Способ определения уклонения отвесной линии

Способ определения уклонения отвесной линии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области геодезических измерений, в частности к способам определения уклонения отвесных линий при развитии геодезических сетей. Сущность изобретения: на каждом из двух исходных пунктах формируют два параллельных когерентных световых луча со взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации, на определяемом пункте совмещзют соответствующие лучи и формируют интерференционную картину. По этой картине определяют оптическую разность хода лучей Дополнительно на всех пунктах синхронно измеряют зенитные расстояния осевых линий световых лучей. Измеренные величины используют при вычислении уклонения отвесной линии в определяемом пункте . 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PE СПУБЛИК (

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТГТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4801384/10 (22) 12.03.90 (46) 07.09.92, Бюл, ев 33 (71) Владимирский политехнический институт (72) А.С.Медовиков и P.M.Нигаматьяноа (56) 1. Практикум по высшей геодезии./ Под редакцией Н.B.ßKoâëåâà. — M. Недра, 1982. с.294-299.

2. Прилепин М.Т.. Голубев А.H. Инструментальные методы геодезической рефрактометрии. — Итоги науки и техники.

Геодезия и аэрофотосьемка. - M.: ВИНИТИ, 1979, т.15, с.9, 29-30.

3. Прилепин М Т, Определение разности уклонений отвесных линий по наблюдениям в поляризованном свете. — Изв. вузов, сер. Геодезия и азрофотосьемка. 1972, вып.1 ° с.61 — 65.

Изобретение относится к области угловых измерений и может быть использовано

s геодезии для определения уклонений отвесных линий при развитии геодезических сетей.

Известен способ определения уклонения отвесной линии; состоящий в измерении на определяемом пункте (пунк ы

Лапласа) астрономических широты р и долготы А и геодезических широты В и,аолготы

L и определении составляющих и и (в плоскости меридиана и первого вертикала)

flo известным формулам (1).

Недостатком этого способа является большая трудоемкость. обусловленна главным образам необходимостью выполнения высокоточных астрономических наблюде.ЯЛ 1760313 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УКЛОНЕНИЯ

ОТВЕСНОЙ ЛИНИИ (57) Изобретение относится к области геодезических измерений, в частности к способам определения уклонения отвесных линий при развитии геодезических сетей.

Сущность изобретения: на каждом из двух исходных пунктах формируют два параллельных когерентных световых луча со взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации. На определяемом пункте совмегцают соответствующие лучи и формируют интерференционную картину. По этой картине определяют оптическую разность хода лучей, Д дополнительно на всех пунктах синхронно измеряк)т зенитные расстояния осевых линий световых лучей. Измеренные величины используют при вычислении уклонения отвесной линии в определяемом пункте, 2 ил. ний. Поэтому в промежуточных пунктах между пунктами Лапласа уклонения отвесных линий определяют способом интерполяции с использованием гравиметрических измерений. Однако отсутствие необходимой плотности гоавиметрических данных приводит к большим ошибкам в определении уклонений отвесных линий, особенно в горных районах (21

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ определения уклонения отвесной линии, состоящий в том, что на двух исходных пунктах с известными уклонениями отвесных линий устанавливают источники плоско поляризованного светового излучения. ориентируют плоскости пОляризации параллельно птввг, 1

«4

3 (лЭ Сд ! (> !

17б0313 ным линиям в этих пунктах, направляют излучение на определяемый пункт, в котором устанавливают приемную оптическую систему с поля ризациоиным анализатором, ось которого ориентируют параллельно отвесной линии в определяемом пункте, при помощи анализатора измеряют проекции углов, образованных отвесными линиями определяемого пункта и исходных пунктов в плоскостях, перпендикулярных к направлениям с определяемого пункта на исходные пункты, а уклонения отвесных линий определяют расчетным путем (3).

Недостатком данного способа является низкая точность, обусловленная фарадеевским вращением плоскости поляризации светового излучения в магнитном поле Земли. Угол поворота плоскости поляризации излучения, прошедшего путь L в магнитном поле с напряженностью Н вдоль направления распространения излучения. определяется известной формулой

1 = V J H(x) dx, о где V — постоянная Верде.

При L = 10 км, Н = 0,3 Э угол поворота в воздухе составит 2,13 угловых минут. Поскольку точное значение интеграла в (1) неизвестно, то и учесть фарадеевское вращение в указанном способе невозможно.

Целью изобретения является повышение точности определения уклонения отвесной линии.

