Усі книги і методички

кутомірних засобах першого виду вимірюються кути при опорному пункті 1 між напрямами на суміжний опорний пункт 2 та рухомий об’єкт Р (рис. 10). Тут ізолінія представляє собою промінь, який виходить з опорного пункту під кутом α чи β до бази d, а сімейство ізоліній – пучок променів, що утворюють задані кути αі чи βі з базою. Існування двох опорних пунктів задає два сімейства ізоліній.

P

Рис. 10. Ізолінії кутомірних технічних засобів першого виду

В кутомірних технічних засобах другого виду вимірюються кути при об’єкті між напрямами на два опорних пункти 1 і 2 із базою d1 (рис. 11). Тут ізолінії представляють собою кола, що опираються на опорні пункти, а кожна точка і-го кола є вершиною кута αі. Друге сімейство ізоліній утворюється аналогічно при другій парі опорних пунктів 2 і 3. Як правило один із них, в даному випадку пункт 2, є спільним для двох пар.

Рис. 11. Ізолінії кутомірних технічних засобів другого виду

У віддалемірних технічних засобах і пристроях ізолінією положення є коло радіусом r, який дорівнює віддалі S між опорним пунктом і рухомим об’єктом. Для опорного пункту 1 (рис. 12) ізолінією є коло радіусом r1, що дорівнює віддалі S1, для опорного пункту 2 – це коло радіусом r2. Сімейство ізоліній утворюється шляхом побудови кіл заданих радіусів rі. За формою

37

ізоліній положення віддалемірні технічні засоби і пристрої називають коловими.

Рис. 12. Ізолінії віддалемірних технічних засобів і пристроїв

В різнецево-віддалемірних технічних засобах і пристроях виміряній різниці r віддалей до двох опорних пунктів відповідає гіпербола з фокусами в цих пунктах. Для опорних пунктів 1 і 3 із базою d1 (рис. 13) ізолінією положення буде гіпербола, числове значення якої дорівнює виміряній різниці віддалей r1 = (S3 - S1), для опорних пунктів 3 і 2 із базою d2 – гіпербола з різницею віддалей r2 = (S3 - S2). Пункт 3 є спільним для двох пар опорних пунктів. За формою ізоліній різницево-віддалемірні технічні засоби і пристрої називаються гіперболічними.

Рис. 13. Ізолінії різнецево-віддалемірних технічних засобів і пристроїв

Для визначення координат рухомого об’єкта в морі у відповідні моменти часу виконують вимірювання двох або більше навігаційно-геодезичних параметрів. Підставляючи виміряні значення навігаційно-геодезичних параметрів у відповідні рівняння ізоліній (промінь, коло, гіпербола), отримуємо систему двох або більше рівнянь. Шукані координати визначають із розв’язку рівнянь. Розв’язування системи рівнянь можна виконувати графічним або аналітичним способом. У графічному способі на вибраній ділянці карти або на планшеті з координатною сіткою завчасно наносять сімейства ізоліній за вибраними значеннями навігаційно-геодезичного параметра. В точках перетину ліній положення знаходиться місцеположення

38

об’єкта. Цей спосіб є простим і наглядним, але характерним для нього є низька точність і продуктивність. В аналітичних способах система рівнянь розв’язується математичними методами з використанням обчислювальної техніки. Цей спосіб характеризується високою точністю і продуктивністю.

2.5. Особливості виконання морських геодезичних робіт

Визначення планових координат на морі мають ряд особливостей, від яких залежить вибір технічних засобів і вимоги до ідеального засобу прив’язки. Головними особливостями є:

- процедура вимірювання навігаційно-геодезичного параметра повинна бути короткотривалою внаслідок неперервного руху об’єкта в морі;

-труднощі, що пов’язані з неможливістю визначення напряму вертикалі з точністю, необхідною для визначення з відповідними похибками вимірювань навігаційно-геодезичного параметра;

-неможливість закріплення пункту спостережень у морських умовах окрім дуже мілководних ділянок, через що необхідно передбачити апаратурні можливості контролю і підтвердження кожного виміру навігаційногеодезичного параметра;

-відсутність у більшості випадків прямої видимості опорних пунктів із-за їх віддаленості або із-за метеорологічних умов спостереження.

