автореферат диссертации по геодезии, 05.24.01, диссертация на тему:Исследования особенностей угловых измерений в условиях флуктуационных оптических аномалий в приземном воздухе

Кй1вСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ БУД1ВНЩТВА I АРХ1ТЕКТУРИ

На правах рукопиоу УДК 528.022+551.510

ТКАЧЕНКО АнатолШ Григорович

ДОСЛЩЕННЯ ОСОБЛЛВОСТЕЙ КУТОЗИХ ВИМ1РЮВАНЬ В УМОВА.Х ФЛУКТУАЩйНИХ ОПТШНИХ АН0ИАЛ1Й В ПРИЗЕМНОМУ П0В1ТР1

05.24.01 - Геодэз1я

АВТОРЕФЕРА Т дисартацП на здобуття наукового ступени кандидата технгчних наук

КШв - 1994

Диоертац1ею е рукопио.

Робота виконана в Швоькому ун1вероитет1 in. Тараса Шевчэ}

Науковий кер!вник - кандидат техн!чних наук, професор

Х&РЧЕНКО Андр1Й Семенович

Науковий коноультант - кандидат техн!чних наук, доцент

Б1ЛОУС Володинир Ваоилшич

Оф1ц1йн1 опоненти:

доктор техн!чних наук, профеоор ДЖШН

Богдан Михайлович

кандидат. техн!чних наук, доцент КАВУНЕЦЬ

Диитро Нестерович

Пров!дна орган!зац!я:

Укра!ноьке аерогеодезичне п!дприемотво . ГУ1КК при Каб!нет1 Ы1н1отр1в Укра!ни

Захиот в1дбудетьоя » 7 199^ р. на зао1данн!

опец1ал1аовано1 вчено! ради Д 01.18.02 по.захиоту дисертац!й на здобуття наукового отупеня доктора техн!чних наук при Ки!вськоы Деряавноыу техн!чному ун!вероитет! буд!вництва I архИектури за адреоою: 252037, и.Ки1в-37, Пов1трофлотоький проспект, 31

/ауд. ШГ.^/ »

3 диоертац!вю иохна ознайомитиоь в б1бл!отец! Ки!оького Дер жавного техн!чного ун!вероитету буд!вництва i архИектури за ад реоои: 252037» Яи!в-37, Пов1трофлотоький проопэкт, 31.

Автореферат роз!оланий " ^ " 199 ^ р.

Вчений оекретар опец!ал!зовано! ради д. ф.-ы. н. Киолюк B.C.

ЗА ГА ЛЬНА ХАРАКТ5РИСТЛ1'" -.ОБ"'.

Л в т у а л ь н 1 с т ь I о и и. 3 переходом при топогра-рчному зн1ыанн{ до масштабного ряду В1Д 1:5000 до 1:500 виникла чеобх1дн!оть у п1двищ8нн1 иильност! гводвэично! основи. Роэвиток :в!тлодалаком!рно1 техн!ки оприяв широкому ипровадженто пол1гоно-' матричного методу створання опорних с1ток. Це призвало до зрос-тання питомо1 ваги виы!рювань, як1 виконують у приземному пов!т-рI, найб!лын п!двладноау впливу швидкоплинних турбулентних проце-о!в. В оонячний день коливн1 зобрдкэння вШаленнх предавав на-в!ть неозброениы оком сприйыаються як такЬ що розтягнут! й зм!-щан! по азимуту в отруменях пов1тря. В^ропдно це явите - насл1-док певним опособом ор1ентованих асиметричних короткопер^одичних коливань зображань, що в гаодезичноыу плаг-" ко суть елемент систематичного рефракц!Йного впливу на резуль'иги спостережень. Воно потребуе опец1ального вивчення. В цьому полягае актуальн1сть за-пропоновано! теми роботи.

Мета роботи. Вивчення оптичних властивостей швидко-

плинних турбулентних процео1в, а також розробка, доол1дявння та обгрунтування р8комендац1й, опрямованих на пШищення точност! ку-тових вим!рювань, що виконуються в призамному пов1тр! в умовах аоиматричних короткопар1одичних коливань зображень спостереяува-них об'ект!в.

О о н о в н I завдання д и о о р I а ц 1 а н о I роботи. Анал1з в!тчизняного 1 заруб{ясного досвМу досл1джень кутових опостережень в складних умовах атмосферно! оптики приземного шару пов1тря. Вивчення геодезичного аспекту мехашзыу коли-вального процеоу, який визначае аномальш властивост1 оптики турбулентно! атыоофери. Доол1д»ення оптичних властивостей турбулентних коливань зображань опостеражуваних об*ект1в. Розробка реко-мвндац!й по подоланню рефракц^йно! д1I короткопер1одичних коливань зобранень в!зирних ц!лей у виы1рюваннях горизонтальних ку-т5в.

Методика досл{джень включае теоретично обгрунтування та ^..-парименгальна вивчення основних положень ди-сертацН з використанням опэц!ально розроблених автором приладив те приотро1в I базуеться на загальних принципах обл!ку атмосферного впливу на гоодезичн! виыгри, як1 отримали сучвсний розвиток

- k -

у працях видатних вчених: Большакова В.Д.« Джуиана Б.Ы., 1зотова

О.О., Казаноького Ф.М., Кушт!на 1.Ф., Мещерякова Г.О., Оотровсь-кого А.Л., Пелл!нена Л.П., Прилеп!на Т.М., Раб!новича Б.Н., Тар-тачиноького P.M., Урыаева М.О., Юношева Л.С., Яковлева U.B. та багатьох 1нших вчених i фах!вц!в.

Н а у к о в а новизна р о б о х и по лягав у ол1ду-ючому:

- короткопер!одичн! азиыухальн! коливання зображень в!зованих об'ект!в вперше доол!дкен1 як фактор оиохемахично! рефракц!йно! дП на резулыахи кухових вим!рювань;

- розроблен! й дослЦяен! рекомендацП по оптиыальноиу в!зуван-ню об'ект!в споотережень в уиовах флуктуац!йних оптичних аноиал!й у призеыноиу шар! пов!тря;

- доол!джений опоо!б редукування результат^ вии!рювань горизонта льних кут!в до иоиенту переходу теиператури пов!тря на ы!оце-воот! через середньодобове значения.

