Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование и совершенствование разностно-зенитальных способов определения широты

ВАК РФ 25.00.32, Геодезия

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Глазунов, Александр Сергеевич

Введение.

1 Способы определения широты, их классификация и особенности.

1.1 Классификация и основные требования, предъявляемые к точным способам определения широты.

1.2 Анализ точности зенитальных и азимутальных способов определения широты.

1.3 Оценка производительности зенитальных способов определения широты.

1.4 Учёт редукционных поправок в способе Талькотта.

1.5 Учёт наклона подвижной нити окулярного микрометра в способе Талькотта.

2 Комбинированный разностно-зенитальный способ определения широты

2.1 Совершенствование способов определения широты на севере России.

2.1.1 Постановка задачи.

2.1.2 Обзор предложений по совершенствованию способов астроопределений широт.

2.1.3 Идея комбинированного разностно-зенитального способа (КРЗС).

2.1.4 Определение широты КРЗС.

2.2 Обоснование комбинированного разностно-зенитального способа определения широты.

2.2.1 О весах уравнений поправок.

2.2.2 Выгоднейшие условия определения широты для КРЗС.

2.2.3 Точность определения широты КРЗС.

2.2.4 Расчет полевых допусков.

2.3 Обработка результатов определений широты.

2.3.1 Формула для вычисления широты, определенной разностно-зенитальными способами.

2.3.2 Учет редукционных поправок.

2.3.3 Вычисление широты и уравнивание результатов определений.

2.4 О точности визирования при наблюдении звезд вне меридиана.

3 Составление эфемерид, анализ результатов определений широты.

3.1 Обзор эфемерид, алгоритмов и программ их составления.

3.2 Алгоритм составления эфемерид для способов Певцова и КРЗС.

3.2.1 Постановка задачи и вывод формул для составления эфемерид.

3.2.2 Составление эфемерид равновысотных пар звезд, симметричных первому вертикалу.

3.2.3 Дополнительные возможности расчета эфемерид.

3.3 Анализ результатов определений широт.

3.3.1 Точность определения широты КРЗС по полевым данным.

3.3.2 Зависимость точности определения широты КРЗС от принятой методики учёта наклона подвижной нити микрометра и принципа назначения весов свободных членов уравнений поправок.¡

3.3.3 Зависимость точности уравненного значения широты от числа неизвестных и структуры коэффициентов уравнений поправок.

3.3.4 Производительность способа (расчетная и реальная).

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование и совершенствование разностно-зенитальных способов определения широты"

Определение астрономических координат и азимутов опорных пунктов является составной частью создания государственной геодезической сети (ГГС).

К середине XX века астрономические определения широт долгот и азимутов в системе государственной геодезической сети (ГГС) выполнялись с целью: установления исходных данных ГГС (референц-эллипсоид ориентируется с привлечением данных всех астроопределений в астрономо-геодезической сети [1]);

- обеспечения ориентировки ГГС и контроль угловых измерений;

- редуцирования геодезических измерений на выбранный референц-эллипсоид;

- выполнения астрономо-гравиметрического нивелирования, а также служили основой для топосъемок и обособленных геодезических сетей.

К середине 80-х годов завершилось создание единой ГГС СССР, которая включает в себя 164 тыс. пунктов 1 и 2 класса, а вместе с заполняющими сетями - более 300 тыс. пунктов [2]. Необходимость выполнения астрономических определений на пунктах ГГС обоснована Ф.Н.Красовским [3]. Общее число астрономических пунктов в ГГС равно 4514, наблюдения на них выполнены с 1924 по 1984 годы [4], поэтому ГГС также называют астрономо-геодезической сетью (АТС).

К сожалению, в силу ряда причин, точность астрономических определений в АТС оказалась ниже требований, установленных Инструкцией [5]. По опубликованным данным [4,6] достигнутая точность астрономических определений в АТС России характеризуется следующими средними квадратическими ошибками:

- по широте ±0",36;

- по долготе ±0в,043;

- по азимуту ±1",2.

Эти величины не соответствуют требованиям Инструкции [5]. Причинами этого несоответствия являются [6-10]:

- использование (особенно до средины 50-х годов) несовершенных технических средств для астроопределений;

- определение личной долготной разности относительно различных пунктов, определенных с разной точностью;

- использование различных звездных каталогов - каталога 1967 звезд, КГЗ-1, КГЗ-2, - координаты звезд в которых приведены в системах фундаментальных каталогов Л.Босса [10], БКЗ и ¥К4 [11], различием значений координат звезд в которых пренебрегать нельзя;

- приведение результатов астрономических определений к различному среднему полюсу;

- влияние инструментальных погрешностей (неравенство цапф, наклон подвижной нити микрометра), действием которых или долго пренебрегали, или учитывали по недостаточно надежной методике;

- ошибки в изданном "Каталоге 2957 ярких звезд. " [11] (вторая производная по склонению у многих звезд занижена на порядок).

Поэтому, а также в соответствии с "Основными положениями о ГГС России" [12], необходимо перенаблюдать хотя бы часть астропунктов АТС.

