автореферат диссертации по геодезии, 05.24.01, диссертация на тему:Проблема учета атмосферных влияний на геодезические измерения в условиях Центральной Азии

Киевский государственный технический университет строительства и архитектуры

РГВ (]/?

на правах рукописи ■ ' - УДК 528.061:522.92

/

г

/'

СУЮНОВ х

Абдусали Саматович ^

ПРОБЛЕМА УЧЕТА АТМОСФЕРНЫХ ВЛИЯНИЙ НА ГЕОДЕЗИЧЕСКИГ ИЗМЕРЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНО' . АЗИИ

Специальность 05.24.01 - Геодезия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора техничеких наук

Киев - 1995

Работа выполнена в Самаркандском Государственном архитектурно-строительном институте имени Мирзо Улугбека

Научный консультант -

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки и техники Украины, доктор технических наук, профессор А.Л.Островский

доктор технических наук, профессор Х.К.Ямбаев

доктор технических наук, профессор Б.М.Джуман

доктор технических наук, профессор С.П.Войтенко

Ведущая организация:

Самаркандское предприятие "Аэрогеодезия" при КМ РУзб.

Защита состоится "

декабря

1995 г. в

12

час

на заседании специализированного совета Д 01.18.02 при Киезскол' Государственном техническом университете строительства и архитектуры (КГГУСиА) по адресу: 252037, Киев-37, Воздухофлотскш-проспект, 31

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУСиА Автореферат разослан " '30~" -октября- ¡995 года.

Ученый секретарь специализированного совета А.П.Исае!

I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современная геодезическая наука немыслима без прецизионных пространственных угловых и линейных измерений, которые широко используются при решении многих проблем в народном хозяйстве и научных .исследованиях. Выделим некоторые, наиболее важные, проблемы:' изучение пространственно-временных закономерностей движения земной коры. прогноз землетрясений, поиск и добыча полезных ископаемых, изучение эволюции планеты Земля: строительство и обеспечение безаварийной работы инженерных, особенно уникальных, сооружений; авиастроение, судостроение. турбостроение, развитие наземной, космической и морской геодезии.

■Потребности науки, промышленности и строительства, предъявляемые к точности измерений длин и перемещений, возросли.с 1»10"6 в прошлом десятилетии до 1*10"7 в наши дни.

При соответствии точности линейных и угловых измерений легко подсчитать, что потребности к точности угловых измерений соответствуют 0.02". Следовательно, есть основания заявить о стремительной эволюции требований к точности измерений.

К сожалению, в геодезии наблюдается отставание достигнутой от требуемой точности измерений. Поэтому особую значимость приобретают исследования, направленные на преодоление наметившегося отставания.

На современном уровне геодезического приборостроения дальнейшее повышение точности измерений сдерживается не приборными погрешностями, а неоднородностью пространственного распределения плотности, и. следовательно, показателя преломления атмосферы. Приборы и методы измерения зенитных расстояний Ш позволяют опрелять эти углы с точностью, равной примерно 1", тогда как вертикальная рефракция часто искажает измерения углов до нескольких минут

Построение пространственных геодезических сетей, определение уклонений отвеса невозможно без измеренных, примерно с одинаковым весом, горизонтальных и вертикальных углов и определения поправок за рефракцию с точностью, по меньшей мере, не грубее 0.5".

Сложность проблемы .учета атмосферных влияний на геодезические измерения. как и прогнозирование погоды, объясняется быстрыми, трудно предсказуемыми изменениями метеопараметров во времени и пространстве.

Трудность решения этой Физической задачи усугубляется еще и тем. что неоднородность плотности атмосферы зависит от множества факторов и. прежде всего,от распределения температуры (Т). давления (Р). и влажности (е) воздуха в околоземном пространстве. Распределение Т. Р. е, в

свою очередь, зависит от времени дня, сезона года, погоды, физическ: свойств подстилающих поверхностей и др.

Особенно актуальна проблема учета атмосферных влияний для услов: Центральной Азии, так как:

- при существенных достижениях в решении .рассматриваемой проблемы средних широтах она остается не решенной в условиях Центральной Азии

- суточные изменения метеопараметров, особенно Т, в Центральной Аз] значительно больше, чем в средних широтах, что неминуемо приводит большим градиентам метеопараметров, а значит, к большим искажениям а' мосферой геодезических измерений;

- закономерности действия и учет рефракции над поливными территориям! Центральной Азии практически вообще не изучались;

-• различные методы учета атмосферных влияний на геодезические измере ния прошли достаточную проверку в средних широтах, а их эффективное-] и возможность применения на юге не исследованы.

Таким образом, определение и учет рефракции при геодезических и: мерениях является одной из важнейших проблем геодезической науки, осс бенно в условиях Центральной Азии, решение которой не только ликвидо рует отставание существующей точности измерений от требуемой, но принесет существенный экономический эффект, так как позволит сократит программы наиболее трудоемких полевых измерений.

Цель работы. Диссертационная работа имеет своей целью:

- Разработать обобщенную теорию вертикальной и горизонтальной рефраи ции и неравномерности распространения оптических волн в атмосфере.

- Исследовать закономерности- рефракционного -поля - поля показате; преломления п или индекса рефракции N. (где N = (п-1Ы0"6) для опта ческого диапазона электромагнитных волн (ЭМВ) в нижних слоях атмосфер в различное время суток и периоды года в условиях Центральной Азии.

- Разработать новые, наиболее подходящие для условий Центральной Азии методы определения и учета вертикальной и боковой рефракции.

- Разработать новые или модернизировать существующие методы определе ния и учета нивелирной рефракции, обеспечив их приемлемость для услс вий Центральной Азии.

- Повысить точность светодальномерных измерений в условиях Центрально Азии до относительных погрешностей порядка 1 + 2-Ю"7.

- Разработать методы минимизации атмосферных влияний на геодезически измерения в условиях Центральной Азии, основанные на выборе методов времени производства измерений.

- Установить экономическую эффективность от внедрения в производств

зультатов исследований, выполненных в диссертации. л Методика исследований. Решение поставленных задач выполнено путем юретических и экспериментальных исследований с последующей всесто-1нней проверкой на основании специальных экспериментальных и произ-)дственных наблюдений.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней: Сделан обобщенный вывод дифференциациальных и интегральных уравнений змной рефракции для ее вертикальной и горизонтальной составляющих. Разработана теория и выведены формулы учета влияния атмосферы при зетодальнометрии.

•Доказано, что турбулентность атмосферы, проявляющаяся в колебаниях зображений визирных целей, несет ценную информацию об атмосферной ефракции.

•Установлены закономерности распределения основных метеоэлементов оздуха с высотой в условиях Центральной Азии.

•Предложен новый вариант метеорологического метода учета вертикальной | ефракции.

•Разработан новый метод учета вертикальной рефракции с вычислением :реднеинтегрального значения зенитного расстояния. •Разработан новый флюктуационный метод учета вертикальной рефракции, требующий только измерений амплитуды колебаний визирных целей. •Установлены пределы вертикальных градиентов температуры (амплитуды солебаний штрихов нивелирной рейки), при которых возможно применять первый или второй варианты флюктуационного метода учета рефракции при геометрическом нивелировании в турбулентной атмосфере. •Доказано, что метеорологический метод учета нивелирной рефракции следует применять только при инверсии в приземном слое атмосферы. •Выведена формула учета боковой рефракции с учетом влажности воздуха и показана ее эффективность при проложении - полигонометрических ходов вдоль водоемов.

•Разработан усовершенствованный геодезический метод определения среднего интегрального показателя преломления воздуха п и фазовых задержек при светодальномерных измерениях, обеспечивающий их точность 1+2-Ю"7.

Достоверность и обоснованность научных результатов обеспечивается сравнением теоретических разработок с экспериментальными и опытно-про-лзводственными данными.

Практическое значение работы состоит в рекомендациях по повышению точности геодезических измерений, в разработанных новых методах учета атмосферных влияний на угловые, азимутальные, линейные измерения . а

также при геометрическом нивелировании. Полученная точность учета мосферы предлагаемыми методами позволяет создавать пространствен! геодезические сети, вести точные створные измерения, строить лазерь трилатерационные сети, вести определение уклонений отвеса, вести Tf гонометрическое нивелирование взамен геометрического III - IV классс а также исключать систематические погрешности высокоточного нивелир вания. вызванные рефракцией, особенно на затяжных уклонах местности.

Реализация работы. Результаты исследований в настоящее время и пользуются в геодезических предприятиях республик Центральной Азии п производстве¿тригонометрического нивелирования и дают экономическ эффект. В перспективе эти методы найдут применение при производст: геометрического нивелирования, при измерениях вертикальных и горизо] тальных углов, при светодальномерных определениях.

Апробация работы. Основные положения и результаты, приведенные диссертации, докладывались и обсуждались на:

1. Научных семенарах кафедры инженерной геодезии архитекту] но-строительного института (г.Самарканд), 1988 - 1994 г.г.

2. Научно-технических конференциях Государственного университет. "Львовская политехника" (г. Львов), 1993- 1995 г.г..

3. Научно-технической конференции профессорско-преподавательско: состава инженерно-строительного института (г.Ростов-на-Дону), 1989

4. Научно-технической конференции (г.Ташкент),1990 г.

5. Научном семинаре-совещании геодезической экспедиции N 2 (г.Самарканд), 1993г..

6. Международном симпозиуме по Геодинамике горных систем Европы (г.Яремче), 1994 г..

7. Семинаре-совещании в Украинском АГП (г.Киев) 1994 г..

На защиту выносятся следущие основные положения и разработки

1. Найденные на основании теоретических и экспериментальных ис ледований закономерности, количественные и качественные характеристи действия атмосферы на геодезические измерения в условиях Центральн Азии.

2. Обобщенная теория непрямолинейности и неравномерности рас ространения электоромагнитных волн (ЭМВ).

3. Разработаннный флюктуационный метод учета вертикальной рефра ции в турбулентной атмосфере, основанный только на колебаниях изобр жений визирной цели.

4. Метод учета вертикальной рефракции, основанный на вычислен среднеинтегрального значения зенитного расстояния (угла).

5. Установленные закономерности действия нивелирной рефракции над ливными территориями.

6. Рекомендации по применению различных методов учета нивелирной фракции в зависимости от вертикальных градиентов температуры.

7. Уточненные формулы поправок за боковую рефракцию, учитывающие ризонтальные влажностные градиенты воздуха.

8. Усовершенствованный геодезический метод определения среднеин-¡грального показателя преломления (п) воздуха и фазовых задержек при ¡етодальномерных измерениях.

