Современные методы геодезических измерений реферат по астрономии

Обновлено: 05.07.2024

СОДЕРЖАНИЕ
Введение . 6 1.
Сферическая астрономия . 8 1.1.
Системы координат, используемые в геодезической астрономии . 8 1.1.1.
Вспомогательная небесная сфера . 8 1.1.2.
Системы координат на небесной сфере . 11 1.1.3.
Географические координаты точек на поверхности Земли . 16 1.1.4.
Связь между различными системами координат . 17 1.1.5.
Видимое суточное вращение небесной сферы . 19 1.1.6.
Составление эфемерид светил. Эфемерида Полярной звезды . 23
Контрольные вопросы . 24 1.2.
Измерение времени в астрономии . 25 1.2.1.
Общие положения . 25 1.2.2.
Звездное время . 25 1.2.3.
Истинное и среднее солнечное время. Уравнение времени . 26 1.2.4.
Юлианские дни. 28 1.2.5.
Местное время на разных меридианах. Всемирное, поясное и декретное время . 29 1.2.6.
Связь между средним солнечным и звездным временем . 30 1.2.7.
Неравномерность вращения Земли . 32 1.2.8.
Эфемеридное время . 33 1.2.9.
Атомное время . 33 1.2.10.
Динамическое и координатное время . 34 1.2.11.
Системы всемирного времени. Всемирное координированное время . 34 1.2.12.
Время спутниковых навигационных систем . 35
Контрольные вопросы . 36 1.3.
Астрономические факторы . 37 1.3.1.
Общие положения . 37 1.3.2.
Астрономическая рефракция . 37 1.3.3.
Параллакс . 39 1.3.4.
Аберрация . 42 1.3.5.
Собственное движение звезд . 46 1.3.6.
Гравитационное отклонение света . 47 1.3.7.
Движение земных полюсов . 47 1.3.8.
Изменение положения оси мира в пространстве. Прецессия .. 49 1.3.9.
Изменение положения оси мира в пространстве. Нутация . 53 1.3.10.
Совместный учет редукций . 55 1.3.11.
Вычисление видимых мест звезд . 56
Контрольные вопросы . 57 2.
Геодезическая астрономия . 58 2.1.
Предмет и задачи геодезической астрономии . 58 2.1.1.
Использование астрономических данных при решении задач геодезии . 58

2.1.2.
Астрономо-геодезические уклонения отвесной линии и уравнение Лапласа . 60 2.1.3.
Современные задачи и перспективы развития геодезической астрономии . 62
Контрольные вопросы . 63 2.2.
Теория методов геодезической астрономии . 64 2.2.1.
Общие принципы определения географических координат и азимутов направлений из наблюдений светил . 64 2.2.2.
Выгоднейшие условия определения времени и широты в зенитальных способах астрономических определений . 66 2.2.3.
Выгоднейшие условия определения азимута, времени и широты в азимутальных способах астрономических определений . 67
Контрольные вопросы . 68 2.3.
Приборное обеспечение в геодезической астрономии . 69 2.3.1.
Особенности приборного обеспечения в геодезической астрономии . 69 2.3.2.
Астрономические теодолиты . 69 2.3.3.
Приборы для измерения и регистрации времени . 70
Контрольные вопросы . 71 2.4.
Особенности наблюдения светил в геодезической астрономии.
Редукции астрономических наблюдений . 72 2.4.1.
Методы визирования светил . 72 2.4.2.
Поправки в измеренные зенитные расстояния . 72 2.4.3.
Поправки в измеренные горизонтальные направления . 74
Контрольные вопросы . 76 2.5.
Понятие о точных способах астрономических определений . 77 2.5.1.
Определение широты по измеренным малым разностям зенитных расстояний пар звезд в меридиане (способ Талькотта)
. 77 2.5.2.
Способы определения широты и долготы из наблюдений звезд на равных высотах (способы равных высот) . 77 2.5.3.
Определение астрономического азимута направления на земной предмет по наблюдениям Полярной . 79
Контрольные вопросы . 80 2.6.
Приближенные способы астрономических определений . 81 2.6.1.
Приближенные определения азимута земного предмета по наблюдениям Полярной . 81 2.6.2.
Приближенные определения широты по наблюдениям
Полярной . 82 2.6.3.
Приближенные определения долготы и азимута по измеренным зенитным расстояниям Солнца . 82 2.6.4.
Приближенные определения широты по измеренным зенитным расстояниям Солнца . 84 2.6.5.
Определение дирекционного угла направления на земной

предмет по наблюдениям светил . 84
Контрольные вопросы . 85 2.7.
Авиационная и мореходная астрономия . 86 2.7.1.
Определение долготы и широты по высотам светил в произвольных азимутах . 86 2.7.2.
Элементы авиационной астрономии. Авиасекстант . 89
Контрольные вопросы . 91 3.
Астрометрия . 92 3.1.
Задачи астрометрии и методы их решения . 92 3.1.1.
Предмет и задачи астрометрии . 92 3.1.2.
Обзор методов астрометрии. 94 3.1.3.
Современное состояние и перспективы развития астрометрии
. 96
Контрольные вопросы . 98 3.2.
Инструменты фундаментальной астрометрии . 99 3.2.1.
Требования к инструментам фундаментальной астрометрии .. 99 3.2.2.
Классические астрооптические инструменты . 99 3.2.3.
Современные астрономические инструменты . 103
Контрольные вопросы . 107 3.3.
Создание фундаментальной и инерциальной систем координат . 108 3.3.1.
Общие положения . 108 3.3.2.
Теоретические основы определения координат звезд и их изменений . 109 3.3.3.
Построение фундаментальной системы координат . 114 3.3.4.
Построение инерциальной системы координат . 118
Контрольные вопросы . 123 3.4.
Установление систем измерения времени и определение параметров ориентации Земли . 124 3.4.1.
Установление шкалы точного времени . 124 3.4.2.
Определение параметров ориентации Земли . 125 3.4.3.
Организация службы времени, частоты и определения параметров ориентации Земли . 129
Контрольные вопросы . 131 3.5.
Фундаментальные астрономические постоянные . 132 3.5.1.
Общие положения . 132 3.5.2.
Классификация фундаментальных астрономических постоянных . 133 3.5.3.
Международная система астрономических постоянных . 135
Контрольные вопросы . 136
Библиографический список . 137
Приложение 1. Система фундаментальных астрономических постоянных
МАС 1976 г. . 138
Приложение 2. Астрономические постоянные. Стандарты IERS 2003 г. .. 140

