отсчетам черных сторон реек, будут равны фактическим, а превышения по отсчетам красных сторон реек будут искажаться на 100 мм. При выводе среднего значения на станции это искажение необходимо учитывать. Точки, которые определяют в процессе нивелирования, закрепляют постоянными или временными нивелирными знаками – реперами грунтовыми или стенными, рис.35.

-22 -


На строительной площадке постоянный грунтовый репер (а) может быть выполнен из отрезка металлической трубы диаметром 60 мм, опущенный в пробуренную скважину на 0.5 м ниже глубины промерзания. Внизу трубы якорь, внизу приваривается головка для установки рейки. Репер ограждается или опускается ниже поверхности земли и закрывается крышкой.

Стенной репер (б) устанавливают в цокольной части каменных зданий на 0.5 м выше поверхности земли. В пробитом отверстии на цементном растворе закрепляют репер. Внутри зданий, цехов репер может быть приварен к металлической части конструкции или прибит дюбелями при помощи строительно-монтажного пистолета к бетонным частям конструкций, (в)

Временные знаки могут быть выполнены в виде кованного гвоздя или железнодорожного костыля, вбитого в асфальтовое или бетонное покрытие, или откраской (г). В процессе строительства временные знаки могут быть обозначены несмываемой краской в виде треугольника или черты 1х10 см, верхнее основание которых соответствует проектной высоте (д). Знаки могут быть сопровождены надписями. Например, Ур.ч.п. +0.50 - «уровень чистого пола» +0.50 м.

Поверки уровенных нивелиров.

1. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира. Подъемными винтами приводят пузырек уровня на середину. Вращают верхнюю часть нивелира на !800. Если пузырек уровня не вышел за пределы большо

Как работать с теодолитом? - Полезные статьи ГиС

17 сентября 2018

Что такое теодолит?

Теодолит – прибор, предназначенный для измерения вертикальных и горизонтальных углов. Также применим для определения расстояний по нитяному дальномеру и магнитных азимутов при помощи буссоли. Используется при геодезических работах, строительстве, проведении топографической съемки и т.п.

Различают два вида теодолитов: оптические и электронные. Более современные электронные модели способны с высокой точностью определить углы, высоту строения, разбить прямоугольник или проверить разбивку осей здания. Теодолит прост в управлении, имеет небольшой вес и доступную цену. В этой статье мы расскажем, как работать с теодолитом для получения максимально точного результата.

Устройство теодолита

Основные элементы из которых состоит теодолит:

  • Лимбы с градусными и минутными делениями (горизонтальный и вертикальный).
  • Алидада – подвижная часть теодолита, к которой крепится система отсчитывания по лимбу и визирному устройству.
  • Зрительная труба (визирное устройство) с закрепительным и наводящим винтами.
  • Отвес для центрирования над точкой. Может быть, как оптическим, так и лазерным.
  • Трегер (подставка) с подъемными винтами и круглым уровнем для горизонтирования теодолита.
  • Микроскоп для снятия отсчетов.

Комплектация теодолита зависит от области, в которой он будет применяться. Он может быть дополнен ориентиром-буссолем, дальномерными насадками, визирными маркерами и пр. В некоторых работах используются узкоспециализированные теодолиты: маркшейдерские, астрономические, гироскопические.

Пошаговая инструкция как пользоваться теодолитом

  • 1 шаг. При работе с геодезическим оборудованием, стоит учитывать, что для получений точных результатов измерений необходимо проводить регулярные поверки и юстировки теодолита. Кроме этого требуется делать периодический контроль геометрических параметров, так как результаты работы геодезиста или строителя, порой, не терпят ошибок даже в несколько угловых секунд.
  • 2 шаг. Когда оборудование проверено можно приступать к работе с теодолитом. Для начала необходимо закрепить прибор над точкой с известными координатами, используя штатив-треногу и центрир или нитяной отвес. Приняв ее за точку отсчета, с помощью уровней и наводящих винтов отцентрировать прибор. Итогом должно стать абсолютно горизонтальное положение прибора, а также расположение теодолита строго над точкой.
  • 3 шаг. С помощью визира необходимо предварительно навестись на цель, а винтами навест сетку нитей на цель наиболее точно. Таким образом определяется центр измеряемого объекта. Данные действия производятся с помощью зрительной трубы, но при недостаточности света можно использовать дополнительно специальное зеркало с подсветкой. После выполнения этой процедуры производится снятие отсчетов вертикального и горизонтального углов с помощью микроскопа теодолита.
  • 4 шаг. Для получения высокой достоверности результатов измерений проведение измерений теодолитом рекомендуется повторить несколько раз (приемов). По результатам многократных измерений определяются средние значения вертикальных и горизонтальных углов.

Обучение работе с теодолитом

С проведением измерений теодолитом может справиться как опытный геодезист, так и начинающий специалист. Это удобное и доступное устройство находит широкое применение в строительстве и геодезии. Вы можете купить теодолит по низкой цене в нашем интернет магазине. А при необходимости наши специалисты могут провести демонстрацию и обучение по работе на приобретенном оборудовании.

геодезия для непрофессионала

ВВЕДЕНИЕ
Что такое геодезия? Кому и зачем это нужно? Это некоторые из вопросов, которые задают многие люди. На самом деле, в геодезии нет ничего нового, она существует уже много столетий. Вебстер определяет геодезию как «ту отрасль прикладной математики, которая определяет путем наблюдений и измерений точное положение точек, фигур и площадей больших частей земной поверхности, форму и размер Земли, а также вариации земной гравитации."Это специализированное приложение нескольких знакомых аспектов основных математических и физических понятий. На практике геодезия использует принципы математики, астрономии и физики и применяет их в рамках возможностей современной техники и технологий. Тщательное изучение наука о геодезии - непростое занятие. Однако можно получить представление об историческом развитии, общие знания о методах и методах науки, а также о том, как геодезия используется для решения некоторых проблем Министерства обороны США. DoD) проблемы.
В прошлом военная геодезия была в основном связана с практическим аспектом определения точного положения точек на поверхности земли для картографирования или целей управления артиллерией, в то время как определение точных размеров и формы Земли было чисто научной задачей. . Однако современные требования к расстоянию и направлению требуют как практического, так и научного применения науки, чтобы дать ответы на проблемы в таких областях, как слежение за спутниками, глобальная навигация и оборонительные ракетные операции.
Глава I ИСТОРИЯ ГЕОДЕЗИИ
На протяжении многих веков человека заботила земля, на которой он живет. В очень ранние времена это беспокойство, естественно, ограничивалось непосредственной близостью его дома; позже он расширился до рынков или обменных пунктов; наконец, с развитием средств передвижения человек заинтересовался всем своим миром. Большая часть этого раннего «мирового интереса» была подтверждена предположениями относительно размера, формы и состава Земли.
Ранние греки в своих рассуждениях и теоретических рассуждениях варьировались от плоского диска, пропагандируемого Гомером, до сферической фигуры Пифагора - идея, поддержанная сто лет спустя Аристотелем. Пифагор был математиком, и для него самой совершенной фигурой была сфера. Он рассуждал, что боги создадут идеальную фигуру, и поэтому Земля была создана сферической формы. Анаксимен, ранний греческий ученый, твердо верил, что Земля имеет прямоугольную форму.
Поскольку сферическая форма была наиболее популярной в греческую эпоху, последовали попытки определить ее размер. Платон определил окружность Земли в 40 000 миль, а Архимед - в 30 000 миль. Число Платона было предположением, а Архимеда - более консервативным приближением. Тем временем в Египте греческий ученый и философ Эратосфен предпринял более точные измерения.
Он заметил, что в день летнего солнцестояния полуденное солнце освещало дно колодца в городе Сиене (Асуан). Рис. 1. В то же время он заметил, что солнце не находилось прямо над головой в Александрии; вместо этого он отбрасывает тень с вертикалью, равной 1/50 круга (7 ° 12 '). К этим наблюдениям Эратосфен применил некоторые «известные» факты (1), что в день летнего солнцестояния полуденное солнце находилось прямо над линией летней Тропической зоны (Тропика Рака) - поэтому был сделан вывод, что Сиена находится на эта строка;
(2) линейное расстояние между Александрией и Сиеной составляло 500 миль; (3) Александрия и Сиена лежали на прямой линии север-юг.
РИСУНОК 1 МЕТОД ЭРАТОСТЕНА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРА ЗЕМЛИ
Исходя из этих наблюдений и «известных» фактов, Эратосфен пришел к выводу, что, поскольку угловое отклонение Солнца от вертикали в Александрии было также углом вытянутой дуги, линейное расстояние между Александрией и Сиеной составляло 1/50 окружности Земли или 50 x 500 = 25 000 миль.


Что такое геодезия

Геодезия - это наука о точном измерении размера, формы, ориентации, распределения массы Земли и того, как они меняются со временем.