В последние десятилетия XX века началось развитие таких новых астрономо-геодезических методов, как лазерные и радиоэлектронные наблюдения искусственных спутников Земли, спутниковая альтиметрия, радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой, что позволило решить многие задачи геодезии на качественно новом уровне. Использование методов космической геодезии позволило преодолеть трудности совместного уравнивания АТС СССР, создаваемой на протяжении нескольких десятилетий с помощью различных технических средств и в соответствии с различными инструктивными требованиями. В состав ГГС была включена космическая геодезическая сеть (КГС), созданная в 70-90-х годах Топографической службой вооруженных сил Российской Федерации по результатам наблюдений отечественного космического геодезического комплекса ГЕОИК (26 пунктов). Для повышения точности и однородности ГГС в 1987-1993 гг. с использованием спутниковой навигационной системы ТРАНЗИТ была создана доплеровская геодезическая сеть (ДГС), включающая 136 пунктов, равномерно распределенных на территории СССР. По результатам глобальных наблюдений ГЕОИК получена геоцентрическая система координат ПЗ-90, а из совместного уравнивания АГС, КГС и ДГС получена новая высокоточная референцная система геодезических координат СК-95 [2,13].

Научно-технический прогресс ставит перед астрономо-геодезией и геодезической астрономией новые задачи. Так для связи между геоцентрической (ПЗ-90) и референцной (СК-95), а также между планетарной геоцентрической (ПГГСК) и пространственной топоцентрической геодезическими системами координат (ПТГСК) необходимо знание составляющих уклонений отвесных линий £ и ц с точностью от ±0",02 до ±0",3. Необходимо также отслеживать временные изменения величин и Г| [14]. Учет уклонений отвесных линий необходим при строительстве крупных гидросооружений, тоннелей, ускорителей элементарных частиц и других уникальных инженерных сооружений [1].

В настоящее время наиболее точные значения уклонений отвесных линий могут быть получены двумя методами - астрономо-геодезическим и гравиметрическим. Оба этих метода обладают своими достоинствами и недостатками и взаимно дополняют друг друга. Преимуществом гравиметрического метода является возможность выполнять определения уклонений отвеса по всей поверхности Земли, а также независимость от таких факторов, как погода и время суток. Однако точность вывода составляющих уклонений отвеса этим методом не превосходит точности астрономо-геодезического метода. Так по данным гравиметрической съемки СССР и прилегающих акваторий получены составляющие уклонения отвесных линий с точностью от ±0",5 до ±1",0 в равнинных районах и ±2",0 в аномальных и горных районах [14,15], хотя теоретически предсказывалось, что при выполнении разведочной гравиметрической съемки и специальной съемки сгущения в районе астрономических пунктов можно повысить точность вывода Е, и т} в равнинных районах до ±0",15 [1,16-22]. Для точного вывода уклонений отвеса гравиметрическим методом необходимо учитывать влияние как ближних, так и дальних зон, что требует сплошной гравиметрической съемки по всей поверхности Земли [18-23], данные которой должны быть приведены к одной эпохе.

Точность астрономо-геодезического вывода составляющих уклонений отвесных линий зависит от точности астрономических и геодезических определений. Благодаря внедрению спутниковых методов, точность передачи геодезических координат повысилась до дециметров и даже сантиметров и теперь точность вывода составляющих уклонений отвесных линий зависит главным образом от точности астрономических определений.

В аномальных районах для правильной интерполяции уклонений отвеса необходимо повысить плотность астрономических пунктов, сократив расстояния между ними хотя бы до 50 км [14,24]. В связи с этим планируется внедрение новой методики астрономических определений, свободной от присущих ей недостатков (наблюдения в ночное время, особые условия установки прибора) [25].

Астрономо-геодезический метод, в отличие от гравиметрического, позволяет получать значения уклонений отвеса как абсолютные, так и относительные (относительно референц-эллипсоида). Согласно [2,13] геодезическое производство России должно перейти на две системы координатм - общеземную ПЗ-90 и референцную - СК-95. Следовательно, значение астрономо-геодезического вывода и г| будет сохраняться и в дальнейшем.

Созданная в XX веке система геодезического обеспечения основана на теории статической геодезии, когда гравитационное поле и фигура Земли считались не изменяющимися во времени. Она обеспечивала требования отраслей-потребителей. Однако такой подход не соответствует современным требованиям науки и производства, возникающим при геодезическом обеспечении территорий, изучении геодинамических процессов и решении проблем динамической геодезии [26]. Эти требования связаны с повышением точности и скорости получения астрономо-геодезической, гравиметрической и спутниковой информации о современных движениях земной коры и изменении гравитационного поля планетарного, регионального и локального характера. Изучение этих явлений связано также и с безопасностью жизнедеятельности и экологической безопасностью. Поэтому, учитывая изменения гравитационного поля и фигуры Земли во времени, во второй половине XX века начали выполняться исследования по динамической геодезии.

Новые геоинформационные технологии требуют знания высот квазигеоида с точностью около 0,01 м [14], что предусматривается "Федеральной целевой программой РФ" [27]. Особенно это актуально для неблагоприятных условий - заболоченных нефтегазоносных районов Приобья, горных территорий и островов [28,29]. Повышение точности полевых астроопределений до ±0",1 [8,14,29-31], позволит еще более эффективно решать эту задачу.

