CC BY
74
УДК 551.24+[528.286:528.5]
А.С. Глазунов СГГ А, Новосибирск
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ АСТРОНОМИЧЕСКИХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЗА УКЛОНЕНИЕМ ОТВЕСНЫХ ЛИНИЙ
Геодинамические процессы сопровождаются вертикальными и горизонтальными перемещениями точек земной поверхности, изменением во времени элементов земного гравитационного поля и другими подобными проявлениями на земной поверхности. Такие изменения, как правило, имеют
—8 —9
порядок 10 — 10 [1], однако некоторые геодинамические процессы,
имеющие катастрофические последствия на поверхности Земли, вызывают значительно большие изменения этих параметров. Так в вулканических областях при подготовке извержения и в его процессе изменения уклонений отвесных линий достигают величин 1"-10—1 [2]. Вариации такого порядка могут быть выявлены средствами геодезической астрономии, особенно при повышении точности астрономических определений [3].
Появление новых оптических инструментов с электронной системой отсчитывания кругов, ПЗС-матриц для автоматического фиксирования прохождений звёзд, высокоточных кварцевых хронометров и персональных компьютеров для записи и оперативной обработки наблюдений даёт новый импульс для возрождения астрономических определений с целью определения уклонений отвесных линий [4]. Для оперативного определения уклонений отвесных линий в университетах Ганновера, Парижа, Вены, Шапрона и Граца разработаны и построены зенитные ПЗС-камеры. Наибольший интерес для полевой астрономии представляет портативная ПЗС-камера ZC-G1 массой 5 кг, созданная в Институте геодезии и геофизики Венского технического университета. Камера имеет массу 5 кг и позволяет за четыре экспозиции звёзд в течение 10 минут автоматически получать составляющие уклонения отвеса с погрешностью 0,5—1" [5]. Однако такой путь на наш взгляд не является оптимальным. Во-первых, создание новых инструментов и организация их серийного производства требует значительных затрат; во-вторых, в зените можно наблюдать очень ограниченное число достаточно ярких звёзд, что отрицательно сказывается на производительности определений.
Мы предлагаем использовать для астрономических определений инструменты, выпускаемые серийно, при этом модифицировав известные способы с учётом возможностей инструмента. Для проверки новой методики для выполнения опытных определений астрономических координат и азимута земного предмета нами был использован электронный тахеометр SET2C, характеристики этого инструмента приведены в табл. 1. Все определения выполнялись на астрономической площадке СГГА, расположенной на крыше лабораторного корпуса.
Характеристика Значение
Увеличение 30х
Разрешающая способность 3"
Минимальное фокусное 1,3 м
Расстояние
Разрешение дисплея 1"
Точность (по DIN 18723) 2"
Время измерения <0,5 сек
Компенсатор Двухосевой
Первоначально нами были выполнены определения азимута земного предмета по часовому углу Полярной (: а Цті), по зенитным расстояниям (Ъ) и часовому углу (^ ярких звёзд. Определения выполнялись двумя различными тахеометрами. Время фиксировалось с помощью электронного
с
секундомера с точностью отсчитывания до 0,001 , поправка хронометра определялась по приёму точных сигналов времени радиостанции РВМ на слух. При определении азимута по измерению Ъ ярких звёзд определялись атмосферные параметры: температура и давление. Моменты приёма сигналов времени исправлялись поправкой за разность шкал всемирного и координированного времени (ЦТІ-ЦТС), а в окончательные значения азимута в программах вводилась поправка за полюс (Аар).
Результаты азимутальных определений приведены в табл. 2. Как следует из таблицы, средняя квадратическая погрешность азимута земного предмета при определении любым способом удовлетворяет требованиям азимута на ОРП [6], при этом точность определения азимута по часовому углу Полярной по внутренней сходимости выше, чем по зенитным расстояниям звёзд. Однако абсолютная сходимость определяемого азимута с принятым значением лучше у способа по зенитным расстояниям (особенно у тахеометра БЕТ2С № 12623), что можно объяснить большим влиянием цапф на меньших зенитных расстояниях.