До ідеального засобу планової прив’язки відносять:

1) забезпечення заданої точності визначення місцеположення рухомого об’єкта і елементів його руху;

2)висока продуктивність планової прив’язки і неперервність спостережень;

3)мінімальні затрати засобів і праці на планову прив’язку;

4)зручність розміщення і компактність бортової апаратури на судні;

5)забезпечення високої продуктивності основного виду морських геодезичних робіт;

6)незалежність від метеорологічних умов і віддаленості від берега;

7)мінімальні вимоги щодо кількості та кваліфікації обслуговуючого персоналу.

Оскільки ідеального засобу не існує, то з усієї сукупності вимог вибирають ті, які в даний момент для конкретного випадку забезпечують найкраще наближення між ідеальними і отриманими характеристиками.

2.6. Загальна характеристика методів і технічних засобів визначення координат рухомого об’єкта на морі

Морська геодезія в даний час використовує значну кількість технічних засобів, які є різними за призначенням, принципом дії, радіусом дії та

39

необхідною точністю. В морських геодезичних роботах також знаходять застосування навігаційні і океанографічні прилади. Технічні засоби і методи геодезичних вимірів у морських умовах розділяють на оптичні, радіотехнічні, акустичні, інерційні та комплексні, а за принципом отримання навігаційногеодезичного параметра на чотири групи: 1) оптичні або візуальні, 2) радіотехнічні, 3) автономні, 4) супутникові.

Оптична група методів використовується при вимірах, які виконуються оптико-механічними або оптико-електронними приладами. Сюди відносять методи визначення положень засічками (прямою, оберненою, полярною і лінійною) та астрономічних визначень. Усі оптичні технічні засоби є класичними геодезичними засобами. Отримані з їх допомогою результати вимірювань навігаційно-геодезичних параметрів опрацьовують відповідними геодезичними способами. Головна перевага оптичних методів полягає в простоті і доступності у використанні апаратури, а полярна засічка відноситься до самих точних методів. Але ці методи мають ряд недоліків: залежність від метеорологічних умов, обмежена віддаленість. Тому вони відіграють допоміжну роль у морських геодезичних роботах. Їх застосовують лише при виконанні робіт поблизу берегів або острівних пунктів та для прив’язки галсів із радіогеодезичних вимірювань. Методи засічок застосовують у прибережних акваторіях при наявності на березі достатньо розвинутої мережі опорних пунктів або достатньої кількості орієнтирів із відомими координатами.

Місцеположення об’єкта у відкритому океані визначають астрономічними методами. Основним серед існуючих є метод визначення координат за виміряними з допомогою секстанта двох або більше висот небесних світил. Точність вимірювання висот у даному випадку характеризується середньоквадратичними похибками 0,6' –1,2', а середня квадратична похибка визначення місцеположення об’єкта в морі оцінюється в 1-2 морські милі – 2-4 км.

До оптичної групи можна також віднести роботи, які виконуються з допомогою лазерної віддалемірної або локаційної апаратури. До них відносяться вимірювання вертикальних віддалей (глибин та перевищень), нахилених та горизонтальних віддалей у водному середовищі, локація водної поверхні для вивчення її топографії, фізико-технічних властивостей води та інших цілей.