Начавшееся развитие фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС) предусматривает привязку спутниковыми методами нивелирных реперов. Следовательно, для контроля разности их геодезических и нормальных высот необходимо знание наклона квазигеоида. В настоящее время определение высот квазигеоида может осуществляться тремя способами: классическими - из астрономо-геодезического и астрономо-гравиметрического получение уклонений отвесных линий непосредственно из астрономических наблюдений или вычисление их через астрономические широту и долготу и использование их для редуцирования гиротеодолитных измерений при определении азимутов Лапласа;

- выполнение азимутальных определений для ориентирования сетей специального назначения, в том числе с ошибками до ±0",20 и менее, для ориентирования специальных опорных направлений, элементов радиотехнических измерительных комплексов, изучения современных горизонтальных движений земной коры на геодинамических полигонах;

- осуществление комплекса астрономических определений на пунктах фундаментальной астрономо-геодезической сети и астрономо-геодезических обсерваториях;

- определение и последующее уточнение основных (долготных) астрономических пунктов;

- совершенствование методов и приборов для приближенных астрономических определений;

- разработка новых и модификация имеющихся методов и средств геодезической астрономии и астрометрии для астрономических определений на Луне и Марсе.

Постановка проблемы. Повышение точности и производительности способов астроопределений координат и азимута возможно за счет:

- повышения точности систем координат;

- совершенствования технических средств наблюдений;

- совершенствования методов астрономических определений;

- совершенствования методов обработки результатов астроопределений.

Точность современных астрономических систем координат: инерциальной (ИСК), основанной на фундаментальном каталоге БК-5, и земной (ЗСК), в которых выполняются астрономические наблюдения, равна для ИСК ±0",06, а для ЗСК ±0",03. Суммарное их влияние на точность астрономических определений не превышает ±0",08. Точность ИСК, основанной на фундаментальном каталоге FK-4, составляла ±0",2 [8].

К середине 80-х годов в ЦНИИГАиК под руководством Д.А.Аникста были разработаны новые образцы астрономических теодолитов (ТА-05, АУ-01) и оборудования для астроопределений, что позволяло повысить точность астроопределений широты и долготы до 0",1 и частично автоматизировать сам процесс астроопределений [6,38]. В нашей стране и за рубежом за последние десятилетия выполнены исследования по совершенствованию и разработке новых способов астроопределений, исследованию ошибок, влияющих на точность астроопределений, и методики обработки наблюдений [6,39-53].

Большой вклад в совершенствование теории и практическое внедрение систем астрономических координат внесли работы института теоретической астрономии (ИТА), Главной астрономической обсерватории Академии наук в Пулково (ГАО) и ЦНИИГАиК [11,54-62].

Особый вклад в развитие геодезической астрономии в последние десятилетия внесли: С.С.Уралов [30,45-47,63-65], В.Г.Львов [4,6,38,66-68], А.М.Старостин [6,52,69], В.З.Халхунов [6,38,52,70], И.И.Краснорылов [4,44,61,71], В.Н.Баранов [43,67,72,73], Л.В.Неверов [6,47,53,63-65], А.В.Буткевич [74-79], О.В.Черневский [9,38,80-82]. Работы в этой области велись во Львовском политехническом институте [41,78,79,83-90], в НИИГАиК Могилевским Э.А., Горбуновым В.Т., Кузьминым М.И., Антоновичем K.M., Дьяковым Б.Н. [91-95].

Достижения в области электроники, приборостроения и вычислительной техники позволяют автоматизировать процесс наблюдений и обработки результатов, а также создают предпосылки для разработки новых и совершенствования имеющихся методов наблюдений. ЭВМ позволяют рассчитывать эфемериды для любого способа перед выездом на полевые работы или с помощью "ноутбуков" непосредственно на пункте наблюдения, а также вести обработку наблюдений в режиме реального времени.

Одной из проблем геодезической астрономии являются определения в высоких широтах. Ее решению посвящено большое число работ [43,47,52,66,67,74,76,77,83,84-86,88,90-92,95,96]. Особенно большие трудности возникают при определении астрономической широты, так как незаходящее Солнце в летний период, малая скорость движения звезд по зенитному расстоянию не позволяют применять классические способы Талькотта и Певцова на широтах выше 70°. Другие способы отличаются сложной методикой наблюдений и обработки, требуют отсчетов по вертикальному, либо по горизонтальному кругу, что увеличивает влияние трудноустранимых ошибок на определяемую широту.

Цель диссертационной работы состоит в том, чтобы на основе детального анализа классических способов и предложений различных авторов по их модификации разработать высокопроизводительный способ определения широт астрономических пунктов, предназначенный в первую очередь для заполярных районов Земли.

В соответствии с целью перед исследованиями поставлены следующие задачи:

- обосновать требования к способам определения широты;

- выполнить исследования по анализу классических способов и теоретическому обоснованию нового обобщенного зенитального способа;

- определить выгоднейшие условия наблюдения предлагаемым способом и подбора звезд в пары;

- разработать методику наблюдения, формулы для вычисления широты и весов пар, а также программы уравнивания результатов определений на ЭВМ;

- разработать формулы, алгоритм и программу на ЭВМ расчета рабочих эфемерид для наблюдений предлагаемым способом на конкретный пункт, в заданное время; начиная с широты 70°, предлагаемый нами способ не уступает по точности классическим, но заметно превосходит их в производительности. Рассмотрено также влияние различных ошибок на точность определяемой широты. Доказано, что влияние ошибок микрометра в данном способе, по сравнению со способом Талькотта, ослабевает, а ошибки визирования, которые несколько превосходят их значения для способа Талькотта в средних широтах, по мере продвижения к полюсу уменьшаются и при ср > 70° становятся равными их значениям в способе Талькотта .

