Введение к работе
Актуальность темы. Выполнение большого объема различных научных исследований, а такнсе строительство в горных районах особо важных промышленных и гравданоких объектов требует от геодезической олужбы нашей отраны ооответотвунцего планово-выоотного геодезического обоснования и непосредственного геодезического обеспечения строительства и эксплуатации сооружений.
Наиболее интенсивно разработкой и исследованием методов геодезических измерений о наивыошей точностью, отвечащей современному состоянию измерительной техники, и проектированием специальных высокоточных геодезичеоких сетей начали заниматься в оемидеоятых годах на геодинамических полигонах для наблюдений за движением земной коры и прогноза землетрясений в геологически активных горных маооивах. В промышленно развитых горных районах эти же или аналогичные им по точности инженерно-геодезические оети иопользуютоя не только для различных научных иооледований, но и для геодезичеокого обеспечения строительства и эксплуатации крупных инженерных сооружений (водохранилищ, ГЭС, атомных электростанций, железных и автомобильных дорог о многочисленными моотами, тоннелями и пр.). Горизонтальные углы в этих сетях измеряются со средней квадратичеокой ошибкой менее 0,5". Технические возможности измерения вертикальных углов несколько хуже и характеризуются оредней квадратичеокой ошибкой около I". Измерение больших расстояний (10-20 км) на геодинамических полигонах современными электронными дальномерами возможно о относительной ошибкой 1.10 . С уменьшением расстояний технические оредотва позволяют в настоящее время получить относительные ошибки измерений 1.10 и менее. Однако практическая реализация их возможна только при разработке методов и программ измерений, максимально исключающих ошибки за влияние внешних уоловий. Ошибки'из-за влияния рефракции при высокоточных геодезичеоких измерениях в горкой местности являются преобладающими. Это объясняется п1..;;;ификой метеорологических уоловий, сложноотью рельефа, резко изменяющейся подстилающей поверхностью, которые определяют в значительной степени в горной местности особенности явлений горизонтальной и вертикальной рефракции, дневных, суточных и годовых флуктуации метеорологических величин, высотной изменчивости коэффициента преломления, траектории и скорости распространения электромагнитных волн (ЭМВ) при линейных измерениях современными свето- и радиодальномерами и др.
_ 4 -
Применение высокоточных свето- и радиодальномеров позволяет использовать в горных условиях взамен общепринятых сетей триангуляции различные виды и сочетания геодезических построений, что требует совместного анализа погрешностей угловых и линейных измерений,определения направлений их согласованной точности и выбора на основе этого оптимального варианта геодезических построений.Несомненно,что перечисленный выше комплекс вопросов является актуальным и требует теоретических и экспериментальных исследований.
Цель и программа исследований. Целью данной работы является разработка и исследование методов учета влияния атмог^ерч Земли при высокоточных угловых и линейных измерениях в о ложных физико-географических и климатических условиях горной местности с точностью,соответствующей современному состоянию измерительной техники.