Обгрунтован!оть та в!рог!дн!оть хеорехичних вионовк!в ! практичних рекоыендац!й. Науков! положения, вионовки ! рекоиендацП обгрунтован! теоретичными та доол1д-но-екопериментальними розробквыи. В!рог!дн!охь результат!в теорехичних розробок та екоперииентальиих досл!джень п!дтверджувться доол!дно-екоперииентальнии ха виробничиы uaxepianou.

Практична значения робот и. Розроблен! рекоиендацП ыожуть бути викориохан! в геодезичному виробництв! при виконанн! кухових зшПрювань :< уиовах турбулентно! втиоофери приземного шару повИря з метою ин1и!зац11 р!вня нев'язок.

Р в а л 1 s а д 1 я р е 3 / л ь т а т ! в д о о л ! д -жень. Резулыахи розробок викорг ган! в наукових доол!дженнях ла-бораторЛ геодезН, картограф!! и фотограыыехр!! НД4 Ки!воького ун!вероихету !и. Тараоа Шевченк "Топографо-геодезичн! оботежен-ня п!дводних переход!в нафтопровод!в", № держ. реестр. 76015W; "Удооконалення геодезичного контролю за отаном п!дводних перехо-д!в магЮтральних нафтопровод!в", № дерк. рееотр. 72025469; "Те-хн!чна паопортизац!я п!дводних переход!в маг!отральних нафтопро-вод!в з петою впроваджання пер1одичних оботежень", № дерк. рееотр. 0183001330. Розробки впроваджен! також в практику виробництва Спец!ал!зованого треоту "П!дводтрубопров!д". Викориохан! в диоер-тац!! авхороьк! розробки демонотрувалиоя на ВДНГ СРСР та УРСР, де

загороджен! бронзовини педалями.

Ацробац!я робот и. Оснозн! г»олокання I результата доол!дяень допо.' !далиоь иэ: У1 Воеооюзн!й конференцН по тактичному картографуванню ' ¿явдання картогра|!чного забезпечення эхорони природи та довколишнього середовиша СРОР" /Ки!в, 1975/, аауково-техн!чн!й конференцП "Удооконалзькл астрономо-геодезич-яих та фотограмметричних роб!т" /Роотов-на-Дону, 1985/, реопубл!-каноьких науково-техн!чних конференц!ях ! оем!нарах "Геодезичн! та фотограныетричн! роботи в буд!вництвг' /Ки1в, 1977/, "Державна топограф!чне зн!мання в народному государств!" /Ки1в, 1985/, "Удооконалення мвтод!в проведения виоокоточних геодезичних ! фотограмметричних роб!т при побудов! та екоп," 1тац!1 !нженерних опоруд" /Ки1в, 1986/, а такоя наукових конференц!ях профеоороько-викладацького окладу Швоького ун!верс /Ки!в, 1982, 1985, 1988/.

Публ1кац! I. Результати дсслижень по тем! дисертац!! опубл!кован! в 13 друкованих роботах, а ^кож у зв1тах по науко-во-доол!дн!й робот!.

Структура та обояг роботи. Дисертац!я окладавтьоя з вогупу, трьох розд!л!в, вионовк!в та б!бл!ограф!!. Загальний обояг роботи окладав 133 отор., в тону числ! 14 кал. та 21 табл. Спиоок л!тератури включав 117 найменувань.

311 ЮТ РОБОТИ

В о т у п. У вступ! обгрунтован! актуальнють проолеми, доц!-льн!оть ! необх!дн!оть проведения досл!дязнь, наШчен! мета Й завдання теоретичних та екопериментальних доол!джень.

Р о з д 1 л I. Наведен! загальн! в!дои ост! про рефракц!в, II окладов!, фактори утворення та нехан!зи д!I.

На результати вшПрювань горизонтальних кут!в деформуючою дЬ вю впливвв б!чна рефракц!я. Формувтьоя вона п!д впливом рефрак-ц!Йних пол!в, неок!нченна р!зноман!тн!оть яких спричинюеться складною взаемод!ею оонячно1 рад!ац!! з п!дстеляючою поверхнею. Роз-р!зняють три основн! типи пол¡в рафракц!I: загальноземне, рег!о-нальн! й топограф!чн! поля. Наступним елеыентоы класиф!кац!1 ио-же бути вид!лене турбулентна поле рефрзкцН.

Д!Йоно, обумовлен! множинн!отю ! д!нам!змоы структурно одно-р!дних турбулентних утворснь ка шляху проиеня, виоокоампл!тудн!

- б -

флуктуац!йн! оптичн! аномал!! п!д б!чною д!ею град1ент!в метеое-лемент!в атмоофери набувають аоиметрично1 форми. Завдяки 1нерц12 ока виникае ефект розтягування зображення, який модулюючим фактором накладавтьоя на короткопар!одичн! коливання. Аоиметр1я процеоу призводить до аы1щвного оприйняхтя положения ооi в!зирного проме-ня. Наол1док - оиотематичн! похибки вим!рювань, як! мають рефрак-ц!йну природу.

Огляд доол!джень б!чно1 рафракцН показуs, що згадана похибка не в!дображена в !онуюч!й тэорЛ, обмежен!й наближеною !нтерпре-тац!вю отатиотичних влаотивоотей поля показника эаломлення в тур-булонтн!й атмоофер!. Оотанне негативно в!дбивавтьоя на розвитку метеоролог!чних, компеноац!йних та рефрвктометричних метод!в подола ння д!I рефракцП. Натом!оть в практику виробництва впровад-жуютьоя иетоди ulHiulaauil, як1 забвзпечують лише частковий ефект зниження р!вня рефракд!йного впливу на резулыати вим!рювань. Подальше роаширення анань про б!чну рафракц!ю вбачаетьоя в поглиб-леному вивченн! турбулентного фактора 1 розробц! ефективних заоо-б!в подолання його дН на геодезичн! опоотереження у приземному шар! пов!тря.

Р о 8 д I л 2 м!отить теоретичн! передумови доол!джэнь турбулентно! рафракцН.