Предложен универсальный алгоритм вычисления широты, пригодный для всех разностно-зенитальных способов, основанных на наблюдении пар звезд, являющийся дальнейшим развитием предложения Л.В.Неверова об общности точных разностно-зенитальных способов [97].

Для расчета эфемерид способа предложен алгоритм машинного составления пар на заданный пункт, работоспособность которого проверена для пунктов из различных широтных зон.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) комбинированный разностно-зенитальный способ определения широт астрономических пунктов, в котором наблюдаются пары звезд, находящиеся в удалении от меридиана от 0° до ±45°. Допускается также азимутальная несимметрия звезд в парах до ±20°. Рабочая программа способа включает в себя пары Талькотта и Певцова, а также ряд дополнительных пар, наблюдаемых по методике способа Талькотта в произвольных малых часовых углах;

2) теоретическое обоснование, методика наблюдений, формулы и алгоритмы математической обработки результатов определений широты предлагаемым способом. При этом выполнена оценка влияния на широту различных инструментальных и иных факторов, даны формулы по их учету. Опытные и производственные определения широт показали более высокую

Заключение Диссертация по теме "Геодезия", Глазунов, Александр Сергеевич

3.3.5 Выводы и рекомендации по совершенствованию определений астрономической широты

Главной задачей, стоящей перед геодезической астрономией является повышение точности полевых астрономических определений. Исследования, выполненные в работах [43,95] и нами, позволяют сделать ряд замечаний по этой проблеме.

Во-первых, точность зависит от устойчивости астрономического столба, применяемых инструмента и оборудования, способа определений, методики наблюдений и обработки результатов, а также организации всего цикла астрономических определений и прежде всего - полевых работ.

С учетом требований к повышению точности астрономических определений координат до 0",1 [6,14,30], значение организации работ возрастает. По этому вопросу можно рекомендовать использовать опыт гравиметрических партий, которые выполняют весь цикл работ: от

152 рекогносцировки и закладки центров до полевых наблюдений и обработки результатов. К этому можно добавить и этап составления рабочего проекта, когда выбор места расположения астрономического пункта выполняется с учетом специфики астрономических определений (например, учитывается местная рефракция).

Во-вторых, точность безусловно определяется применяемым инструментом и оборудованием. Широко использовавшийся в 50-80-е годы в СССР астроуниверсал АУ-2'710" практически исчерпал свои возможности, устарел морально и физически: паутиновые нити окулярного микрометра и микроскопов-микрометров горизонтального круга чувствительны к изменению влажности и температуры, недостаточно надежно крепление окулярного микрометра и трубы, основные инструментальные параметры - разрешающая способность трубы и ее увеличение не могут обеспечить дальнейшего повышения точности определений. Пузырьковый уровень, как показывают результаты исследований (см. подраздел 1.2) и выводы специалистов по практической астрометрии [109], ненадежен и требует замены на электромагнитный или оптический компенсатор наклона, подобный установленному на Theo-002 [6,95].

Применявшийся у нас для специальных работ астрономический теодолит ДКМ-ЗА не может обеспечить необходимой точности определений широты 1-го класса по требованиям Инструкции [5]. Определяющие параметры этого инструмента - увеличение трубы и цена деления уровней хуже чем у АУ-2'710", ненадежно крепление талькоттовского уровня с трубой, труба неуравновешена в вертикальной плоскости.

Для реального повышения точности астрономических определений необходим инструмент близкий по параметрам к ТА-05 [6].

На основании выполненных нами исследований (см. подраздел 1.4), можно рекомендовать для уменьшения влияния на точность определений широты таких факторов как коллимация центральной неподвижной нити и наклона горизонтальной оси, удерживать их значения в пределах:

153

10" < С0 <15" и 5" < Ь < 10". Эти требования совпадают с выводами, полученными в работе [95]. Для контроля наклона горизонтальной оси, при отсутствии точного компенсатора наклона, необходимо периодически проверять его с помощью накладного уровня. Можно также рекомендовать совместить методику наблюдения способа Талькотта "на постоянных нитях" и "в произвольных малых часовых углах", то есть выполнять наведение подвижной нити микрометра на звезду с отсчетами времени при прохождении её через неподвижные нити сетки. Сетка нитей современных астрономических универсалов позволяет это делать без замены микрометра.

С целью уменьшения влияния наклона подвижной нити микрометра на определяемую широту необходимо (см. раздел 1.5):

- исключить неоднозначость требований [38] к наклону подвижной нити (у/, не должен превышать ±5');

- как можно строже соблюдать симметрию отсчетов относительно средней неподвижной нити, ради чего для звезд способа Талькотта с зенитными расстояниями можно даже пренебрегать точностью ориентировки инструмента в меридиане, так как предложенная нами методика обработки, а также методика Руководства [123], позволяет вычислять точное значение широты при редукции отсчетов окулярного микрометра на вертикал инструмента;

- при окончательной обработке наблюдений широты по способу Талькотта или КРЗС использовать среднее весовое значение угла наклона, полученное из наблюдений миры или Полярной звезды и звезд, вычисленное по наблюдениям звезд широтной программы;

- при переходе в течение вечера от от широтных определений к азимутальным и обратно, необходимо делать об этом пометки в журнале наблюдения и каждый раз перед началом и после окончания широтных наблюдений выполнять определния у/ по мире.