Гравитация определяется массой. Масса Земли распределяется неравномерно и также меняется со временем. Эта визуализация гравитационной модели (геоида) была создана с использованием данных NASA Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) и показывает вариации гравитационного поля Земли. Красным показаны области с относительно сильной гравитацией, а синим - области, где гравитация слабее.

Происхождение: Создано: НАСА / Лаборатория реактивного движения / Центр космических исследований Техасского университета в Остине. Загружено с: https: // eos.org / features / einstein-say-its-309-7-meter-oclock? utm_source = eos & utm_medium = email & utm_campaign = EosBuzz102519
Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может использоваться повторно без ограничений.

Пример раннего геодезического метода - немецкие геодезисты времен Первой мировой войны.

Происхождение: Это изображение было предоставлено Wikimedia Commons Федеральным архивом Германии (Deutsches Bundesarchiv) в рамках проекта сотрудничества. Федеральный архив Германии гарантирует подлинное представление только с использованием оригиналов (негативных и / или позитивных), соответственно.оцифровку оригиналов, как это предусмотрено Архивом цифровых изображений. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bundesarchiv_Bild_183-S12054,_Vermessungstruppe_bei_Fernaufnahmen.jpg
Повторное использование: Этот элемент предлагается под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike.org/creativecommons by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии, что вы укажете авторство и предложите любые производные работы по аналогичной лицензии.

За последнее столетие геодезия превратилась из довольно простых геодезических технологий, которые помогали точно определять положение на Земле, до сложного набора методов, доступных теперь научным исследователям и студентам.В последние десятилетия геодезические приложения быстро расширились: от измерения движений плит и мониторинга опасностей землетрясений до исследований вулканических, оползневых и погодных опасностей; изменение климата; и водные ресурсы. Узнайте больше из этого видео о 9 воздействиях геодезии.

Геодезические методы

GPS / GNSS (Глобальная система позиционирования / Глобальная навигационная спутниковая система) Высокоточная GPS-станция в районе Сьерра-Невада в обсерватории границы плиты (станция P149)

Происхождение: UNAVCO - http: // www.unavco.org/instrumentation/networks/status/pbo/photos/P149
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/ 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Три спутника GPS используются для определения местоположения, а четвертый обеспечивает временную коррекцию. Вместе они позволяют рассчитывать точные позиции.

Происхождение: NOAA - http://oceanservice.noaa.gov/education/kits/geodesy/media/supp_geo09b3.html
Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может использоваться повторно без ограничений.

GPS - это базирующийся в США флот, состоящий из более чем 30 спутников, которые вращаются вокруг нашей планеты на высоте примерно 11 000 миль над поверхностью Земли. GNSS включает в себя GPS США и аналогичные спутники из других стран. Положение может быть вычислено с использованием трех спутников плюс четвертый для корректировки неточности часов.Возможно, вы уже знакомы с портативными устройствами GPS, которые есть в телефонах, планшетах, камерах, автомобилях и т. Д. В то время как портативный GPS может иметь точность до нескольких метров или десятков метров, высокоточные «дифференциальные» устройства GPS, которые используют ученые Земли в своих исследованиях, могут измерять движения со скоростью до одного миллиметра в год. Первыми основными приложениями высокоточного GPS были мониторинг тектонических движений плит и оценка землетрясений и вулканических опасностей. Совсем недавно ученые смогли применить этот метод к опасным оползням, мониторингу грунтовых вод, измерениям приливов и отливов, мониторингу льда / снега, влажности почвы и атмосферы.Узнайте больше о GPS из образовательных ресурсов UNAVCO или из Википедии. Некоторые полезные ресурсы по продуктам для водного цикла GPS и «GPS с отражением» можно найти на сайте GPS Spotlight.

модулей GETSI с данными GPS:

Лидар (обнаружение света и дальность)

С бортовым LiDAR сканер устанавливается на самолете и комбинируется с данными GPS и IMU (инерциальный измерительный блок) для получения топографических данных с высоким разрешением.

Происхождение: Эд Ниссен (Горная школа Колорадо)
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Лидар - это технология дистанционного зондирования, которая измеряет расстояние, посылая лазерные импульсы и вычисляя время возврата отражения. Лидарные сканеры могут быть установлены на самолетах, наземных треногах или мобильных устройствах (бортовой лидар, наземное лазерное сканирование [TLS] и мобильный лидар соответственно). В зависимости от способа настройки съемки полученная топографическая модель может иметь разрешение от метров до сантиметров.Лазерные лучи также обладают способностью проникать и возвращаться через отверстия в растительном покрове, таким образом создавая топографию «голой земли» по последним возвращаемым сигналам, что невозможно при использовании других методов. Разница между первым и последним возвращением на участках с растительностью может дать объем и плотность растительного покрова. Повторное сканирование одной и той же области позволяет детально измерить топографические изменения. Лидар может использоваться для широкого спектра приложений оценки опасностей, стратиграфического анализа, понимания геоморфических и тектонических процессов и исследования растительности.Узнайте больше о лидаре из OpenTopography, Wikipedia, Департамента природных ресурсов Вашингтона или Национальной сети экологических обсерваторий.

модулей GETSI с данными лидара:

InSAR (Интерферометрический радар с синтезированной апертурой) InSAR использует изменение фазы между последовательными изображениями для измерения изменений уровня земли. В этом примере показан метод, применяемый для измерения изменений, вызванных землетрясением.

Происхождение: Гарет Фаннинг (Калифорнийский университет в Риверсайде)
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Интерферограмма, показывающая вулканическое поднятие примерно в 3 милях к западу от Саут-Систер, штат Орегон. Геологическая служба США (К. Уикс).

Provenance: Интерферограмма, подготовленная C. Wicks из USGS - http://volcanoes.usgs.gov/activity/methods/insar/
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

InSAR измеряет деформацию земли с помощью двух или более изображений радара с синтезированной апертурой (SAR). Чаще всего изображения поступают с радарных спутников, находящихся на околоземной орбите, но этот метод также можно использовать с самолетов или наземных датчиков. Изменения фазы радиолокационного сигнала между повторяющимися изображениями позволяют измерять деформацию в сантиметровом масштабе на промежутках от дней до лет и на больших территориях.Хотя осложнения могут возникать из-за влажности поверхности земли и изменения атмосферных условий, радар способен проникать в облака и предоставлять данные на больших площадях, что делает его хорошим дополнением к другим методам, таким как GPS, лидар и SfM, которые имеют более ограниченную пространственную протяженность. InSAR имеет приложения для мониторинга стихийных бедствий (например, землетрясений, вулканов и оползней), измерения оседания земли и даже оценки уровня поверхностных вод и скорости ледникового льда. Узнайте больше об InSAR из статьи Physics Today М.Притчард, инфографика и плакат UNAVCO InSAR, информационный бюллетень USGS InSAR или Википедия.

модулей GETSI с данными InSAR:

GRACE (Эксперимент по восстановлению гравитации и климату) и дополнительная миссия Художественное исполнение спутников GRACE-FO. Подобно оригинальной GRACE, спутники-близнецы GRACE-FO следуют друг за другом на орбите вокруг Земли на расстоянии около 137 миль (220 км). На точное расстояние влияет изменяющееся гравитационное поле внизу, и оно постоянно измеряется лазером между спутниками.

Происхождение: НАСА https://gracefo.jpl.nasa.gov/mission/overview/
Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может использоваться повторно без ограничений.

Одна из первых гравитационных карт Земли, созданных GRACE, на основе данных за 111 дней в 2003 году. GRACE.

Происхождение: Кейт Шервейс, Государственный университет Колорадо
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Измерение гравитационного поля Земли также является элементом геодезии. Появление спутниковых измерений силы тяжести сильно повлияло на нашу способность определять изменение распределения массы на Земле. GRACE (Эксперимент по восстановлению гравитации и климату) привел к беспрецедентным наблюдениям. Гравитационное поле Земли неравномерно, что отражает распределение массы на нашей планете.Орбита спутников-близнецов GRACE нарушена из-за неравномерного гравитационного поля, меняющего расстояние между спутниками. Это изменение расстояния измеряется с помощью системы микроволнового измерения дальности. Этот метод используется в тандеме с GPS, так как каждый из спутников оснащен высокоточным приемником GPS. Эта мера силы тяжести Земли может использоваться для многих приложений, но изменения в грунтовых водах и массе льда были двумя из самых значительных. Они помогли исследователям понять последствия изменения климата и изменения грунтовых вод с течением времени.Данные GRACE можно использовать для отслеживания распределения воды по поверхности Земли на континентах, объема ледяного покрова, изменения уровня моря, океанских течений и динамики внутренней структуры Земли. Узнайте больше о GRACE на официальном веб-сайте GRACE, на веб-сайте GRACE Follow-on, в брошюре о GRACE для непрофессионала или на страницах миссий НАСА.