Рiвняння рафракцН ыоже бути виведэне з умови в!зуального зм!щення зображення джерела променя в процео! галоилення на не-ок!нченно тонк!й маж! двох оаредовиц. На нал. I точка 0 - джаре-ло, а А - приймач в1аирного променя. В точц! А пром!нь проходить о'" Л п!д кутом V через поверхню S под1лу

даох 1аотропних оередовищ Р, ! рг • як! /уСг р< мають р!зн! оптичн! характеристики /л, !

____ni пг/. За принципом Пойгеноа хвильова по-

5 верхня о"А'8азнае деформацП /0'"А'/, що \ р в1д!б*втьоя у в1зуальному оприйнятт! ¿г / * опоотер!гачем точки випром!нення 0 в по-

уг й ложенн! о', тобто niд кутом г , опричине-

/ ним рафракц!ею. Позначивши 0А= S ,0 А=

Цвл.1. В lay а льна ам!щен- = S° та . одержимо

ня эображення джарела про«1 t-fi-^^n-ctgV f\j

меня в процео! заломлення.. Вивчення на оонов! закону Снелл!уоа

умов галомлення близьких за напрямком

промешв показуе, що переважаючим у формувашп кута рофракцiI е фактор заломлення на осташпй входженням проыеня до приймзчя nasi подглу середовищ. Якщо такою межею е динамi4Ha повархня турбулентного утворення, npwpiCT , спричинений поточниии з:пнаыи opieHTauii заломлюючо1 nosepxHi, перетворить р^вняння /I/ до ви-

гляду ^fw^-jr^o, /2/

збо якщо прийняти iv =90°, одержимо змшну чаотину

аиразу /2/ в дифзреящалыпй форыi

<±г - -ьп-dv /3/

Ргвняння /3/ показуе, що динагпчна складова рефракци заложить Bifl 3UiH ф!зичного стану та просторово! ор!ентацП турбу-лентних утворень.

Ф1зичну !нтерпретацш процесу заломлення в атмосфер1 BiflTBo-рюють на OCHOBI 33K0HiB газового стану формулою

grace ns = - ^llgrccd Т - -^gradP - grade, /4/

де gracins - град1ент показника заломлання атмосферного noBiT-ря ns, a gradTfр, е) - в5дпов1дно град!еити теыператури г/тис-ку р та вологост1 е / noBirpH.

BifloMo, що визначальну роль в формувашп gradn. вШграе теыпературний фактор. За Teopieio розповсюдження тепла в турбулентна атмосфер! ¡стотного значения набувають поля м^ропульса-Ц1й температури та пов'язано! з нею вологос^. Вони переносяться з деякою оталою швидк1стю без зм1ни внутршньо! структури, rino-тези про будову яко! носять статистичний характер.

За данный М1кроыетеорологП уявляеться BiporifiHoro сл1дуюча модель турбуленци. Зароджеш п:д впливом сонячно! радхаци на меж1 31ткнення атмосфери з п1дстеляючою поверхнею квазшошчш вихровi утворення при переыщеннг в пол! сил rpasiiaцП аають до-статей запас енергп, щоб не бути ыиттево поглинутими оточуючин середовищеы. Зив1льнена енерггя притягуе до op6iTH спгралевидно-го BHcxiдного руху частки оточуючого nosiipH. Вихор розширюеться, поступово втрачаючи швидк1сть i енергш. Деякий час bih ще 36epi-гае свою структуру, але поступово зыгшуеться з ыасою залиишв таких же утворень. його ядро завдяки вив^льнешй енергП HarpiToro пов1тря й водяно! пари мае ыеншу густину, a BiflnoaiflHo й показ-ник заломлення в пор^вняшп з довколишшм середовищеы. Поверхня

контакту ядра з оточуючиы пов!трям набувае залоылюючих властиво-отей. Множинн1СТь та динаШзи турбулантних утворень визкачають Н9ст!йк1оть зображень об'екИв в!зування, 1х короткопергодичн! коливання по висот1 та азимуту.

ttuoBipHi два вар1анти коливального пронесу. Парший - коли Bi?.-сутне бокове парамщення турбулантних утворень. Завдяки випадко-bocti процесу зароджання вихор!в коливалькив рух нзбувае в ц1ло-му хаотично! структур«. В другому вариант!, зззнаючи б^чного ти-ску й завдяки щ!льному приляганшо вихори парам!цуютьоя по виохгд-Н1Й похилгй. Заломлення в1дбуваеться на однотипно деформованих б1чною д!ею повархнях, hki одна по одшй зм1щуються 3i сталою швидк!стю по азимуту. На зм^ну променю, то вже зазнав розгортки на попарадн1Й поверхн!, "пливе" !нший, виключивши i3 зорового сприймання зворотний рух. Така струмишпсть створюе ефект упоряд-кованих асииетричних коливань, hki у в!дпов1дност! з формулою /3/ cnpouoaHi призвасти до пооилэння систематичного впливу рефракц!й-но! природи на результати спостеражень.

Розглянемо особливоот1 загального ходу темпаратури пов1тря на piBHHHHia MicuaBocTi. Для деяког висоти Н над земною поверхнею цей xiд ноже бути описаний р!внянням

T(t, н) = Т(н) + т0 (н) ■ Cos (оу t * <р) , /5/

да Т(1,н)~ поточне значения темпаратури пов1тря в зазначен!й точ-n,i, т(н) - и сервдньодобова величина, т0ш) - аыпл1туда добо-вих коливань температуря, <*i-=2S?/n - кутова швидк1сть добового обертання Земл1, П - nepiofi коливань /доба/ i У - початкова фаза. Температура пов!тря на один i той же момент часу в точках за-даного шару пов1тря е пох^дною в^д ф1зичних властивостей повар-хонь, пхдстеляючих точки зондування, насл1дкоы чого е В1дм!ни в значениях т0(н) в цих точках. Р!зноампл1тудн1 графики температурного ходу в згаданих точках, п!дпорядкован1 одн1й i Tift же коси-НуС01Д1, будуть ПврехрвВДВаТИСЬ В ЫОМеНТИ, ДЛЯ ЯКИХ T(t,H)-T(H) . Породжен! р!зницею аыпл1туд горизонталь^ град1енти темпаратури пов1тря, п:дпорядкован1 тип же принципам загального ходу, в за-значан1 ыоыенти будуть зд1йснювати nepexifl через нуль.