Вспомогательная небесная сфера – воображаемая сфера произвольного или единичного радиуса, на которую проецируются изображения небесных светил
(рис. 1.2). Положение любого светила
σ
на небесной сфере определяется при помощи двух сферических координат,
α
и
β
: x = cos
β
cos
α
; y = cos
β
sin
α
; z = sin
β
В зависимости от того, где расположен центр небесной сферы О, различают:
1.
Топоцентрическую небесную сферу
(центр находится на поверхности Земли);
2.
Геоцентрическую небесную сферу
(центр совпадает с центром масс Земли);
3.
Гелиоцентрическуюнебесную сферу
(центр совмещен с центром Солнца);
4.
Барицентрическую небесную сферу
(центр находится в центре тяжести
Солнечной системы).
Основные круги, точки и линии небесной сферы
Основные круги, точки и линии небесной сферы изображены на рис. 1.3.
Одним из основных направлений относительно поверхности Земли является направление отвесной линии, или силы тяжести в точке наблюдения.
Это направление пересекает небесную сферу в двух диаметрально противоположных точках – Z и Z'.
Точка Z находится над центром и называется зенитом, Z' – под центром и называется надиром.
Проведем через центр плоскость, перпендикулярную отвесной линии
ZZ'.
Большой круг
NESW, образованный этой плоскостью, – небесный
(истинный), или астрономический горизонт. Это есть основная плоскость топоцентрической системы координат. На ней имеются четыре точки: S, W, N, E, где S – точка
Юга, N – точка Севера, W – точка
Запада, E – точка Востока. Прямая NS называетсяполуденной линией.
Рис. 1.2. Вспомогательная небесная сфера
Рис. 1.3. Основные круги, точки и линии небесной сферы

Прямая P
N
P
S
, проведенная через центр небесной сферы параллельно оси вращения Земли, называется осью Мира. Точки P
N
– северный полюс мира; P
S
– южный полюс мира. Вокруг оси Мира происходит видимое суточное движение небесной сферы.
Проведем через центр плоскость, перпендикулярную оси мира P
N
P
S
Большой круг QWQ'E, образованный в результате пересечения этой плоскостью небесной сферы, называетсянебесным (астрономическим) экватором. Здесь Q – верхняя точка экватора (над горизонтом), Q' – нижняя точка экватора (под горизонтом). Небесный экватор и небесный горизонт пересекаются в точках W и E.
Плоскость P
N
ZQSP
S
Z'Q'N, содержащая в себе отвесную линию и ось
Мира, называется истинным (небесным) или астрономическим меридианом

ГОСТ

Геодезическая астрономия – обширный раздел астрономии, в котором исследуются методы выявления точных географических координат относительно точек земной поверхности и главных азимутов направлений из наблюдений небесных светил.

Рисунок 1. Задачи геодезической астрономии. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В геодезической астрономии светила несут ключевое значение и выступают в качестве опорных показателей с известными координатами, подобно фундаментальным точкам на Земле. Положения указанных веществ зачастую задаются в конкретной концепции измерения времени. Геодезическая астрономия также рассматривает и объясняет устройство инструментов, которые используются для масштабных астрономических наблюдений, и способы математических толкований научных определений.

Функции геодезической астрономии

Основными функциями исследуемой области науки являются:

Астрономические и безошибочные определения астрономических явлений, которые определяются посредством результатов гравиметрических и геодезических измерений, это позволяет ученым в свою очередь измерить исходные данные, определить ориентировку геодезической государственной сети, а также обеспечить оси земного эллипсоида.
Выявление из астрономических наблюдений центральных уклонения отвесной координаты, которая необходима для нахождения взаимосвязи между астрономической и геодезической системами точек, установления измерений к принятой концепции отсчета координат и гравитационного земного потенциала, объективной интерпретации итогов вторичного нивелирования, исследование внутреннего строения поверхности Земли.
Астрономические фиксирование азимутов главных направлений на земной объект, после введения небольших поправок за уклонения отвесных координат. Этот процесс контролируется Государственными геодезическими сетями углового измерения, которые обеспечивают стабильность ориентировки показателей, притесняют и локализуют действие систематических погрешностей в данных системах. В районах, где нет необходимой геодезической сети, астрономические пункты с учетом сведений о гравитационном поле применяются как основные составляющие для проведения топографических съемок.
Астрономический поиск азимутов осуществляется для точного определения дирекционных углов осей на ориентирные пункты, что крайне важно при утрате наружных геодезических параметров.
Определение географических координат считаются способом абсолютного нахождения положений предметов, движущихся относительно земной поверхности в воздухе и на море.
Методы геодезических исследований используются в космической навигации и при выявлении более обширных осей гравитационных систем.
Основы географических координат и азимутов широко применяются в прикладной геодезии для установления контроля угловых показателей в полигонометрических ходах и других центральных построениях, при эталонировании координат гироскопических устройств, для фиксирования на определенной местности положения точек при топографо-геодезическом обеспечении.