Таблица 2. Результаты определения азимута земного предмета
Дата Инструмент Метод Число приё- мов Значение азимута Ср. кв. погрешность одного приёма Ср. кв. погрешность среднего из программы Принятое значение азимута
21.04.05 SET2C № 12623 По t a Umi 6 343°17'57,5" 2,"04 0,"83 343°17'50,"9
3.05.05, 5.05.05 SET2C № 12623 По Z 6 343° 1749,5" 4,"4 1,"7
12.05.05; 14.05.05; 17.05.05 SET2C № 12623 По t a Umi 7 343°17'56,1" 1,"9 0,"7
17.05.05 SET2C № 12623 По Z 4 343°17'53,7" 5,"1 2,"5
8.06.05 SET2C № 20841 По t а Umi 4 343°17'52,5" 5 0 2, 1,"02
10.06.05 SET2C № 20841 По t а Umi 4 343°17'54,4" 2,6" 1,"3
20.06.06 SET2C № 20841 По t а Umi 4 343°17'53,6" 2,9" 1,"45
30.06.06 SET2C № 20841 По 1 4 343°17'52,1" 2,3" 1,1"
30.06.06 SET2C № 20841 По Z 4 343° 1748,2" 4,4" 2,2"
Результаты табл. 2 позволяют сделать вывод, что при определении азимута 2-х секундный электронный тахеометр (теодолит) SET2C по точности равнозначен теодолиту ОТ-02, но при выборе подобных приборов для азимутальных определений с погрешностью 5 "-7" по часовому углу Полярной необходима проверка на влияние цапф.
Определения координат выполнялись различными зенитальными способами: широты комбинированным разностно-зенитальным способом (КРЗС) [7] и по измерению разности зенитных расстояний пары южной и северной звёзд при одном круге (способ Струве-Штернека); долготы по наблюдению пар Цингера. Все определения звёзд выполнялись между приёмами точных сигналов времени (РВМ), в процессе наблюдений измерялись параметры атмосферы (1° и Р). Определения координат выполнялись тахеометром SET2C № 20841. Так как в комплекте тахеометра отсутствовала астрономическая сетка нитей, приходилось выполнять многократные наведения горизонтальной нитью вблизи центра поля зрения на звезду с помощью микрометренного винта вертикального круга. В момент наведения фиксировался отсчёт времени. Моменты приёма сигналов времени исправлялись поправкой за разность шкал всемирного и координированного времени (иТ1-иТС), а в окончательные значения координат вводились поправки за полюс (Лфр, ЛАр). Результаты определений координат приведены в табл. 3.
Как следует из данных табл. 3, средние квадратические погрешности определения координат по внутренней сходимости близки к первоклассным требованиям. Уклонения средних значений широт из программ от принятого значения для пункта также находятся в пределах погрешностей определений. Превышение уклонения среднего значения долготы из программы от принятого значения средней квадратической погрешности можно объяснить личной ошибкой наблюдателя.
Дата Способ опреде-ления Число пар Значение координат Ср. кв. погрешность по одной паре Ср. кв. погрешность среднего из программы Принятое значение координат
10.12.05; 14.12.05 Ф, КРЗС 13 11,55" 1,69" 5 0, 11,4"
22.12.05 ф, Струве-Штернека 5 12,10" 1,8" 0,8" 11,4"
23.12.05; 28.02.06 А, Цингера 7 27,51s П (N 0, 0,08s 27,64s
Таким образом, можно сделать окончательный вывод, что современные электронные тахеометры (теодолиты) по своей точности превышают аналогичные инструменты традиционно конструкции, что можно отчасти объяснить заменой уровней компенсатором. Можно надеяться, что подобные инструменты с лучшими параметрами позволят достичь точности определения координат до 0,1" и выше. Для выявления этой возможности, а также значительного повышения производительности астрономических определений требуются дальнейшие эксперименты.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Яцкив, Я.С. Изучение вращения Земли [Текст] / Я.С. Яцкив // Геодинамика и астрометрия. - Киев, 1980. - С.63-73.
2. Мазуров, Б.Т. Вычислительный идентификационный эксперимент: совместная математическая обработка и интерпретация нивелирный и гравиметрических наблюдений за динамикой земной поверхности и гравитационного поля в вулканической области / Б.Т. Мазуров, В.К. Панкрушин // Сб. материалов Науч. конгр. “Гео-Сибирь 2005”. - 2005. - Т. 2. - С. 67-74.
3. Глазунов, А.С. О повышении точности полевых астрономических измерений [Текст] / А.С. Глазунов // Сб. материалов науч. конгр. “Гео-Сибирь 2005”. - 2005. - Т. 2. - С. 79-83.
4. Active determination of the plumb line deflection by astro-geodetic method: Abstr. Eur. Geopys. Soc. Symp. «Solid. Earth Geopyhs. and Natur. Hazards», Vienna , 1997, Pt 1. Savchuk S., Zhylyk Oksana. Ann. Geophys. 1997. 15. Suppl., № 1. Р. 214.
5. A small CCD zenith camera (ZC-Gl)-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.
6. Технические указания по определению астрономических азимутов на ориентирные пункты со средней квадратической ошибкой ±5"^7". - М.: ЦНИИГАиК, 1970. - 40 с.
7. Глазунов, А.С., Исследование и совершенствование разностно-зенитальных способов определения широты : дис. на соиск. учён. степ. канд. техн. наук /А.С. Глазунов. - Новосибирск: СГГА, 2002. - 197с.
© А.С. Глазунов, 2006