Отже, серадньодобове значения темпаратури в певноыу mapi по-В1тря для атмосфари ргвнинних територ1й е своер1Дним температур-ним фоном з притаыанниыи йоыу властивостяии - ыакро пер! одичн^тю та в!дносною стал1стю в час! й над значними Д1лянкаыи uicqeBocTi.

Базуючись на вищезазначеному, мояна прийняти, що довгопер!одич-на складова рефракцП, сформована ыетворолоПчниии факторами стану атмосфера, в добовому ход! наследуя за структурною побудо-вою теыпературний граф1к з переходом через нуль поблиэу моменту переходу температуря через середньодобове значения в шар! пов!т-ря, що uicTHTb в1зирний npouiHt

Р о з д i л 3 присвячений експериментальним доол!дженням ко-роткопер:одичних коливань зображень в1зирних ц!лей як фактора ре-фракцхйного впливу на результат« кутових опостережень.

Вивчення оптичних властивостбй коливних зображень об'ект!в було розпочато дослиженням над!йност! в1зування в приземному по-bítpí евр1с-1Ичною вибгркою центру коливань. У досл!д! було запро-поновано використати лШйний !ндикатор - насадку-компеноатор горизонта лышх зм11день зображень В1зирних ц!лей. Основу наоадки складае мехашзм плоскопаралельно! пластинки, ось обертання яко! розташована вертикально i в робочоыу положешй сп!впадав з зобра-женням вертикально! нитки зорово! труби теодол!та. Ф!коований поворот пластинки 3Miiuye зображення в13овано! точки в горизонталь-н!й площиш в1днооно початкового положения на в!дстань, що вим!-рюеться за допомогою Шкроыетру. Осереднений результат допом!ж-них наведень насадки в пол! зору нерухомо! труби теодолИа дозволяв визначити поправку до результату початкового втзування.

Екоперимент проводився в Киаво-Святошинському район! /в м!к-рокл1матичних уыовах заплавних лук!в р. Буча/ в червн!-липн! 1983 року переважно в тиху сонячну погоду. За базовий прилад правив теодол1т ТБ-1. В1зирною ц^ллю служила марка з вертикальниы в!зир-ниы штрихом /розсувним/ на широкому б!лому пол1, що забезпечувала найб1льш наочне уявлення про характер азимутальних коливань зображень серед випробуваних тип!в марок.

Марки розташовувались на в1дотанях 50, 100 i 200 м горизонтально! д1лянки так, щоб в!зирний npoMiHb проходив на висот! 1,4-- 1,6 м в!д п1Дстеляючо! noBepxHi. Прилад i марки досить ретель-но ¡зольовувались bíд пряно! oohhmhoí pafliauif. Вим1рюзання вико-нувались сер'ями по чотири прийоми /¡плыисть наведень в прийом! визначалась лачими лабораториях досл1д;кень насадки/ на початку парних гидин .шсл!довно з 8.00 до 20.00 по кожн!й ¿-Ндотан!.

Математична обробка результат вим!рювань показала, що ам-пл!туди середн1х вхдхиленъ допоы!жних в1зувань в!д початкового

на перевищують в перерахунку на кутов! м1ри Од", а середн! ква-дратичн! похибки зроотають в кваз1л1н!йн1й залежност! в!д зрос-хання теыператури повхтря 1 В1дстан1 до спостережувано! марки. Варта уваги тендешпя до одноб1чност1 В1дхилень, що наслмувала визуально спостережуваний напрямок "течН" коливань. Подальип аналогппп доол1дження в умовах м{ста, поблизу шосе та Л1Сооыуг П1дтвордили цю тендешию. 1мов1рна причина - звикання ока до на-прямку'Чечп" коливань при розтягуваши процесу в!зування.

Одкочасно проводилось акпл1тудне вивчення струыинних коливань за допоиогою оптичного приладу з! специальною сгткош ниток /гре-бшцеы/. Спостарежэння коливань в с1тц1 параледьних вертикальних Л1Н1Й носили як1сний характер I дозволили розчланувати ыехашзм процесу. 31 сторони, повернено! в бгк напрямку"теч1!" /зав1тряна/ аыпл1тудн: в1дхилення максимальн1 I носять переважно безладний, хаотичний характер, ыаючи часом коротк1 ампл{туди, а то нав1ть дроблячись, в1дриваючись вIд основного зображення I в1дносячись далеко в бис. 3 протилежного /нав1тряного/ К1нця ампл1тудн1 В1Д-хилення мШмальнг й нгби натикаютьоя на перешкоду, лише зр1дка долаючи П. Зорово це сприймаеться як ефект розтягування зображень об'ект1в струыинними коливаннями й асимьтрхя осташпх.

К!льк1сн1 характеристики коливального руху вивчались за допоиогою насадки-коипенсатора. Досл1дженню п!длягали ос1 кшцевих зон В1дхилзнь /и Шмальних та максиыальних/, а також аышптудна ось коливального процесу. ВтПрювання проводились в серпш 1983 р. за схемою, яка складалась з трьох груп спостер ¿инь /по К1ЛЬК0СТ1 згаданих осей/. Окрема сергя ЕИМ1рювань в кожкч- груП1 включала по 36 наведень з ф1ксац1ею в1ДЛ1К1в I проводилась в межах 8-10 хвилин. Обробка сер!й ймов!рно-статистичниы методом показала, що результати вимН^вань не суперечать закону нормального розпод^лу, й п1дтвердили ^,;явн1сть ефекту розтягування коливного зображення, асиметричного в н&.л.шмку "течП" коливань.