Готовые работы на аналогичную тему

Методы геодезической астрономии

Методы главных астрономических определений в данной среде делятся на приближенные и точные. Под последними нужно понимать методы, которые позволяют получить точные параметры широт, азимутов и долгот при современном состоянии гипотезы геодезической астрономии, с максимально вероятной точностью. Требования к безошибочности астрономических определений состоят в следующем: Средние квадратические ошибки геодезических определений, полученные согласно внутренней сходимости итогов наблюдений, не могут превышать по широте 0.4, по долготе 0.04s, по азимуту 0.6. В большом объеме корректные трактовки выполняются посредством создания астрономо-геодезической мощной сети (АГС).

Приближенные способы помогают установить астрономические координаты с точностью от 1 до 1', в зависимости от их начального назначения, используемых для наблюдений приборов путем методики измерений и обработки.

Общими отличительными характеристиками приближенных методов являются прямое измерение наблюдаемых координат; небольшое количество средств научных наблюдений; фиксация главных моментов экспериментов не точнее 1s; систематическое использование способов геодезии в виде объекта наблюдений Солнца, потребление упрощенных методик контроля и максимально приближенных формул обработки. В приближенных методах астрономических определений значительно упрощаются система наблюдений светил и их итоговая обработка.

Приближенные геодезические направления в основном предназначаются для решения таких задач:

определения приближенных широт, азимутов и долгот для обработки конкретных определений;
ориентировки прибора для выдачи точных астрономических определений;
модернизация и ориентирование геодезических сетей в местной концепции координат;
автономного нахождения азимутов и дирекционных координат ориентирных направлений;
установления азимутов для ориентирования систем специального назначения;
мониторинга угловых параметров в полигонометрических сетях и других угловых построениях;
эталонирования мощных гироскопических устройств, которые применяются в маркшейдерском деле и инженерных работах, а также для решения сложных технических задач.

Уклонение отвеса и уравнение Лапласа в геодезии

Рисунок 2. Формула Лапласа. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Понятие уклонения отвеса считается одним из важнейших в высшей геодезии и гипотезе формы Земли.

Угол между отвесной точкой и нормалью к эллипсоиду носит название астрономо-геодезического уклонения отвеса (в геометрическом толковании).

Астрономо-геодезические направление на полюс и центральные уклонения отвесной координаты астрономической и геодезической долготы открываются от схожих начальных меридиан. Уклонения отвеса крайне необходимы для определения связи между действующими системами координат, в том числе для плавного перехода от непосредственно измеренного научного азимута к геодезическому.

Эта формула в науке получила название уравнение Лапласа.

Полученный в результате геодезический азимут является азимутом Лапласа, а основные пункты геодезической сети, на которых проведены безошибочные установки астрономических долгот, широт и азимутов, - пунктами Лапласа.

Геодезические азимуты, выступающие сторонами триангуляции, которые были получены из проведенных научных наблюдений, выступают ориентировкой для дальнейшей триангуляции и отдельных ее точек в единой концепции астрономических координат. В то же время они считаются мощными средством действенного мониторинга угловых измерений в геодезической сети. Азимуты Лапласа ликвидируют действие систематических просчетов в угловых направлениях, тем самым существенно ослабляя их воздействие в обширных астрономических сетях. Поэтому указанные параметры по праву называются угловыми базисами геодезической системы.

Искусственные спутники в геодезии

Искусственные спутники официально открыли новую эпоху в науке об измерении параметров земной поверхности – сферу космической геодезии. Они постепенно внесли новое качество – масштабность, а благодаря огромным размерам зоны видимости поверхности нашей планеты со спутника в значительной мере упростилась разработка геодезического фундамента для больших территорий, так как существенно уменьшилось необходимое число промежуточных этапов измерений.

Так, если в классической геодезии среднее расстояние между определяемыми пунктами составляет примерно 10-30 км, то в космической геодезии эти показатели - два порядка больше (1-3 тыс. км).

Тем самым становится проще передача геодезических сведений через водные пространства.

Между островами и материком астрономическая система может быть определена при точной их видимости со спутника непосредственно через него, без дополнительных промежуточных периодов, что позволяет с максимальной точностью выстроить мощные и точные геодезические сети.

Вращающиеся части теодолита имеют закрепительные и наводящие винты, закрепительными винтами фиксируют соответствующую часть в неподвижном положении, а наводящие — плавно вращают при точном наведении перекрестия нитей на визирную цель.

В комплект теодолита входят штатив, буссоль и другие принадлежности. На штатив (тренога с металлической платформой) устанавливают теодолит, который крепят к платформе треноги с помощью станового винта 11. Центрирование, т. е. установку центра лимба на одной отвесной линии с вершиной измеряемого угла, выполняют с помощью отвеса металлического (нить с закрепленным на одном ее конце грузом, второй конец нити закрепляют на вертикальной оси теодолита) или оптического, оптическая ось которого совпадает с вертикальной осью теодолита. Буссоль используют для ориентировки нулевого диаметра лимба по магнитному меридиану.

Электронный теодолит

В новых высокоточных теодолитах, выпуск которых начат несколько лет назад, используется система отсчета с оптико-электронным сканированием, позволяющая автоматизировать процесс угловых измерений и повысить приборную точность.

Зрительные трубы в таких теодолитах имеют прямое изображение. Имеются как мининмум два режима работы:

простой — для высокоточных угловых измерений,

следящий — для наблюдения за подвижной целью.

Точность отсчета по кругам — 1, или 0,1″— по усмотрению наблюдателя. Отсчеты выражаются в градусах или гонах (1/400 части окружности).

Электронный теодолит имеет дисплейную панель управления и регистратор. Клавишами задают режим работы теодолита, на экран дисплея выводятся значения измеренных углов. Регистратор хранит записанную информацию, ведет математическую обработку результатов измерений согласно заданной программе. К регистратору можно подключить компьютер.

Лазерный теодолит

В этом теодолите визирная ось воспроизводится узконаправленным пучком света. Лазерные теодолиты целесообразно использовать для разбивочных работ при строительстве дорог, мостов, зданий, сооружений и т. п. В отечественных лазерных теодолитах ЛТ-75 (для больших расстояний), ЛТ-56 (для разбивочных работ на стройплощадках), созданных на базе лазеров ЛГ-75, ЛГ-56, излучатель перекладывается в лагерах.