С целью уменьшения ошибки визирования число наведений подвижной нити окулярного микрометра на каждую звезду рекомендуется довести до 7.

Для минимизации влияний неточного значения цены оборота окулярного микрометра и цены деления талькоттовского уровня на определяемую широту необходимо в каждую дату оперативно контролировать их значения: R по наблюдениям шкальных пар, а имея точное значение цены оборота микрометра можно определить значения т по наблюдениям близполюсных или зенитных звезд [146]. Лучшим техническим решением для уменьшения влияния ошибок, связанных с пузырьковым уровнем, было бы применение на астрономических инструментах высокоточного компенсатора наклона.

Чтобы исключить снижение веса при уравнивании результатов определений широты и влияния систематических ошибок на определяемую широту способами Талькотта и КРЗС следует контролировать накопление разности отсчетов окулярного микрометра и талькоттовского уровня в парах. Следует стремиться к тому, чтобы окончательная сумма этих разностей должна быть не более 55 % от суммы абсолютных значений этих же разностей.

При камеральной обработке результатов измерений необходимо назначать веса по формуле (135), при полевой обработке этого не требуется. В то же время, необходимы дополнительные исследования по учету наклона подвижной нити окулярного микрометра из наблюдения миры и звезд, назначения весов отдельных определений широты, влияния на точность астрономических определений тесных двойных звезд [147] и учета цвета звезд при вычислении поправки за рефракцию [148].

Анализ результатов исследований также показал:

1) максимальная производительность достигается при использовании всех возможностей способа - наблюдении пар вне меридиана; с разностью зенитных расстояний более 0'; многократных наблюдений пар с нарушением условия азимутальной симметрии звезд относительно первого вертикала;

2) наибольший эффект в повышении производительности определений широт с учетом точности (см. таблицы 5 и 35), а также числа пар за сутки (таблицы 7, 23 ,44) достигается в высоких широтах (<р>60°), а на широтах выше 80° (в северном полушарии Земли) предложенный способ становится практически единственным из группы разностно-зенитальных способов, так как число пар способа Струве-Штернека (единственного из классических способов возможных к применению на данных широтах) резко снижается из-за невозможности наблюдения Полярной звезды;

1) в условиях Антарктиды преимущество КРЗС перед классическими разностно-зенитальными способами еще заметнее из-за отсутствия звезды, подобной Полярной [52].

Таким образом, преимуществом данного способа перед традиционными и предложенными ранее, являются:

1) простота методики наблюдений, соответствующая выгоднейшим условиям определения широты;

2) достаточная обеспеченность способа парами, что позволяет за короткий срок выполнить определение широты пункта с точностью, соответствующей требованиям 1-го класса АТС [5];

3) способ может применяться практически во всех широтных зонах земного шара;

4) программа способа может быть полностью составлена из ярких звёзд, координаты которых даны в астрономическом ежегоднике, что облегчает полевую обработку результатов определений широты;

5) при малых азимутальных удалениях звёзд от меридиана и увеличения широты места длительность наблюдений не возрастает, а значит не увеличивается и влияние неблагоприятных факторов на точность определения широты;

6) разность измеренных зенитных расстояний в парах меньше, чем в способе Талькотга (по материалам опытных и производственных определений она составляет в среднем один оборот барабана микрометра), а следовательно,

Заключение

Исследования, выполненные в диссертации по совершенствованию способов астрономических определений широты, показали возможности преодоления недостатков известных способов (Талькотта, Певцова, Струве-Штернека) как в части уменьшения влияния различных ошибок на результаты определения широты, так и в отношении повышения производительности труда, особенно в условиях Заполярья. Заметное повышение производительности может быть достигнуто за счет внедрения комбинированного разностно-зенитального способа определения широты (КРЗС), теоретически обоснованного и доведенного до практического применения.

Всесторонние теоретические исследования способа и практические определения широт показали, что точность КРЗС соответствует требованиям первого класса [5] и близка к точности классических способов Талькотта, Певцова при большей производительности как в средних, так и особенно в высоких широтах. Это позволяет рекомендовать его для внедрения в производство. Повышение производительности в предложенном способе достигается за счет использования для наблюдений более широкого, по сравнению с классическими способами, азимутального диапазона звезд, а также возможности многократного наблюдения одной и той же пары за вечер. КРЗС фактически является обобщенным способом определения широты для группы разностно-зенитальных способов.

В работе предложена универсальная формула вычисления широты -общая для группы разностно-зенитальных способов (Талькотта, Певцова, Струве-Штернека), что позволяет унифицировать обработку определений широт для различных способов.

Исследования вопроса уравнивания определений широт позволили сделать вывод о необходимости установки дополнительного критерия к сумме коэффициентов перед неизвестными в уравнениях поправок (сумма коэффициентов перед поправками ЛЯ и Ат должна быть не более 55 % от суммы их абсолютных значений).