Досл1Дження д!I згаданого ефекту на результати кутових вим!-рювань були проведен! в ход1 апробацП варганпв вибору оптимально! ос{ в1зування при спостерекеннях коливних зображень об'ект^в. В якост1 вар1ант1в спостер!гались ос 1 мшмальних та максиыальних В1дхилень, а також ампл^удна ось коливань. Для проведения експе-р^иенту була обрана така горизонтальна Д1лянка м1сцевост1 з одно-

Ндною гпдстеляючою повархнею, цоб весь випробувальний подгон эозташовувався в мекзх д!I одного топограф1чного поля рефракцИ эбмежене пут1вцеы узл1сся пгвденно! експозици/. На Д1лянц1 були закладен: три пункти, що утЕорювали трикутник з! сторонами 250 -ЮО м /одна сторона була розташована вздовж узл!сся. Пункти за-Ф1плювались азбестоцеыентними трубами, що височки над землею 1а 1,4-1,5 ч. Нижня частина труби на глибин! 1-1,2 ы заюнчувалась )втонниы якорем. В горець верх1вки труби був вмонтований стано-)ИЙ гвинт.

Кути трикутника вим!рювалисъ одночасно на вс!х пунктах за до-ю^игою добре юстируваних теодол!т!в ТБ-1 з тонкими в1зирниыи >шкаыи на метках. Теодолгти ¡зольвувэлись в:д прямо! еонячно! )ЭД1аци за допомогоа великих намет1в. Спостереження проводились (иконавцями однаково! квал1ф1каци по круговой систем!. Вшпргаван-[я по кожному вар!анту виконувались сер1яыи по чотири прийоаи ти-:ими сонячними днями /або при слабому вгтерц!/ на протяз! кв!тня-:равня 1984 р. Спос!б спостережень - видозыгнених кругових прийо-113. Анпл13 обробки результатов 24-денних спостережень показав, Ю вим1рювання горизонтальних кут1в у приземному пов1тр! в1зуван-[ям на ампл1тудну ооь /тл=± 1,04"/ та ось мШмальних в!дхилень 'лгд=+0,80/ не суперечать оч!куван!й точност!, але останнгй спо-¿6 в1дзначався дещо кращими показникаыи. Для пояснения явища бу-[а запропонована ггпотеза, що ось мШыальних в!дхилень коливних юбражень е наближеною до енергетично! ос1 асиметричного коливаль-юго процесу, але таке припущення потребувало подальшого вивчення ■а обгрунтування.

3 метою доелдаення рефрашийних властивостей короткопер!о-дичних коливань був обраний випробувальний пол!гон в умовах ландшафтно! меж! "суход!л-вода"/ыал. 2/. Результа-ти зондування температури пов!тря на бисот1 1,5 м над шдстеляючою поверх-нею розлогого берега та в продовясешп горизонтального шару над водою показали /мал. 3/, що обидва добових графики структурно п!дпорядкован1 однаковиы /або сложим/ законом¡рностям, а !х взаем не накладання зиявило первхрещення

2

ал. 2. Схема геодезич-01 с¡тки д0сл1дного по-1г0гг) .

Р1 зноаыгштудних кривих поблизу значения середньодобово! темпера-т.ури повгтря б шага ь1даоь1дно до р1вняння /5/. Пзниця темперации Дал. 4/ породкуе I! горизонтальний град1ент - джерело реф-ракдп, Зс згаданкх умов б^чна рефракция, спричинена атыосферниы ВПЛИВОУ: иав ДОбОВИЙ Х1Д, граф!к якого структурно под1бний до температурного, тобто з переходом через нуль п1д час переходу '."ечт!ратуря псв1тря в шар1 через середньодобове значения. Де дозволяло використати пор1вняно прост1 засоби II визначення, а та-кож спрогнозуззти величину за данный зондування. т°с

- 2+ аз

- 22

- 21 2 О

- 19 гв !?

- 16

- 15

■

- 13

- /2 II

час Д Т'С г *

- 3 2 • 1 О -I

/

/ \

у

/ ✓ *ч \

/ /

/ ^

1 / Л

/

<1

/ / N.

( ч

ч,

Ч /

ю лг гь /е ¡а го 22

Мал. 3. Граф!к добовоп ходу теыператури пов1Т' ря на 23.05.84 р.

над суходолом; ^^ над водою; * середньодобова температура.

2 N

*

7*

Мал. 4. Граф1к добовог ходу р!зниц! теыперату в шар! пов1тря над суходолом ! водою /на 23.05.84/.

ю /г /■» /6 >4 го 22 о год

Вицезгаданий полп'он розташований у Киево-Святошинськоыу рай он1. Пункта чо'хирикутника закр1плен1 на М1сцев0ст1 центрами, опи яких наведений вище. Каближена к1льк1сна оц!нка дП рефракц!! бу ла розрахована для напряыку II - 8 /див. мал. 2/ за даними добо-вого температурного зондування в робочоыу шар! пов!тря на 25.04. 84 р. ! показала максимальна значения до 1,5". Суть прогнозу по-лягала в натурал1зацп дП рефракци в м!крометеоролог!чних умо-вах пол^ону ! стваренн! к1льк!сного ор!ентиру для подальших до-сл!джень.

Первинна польова ^ндикацгя рефракцП в аапрямках, розтаиова-них вздовж борегсвих лШй водойыи, проводилась за допомогою специально! розробки - иарки-ординатоыетра - приладу, призначеного для безпосереднього вимгрювання видимого горизонтального змгцен-нл проекцП в13ирно! осI кутом!рного приладу В1дносно початково-го положения, спричиненого Д1ею зовншнього середовища. Д1апазон вимгрювань - 15 мы, Ц1на в1дл1ку м!крометра - 0,01 мм, точшсть роботи в умовах закритого примщення - 0,2 мы на 100 м.

Ординатоыетр використовувався в комплект! з т8одол!тоы ТБ-1, засгб зв'язку - дв1 рад10станц!! "Недра-П". Прилади закр1плюва-лись у поставках, завчасно нагвинчених на становых гвинтах пунк-т!в, як! хзолювались в!д сонця великими наметами. Початковий при-йом спостережень складався з попереднього наведення труби теодо-Л1та на марку ординатометра при серединному положешп мпсроиетра I II компенсациях сум1щзнь в!зирного штриха марки з бшектором сIтки ниток нерухм'о! труби. Пода льни почасов; прийоми складались з 12 компенсащй в пол! зору ззь час спостережень нерухсмого тео-дол!та. Анал13 матекатично! обробка результатов погодинних до-сл1Джень показав наявшсть законом¡рного зыщення ординатометру в1Дносно початкового створу, ала зисэкий ргвень похибок, спричине-них коливальним процесом, !;: кваз!л!нгйне каслздування росту температуря пов!трд /паралельн! вим1ри яко! виконувались за допомо-гою термометра-пращ:/, з таком складшсть точного рад!онаведення, виключали М0.1слив1сть над1йно1 оц:чки рефракц!йно! дн в к1льк!с-ному в1Днопенн1.