В настоящее время в нашей стране и за рубежом выпускают лазерные насадки к теодолитам, при этом ось светового пучка должна совпадать с визирной осью зрительной трубы. Достигается это с помощью призм, направляющих пучок лазерного излучения в окуляр трубы.

Устройство теодолита

. на середине. Поверка уровня горизонтального круга выполняется перед началом измерения углов при каждой установке теодолита в рабочее положение. Вторая поверка. Сетка нитей зрительной трубы должна быть . через вершину измеряемого угла, осуществляется с помощью оптического центрира или нитяного отвеса. 2. Устройство теодолита Т-30 При изучении теодолита следует хорошо уяснить его геометрическую .

Гироскопический теодолит (гиротеодолит)

Гиротеодолит используют для определения истинных азимутов направлений, в нем угломерный прибор соединен с датчиком направления меридианов. В качестве датчика обычно используют маятниковый гироскоп, который также называют гирокомпасом, указателем меридиана, гиробуссолью. Внутри гирокамеры 4 на тонкой металлической ленточке-торсионе 8 подвешен чувствительный элемент 5 гироскопа. Гироскоп — трехфазный асинхронный двигатель, питается током по двум ленточным токопроводам 2 и торсионам.

Чувствительный элемент 5 помещен в корпус гироблока 7, который скреплен с алидадой угломерной части. При транспортировке прибора чувствительный элемент и корпус гироблока скреплен арретиром 6. При измерении наблюдают в окуляр автоколлиматора 1 на алидаде изображение штрихов его шкалы. Синхронно с движением по азимуту чувствительного элемента с помощью редуктора 3 поворачивается корпус гироблока, концы токопроводов и верхний зажим ленты, при этом исключается закручивани при движении чувствительного элемента.

Для проектирования на горизонтальный круг 10 точек реверсии колебаний чувствительного элемента и пользуют систему, состоящую из автоколлиматора 1 на алидаде и зеркала 1 укрепленного на штанге 9 чувствительного элемента.

В противоположных точках реверсии движение чувствительного элемента прекращается, в момент остановки производят отсчеты по горизонтальному кругу через дополнительный окуляр, по отсчетам определяют значение N, соответствующее положению динамического равновесия чувств тельного элемента, при котором главная ось гироскопа совпадает с плоскостью истинного меридиана. После этого перекрестие нитей зрительной трубы наводят на визирную цель, азимут А направления на которую определяют.

Лазерные нивелиры

Лазерный нивелир (построитель плоскостей) — геодезический прибор предназначенный для определения превышений и передачи высотных отметок, область применения у таких приборов достаточно широка, это работы при строительстве и реконструкции сооружений как внутри так и снаружи здания, работы по прокладке подземных комуникаций, монтаже технологического оборудования и т.д.

Работа с лазерным нивелиром достаточно проста, тем более, что большинство современных приборов снабжены автоматически горизонтирующимся пучком излучения, многие приборы снабжены вращающимся лазерным пучком, способным строить горизонтальные, а некоторые модели и вертикальные плоскости. Для производства работы необходимо установить прибор в рабочее положений (установить на подтсавку/штатив) и взять отсчет по видимому лазерному лучу с помощъю специальной или нивелирной рейки, а иногда и по обычной рулетке. Дальность работы лазера обычно находится в пределах 20-30 м., при наличии приемника излучения до 100 м. и более.

Основными характеристиками лазерного нивелира является: — точность измерения превышений, дальность работы лазера, количесвто лазерных лучей, вес прибора, наличие автоматического компенсатора, уровень влагопылезащиты и др.

Принцип работы и устройство лазеров

. генерация лазерного излучения прекращается. Устройство лазера Видно, что лазер состоит из следующих основных элементов: среды, чаще называемой активным . в открытый зеркальный резонатор. Рисунок 4 из учебника Принцип работы резонатора ясен из рисунка 4. В ситуации « . к снижению населенности верхнего уровня. Таким образом, с помощью оптической накачки двухуровневой системе нельзя произвести инверсию .

Существуют следующие типы приборов:

Лазерный нивелир, выравнивающийся вручную и контролирующийся посредством пузырьковых уровней, расположенных в компенсаторе. Прибор позволяет выполнять разметку под любым углом, а не только по горизонтали и вертикали;
Вертикальным полуавтоматическим лазерным нивелиром стоит пользоваться, если в работе периодически требуется выравнивание по вертикали. В конструкции для этой цели предусмотрен пузырьковый уровень или сигнальный датчик.
Многофункциональные самовыравнивающиеся автоматические нивелиры обладают широким спектром возможностей для выравнивания по всем направлениям.
Ротационные лазерные нивелиры образуют видимую горизонтальную, наклонную и вертикальную плоскость с помощью высокочастотного вращения луча лазера. Такой нивелир необходимо устанавливать при помощи пузырьковых уровней.

Лазерные сканирующие системы

В большинстве конструкций сканеров используется импульсный лазерный дальномер. На пути к объекту импульсы лазерного излучения проходят через систему зеркал, которые осуществляют пошаговое отклонение лазерного луча. Наиболее распространенной является конструкция, состоящая из двух подвижных зеркал. Одно из них отвечает за вертикальное смещение луча, другое — за горизонтальное. Зеркала сканера управляются прецизионными сервомоторами, в конечном итоге, они и обеспечивают точность направления луча лазера на снимаемый объект. Зная угол разворота зеркал в момент наблюдения и измеренное расстояние, процессор вычисляет координаты каждой точки.

Все управление работой прибора осуществляется с помощью портативного компьютера со специальными программами. Полученные значения координат точек из сканера передаются в компьютер по интерфейсному кабелю и накапливаются в специальной базе данных. Следует отметить, что объемы данных, полученные со сканера, могут достигать сотен мегабайт, а порой и гигабайт.