модулей GETSI с данными GRACE:

Высотомер: лед и уровень моря

Спутниковая альтиметрия измеряет расстояние между спутником и целью на Земле.Обычно это делается с помощью радиолокационной системы измерения высоты, которая посылает радиолокационный импульс к поверхности Земли, а затем измеряет время, которое требуется импульсу, чтобы достичь поверхности и вернуться, чтобы оценить расстояние. Конкретные характеристики сигнала, такие как величина и форма сигнала, дают информацию о типе исследуемой поверхности. Существуют и другие системы альтиметрии, такие как ATLAS (Advanced Topographic Laser Altimeter System), лазерная система альтиметрии на ICESat-2 (запланирована на весну 2017 года).

Эти методы используются для измерения как уровня моря, так и высоты льда.Эти спутниковые миссии длятся годами, поэтому сбор данных идеально подходит для изучения изменения климата, поскольку лед и уровень моря можно измерить с течением времени. Эти данные можно сравнить с данными, полученными от GRACE, чтобы получить полную картину изменения объема льда и уровня моря. Для получения дополнительной информации см. Страницу Aviso + по основам альтиметрии и страницу ICESat-2 для получения информации о спутниковой альтиметрии со льдом. Некоторые примеры результатов спутниковой альтиметрии есть в JPL, NOAA и CU Sea Level Research Group.

модулей GETSI с данными альтиметрии:

Фотограмметрия структуры из движения (SfM) Карикатура на технику SfM, основанная на съемке с самых разных ориентаций и расстояний. Местоположение камеры для каждой фотографии рассчитывается с использованием функций, распознаваемых на нескольких фотографиях.

Происхождение: Кейт Шервейс, Государственный университет Колорадо
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Пример модели SfM из зоны сдвига Pofadder. Синие прямоугольники указывают рассчитанные местоположения камеры; модель представляет собой трехмерное облако точек с наложенной фотографией. Джейми Киркпатрик.

Происхождение: Кейт Шервейс, Государственный университет Колорадо
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Структура из движения или SfM - это фотограмметрический метод создания трехмерных моделей объекта или топографии на основе перекрывающихся двухмерных фотографий, сделанных из разных мест и ориентаций, для восстановления сфотографированной сцены. Области применения SfM очень разнообразны: от многих под-областей наук о Земле (геоморфология, тектоника, структурная геология, геодезия, горное дело) до археологии, архитектуры и сельского хозяйства.В дополнение к орто-ректифицированным изображениям, SfM создает набор данных плотного облака точек, который во многом похож на тот, который создается с помощью бортового или наземного лидара. Преимуществами SfM являются его относительная стоимость по сравнению с лидаром, а также простота использования. Единственное необходимое оборудование - это камера. Для обработки данных необходимы компьютер и программное обеспечение. Кроме того, воздушная платформа, такая как воздушный шар или дрон, также может быть полезна для приложений топографической картографии. Поскольку SfM полагается на оптические изображения, он не может генерировать топографические продукты «голой земли», которые являются типичными производными технологий на основе лидаров - таким образом, SfM обычно лучше всего подходит для участков с ограниченной растительностью.Узнайте больше о структуре из движения из GETSI Introduction to SfM.

модулей GETSI с данными SfM:

метров: скважина, наклон, ползучесть Карта сети скважинных тензометров Plate Boundary Observatory на западе США. Эта сеть используется для изучения трехмерного поля деформации в результате активной деформации Тихоокеанской и Североамериканской плит.

Происхождение: UNAVCO https://www.unavco.org/instrumentation/geophysical/borehole/bsm/bsm.html
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях, пока поскольку вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы по аналогичной лицензии.

Инженеры Гавайской вулканической обсерватории USGS опускают наклономер в глубокую скважину на западном фланге Мауна-Лоа, которая поможет отслеживать вулканическую активность.

Происхождение: USGS https://www.usgs.gov/media/images/creative-engineering-helps-hvo-monitor-mauna-loa-volcano
Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может использоваться повторно. без ограничений.

Три типа измерителей могут дополнять данные, собранные с помощью геодезических методов, описанных выше: скважинные деформографы, наклономеры и измерители крипа.

Скважинные деформографы устанавливаются в скважинах и измеряют очень небольшие изменения размеров скважины на глубине, отражая постоянную деформацию земной коры.Это достигается путем измерения изменения диаметра или объема тензометра, установленного в стволе скважины. Обычно тензометрические датчики устанавливаются на глубине 200 м в скважине диаметром 15 см. Над деформографом установлен сейсмометр. В скважине также может быть установлен наклономер. Для получения дополнительной информации см. Страницу тензометра UNAVCO или страницу инструментов USGS.

Наклономеры - очень чувствительные инклинометры, которые измеряют отклонение от горизонтали. Их можно устанавливать в скважинах с помощью скважинных тензометров.Наклономер также может быть установлен на поверхности земли. Наклономеры обычно используются для мониторинга разломов, мониторинга вулканов, мониторинга плотин, оценки потенциальных оползней, а также ориентации и объема трещин гидроразрыва. Для получения дополнительной информации см. Страницу Tiltmeter UNAVCO или страницу инструментов USGS.

Измерители ползучести

используются исключительно для количественного определения скольжения при повреждении. Два памятника установлены по обе стороны разлома на расстоянии 30 метров друг от друга. Проволока соединяет два памятника, и смещение провода представляет собой перемещение по разлому.Для получения дополнительной информации см. Страницу USGS.

модулей GETSI с данными наклона:

Другие ресурсы

3 Требования к геодезии для наук о Земле | Точная геодезическая инфраструктура: национальные требования к общему ресурсу

Эпоха

в гидрологии суши, открывающая важные новые перспективы для исследований земного водного цикла, прогнозирования наводнений и водных ресурсов.

ПОГОДА

Спутниковые изображения, показываемые по телевидению, могут создать впечатление, что прогнозы погоды основаны на этих изображениях, но на самом деле прогнозы основаны на физических моделях тропосферы , самых нижних 14 километров атмосферы.Эти модели должны постоянно получать измерения состояния атмосферы (давления, температуры, влажности и ветра) на разных высотах вокруг планеты, чтобы соответствовать реальным атмосферным условиям. Способность прогнозировать как серьезность, так и временную и пространственную протяженность погодных изменений, особенно осадков, имеет решающее значение для общественной безопасности и сельского хозяйства, и правительства всего мира сотрудничают для сбора данных, используемых в прогнозах. На протяжении десятилетий исходные данные для этих моделей предоставлялись радиозондами, более известными как метеозонды.К сожалению, пространственное распределение пунктов радиозондов ограничено как из-за недостаточного покрытия океанов, так и из-за значительного сокращения числа пунктов в южном полушарии. Увеличение количества запусков радиозондов в день сдерживается стоимостью оборудования, которое нельзя использовать повторно. Геодезисты, сосредоточенные на точном позиционировании, используют поправки для устранения атмосферных эффектов, которые считаются источником шума в их измерениях. И наоборот, эти же поправки могут быть использованы метеорологами для лучшего понимания атмосферы.Таким образом, улучшение геодезической инфраструктуры приносит пользу обеим областям науки.

Наземные измерения

Эффекты атмосферной рефракции уже давно признаны важным источником ошибок в геодезии. Вместо того, чтобы полагаться на неопределенные модели, методы космической геодезии, такие как GNSS / GPS, оценивают тропосферные вариации вместе с интересующими параметрами позиционирования. В конце концов, проблему удалось обратить вспять; предполагая, что положение станции точно определено, ученые могли бы использовать «мешающий» сигнал в оценках GNSS / GPS, чтобы восстановить изменяющееся во времени поведение атмосферы (Ware et al., 2000). В отличие от радиозондов, которые измеряют атмосферные условия на нескольких высотах, наземные GNSS / GPS измеряют только «интегрированное» влияние атмосферы, то есть насколько атмосфера задерживает измерение в целом. Около 80 процентов задержки (известной как «сухая тропосфера») можно предсказать, если измерить приземное давление. После устранения задержки в сухой тропосфере можно восстановить задержку из-за водяного пара, которая может быть масштабирована до так называемого осажденного водяного пара (PWV).Измерения PWV позволяют оценить модели переноса влаги и скрытого тепла, которые имеют решающее значение для прогнозов погоды. Однако, чтобы быть полезными для прогнозирования погоды, данные должны быть доступны практически в реальном времени.

Поскольку PWV варьируется как в пространстве, так и во времени, необходимы глобально распределенные и часто собираемые данные. Для текущего созвездия примерно из 30 спутников один приемник GNSS / GPS обычно принимает сигналы от 6 до 12 спутников. Эти данные в основном используются для оценки PWV в воздушном столбе над приемником GNSS / GPS.Но, в принципе, наличие измерений с более чем одного направления означает, что GNSS / GPS имеет азимутальную, а также вертикальную чувствительность. Чем больше спутников передают сигналы с заданного направления, тем выше будет чувствительность. Это также означает, что комбинация сигналов от нескольких систем, таких как Galileo, ГЛОНАСС и КОМПАС, даст даже более чувствительные возможности атмосферного мониторинга, чем те, которые доступны только с помощью GPS США. Кроме того, поскольку приемники GNSS / GPS работают непрерывно, зондирование атмосферы GNSS / GPS имеет исключительную временную чувствительность, что особенно важно для мониторинга и прогнозирования поведения сильных погодных явлений.