Выносящиеся на защиту положения (при их полной реализации) позво-1Т повысить точность всего состава геодезических измерений до совре-;нных требований производства.

Публикации. Основные теоретические и практические результаты дис-;ртационной работы освещены в 13 научных статьях, одной монографии, з результатам исследований получен патент.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введе-ия, пяти глав, заключения, списка использованной литературы 141 наи-енований. Объем г:,. :ертации 249 страниц машинописного текста, включая 6 рисунков и 42 таблицы. Приложение к диссертации содержит акт и правки о внедрении, всего на 5 страницах.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, коротко злагается современное состояние проблемы учета рефракции, формулируется цели исследований и приводятся основные защищаемые положения. Глава 1. ТЕОРИЯ ЗЕМНОЙ РЕФРАКЦИИ И НЕРАВНОМЕРНОСТИ

В 1.1 рассматривается показатель преломления атмосферы и причины ¡го изменяемости.

Показатель преломления в соответствии с волновой теорией

П ■ С0 / С , (1)

'де с0 и с - соответственно скорости распространения света в вакууме и . атмосфере.

Свет распространяется на отрезке (11 между точками Айв оптически :ратчайшим путем:

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТОВЫХ ВОЛН

л

(2)

.одставив в формулу (2) значение п из формулы (1). имеем

I

(3)

гШ

А

А

Формула (3) подтверждает принцип Ферма, согласно которому св распространяется по такому пути, на который затрачивается наименьше время. Из-за неоднородности атмосферы по показателю преломлена (n-(X,Y, Z) * Const) свет будет распространяться не прямолинейно, а г некоторой пространственной кривой, выбирая в соответствии с (2) и (с кратчайший путь и. следовательно, минимальное время распространений Согласно электромагнитной теории Максвелла:

п = /Т]Г . (4)

Здесь z и ji - диэлектрическая и магнитная проницаемости, характеризую щие взаимодействие излучения со средой.

Для атмосферы Земли значение ¡1 практически совпадает с единицей Диэлектрическая проницаемость воздуха t больше единицы и зависит о длины волны излучения. Для воздуха можем записать

п = с0 / с = \ГТ~. (5)

Формула (5) указывает на электромагнитную природу света.

Для вакуума понятие скорости ЭМВ - едино, но для атмосферы необ ходимо ввести два понятия скоростей ЭМВ: фазовую и групповую. Поняти фазовой скорости относится к монохроматической волне. Фазовую скорост можно выразить через длину волны X и период или частоту колебаний T(f

сф = X / Т = И. , (6)

Фазовой скорости сф соответствует фазовый показатель преломления

пф = с0 / Сф . • (7)

Зависимость фазового показателя преломления от длины волны X. на зываемая дисперсией, которая особенно резко выражена в тропосфере световых волн.

Реальное электромагнитное излучение не является монохроматичес ким. Скорость света в воздухе, как видно из (6). уменьшается с умень шением длины волны. Переход от скорости света в вакууме к -группово скорости света сгр в атмосфере выполняется по формуле

сгр = с0 / пГр . (8)

Групповой и фазовый показатели преломления пгр воздуха связан соотношением Рэлея

пгр - Пф - Х-йПф / dX . (9)

Зависимость п или N от X многократно изучалась при стандартных нестандартных условиях. Стандартные значения метеопараметров обычн обозначают Т0 Р0 е0 За международные стандартные условия принято Т0 = 273.16 + t, (t = 15°С); Р = 1010.8 ГПа; е0 = 0 и содержание угле кислого газа = 0.03%. Дисперсионную зависимость No0 - фазового индекса преломления в стандартных условиях чаще всего представляют фор

улой Коши

Но4 = А + В / Х2+ С / X4 . (10)

Формула Коши с коэффициентами Эдлена при международных стандарт-:ых условиях имеет вид

1.5294 0.01367

Н«(15:1о,о.., = 272.613 + 3 * 5 . (Ш

Переходя от стандартных условий к условиям Центральной Азии, где = 957.6 ГПа = 720 мм рт.ст..формуле (11) придадим вид:

1.6694 0.01489 Но(25:957.б, = 297'583 + + 5-" (12)

Точность этих формул порядка 5-Ю"8.

Далее поясняется физический смысл зависимости между с и метеопараметрами (Р,Т,е). а также между показателем преломления п и плотностью воздуха р.

Как известно из физики, для смеси газов, каким является и воздух, справедливо равенство с-р - I с-р!. Выражая плотность сухого воздуха и водяных паров в миллиметрах с учетом значений с, - для сухого.воздуха и водяных паров, можно получить

п - 1 - [(78.85 Р) / Т - (10.92 е) / Т]- 10 "6 . (13)

Наиболее общей, точной и поэтому применяемой для высокоточных светодальномерных измерений является формула Баррелла и Сирса. которую можно упростить, если привести к виду N = Мс + (первое слагаемое Ис

- для сухого воздуха, второе Нв - для водяного пара). Тогда формула Баррелла и Сирса запишется так

Т0 Р - е г Т. I 0.5572 е

г -[«.тт-Н5- — )!-•

Здесь значения коэффициентов даны для случаев, когда Р и е выражены в мм.рт.ст., так как большинство таблиц, используемых на производстве для вычисления . имеет входные параметры, выраженные в мм.рт.ст.; Н0

- находится по формуле (12), Т0 <= 273.16. Р0 = 760 мм рт.ст.

Затем в параграфе описываются причины изменяемости пь). Оценены погрешности п под влиянием ошибок измерения метеопараметров.

В 1.2 дан обобщенный вывод дифференциальных уравнений земной рефракции. ее вертикальной и горизонтальной составляющих. Свет распрост-раняеся в неоднородной атмосфере по некоторой пространственной кривой. Так как направление отвесной линии не совпадает с направлением ггас! п, то между горизонтальной и изодиоптрической плоскостями имеет место некоторый угол у- В этой связи дифференциальный угол (16 и соответствую-

(14)

щая ему дуга di расположены в наклонной плоскости. В результате про тирования этой плоскости на вертикальную и горизонтальную соотве твенно находим составляющие земной рефракции d6B и d6r.

1 dn'

d6B -----dl-cosa-cosf . (15)

n dz'

где a - угол между изодиоптрической плоскостью и дифференциально Maj отрезком визирного луча. Так как (dn'/ dz'bcosK = dn/ dz. то имеем

1 dn

d68 -----dl-cosa. (16)

• n dz

Это преобразованное дифференциальное уравнение. Аналогично прес разовано дифференциальное уравнение для горизонтальной соствляюще которое принимает окончательный вид • 1 dn

d6r -----dl-cosa . (17)

г n dy

Дифференциальное уравнение (17) позволяет находить полную горизонтальную рефракцию d6r, как функцию горизонтального показателя пр ломления dn/dy.

В функции вертикального градиента п формула в окончательном вщ запишется так

d6r -----dl-tgf-cosv. (18)

n dz

где v - угол в горизонтальной плоскости между непреломленным лучок осью Y. причем ось Y совпадает с линией пересечения горизонтальной изодиоптрической плоскостей.

В 1.3 выведены интегральные уравнения вертикальной и горизонта; ной составляющих земной рефракции, которые имеют вид.

cosa А 1 dn

5В ---р----1-dl . (19)

L к J n dz

о

cosa rL 1 dn

бг ---р----1-tgY-cosv-dl . (20)

L J n dz

o

В этих формулах бв и 5Г - соответственно частные углы вертика; ной и горизонтальной рефракции. L - длина линии.

В 1.4 дано определение точечного и эквивалентного значений ко: фициента вертикальной рефракции (К).Показана зависимость между К и i связь между К и h3 (эквивалентной высотой луча).

В 1.5. исходя из принципа Ферма.выведены формулы фазовых задержек м светодальнометрии. которые в общем виде записываются так:

ДЬ = п - п,)-<11 . (21)

о

I

ДЬ - 10-6|( N - Н|)'Й1 . (22)

о

Выведена также формула для вычисления поправок за рефракцию ДЬК в ину линии.

ДЬК - -- { 52в- ¿1 . (23)

2- р2 ) 8 г о

Как видим, формулы (21), (22), и '(23) требуют знания показателя шдекса) и углов рефракции во многих точках на пути ЭМВ. измерение зторых затруднительно, особенно при значительной высоте луча света 1Д поверхностью Земли.

Поиск приемлемых методов определения этих величин является важ-зйшей частью настоящей работы.

В 1.6 рассматривается турбулентность атмосферы и флюктуации пока-ателя преломления, показано, что:

. флюктуации п обладают теми же статистическими, свойствами, что и 1корость турбулентных движений; 2. флюктуации п обусловлены вариациями емпературы; 3. наблюдаемые в трубу колебания изображений (изменения гла прихода) обусловлены вариациями п и подчинены таким же статисти-еским свойствам: 4. изменения атмосферной рефракции, обусловленые из-енениями п, приводят к наблюдаемым в оптические трубы колебаниям зображений.

Суммируя, можно утверждать, что турбулентность атмосферы, коле-шия изображений визирных целей несут ценную информацию об атмосферой рефракции. (Глава написана автором ео время неполного пре-ывания его в докторантуре в. г У "Львовская политехника").

Глава 2. РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ УЧЕТА ВЕРТИКАЛЬНОЙ РЕФРАКЦИИ В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ

В 2.1 описаны методы тригонометрического нивелирования и их точ-ость.

В 2.2 дан анализ основных работ в области вертикальной рефракции, тмечены наиболее важные исследования ученых С.Д.Рильке, а.а.Изотова и .П.Пеллинена, А.Л.Островского. И.Ф.Куштина. Х.К.Ямбаева. Е.Б.Илюшина,

Б.М.Джумана. В.Иордана. Г.И.Кристиансена, И.Грааффа-Хантера и др.

Выдалены намеченные еще Ф. В.-Бесселем два пути борьбы с рефракцией:

1. Определение угла (коэффициента) рефракции в момент наблюденш зенитных расстояний.

2. Наблюдения в периоды одинакового коэффициента вертикальной рефракции по всем направлениям.

Как показал проф.Б.М.Джуман. второй путь возможен только в периоды нейтральной стратификации приземного слоя атмосферы. Однако эти пе-' риоды (утром и вечером) крайне короткие и в условиях Центральной Азии составляют 20 - 30'. что не устраивает геодезическое производство. Поэтому борьба с рефракцией идет в основном по первому пути. К настоящему времени разработано более 30 методов. Нами выделены 2 группы перспективных методов учета - геодезические и флюктуационные.