Сканер имеет определенную область обзора или, другими словами, поле зрения. Предварительное наведение сканера на исследуемые объекты происходит либо с помощью встроенной цифровой фотокамеры, либо по результатам предварительного разряженного сканирования. Изображение, получаемое цифровой камерой, передается на экран компьютера, и оператор осуществляет визуальный контроль ориентирования прибора. Сканирование может производиться как сразу всего поля зрения, так и лишь какой-то его части. Поэтому фотоизображение может быть использовано для выделения из общей картины нужных локальных областей

Геодезические работы

Для начала рассмотрим виды геодезических работ. Их существует несколько:

В состав разбивочных работ входит: — построение геодезической разбивочной основы, вынос в натуру главных (основных) осей здания и проектных отметок, детальные разбивочные работы выполняемые на разных стадиях строительства от раскопки котлована до монтажа технологического оборудования.

По мере возведения зданий для определения планового и высотного положения окончательно установленных конструкций выполняют комплекс геодезических работ, который называют исполнительная геодезическая съемка. Исполнительной съемке подлежат те элементы и части зданий, от правильного положения которых зависит прочность и устойчивость всего сооружения. Точность, принятая при исполнительной съемке, должна быть не ниже точности разбивочных работ.

Программы для автоматизации топографо-геодезических работ

. произвести процесс измерения углов и расстояний по исходным координатам точек; Ведомости, открывает окно, в котором содержатся результаты обработки геодезических измерений; Чертежи, открывает окно, в котором можно . (мозаика, каскад); Справка, открывает окно, в котором можно получить помощь в работе с операциями программы Credo_DAT; Ссылки на наиболее часто используемые операции, такие как .

Комплекс геодезических работ по изучению и съемки ситуации и рельефа на территории предпологаемого строительства. Включает в себя: — создание планово-высотного обоснования, топографическую съемку, построение крупномасштабных планов для снятого участка, составление проекта вертикальной планировки

Создание, реконструкция, сгущение плановых и высотных геодезических сетей

Топографические съемки различных масштабов, создание и обновление топографических карт и планов, фототопографические съемки, а также семки подземных и надземных сооружений (Съемка инженерных коммуникаций).

Наблюдения за деформациями представляют собой комплекс геодезических измерений по результатам которых выявляют величины деформаций и причины их возникновения, также систематические наблюдения за деформациями своевременно предупреждают о возможных авариях и нарушениях эксплуатационных качеств сооружений.

— Геодезические работы для земельного Кадастровые работы включают — кадастровые съемки (методы съёмок сходны с топографическими, за исключением определения высотного положения точек), межевание земель, определение площадей земельного участка, вынос в натуру и определение границ землепользования.

Фасадные съемки и построение трехмерной модели здания

Наиболее рационально при фасадных съемках использовать лазерные сканирующие системы, которые автоматизирую процессы съемок больших массивов точек и используются для детального отображения сложных фасадов зданий

Комплекс геодезических работ для подсчета объёмов земляных работ.

Рассмотрим подробнее некоторые из видов работ в

Наземное лазерное сканирование

Суть технологии заключается в определении пространственных координат точек поверхности объекта. Это реализуется посредством измерения расстояния до всех определяемых точек с помощью лазерного безотражательного дальномера. При каждом измерении луч дальномера отклоняется от своего предыдущего положения так, чтобы пройти через узел некой мнимой нормальной сетки, называемой еще сканирующей матрицей. Количество строк и столбцов матрицы может регулироваться. Чем выше плотность точек матрицы, тем выше плотность точек на поверхности объекта. Измерения производятся с очень высокой скоростью — тысячи, а порой и десятки тысяч измерений в секунду. Прибор, реализующий на практике приведенную технологию измерений, называется лазерным сканером. Результатом работы сканера является множество точек с вычисленными трехмерными координатами. Такие наборы точек принято называть облаками точек или сканами. Обычно количество точек в одном облаке может варьироваться от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов. Как правило, изначально координаты точек определяются в условной системе координат самого сканера.

Автоматизация работы топографо-геодезических служб предприятия .

. точки выполняется тахеометрическая съемка объектов. Одна съемка может содержать несколько тысяч подобных измерений. Все данные съемок записываются в память прибора, а в случае работы . обработка данных топографических съемок; автоматизация измерений (угловые и . грубыми ошибками. Координаты точки заносятся в . измерение длин кривых линий, радиусов закруглений и многое другое. Специалисты геодезической .

Полевые работы начинаются с размещения визирных целей, их нумерации. Затем производиться собственно сканирование. После его завершения сканер автоматически распознает на сканах мишени и уточняет их местоположение. Нам же остается только присвоить визирным целям имена. Этот процесс не занимает много времени, зато впоследствии позволяет значительно ускорить обработку полученных результатов.

При сканировании координаты точек во время вычисляются в системе координат самого сканера. Поэтому дополнительно необходимо провести определение координат, как минимум, трех мишеней в нужной нам системе. Чаще всего эта задача решается с помощью безотражательного тахеометра. Трех точек будет достаточно для трансформации координат всего массива данных.

Примеры похожих учебных работ

Автоматизация работы топографо-геодезических служб предприятия с использованием геоинформационных .

. и уравнивание; обработка данных топографических съемок; автоматизация измерений (угловые и линейные), расчет объемов и . поле. Методика была опробована в отделе геодезических изысканий Украинского научного исследовательского проектно-изыскательского .

. невостребованные функции и возможности инструмента, стоимость которых может быть . повысить точность и производительность измерений. Встроенное программное обеспечение . устанавливается параллельно зрительной трубе для компенсации продольного наклона. При .

Организация инженерно–геодезических работ в строительстве зданий и сооружений

. пересечения обводят той же краской по окружности диаметром 10-15 см. 2.1.2 Геодезические работы на строительной площадке Геодезические работы в строительстве представляют собой комплекс измерений, вычислений и построений на местности, при .