Цель достигается тем, что согласно способу определения уклонения отвесной линии, включающему формирование на двух исходных пунктах первых световых поляризованных лучей с плоскостями поляризации, параллельными отвесным линиям в соответствующих пунктах, регистрацию этих лучей в первых каналах на определяемом пункте и дальнейшую обработку результатов измерений. в исходных пунктах дополнительно формируют вторые поляризованные лучи, когерентные первым, с плоскостями поляризации, перпендикулярными плоскостям поляризации соответствующих первых лучей, и отстоящие от них на измеренное расстояние вдоль соответствующих отвесных линий, а на определяемом пункте совмещают соответствующие первые и вторые лучи и формируют интерференционную картину, по которой измеряют оптическую разность хода лучей, а на каждом иэ пунктов дополнительно синхронно измеряют зенитные расстояния осевых лигде у иф — составляющие полного уклонения отвесной линии в меридиане и в первом вертикале;

А — азимут направления.

На исходном пункте (1, д1, А12 и, следо. вательно, 01 известны. Необходимо опре55 делить и 1р на определяемом пункте.

В точке 4 на определяемом пункте проведена штриховая линия, параллельная отвесной линии в исходном пункте. Найдем угол rp между направлениями отвесных ли5

40 ний световых лучей и измеренные величины используют при обработке результатов, Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного дополнительной операцией— формированием интерференционной картины и определением оптической разности хода лучей.

Известные технические решения не обеспечивают определение точных значений уклонений отвесных линий в районах с редкой плотностью гравиметрической съемки, что достигается в заявляемом техническом решении. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "существенные отличия", Расщепление излучения источников на два пучка, разнесенных вдоль отвесной линии, ориентирование плоскостей поляризации этих пучков одного вдоль, а другого перпендикулярно направлению отвесной линии, измерение оптической разности хода принимаемых световых пучков, синхронное измерение взаимно обратных зенитных расстояний позволяют определить уклонения отвесной линии на определяемом пункте с ошибкой 0,1 -0,5

На фиг.1 показана схема распространения излучения с исходного пункта на определяемый, на фиг.2 — схема устройства для измерения оптической разности хода.

На исходном пункте в точках 1 и 2 помещены разнесенные на базу d два вторичных пучка излучения. На определяемом пункте в точках 3 и 4 расположены соответствующие каналы приемной оптической системы, которые разнесены вдоль отвесной линии на базу d. Углы 612 и ٠— составляющие уклонений отвесных линий в направлениях с исходного пункта на определяемый и с определяемого на исходный определяются формулами

012 = ъ1 cos А12 + 71 з1п А12 (2) 02 =@ cos А21+ g2 з!п А21, (3) . 1760313 д — ) Cl = — «/112 «1 +

@12 = — + 012 — %1 . г

R где L/R — угол между нормалями к эллипсоиду;

L — горизонтальное положение;

R — средний радиус кривизны сечения 10 эллипсоида.

Как следствие наклона базы d приемной оптической системы на определяемом пункте на угол «р относительно базы 4 источников излучения на исходном пункте, а 15 также из-эа вертикального градиента показателяапреломления воздуха. вдоль трассы, между верхним и нижним оптическими путями световых пучков имеется оптическая разность хода, 20

Оптическая разность хода определяется интегралами вдоль лучевых линий

Л012 =юг — 1 12/В. (13) (14) (15) 25

30 (г

cos А21

sin Аг1 — Агз (16) 35 >Р

dn

ne — nH + — —, dy (17) (6) Таким образом, по известным значени4 ем 12 и %2, А21, Агз и вычисленным значе40 ниям Л012 и Лйг на основе измерений оптической разности хода и зенитных расстояний можно определить искомые значения г и tp — составляющие уклонения

45 отвесной линии в определяемом пункте.

Устройство для измерения оптической разности хода на определяемом пункте работает следующим образом (фиг.2), Излучение теплового источника 6 света проходит систему зеркал 7, где расщепляется на два пучка — верхний и нижний. Скрещенные поляроиды 8 и 9 ориентированы соответственно вдоль и перпендикулярно направлению отвесной линии в исходном пункте. На определяемом пункте излучение принимается оптической системой 10, 11 по двум каналам, поляроиды 12 и 13 ориентированы по максимуму пропускания излучений, соответствующих поляризации, Принимаемое излучение проходит в верхнем канале плаo= -f — «и, dn о «1У из (5) получаем ний в исходном и определяемом пунктах.

Согласно фиг.1 имеем д = f n(l) dl — f n (1) dl =

1.в LH (nв (l) nH (1)) dl + ni> 3, (5) о где n (() — текущее значение показателя преломления воздуха;

ls-z- расстояние между точками 5и 3 на фиг.1.

Учитывая, что и определяя угол полной рефракции — — — в

SIn (Z21 — f12) На исходном пункте 1 и определяемом

4 выполнены измерения зенитных расстояний 212 и 221, тогда и= 180 — 212 — 221+ .@12 = — )z — ф12, (9) где у = 212+ Z21 — 180 . (10)

Подставляя уравнение (9) в выражение (8). получаем уравнение

+ tg /12

sin Z2 — cos Z2 tg р12 относительно неизвестного « 12. Учитывая малое значение р, находим решение

sin Zqi д — б)

С (П вЂ” 1) + соя 7. (д — у «1

В ссооооттввееттссттввиии и с с ввыырраажжееннииеем м ((44)), если р12 известно, то можно найти

Пусть аналогично найдено Л 2 Тогда согласно выражениям (2) и (3) для направлений 2 — 3 и 1-4 имеем

%3 = < 2 со$ А23 +

+ rI2 $1п Агз = «зг — Л Ьг;

Oz = @ cos Аг1 +

+ р$1п А21 = 12 — ЛО, Решение этих двух уравнений относительно (2 и rp имеет вид.

1760313 стинку Я/2 (nо длине волны), которая поворачивает плоскость поляризации на л/2, а в нижнем канале компенсатор 14. Система зеркал 15, 16 собирает верхний и нижний пучки вместе. Интерференционная картина 5 наблюдается визуально через окуляр 17, При помощи компенсатора 14 ахроматическую полосу выводят в центр поля зрения окуляра и измеряют оптическую разность хода. 10

Требования к точности измерения д определяются точностью определения искомых величин (й, Если ошибка определения ф и д составляет О", 5, то с такой 15 же точностью необходимо определять угол о по формуле (8). Для ср.кв. ошибок имеем

При m = 0,5; d = 0,1 м имеем m = 0,25 мкм, чта технически достижимо, так как составляет около 1-й интерференционной 25 полосы 4. Для измерения зенитных расстояний можно использовать высокоточные опт ". ские теодолиты типы Т 0,5; Т 1.

Поим р оеа.,изацин способа. -:вправление:"ункт 1 — пункт 2 ЗО

l", 2; > = — 3,"4; Ац = 75,3 ;

2, --:- . O 1 49",9; Zg< = 90 05 33 ",5;

". " -:; 15,047 KM; 12 = 16.86 км; (! ..;/" ) р"= 5 4,8":

r ", 000301. 35 ,!о ф;. мулам,12) и (13) находим 2:» -. "-2; 12 =+ 9 4

@ - 0" г ; t,.3 = — 0,1; Аз2 = 34",1 . =-90,, "1;: 39У" : 7 э = 89 44 072";. 40 ,:= l39,148 мкм; Ьз = 11,92 км; (;„. :,. -,) y3 " = 399.9 и =- l,Ð00283. o, oIë óëàì (12) и (13) находим т -. =-400,1"; ЬЖ2 = + 1,1" .

Далее вычисляем гу12 = RI С0$ А12 7/1 3!и 412 =

= — 1",2 0,25 — 3,"4 0,97 = — 3,6";

Оз2 =-0,03 ";

012 — ЛО12 = -3,6 "-- 9,4 "= -13,0":

Оз2 — ЛОЗА = -0,03 "+ 1,1"=+ 1,1".

По формулам (16), (17) окончательно находим (z = + 13,3; р = — 3,16

Использование предлагаемого способа определения уклонения отвесной линии по сравнению с существующими способами обеспечивает следующие преимущества; отпадает необходимость выполнения дорогостоящих гравиметрических измерений, исключается влияние магнитного поля Земли на результаты измерений, вследствие высокой точности измерений оптической разности хода повышается точность определения уклонения отвесной линии, Формула изобретения

Способ определения уклонения отвесной линии, включающий формирование на двух исходных пунктах первых световых поляризованных лучей с плоскостями поляризации, параллельными отвесным линиям в соответствующих пунктах, регистрацию этих лучей в первых каналах на определяемом пункте и дальнейшую обработку результатов измерений, о т л и 4 а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в исходных пунктах дополнительно формируют вторые поляризованные лучи, когерентные первым, с плоскостями поляризации, перпендикулярными плоскостям поляризации соответствующих первых лучей и отстоящие от них на измеренное расстояние вдоль соответствующих отвесных линий, а йа определяемом пункте совмещают соответствующие первые и вторые лучи и формируют интерференционную картину, по которой измеряют оптическую разность хода лучей, на каждом из пунктов дополнительно синхронно измеряют зенитные расстояния осевых линий световых лучей и измеренные величины используют при обработке результатов, 1760313

Составитель Ю.Пузанов

Техред М.Моргентал Корректор Л.Филь

Редактор Т. Юрчикова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3177 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5