Поскольку атмосферная задержка неразрывно связана с тем, насколько хорошо может быть определено положение, для исследований тропосферы GNSS / GPS требуется такая же инфраструктура: точное определение орбиты вдоль

VLBI Геодезия: наблюдения, анализ и результаты

1. Введение

Помимо глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS), спутникового и лунного лазерного определения дальности (SLR, LLR) и метода измерения доплеровского расстояния DORIS (доплеровская орбитография и радиопозиционирование, интегрированная с помощью Спутник), интерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ) - один из методов космической геодезии.В дополнение к вышеупомянутому, спутниковые миссии, такие как радар и лазерная альтиметрия, и геодезически используемые компоненты спутников гравитационного поля, в частности CHAMP (CHAllenging Mini Satellite Payload), GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) и GOCE (Gravity field and static Ocean Circulation Explorer) можно отнести к космической геодезии. В радиоастрономии РСДБ - это метод астрофизики и астрометрии. Последняя имеет много общего с геодезической РСДБ; только расписание различается между сеансами наземных и небесных мотивированных наблюдений с точки зрения количества наблюдаемых радиоисточников, а также количества и последовательности наблюдений за радиоисточниками.Вместе с геодинамикой, океанографией, гляциологией, метеорологией и климатологией геодезия обеспечивает метрическую основу для междисциплинарных исследований в рамках наук о Земле.

В этой главе вводится геодезический РСДБ. Раздел 2 описывает основы техники VLBI вплоть до предоставления наблюдаемых. Затем в разделах 3 и 4 дается введение в анализ различных наблюдаемых и производных операционных и научных результатов. Глава заканчивается замечаниями и выводами о текущей и будущей роли геодезических РСДБ.

2. Метод РСДБ

Систему РСДБ можно описать следующими компонентами:

  1. астрономический объект, радиоисточник,

  2. распространение радиоволн, среда распространения электромагнитной волны, в частности, атмосфера Земли,

  3. антенно-приемная система, механические и электронные приборы,

  4. Земля как носитель базовых линий интерферометра, образованных парами антенн,

  5. коррелятор, и

  6. анализ РСДБ наблюдений, т.е.е. применение физически мотивированных математических моделей через программное обеспечение на основе объективных и субъективных решений оператора (ов).

Несмотря на большое количество общих для анализа частей, научные цели астрометрических и геодезических и астрофизических РСДБ существенно различаются. В то время как радиоастрономия направлена ​​на исследование большого разнообразия астрономических объектов и их астрофизических характеристик, геодезические и астрометрические РСДБ фокусируются на точном позиционировании и производных точках, таких как точное определение очень больших расстояний на Земле, движения плит или ориентации Земли.В следующих разделах я опишу различные компоненты системы более подробно, что необходимо для понимания научных результатов, полученных с помощью геодезических и астрометрических РСДБ.

2.1. Космический сегмент: радиоисточники

В то время как астрономический РСДБ имеет дело с большим разнообразием объектов, таких как сверхновые, пульсары, блазары, вспышки, области звездообразования, такие как глобулы, OH- и H 2 O-мазерные источники, близко и далекие галактики, гравитационные линзы, галактики со вспышками звездообразования и активные галактические ядра (AGN), геодезические и астрометрические РСДБ предпочитают внегалактические, радиогромкие и компактные объекты, такие как квазары (квазизвездный радиоисточник), радиогалактики (см. рисунок 1 .), а также предметы типа BL Lac (ertae). Радиоизлучение квазаров вызывается аккрецией вещества в черную дыру в центре так называемой родительской галактики, где в спектре обычно преобладает оптическое, ультрафиолетовое или рентгеновское излучение. При их падении в черную дыру вещество и электроны релятивистски ускоряются. Таким образом, помимо меньшего количества теплового излучения естественное излучение радиоисточников обусловлено синхротронным эффектом. Это излучение имеет ряд полезных характеристик, таких как высокая интенсивность и непрерывность, т.е.е. излучаются не отдельные отдельные спектральные линии, а шум в широкой полосе частот. Квазары содержат чрезвычайно громкие АЯГ, доминирующие в излучении родительских галактик. Радиогалактики содержат или, по крайней мере, также содержат AGN, поскольку без существования такого центра невозможно объяснить образование наблюдаемого истечения материи (джетов) и радиопузырьков (лепестков). Вокруг гравитирующего центра этих объектов обычно находится пылевой тор. Различие между квазаром и радиогалактикой связано с геометрией наблюдения.Квазары - это радиогалактики, у которых край пылевого тора закрывает AGN на луче зрения наблюдателя (Haas & Meisenheimer, 2003). Объекты типа BL Lac также относятся к радиогалактикам (Tateyama et al., 1998). Для этого типа объектов угол между линией взгляда и направлением струи очень мал, то есть человек смотрит в струю. Хотя физические характеристики астрономических объектов все еще являются предметом научных дискуссий, их сильное шумовое излучение в широком радиодиапазоне - факт.Для геодезии радиоисточник должен соответствовать ряду критериев, чтобы быть полезным в качестве небесной точки отсчета.

Рис. 1.

Негативное черно-белое изображение радиогалактики 3C219 (0917 + 458) из суперпозиции радио и оптических изображений (NRAO / AUI / NSF). Черная точка в середине показывает AGN.

Яркость, то есть интенсивность излучения должна быть достаточно сильной в наблюдаемых диапазонах частот. В зависимости от характеристик антенны минимум находится в районе 0.01 Ян (Янский; 1 Ян = 10 -26 Дж м -2 ). Это условие должно быть выполнено для достижения соответствующего отношения сигнал / шум (SNR). Средняя интенсивность составляет 0,38 Ян в X-диапазоне и 0,47 Ян в S-диапазоне, двух так называемых частотах геодезических РСДБ НАСА (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, США). Максимальная интенсивность радиоисточника может достигать 20 Ян в обоих диапазонах. К настоящему времени с помощью геодезических РСДБ было обнаружено около 4500 источников. Количество компактных ярких (интенсивность> 0.06 Янв) ожидается около 25 000 радиоисточников (Прейс, 1982), и, таким образом, количество наблюдаемых астрометрических радиоисточников пока не используется. Кроме того, интенсивность радиопотока не должна сильно меняться во времени, чтобы можно было вести непрерывное наблюдение.

Компактность, то есть пространственное распространение максимума интенсивности, определяемое через угловой диаметр ядра радиоисточника, должна быть меньше предполагаемой точности координаты, склонения и прямого восхождения.Поскольку только очень небольшое количество радиоисточников идеально компактно в X- и, в частности, в S-диапазонах, источники демонстрируют внутреннюю структуру в пределах углового диаметра, и, следовательно, необходимо учитывать структурные поправки наблюдений (Charlot, 1990). ). Пренебрежение структурой приведет к средней ошибке около 8 пс (2,4 мм) при наблюдении групповой задержки (Sovers et al., 2002).

В идеале максимум интенсивности внутри радиоисточника не должен сдвигаться между наблюдаемыми частотами.Однако этот эффект, как правило, не выполняется, и наблюдаемое положение колеблется в пределах до 700 мкАс в зависимости от частоты. Для геодезии / астрометрии не имеет значения, вызван ли сдвиг основной частоты фактически разными местоположениями излучения или самопоглощением объекта. Коррекция структуры должна быть оценена в зависимости от наблюдаемых частот; в нашем случае - двухчастотная структурная коррекция (Charlot, 2002). Для сравнения и ссылки на каталоги в других странах, например.грамм. оптических частот, включение радиооптических аналогов - еще один критерий выбора опорных источников. Таким образом, некоторые источники радио наблюдаются для этой цели, когда положение оптического аналога, как известно, даже если другие характеристики референтной точки не являются оптимальными.

Стабильность, т. Е. Временная неизменность положения максимума интенсивности, должна быть определена до определенного значения, и радиоисточник не должен проявлять значительных собственных движений или параллаксов.Принимая во внимание очень большие расстояния от привязанных к Земле или околоземных базовых линий до внегалактических объектов, очевидно, что два более поздних условия выполняются в достаточной степени. Тем не менее, некоторые радиоисточники демонстрируют существенные вариации топологии максимума их интенсивности. Области излучения большинства радиоисточников не идеально симметричны и центрированы в ядре, а вытянуты с яркой составляющей в начале диффузного хвоста: структура ядра-джета. К счастью, лишь некоторые радиоисточники демонстрируют значительные деформации своей топологии до 300 мкс.Помимо радиоизображений, которые позволяют астрофизическое моделирование изменений структуры, математическое моделирование временных рядов координат источника достигается с помощью статистических методов, таких как дисперсия Аллана или проверка гипотез. В то время как утверждения о конкретной структуре зависят от количества и качества радиоизображений и астрофизических предположений, статистические методы полагаются на количество и качество наблюдений за задержкой и декорреляцию источника и других параметров.Было обнаружено, что в некоторых случаях два критерия стабильности противоречат друг другу (Moor et al., 2011).