Для обеспечения предложенного способа определений широты эфемеридами нами разработаны алгоритм и программа расчета на ЭВМ эфемерид. Алгоритм позволяет на его основе создавать программы составления эфемерид для других способов астрономических определений: шкальных пар и способов Талькотта и Струве-Штернека.

Опытные и производственные определения широт подтвердили точность и эффективность КРЗС. В Приложении Л находятся акты о внедрении результатов исследований в производство и учебный процесс СГГА.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

1. Для классических способов определения широты (Талькотта, Певцова, Струве-Штернека) на основе теоретических исследований и экспериментальных работ выполнен анализ влияния на точность определений широты различных инструментальных факторов (ошибок визирования, разности наклонов вертикальной оси, коллимации средней неподвижной нити, наклона горизонтальной оси и наклона подвижной горизонтальной нити микрометра). Даны рекомендации по уменьшению влияния этих факторов на точность определений широты.

2. На основании исследований и предложений по модификации классических способов разработан комбинированный разностно-зенитальный способ (КРЗС) определения широт астрономических пунктов, наиболее подходящий для условий Заполярья.

3. Предложенный способ позволяет преодолеть недостатки известных способов определения широты как в уменьшении влияния различных ошибок на результаты определений, так и в повышении производительности определений широт за счет увеличения числа возможных к наблюдению пар на пункте.

4. Теоретические исследования и практические определения широт показали, что по точности КРЗС соответствует требованиям первокласных определений и близок к г способам Талькотта и Певцова при большей производительности как в средних, так и особенно в высоких широтах.

5. Получена формула для вычисления широты - общая для основной группы разностно-зенитальных способов (Талькотта, Певцова, Струве-Штернека), что позволяет унифицировать обработку определений широт. Предложена методика назначения весов отдельных пар, что позволило повысить точность уравнивания результатов определений широт.

6. Обоснован дополнительный критерий к сумме разностей зенитных расстояний и разностей отсчетов уровня: она не должна превышать 55% от от суммы абсолютных значений этих разностей.

7. Получены формулы, разработан алгоритм и составлена программа расчета эфемерид для КРЗС и способа Певцова. Предложена последовальность расчета эфемерид дополнительных пар на азимутальном удалении от меридиана до А < ±45° с азимутальной несимметрией до ±20° и с разностью зенитных расстояний звезд I AZ\ < 16', а также для многократных наблюдений одних и тех же пар в течение вечера.

8. Результаты диссертационной работы использованы в ПО "Сев.-Зап. Аэрогеодезия" и в Якутском аэрогеодезическом предприятии при выполнении астрономических определений в условиях Заполярья, а также внедрены в учебный процесс CITA.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Глазунов, Александр Сергеевич, Новосибирск

1.Закатов П.С. Курс высшей геодезии.- М.: Недра, 1976.- 511с.

2. Состояние и перспективы развития системы геодезического обеспечения страны в условиях перехода на спутниковые методы/Б.В.Бровар, Г.В.Демьянов,

3. B.И.Зубинский, Н.Л.Макаренко// Геодезия и картография.- 1999.- N1.-C.29-33.

4. Красовский Ф.Н. Схема и программа государственной триангуляции //Избр.соч. Т.2.-М.Д956.- С.39-69.

5. Краснорылов И.И., Львов В.Г., Сафонов Г.Д. Об астрономических определениях в АТС СССР и задачах геодезической астрономии //Геодезия и картография.- 1995.- N8.- С.22-27.

6. Инструкция о построении государственной геодезической сети СССР.-М. ¡Недра, 1966.-342с.

7. Исследования по геодезической астрономии и астрономо-геодезическим приборам.-М.: ЦНИИГАиК, 1980.-Вып.223.-190с.

8. Изотов A.A. Проблемы построения фундаментальной астрономо-геодезической сети СССР// Геодезия и картография-1976.-N7.-C. 17-30.

9. Колгунов В.М., Цюпак И.М. Внешняя обусловленность точности полевых прецизионных астроопределений //Маркшейдер, дело и геодезия.-СПб,1997.1. C.40-43.

10. Бовшин H.A., Зубинский В.И., Остач О.Н. Совместное уравнивание общегосударственных опорных геодезических сетей //Геодезия и картография.-1995.-N8.-C.6-17.

11. Машимов М.М. Высшая геодезия.-М.:ВИА, 1991.-552с.

12. Бородко А.В.,Лукашук С.М.,Неверов П.А. Задачи геодезической гравиметрии// Геодезия и картография.-1995.-N8.-C.28-31.

13. Бровар В.В., Магницкий В.А.ДЛимбирев Б.П. Теория фигуры Земли.-М. :Геодезиздат, 1961 .-256с.

14. Бузук В.В. Вычисление высот квазигеоида л уклонений отвеса на физической поверхности Земли: Метод. пособие/ НИИГАиК.-Новосибирск,1965 .-86с.

15. Бровар В.В. Требования к размещению и точности пунктов мировой гравиметрической съемки при использовании в геодезических работах СССР//Тр./МИИГАиК .-1952.-Вып. 14.-C.3-37.

16. Бровар В.В.Оптимальное распределение гравиметрических пунктов для выводов уклонений отвеса // Тр./МИИГАиК.-1950.-Вып. 8.-С.58-75.

17. Пеллинен JI.П. Требования к гравиметрической съемке, связанные с обработкой астрономо-геодезических и нивелирных сетей //Тр. ЦНИИГАиК.-1960.-Вып. 139.-С.8-80.