В параграфе проанализированы эти методы, показаны их преимущества и недостатки, возможность их применения в условиях Центральной Азии.

Резюмируя выполнений анализ, можно констатировать: 1) остается актуальным изыскание новых и совершенствование существующих методов учета вертикальной рефракции, особенно в условиях Центральной Азии; 2) дальнейшие исследования должны быть направлены, прежде всего, на разработку новых геодезических методов и новых методов, основанных на турбулентности атмосферы. Именно эти иследования представляются наиболее перспективными и такими, что -позволят разрешить проблему учета вертикальной рефракции с точностью, удовлетворяющей науку и технику, причем без существенных дополнительных измерений и материальных затрат.

В 2.3. излагаются закономерности распределения основных метеоэлементов воздуха с высотой и их особенности в условиях Центральной Азии. Закономерности установлены на основании обработки обширного материалг метеоданных за 1955. 1959, 1968. 1982 и 1989 гг. Метеонаблюдения включали измерения т. Р. е на высотах 0.2: 0.5; 1.0; 1.5; 2.0 и 3.0 м на^ пашней и полями картофеля, риса, хлопчатника, кукурузы и люцерны, г также измерения Т на высотах 8. 25, 50, 100, 200, 300, 400, 500 м. Построены по усредненным данным температурные профили воздуха. Получены значения V в разных слоях воздуха, а также профили влажности (е) I скорости ветра (V) в различные часы суток. Выявлены особенности распределения е над поливными и неполивными полями:

1) над поливными землями влажность больше примерно в 2.0 - 2.5 раза;

2) круглосуточно влажность падает с высотой;

3) ночью, при инверсионных градиентах температуры влажность уменьша-

я с высотой в 2.5 - з раза медленнее чем. днем. а Распределение температуры крайне нестабильно и затрудняет учет мной рефракции. Сведения о различии в распределении температуры над зными сельскохозяйственными культурами использованы при прогнозиро-нии действия рефракции в тригонометрическом и геометрическом нивели-вании. в боковой рефракции, учете влияния атмосферы на светодально-рные измерения.

В 2.4 описаны геодезические сети и программы наблюдений экспери-«тальных исследований. В основном измерения выполнены на двух сетях кл.. расположенных в разных районах республики Узбекистан. Координа-I пунктов определены из линейно-угловых построений по программе I кл. высоты - из геометрического нивелирования I кл. Погрешности определил теоретических зенитных расстояний не более 0.4".

В 2.5 описан учет вертикальной рефракции метеорологическим мето-)м и его точность в условиях Центральной Азии. Сущность метода заклю-ается в использовании метеоэлементов приземного слоя воздуха. Измере-ия метеоэлементов во многих точках визирного луча - сложная проблема, оэтому ограничиваются измерениями в 1 - 2 точках.

Учитывая однородность подстилающей поверхности в пустынном районе ентральной Азии, можно надеяться на положительный эффект от примене-[ия этого метода. Тем более, если учитывать изменение градиента температуры с высотой на основании измерений температуры на высотах 1, 2. : м по концам нивелируемой линии. В основу положена формула Изотова -1еллинена, учитывающая эквивалентные высоты

Опираясь на результаты вычислений, сделаны следующие выводы:

1. Днем, в случае однородной подстилающей поверхности, точность гчета вертикальной рефракции метеорологическим методом для расстояний .-5 км составляет 3...5" и остается приблизительно одинаковой во всем [сследуемом диапазоне эквивалентных высот от 5 до 40 м.

2. В ночной период при инверсии температуры эффективность метода ю некоторым направлениям может ухудшаться в 2 и более раз. а погреш-юсть определения угла рефракции достигать 10...12".

3. Измерение температуры не на двух, а на трех высотах с опреде-юнием К! (градиент на высоте 1 м) незначительно (на 13%) повышает 'очность учета рефракции метеорологическим методом.

4. Точность метеорологического метода в условиях Центральной Азии )егламентируется не столько разнородными подстилающими поверхностями.

Р

0.0244 + —

(24)

бв - - 8.132—

сколько недостаточной точностью измерения вертикальных градиентов тем пературы. которые психрометром Асмана измеряются.с относительной ошибкой 1/3 - 1/4 (35 - 25%) от измеряемой величины.

В 2.6 описан учет вертикальной рефракции при наблюдениях в периоды нейтральной стратификации. Рассматриваются изменения коэффициента рефракции в зависимости от погодных условий, высоты и длины луча в условиях Центральной Азии при нейтральной стратификации.

Показано, что для Центральной Азии . как и в умеренных широтах, при нейтральной стратификации К практически не зависит ни от h3. ни от L и ни от V, но зависит от абсолютной высоты. В умеренных широтах при нейтральной стратификации по данным Б.М.Джумана, К°ср=0.16. Для условий Центральной Азии, имея Т=300°К и Р на уровне моря, равное 958 мб, получено К„ = 0.134. а К°ср = К„ - 0.013-Н (км) . (25)

где: Н - средняя высота пунктов наблюдений над уровнем моря.

В 2.7 вычислена точность учета вертикальной рефракции при наблюдениях в периоды нейтральной стратификации (спокойных изображений) е условиях Центральной Азии. Точность метода показана в таблице 1.

Таблица 1

Вычисленные ошибки, определения углов рефракции

\группа линий \ нивелиро-\ вания погрешности\ h3= 5.3м h3 =10.7м h3 =14.8м h3 =19. Зм h3 = 26м

Lj =1.5км Lta 3.7KM Ца 1.0KM Lt= 3.6км Ц = 9км ч

±т5 ' 0.52" 0.92" 0.46" 0.66" 0.78"

Главный недостаток рассматриваемого метода - короткие период нейтральной стратификации, в которые возможно его применять.

В 2.8 представлен учет вертикальной рефракции методом рефракцион ного базиса и точность этого метода в условиях Центральной Азии.

Метод получил широкую известность благодаря возможности опреде лять рефракцию из односторонних наблюдений зенитных углов.

Экспериментальная проверка метода выполнена на основании данны тригонометрического нивелирования в условиях Ценральной Азии. Так ка все пункты сети имели отметки из геометрического нивелирования, то эт позволило провести обработку данных в сети, избирая в качестве эталон ного направления последовательно все направления экспериментальной се ти. На основании выполненных полевых измерений и. обработки можно еде лать следующие выводы: 1. При длинах 1 - 5 км метод рефракционного базиса можно рекомендо

ать днем при неустойчивой стратификации воздуха: средняя квадратичес-ая ошибка определения бв составляет около 3.5" - 4" (соответственно 7 8 см).

2. Погрешность определения К методом рефракционного базиса тем боль-ie. чем больше отличается по эквивалентной высоте определяемое направ-юние от эталонного.

3. Точность учета вертикальной рефракции методом рефракционного бази-а мало зависит от того, используются ли эквивалентные высоты или амп-татуды колебания изображений. Следовательно, метод рефракционного базиса с использованием амплитуд колебаний изображений - предпочтительна. так как не требует вычисления h3.

4. Средние квадратические ошибки определения превышений и частных углов (коэффициентов) рефракции методом рефракционного базиса примерно 1.5...2 раза грубее, чем при наблюдениях в периоды спокойных изображений визирных целей (нейтральной стратификации).

Раздел 2.9 посвящен учету вертикальной рефракции методом взаимных одновременных наблюдений зенитных расстояний и точности этого метода в условиях Центральной Азии.

При взаимном одновременном тригонометрическом нивелировании часто делается допущение, что взаимные углы рефракции - одинаковые, и действие рефракции исключается из результатов тригонометрического нивелирования. Фактически дело обстоит иначе. В настоящее время достоверно известно, что одинаковыми углы частной рефракции будут только при выполнении четырех условий: 1. одновременные взаимные наблюдения; 2. симметричный профиль; 3. однородная по всей трассе подстилающая поверхность; 4. одинаковый нагрев склонов солнечными лучами. Из взаимного одновременного нивелирования достаточно просто (без привлечения метеопараметров) определяется среднеинтегральный коэффициент рефракции К по формуле:

К - 1 - Jl.<zA_B + ZB_A - 180°) --^-(VA+VB) - (iA+iB) • (26) Lp L

При этом К - (Кл.в + Кв_а)/2 . (27)

Значения КА_В и КВ_А. будут найдены по формулам

= 2K-h3A,B+KH.(h3B,A-h3A.B) (28)

ЙЭА-В + h3B-A

Ка-в = 2К - КВ.А . (29)

Показано, что учет вертикальной рефракции с разделением К на частные КА_В и КВ.А в зависимости от 11, повышает точность взаимного тригоно-

метрического нивелирования на 40%.

В период инверсионного строения атмосферы для линий длиной до 10 с симметричными и асиметричными профилями вертикальная рефракция у тывается в 1.5...2.2 раза грубее, чем при нормальной стратификации ; мосферы.

В 2.10 описан новый метод взаимного одновременного тригонометрического нивелирования с вычислением среднеинтегральных значений зеш ных расстояний.

Среднеинтегральные значения Z вычисляются по формулам: ...

Za-b = ZA_B --J- + -J- (3°)

Y б

ZB_A = ZB_A - -j- * — . (31)

Здесь zA_B. zB.A - измеренные зенитные расстояния в конечных точкг К - центральный угол, соответствующий дуге L на поверхности 3eMJ б - полный угол рефракции.

Взаимообратные превышения h для линии нивелирования с использо! нием среднеинтегральных значений зенитных расстояний вычисляются: hA_B = L-ctg ZA„B + iA - vB . (32)

hB_A = L-ctg ZB.A + iB - VA . (33)

hep = (hA.B + hB.A)/2 . (34)

Теория метода и его точностные возможности, проверены по матер! лам экспериментальных измерений зенитных расстояний в двух peraoi Евроазиатского континента, на территории Западной Украины и в респ; лике Узбекистан.

Анализируя результаты, делаем следующие выводы:

- тригонометрическое нивелирование с использованием среднеинтегралы значений зенитных расстояний позволяет определять превышения в уело! ях Центральной Азии, как ночью, так и днем, с точностью, соответств; щей геометрическому нивелированию IV класса при длинах линий нивели] вания до 5 км;

- недостатком предложенного метода является необходимость постано! одновременных взаимных наблюдений Z. без которых невозможно опреде. ние среднеинтегральных значений зенитных углов.

2.11. "Теоретические основы флнжтуационного метода учета вер кальной рефракции":

1. Приведен теоретический расчет нормального градиента темпера' ры Кн в сухом и влажном ненасыщенном воздухе.

2. Показано.< что на каждом высотном уровне на воздушную част:

\ 1' ействуют две силы: а) сила тяжести, направленная вниз и равная по величине gpi (pj - плотность воздушной частицы); б) выталкивающая сила Архимеда, направленная вертикально вверх и равная gpe (ре - плотность воздуха, окружающего частицу). Результирующая этих двух сил называется силою плавучести или плавучестью; для нее можем записать формулу: (dPA - dP)/dh = g (ре- pt). (35)

Сила плавучести направлена вверх при ре >pj или вниз при ре <pj. Под влиянием силы плавучести частицы воздуха получают ускорение

d2h „ Ре~ Pl Tt-T,

—7 - g - = g —- . (36)

dt2 Pl Te

Рассмотрено три случая стратификации атмосферы:

I. Y < YH- Пусть на исходном уровне Тео = Т1(). При перемещении частицы вверх Т1в < Тев. а р1в > рвв и частица, согласно (36). получит отрицательное ускорение (замедление), и будет смещаться в исходное положение под действием силы тяжести. При перемещении частицы вниз TiH> тен> а PiH * Рен.т.е. частица также будет возвращаться в исходное положение. Такая стратификация, когда- Y < YH> называется устойчивой. Имеют место два частных случая устойчивой стратификации: изотермическая (Y = 0) и инверсионная (Y >0). При устойчивой стратификации перемещение воздушных частиц по вертикали затруднено, а при глубокой инверсии вообще невозможно.

II. Y я YH- в эт°М случае на исходном, верхнем и нижнем уровнях

Т10 = Т*0 • Pío = Peo : Т1В " Тев ' PlB = Рев Т1н = Тен Pl„ = РеН "

Следовательно, на каком бы уровне частица не располагалась, ускорение ее движения всегда равно нулю. Термическое 'состояние атмосферы при Y = YH называется безразличным (нейтральным) или равновесным.

III. Y > YH- Если переместим частицу адиабатически вверх, тогда Т1в> Тев, а р1в< рев. Частица приобретает положительное ускорение; наоборот, при перемещении вниз, Т1н < Тен, р1() > рен и частица будет перемещаться вниз с нарастающей скоростью. Таким образом, частица, будучи выведена с исходного положения, всегда перемещается с ускорением в ту сторону, куда получила движение в начальный момент. Стратификация атмосферы, при которой Y > YH. называется неустойчивой.

При такой стратификации создаются благоприятные условия для вертикальных перемещений воздуха и' развивается турбулентность атмосферы.

Ясно, что при неустойчивой стратификации частицы воздуха стремятся под действием силы тяжести и силы Архимеда вернуться в исходное устойчивое положение (Y < YH)- Частицам воздуха длительное время удается на мгновения вернуться в безразличное, нейтральное состояние, при

котором к = кад = кн . так как именно при таком состоянии отсутствую ускорения движения частиц (что доказано ранее на основании (36)).

4. В эти моменты сила плавучести равна нулю, dPA » - dP, формулу (35) запишем так: g (ре - pj) = 0. Так как g * О, то ре = рх .

Сила плавучести будет равна нулю и при условии рео - рев = рен р1о= р1в = PiHT-e. при условии одинаковой плотности воздуха с высотой Заметим, что речь идет о некоторой средней плотности, а мгновенно плотности будут флюктуировать, следуя за флюктуациями градиентов температуры (за мгновенными градиентами).

5. Рассчитаны средние градиенты температуры, при которых

dp / dh = = dn / dh = 0. Это сделано на основании формул

dp р г g dT

dh Т V RB

dh J

(37)

Если

dl \ dT g

- — - — 1=0 to -RB dh i = ' T0"

„ . (38)

dh R„

Принимая g = 9.80616 м/с2 и 'RB = 287.05 Дж/кг-град, получи: К = dT / dh = - 0.0342 град/м. Так как К = YH + Ка • и- Учитывая, чт Кн = - 0.0098 град/м, найдем аномальный градиент Ка = ~ 0.0244 град/м

Такой расчет можно выполнить и на основании формул частной верти кальной рефракции, имея в виду, что при dp / dh = dn / dh = 0, рефрак ция 5В = 0. Получим тот же результат.

6. Таким образом, при среднем аномальном градиенте температур Ка = 0.0244 град/м. мгновенные градиенты будут флюктуировать в преде лах от 0 до 0.0488 град/м. Поэтому достаточно вести наблюдения не н среднее, а на верхнее мгновенное положение визирной цели ( для зри тельных труб с обратным изображением - на нижнее положение), чтобы из бавиться от влияния аномальной части .вертикальной рефракции.

Все сказанные теоретические положения получили экспериментальнь подтверждения.

7. При дальнейшем росте средних градиентов, т.е. при росте плот но.сти воздуха с высотой рефракция станет отрицательной. Сила плавучее ти перестанет быть равной нулю. Размах флюктуации вертикальных града ентов температуры увеличится и по размаху можно найти среднее значена градиента. Теперь аномальные градиенты уже не будут достигать мгновен ного нулевого значения. Наведение трубы на верхние пики колеблющейс цели уже не полностью исключает аномальную рефракцию. Появятся так на зываемые "недокомпенсации" (Д6а), равные отрицательной рефракции 5ср При > 0.0244 град/м следует вести наблюдения на среднее положена

олеблщейся цели и измерять амплитуду колебаний. На экспериментальной ети получены разности Д5а » 5В - б„ ;

'де 6В - измеренная рефракция, когда наблюдения велись на верхние пики колебаний, <5Н - вычисленная нормальная рефракция. Рефракции бср полугены как разности между теоретическими и измеренными зенитными углами, аким образом. Дба и 5ср получены независимо и экспериментально провезено их равенство. В итоге получена формула

бв = 0.198• (Р/Т2) • Ь - 8.13-(РЛг)'Ь-Ка • (39)

где первый член - нормальная рефракция, а второй член - аномальная и равная амплитуде колебаний визирных целей - А. Сокращенно формулу запишем так бв = бн - А (40)

В формуле (40) 6„ может быть заменено критическими амплитудами колебаний изрбражений Акр, измеренными в те моменты времени.' когда реФракция 5ср = Д5а = 0 при <1р8 / (№ » 0 и 6Н- Ацр. бв- 0; при А > 5„ (|^а| > 0.0244 град/м).

При такой замене формула (40) примет вид бв - А^ - А(аор). в формуле (аор) - аномальная отрицательная рефракция, определяемая только по колебаниям изображений. При А < 5Н рефракция 5В - положительная: в критический момент при

<1р / (111 = (1п / (Ш » 0. 6„ ■ - Акр, б8 в 0; при А > б„ рефракция 5В - отрицательная. Проверка формул (40) и (39) выполнена в трех вариантах.

В 2.12 - 2.13 сделаны предвычисления ожидаемой точности нового флюктуационного метода учета вертикальной рефракции и выполнена оценка точности этого метода в условиях.Центральной Азии по экспериментальным данным. Предвычисления показали, что средняя квадратическая ошибка определения рефракции этим методом при длинах линий в 1 км составляет 0.3". Для линий 2. 5. 10 км получим соответственно 0.6". 1.5". 3.1".

Результаты оценки точности флюктуационнго метода по экспериментальным данным приведены в таблице 2.

Таблица 2

Значения ошибок т$

Показатели ошибок Группы линий нивелирования

h3» 5.3м h3 = 10.7м h,- 14.8м Иэ- 19.3м h3 - 26.3м

L « 1.5км L = 3.7 км L = 1.0КМ L = З.бКМ L = 9.0км

±т5 0.9" 0.7" 0.2" 0.9" 2.8"

Сравнивая данные экспериментальных исследований с теоретическими

расчетами ошибок за рефракцию, видим их удовлетворительное согласие. Точность определения рефракции предложенным методом не хуже точности учета рефракции в период нейтральной стратификации.

Г л а в а 3. УЧЕТ НИВЕЛИРНОЙ РЕФРАКЦИИ В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ.

В 3.1 проведен анализ важнейших работ в области нивелирной рефракции. Первыми исследователями нивелирной рефракции были И.Н.Померанцев. Д.Д.Гедеонов. Н.Я.Цингер. С.Д.Рыльке, Ш.Лаллеман. Т.Куккамяки, В.Иордан. Дальнейшие исследования в этой области выполнены Н.П.Осипо-вым. Н. А. Павловым, Ф. Н. Красовским. И. И. Энтиным, А. Л. Островским, П. В. Пав-ливым, Б. М. Джуманом, И. И. Стащишиным, В. Хаком, М. Кнейсслем, Д. Чаткаи и др.

В условиях Центральной Азии впервые исследовалась нивелирная рефракция Н.П.Осиповым. Он сделал ряд выводов:

- Рефракция уменьшает разности высот т сглаживает рельеф местности. Этот вывод справедлив для неустойчивой стратификации, днем, когда и выполнялись исследования.

- В течение светлого периода суток два раза наступают моменты, когда разности высот равны истинным: утром и вечером.

- Наблюдается хорошее соответствие между изменением температурных градиентов и величиной рефракции.

- Ошибка за рефракцию примерно пропорциональна квадрату расстояния от нивелира до рейки.

- Влияние рефракции в основном сказывается в ясную погоду.

- В пасмурную погоду, когда небо покрыто сплошь толстым слоем облаков. ошибки за рефракцию можно считать случайными.

Большинство выводов Н.П.Осипова согласуются с современными представлениями о нивелирной рефракции. Только первый и последний вывод требуют уточнения.

Рядом авторов предложены формулы определения поправок за нивелирную рефракцию, однако эти формулы, во-первых, требуют измерения большого числа метеоданных и, во-вторых, точность определения поправок по этим формулам не точнее 0.1 мм, что не всегда удовлетворяет требования науки и производства. К тому же внедрение в геодезическое производство методов учета нивелирной рефракции сдерживается, по нашему мнению, из-за различия мнений ученых о характере действия нивелирной рефракции: случайное оно или систематическое?

В этой связи возникает необходимость в разработке новых формул и методов учета нивелирной рефракции.

В 3.2 рассмотрены метеорологические методы учета нивелирной рефракции, являющейся не случайной, а систематической погрешностью вы-

поточного геометрического нивелирования. особенно на наклонных лотках местности, когда имеет место разЛичие высот визирных лучей до щней и передней реек. Следовательно, градиенты температуры на пути их лучей будут различны. При геометрическом нивелировании, когда лит визирования коротки, можно предположить, что точечные измерения этеоэлементов позволяют достаточно точно учитывать рефракцию. Ниве-•фная рефракция г в отсчете по рейке достаточно точно определяется эрмулой, вытекающей из обобщенной теории

I

, _ dn

г = ---- • 1 dl . (41)

dh

Jt

Выражая градиент dn / dh в функции градиентов dP/dh, dT/dh, в мм, a L - в метрах, имеем после интегрирования

г = 0.000962 ~ • L2 + 0.039425 • L2 . (42)

Т Т2 h,w

Формула (42) является формулой поправки в отсчет по рейке за ни-елирную рефракцию для сухого воздуха.. Здесь первый член в правой час-и формулы - поправка за нормальную рефракцию, а второй - за аномаль-ую. На основании формулы (42) видно, что нормальная рефракция при ра-енстве плеч не действует на результаты геометрического нивелирования.

Иначе обстоит дело с аномальной рефракцией, Составляющие г3 и гп, бусловленные аномальной рефракцией, будут различны, так как обычно эз и h3jj не одинаковы.

Именно эта причина вызывает дифференциальную рефракцию Дг.

С учетом всего вышесказанного можем записать, пренебрегая первым лёном формулы (42) и учитывая, что Т = (Tt +Т2) /2:

Дг » 0.0394 L2-i—---V] . (43)

Т2 11 I h,« h/n J

Yj определяется из температурных измерений, рудность определения h3!J и h3jj делает эту формулу приемлемой только ;ри стационарных исследовательских работах на отдельной станции. При роизводственных работах придется переходить от Ьэ к hcp - средним высотам луча:

hH + h3 _ Ьн •*• hn

"сРз" 2 ' сРп= 2

С переходом к средним высотам луча на заднюю и переднюю рейку ормулу запишем так

Р , [ДТ - YH-(hB - hH)] / 1 1 А

Дг =» 0.0394 -rr-L2---—-----(---} , (44)

In (h8 / hH) V hCP3 hcPn J

Далее утверждается, что все приведенные здесь формулы определени рефракции по метеоэлементам имеет смысл использовать при устойчиво, стратификации атмосферы.

При неустойчивой стратификации более перспективными представляют' ся методы учета нивелирной рефракции.' основанные на колебании угл; прихода светового луча (колебании изображений штрихов реек).

В 3.3 выполнена оценка точности метеорологического метода учет нивелирной рефракции. Задаваясь обычными для условий Центральной Азии - значениями Т « 300°К, Р.= 958 мб..и полагая ЬЭз= 1 м, ЬЭп 2м, рассчитаем ошибки нивелирной рефракции на станции при разных дли нах плеч и разных К1• При этом примем вероятные средние квадратически ошибки ту = 0.15 град/м и т^ =0.10 м. Результаты приведены в табл. 1 Таблица 3

Значения ошибок нивелирной рефракции в мм

Kj, град/м Длина плеча L, м

30 40 50 60 70

0.25 0.071 0.118 0.182 0.259 0.352

0.50 0.084 0.126 0.187 0.263 0.355

0.75 0.105 0.138 0.195 0.268 0.359

1.00 0.126 0.155 0.207 0.277 0.366

2.00 0.217 0.237 0.272 0.329 0.406

При длинах плеч до 50 м ошибки не превышают 0.27 мм.

Однако измерение эквивалентных высот на каждой станции нивелире вания слишком снизило бы продвиг работ, и.как уже. отмечалось, возника ет необходимость перехода от h3 к hcp. Для определения hcp дастаточн измерять высоту нивелира - hH и использовать отсчеты по задней и пе редней рейкам. Разумеется, при переходе к средним высотам значительн возрастут ошибки т^.

Далее приведены результаты количественной оценки систематически рефракционных погрешностей геометрического нивелирования в условия поливных и неполивных территорий, которые моделировались для двух ва риантов высокоточного нивелирования на затяжном склоне с превышения!^ на станциях 1 и 2 м. Величина эквивалентного Y определялась путем ии терполирования на эквивалентные высоты визирного луча. Приведены ре

ультаты вычислений рефракционных поправок в превышения на станции, .оказано, что: поправки за нивелирную рефракцию над поливными полями фактически всегда отрицательные и могут достигать до 1 мм, а над не-юливными территориями на протяжении почти всего светлого периода су-:ок - положительны и достигают 0.5 мм.

В 3.4 описаны турбулентный метод учета нивелирной рефракции и его точность в условиях Центральной Азии.

Сущность этого метода заключается в измерении во время производства нивелирования вертикальных колебаний изображений (двойных амплитуд - в) штрихов передней и задней рейки с помощью биссектора высокоточного нивелира.

Показано, что аномальная рефракция га в отсчете по рейке

га = С / 2 = А , (45)

где А - амплитуда колебаний штрихов инварной рейки в мм. Так как при геометрическом нивелировании превышение определяется как разность отсчетов по рейкам, то можем записать

Дга « Аз - Ап . (46)

Если размах колебаний Б или амплитуду А измерять не в мм. а в условных единицах - в баллах, как это предложил проф. П.В. Павлив, или в делениях шкалы микрометра, тогда (46) принимает вид

Дга = СИАз - Ап) . (47)

где й - коэффициент перехода от условных единиц к мм.

Рассчитана, ожидаемая точность метода. Пусть ширина биссектора 3.5 мм (1.75 мм). При разделении его на глаз на 10 частей (с точностью 0.1). получим ошибку однократного измерения размаха 0.35 мм (0.18 мм). При восьми измерениях ошибка среднего размаха будет 0.12 мм (0.06 мм). Так как амплитуда А - (1 / 2)-С . то шА - (1 / 2)-ш& . Получим тА - 0.06 мм (0.03 мм). Разность амплитуд измеряется с точностью 0.06мм-1/Т(0.03мм./~2"). или тдА = 0.08 мм (0.04 мм). В Центральной Азии точность метода несколько ниже. Полагаем, что турбулентный метод является наиболее точным из всех существующих и к тому же перспективным. Точность метода будет повышена, если увеличить точность измерения колебаний.

В 3.5 сделаны некоторые предложения и выводы об учете нивелирной рефракции в условиях Центральной Азии.

1. Показано, что аномальная нивелирная рефракция при развитой турбулентности определяется при любых значениях отрицательных вертикальных градиентов по флюктуациям угла прихода светового луча (колебаниям изображений), причем не приближенно, как ранее утверждалось, а

точно.

2. Погрешности турбулентного метода связаны преимущественно не с по решностями теоретической основы, а. практически, только с точност| измерения колебаний, которые ведутся, как и при отсчитывании штрихов! микроскопов, делением на глаз ширины углового биссектора нивелира I десятые части.

3. Турбулентный метод, примененный в геометрическом нивелировании, I требует знаний эквивалентных высот, так как наблюдаемые в зрительн( трубе нивелира колебания штрихов нивелирной рейки обусловлены эквив< лентными градиентами температуры.

4. Из всех методов учета нивелирной рефракции при неустойчивой страт] фикации атмосферы наиболее точным и простым является вариант турб: лентного метода, при котором биссектор наводим не на среднее, а 1 верхнее положение колеблющегося штриха нивелирной рейки. ■ Этот вариа: Можно смело рекомендовать для условий Центральной Азии.

5. Получена формула для определения размаха колебаний штрихов рейк: при котором еще можно вести учет нивелирной рефракции вышеописанным : риантом турбулентного метода при разных длинах плеч.Формула имеет ви,

г = 0.00192 Р-Ь2 / Т2 . (48)

здесь г -линейный размах колебаний штриха.Задаваясь значением Ц. основании (48) получим

и (м) 30 40 50 60 70

Г! (мм) 0.018 0.033 0.051 0.074 0.100

Как видим, к сожалению, этот вариант применим при сравнитель незначительных колебаниях штрихов рейки.

6. При больших размахах колебаний штрихов необходимо прибегать ко вт рому варианту турбулентного метода, то - есть измерять размах колеб ний.

7.' К учету нивелирной рефракции метеорологическим методом,как уже г ворилось.следует прибегать только при производстве высокоточного ние лирования в условиях инверсионного строения трехметрового слоя атмс феры. когда термическая турбулентность отсутствует.

8. Точность учета нивелирной рефракции в условиях Центральной Аг •турбулентным методом составляет 0.05 - 0.08 мм. Метеорологическим -2.. .4 раза грубее.

9. Важнейшая особенность нивелирной рефракции в условиях Централы-Азии - ее значительно большая величина, чем в умеренном климате. Те

.если в умеренном климате дифференциальная аномальная рефракция на отдельной станции достигает 0.3 - 0.4 мм. то в условиях жаркого и сухого климата она соответственно может достигать 0.7 - 1.0 мм. Особенно велики поправки в условиях Центральной Азии при инверсионном строении трехметрового слоя атмосферы. Поэтому при нивелировании в условиях Центральной Азии следует или избегать производства высокоточного нивелирования при инверсии, особенно в безветренную погоду, или же обязательно вести учет нивелирной рефракции метеорологическим методом. 10. Выявлены закономерности действия нивелирной рефракции в условиях Центральной Азии над поливными полями в вегетационный период года:

во-первых, на протяжении почти всего светлого периода суток имеют место положительные вертикальные градиенты температуры и. следовательно, отрицательные рефракции, достигающие 0.9 мм на станции:

во-вторых, вертикальные градиенты влажности на протяжении суток отрицательны и столь велики, особенно в нижнем метровом слое, что дают существенную добавку к поправке за рефракцию до 0.1...0.2 мм.

Г л а в а 4. УЧЕТ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ. (БОКОВОЙ) РЕФРАКЦИИ В УСЛОВИЯХ

ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ В 4.1 дан анализ важнейших работ в области боковой рефракции. К настоящему времени учеными В.Я.Струве, А.А.Аузаном, Б.Н.Рабиновичем, В.В.Даниловым. Н.А.Урмаевым, А.С.Зюзиным. А.Л.Островским. Н.В.Яковлевым, Л.С.Юношевым. Г.Кристиансеном, Э.Сокобом, Т.Куккамяки, Г.Морицом и другими выполнены обширные исследования боковой рефракции.

На основании анализа выполненных теоретических и экспериментальных исследований в области боковой рефракции-можно констатировать, что наиболее эффективными методами ее учета являются:

1. Геодезический метод определения поправок в горизонтальные направления, за боковую рефракцию, разработанный профессором А.Л.Островским .

2. Учет боковой рефракции путем редуцирования угловых измерений на период нулевых градиентов температуры, разработанный профессором Н.Я.Яковлевым; излагается сущность этих методов.

На основании анализа работ сделаны следующие основные выводы:

1. Поправки за боковую рефракцию следует вводить только в первоклассных астрономо-геодезических и специальных сетях, создаваемых, например. на геодинамических полигонах, а также при азимутальных определениях на пунктах Лапласа.

2. При всех других геодезических измерениях. 'кроме перечисленных, следует минимизировать влияние боковой рефракции методическими приема-

ми. Это возможно при условии знания законов действия различных пол боковой рефракции.

Поэтому дальнейшее содержание настоящей главы посвящено преиму щественно изучению закономерностей действия рефракционных полей в ус ловиях Центральной Азии и изысканию наиболее подходящих методов мини мизации боковой рефракции.

В 4.2 рассмотрены характер и особенности рефракционных полей бо ковой рефракции в условиях Центральной Азии, и впервые эксперименталь но установлено, что, как и для средних широт, рефракционные поля в ус ловиях Центральной Азии можно разделить на две группы:

1. Рефракционные поля, изменяющие в течение суток направления го ризонтального градиента показателя преломления п•^гай п) на обратные

2. Рефракционные поля, не меняющие напрвления §га<1 п. В условия Центральной Азии поля второй группы характеризуются в 1.5 - 2 раз большими горизонтальными градиентами температуры и влажности. Он осо-бенно велики вблизи искусственных водохранилищ, где достигают сос ветственно 0.14 град/м и 0.16 мм.рт. ст/м.

Имеется существенная разница в суточном ходе горизонтальных гра диентов температуры на границах берег - вода и плотина. - вода.

На границе берег - вода значения с!Т / йу положительны в дневнс время и отрицательны в ночное, здесь образуется рефракционное под первого вида. Плотина действует как мощный накопитель тепла, не ость вающий за ночь, и значения <1Т/<1у на границе плотина - вода положитель ны круглосуточно, здесь имеет место рефракционное поле второго вида.

В 4.3 рассматривается суточный ход угловых невязок в замкнуть построениях полигонометрии, а также возможность минимизации действ! боковой рефракции выбором времени наблюдений.

В условиях Центральной Азии боковая рефракция практически не ис< ледовалась. Для изучения суточного характера воздействия рефракции ] измеренные горизонтальные углы нами были поставлены специальные угл( вые и метеорологические экспериментальные измерения.

На основании погрешностей измерения углов на пунктах найде] ожидаемая суммарная средняя квадратическая ошибка в полигоне М„ ] формуле

Мп = /щ* + М22 + М32 + М42 + М52 . (49)

Угловые невязки полигонов в отдельные часы измерений можно рассматр вать, как истинные ошибки. Они включают > случайные Мп и систематиче кие - Мпс части. Это дает нам право записать ■

= мп2 + мП(.г . (50) отсюда МП(. - / Г2р - мп2 . (51)

Таблица 4

Вычисление узловых невязок в экспериментальном полигоне

}ре-мя, {ас Средние значения горизонтальных углов Угловая-невязка Гв

1 2 3 . 4 5

8 219°38' 102° 47' . 70° 51' 58°25' 88°17'

06.2" 10.7" 37.0й 30.0" 29. 1" - 1 0"

>0 06.8 18.5 36.8 30.2 28.8 + 1.1

12 10.5 22.2 36.0 32. 1 31.2 + 12.0

14 12.5 22.8 36.5 32.4 31.5 +15.7

16 10.6 21.4 36.2 32. 2 31. 1 + 11.5

0 05.0 19.2 33.2 26.6 27.2 - 9.9

2 04.4 19.5 33.0 26.7 27. 1 - 9.3

4 04.3 19.'8 32.0 27.5 27.3 - 9.4

Допустимая невязка Грдоп.= 2-2.5"-р/Т = 8.9"

1 таблице 4 приведены значения углов в разные часы суток и угловые неузки в экспериментальном полигоне,проложенном по берегу водохранили-¡а. Как видно из таблицы, невязка достигает 15.7" при допустимой 8.9". ¡начения МП(. оказались близкими к угловым невязкам полигона. Если комбинировать ночные и дневные измерения то, как видно из таблицы 4. будет фоисходить минимизация рефракциии.

В 4.4 детально рассмотрены экспериментальные исследования эффективности симметричной программы угловых измерений в условиях Центральной Азии.

Если программу наблюдения углов разделить примерно поровну на дневные и ночные наблюдения, то основная часть дневных измерений будет приходиться на вечерние видимости с инверсионным строением атмосферы. Точные измерения также будут выполнены при инверсии. Следовательно, средние значения углов будут обременены ошибками рефракции. Для более полной компенсации рефракционных влияний следовало бы поставить требование - выполнять программу примерно равными частями относительно моментов изотермии воздушных масс. т.е. симметричную программу.

При этом ставилась задача выяснить - на всех ли широтах применение симметричной программы приведет к компенсации рефракционных ошибок. С этой целью ставились экспериментальные исследования на пунктах, образующих примерно равноугольный треугольник со сторонами до 4 км. На каждом пункте выполнены по три программы I класса ( число приемов = 36 - составляет одну программу). Первая программа выполнена при зеустойчивой стратификации (отрицательные вертикальные градиенты тем-

пературы).Вторая программа - при устойчивой (положительные градиенты), а третья-при нулевых градиентах.

Значения невязки треугольника в зависимости от программы угловых измерений показаны в таблице 5.

Таблица 5

Результаты вычисления невязок треугольника

Программы Средние значения углов на пунктах Невязка треугольника

1 2 3

первая I вторая II третья Ш 60° 19'26. И" 27.21 27.03 61°22'56.26" 55.73 55.92 58°17'36.46" 37.98 36.52 -1.17" +0.92 -0.43

(1+11)/2 60°19'26.66" 61°22'55.84" 58°17'37.22" -0.12"

г, - ■! оса о,со

На основании экспериментальных' материалов, выполненных в условиях

Центральной Азии, доказано, что применение симметричной программы позволит не только повысить точность угловых измерений, но и сократить число приемов измерения углов.

В 4.5 описываются результаты введения поправок за боковую рефракцию. определенных метеорологическим методом с учетом горизонтальных градиентов температуры и влажности. В начале описываются результаты введения поправок за боковую рефракцию бг с учетом только горизон-г тавльных градиентов температуры. При этом оказалось, что углы не полезностью освобождены от рефракционных влияний. Поэтому впервые были выведены формулы и введены поправки Д5Г, составляющие влажностную часть боковой рефракции. Формула имеет вид:

2.81 1 ( ае

Дбг -

г ае \

-¿Ьг)'-1'-

Д1.

(52)

I Т

В таблице 6 приведены угловые невязки полигона в разное время суток. а также остаточные части ошибок полигона.

Таблица 6

Узловые невязки полигона после введения поправок 6Г и 5Г + Д5Г

Время, ч 8 20

Гр(5п) Гр(5г+Д5г) м„ -0.8" -0.8 0.4 +0.5" +0.5 0.2

12 14 16

+ 1.3" +0.6 1.5 +2.6" + 1.7 1.5 + 1.7" + 1.0 1.3

0 2 4

-0.2" +0.3 0.9 +0.6" + 1.1 1.0 -0.5" +0'. 1 0.8

Резюмируя сказанное в параграфе, сделаны следующие выводы:

4. В случае полигонометрических ходов, прокладываемых вдоль водохра-лищ, рек, целесообразно вводить поправки за боковую рефракцию с уче-м не только горизонтальных градиентов температуры, но и градиентов ажности.

5. Можно рекомендовать, как это принято,проводить измерения горизон-льных углов в утренние и вечерние периоды спокойных изображений, или мметрично относительно периодов спокойных изображений.

4.6 посвящен выбору оптимальных методов учета боковой рефракции условиях Центральной Азии.

В рассматриваемых условиях при большом числе ясных, солнечных ей резко выражены поля первого вида. И. как правило, нулевые гори-'нтальные градиенты температуры на высоте луча от визирной цели до одолита наступают дважды в течение суток: утром (спустя примерно два ,са после восхода) и вечером (примерно за два часа до захода Солнца). >этому в условиях Центральной Азии наиболее целесообразен учет боко->й рефракции при азимутальных определениях на пунктах Лапласа методом юфессора Н. В. Яковлева.

Иначе обстоит дело с учетом боковой рефракции в триангуляции.

Различают, как известно, полевые и городские триангуляционные се-1. В городах Центральной Азии, городская триангуляция обычно развива-гся в условиях рефракционных полей второго вида. Поэтому в таких ус-эвиях можно или минимизировать боковую рефракцию, •проводя, наблюдения зчью. когда горизонтальные градиенты между окраиной города и центром шимальны. или вести учет боковой рефракции метеорологическим мето-

)м.

Полевая триангуляция создается в условиях полей первого вида. Ес! речь идет о минимизации влияния боковой рефракции, то лучше всего (поднять ее симметричной программой угловых измерений.

Если же требуется более точный учет боковой рефракции, т.е. необ-¡димо введение поправок, тогда следует рекомендовать геодезический ¡тод Островского. К сожалению, этот метод требует знания вертикальной ¡фракции по всем направлениям.

днако. как следует из наших разработок (глава 2). при развитой турбу-¡нтности вертикальная рефракция определяется очень просто - по коле-шиям изображений визирных целей. Поэтому можно рекомендовать видоиз-:ненный метод учета боковой рефракции, сочетающий флюктуационный ме-'Д определения вертикальной рефракции и метод Островского. Такая мо-рнизация метода даст возможность широко применять его не только в ловиях Центральной Азии, но и в любых климатических условиях.

Г л а в а 5. УЧЕТ АТМОСФЕРНЫХ ВЛИЯНИЙ НА СВЕТОДАЛЬНОМЕРНЫЕ ИЗМЕ РЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ

В 5.1 сделан анализ основных работ в области учета атмосферных влияний на светодальномерные измерения, и рассмотрены 2 группы ошибок, возникающие при измерении расстояний с помощью светодальномеров.

I. Приборные ошибки и субъективные ошибки наблюдателя. Это: ошибки определения частоты в моменты измерения длин, ошибки определения фазы, постоянных дальномера, ошибки центрирования приемопередатчика и отражателя, и др.

II. Ошибки, обусловленные влиянием внешних факторов, точнее, влиянием атмосферы.

Реальная атмосфера неоднородна и в каждой ее точке значения Т, Р. е - неодинаковые. Следовательно, показатель преломления, а значит, и скорость распространения ЭМВ вдоль трассы меняются. Это приводит к неравномерности (фазовым задержкам) и непрямолинейности распространения ЭМВ, которые детально рассмотрены в этом разделе.

Отмечены работы М.т.Прилепина, А.Л.Островского, Дж.Саастамойнена, В.Хопке и другие.

Для перехода от длины пространственной траектории луча к длине замыкающей оптимальной признана формула

---г • I3 • (53)

24-И32

После анализа большого числа работ поставлены следующие задачи:

1. усовершенствовать геодезический метод определения среднего интегрального значения показателя преломления воздуха - п;

2. исследовать закономерности действия рефракции на светодальномерны( измерения в условиях Центральной Азии:

3. наметить пути дальнейшего повышения точности светодальномерных ИЗ' мерений.

В 5. 2 впервые описывается влияние рефракции на светодальномерны' измерения в условиях Центральной Азии. Получены среднесезонные значе ния вертикального градиента индекса показателя преломления (1Н / сШ, вычислены поправки за рефракцию - ДЬГ .

Анализируя погрешности непрямолинейности распространения световы волн, отмечено: суточный ход N над различными подстилающими поверхнос тями колеблется в вегетационные периоды года до 11.5 единиц шестог знака н. Максимальные рефракционные ошибки светодальномерных измерени приходятся на летний сезон года. Так. при длине линии 5 км и средне

ысоте визирного луча hcp ■ 5 м над поливными полями поправки достигает 4.1 мм. с увеличением h они резко уменьшаются. Подстилающая поверхность в условиях Центральной Азии оказывает существенное влияние на величину вертикального градиента N и. соответственно, на величину рефракционных ошибок при линейных измерениях.

В 5.3 отмечены особенности атмосферных влияний на светодальномер. ные измерения в условиях Центральной Азии и приведены экспериментальные определения фазовых задержек в этих условиях. Они являются одним из основных источников ошибок светодальномерных измерений. Для иследо-вания фазовых задержек были использованы круглосуточные взаимные одновременные наблюдения зенитных расстояний и метеоизмерения.

Вначале были определены коэффициенты вертикальной рефракции К и Кн. Затем были найдены'Ant и бп2 - разности среднеинтегральных показателей преломления и показателей преломления, измеренных соответственно в одной и двух точках трассы, а также соответствующие фазовые задержки 5L„ и ДЬЯ. Вычисления сведены в таблицу 7. Анализируя таблицу, видим:

1) погрешности 5Ц и ДЦ существенные и далеко не пренебрегаемые.

2) они возрастают с увеличением разности hcp - h0. где hcp и h0 -средняя высота луча над подстилающей поверхностью и средняя высота точек измерения метеопараметров. Сравнивая ДЬЙ и 5Ln . видим, что измерение метеопараметров не в одной, а в двух точках уменьшает фазовые задержки более чем в 1.4 раза.

Таблица 7

Результаты вычисления фазовых задержек

Стратификации атмосферы в 1 - й точке в 2 - й точке

Пи rac, мм Шс / L m,., мм щ. / 1

1 2 3 4 5 6

dT / dh < 0 32 7.44 2. 29-Ю"6 3.62 1.14-Ю"6

dT / dh - 0 12 3.16 0. 98 • 10"6 1.33 0.42-10"6

dT / dh > 0 38 5.79 1. 79 • 10"6 3.91 1. 23-10"6

Из таблицы видно, что максимальные погрешности имеют место при неустойчивой стратификации температуры. Ночью погрешности уменьшаются примерно на 20 - 22%. В периоды спокойных изображений погрешности в условиях Центральной Азии уменьшаются в 2.4 - 2.7 раза по сравнению с неустойчивой стратификацией. Если метеоэлементы измеряются не в двух, а в одной точке, то погрешности возрастают в среднем в 2 раза. Отмечено. что если измерения метеопараметров ведутся в двух точках, то пог-

решность п1 не превышает 1:1 ООО ООО и носит случайный характер. С довательно, в условиях равнинной местности метеорологический мето^. измерением метеоданных в двух точках удовлетворяет большинству треб' ваний к точности светодальномерных измерений даже в условиях жаркого' сухого климата Центральной Азии.

В 5.4 рассмотрены геодезический и усовершенствованный геодезиче кий методы определения й воздуха при светодальномерных измерениях.

Среднее интегральное значение П на трассе пс.-/чим из выражения

- п « - I пг ¿11 . (54)

0

или 1

"°т1 [п' -(-5гН-й1' (55)

о

Выразив через расстояние Ь и измеренный зенитный угол Ъх , получ:

ь-^ . (56)

Поэтому: ь

п - -I [ п,---г,]- (11 . (57)

о

После интегрирования, переходя к угловым секундам, получим:

1 б

п = п.----^ I. . (58)

2 Р

Формула (58) - рабочая формула геодезического метода. Один из е: недостатков - замена неизвестного интегрального значения зенитно: расстояния 1 измеренным в точке 1 - углом 1Х . Как следствие, при 90° (горизонтальная трасса) задача определения п вообще не решаете: От этого недостатка можно избавиться, если знать среднее интегральн значение I на трассе и заменить в (58) на 1. До настоящего време] определить 1 для произвольной кривой распространения света не удав, лось. Показано, как можно определить I, если реальную кривую замени1 круговой кривой, близкой к реальной. Формула п запишется:

1 б

п •» II, - —---— 2 . (59)

В этом состоит усовершенствование метода в теоретическом отношени] Кроме того, в соответствии с разработками (глава 2), вертикалью рефракция при развитой турбулентности может быть определена сравн] тельно просто - по измеренным колебаниям изображений, без взаимно:

мерения зенитных расстояний. Это сокращает комплекс необходимых измерений (правда, только при неустойчивой стратификации атмосферы) и. аким образом, делает изначальный геодезический метод более приемлемым реализуемым.

Так как п определяются в конечных точках линии, то можно опреде-лть два значения п :

1 б = 14----

2 Р 2 ' р

За конечный результат принимаем

По = По

ctg 2г.1

(60)

п,

п =

п2

(61)

(62)

Приведена формула фазовой задержки

Дп

ДЬ = -

где 'Дп

п - п,

П,

ср

ср

Гак как пср =1. то имеем еще более простую формулу ДЬ

(63)

(64) - Дп-Ь .

В 5.5 приведена точность усовершенствованного геодезического ме-?ода определения п воздуха и фазовых задержек. Для этого получена формула:

Ь2 2 б2 2 б2

Шб +

щ2 Дп

2

•шъ +

-Г~Г'ГО| 2

4р2 Ь4

(65)

4р2 Ь2 4рЧ2

Третий член-в правой части (65) мал и им можно пренебречь. Тог-1а, задаваясь Ь = 1000 м. Ь = 10000 м. б = 60". тб= 1". т„ = 1 м, поучим Шдп = 2.4-10"7 .

Обычный метод при таких же примерно условиях обеспечивал точность адп = 1-Ю"Таким образом.имеем повышение точности приблизительно в 4 эаза. В таблице 8 показано, как изменяется шдп в зависимости от сред-1еЯ высоты луча .

Таблица 8

Средние квадратические ошибки, определения п при разных средних высотах луча

Ь (м) 1000 500 250 100 50

Шдп 2.4-Ю"7 1. 2* 10"7 0.62-10"7 0.28-10"7 0. 18-Ю"7

з.

Расчеты показывают, что начиная с превышений Ь ч< 500 м усовер шенствованный метод обеспечивает точность определения п не грубеь МО*7. Это подтверждают результаты вычислений, приведенные в таблице 8!

Представлены экспериментальные данные проверки точности усовершенствованного геодезического метода. Экспериментальные измерения велись во всхолмленной местности на трех линиях. В каждый четный час е течении трех суток измерялись взаимные зенитные расстояния (по тр1 приема, из которых среднее значение 1 принималось как отдельное измерение). а также измерения метеоэлементов.

Результаты вычислений показали, что точность предложенного усо-вершенственного геодезического метода не грубее 2-Ю"7.

В 5.6 -"Теоретическая основа турбулентного метода учета атмосферных, влияний при светодальномерных измерениях".

Рассмотрена турбулентность как стремление атмосферы вернуть« (под действием силы тяжести) к устойчивому равновесию.

Определено, как изменяются мгновенные градиенты Нс в зависимое^ от к градиентов температуры воздуха.

к. град/м 0.000 -0.0098 -0.0244 -0.0342

сШ / (Ш. ед/км -30.29 -21.66 -8.60 0.00

Как видим, с увеличением по абсолютной величине градиентов темпе ратуры значения Нс на некоторой постоянной высоте растут (так как гра диенты с1Нс / уменьшаются по абсолютной величине) и мгновенным нуле вым аномальным градиентам температуры будут соответствовать максималь ные мгновенные значения длин линий 1,. Отсюда ясно, что турбулентны: метод может быть реализован с помощью высокоточного светодальномера который оснащен устройством, выделяющим мгновенные максимальные значе' ния длин.

В параграфе отмечено, что: так как ни дисперсионный, ни турбулентный методы пока не нашли приемлемой для полевых работ инструментально] реализации, то наиболее подходящим, не только для условий Центрально] Азии, но и для средних широт является усовершенствованный геодезичес кий метод определения среднеинтегрального значения показателя прелом ...пения воздуха и фазовых задержек при светодальномерных измерениях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертации на основе выполненных теоретических и эксперимен тальных исследований определены для условий Центральной Азии законо мерности действия атмосферных влияний на геодезические измерения. Най дены пути минимизации этих влияний и разработаны эффективные и точны

етоды их 'учета. Основные результаты диссертационной работы сводятся к ледующему:

1. Впервые дана обобщенная теория непрямолинейности распространена (рефракции) электромагнитных волн оптического диапазона в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также неравномерности распрост->анения (фазовых задержек) этих волн.

2. Выявлены закономерности распределения метеопараметров в усло-1иях Центральной г.зии. Важнейшей особенностью стратификации температу-)ы в жарком климате является наличие вертикальных аномальных градиен-■ов уа. больших по модулю, чем 0.0244 град/м до эквивалентных высот 25 I. Такие аномальные градиенты температуры присутствуют на протяжении рачительной части дневного периода и приводят к отрицательным значе-1иям рефракции. Положительная рефракция имеет место ночью, а также ут-эом (не более 1.5 часов, после восхода), и вечером (начиная с 1.5 часа цо захода Солнца).

В условиях Центральной Азии при длинах сторон до 4 км и эквивалентных высотах луча 10 ... 15 м вертикальная рефракция изменяется в пределах от -25" до +1'Ю".

3. Разработан для исключения вертикальной рефракции при неустойчивой стратификации атмосферы.флюктуационый метод, открывающий широкие возможности надежного учета рефракции при развитой турбулентности воздушных масс. Метод не требует производства взаимных одновременных наблюдений. знания эквивалентных высот, достаточно определять основные метеопараметры в одной - двух точках и амплитуду колебаний изображений визирных целей. Точность учета вертикальной рефракции предложенным методом - не грубее 1.5Н при длинах сторон до 4 км.

4. Предложен метод учета вертикальной рефракции для устойчивой стратификации атмосферы, основанный на взаимных одновременных измерениях зенитных расстояний с вычислением среднеинтегральных значений зенитных углов. В условиях Центральной Азии метод позволяет определять тревышения с точностью геометрического нивелирования . IV класса при шнах линий до 4 км. Метод пригоден и для неустойчивой стратификации ггмосферы.

5. Определено, что в условиях Центральной Азии нивелирная рефрак-1ия достигает значительно больших Ееличин. чем в умеренном климате. :сли в средних широтах аномальная дифференциальная рефракция на стан-ши достигает 0.3...0.4 мм. то в условиях жаркого климата она равна ).7...1.0 мм. Особенно велика рефракция при инверсионном строении

трехметрового слоя атмосферы. Поэтому при инверсии не следует выпо нять высокоточное геометрическое нивелирование, или, выполняя, нуж:-вводить поправки за рефракцию метеорологическим методом. I

6. Впервые выявлены закономерности действия нивелирной рефракци в условиях Центральной Азии над поливными территориями в вегетационнь период сельскохозяйственных культур:

во-первых, почти на протяжении всего светлого периода суток имен место положительные вертикальные градиенты температуры и, следователь но. отрицательные рефракции, достигающие 0.9 мм на станции;

во-вторых, вертикальные градиенты влажности на протяжении сутс отрицательны и столь велики, особенно в нижнем метровом слое, что дак существенную добавку к поправке за рефракцию до 0.1...0.2 мм.

■ 7.Показано, что наиболее точным и простым методом учета нивелщ ной рефракции является вариант флюктуационного метода, при которс биссектор нивелира наводится на верхнее положение колеблющегося штрю нивелирной рейки. Получена формула определения размаха колебаний штрр хов рейки. На ее основе определяется возможность учета нивелирной peí ракции вышеуказанным вариантом метода при разных длинах плеч. Щ больших размахах колебаний следует применять второй вариант метод; измеряя амплитуды колебаний изображений штрихов реек.

При инверсионном строении атмосферы нивелирную рефракцию следу! учитывать метеорологическим методом с определением градиентов темпер< туры.

Точность учета нивелирной рефракции флюктуационным методом в yi ловиях Центральной Азии составляет 0.05...0.08 мм, метеорологическим в 2...4 раза грубее.

8. Определено впервые в условиях Центральной Азии, что на грани: искусственное сооружение - вода возникают рефракционные поля второ вида, не меняющие в течение суток направление горизонтального градие: та температуры.

Впервые установлено', что при проложении полигонометрических ход по берегам водохранилищ учет рефракции необходимо вести с использов нием не только температурных, но и влажностных градиентов. Величи поправок за рефракцию в этих условиях достигают 10", причем влажное ная составляющая равна 10...15 %.

9. Показано, что при азимутальных определениях на пунктах Лапла учет боковой рефракции в условиях Центральной Азии целесообразно вес методом профессора Н.В.Яковлева. В триангуляционных и полигонометр ческих сетях учет рефракции следует вести модернизированным нами мет

м профессора А. Л. Островского. Погрешность учета боковой рефракции азанными методами не превышает 10 %.

10. Доказано, что одним из основных источников погрешностей све-дальномерных измерений является неравномерность распространения све-1вых волн (фазовые задержки). Если метеорологические измерения ведут-

по концам линии на высотах 1.5 м, а средняя высота луча над подсти-1ющей поверхностью составляет 20 м, то уже в таких, обычных условиях ¡стности. фазовые задержки в ранние утренние часы могут достигать 53 t для линии длиной ю км.

11. Предложен усовершенствованный метод определения среднеинтег-[льного значения показателя преломления воздуха и фазовых задержек, юв'ершенствование заключается в переходе от точечных значений зенитке расстояний, измеряемых по концам линии, к среднеинтегральным знаниям Z. Это повысило точность определения среднеинтегрального значе-м показателя преломления с 1-Ю"6 до 2-Ю"7. Кроме того, при неус-зйчивой стратификации атмосферы, применяя флюктуационный метод учета эртикальной рефракции, можно значительно сократить объемы угловых из-зрений.

Таким образом, в настоящей работе, по нашему мнению, в значитель-зй мере решена проблема учета атмосферных влияний на геодезические змерения в условиях Центральной Азии.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

.. Суюнов A.C. (Монография). Об учете вертикальной рефракции при еодезических измерениях в условиях Центральной Азии. - К, 1995, 75 с. Рукопись деп. в ГНТБ Украины, № 898 - Ук 95.

!. Суюнов АС., Островский A.JI. (Брошюр а). Флюктуационный 1етод учета вертикальной рефракции и некоторые результаты его [рименения в условиях Центральной Азии. (Респ. Уз бекис-'ан)/"Ургутская районная типография" - Ургут. 1995. - 24 с. L Островский A.JL, Тлустяк Б.Т., Суюнов АС. Об учете вертикальной >ефракции в условиях Средней Азии. - Геодезия и картография. М., 987, № 5. С. 19-21.

. Суюнов A.C., Власенко С.Г., Колгунов В.М. Закономерности действия ертикальной рефракции в условиях Средней Азии. - Геодезия, арография и аэрофотосъемка. Львов, 1988. Вып. 47. С. 61-66.

5. Островский A.JL, Суюнов А.С. Турбулентный метод учета вертикаль рефракции в условиях Средней Азии. - Геодезия, картографии аэрофотосъемка. Львов, 1989, вып. 49. С. 112-120.

6. Суюнов А.С. Учет вертикальной рефракции в двустороннем тригс метрическом нивелировании в условиях Средней Азии. - Геоде; картография и аэрофотосъемка. Львов, 1989, вып. 50. С. 96-99.

7. Суюнов А.С. Выявление и учет боковой рефракции при угло) измерениях в условиях Центральной Азии - Изв. ВУЗов. Геодези: аэрофотосъемка. М., 1995, № 4.

8. Suyunow A., Vlasenko S. Uwzglednienie bocznej refrakcji w pol: nometrii w warunkach goracego klimatu. - Budownictwo I inzynl srodowiska. Z - 22. Problemy budownictwa I inzynierii srodowi: Rzeszow. 4 s.

9. Суюнов АС., Суюнов C.C., Абдуваитов А.А. (Патент). Способ тригс метрического нивелирования местности. - Узб. Рес. Фан ва те^н Даавлат ^умитаси. - Давлат патент идораси, расмий ахборотномг Тошкент, 1994, 3-сон., № 2064.

10. Суюнов А.С., Тлустяк Б.Т. О рефракционной систематичес: погрешности геометрического нивелирования на затяжных уклонам условиях Средней Азии. К, 1986. 8 с. - Рукопись деп. в УкрНИИНТИ - № 2452.

11. Суюнов А.С. Эффективность метеорологического метода уч вертикальной рефракции в условиях Средней Азии. - К, 1987. 8 < Рукопись деп. в УкрНИИНТИ. У к. № 2247.

12. Суюнов А. С. Исследование сезонного и суточного хода инде показателя преломления света над различными подстилающк поверхностями в условиях Средней Азии. К, 1987. 10 с. - Рукопись де) УкрНИИНТИ. Ук. - № 1583.

13. Островский AJL. Власенко С.Г., Суюнов АС. Опыт учета вертикаль] рефракции при трегонометрическом нивелировании в условиях Сред] Азии без вычисления коэффициентов или углов рефракции. - К, 198Î с. - Рукопись деп. в УкрНИИНТИ Ук. 88, № 1667.

14. Суюнов А.С. Выбор оптимальных методов учета боковой рефрага. для условий Центральной Азии. - К, 1994, 13 с. - Рукопись деп. в ГН Украины, № 920 - Ук 94.

15. Ostrovsky A., Suyunov A. Turbulence method of calculation refraction at the results of lightdistance measurements in geodynami polygons. - Abstracts. Yaremcha, 1994. P. 33-34.

16. Suyunov A., Vlasenko S. Earth refraction and geodynamical research south latitudes. - Abstracts. Yaremcha, 1994. P. 45-46.

17. Суюнов A. С. Земная рефракция в условиях Центральной Азии. -сб.: Совершенствование строительства в условиях^Узбекистана. Тез. до обласной семинар-совещание. Самарканд. 199% С/

д. 1ЩС//2Л-Щ •-—

t j

SUYUNOV A.S. - Problem of accounting of the atmospheric influences on

the geodetic measurements in Central Asia conditions.

Doctor of Engineering Dissertation. Geodesy (05.24.01).

Kiev State Technical University of Construction and Architecture.

The ideas described in 13 scientific papers and one monography are defended: some generalities of refraction action on the geodetic measurements, generalized theory of irrectilinear and irregular extention of electromagnetic waves, evaluated ways of minimization of the atmospheric influences, developed effective and precise methods of the refraction accounting under Central Asia conditions.

СУЮНОВ A.C. - Проблема учета атмосферных влияний на геодезические измерения в условиях Центральной Азии. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.24.01 - геодезия.

Киевский Государственный технический университет строительства и архитектуры, Киев, 1995.

Защищаются изложенные в 13 научных работах и одной монографии: определенные закономерности действия рефракции на геодезические измерения; обобщенная' теория непрямолинейности и неравномерности распространения электромагнитных волн; найденные пути минимизации атмосферных влияний; разработанные эффективные и точные методы учета рефракции в условиях Центральной Азии.

Ключевые слова: рефракция, методы учета, метеорологические измерения, условия Центральной Азии.

СУЮНОВ A.C. - Проблема врахування атмосферних вплив1в на геодезичш вим1ри в умовах Центрально'1 Азп.

Дисертащя на здобування вченого ступеня доктора техшчних наук по спешальносп 05.24.01 - геодез1я.

Кийзський Державний ушверситет бушвництва i архггектури, Киш, 1995.

Захищаються викладеш в 1 3 наукових роботах i однш монографй':

визначеш законокпрносп дй рефракци на геодезичш BHMipn; уза-гальнена теор1я непрямолшшносп i HepiBHOMipHocri розповсюдження електромагштних хвиль; знайдеш шляхи MiHiMi3auii атмосферних вплив1в; розроблеш ефективш i T04Hi методи врахування рефракци в умовах Центрально!" Азп.

Ключов! слова: рефракшя, методи врахування, метеоролопчш вим1ри, умови Центрально!" Азп.