В основу визначеиня фазових величин кут!в рефракцП за фрагментами доол!джень лобового ходу о'ули покладеш теоретичн! розробки роздЬту 2. Анал13 графШв нормального добового ходу тен-ператури пов!тря показав /див. мал. 3, 4/, що деяку частину кожного з них /ортеиювно з 7.00 до II»00/, яка метить момент переходу через серед:;ьодсбове значения, монна апроксиыувати квазШ-н!йнои залзжн1стя. За данный спостережень температурного ходу в!др1зки косинусо!ди +2-2,5 год. по обидв1 сторони В1Д горизонтально! ос: симетрг! з похибкою не б:льш як у 10$ ыожуть бути зображен1 прямим и. В силу зазкаченого ран1ше поширим аналогш на почасовий х1д кут1в рефракц!! в локальних напрямках в умовах по-Л1гону. Тод1 нехай в деякий момент, що передув прогнозованому часу переходу тзмператури пов!тря на станцП через соредньодобове

значения, вмйряний за програыою серп а горизонтально напря-мок /кут/I температура пов^тря . I нехай у другий момент, дальний за прогнозований, вмНряний той же напрямок /кут/ в сери - Ду ¡, в1Дпов1дно, температура г*/. Редукцпша поправка /за приведения иапряыку/кута/ ДО ИОГО ЗНЗЧОННЯ В ПрОГНОЗОВ2К12к1 ыоиент/ до ./-то! сер11 буде_визначена за формулою

^ -_.ф-р('4-Сргс), /6/

ъс 6с

де СрЬ°с~ середньодобова температура повгтря, яку визначають за данный принайыш добовах спостережень ходу температуря пов!тря на станци. Оцпша точноси сораули показув, що точшсть визначення % адекватна точност1 кутових вшпрювань, якщо р1вень темпера-турних похибок не перевищуе +0,1~0,2°С.

Випробузання ефективност! застосування формули /б/ та подальше II використання для виршення поставлених в робот! завдань бу-ло проведено на досл!дному полтгош ка протяз1 червня-жовтня 1934 р. Був застосований запропоновзний автором теодол!т 31 ста-билзованим початковиы на прям ком /стаб1Л1зац1я у цьому випадку розглядаеться як но залощи сть вIд впливу оточуючого середовища/. Ь'фект досягався введениям у конструкция при ладу долом¡жного горизонтального круга, положения якого заф1ксовано в1Дносно нерухо-ыо1 п5дставки теодол!та. Як базовий прилад був використаний тео-дол!т ТБ-1 /в першу чергу завдяки В1Дносн1й доступност1 вузл1в/. Похибки ¡нструментальш та теплового кручення теодол1та й центру послаблювались ретельниы юстируванняа при ладу та техшчним забез-печенням експерименту. За зIзлрнI цШ служили штрихов: марки з висотою робочого поля 60 см.

Програма спостережень на пушт складалась з двох сер1й вшМ-рювань способов кругових прийоьпв /по чотири прийоми в сери/, розпод!лених симетрично в1Днссно прогнозованого моменту переходу теыператури шштря в шарх ч»иез сзредньодобове значения /штер-вал - 2-3 години/, та сполучених з ними температурних виы1рювань за допоыогою астрацПшого психрометру.

Були отриман1 сл1дуюч1 результата. Нсзаыикання горизонту по стаб1л!зованоыу наприыку з нагпвприломах не пзреви^увапП,5", Р1-вснь сиреднIX квадратичних покибон усього ряду кутових спостережень не перевицував 1,6". Редуковаш значения вшмряних напряы-к!з розходилис;> в р! знодобових оер!ях не б^льш л к на I", а .¡пд-

:илення в1д середнього ыали випадковий характер. Шдрэхунки не-•язок в чотирикутнику показали, що найкраще узгоджуються ы1ж обо» кути, утворен! редуковаыиыи напрямками. Окр1ы того, теодо-:1т в режим! отабШзац!! дооить ч1тко розыежовував напрямки по тупаню оиотематичного впливу: вздовж берега в1н в, а перпенди-улярно берегов!й л!н1I - практично не проотежувться. Вид1лена в роцео! редукування похибка мае ознаки рефракц!йного походження: б!г по знаку з прогнозованими значениями б!чно! рафракцН, зако-ом!рний парах!д через нуль в точц! редукц(1. В!дм!нн!оть у.вели-ин! /дооить оуттева/,-оудячи з повторюваност! явища на во!х пунк-ах I в!д оерИ до серН, обуйовлена не от!льки надосконал!стю ехн!чно1 бази екопарименту, ск!льки п!доилюючою д!ею аоиметричних орогкопер!одичнйх коливань зображань вГзирних ц!лей, як! вираз-о опостер!галиоь в напряыках, ор!внтованих вздовж берег!в.

На протяз! оарпня 1984 р. на пол!гон1 проводились доол!джен-я редукц!йно! формула з використанням стандартного теодолита 2Т2 а марок, при цьому програма експериыенту залишалаоь незы!нною. едукц!йна поправка в кути по сер1ях виявила зб!г влаотивостёй з налог!чною поправкою в напрямки. Це дозволило зробити вионовок, о температурний опоо!б редукування, принайми! для м!крометеоро-ог!чних умов ландшафтно! меж! м1ж оуходолом ! водов, мае само-т!йне значения.

Вплив на як!оть редукування перем!щень м!ж сериями теодол!та марок був перев!рений в ход! цикл!чних випробувань температур-ого опоообу редукування в жовтн! 1984 р. Споотаражання виконува-иоь шляхом подв!йного обходу пол!гону ! показали задов!льн! ре-ультати. Детальн! доол!дження редукц!йно1 формули в II 1нтер- та котраполяц!йному вар!антах були виконан! багатоденними кутовими поотараженнями потр!йними оер!ями /аоиыетрично рознеоеними в!д-ооно точки радукцН/. Редукц!йн! поправки визначалиоь по во!х омб!нац!ях з щодэнних оер!й. 1х анал!з ймов!рно-отатиотичним ме-эдоы показав, що вони п!длягаить нормальному розпод!лу, тобто роцоо редукування пом!тно поолаблгае д!1 оистематичних фактор!в акопичення похибок.