Радіотехнічні методи складають основну групу морської геодезії. Ця група включає методи вимірів, основані на використанні електромагнітних хвиль радіодіапазону. Найбільш широко в морських геодезичних вимірах застосовується радіогеодезичні і радіонавігаційні системи, призначені для створення геодезичного обґрунтування морських зйомок. До радіогеодезичних систем відносять, як правило, системи, які забезпечують вищу точність визначення координат морських об’єктів ніж для навігації та забезпечення безпеки плавання. Крім цього, радіогеодезичні системи є рухомими

40

системами, а радіонавігаційні – стаціонарними. Їх характеристики визначаються умовами розповсюдження радіохвиль. В геодезичних роботах на морі застосовуються десятки типів радіогеодезичних і радіонавігаційних систем різних за точністю та дальністю дії. Найбільш точні ультракороткохвильові радіогеодезичні системи забезпечують визначення місцеположень рухомих об`єктів із похибками порядку 1-5 м при віддаленнях від берега до 60 км. Найбільшу дальність дії (до 10 000 км) мають радіонавігаційні системи, які працюють на радіохвилях низьких частот. Похибки визначень місця таких систем складають 0,5-5 км.

Для автономних методів визначення місцеположення об’єктів у морських умовах опорних морських геодезичних пунктів не потрібно. Необхідно тільки знати точні координати початкової точки маршруту і форму поверхні, на якій здійснюється переміщення судна. Шляхом вимірювання елементів руху судна

– швидкості і напряму, неперервним інтегруванням за часом можна знайти весь шлях судна та його положення в будь-який момент часу. Тому такі методи і технічні засоби називають інтегральними. Точність визначення координат автономними технічними засобами залежить від точності вимірювання напряму і швидкості руху судна. Напрям руху визначають за допомогою гірокомпасів, а швидкість – гідродинамічних лагів. Середня квадратична похибка визначення напряму (курсу) за допомогою гірокомпаса оцінюється величиною 0,5°-1,0°. Гідродинамічні лаги вимірюють швидкість руху судна відносно води. Похибка вимірювання в даному випадку має граничне значення 1% від швидкості судна. Для визначення координат автономними технічними засобами необхідно враховувати вплив дії течій та вітру.

Для визначення координат у морі супутниковими технічними засобами і методами використовують два основних методи супутникової геодезії: геометричний і орбітальний. В геометричному методі штучні супутники Землі служать візирною ціллю для одночасних спостережень, які виконують у різних пунктах земної поверхні. Цей метод є основним при створенні єдиної геодезичної мережі Землі. Точність визначення координат цим методом залежить лише від похибок вимірювань, їх синхронізації і геометричних характеристик.

При орбітальному методі штучні супутники Землі використовують як рухомий опорний пункт. Зі спостережень із наземних пунктів визначають параметри орбіти супутника, за якими можна обчислити його координати на будь-який момент часу. Цей метод знайшов широке застосування в навігації для визначення місцеположення судна в морі. Але в даний час для визначення координат судна з високою точністю в будь-якій точці земної поверхні використовують супутникові навігаційні системи. Ці системи представляють собою складний комплекс технічних засобів. В їх склад входять: система декількох навігаційних штучних супутників Землі, які рухаються на

41

оптимально розприділених в просторі орбітах; ракетний комплекс для виводу навігаційних штучних супутників Землі на орбіти; командно-вимірювальний комплекс, що включає мережу наземних вимірювальних пунктів, командновимірювального пункту, обчислювального центру і пункту керування; супутникова навігаційна апаратура, що розміщується на судні.

Супутникові навігаційні системи є найбільш перспективним засобом геодезичної прив`язки морських робіт. За допомогою сучасних супутникових навігаційних систем можна визначати місце судна з похибкою до 10 м але не більше 200 м в будь-якій точці Світового океану.

42

Розділ 3. Оптичні методи визначення координат об’єкта на морі

3.1. Визначення місцеположення судна оптичними методами

При виконанні геодезичних знімальних робіт на морі координати судна визначають різними методами. У межах прямої видимості визначення координат рухомих знімальних суден здійснюється оптичними (візуальними) методами. До цих методів належать: методи визначення місцеположень засічками, методи пеленгації і астрономічні методи. Перелічені методи знаходять застосування при вимірах, які виконуються оптико-механічною або оптико-електронною апаратурою. На даному етапі значення оптичних методів для прив’язки морських знімань та досліджень дещо понижується. Проте в ряді випадків, наприклад, при виконанні робіт поблизу берегів або острівних пунктів, при прив’язці галсів радіогеодезичними вимірами та інше, такі методи продовжують застосовувати. Слід зазначити, що визначення місцеположення в морі за допомогою теодолітів має високу точність. Однак такі визначення громіздкі та малопродуктивні. Їх ефективне використання можливе тільки при чіткій організації робіт та наявності надійного польового контролю.