Анализ комплекса геодезических работ

В первой главе данной дипломной работы рассмотрены вопросы проектирования и строительства инженерных сооружений. Раскрыт состав геодезических работ. На примере данного объекта рассмотрен комплекс инженерно-геодезических изысканий. Затронут вопрос .

Дипломный проект — Методы повышения точности GPS измерений

Формирование отчетной документации при проведении кадастровых работ в отношении объектов .

. документом единого федерального образца. В результате кадастровых работ заказчику передаются следующие документы: 1. Межевой план; 2. Технический план; 3. Акт обследования. Межевой план представляет собой документ, который составлен на .

Космическая геодезия как научная дисциплина. Современное геодезическое обеспечение информационных систем пространственных баз данных. Методы измерений. Радиоинтерферометрия, международная GPS-служба. Информационная система данных о динамике земной коры.

Рубрика	Астрономия и космонавтика
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	27.04.2019
Размер файла	751,3 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Основные направления развития космической геодезии

космический геодезия информационный радиоинтерферометрия

Космическая геодезия - научная дисциплина, в которой для решения научных и практических задач геодезии используются результаты наблюдений искусственных и естественных небесных тел.

Традиционные методы определения координат и других величин остаются в прошлом. Современное геодезическое обеспечение информационных систем пространственных баз данных базируется на использовании принципиально новых геодезических инструментов и технологий. На смену традиционных методов приходят спутниковые технологии. Навигационные искусственные спутники Земли (НИСЗ), запускаемые в качестве объектов наблюдения, открыли новую эру в науке об измерении Земли -- эру космической геодезии. Они внесли в геодезию новое качество -- глобальность; благодаря большим размерам зоны видимости поверхности Земли со спутника значительно упростилось создание геодезической основы для больших территорий, так как существенно сократилось необходимое количество промежуточных этапов измерений. Так, если в классической геодезии среднее расстояние между определяемыми пунктами составляет 10--30 км, то в космической геодезии эти расстояния могут быть на два порядка больше (1--3 тыс. км). Тем самым упрощается передача геодезических данных через водные пространства. Между материком и островами, рифами, архипелагами геодезическая связь может быть установлена при прямой их видимости со спутника непосредственно через него, без каких-либо промежуточных этапов, что способствует более высокой точности построения геодезических сетей.

Актуальность темы заключается в том, что наблюдение НИСЗ за свою тридцатилетнюю историю разрастаются неимоверно, к тому же возникают новые глобальные и региональные спутниковые системы (Galileo, Beidou, QZenith, IRNSS). В списке представлены системы, обладающие различными техническими характеристиками и необычной конфигурацией. Да и мир спутников очень изменчив - старые аппараты выходят из строя, иногда взрываются, сталкиваются с другими, орбиты спутников эволюционируют, периоды вращения вокруг своей оси изменяются.

Цель курсовой работы является выявление теоретических основ использования наблюдений НИСЗ для решения задач геодезии.

К задачам курсовой работы можно отнести:

- изучение теоретических основ;

- практическое применение спутниковых технологий.

Глава I. Аналитический обзор известных методов решения поставленной задачи

1.1 Метод триангуляции

Триангуляция (от лат. triangulum -- треугольник) (метод триангуляции) -- один из методов создания опорной геодезической сети. Состоит в построении рядов или сетей примыкающих друг к другу треугольников и в определении положения их вершин в избранной системе координат. В каждом треугольнике измеряют все три угла, а стороны определяют путём последовательного решения треугольников по теореме синусов. Обычно исходная сторона определяется из решения базисных сетей или измеряется.

Триангуляция имеет большое научное и практическое значение. Она служит для: определения фигуры и размеров Земли методом градусных измерений; изучения горизонтальных движений земной коры; обоснования топографических съёмок в различных масштабах и целях; обоснования различных геодезических работ при изыскании, проектировании и строительстве крупных инженерных сооружений, при планировке и строительстве городов и т.д.

При определении фигуры и размеров Земли до сих пор используется идея Эратосфена, заключающаяся в определении центрального угла, опирающего на дугу вдоль какого-то меридиана (в настоящее время по разности широт), а длина дуги определяется из триангуляционных построений.

Рис. 1. Схема развития сетей триангуляции 1-4 го классов

В сплошной сети триангуляции 2-го класса примерно в центре полигона 1-го класса также измеряется базисная сторона с указанной выше точностью. На концах каждой базисной стороны 1-го и 2-го классов выполняют астрономические определения широты и долготы с погрешностью не более ± 0,01" и 0.003 s соответственно, а также азимут -- горизонтальный угол, измеренный по часовой стрелке от северного направления меридиана до направления на ориентир. Кроме того, астрономические определения широты и долготы выполняют и на промежуточных пунктах рядов триангуляции 1-го класса через каждые примерно 100 км, а по некоторым особо выделенным рядам и значительно чаще. На основе рядов и сетей триангуляции 1-го и 2-го классов определяют пункты триангуляции 3-го и 4-го классов, причём их густота зависит от масштаба топографической съёмки. Например, при масштабе съёмки 1 : 5000 один пункт триангуляции должен приходиться на каждые 20-30 км 2 . В сетях триангуляции 3-го и 4-го классов погрешности измерения углов не превышают соответственно 1,5" и 2,0". В практике допускается вместо триангуляции применять метод полигонометрии. При этом ставится условие, чтобы при построении опорной геодезической сети тем или другим методом достигалась одинаковая точность определения положения пунктов. Пункты триангуляции закрепляются центрами различных типов, в зависимости от грунтов и регионов расположения пунктов, а также деревянными или металлическими знаками высотой от 6 до 55 м (пирамиды, простые и сложные сигналы).

1.2 Космический метод

Одновременно с совершенствованием традиционных геодезических методов создавались предпосылки для развития космической геодезии.