18. Жонголович И.Д. Об определении размеров общего земного эллипсоида //Тр. инс-та теорет. астрономии.-М.-Л.-1956.- Вып. VI.-C.5-65.

19. Магницкий В.А. Внутреннее строение Земли. -М: Недра, 1965.-379с.

20. Грушинский Н.П. Теория фигуры Земли.- М.: Наука, 1976.-512с.

21. Федеральная целевая программа РФ: (Проект).-М.: ЦНИИГАиК, 1996.-30с.

22. Машимов М.М. Исследования движения литосферных плит как раздел учения о фигуре нестационарной Земли//Геодезия и картография.-1994.-N10.-С. 17-25.

23. Машимов М.М. Всеобщий взгляд на геоспутниковую технологию// Геодезия и картография.-1994.- N12.- С.6-11.

24. Геодезическая астрономия в Нидерландах. Уточнение гравиметрического геоида по наблюдениям 3Be3fl=Astrogeodesie in Nederlland// Schreutelkamp. Geodesia.- 1997.- 39. N10. -P.423-429.

25. Новый геоид Нидерландов= The new Netherlands geoid : 21th Gen. Assem. Eur. Geophys. Soc., The hague, Febr., 1996: Abstr.Book. Ptl.De Min Erik//Ann.geophys.-1996.14.Suppl N1 ,Ptl .-P. 243

26. Новый геоид Швейцарии CHGE097= The new geoid CHGE097 of Switzerland: Pap. 2nd Conim. Workshop Geoid Eur.,Budapest, March 10-14,1998. Marti Urs. Suomen geod. Laiok. Tied.- 1998.-N4.-P.281-287.

27. Zan Melicher, Narcel Moizes, Zan Hefty,Ladislav Husar.Astro-gravimetrik determination of detailed local duasigeoid//Wiss.Z.Techn.Univers.Dresden.-1989.-P.46-47.

28. Яковлев А.И. О возможности создания геодезического полигона для эталонирования GPS-технологий// Новые методы производства геодезических и маркшейдерских работ/ С.-Пб гос.горн.ин-т(техн. ун-т).- 1997.- С.35-37.

29. Руководство по астрономическим определениям.- М.: Недра, 1984.- 384с.

30. Bhattachaiji Y.C. Moodification of Tábcott's methood of observation for latitude variation //Bull. geod.-1965.-N7.- P. 237-247.

31. Paulu K. Erfahrungen mit einer modifizirten Horrebou-Talcott Methode //Allg.Vermess.-Nachr.- 1970. Nil.- P.458-462.

32. Киричук B.B Определение широты по наблюдениям звезд симметрично относительно первого вертикала //Геодезия, картография и аэрофотосъемка.-1973.- Вып. 18.- С. 120-122.

33. Краснорылов И.И. Исследование точности определения астрономических долгот: Автореф. дис. на соиск. учен. степ, канд.техн. наук.- М.,1970.-14с.

34. Уралов С.С. Общая теория методов геодезической астрономии.-М.: Недра, 1973.-271с.

35. Уралов С.С. Курс геодезической астрономии,- М.: Недра, 1980.-592с.

36. Уралов С.С., Неверов JI.B. Оптимальные методы астрономических определений в условиях Антарктиды// Изв.вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. -1976.- N6.- С.57-62.

37. Кузьмин М.И., Глазунов A.C. Обработка определений широты по способу Талькотта с наблюдением звезд вне меридиана //Исследование по совершенствованию математ. обработки инженерно-геодез.измерений /НИИГАиК: Межвуз.сб.-1987.-С.65-69.

38. Глазунов A.C., Кузьмин М.И. Определение широт по способу Талькотта с наблюдением звезд вне меридиана //Изучение Земли как планеты методами геофизики, геодезии, и астрономии: Тр. II Орлов.конф.- Киев, 1988.-С.217-218.

39. Бузук В.В., Глазунов A.C. Об учете поправок за коллимацию и за ускорение движения звезды при определении широты способом Талькотта.- Новосибирск, 1990.-9С. Деп. в ОНТИ ЦНИИГАиК 12.06.90, N 449-гд.

40. Руководство по астрономическим определениям широт и долгот в Антарктиде. М.;ЦНИИГАиК,1976.- 80с.

41. Неверов JI.B. Оптимизация зенитальных способов геодезической астрономии// Геодезия и картография.-1988.- N4.-C. 17-20.

42. Астрономический ежегодник СССР на 1993 год.- Л.:Наука,1991.

43. Циммерман М.В. Каталог 2957 ярких звезд со склонениями от 10° до 90°: Тр.ГАО.-Т.Х1. Сер.2.- Л., 1948.

44. Хруцкая Е.В. Сводный каталог положений и собственных движений 4949 геодезических звезд от +90° до 90°. Ч.1/Гл.астрон.обсерв. АН СССР.- Л., 1984.-152с. - Деп. в ВИНИТИ 19.06.84, N4077-84.

45. Хруцкая Е.В. Сводный каталог положений и собственных движений 4949 геодезических звезд от +90° до 90°.Ч.Н/ Гл. астрон. Обсерватория АН СССР.-Л.,1984.- 124с. - Деп. в ВИНИТИ 12.06.84, N4078-84.