Методи засічок застосовують при виконанні геодезичних робіт у прибережних акваторіях при наявності на березі достатньо розвиненої мережі опорних пунктів або достатньої кількості орієнтирів із відомими координатами. Визначення місцеположення судна в даному випадку виконується із застосуванням прямої, оберненої, полярної, лінійної та комбінованої засічок. Слід зазначити, що характерним для всіх видів засічок є синхронність виконання вимірювань, призначених для визначення координат рухомого об’єкта.

У загальному випадку пряма кутова засічка передбачає одночасну засічку судна, що знаходиться на галсі, мінімум двома теодолітами, які встановлюють на опорних берегових пунктах планової основи знімання. Для забезпечення одночасності виконання вимірювань на цих пунктах застосовують засоби радіозв’язку. Опорні пункти в даному випадку вибирають із розрахунку найбільшого огляду району робіт, а кути засічок (рис. 14) не повинні виходити за межі 20о-160о, щоб задовольнити точність геодезичних вимірів у морських умовах. Пряму засічку застосовують при віддалях між опорним пунктом і об’єктом визначень, що не перевищують 25 км.

У прямій кутовій засічці вихідними даними є: плоскі прямокутні координати х, у не менше двох опорних пунктів та виміряні в один фізичний момент кути 1, 2. Для обчислення координат рухомого об'єкта Р існує велика кількість формул. Найчастіше застосовують формули Юнга (формули котангенсів)

43

або формули тангенсів дирекційних кутів напрямів з опорних пунктів на об’єкт визначення

P (x, y)

а) між трьома опорними пунктами з вимірюванням двох суміжних кутів 1

і 2 (рис. 15а); б) між двома парами опорних пунктів з вимірюванням двох несуміжних

кутів 1 і 2 (рис. 15б).

Обернену засічку застосовують у межах прямої видимості від рухомих об’єктів. Обернену кутову засічку застосовують при віддаленнях рухомих

44

об’єктів від пунктів наведення до 25 км. Вихідними даними є: плоскі прямокутні координати х, у не менше трьох опорних пунктів та виміряні кути1, 2. Для обчислення координат рухомого об'єкта P можна застосовувати формули Кнейссля:

Для випадку двох пар опорних пунктів застосовують формули

У поданій системі рівнянь невідомими є: - дирекційний кут напряму р,1 та хр і ур – координати рухомого об’єкту Р на морі. Розв’язавши ці рівняння, отримаємо координати рухомого об’єкту Р.

Рис. 15. Обернена кутова засічка

45

Спосіб комбінованої кутової засічки передбачає одночасне визначення кута секстаном на рухомому об’єкті Р і напряму з берегового теодолітного поста (рис. 16). Цей спосіб використовують у випадку, коли неможливо вибрати зручну комбінацію опорних пунктів для оберненої засічки і недостатньої кількості приладів і спостерігачів для прямої засічки.

Рис. 16. Комбінована кутова засічка

Координати рухомого об’єкта при виконанні комбінованої засічки отримують за формулами

Щодо останніх двох засічок необхідно зауважити, що останнім часом їх більше не застосовують при виконанні геодезичних робіт у морських умовах. Пояснюється це появою новітніх технологій та приладів, що дозволяють з більшою точністю проводити визначення при вирішені поставлених задач.

Суть полярної засічки полягає у визначенні місцеположення судна шляхом одночасних вимірів віддалі S і напряму (дирекційного кута ) з опорного пункту 1 на судно P (рис. 17). Віддаль вимірюють віддалеміром, а напрям – теодолітом. Координати судна обчислюють за формулами

xP x1 S cos , yP y1 S sin .

46