автореферат диссертации по геодезии, 05.24.01, диссертация на тему:Исследование и разработка пространственно-временных методов учета влияния вертикальной рефракции



Центральный ордена «Знак почета» научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии им. Ф. Н. Красовского

1ижегородский ордена Трудового Красного Знамени [нженерно-строигельный институт им. В. П. Чкалова

На правах рукописи

ОБОЛЕНСКИЙ НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ Итсйй^г-"*

УДК 528.02

СЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ УЧЕТА ВЛИЯНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОЙ РЕФРАКЦИИ

Специальность 05.24.01 — Геодезия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва—1991

,> I

■ .- ( - . 1 Т" '■ .-* / *

Работа выполнена на кафедре инженерной геодезии Нижегородского ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительного института ни. В.П.Чкалова.

Научный руководитель - кандидат технических наук Ы.В.Шульыш

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Е.Г.Бойко, кандидат технических наук I).С.Галкин.

Ведущая организация: НйжегородТйСШ

Защита диссертации состоится 51Н8сю_ 1992 г.

8 часов ОО мин. на заседании специализирован-

ного совета K-023.0I.0I в Центральном ордена "Знак Почета" научно-исследовательской институте геодезии, ааросьеыки и картографии им. Ф.Н.Красовского по адресу: 126413, Москва, А-413, Онев-ская, 26, ЦНИИГАиК.

С диссертацией ыокно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан ■ —/ ■ //С1991 г.

7

Ученый секретарь специализированного совета

В.А.Таранов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Область исследования. Срдержаниз диссертации составляпт ре» зультаты исследований и разработки пространственно-временных методов учета влияния вертикальной рефракции на результат геодезических измерений.

Актуальность ^ецы. В последние года ведутся интенсивные исследования оптической и радио рефракций. Возросший интерес к ним вызван широк™ использованием оптических (в том числе лазерных) систем связи, дальномзтрии и локации в земной атмосфере. Изучение Движений земной коры й прогнозирование землетрясений на основе различных высокоточных геодезических измерений также связаны с решением проблемы рефракции. Практические потребности сегодняшнего дня диктуют повышение точности при оценках или измерениях углов рефракции и разработку эффективных методов учета к прогноза рефракционных искажений в различных географических условиях, при различных метеоусловиях:, в лнбое вреяя суток п года.

Известны многочисленные попытки ресзнил отсеченной проблемы для различных видов геодезических измерений и мокко отметить опро® деленные достижения. В разработку теории рергикальной рефракции в последние три десятилетия значительный вклад внесли советскио ученые: А.А.Избтов, Я.П.Пеллкнен, Ы.Т.Прялепкн, К.В.Каэвнммй, И.Ф.Куштии, А.Д.ОстровскиП, Н.В.Яковлев. Однако, нёсиотря на это, актуальность задачи повышения сочности результатов геодезических измерений посредством более качественного и эффективного учета рефракционных влияний остается.

Лельо диссертации является:

- определение прогрессивных методов учета вертикальной рефракции и направлений дальнейшего их развитая;

- разработка новых и совершенствование перспективных методов решения рефракционной проблемы;

- исследование точности пространственно-дисперсионного мето-.да (ПДЯ);

- исследование точности корреляционных методов рефрактометрии;

- исследование зависимости тропосферной рефракции 9т длины влектромагиитаой волны.

Методы и объема исследований. Для обеспечения экспериментальных исследований были созданы специальные рефракционные базисы, включающие трассы от 1 до 14 кы, в Горьковской и Московской Областях, где с 19Э? по 1990 гг. было измерено более тысячи углов рефракции в различных метеорологических условиях. Часть измеренных углов рефракции оптического диапазона выполнено с одновременным измерением аналогичных углов в радиодиапазоне электромагнитных волн С Л » 3 мм). Обработка результатов измерений выполнена на программируемых микрокалькуляторах Электроника МК-56, МК-62 и МК-85 по программам, составленный автором. Кроме результатов собственных целевых измерения, для апробации отдельных методов учета рефракции были использованы известные «атериалы работ ЩШГАиК.

Научная нрви^на работы заключается в следующем:

- определены перспективные направления решения проблемы учета адидния вертикальной рефракции;

- проведены экспериментальные исследования точности пространственно-дисперсионного и корреляционного методов рефрактометрии;

- исследована зависимость тропосферной рефракции от длины адвжтромагнитной волны;

- ¡гротожана методика учета вертикальной рефракции в сетях »р млн гулки* к;

- предложена методика определения угла вертикальной рефракции по измерениям вертикального градиента температуры в точке.

Практическая ценность. Исследования и разработки, представленные с работе, позволяю? повысить эффективность учета влияния вертикальной рефракции и обеспечить более высокую точность результатов геодезических измерений. Изготовленный автором электронный термометр-градиентомер для дистанционного определения температуры воздуха и вертикального температурного градиента с повышенной точностью ( ~ 0.02°С ), дает возможность сопровождать высокоточные измерения качественной метеорологической информацией.

Реализация результатов исследований. Отдельные разработки и практические рекомендации автора наши применение при производстве полевых работ в Горьковском филиале института Гипродорнии, что подтверждается соответствуете!! справкой. Разработанная методика учета вертикальной рефракции в сетях триангуляции внедрена в Горько вТОСИЗв, что подтверждено актом о внедрении НИР. Изготовленный автором электронный термометр-градиентомзр в опытном исполнении принят к использованию Московским аэрогеодезическим предприятием для обеспечения метеорологическими данными высокоточных спето-дальномерных изкерений.

Апробация работн. Оснодаыз результаты работы докладывались автором на пята научно-техническтос конференциях о гг.Тюмени, Калинине, Горьком, Владимире и Новосибирске э 1986-1990 гг.

Публикаций. Результаты исследований опубликованы в Ц-ти статьях, {¡гтьиз которых в соавторстве.

Связь рабрт^ с плешами ЩР,. Основная часть исследований автора выполнена в рамках хоздоговорных работ на кафедра инженерной

геодезии Нижегородского инженерно-строительного института им. В.П.Чкалова по теме "Гравилат".

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, • трех Глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержание работы изложено на 142 машинописных страницах, иллюстрировано 20 таблицами, 43 рисунками и приложением. Список литературы включает 92 наименования, из них 4 на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ °

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулированы цели и направления исследований.

Глава I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ УЧЕТА ВЛИЯНИЯ ВЕРШАЛШОЙ РЕФРАКЦИИ НА РЕЗУЛЬТАТЫ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ УГЛОВЬК ИЗМЕРЕНИЙ

В разделе 1.1 даны краткий анализ и классификация методов учета вертикальной рефракции на современном этапе. Отмечены как определенные достижения в решении рефракционной проблемы, так и возрастающая актуальность продолжения исследований и разработок.

Известные методы учета вертикальной рефракции разделении на две основные группы: А - прямые (непосредственные) и Б - косвенные (посредственные); Дальнейшая дифференциация методов представлена в вести основных направлениях: А.1 - инструментальное, А.П - геодезическое, БД - метеорологическое, Б.П - методическое, Б.Ш — корреляционное, Б.1У - комбинированное. Всего выделено 23 метода, которые показали на схаме (приложение I). Отмечена сущность отдельных методов, основные недостатки и перспектива дальнейшего развития.

Дай ее в паргоИ гше подробно изложены особенности наиболее пэрслекгмьаых нАлрАьлений м методов.

В разделе 1.2 огранены особенности турбулентных методов рефрактометрии и их анализ. Видимые в фокальной плоскости трубы гоодезн-" ческого прибора колебания изображений позволяют определить угол вертикальной рефракции из следующего выражения:

г, -ь0,055 Ц)

гдо: - амплитуда колебаний;

I) — диаметр объектива зрительной труби;

й/^У-универсальная функция, зависящая от числа Ричардсона;

£ - эквивалентная высота виэ1фного луча;

^ - длина трассы;

Рн - нормальная (адиабатическая) составляющая угла рефракции.

Слабым местом формулы (I) отмечается зависимость от функции значения которой при устойчивой стратификации

могут практически изменяться в пределах от 0.4 рэ 1.5. При недостаточной стратификации функция г?//?^/ярс;ст1гчсски постоянна п будет 1.55, Тогда для 2? = б см икеам

В формуле (2) знак О"" соответствует знаку ^ - аномальному градиенту температуры, а при = 0 колебания изображений • отсутствуют. Колебания изобретший также, ютут отсутствовать к при инверсии температуры в безветроннуо погоду, а ото значит, что в этих случаях метод не работает.

В случае работоспособности катода расчетная точность учета рефракции для оптимальных условий оцекиваатся — 3.0я при измерении длин сторон до 10 км, эквивалентных виеот от 3 м до 50 ы и из 6-ти приемов угловых иэмергшй.

е

К турбулентным отнесены также методы, основанные на определении теы или иным способом структурной характеристики показателя преломления воздуха Сд.

В конечном счете для определения углов вертикальной рефракции требуется знать геометрические характеристики трассы (профиль), интегральные значения С^, а также стратификацию атмосферы по функцииДостигаемая при отоа точность не превышает » 15^.

В раздела I.3 рассмотрены особенности пространственно-временных методов рефрактометрии, основанных на строгих геометрических соотношениях между измеряемыми и искомыми параметрами. Анализируя изцветные методы, использующие отмеченную зависимость, взят один иэ способов определения частного угла вертикальной рефракции, разработанный Островским А.Л., сущность которого заключается в следующем.

При наблюдении зенитных расстояний на одну точку с двух высот можно определить разность углов вертикальной рефракции на" пункте. Для этой цели измеряют расстояния £ и до наблюдаэ-иоП цели и вертикальный базис в (превышение мевду высотами инструментов), после чего определяют угол Д , являющийся разностью теоретических значений зенитных расстояний ¿Г/ и . При этом окончательная формула частного угла рефракции при $ будет

где: -Ггг; ; .

(3)

Таким образом, частный угол вертикальной рефракции определяется без интегрального градиента температуры по трасса.

Из анализа установлено, что описанный способ обладает существенном недостатком, который заключается в следующем.

Из формулы (4) для ср.кв.ошибки определения /¿^ путем дифференцирования имеем

где: » ^ ¡Я , « ^ ;

- аномальная часть угла рефракции.

Таким образом, при реальных значениях величин ¿р, = 0.9, 0.84 будем иметь

— ТОО4

. 0.084 — 84". Таким обрязом, погреиность определения рефракции близка к значении самой рсфракцил.

Кроме этого, другой недостаток заклочаегся в том, что с конкретный комент измерений наблюдатели неизвестно, действительно ли ревизуется соотношение = А^/А^ ■ Таким образом, метод бесконтролен.

Из изложенного сделан вывод о необходимости поиска болов точного и наделного определения коэффициента ^ или отношения аномальных частей угла рефракции. •

Решение поставленной задачи выполнено в разработке пространственно-дисперсионного метода, который более подробно описан в главе 3.

Далее рассмотрены зависимости углов рефракции,.нмевдив строгий геометрический смысл, в частности, на отношении функций рельефа. Для обеспечения высокой точности определения углов рефракции установлена важность увеличения "X разности, реализация которой проще решается в случав выполнения измерений с вертикального базиса (разнесенный прием).

Даны выводы формул четырех основных вариантов решения рефракционной задачи геометрическим методом, где справедливы соотношения

Ctxtf CesfA-Qj _ ^ ~ емСРА-Ъ) ** >

и общим является использование зависимости

В0 = ¿z ¿гп/5" , (7)

где: $ ¿'ft/ истинныа и измеренные углы наклона;

- измеренные дальности;

Q0 - вертикальный базис.

Из представленных примеров оценки точности показано, что достигаемая точность метода примерно равна 2" без учета инструментальных и других ошибок систематического характера.

Б разделе 1.4 отмечено влияние уклонений отвесных линий для взаииообратных зенитных расстояний, имеющее в каждой конкретном случае определенное влияние на погрешность определения полного угла рефракции и его составляющих /}, •

Глава 2. ИССЩОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОС1РАНСТВЕНЯО-ВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ УЧЕТА ВЛИЯНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОЙ РЕФРАКЦИИ.

Вторая глава включает четыре раздела, представляющие организации выполненных экспериментальных исследований и разработку перспективных методов учета вертикальной рефракции.

В разделе 2.1 содержится описание экспериментальных геодезических полигонов с детальной их характеристикой и технологией создания. Даны шшо с грации отдельных профилей рефракционных базисов к прмбсрса, использованных для их создания. Приведены фрагменты результатов акаперкментальншс изыерекий и расчетов.

В разделе 2.2 дана дальнейшая разработка вариантов геометри-еского кетода коррекции влияния рефракции с детальным анализом оценкой точности предстапленных формул. Рассмотрены различные арианты схем геометрического метода, Отмечается, что изложенный еометрический подход к проблеме рефрактометрии является доста-■очно строгим и позволяет учитывать влияние вертикальной рефрак-рш на результаты определения углов с погрешностью в несколько :екунд. Применение его эффективно особенно в горной честности на ■еодинамических полигонах для достижения высокоточных результатов [змерений, не требующих учета уклонений отвесных линий, поправок >а превышение квазигеоида и других погрешностей систематического характера.

В разделе 2.3 исследована точность нивелирования наклонным 1учом с вертикальным базисом для четырех разработанных вариантов эпределения отметок недоступных точек, обусловленных выполнением экспериментальных исследований. Получена формула определения от-четки точки Р от исходного репера /^о в виде

Ир '¿¿//гф* / / , (8)

гдэ: б - длина вертикального базиса;

• ¿Л - зенитные расстояшя на верхний и нижний концы базиса;

- расстояние от точки Р до нижнего конца базиса;

С - высота инструмента; /^т^ - отметка репера (исходной точки ).

Аяализ оценки точности позволил установить ожидаемую точность нивелирования и выбирать оптимальные параметры принятой схемы. Разработка сопровоздается практическими рекомендациями а примером расчета на микрокалькуляторе "Электроника !£С-521*.

В разделе 2.4 рассмотрен учет вертикальной рефракции с сетях триангуляции по методу М.М.Извекова, отмечены известные его недостатки и представлен новых "дифференцированный" подход решения етой задачи. Сущность предложенного метода основана на раздельном и последовательном исчислении составляющих (частей) угла вертикальной рефракции и коррекции каждого измеренного зенитного расстояния. сторон сети триангуляции. Общая формула имеет вид

Л V , (9)

где: ¿г ¿0 - измеренное и исправленное зенитное расстояние; ^ - поправка за кривизну Земли;

^ - нормальная (адиабатическая) составлявшая часть угла рефракции;

- аномальная составляющая часть угла рефракции; ¿Л «• поправка за разность высот пунктов;

А и - поправка за уклонение отвесных линий. Большинство поправок в расчете особых трудностей не вызывает и определяется известными соотношениями

Л _/0"

где: - горизонтальное проложение длины стороны, выраженное

в км;

- средний радиус Земли для точки на середине стороны. Нормальный угол рефракции - адиабатическая составляющая для

случая обеспеченности метеоданными будет

, Ш)

где: Р - давление воздуха в мм рт.ст.; Т - температура в кельвинах (К).

В случав отсутствия метеорологической информации можно допустить

¡* • 2.266* , (12) что соответствует коэффициенту рефракции » 0.14, т.е. среднему значению. Погрешность указанной замены (II) на (12) обычно но превышает десятых долей угловой секунды, а при неблагоприятных условиях менее 2". Поправка за разность высот начального и конечного пунктов стороны

где: ^ - превышение концов стороны в км.

Поправки за уклонение отвесных линий ¿1/ могут вводиться только в особых случаях, когда имеется возможность их определения. В равнинной местности при отсутствии аномалий эти поправки й^ли. на превышают одной угловой секунды, поэтому ими можно пренебречь.

Теперь для каждого направления сети находим аномальный угол полной рефракции

/во°-¿„„-¿ойр-г^-г^ {14)

Дальнейшее решение задачи сводится к разделению слагаемых аномального угла полной рефракции ' ^^а 5«

Учитывая одновременность измерений зенитных расстояний на каждом отдельном пункте, найдем средний аномальный угол рефракции из следующего выражения _ _

— < с Л! ~~ ауо

То-есть ддя каждого пункта саги средняя величина аномального утла рефракции ( Га ) равна разности удвоенной суши аномальных углов полной рефракции смежных сторон (2 ) и сушы соответствующих углов для сторон, окружающих определяемый пункт ('¿Г

деленной на удвоенную разность двойного количества смежных и окружающих: сторон - 2 'П ), где т - количество смежных сторон, Г1 - количество окружающих сторон.

Рассматривая средние аномальные углы рефракции как величины аномального вклада рефракции на конкретном пункте, для каждого направления сети получим остаточные погрешности

. 116)

пропорциональное распределение которых определяет их окончательное значение

^ . 47)

Апробация предлагаемой методики на производственном материале подтвердила ее эффективность и установила повышение точности ~ Ж.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ МЕТОДОВ

таРАктекагим

В разделе 3.1.1 исследуотса ьзаикоср^зь пар; :етров траектори! оптических волн в условиях рефракции. Представлены результаты корреляционного анализа для различных вариантов измерений (взаимообратные, с двух вертикально разнесенных точек, на две вертикально разнесенные точки).

Приведенные данные подтверждает ранее сделанные выводы о сильной коррелированное™ углов рефракции, характеризующие либо одну рефракционную траекторию, либо несколько. Для установления этой связи нет необходимости в определении самих углов рефракции, достаточно включать в обработку ряды измеренных зенитных расстояний.

Второй вывод касается методов определения безразмерных параметров и заключается в том, что в снязи со статистической природой как самих измеряемых величии, так и погрешностей измерений, отмеченное постоянство носит статистический характер. Это приводит, в частности, к необходимости корреляционной обработки достаточно больпих рядов измеряемых параметров, а не ограничиваться их отдельными парами, осоС^нно в дневных условиях, когда сами углы рефракции могут не намного превосходить погрешности измерений и даае быть соизмеримыми с ними.

Учитывая сильную коррелированность, ыотао найти зависимость для коэффициентов регрессии от тех или иных параметров для разработки новых методов рефрактометрии. Изложенное следует иметь в виду при анализе экспериментальных исследований отмеченного постоянства, выполняемых в различных физико-географических ,/айонах с участием автора, так и другими исследователями. Анализируя их, мы приходим к выводу о согласии теоретических и экспериментальных результатов.

В разделе 3.1.2 выполнено исследование метода определения частных углоч рефракции для взаимообратных одновременных измерений и разработаны более четкие рекомендации по его применению.

Сущность метода состоит в следувщем. На концах трассы в пунктах I и 2 одновременно измеряет взаимообратные зенитные расстояния в течение времени. Применяют корреляционный анализ к полученным функциям времени и находят

а также средние знавший , • Одновременно измеряют метеорологические параметры - температуру и давление воздуха Т^^, Р^ для вычисления нормальной составляющей углов рефракции по форму-лвШ). Вычисляют средние значения искомых величин:

1ь

угод полной рефракции

нормальные составляющие частных углов

/у"- г64-,/г Л

= л } ,

аномальную составляющую

/ «С /

искомые значения частных углов рефракции

* ~ Хгг" ' А

Влияние разности уклонений отвесных линий при вычислении углов рефракции проявляется в формулах (22), поскольку в общем случае = входит как аддитивная составляющая. Откуда

имеем

ту,/- л^тгЛ';^ (23)

Например, при Кгг'=^'\% * 5",

1.06, =0.12".

При односторонних наблюдениях учет влияния разности уклонений отвесных линий при определении высот необходим и представляет самостоятельную проблему. Однако в ряде случаев, например, в геодинамических исследованиях, когг'1 требуется знать относительные изменения высот, влиянием уклонений отвесных линий можно пренвб» речь:

Геометрической интерпретацией в вида графиков подтверждены выводы основных формул (22). Кроме этого, установлена связь и отличие с аналогичными формулами Островского к.Л., которда дан "новый метод учета вертикальной рефракции с использованием эквивалентных высот прохождения светового луча."

(20) (21)

122)

В работе Островского А.Л. основная формула метода следующая

л. ^У^/'ЧУ

Приняв обозначение

= ¿¡-г /¿rz (25)

и подставив в формулу (24), получим

/J-fa- -r.fr-(26)

Сравнивая формулы (26) и (22), видим их идентичность. Однако ж yék , так как

Ж - величина постоянная t Wtïé ) для конкретной трассы, а К - коэффициент регрессии, определяемый из многократных измерений, осредняет ошибки этих измерений и принимает различные значения (изменяется), что подтверждается результатами исследований дхя разных дней наблюдений.

В ходе апробации данной методики была проведена корреляционная обработка измеренных зенитных расстояний и вычисление частных углов рефракции на известных материалах работы Изотова A.A. и Пеллинена Л.П., а также на экспериментальных материалах, выполненных' (1987-1990 гг.) в Горьковской и Московской областях.

Вычисления включали более тридцати дневных циклов измерений, охвативших широкий спектр различных метеорологических условий и изменений углов рефракции. Все это позволило выявить характер изменений взаимообратных углов рефракции (слагаемых) я оценить точность их определения. Установлено, что частные углы рефракции в зависимости от изменений метеоусловий атмосферы принимает раз-яичные абсолютные значения (например, для трасса 16.9 км от 20 до 185 угл.сек., а для трассы 1.0 км — от 34 да ¿2 утл.сек.). В некоторых случаях слагаемые били примерно раsku между ссбой,

но имеются и отклонения от равенства до £ 13м при отоы независимо от длины трассы. Коэффициент корреляционной связи оказался достаточно высоким - от 0.80 до 0.99. Коэффициент регрессии (К) принимал различные значения от 0.38 до 2.44, что не подтверждает его равенство отношении эквивалентных высот. Таким образом, рассмотренная методика обеспечивает эффективный учет вертикальной рефракции.

В разделе 3.1.3, применяя корреляционный подход, на основе уравнения регрессии, показана возможность определения углов рефракции по смежным направлениям. Дня проверки этой методики были обработаны различные данные, часть из них приведена в специальной таблице. Работоспособность методики подтверждается.

В разделе 3.1.4 рассмотрен корреляционный подход в разработке методики определения рефракции по корреляции между точечным температурным градиентом и зенитным расстоянием.

На основе геометрической иллюстрации и анализа взаимосвязи используемых параметров выполнено уточнение рабочей формулы методики, окончательный вид которой представлен в (27)

4 з?ог /.РТ'* (27)

где: - среднее значение вертикального градиента темпе-

ратуры в точке;

/{г -коэффициент регрессии из расчета корреляции;

£ - длина трассы в км;

Р,Т - среднее значение давления (км рт.ст.) и температуры воздуха (°К).

Точечный градиент температур определяется как вертикальный градиент температуры воздуха в точке наблюдений для средней высоты измерений разности температуры, при этом для определения можно воспользоваться следуют.* выражением:

> -

^ Т^та, ' т

где: ~ температура воздуха на никнем и верхнем уровнях;

вчеота нижнего и верхнего уровней от поверхности __ Земли;

— среднее значение высоты.

Для обеспечения экспериментов метеорологической информацией, г в частности разностью температуры (Тн - Тв), автором изготовлен специальный прибор - электронный термоыагр-градиентомер, позволивший решить эту задачу. Точность измерения разности температуры сос^кла ~ 0.02°С. При этом установлено, что тарирование прибора . с целы) точной установки "градусного масштаба" - абсолютного значения температуры в градусах Цельсия (или Кельвина) не обязательно, т.е. работоспособность формулы (27) не нарушается, так как гра-дч^нт температуры может быть выр&тен в произвольном размере (масштабе) единицы измерения. Экспериментальные исследования методики подтвердили ее эффективность, погрешность определения углов вертикальной рефракции не превысила 10 угловых секунд.

В разделе 3.2 представлено исследование простран ственно-днс-персионного метода рефрактометрии на специальных рефракционных полигонах в Горьковской и Московской областях. Результаты расчета параметров [ЩЫ даны в сводных таблицах.

Во всех схемах измерений имела место сильная, практически функциональная связь между углами рефракции траекторий распространения оптических вал», разнесении* а вертикальной плоскости. При этом снижение степени взаимосвязи в случае соизмеримости зенитных расстояний (углов рефракции) я погрешностей их изиерений, что, как правило, имеет место в дневной период в условиях минимального действия рефракщк.

Коо^; ¡'.цнент пространственной дисперсии Кп в среднем приблизительно в 10-30 раз меньме спектрального коэффициента Ку , рассчитанного дли краев видимого диапазона спектра и достигающего величины Следовательно, при прочих равных условиях во столь-

ко не раз снижаются требования к точности измерения разности углов рефракции Л Л* , что открывает возможность повыаеккя 1 очности определения рефракции.

Таким образом, результаты экспериментального исследЬванкя простр&нстпснно-дисперсконного ыетэдо рефрактометрии свидетельству» т о его объективности и возможности реализации в геодезическом производстве.

В разделе 3.3 даны результаты уникального исследования взаимосвязи вертикальной рефракции в радио и оптическом диапазонах

электромагнитных волн. Описана организация выполненных экспериментов! в период с 1937 по 1989 годы. Рассмотрена связь углов рефракции

изменения коэффициентов преломления воздуха для различного диапазона электромагнитных волн. Отношение связи радио и оптической рефракции выражено коэффициентом

где: К) - коэффициенты спектральной зависимости; £> - абсолютная влажность воздуха;

Р Т ~ давление и температура.

Исследования включали одновременные измерения зенитных рас* • стоящий теодолитом Т^ео-ОЮА (4 приема) и радиотелескопом РТ-7,5 ь режима сканирования. В качестве передатчика служила 60-е« одко-. зеркальная параболическая антенна от генератора миллиметрового диапазона ( А. =3.3 ш). ■ 1

Для изучения взаимосвязи углов рефракции помимо формулы (£9) использовался корреляционный анализ временных рядов зенитных расстояния я . Результаты измерений и расчетов приведены в отдельных таблицах. Установлено, что при распространении электромагнита их волн в приземном слое атмосферы (ПСА) имеет место статистическое постоянство во времени безразмерных параметров, характеризующих рефракционную траекторию, что объяснимо с позиций Теории подобия ПСА Колмогорова-Обухова.

Следствием отмеченного постоянства является наличие сильной корреляционной связи между метеорологическими параметрами и илте-гралг'ыии характеристиками рефракционных траекторий, что позволяет решать задачи рефрактометрии с точностью, достигающей 1-2" при угловых измерениях, а также вычислять рефракцию в различных диапазонах длин волн. При наличии значительных градиентов влажности наблюдается прегьиение оптической рефракции над радиорефракцией, в частности, в диапазоне 3.3 мм. В приземном слое атмосферы может иметь место сильная корреляционная связь между углами рефракции в различных диапазонах. С увеличением влажности эта связь ослабевает.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты диссертационной работы состоя'! в следу»-

аем:

I. Обоснованы перспективные направления решения проблема учета влияния вертикальной рефракции на результаты угловых геодезических измерений. .Признана эффективность пространственно-временных методов учета рефракции с применением корреляционной обработки результатов измерений.

2. Выполнен анализ достоинств и недостатков прогрессивных методов учета вертикальной рефракции с уточнением отдельных тооре« гических положений;

3. Созданы специальные геодезические полигоны (рофракциошшо базисы) для экспериментальной проверки различных методов учета рефракция.

4. Проведены экспериментальный исследования точности прост» раистиенно-диеперсионного и корреляционного методов рефрактометрии.

5. Разработана методика учета вертикальной рефракции в сотях Триангуляции, успешно использованная в геодезической праитиле на материалах городской .триангуляции Го'рьковЗИСйЗа.

6. Предложена уточненная иеюдика определения угла вертикаль-кой рефракции по измерениям вертикального градиента температуры

D ТОЧНО.

7. Изготовлен опытный образец электронного тершметра-гради® снтомора, обеспечивающего дистанционное измерении температуры и вертикального температурного градиента с точностью ~ 0.02°С.

г

8. Исследована зависимость тропосферной угловой рефракции от длины электромагнитных волн для оптического и .радиодиапазснов ( J »3.3 мм).

Основные полосешш диссертации опубликованы в следующих работах:

X. Бйрахович Л.Й.,4Виноградов В.В., Оболенский H.H. Исследование вертикального радиуса корреляция рефракционного поля (ГИСИ, Горький, 1987. - 23 с. Ия.* Биб.15. Рус. Деп.в ВДШШ № 7316-87.

2. Виноградов Б.В., Оболенский H.H. Исследование зависимости тропосферной рефракции от длины влектромагнитной волны (ГИСИ. Горький. 1989. * 23 с. Деп.в ШНШ # 6380-BS9.

3. Оболенский H.H. Методика обработки результатов тригонометрического никелирования // Геодезия и фотограмметрия в порно* деле. - Свердловск. 1988 г. С.70-77.

4. Оболенский H.H. Исследонание точности нивелирования наклонным лучом с вертикальным базисом, // Геодезия я фотограмметрия в горном дела. - Свердловск. 1989,

5. Оболенский H.H. Исследование базисного метода рефрактометрии на горизонтальных трассах // Ге»дезил и фотограмметрия и горном деле. <• Свердловск. 1990. С.14-Ш.

6. Сбслзпский H.H. Об учете вертикальной рефракции в сетях триангуляции /ГИСИ. - Горький, 1990 , 9с, - Деп. МШИ $ 3243-В90.

7. О связи вертикальной рефракции по створным направлениям J Тезисы доклада на региональной научно-технической конференции. Владимирское отделение ВАГО. - Владимир. 1989. С.10-12.

8. Учет вертикальной рефракции в тригонометрическом нивелировании сетей триангуляции / Тезисы доклада на IX съезде ВАГО. -Новосибирск. 1990. С.33.

9. Виноградов В.В., Оболенский H.H., Андрусенко A.M., Мищенко И.А. Экспериментальные исследования методики учета влияния атмосферы при линейных измерениях. // Измерительная техника. -11.1990. №12, С. 14-16.

10. Виноградов В.В., Оболенский H.H. Исследование пространственно-дисперсионного метода рефрактометрии / ГИСЛ. - Горький. 1991. 10 с. - Деп. ВИНИМ )? 1005-Б91.

11. Виноградов В.В., Оболенский H.H. Особенности геометрического подхода к решению проблемы геодезической рефрактометрии / ГИСИ. - Горький. 1991. 16 с. - Дап. ВИНИТИ № 1655-391,

Приложение I

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ УЧЕТА. ВЕРТИКАЛЬНОЙ РЕФРАКЩИ

А. 1.1 - спектрально-дисперсионный, А. 1.2 - одноволновый,

А.П.1 - наклона морского горизонта; А.П.2 - геометрического нивелирования

Б.1.1 - градиентный, В.1.2 - геыпературио-барический, Б.1.3 -коышюхсно-могеорологический, Б.1.4 - подобных преобразований, Б.1.6 - радиационного баланса, Б.П.1 » постоянных коэффициентов, Б.П.2 - взаикообратных наблюдений, Б.П.З - спокойных изображений, Б.П.4 - геометрических параметров, Б.П.5 - уравнительных вычислений, Б.Ш.1 - взаико о братних наблюдений, Б.Ш.2 - базисных наблюдений, Б.Ш.З - градиентных измерений, Б.1У.1 - рефракционного базиса, Б.1У.2 - амплитудный, Б.1У.З - турбулентный, Б.ХУЛ - службы рефракции, Б.1У.5 - геодезического зондирования атмосферы, Б.1У.6 «■ моделирования атмосферы.