Доол!дження короткопер!одичних коливань зображань в!зирних !лей тривали на протяз! серпня 1984 р. Кутов! виы!рювання в гео-эзичн!й о!тц! пол!гону були проведен! з заотосуванням способу (зування на !мов!рн! енергетичн! оо! зображань коливних об'ек-

tíb. Спостереження виконувалиоь за програмою, аналог!чною редук-ц!йним доол!дженням. Випробування виявили, що аоиметр!я коливань особливо властива жарк!й оух!й погод!, коли потужна отруминн!оть коливних зображень виразно проотежуетьоя нав!ть при оуц!льн!й хмарноои та пом!рному в!тр!. Ыатематична обробка результата показала, що проведен! опоотереження в!дпов!дають критер!ю р!вно-точноот!. Розкид в!дхилень в!д оереднього значения по кожному ку-ту нооить випадковий характер /систематичний вплив не перевищуе О,1-0,2"/, а сама арифметична оередина близька до в!дпов!дного редукованого значения. Щ1льн1оть результат^ р!зночаоних вим!р!в одних i тих se кут!в /з неявною д!ею б!чно! рефракцП в р!аних фазах !! добового ходу/ дозволяв зробити вионовок, що д!я рефрак-ц!! була певною м!рою нейтрал!зована ебо поолаблена опоотережен-нями на ос! коливань, як! оотаточно позначимо як кваз!енергетичн!.

Для наочного з'яоування мехвн!зму дП асиметричншс коливань був проведений ол!дуючий екоперимент. В тиху оонячну погоду в умо-вах випробувального пол!гону були проведен! оинхронн! оер!! эим!-рювань окремого кутв споотереженнями на ампл!худн! та кваз!енерге-тичн! оо! коливних напрямк!в, а також паралельн! те« пера тури! опоотереження на отанц!!. Сер!! прив'язувались до чвертьгодинного !н-терваду. Споогереження проводились двома виконавцями виооко! ква-л!ф!кац!1 почергово з шоото! по одинадцяту години 4.09.84 р. За-отооовувавоя теодол!т 2Т2 та штрихов! марки. Граф!к почасового ходу результат!в екоперименту представлений на мал. 5. »ос _Мал. 5. Синхронн! опоотереження кута 8-11-2 -о - середне э оер!! значения кута, опосте-фрежуваного на ампл!туд-н! ос! - апрок-

оимуючз пряма р!вняння %егрео!!/; I - I III 1 t I оереднв з оер!!

значения кута, спостере-I I I I I I I I I I I I i I [жуваного на кваа!енерге-

тичн! оо! ¿^-^апрок-симуюча пряма р!вняння 'i t.....¿ ' ' 9 ' 10 ........llperpec! I/;

37 41

U »«

■ 14 «

Я

S2-

JV

SO 15 1Сд

и ■а

20 19 18 17

-ií

■IJi

У

L-o 2 —

почасовий х!д температури пов!тря на станц!!; _____—се-

дньодобова температура /х!д на дату спэстережень/.

Анал!з граф!ку показуе, що не дивлячиоь на певний розкид ре-льтат!в, проотежувтьоя аналог!я ы!ж почасовий ходом ампл!туд-х опоотерэжень кута i тем пера тури пов!тря на станц!I. Це ni д-ерджуетьоя наявн!отю кореляц!йного зв'язку м!ж обома рядами ви-р!в. Х1д результат!в опоотережень на кваз!енергетичн! оо! прак-чно не п!дтвердив наявноот! такого зв'язку.

Наведений доол!д дозволяв зробити припущення, що локальн! ку-б!чно! рефракцП мають компонент, опричинений аоиметричним тур-лентним прочееом, д!я якого в певн!й ыIрi компеноуетьоя спооте-женнями кут!в на кваз!енергетичн! ооI коливних напрямк!в.

Геоыетрична структура згаданого процеоу була розглянута на

:iдуючоыу доол!д!. Коливн! зображення штрихово! марки опоотер!-

лиоь в пол! зору нерухомо! труби теодол!та з oítkod ниток-гре-

нцам на л!н!I II—8 /див. мал. 2/ 8.09.84 р. Вим!рювання оклада-

оь з 12 пар щогодинних в!дл!к!в по осям крайових зон азимуталь-

х коливань зображень в!зирного штриха марки. Результата доол!ду

наведен! на мал. б.

Ампл!тудна ось коливань /крива АВ/

мае дооить виразне одноб1чне в!дхи-

лення в почасовому ход!. Крива СД -

iMOBipna вт!лення кваз!енергэтично1

оо! - побудована за принципом асимет-

рП в!дотаней в!д крайових ооей, про-

порц!йних ширинам в!дл!кових 1нтерва-

л!в цих ооей.

Подальш! випробування мали на ме-!щення крайових ооей аси- т, зб,р ,нфоры!щП про техн!чну до-

тричних короткопер!одич- ц1льн1оть опоотережень в!зуванняы на

х азимутальних коливань. КВаз!енергетичн! оо! коливних напрям-

в у паз! кваз!отруминних турбулентних флуктуац!й гуотини при-

много пов!тря.

На протяз! дек!лькох дн!в виконувалиоь незалежн! одне в!д од-го паралельн! опоотереження кут!в пол!гону в!зуванням на ампл!-дн! та кваз!енергетичн! оо! коливних зображень в!зирних ц!лей. значен! за умови одноб!чноот! вим!р!в в!днооно прогнозованого менту переходу температури пов!тря через середньодобове значен-

6. Граф i к почасового

ня нев'зки аыпл!тудного способу пали ознаки оиотематичного впли-ву, який був значно послаблений в результатах паралвльно! оброб-зси нов'язок кваз1енергатичного опоообу.