Зарождением космической геодезии обычно считают запуск первого искусственного спутника Земли в октябре 1957 года, хотя предпосылки развития появлялись в более раннем времени.

Вопрос об использовании наблюдений Луны В геодезических целях изучался еще Иоганном Альбрехтом Эйлером (1768г). В своей работе “Versuch die Figur der Erden durch beobachtungen des Monds zu bestimimmen”(Abh. Churfurstlich- baierischen Akad. Wiss.,5) он предполагал, что из одновременных наблюдений Луны в нескольких пунктах, расположенных на одном меридиане, можно определить расстояние от каждого пункта до Луны. При большом количестве таких пунктов оказывалось возможным определять размеры земного меридианного эллипса, т.е изучать геометрическую фигуру Земли.

Зарождение космической геодезии как раздела геодезической науки следует отнести к началу XX в.

В 1902 г. Г.Баттерманн предложил наблюдать для целей геодезии покрытия звезд Луной. В проведенном им эксперименте наряду с элементами лунной орбиты определялись геоцентрические широта и долгота места наблюдений.

В 1929 г. Т. Банахевич (Польша) разработал метод, основанный на использовании наблюдений солнечных затмений. Большой вклад в разработку теории затмений внес акд. А.А Михайлов (СССР, 1945г). Дальнейшая разработка этого вопроса принадлежит В.Ламберту (США, 1949г) и А. Берроту (ФРГ,1949 г.)

В основе геодезического применения наблюдений покрытий и солнечных затмений лежит использование теории параллакса.

Более точные результаты позволяет получить фотографирование Луны на фоне звезд. Этот метод стал применяться после создания специальных лунных камер, позволяющих получать на одном негативе изображения звезд и гораздо более яркого, быстро перемещающегося объекта - Луны.

В 1954 г. такие камеры, отличающегося принципиально по своей конструкции, были созданы в Пулковской обсерватории (А.А. Михайлов) и в Морской обсерватории в Вашингтоне (В.Марковиц).

Фотографическое наблюдения Луны позволяют получить топоцентрические координаты точек ее поверхности. Эти наблюдения можно рассматривать как частный случай покрытия, когда покрываемая звезда совпадает с видимым центром фигуры Луны. Получая с помощью лунных эфемерид геоцентрические координаты Луны и ее параллакс можно определить далее геоцентрические координаты пункта наблюдений. Производя фотографические наблюдения на нескольких станциях, относящихся к одной референцной системе, можно определить положение центра референц -эллипсоида относительно центра масс Земли.

Глава II. Разработка новых или модернизация существующих методов измерений

2.1 Космический метод

Основным методом космической геодезии является одновременное наблюдение спутников с наземных пунктов. При этом измеряются самые разнообразные параметры относительно положения пунктов и спутников. Параметрами могут служить дальность, скорость изменения дальности (или радиальная скорость), угловая ориентация линии визирования пункт--спутник в какой-либо системе координат, скорость изменения углов и т. д. Измерительные средства располагаются на наземных пунктах. На спутнике же размещается аппаратура, обеспечивающая работу этих измерительных средств. Определение координат пунктов на земной поверхности с высокой точностью выполняют основные задачи геодезии: определение фигуры и размеров Земли, перемещение плит, создание координатных систем. К сожалению высоты пунктов определяются с недостаточной для геодезии точностью. Пока результаты геодезических методов (геометрическое нивелирование) по точности недосягаемы для космического метода. Вся аппаратура и технологии космического метода рассматривается в основном на разделении на сегменты или комплексы, основными из которых являются космический комплекс (сегмент), наземный комплекс управления и потребительский комплекс (различные спутниковые приемники).

Полная орбитальная группировка (ОГ) в ГЛОНАСС содержит 24 штатных навигационных космическиских аппаратов (НКА) на круговых орбитах с наклоном к плоскости экватора 64.8° в трех орбитальных плоскостях по восемь спутников на каждой орбите. Долготы восходящих узлов трех орбитальных плоскостей номинально различаются на 120°. Номинальный период обращения спутника на орбите равен 11 ч. 15 мин 44 с. Высота спутника над поверхностью Земли 19100 км. В каждой орбитальной плоскости восемь спутников разнесены по широте на 45°, а аргументы широты восьми спутников в трех орбитах сдвинуты на ±15°. За время эксплуатации реальное положение спутника может сместиться от номинального не более чем ± 5°. Орбитальная группировка ГЛОНАСС по состоянию на 1999 г. схематически показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема орбитальной группировки ГЛОНАСС

В системе ГЛОНАСС спутники перемещаются по несинхронным орбитам (период обращения 11 ч. 16 мин) в отличии от системы GPS, в которой 24 спутника вращаются на синхронных орбитах (период обращения 12 ч.). Несинхронная круговая орбита имеет многовитковый след на поверхности Земли, и возмущения орбит для всех спутников одинаковы, что является в некоторой степени преимуществом по сравнению с синхронными орбитами.

Наземный комплекс управления (НКУ) (рис. 3) орбитальной группировки НИСЗ выполняет четыре задачи:

- эфемеридное и частотно-временное обеспечение спутников;

- мониторинг радионавигационного поля;

- радиотелеметрический мониторинг спутников;

- командное и программное радиоуправление функционированием спутников.

- Центр управления системой (ЦУС)

- Квантово-оптическая станция (КОС)

- Командная станция слежения (КСС)

СКФ - Система контроля фаз

КС - Контрольная станция

АКП - Аппаратура контроля поля

ЦС - Центральный синхронизатор

Рис. 3. Наземный комплекс управления ГЛОНАСС

В НКУ входят следующие взаимосвязанные стационарные элементы: центр управления системой (ЦУС); центральный синхронизатор (ЦС); командные станции слежения (КСС); контрольные станции (КС); систему контроля фаз (СКФ); квантово-оптические станции (КОС); аппаратуру контроля поля (АКП).