Для реализации радиокаталогов необходимы повторные наблюдения радиоисточников и, следовательно, соответствующая видимость с привязанных к Земле базовых линий. Этот критерий конкурирует с желаемым геометрическим распределением радиоисточников, которое в идеале нацелено на равномерное и постоянное покрытие неба.

2.2. Среда распространения: пространство-время, частицы и электроны

На своем пути в пространстве-времени радиоволна может подвергаться воздействию не только кривизны пространства, но также заряженных и нейтральных частиц.В зависимости от расстояния от Земли эти эффекты можно разделить на межзвездные эффекты, которые в значительной степени представляют собой ионизирующие эффекты, гравитационные эффекты через тела нашей солнечной системы, а также эффекты ионизации и задержки через атмосферу, ионосферу и нейтросферу Земли.

Мало что известно о межзвездном воздействии на задержки группы РСДБ. Поскольку РСДБ - это интерферометрический метод, все эффекты, которые являются общими для обоих сигналов помех, поглощаются моделью часов и, следовательно, не видны при наблюдении.Предполагается, что большая часть сред межзвездного распространения имеет большую пространственную протяженность с небольшими вариациями в пространственных масштабах базовых линий Земли примерно до 12 000 км. Тем не менее, если наблюдения РСДБ будут ионизированы через межзвездную среду, сравнение ионосферных задержек, полученных из РСДБ, с данными, полученными другими методами космической геодезии, например GNSS подойдет для расследования. В наших сравнениях (Dettmering et al., 2011a) в течение двух недель и еще одного отдельного дня мы не нашли никаких доказательств дополнительной ионизации, кроме той, которая вызывается ионосферой Земли.Конечно, сравнения следует распространить на все доступные данные.

В то время как радиоволны распространяются через нашу Солнечную систему, расстояния до массивных объектов могут стать значительно небольшими, а кривизна пространства может существенно повлиять на два сигнала по-разному. Для истории наблюдений РСДБ и точности в 1 пс текущей теоретической модели групповой задержки РСДБ, называемой консенсусной моделью, влияние Солнца, Земли и в некоторых случаях Юпитера сказалось на результатах.Для Солнца и Земли влияние кривизны пространства на групповые задержки, так называемая задержка Шапиро, следует учитывать не только для конкретной геометрии наблюдения. В случае Земли гравитационная задержка становится теоретически максимальной, если одна антенна ведет наблюдение в зените, а другая - в нулевом градусе места. Из-за самой большой массы в Солнечной системе гравитационная задержка вблизи Солнца должна включать еще один постньютоновский термин. На краю Солнца задержка может достигать 169 нс (при наблюдении с базовой линии 6000 км) и все еще составляет около 17 пс почти в противоположном направлении (175 градусов от луча зрения с базовой линии 6000 км).Член более высокого порядка в окрестностях Солнца составляет около 307 пс на лимбе и 6 пс все еще значимы на расстоянии в один градус от гелиоцентра; но затем он падает значительно быстрее. Для Юпитера и других планет солнечной системы поправки будут необходимы только в том случае, если траектория луча почти в направлении объекта, то есть задевает конечность объекта. Гравитационные задержки различных массивных тел могут быть добавлены суперпозицией и обычно учитываются в теоретической модели задержки.

На сегодняшний день наибольший вклад в наблюдаемую задержку из-за эффектов распространения дает атмосфера Земли. Для электромагнитных волн моделирование эффектов удобно разделить на дисперсионную (частотно-зависимую) и недисперсионную (частотно-независимую) части. Дисперсионные характеристики ионосферы являются основной причиной двухчастотных наблюдений в геодезических РСДБ. Радионаблюдения задерживаются ионосферой на несколько десятков метров, а вклад нейтросферы составляет около 15 метров.Оба в первую очередь зависят от угла места наблюдения, поскольку длина пути через сферическую оболочку приблизительно пропорциональна синусу угла места. Разница между атмосферами заключается в том, что ионосферные эффекты могут быть уменьшены до миллиметровой точности с помощью двухчастотной калибровки, в то время как только гидростатическая часть нейтросферы, около 90% задержки нейтросферы, может быть эффективно уменьшена, если давление приземного воздуха Расположение обсерваторий точно известно.Остающаяся негидростатическая часть требует оценки (Dettmering et al., 2010).

2.3. Наземный сегмент: радиотелескопы и другое оборудование

Для радиотелескопов можно в первую очередь различать антенны с одной тарелкой и антенные решетки с несколькими тарелками или группу, которые расположены в определенной конфигурации, например по прямой, в звездообразовании, Y- или Т-образной форме. В то время как решетки, соединенные с помощью фазостабильных кабелей, обычно используются для реконструкции изображений в астрономических РСДБ, антенны с одной тарелкой широко распространены для геодезических и астрометрических целей.Тем не менее, применение антенных решеток было исследовано также для геодезических целей (Saosao & Morimoto, 1991). Геодезические РСДБ-антенны (см. Рисунок 2) обычно представляют собой полностью управляемые конструкции из стали с бетонным фундаментом, прикрепленным к фиксированной геометрической точке отсчета. В 80-х и 90-х годах прошлого века действовал ряд мобильных РСДБ-станций: американские системы MV1, MV2 и MV3 (Clark et al., 1987), которые эксцентрично устанавливались над одной из примерно 40 платформ (Ma и другие., 1990). Немецкая передвижная интегрированная геодезическая система наблюдений (TIGO, Hase, 1999), которая после фазы тестирования в Веттцелле, Германия, была постоянно установлена ​​в Консепсьоне, Чили, для улучшения наземной сети основных РСДБ-объектов IVS. С появлением ГНСС применение мобильных РСДБ было прекращено, так как оно стало экономически невыгодным.

Большинство отражателей РСДБ антенн относятся к типу Кассегрена. В дополнение к параболическому основному рефлектору антенна Кассегрена имеет вспомогательный рефлектор в фокусе главного рефлектора, который имеет выпуклую гиперболическую форму.Одна из фокусных точек вспомогательного рефлектора находится в середине основного рефлектора. После того, как радиосигнал был сфокусирован в отверстии основного отражателя, закрытом рупором, он не принимается сразу, а подвергается нескольким электронным преобразованиям, так называемому гетеродинному приему. Положение вспомогательного рефлектора может привести к затенению основного рефлектора. Однако вызванная потеря сигнала ничтожно мала (Rogers, 1991). Для получения достаточного отношения сигнал / шум существенную роль играют диаметр и направленность антенны.Дополнительные источники радиошума, такие как атмосферный шум и шум, излучаемый температурой электронных компонентов, должны подавляться. Принимаемый сигнал может быть нарушен переходными сигналами, например от радио- или телевещания, так называемые радиочастотные помехи (RFI), в частности в S-диапазоне, которые в конечном итоге могут привести к полной потере одного или нескольких каналов. О таких случаях все чаще сообщалось в зависимости от окружающей среды, например Авторы Sorgente & Petrov (1999) в Матере, Италия.Чтобы тепловой шум был как можно меньше, детали электроники охлаждаются до нескольких градусов Кельвина, например на радиотелескопе Веттцелль, Германия, с использованием жидкого гелия. Для фокусировки напряжения с малыми потерями поверхность антенны должна быть изготовлена ​​с очень высокой точностью. Требуемая точность - около 0,05 длины волны (Nottarp & Kilger, 1982).

Рис. 2.

RTW (Радиотелескоп Веттцелля), геодезическая РСДБ-антенна диаметром 20 м в Геодезической обсерватории Веттцелль, Германия (BKG / FESG), провела наибольшее количество наблюдений в рамках кампаний IVS

Азимут-угол места, XY, полярные или экваториальные крепления можно найти для геодезических РСДБ-систем.Большинство полярных антенн принадлежали другим программам и раньше использовались для других целей. Антенна сети дальнего космоса в Хартебистуке, Южная Африка, например, была построена НАСА для отслеживания космических кораблей, но позже была оснащена геодезическими приемниками и устройством точного времени и, таким образом, перестроена для геодезических целей. Геодезические графики требуют относительно больших вращений телескопов при переключении между удаленными друг от друга радиоисточниками, покрывающими большие расстояния по азимуту и ​​углу места.Поэтому и для достижения достаточного отношения сигнал / шум, среднего размера, диаметром около 20 м, телескопы оказались оптимальными для геодезических графиков. Посуда с такими размерами, конечно, значительно деформируется в зависимости от тепловых и ветровых условий окружающей среды, а также из-за гравитационного мешкования при различных углах подъема. Изменения геометрии телескопа могут вызвать расфокусировку и, как следствие, потерю сигнала. В частности, большие управляемые телескопы, такие как Effelsberg, Германия, должны перемещать рупор, а вместе с ним и фокальную точку рефлектора в соответствии с углом места наблюдения, чтобы оставаться сфокусированным.С меньшими телескопами деформации могут не привести к полной потере сигнала, но влияние окружающей среды может значительно исказить наблюдаемую РСДБ. Существуют эмпирические модели, материальные константы и данные, зависящие от антенны, доступные для тепловых деформаций (Nothnagel, 2008), так что для большинства геодезических антенн этот эффект можно исправить. Только те антенны, которые закрыты обтекателем, требуют индивидуальной обработки, поскольку внутренняя температура обтекателя обычно недоступна через IVS.Для гравитационной деформации также доступны модели, например опубликовано Sarti et al. (2010), но для согласованного приложения собраны не все соответствующие антенно-зависимые данные. Гравитационные деформации больше для антенн с первичным фокусом, то есть для тех антенн, где приемник относительно вертикальной волны расположен в фокусе основного отражателя, и это, скорее, меньшинство геодезических антенн. Нет доступных моделей деформаций, вызванных ветром. В случае сильного ветра телескоп обычно прекращает наблюдение и перемещается в безопасное положение.