Виробнич! випробування способу редукування кутових BHuipiB до моменту переходу температури пов!тря на BHooii в1зирного променя через середньодобове значения, а також опоообу в!зування на ква-31бнаргетичн1 осi коливних зображань об'вкт!в, споотережуваних в -турбулентна атмосфер! приземного пов!тря, проводились на об'ек-тах Спец!ал!зованого тресту "П1дводтрубопров1д" на протяз! '19851987 p.p. Було досягнуто зниження р!вня абоолютних величин нев'я-зок в середньому на 50-70/©.

Висновки. Основн! результати теоретичних та експериыен тальних розробок зводятьоя до ол!дуючого:

1. 3 умови в!зуального зм!щання джерела променя в процеоi за-ломлення виведане р!вняння, яке "показуе наявн!оть в поточному зна чанн! локального кута б!чно1 рефракцН довго та короткопер1одич-них складових, ополучених, в!дпов!дно, з наявн!отю на шляху променя топограф!чних та турбулентних пол!в рефракцН.

2. Теоретично п!дтвёрджэний принцип переважно! ваги в формувэ!: Hi локальних кут!в б!чно1 рефракцН найближчого до приймача в!зи{ ного променя фактора утвороння рефракцН, яким в приземному пов!з pi е в б!лыаоот! турбулентна поле.

3. Визначен! oohobhi рефракц!йн! властивоот! турбулентних процео !в в теоретичному план!:

- поля турбулентно! рафракц!! формуютьоя оукупн!отю динам!чних, малих 38 об'еыом, але з великим запаоом енергП та множинних турбулентних утворень, що опричиняють потужн! кориткопер!одичн! флуктуацП показника заломлення;

- структурна дефорыац!я та азимутальна перем!щення, яких зазна-ють однор.!дн! турбулентн! утворення п!д впливом горизонтальних град!енПв метвоелемент1в, формувть ква8!отруминну асиметричну структуру короткопер!одичних коливань зображань споотережуваних об*вкт!в, що в!зуально оприймаютьоя зм!щеними д!ею б1чно! рефрак цН;

- структурна аоиметр!я турбулентних коливань, продукована д!ею горизонтальних град1ент!в метеоелемент!в, п!дпорядковуютьоя законом 1рностт ' '.оцевост!.

Експериыентально дослужен: з застосуванням насадки-компенсатора горизонтальних зм1щень возирних Ц1лей та С1тки ниток -греб1нця оптичн! властивост! коливних зображень, що дело змогу встановити:

- над1Йн!сть визуально! евристично! виб!рки центру коливань спо-стережуваного в приземному пов1тр1 об'екту;

- наявн1сть асиметрП поливального процесу, що перебувае П1Д б!чног> Д1ею сумарного град!енту нетеоелемент!в;

- ефект розтягування по азимуту асиметричних коливань зображень спостережеваних об'ект1в.

5. Запропонований та досл1джений вариант редукування кутових вим1р!в в умовах ландшафтно! меж! 1Пж суходолом I водою до моменту переходу температури пов1тря в горизонтальному шар! пов1тря на станци через середньодобове значения.

6. Застосован! для дослижень рефракцП в кутових вим!рах ви-сокоточний ординатометр ! теодол!т. з! стабШзованим початковиы напрямкоы виявили ефективность 1х використання.

7. Показав ефективн!сть застосування в умовах асиметрично! турбуленц!! спос1б в!зування на кваз!енергетичн! ос! коливних зображень спостережуваних об'ект1в.

8. Результати теоретичних досл!джень та експериментальних роз-робок п!дтверджен! в виробничих умовах. Отриыаш результати можуть бути використаш в кутових вим!рюваннях при виконанн! геодезичних роб1Т в приземному шар! пов!тря.

Основн1 положения дисертацП опубл!яован! в роботах:

1. К вопросу о боковой рефракции//Докл. и сообщения секций и комиссий Географического общества УССР. Картография, вып.1.- Киев: Наукова думка, 1974.- С.45-52.

2. Применение метода электрогидродинамических аналогий при картографо-геодезических исследованиях/Доыплексное и тематическое картографирование Украинской ССР.- Киев: Наукова думка, 1974.-

С.188-189.

3. Применение топографических карт для прогнозирования боковой рефракции //Тез. докл. Шестой всесоюз. конф. по тематическому картографированию "Задачи картографического обеспечения охраны природы и окружающей ореды СССР", Киев, 1975.- М., I975.-C.I66-168.

4. Графо-аналитический метод определения пспрзвки за боковую рефракцию света при угловых измерениях//Докл. и сообщения секций и комиссий Географического общества УССР. Картография, вып.г.Киев: Наукова думка, 1976.- С.37-43.

5. Геодезические наблюдения за боковой рефракцией//Там же.-С. 43-46. /соавтор Милосердов ПЛ./.

6. Топографо-геодезический контроль состояния подводных переходов трубопроводного транспорта//Тез. докл. Респ. н-техн. кокф. "Геодезические и фотограмметрические работы в строительстве", Киев, 1977.- Киев: Знание, 1977.- C.I9.

7„ Компенсация боковой рефракции створным методом//Шш. геодезия, 1978, вып. 21.- С.104-106.

8. Поправка в напрям за висоту спостережувано! точки над ел!п-c0ifl0u//bich. Ки!в. ун-та. Географ1Я, 1983, вип. 25.- С. 49-51.

9. Высокоточный ординатометр,- Киев: Реклама, 1984.- C.I.

10. Насадка-компенсатор горизонтальных смещений визирных целей. - Киев: Реклама, 1984.- СЛ.

11. Застосування високоточного ординатометра в кутових bhmi-pax//BicH. Ки!в. ун-та. Географ1я, 1985, вип. 27.- С.55-59. /cniB-автор Нашкевич 3.1./.

12. Середньотемпературна поправка в кутов1 вим!ри за рефрак-ц1ю//В1сн. Ки1в. ун-та. Географ1я, 1987, вип. 29.- С. 60-64.

13. Досл1Дження дП турбулентно! рефракцП в кутових BHMipax//' BicH. ¡(и1в. ун-та. Географ1я, 1988, вип. 30.- С. 71-72. /сп1вав-тори Азоян A.A., Вовченко В.В., Колтунов В.В./.

Шдписано до друку 24.02.94. Об'ем 1,0 д. а. Форыат 60х84у£. Тираж 70.