Вышеназванные объекты расположены на территории России вблизи следующих городов: Санкт-Петербург (КСС-9); Краснознаменск Московской области (ЦУС); Щелково Московской области (КС, СКФ, ЦС, АКП); Воркута (КСС-18); Енисейск (КСС-4); Улан-Удэ (КСС-13); Якутск (КСС-17); Комсомольск-на-Амуре (КОС, КСС-20, АКП); Петропавловск-Камчатский (КСС-6).

НКУ выполняет следующие функции:

- проведение траекторных измерений для определения, прогнозирования и непрерывного уточнения параметров орбит спутников;

- временные измерения для определения расхождения бортовых шкал времени всех спутников со шкалой времени системы, синхронизация бортовых шкал времени каждого спутника со шкалой времени ЦС путем фазирования и коррекции бортовых шкал времени;

- передача массива служебной информации в память бортовой ЭВМ;

- контроль по телеметрическим каналам за работой бортовых систем спутников и диагностика их состояния;

- управление полетом и работой их бортовых систем спутников;

- контроль характеристик навигационного поля;

- определение сдвига фазы дальномерного навигационного сигнала спутника по отношению к фазе сигнала ЦС;

- планирование работы всех технических средств спутников, автоматизированная обработка и передача данных между элементами спутника.

Центральный синхронизатор формирует шкалу времени системы и опорные сигналы для беззапросной измерительной станции. Беззапросная измерительная станция принимает широкополосные навигационные радиосигналы 1600 МГц и 1250 МГц и измеряет сдвиг по времени принимаемого сигнала бортовой шкалы времени относительно опорного сигнала.

Погрешность двухдиапазонных (1600 МГц и 1250 МГц) беззапросных измерений псевдодальностей составляет 1.3 - 1.5 м, запросных измерений - 1.0 м.

Комплект аппаратуры пользователей для геодезических целей включает антенну, контроллер, блок питания, аккумуляторы или батареи, штативы, кабели, вешки, рулетку, упаковочные сумки, чехлы и прочее оснащение. Для обработки измерений необходим персональный компьютер с соответствующим программным обеспечением.

Антенна может встраиваться в приемник или использоваться в виде выносного модуля. Антенны могут одночастотные, настроенные на частоту L1; или двухчастотные, настроенные на частоты L1 и L2. В геодезической аппаратуре применяются микрополосковые плоские спиральные антенны. Для более точного измерения псевдодальностей антенну необходимо ориентировать по указателю на Север. На станции все измерения отнесены к фазовому центру антенны.

Приемники по устройству очень сложны. Все приемники в настоящее время многоканальные и многосистемные, т.е. приемники принимают и обрабатывают сигналы от систем GPS и ГЛОНАСС, причем каждый из каналов работает только с одним из спутников. По видам принимаемых и обрабатываемых сигналов приемники могут быть кодовыми или кодово-фазовыми и в настоящее время двухчастотными (одночастотные приемники выходят из применения).

В настоящее время в мире производством спутниковых приемников занято более 400 фирм. В России получили распространение приемники фирм Ashtech, Garmin, Karl Ceis, Leica, Magellan, TPS (Topcon Positioning System), Trimble и др.

Практически большим спросом пользуются совмещенные GPS/ГЛОНАСС приемники. Перезагрузкой программного обеспечения одночастотные приемники могут быть переведены в двухчастотные двухсистемные.

2.2 Радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ)

Длиннобазисная радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (РСБД)- метод определения длин и направления хорда, связывающих радиотелескопы, удаленные друг от друга на большое расстояние (несколько тысяч километров) по синхронным (одновременным) приемам сигналов от одних и тех же внегалактических точечных радиоисточников (квазаров).

Методом РСДБ можно уточнять координаты радиоисточников (создавать на этой основе инерциальную систему координат), длину и направление хорд, соединяющих пункты; параметры вращения Земли; осуществлять синхронизацию часов, находящихся на удалённых друг от друга пунктах.

Потенциальная точность метода характеризуется ошибками 0.001 - 0.0001? (направление), несколько сантиметров (длина хорды, координаты пункта, координаты полюса), 0.15 мс в сутки (вариации скорости вращения Земли).

Необходимые условия для реализации метода РСДБ:

· наличие радиотелескопов, работающих в сантиметровом диапазоне, диаметром около 30 м и более, с полноповоротными антеннами;

· наличие генераторов частоты со стабильностью 10 -13 - 10 -14 ;

· соответствующее машинное и математическое обеспечение;

· наличие каталога радиоисточников.

2.3 Международная GPS служба (МГС)

Всесторонняя информация, включающая точные эфемериды, параметры часов спутников и другие данные, обеспечивается Информационной системой Центрального бюро (ИСЦБ) Международной GPS (Глобальная система позиционирования) службы (МГС), находящейся при Лаборатории реактивного движения (JPL). Система ИСЦБ доступна через интернет и предлагает данные через протокол FTP.

Международная GPS служба (МГС, первоначальное название -Международная служба GPS для геодинамики) является международной научной организацией, которая официально начала действовать с 1 января 1994г. после нескольких лет исследований и опытно-поисковых работ. МГС собирает, архивирует и распределяет данные наблюдений ГЛОНАСС/GPS приемниками и использует их для расчета высокоточных эфемерид спутников СРНС, параметров вращения Земли (совместно с МСВЗ), координат и скоростей станций слежения МГС в системах ITRF. МГС также сообщает данные о часах станций слежения и спутников СРНС, а также информацию об ионосфере и тропософере.

МГС состоит из сети станций наблюдений (рис.2), Центров данных, Центров анализа, Координатора анализа, Центрального бюро и Руководящего совета (рис.3).Точность продуктов МГС достаточна для поддержки текущих научных целей, включая реализацию систем координат ITRF, мониторинг вращения Земли и деформации ее твердой и жидкой компонент (табл. 4.5), причем эта точность постоянно повышается. Для сравнения отметим, что точность

Читайте также: