CC BY
83
Вестник СГГА, вып. 3 (27), 2014
УДК 528.28:
МЕТОДИКА СОВМЕСТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ АСТРОНОМИЧЕСКИХ КООРДИНАТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ТЕОДОЛИТОВ
Александр Сергеевич Глазунов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доцент кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (383)361-01-59, e-mail: aleks50@mail.ru
В статье рассмотрены вопросы модернизации астрономических определений, которой способствует появление новых технических средств и технологий в геодезическом приборостроении. Учитывая технические характеристики новых электронных теодолитов, предложена методика совместного определения астрономических координат. Используя возможность совместного отсчета вертикального и горизонтального круга для одних и тех же моментов времени при наблюдении пар звезд комбинированного разностно-зенитального способа и способа Цингера, показана возможность определений астрономической широты и долготы одновременно из зенитальных и азимутальных способов. Приведены примеры записи наблюдений, формулы вычисления широты и долготы. Сделан вывод о перспективности таких определений.
Ключевые слова: определение астрономических координат, методики астрономических определений, повышение точности и производительности астрономических определений.
TECHNIQUE FOR JOINT DETERMINATION OF ASTRONOMICAL COORDINATES FOR ELECTRONIC THEODOLITES
Alexander S. Glazunov
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Assoc. Prof., Department of Physical Geodesy and Remote Sensing, tel. (383)361-01-59, e-mail: aleks50@mail.ru
The issues of astronomic determinations upgrading are considered. The problem results from the brand-new techniques and facilities of geodetic instrument-making. Taking into account the characteristics of new electronic theodolites the author offers the technique for joint determination of astronomical coordinates. It is shown that astronomic latitude and longitude may be determined simultaneously by zenithal and azimuthal methods in case of joint reading of vertical and horizontal circles (for the same time, when observing the stars) applying the pair of combined zenith-difference and Zinger methods. The examples of observation records, and the formulas of latitude and longitude determination are given. These determinations are shown to be promising.
Key words: determination of astronomic coordinates, techniques for astronomic determinations, improvement of accuracy and efficiency of astronomic determinations.
Задача повышения точности астрономических определений ставилась многими исследователями [1-8]. Решение этой задачи возможно за счет лучшего учета влияния атмосферы [9-15], совершенствования методики обработки астрономических определений и разработки новых способов и методик определе-
64
Геодезия и маркшейдерия
ний [16-18], внедрения новых технологий при астрономических определениях [19-23].
В настоящее время, кроме повышения точности, важное значение имеет и повышение производительности астрономических определений, этому способствует появление принципиально новых технических средств наблюдений и новых способов астрономических определений [18-23]. Теодолиты с электронной системой отсчитывания кругов и компенсаторами наклона позволяют модернизировать способы определений астрономических координат и азимутов. Преимуществами автоматизации отчетов является большая скорость и точность, исключение личных ошибок наблюдателя при отсчитывании кругов, запись отчетов в цифровом виде в память прибора, что позволяет вести их дальнейшую обработку на компьютере в режиме реального времени. Наличие точного компенсатора наклона позволяет исключить необходимость отсчитывания по уровню, что также способствует уменьшению личных и инструментальных ошибок и повышает производительность определений. Возможность одновременно отсчитывать горизонтальный и вертикальный круги позволяет совмещать зенитальные и азимутальные способы астрономических определений. При этом в зависимости от наблюдения пар звезд вблизи меридиана или первого вертикала можно получать по отсчетам вертикального круга широту или долготу, а по отсчетам горизонтального круга наоборот - долготу или широту. Соответствующие способы описаны в [24].
Весной 2007 г. автором были выполнены опытные определения широты и долготы на астрономической площадке СГГА. Определения астрономических координат выполнялись тахеометром SET2C. Характеристики тахеометра приведены в табл. 1.
Таблица 1
Технические характеристики тахеометра SET2C
Характеристика Значение
Увеличение 30х
Разрешающая способность 3"
Разрешение дисплея 1"
Точность (по DIN 18723) 2"
Время измерения < 0,5 с
Компенсатор Двухосевой
Наблюдались пары комбинированного разностно-зенитального способа (КРЗС) [6] и способа Цингера. По отсчетам вертикального круга и времени по звездам пар КРЗС определялась широта, по отсчетам горизонтального круга и времени - долгота. Идея определений долготы по азимутальным наблюдениям пар Певцова, входящих в КРЗС и близким к ним по условиям выбора, дана в [24].
65
Вестник СГГА, вып. 3 (27), 2014
Методика астрономических определений с помощью электронных угломерных инструментов изложена в [25]. Для электронного тахеометра ее можно представить следующим образом: при появлении звезды в поле зрения выполняется наведение на нее центра сетки нитей с отсчетом времени, а затем вертикального и горизонтального кругов. Таких отсчетов делается несколько. При наличии двухосевого компенсатора отсчеты по уровню выполнять не требуется. В табл. 2 приведен пример записи наблюдений пары КРЗС.
Таблица 2
Журнал определения широты и долготы по паре КРЗС Дата: 17.03.2007 г.; u = 18h 10m 14,55s; t = -3,4°; P = 760,4
Номер отсчета Звезда № 526-N. Время Отсчеты круга Звезда № 126-S. Время Отсчеты круга
1 0h 46m 07,95s Вк 49° 21' 19'' Гк 160 14 54,5 0h50m29,06s 50° 38' 46'' 26 19 21
2 0 46 43,78 Вк 49 23 09 Гк 160 18 20 0 50 58,46 50 40 28 26 28 28
3 0 47 15,27 Вк 49 24 38,5 Гк 160 21 17 0 51 23,38 50 42 12 26 36 16,5
Вычисление широты по каждой паре выполнялось по формуле [6]
ф _ cos 82 cos t2 cos AZ - cos Sj cos tx - sin Z2 cos AZ / cos ф0
sin Sj - sin 82cos AZ
2
Каждому значению широты назначался вес Рф1 = (cosAN - cosAS) и окончательное значение ф получено как средневесовое.
Долгота по отсчетам горизонтального круга вычислялась по формулам [24]
Xi = Х0 + AXi; AXi = yi / 15cosф;
У _ [(Z0N - Z0S)- (N 'n - N 's )]tg z cos An - cos As
где A0NS - вычисленные значения азимутов звезд, а N’ns - измеренные направ-
22
ления на звезды по горизонтальному кругу. Вес yi равен Pi = 2cos Ancos z. Окончательное значение долготы пункта будет получено из выражения
X = X0 + ycp / 15cosф,
где ycp - средневесовое значение.
66
Геодезия и маркшейдерия
Также исследовалась возможность совместного определения долготы и широты по парам Цингера. Долгота определялась по отсчетам вертикального круга (разностно-зенитальные определения), а широта по отсчетам горизонтального круга (азимутальные определения). Пример записи наблюдений приведен в табл. 3.
Таблица 3
Журнал определения долготы и широты по паре Цингера Дата: 26.03.2007 г.; u = 19h 12m 26,46s; t = +3,2°; P = 749
Номер отсчета Звезда № 263-E. Время Отсчеты круга Звезда № 95-W. Время Отсчеты круга
1 01h 01m 32,22s Вк 33°48' 54,5'' Гк 269 58 56 01h 04m 51,44s 33° 57' 36'' 89 34 02
2 01 01 57,88 Вк 33 45 17 Гк 270 04 02 01 05 24,97 34 02 24 89 41 08
3 01 02 24,34 Вк 33 41 22,5 Гк 270 09 34,5 01 05 54,36 34 06 43 89 47 07,5
Вычисление долготы выполняется по видоизмененным формулам С. С. Уралова [24] и руководства [26]
Xi = X0 + AXi; AXi = yi / 15соэф;
yi = [(Ze - Zw)BbI4 - (Ze - ZwWI / (sin^w - sin^).
Широта вычислялась по формулам [24]
Y _ [(A0W - A0E ) - (N'w - N'E )]tgz
sin Ae - sin Aw
с весом P = 2sin AEcos z, где A0WE - вычисленные значения азимутов звезд, а N’WE - измеренные направления на звезды по горизонтальному кругу. Окончательное значение широты получим из выражения
ф = ф0 + *cp.
Результаты определений астрономических широты и долготы приведены в табл. 4.
67
Вестник СГГА, вып. 3 (27), 2014
Таблица 4
Результаты определений астрономических координат
Определения
Широта Долгота
Число пар Среднее значение СКО по одной паре СКО среднего Среднее значение СКО по одной паре СКО среднего
Пары КРЗС
8 12,04" 2,82" 0,86" 28,16s 0,36s 0,16s
Пары Цингера
5 11,96" 2,03" 0,82" 27,61s 0,28s 0,12s
Применение в качестве приемника изображения ПЗС-матрицы позволит повысить как точность, так и производительность определений. Об этом говорят результаты наблюдения Полярной звезды во время затмения Солнца 2008 г., когда применение ПЗС-микрометра позволило зафиксировать колебания отвеса во время полной фазы затмения [27].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Машимов М. М. Высшая геодезия. - М.: ВИА, 1991. - 552 с.
2. Красовский Ф. Н. Новые предложения по уравниванию астрономо-геодезической сети // Избр. соч. Т. 1. - М, 1953. - С. 351-360.
3. Уралов С. С. Современные проблемы геодезической астрономии // Исследования по геодезии, аэрофотосъемке и картографии. - М.: МИИГАиК, 1978. - С. 4-9.
4. Исследования по геодезической астрономии и астрономо-геодезическим приборам. -М.: ЦНИИГАиК, 1980. - Вып. 223. - 190 с.
5. Краснорылов И. И., Львов В. Г., Сафонов Г. Д. Об астрономических определениях в АГС СССР и задачах геодезической астрономии // Геодезия и картография. - 1995. - № 8. -С. 22-27.
6. Глазунов А. С. Исследование и совершенствование разностно-зенитальных способов определения широты : дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук / Глазунов Александр Сергеевич. - Новосибирск: СГГА, 2002. -197 с.
7. Глазунов А. С., Каленицкий А. И. Возможности повышения точности передачи высот квазигеоида // ГЕО-Сибирь-2005. Науч. конгр. : сб. материалов в 7 т. (Новосибирск, 25-29 апреля 2005 г.). - Новосибирск: СГГА, 2005. Т. 2. - С. 74-79.
8. Глазунов А. С. О повышении точности полевых астрономических измерений // ГЕО-Сибирь-2005. Науч. конгр. : сб. материалов в 7 т. (Новосибирск, 25-29 апреля 2005 г.). - Новосибирск: СГГА, 2005. Т. 2. - С. 79-83.
9. Василенко Н. А. Исследование аномалий астрономической рефракции : автореферат на соиск. учен. степ. канд. физ. мат. наук. - Л., 1977. - 15 с.
10. Тютерев Г. С. Влияние наклона приземного слоя воздуха на определение широты и времени // Вращение Земли. - Киев: Наукова думка, 1963. - С. 281-288.
11. Тютерев Г. С. Исследование влияния наклонов атмосферных слоев равной плотности на определение широты места и точного времени по аэрологическим данным // Колебание широт и движение полюсов. - М., 1965. - С. 51-72.
12. Нефедьева А. И. Астрономическая рефракция: автореферат на соиск. учен. степ. д-ра физ. мат. наук. - М., 1973. - 19 с.
68
Геодезия и маркшейдерия
13. Сергиенко В. И. Исследование влияния рефракционных аномалий на широтные наблюдения в Иркутске и Благовещенске // Астроном. журн. - 1970. - Т. 47, № 6. -С.1328-1336.
14. Мельников О. А. О поправках рефракции для звезд разного цвета // Астроном. журн. - Т. 33, № 2. - 1956. - С. 266-273.
15. Могилин А. О. Изучение влияния аномалий астрономической рефракции приземного слоя атмосферы на высокоточные наблюдения: автореферат на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. - М., 1975. - 22 с.
16. Глазунов А. С., Кузьмин М. И. Определение широт по способу Талькотта с наблюдением звезд вне меридиана // Тр. II Орлов. конф. «Изучение Земли как планеты методами геофизики, геодезии и астрономии». - Киев: Наукова Думка, 1988. - С. 217-218.
17. Глазунов А. С. О допуске суммы разностей зенитных расстояний звезд в способе Талькотта // Вестник СГГА. - 2002. - № 7. - С. 15-17.
18. Глазунов А. С. Обоснование комбинированного разностно-зенитального способа определения широты // Вестник СГГА. - 1998. - № 3. - С. 43-46.
19. Пинигин Г. И. Телескопы наземной оптической астрометрии. - Николаев: Атолл, 2000. - 104 с.
20. Die digitalen Zenitcamerasysteme TZK2-D und DIADEM zur hochprazisen Geoidbestimmung [Электронный ресурс] / C. Hirt, G. Seeber, B. Burki, A. Muller. - Режим доступа: http: // www.mplusm.at/ifg/download/hirt-05.pdf
21. Status of Geodetic Astronomy at the Beginning of the 21st Century [Электронный ресурс] / C. Hirt, B. Burki. - Режим доступа: http://www.ife.uni-hannover.de/mitarbeiter/seeber/ seeber_65/pdf_65/ hirt8.pdf
22. A small CCD zenith camera (ZC-G1)-developed for rapid geoid monitoring in difficult projects: Докл. [13 National Conference of Ygoslav Astronomers, Belgrade, Oct. 17-20, 2002]. Gerstbach G. Pilcher H. Публ. Опсерв. Београду. - 2003. - № 75. - Р. 221-228.
23. Глазунов А. С., Голдобин Д. Н., Коршиков В. В. Полевой астрономический оптикоэлектронный комплекс // ГЕО-Сибирь-2007. III Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 25-27 апреля 2007 г.). - Новосибирск: СГГА, 2007. Т. 2, ч. 2. - С. 79-83.
24. Уралов С. С. Курс геодезической астрономии. - М.: Недра, 1980. - 592 с.
25. Глазунов А.С. Модифицированная методика определения широты и долготы для электронного теодолита (тахеометра) // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 2. - С. 225-229.
26. Руководство по астрономическим определениям. - М.: Недра, 1984. - 384 с.
27. Глазунов А. С., Голдобин Д. Н. Результаты наблюдения Полярной звезды в период солнечного затмения 1.08.08 г. // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 1, ч. 3. -С. 56-59.
Получено 16.07.2014
© А. С. Глазунов, 2014
69