Контрольная точка РСДБ, к которой на самом деле относятся измерения РСДБ, обычно является нематериальной инвариантной точкой, расположенной на пересечении осей телескопа. Поскольку эта точка обычно недоступна напрямую, ее необходимо реализовать эксцентрично, например посредством косвенных измерений с помощью внешних эталонных маркеров (Vittuari et al., 2001; Dawson et al., 2007). Эти эксцентричные опорные маркеры позволяют доступ и обслуживание опорной точки РСДБА для других космических геодезических или инженер съемочных методов.Последние обычно применяются для определения расстояний между опорными точками с помощью различных космических геодезических приемов, называемых локальными связями. Локальные связи после преобразования в декартову геоцентрическую систему космических геодезических методов являются одним из наиболее важных вопросов для реализации многотехнических наземных систем отсчета, таких как текущая традиционная международная наземная система отсчета, ITRF2008 (Altamimi et al. др., 2011). Первичные оси телескопов практически не пересекаются.Размер смещения оси антенны может составлять всего несколько миллиметров или достигать нескольких метров (Nothnagel & Steinforth, 2005). Для его определения, в лучшем случае, доступны измерения точными инженерными изыскательскими методами; в противном случае это должно быть оценено на основе наблюдений РСДБ.

Антенны приводятся в действие и контролируются полевой системой, программным обеспечением на основе LINUX для перемещения радиоантенн (Himwich, 2000), которое позволяет автоматически управлять во время заранее запланированного эксперимента VLBI.Также необходимо учитывать намотку кабеля, поскольку антенна может только ограниченно поворачиваться в одном направлении. Новые подходы к автоматизированному полуавтономному управлению антенной также исследуются (Neidhardt et al., 2011).

С помощью вышеупомянутых антенн в принципе можно принимать частоты от 0,4 до 22 ГГц. Для геодезических и астрометрических РСДБ стало принято применение так называемых частот НАСА около 8,4 ГГц (X-диапазон) и 2,3 ГГц (S-диапазон).При двухчастотном приеме каналы от нескольких до нескольких сотен МГц вокруг средних частот пропускаются полосовой фильтрацией от континуального шума радиоисточника, а затем обрабатываются индивидуально. Входящий радиосигнал, так называемая принимаемая частота, сначала поляризуется, а затем усиливается. После этого он преобразуется с понижением частоты до промежуточной частоты около 300 МГц на переднем конце антенны (Whitney et al., 1976). Чтобы сохранить небольшую скорость передачи данных, обрабатывается не вся полоса пропускания, а несколько каналов в несколько МГц.Позднее отдельные каналы синтезируются для получения большей эффективной полосы пропускания, применяя синтез полосы пропускания (Rogers, 1970; Hinteregger et al., 1972). По коаксиальному кабелю сигнал передается в близлежащее здание управления, так называемый задний конец, где выполняются дальнейшие этапы обработки данных, пока сигнал не будет окончательно записан. После преобразования в частоту основной полосы сигнал проходит через форматтер, на который накладываются временные метки гетеродина. Затем этот видеосигнал дискретизируется и квантуется, так что цифровое значение представлено буквой e.грамм. 1-битная выборка. Также возможно оцифровывать сигнал с более высоким назначением битов. До РСДБ системы Mark III полученные цифровые сигналы записывались на магнитные ленты. После этого, используя Mark IV или более новые VLBI-системы, данные сохраняются на жестких дисках. Требования к скорости записи данных были и остаются очень сложными.

Носители данных, магнитные ленты или жесткие диски, затем отправляются в центральный процессор, так называемый коррелятор, для дальнейшей обработки и определения наблюдаемых.Все еще находится в стадии разработки шаг от носителей информации к e-VLBI, то есть VLBI в реальном времени с передачей данных по широкополосным кабелям (Whitney & Ruszczyk, 2006), например через Интернет. К сожалению, этот метод обмена данными должен конкурировать с коммерческими пользователями и поэтому может стать очень дорогим. Кроме того, многие РСДБ-антенны были намеренно построены в довольно удаленных местах, поэтому кабели, в частности, на последних нескольких километрах, часто недоступны, и их придется прокладывать только для этой цели.Вот почему e-VLBI был успешно протестирован, но часто не применяется для рутинных экспериментов IVS VLBI на всех участвующих сайтах.

Для измерения эффектов с помощью электронных компонентов и приборов в каждую антенную систему вводится искусственный сигнал, с помощью которого могут быть обнаружены изменения фазы сигнала, так называемая фазовая калибровка. Калибровочный сигнал индуцируется гетеродином на переднем конце в виде равномерно разнесенных импульсов с интервалом 1 мкс. Искусственный сигнал проходит тот же путь сигнала, что и принятый сигнал.Поскольку амплитуда, фаза и частота искусственного сигнала известны, можно восстановить влияние на принятый сигнал. Для обнаружения частотно-зависимых характеристик инструментальных эффектов калибровка фазы выполняется для каждого частотного канала отдельно (Whitney et al., 1976; Corey, 1999). Помимо калибровки фазы, также калибруется задержка в кабеле, то есть задержка сигнала между эпохами, прохождением сигнала через эталонную точку VLBI и эпохой, в которой он фактически записывается.Другой источник ошибки в наблюдаемой РСДБ связан с утечкой поляризации. Утечка поляризации возникает из-за неизбежных недостатков конструкции поляризатора. Он искажает наблюдаемую фазу таким образом, который может зависеть от частоты. До сих пор было показано, что поляризация влияет на геодезические наблюдаемые порядка 1,6 пс для 90% наблюдений, эффект, которым все еще можно пренебречь (Бертарини и др. ., 2011). Тем не менее, для системы наблюдений VLBI2010 поляризация станет проблемой.

2.4. Интерферометр и принцип интерферометрии

Длина волны центральных частот, т. Е. Среднее геометрическое значение нижней и верхней граничных частот, в полосах X и S составляет примерно λ X = 3,6 см и λ S = 13 см. Поскольку ширина полосы частот довольно мала по сравнению с центральными частотами, полосы частот достаточно представлены своими центральными частотами. Если бы наблюдения были ограничены одной антенной, можно было бы достичь углового разрешения около 100 ас (угловых секунд).Соединяя две или более антенн аналогичного типа на базовой линии (рис. 3.), можно синтезировать антенну гораздо большего диаметра. Угловое разрешение на средней базе около 6000 км, например От Вестфорда, США до Веттцелля, Германия, уже достигает 1,2 мсек (миллисекунды дуги) и, таким образом, на несколько порядков выше, чем разрешение, полученное с помощью одной антенны. Однако благодаря такому соединению антенн, называемому интерферометром, передаются не радиоизображения, а диаграммы помех.Помехи возбуждаются, если принятые сигналы удовлетворяют условию когерентности. Временная когерентность одинаково поляризованного излучения, выраженная упрощенно, означает, что фаза временно инвариантна. Помимо временной когерентности, которая зависит от разной длины путей прохождения сигнала, пространственная когерентность также играет важную роль. При соблюдении пространственной когерентности диаметр радиоисточника должен быть довольно маленьким, оптимально точечным. Вариации помех, вызванных пространственным расширением радиоисточника, являются основой для исследований структуры источника в радиоастрономии.Чтобы разделить пространственную и временную когерентность, ширина полосы частот должна быть намного меньше наблюдаемой частоты.

Рис. 3.

Разброс задержки VLBI и основные инструментальные компоненты системы Mark III VLBI взяты из брошюры NASA / GSFC «РСДБ - измерение нашей изменяющейся Земли»

Учитывая зарегистрированные полосы пропускания в несколько сотен МГц по сравнению с наблюдаемыми частотами 2,3 и 8,4 ГГц разделение в принципе возможно. Для РСДБ-наблюдений когерентность должна быть реализована через местные частотные нормали.Синхронизация нормалей может быть приблизительно достигнута посредством передачи времени, например системой GPS. Однако с местными нормалями частоты невозможно поддерживать когерентность в течение всего сеанса наблюдения, но в течение меньших промежутков времени в несколько минут. Этого короткого когерентного промежутка времени обычно достаточно для интегрирования одного наблюдения, называемого сканированием (Thompson et al., 2001). Требования VLBI к стабильности частоты очень высоки, но только в течение этих коротких промежутков времени, примерно до 1000 с (17 минут).Нормали водородных мазеров доказали, что обеспечивают высочайшую стабильность частоты в течение необходимого когерентного временного диапазона, и поэтому их устанавливают в геодезических РСДБ обсерваториях. Неточность из-за синхронизации и дрейфа различных мазеров обычно параметризуется и оценивается вместе с другими астрометрическими, геодезическими и вспомогательными параметрами (см. Раздел 3). Характерной чертой интерферометрического метода является то, что при наблюдении видны только те величины, которые по-разному влияют на мешающие сигналы, т.е.е. интерферометр не зависит от эффектов, общих для обоих сигналов.

2,5. Земля: Носитель баз интерферометра

Условие временной когерентности обычно не выполняется из-за движения Земли во время наблюдения. Геометрия базовой линии и радиоисточника постоянно меняется, например из-за вращения Земли. Поэтому фаза принимаемого сигнала медленно меняется со временем. Как следствие, не постоянная частота интерференции, а медленно изменяющаяся частота интерференционных полос, в основном вызванная дифференциальным эффектом Доплера вращения Земли, наблюдается в течение конечной продолжительности наблюдения.

Радиотелескопы, образующие опорные линии, довольно стабильно прикреплены к нижележащей горной породе с помощью своей опоры, конструкции в основном из стали и бетона. Однако поверхность Земли нестабильна. Напротив, литосфера подвержена множеству деформаций. Некоторые деформации скорее постоянные, вековые или периодические. Другие бывают индивидуальными, эпизодическими и прерывистыми, например во время и после сейсмического события. Иногда требуется существенный ремонт антенны, когда антенна снимается с направляющей.Несмотря на обычно очень тщательно выполняемую процедуру, такой ремонт обычно приводит к смещению реперной точки РСДБ на несколько миллиметров. На некоторых участках наблюдались локальные деформации, например за счет увеличения водозабора или орошения в зависимости от сезона. Вековые вариации, такие как медленная геодинамика литосферы, в частности, недавние движения земной коры, движения плит и послеледниковый отскок, являются предметом моделей движения плит, таких как Фактическая кинематическая модель плит APKIM (Drewes, 2009).Эти вековые дрейфы плит почти точно линейны в масштабе времени в тысячи лет и, как полагают, вызваны непрерывным процессом расширения морского дна (Campbell et al., 1992). Таким образом, модель координат станции текущих наземных систем отсчета содержит, по крайней мере, координаты положения и линейной скорости для каждого участка. Тем не менее, на границах между пластинами, границах пластин могут быть обнаружены значительные аномалии по отношению к линейным скоростям. Снятие напряжений и деформаций на границах плит также является основной причиной землетрясений.Ко- и постсейсмические деформации литосферы можно объяснить только индивидуально в зависимости от механизма землетрясения. Для очень хорошо наблюдаемого землетрясения М7.9 Денали с эпицентром недалеко от Фэрбенкса, Аляска, в ноябре 2002 г. нелинейные движения РСДБ станции в Гилмор-Крик были успешно аппроксимированы комбинированной логарифмически-экспоненциальной моделью. Экспоненциальная деформация сохранялась в течение нескольких лет после косейсмического позиционного скачка (Heinkelmann et al., 2008).

Смещения контрольных точек из-за приливных и нагрузочных деформаций происходят в гораздо более коротких временных масштабах, таких как часы, дни, месяцы или годы.Эта группа эффектов в достаточной степени понятна и описывается геофизическими моделями, что обычно напрямую сокращается из наблюдений, и поэтому никакие вклады не появляются в остаточных временных рядах координат станции. К этой группе относятся следующие деформации:

  1. Приливы на твердой Земле, вызванные, в основном, внешними моментами Луны и Солнца, где деформации связаны с моментами посредством набора констант, зависящих от времени и частоты, называемых Любовью и Числа Шида.

  2. Нагрузочные деформации, которые также включают вторичные воздействия на твердую Землю из-за взаимодействий между сферами земной системы, в основном вызванные океаническими приливами и атмосферным давлением, а также сезонные гидрологические и вызванные снегом деформации нагрузки.

Помимо деформаций твердой Земли и смещения прикрепленных реперных точек, ось вращения Земли перемещается из-за наклона оси вращения относительно оси фигуры.Движение оси может быть выражено относительно поверхности Земли, то есть Международной наземной системы отсчета (ITRS), или относительно квазиинерциального пространства, реализуемого геоцентрической системой отсчета неба (GCRS). Эффекты, выраженные по отношению к поверхности Земли, отделены от эффектов по отношению к небесной системе отсчета в зависимости от частоты. По соглашению все термины, относящиеся к ретроградному суточному диапазону, относятся к GCRS, а другие термины, выходящие за пределы ретроградного суточного диапазона, относятся к ITRS.Наконец, между ITRS и GCRS имеет место суточное вращение Земли. Термины, относящиеся к ITRS, называются полярным движением. Помимо основных периодических сигналов с 430 днями (колебание Чендлера) и годовыми периодами, полярное движение показывает вековые дрейфы, называемые полярным блужданием. Полярное блуждание объясняется большими долгосрочными изменениями массы внутри земной системы. Такое большое изменение массы произошло, например, в результате наступления и последующего таяния ледников во время последнего ледникового периода в конце плейстоцена, когда ледяные щиты толщиной до 3 км покрывали большую часть Скандинавии, Гренландии и Канады.С тех пор, например, Скандинавия поднялась вверх примерно на 300 м, а мировой уровень моря поднялся примерно на 120–130 м. Полярное движение вызывает другую группу смещений опорных точек:

  1. Полюсные приливы, центробежный эффект из-за векового движения среднего полюса оси вращения Земли относительно земной коры и океанические полюса приливов, эффект второго порядка на твердой Земле из-за равновесной реакции океанов на основные периодические сигналы в рамках полярного движения, чандлеровского колебания и годового периода.

РСДБ - необычный метод определения вариаций скорости вращения Земли. Скорость вращения Земли демонстрирует, например, вариации, вызванные приливом, и вековое замедление из-за приливного трения в системе двух тел Земля-Луна. Относительно GCRS меняется и ориентация Земли, что называется прецессией-нутацией. Путем постоянного мониторинга этих величин модели земных недр можно улучшить. Модели нутации свободных кернов были получены по параметрам ориентации Земли, определенным из РСДБ-наблюдений.До сих пор для свободной нутации ядра предполагался период около 430 дней, хотя некоторые авторы считают интерференцию двух сигналов с периодами около 410 и 450 дней (Malkin & Miller, 2007). Для определения таких моделей всегда прибегают к косвенным методам, так как самое глубокое бурение земной коры достигало всего около 15 км.

Даже во время короткой задержки между приемами радиосигналов двумя РСДБ-антеннами около 20 мс, если смотреть с исходной линии 6000 км, интерферометр значительно перемещается из-за вращения Земли и движения эклиптики.Следовательно, базовая линия изначально определяется в этих двух эпохах, что называется эффектом запаздывающей базовой линии, и ее следует относить к одной эпохе. Движение второй антенны после приема сигнала первой антенной учитывается в теоретической модели задержки VLBI.

Все эти эффекты имеют общие последствия: каждая базовая линия, образованная парой антенн, непостоянна, а меняется со временем. Длины и направления векторов базовой линии могут изменяться относительно поверхности Земли и относительно системы отсчета радиоисточников.

2.6. Корреляция: определение наблюдаемых

Во время корреляции индивидуально записанные цифровые сигналы накладываются друг на друга для достижения помех, в результате чего получаются наблюдаемые. Оборудование, с помощью которого выполняется этот процесс, называется коррелятором. В принципе, можно различать аппаратные и программные корреляторы. Хотя аппаратный коррелятор ограничен количеством магнитных лент или дисков, которые могут обрабатываться параллельно, производительность программного коррелятора зависит только от доступной вычислительной мощности.Применяя современные концепции, такие как компьютерные кластеры или распределенные системы, а также из-за постоянных улучшений и развития компьютерного оборудования, технические границы корреляторов еще не достигнуты (Кондо и др., 2004; Мачида и др., 2006).

В зависимости от цели приложения можно получить множество наблюдаемых. Астрономический РСДБ в первую очередь предназначен для восстановления изображений с высоким разрешением. Следовательно, желаемыми наблюдаемыми являются амплитуды и фазы полос. Вклад каждого телескопа складывается таким образом, как если бы вся решетка была одной антенной.Для геодезических и астрометрических РСДБ требуются точные данные о групповой задержке и скорости задержки. Групповую задержку можно получить, сдвигая мешающие сигналы во временной области до тех пор, пока не будет достигнута максимальная взаимная корреляция. В дополнение к взаимной корреляции битовых потоков необходимо устранить вращение полос, в основном вызванное эффектом Доплера из-за вращения Земли, так называемую остановку полос. Это может быть достигнуто умножением на синус и косинус, так называемое квадратурное смешение, когда сигнал взаимной корреляции с вращающейся полосой, который колеблется в диапазоне кГц, доводится до частоты, близкой к нулю.Амплитуда и фаза границы могут быть получены путем суммирования или деления (касательного) синусоидальных и косинусных членов соответственно. Периферийную частоту, частную производную фазовой задержки по времени, можно отслеживать в течение нескольких минут, пока один радиоисточник непрерывно сканируется. Однако переключение между радиоисточниками приводит к неоднозначности, которую необходимо решить для измерения фазы, называемой решением неоднозначности. Проблемной неоднозначности можно избежать, если использовать групповую задержку как наблюдаемую, поскольку функция взаимной корреляции обычно показывает уникальный максимум.Скорость задержки - еще одна наблюдаемая величина, используемая в геодезической РСДБ для устранения неоднозначностей, вносимых широкополосным синтезом, до анализа групповых задержек. Его можно получить из интерференционной частоты, описывающей фазовый дрейф из-за вращения Земли. Поскольку точность скорости задержки по параметрам геодезической цели значительно хуже по сравнению с групповой задержкой, она обычно не используется сама по себе для определения параметров.

Процедура корреляции может быть математически описана с помощью взаимной корреляции и преобразования Фурье.Если сигналы сначала взаимно коррелированы, а затем преобразованы Фурье, тип коррелятора называется XF-коррелятором, например Марка VLBI-системы. В противном случае, если две математические процедуры применяются наоборот, это называется FX-коррелятором, например VLBA-системы. Оба типа корреляторов имеют свои преимущества и недостатки (Moran, 1989; Alef, 1989; Whitney, 2000).

2.7. Точность наблюдаемой групповой задержки

Инструментальная точность групповой задержки из корреляционного анализа

στ = 12π ∙ Beff ∙ SNR E1

в первую очередь зависит от отношения сигнал / шум SNR и эффективной полосы пропускания B eff , полученная путем синтеза реальных наблюдаемых и коррелированных каналов

Beff = ∑fi-f2N E2

, где fiare частоты каналов ( i = 1,2,…, N ) и f их средняя частота.Сигнал на номер

LAGEOS: LAser GEOdynamic Satellite

Спутник LAser GEOdynamic Satellite (LAGEOS) был разработан НАСА и запущен 4 мая 1976 года. Это был первый космический аппарат, предназначенный исключительно для высокоточной лазерной локации, и предоставил первую возможность для получения данных лазерной локации, которые не были искажены из-за возникающих ошибок. на спутниковой орбите или спутниковой решетке. LAGEOS-2, основанный на оригинальном проекте LAGEOS, был построен Итальянским космическим агентством и запущен 22 октября 1992 года.

Спутники LAGEOS покрыты 426 кубическими угловыми отражателями, все из которых, кроме четырех, изготовлены из кварцевого стекла. Остальные четыре отражателя сделаны из германия для проведения измерений в инфракрасном диапазоне для экспериментальных исследований отражательной способности и ориентации спутников.

LAGEOS - пассивный спутник без питания, связи и движущихся частей. «Операции» спутника LAGEOS заключаются в простом создании прогнозов орбиты, необходимых станциям для обнаружения и отслеживания спутника.Сегодня эти прогнозы обычно производятся Центром космических полетов НАСА имени Годдарда, Центром космической геодезии NERC и Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA). Прогнозы распространяются Информационной системой данных динамики земной коры НАСА (CDDIS) и Центром данных EUROLAS (EDC), центрами обработки данных, поддерживающими Международную службу лазерного определения дальности (ILRS).

Более 120 сайтов спутниковой лазерной локации (SLR) по всему миру отслеживают LAGEOS с момента его запуска 4 мая 1976 года. Сегодня сеть из более чем 35 SLR станций продолжает ежедневно отслеживать LAGEOS.

Спутниковые лазерные дальномеры (SLR) наблюдения на LAGEOS, LAGEOS-2, Etalon-1 и Etalon-2 сокращаются по 7-дневным дугам для генерации индивидуальных параметров ориентации Земли (EOP) и решений положения станций. Наблюдения сокращаются для создания решения со слабыми ограничениями для координат станций и EOP. EOP включают в себя x-полюс, y-полюс и длину дня (LOD), все они рассчитываются как среднесуточное значение. Положения станций, относящиеся к средней точке каждой 7-дневной дуги, относятся к официальным маркерам станций.

ILRS еженедельно распределяет два типа продукции: оценка координат и EOP со слабыми ограничениями и решение EOP, полученное на основе предыдущего и ограниченное Международной наземной системой отсчета (ITRF). Официальным аналитическим центрам и комбинированным центрам ILRS поручено создавать продукты с индивидуальными и комбинированными решениями соответственно. Как индивидуальные, так и комбинированные решения соответствуют строгим стандартам, согласованным в рамках ILRS, для обеспечения высококачественной продукции, соответствующей конвенциям IERS.

В дополнение к обычным продуктам, данные LAGEOS также используются как часть ITRF. Временные ряды еженедельных решений передаются в Международную службу систем вращения Земли и опорных систем (IERS) в качестве официального набора данных, предоставленного ILRS для каждого определения ITRF, самым последним из которых является ITRF2014. Более подробную информацию о продуктах ILRS можно найти на веб-сайте ILRS.

Операции NASA, отслеживание и создание продуктов для LAGEOS поддерживаются проектом NASA Space Geodesy Project.

Отдел 1: Геодезия

Чтобы лучше понять что-то, что находится очень близко, часто помогает рассмотреть это на расстоянии. Это также верно и для исследований в области наук о Земле, где перспектива из околоземного космического пространства позволяет совершенно по-новому взглянуть на нашу планету.

Например, орбиты спутников могут дать нам информацию о форме Земли и ее гравитационном поле. Если бы массы в недрах Земли были распределены равномерно, наша вращающаяся родная планета имела бы форму сплющенной сферы или эллипсоида вращения соответственно.В действительности, однако, внутренняя часть Земли совсем не однородна: в земной коре толстые осадочные слои чередуются с огромными блоками гранита. Корни высоких горных хребтов уходят глубоко в верхнюю мантию, в то время как земная кора под океанами относительно тонкая. Вариации плотности мантии и ядра Земли также влияют на ее гравитационное поле и, следовательно, на форму Земли. Из высокоточных измерений пути спутника мы можем сделать выводы о пространственных и временных вариациях силы тяжести, которые предоставляют информацию о структуре и динамических изменениях внутри Земли и на ее поверхности.С помощью этих методов можно очень точно количественно оценить масштабные изменения массы, вызванные, например, дегляциацией ледяных масс в Гренландии и Антарктиде.

Помимо точного определения спутниковых орбит, мы анализируем записи с различных датчиков на многочисленных спутниках. К этому относится точная съемка поверхности океана и льда с помощью спутниковой альтиметрии. Помимо данных со спутников GNSS, к методам космической геодезии относятся также лазерные измерения расстояний со спутников (SLR, спутниковая лазерная локация) и интерферометрия со сверхдлинной базой (VLBI).Комбинация этих методов дает информацию о форме Земли и движениях тектонических плит. При этом важной задачей является создание всемирной системы отсчета, которая необходима, например, для точного измерения глобального повышения уровня моря. На основе этих разнообразных геодезических наблюдений можно также получить информацию о состоянии атмосферы, которую мы предоставляем для ежедневного прогнозирования погоды. Мы также анализируем измерения спутников дистанционного зондирования, чтобы понять последствия изменения климата или внести свой вклад в стратегии снижения риска стихийных бедствий.

Дополнительной областью исследований является прикладное развитие исследований дистанционного зондирования на основе разновременных наблюдений за био- и геофизическими параметрами, а также за деформацией поверхности с использованием оптических и радиолокационных систем дистанционного зондирования для широкого спектра исследовательских вопросов в гео- и науки об окружающей среде. Наши исследования включают в себя темы изучения деградации почвы и земли, деформации поверхности, геологоразведки, точного земледелия и функционирования глобальной растительности, природных и техногенных опасностей и взаимодействия земли и атмосферы.Мы являемся научным руководителем немецкой миссии гиперспектральных спутников EnMAP и участвуем в определении будущих миссий гиперспектральных спутников. Для анализа и интерпретации большого количества данных наблюдений и моделирования мы разрабатываем подходы к извлечению информации на основе интеллектуального анализа данных / машинного обучения, визуального исследования данных, а также технологий, ориентированных на базы данных и большие данные.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

×