Конкретно для решения поставленных задач предусматривается:
выполнить обзор и краткий анализ погрешностей высокоточных угловых и линейных геодезических измерений в горной местности из-за влияния атмосферной рефракции;
разработать математические модели атмосферы экстремальных и средних горных метеорологических условии Северного Кавказа в диапазоне высот от 0,3 до 6км и методику их использования для проверки теоретических разработок в области атмосферной рефракции;
разработать аппроксимируплие функции восстановления высотного профиля индекса преломления J^ij(H) для светодальномерных измерений в диапазоне высот от I до 3 км со средней квадратичесвой ошибкой около І,5едіІи в высокогорной местности на высотах более 2км - со средней квадратической ошибкой порядка Іед.М ;
исследовать величины систематических погрешностей учета элементов траектории и скорости электромагнитных волн оптического и радиодиапазона по метеорологической информации в начальной и конечной точках измеряемых направлений локальной инженерно-геодезической сети в горной местности в диапазоне высот (0,6-5,В)км, расстояний (20-55)км и зенитных расстояний - (83-89) ;
разработать методику предрасчета точности инкенернс-геодезических построений с учетом систематических погрешностей учета внешних условий светодальномерных измерений;
~ выявить метеорологические условия, иідиапазон высот, где вертикальные градиенты индекса преломления, определяющие величину и знак вертикальной рефракции, имеют наибольшую величину и изменчивость;
исследовать точностные возмокности аппроксимирующих функций высотного профиля коэффициента преломления для определения углов вертикальной рефракции. Определить метеорологические условия,диапазон расстояний,высот и зенитных расстояний, где погрешности определения углов вертикальной рефракции менее I", 1-2" и более 2-2,5+';
определить экспериментально наиболее характерные направления вцсо- когорной местности с наибольшим влиянием горизонтальной рефракции и направления со значениями горизонтальной рефракции менее I";
выполнить комплеко экспериментальных угловых и светодальномерных измерений в горных условиях по проверке теоретических разработок в области расчетных методов углов вертикальной рефракции по' аппроксимирующим функциям высотного профиля индекса преломления и рекомендаций по учету систематических метеорологических ошибок светодальномерных измерений.
Решения данных вопросов на доотаточно современном научном уровне лежат в основе защищаемых автором положений.
Научная новизна заключается в разработке методики предрасчета величин и погрешностей ооновных рекомендаций учета углов вертикальной рефракции и метеорологических поправок в дальность по математическим моделям атмосферы о использованием метода численного интегрирования и координирования точек траектории ЭМВ.
Объектом исследования являются метеорологические особенности горной и выоокогорной местности и их влияние на результаты угловых и линейных геодезичеоких измерений.
Теоретическая ценность ооотоит в разработке методов математического моделирования метеорологических уоловий и координатного споооба расчета элементов траектории и окорости ЭМВ для анализа метеорологических погрешностей овето- и радиодальномерных измерений и углов вертикальной рефракции.
Практическая ценнооть данной, работы заключается в разработке методики предрасчета величин углов рефракции и метеорологических поправок в результаты овето- и радиодальномерных измерений, а также погрешностей их определения применительно к условиям и проектным направлениям геодезических измерений.
Реализация результатов исследований предполагается в предприятиях ГУГК, выполняющих высокоточные геодезичеокие измерения в горных уоловиях, а также в исследованиях по распространению электромагнитных волн Инотитута оптики атмосферы РАН.
Апробация работы. Теоретические разработки и практические рекомендации проверены по математичеокиы моделям атмосферы горной местности, на экспериментальных геодезичеоких сетях при больших углах наклона наблюдаемых направлений, многолетним комплекоом экспериментальных высокоточных геодезичеоких измерений на Эдьбруооком научном полигоне, доложены на Ваеооюзных научно-практичеоких совещаниях "Проблемы совершенствования аппаратурных средотв и таблиц для определения рефракции электромагнитных волн в земной атмоофере" (Иркуток,1984), "Геодезическое обеопечение строительства и эксплуатации инженерных сооружений" (Новосибирск,1986), на Ш Всесоюзной научно-техничеокой конференции "Метрология в дальнометрии" (Харьков,1988), на X Всесоюзном симпозиуме по распространению лазерного излучения в атмосфере (Томок,1989), на зональных (Туапсе,1990), облаотных (Ростов-на-Дону, 1988).межвузовских (Ростов-на-Дону,РИСИ,I986-I99I) научно-технических конференциях.
Публикации. Ооновные результаты теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в девяти статьях в центральной печати и меквузовских научно-техничеоких оборниках.
Объем работы. Диссертационная работа ооотоит из введения, трех глав, выводов и рекомендаций, библиографии и приложений. Общий объем работы составляет 114 отранип машинописного текота, включающих 16 таблиц, 16 рисунков, 10 приложений. Спиоок литературы ооотоит из 59 отечественных и 8 зарубежных наименований.