46. Хруцкая Е.В. Новый каталог геодезических звезд от + 90° до 90°//Wiss. Z.Techn. Univers.Dresden. - 1989. - 38. - Р.22-23.

47. Хруцкая Е.В. Новые положения и собственные движения 5115 звезд до 7.9 звездных величин в зоне 90° < ô < 907/Конф."Совр.проблемы и методы астрометрии и геодинамики",СПб, 23-27 сент. 1996г. - СП6Д996.-С.7-8.

48. Абалакин В.К. Основы эфемеридной астрономии.- М.: Наука, 1980.-448с.

49. Абалакин В.К., Краснорылов И.И., Плахов Ю.В. Геодезическая астрономия и астрометрия. М.: Картгеоцентр - Геодезиздат, 1996.-434с.

50. Уралов С.С., Неверов Л.В. Теория алгоритма составления эфемерид равновысотных пар способа Певцова на ЭВМ// Изв.вузов. Геодезия и аэрофотосъемка.- 1977.- N 4.- С.79-82.

51. Уралов С.С., Неверов Л.В. Составление эфемерид равновысотных пар звезд, наблюдаемых в плоскости общего вертикала с помощьюЭВМ // Изв.вузов. Геодезия и аэрофотосъемка.-1977.-N 5. -С.76-79.

52. Львов В.Г. Руководство по определению геодезического азимута из многократных наблюдений ярких звезд вблизи меридиана.-М. :ЦНИИГАиК, 1976.

53. Львов В.Г. Определение геодезического азимута в северных районах: Автореф.дис. на соиск. учен.степ. канд.техн.наук.- М.Д972.- 20с.

54. Старостин A.M. Непосредственное определение геодезического азимута// Геодезия и картография.- 1962. N8.- С.3-12.

55. Баранов В.Н., Вайцекян В.И., Львов В.Г. Использование установки искусственная звезда при определении и исследовании лично инструментальной разности// Геодезия и картография 1995.- N8.- С.33-38.

56. Халхунов В.З. Сферическая астрономия.-М.: Недра,1972.- 304с.

57. Краснорылов И.И. Геодезическая астрономия// Геодезия и аэросъемка.Т.11. (Итоги науки и техники).- М.,1976.- С.68-118.

58. Баранов В.Н. Применение специальных функций для анализа структуры изображения при фотоэлектрических изображениях звезд// Изв.вузов. Геодезия и аэрофотосъемка.- 19889. N3.- С.64-67.

59. Алексашина P.A., Баранов В.Н., Суслин В.Н. Результаты исследования точности фотоэлектрического метода наблюдений в геодезической астрономии// Изв.вузов. Геодезия и аэрофотосъемка.- 1990.- N3.- С. 28-39.

60. Буткевич A.B. Упрощение вычислений при определении поправки хронометра по способу Деллена// Астрон.журн.-1955.- Т. XXII, вып.5.- С.445-461.

61. Буткевич A.B. Определение широты по соответствующим высотам двух звезд// Астрон.журн.- 1957.- T.XXXIV, вып.4.- С.625-636.

62. Буткевич A.B. Упрощение метода определений и вычислений широты в Заполярье и эфемериды пар для определения широты// Астрон.журн.- 1964.- Т. XLI6.-C. 1138-1147.

63. Буткевич A.B. О методах определения долготы в Заполярье// Тр./ НИИГАиК.- 1967.- Вып. XIX.- С.3-11.

64. Буткевич A.B., Лавникевич A.C. Приближенное вычисление видимых координат звезд и Полярный по способу Ветчинкина В.П.// Геодезия, картография и аэрофотосъемка.-1979.- N30.- С.25-30.

65. Буткевич A.B., Заблоцкий Ф.Р. О способах совместного определения астрономических координат в Антарктиде// Геодезия, картография и аэрофотосъемка.- 1977.- N26.- С.9-17.

66. Черневский О.В. Влияние ошибок координат звезд, ошибок координат полюса ошибок сводных моментов на элементы геодезической сети СССР// Тр./ЦНИИГАиК.- 1963.-Вып. 154.- С.125- 147.

67. Объяснительная записка к рекомендациям по учету наклона подвижной нити при определении широты по способу Талькотта в произвольно малых часовых углах.- М.: ОНТИ ЦНИИГАиК, 1977.-30с.

68. Черневский О.В. Рекомендации по учету наклона подвижной нити при определении широты по способу Талькотта в произвольно малых часовых углах.-М.: ОНТИ ЦНИИГАиК,1977.-16с.

69. Могилевский Э.А. Видоизменение способа В. Струве для определения широты в Заполярье: Автореф. дис. на соиск. учен.степ. канд.техн.наук.-Новосибирск,1967.- 20с.

70. Антонович K.M. Определение астрономических координат пунктов по фотографиям звездного неба: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. 05.24.01 Геодезия.-М.,1973.- 18с.

71. Дьяков Б.Н. Исследование точных способов астрономических определений в Заполярье: Автореф.дис. на соиск. учен.степ. канд.техн. наук 05.24.01 -Геодезия.- Львов, 1974.- 27с.

72. Вайцекян В.Н. Об астрономических определениях в Антарктиде.-М: ОНТИ ЦНИИГАиК, 1972.-20с.

73. Неверов Л.В. Теория универсального алгоритма разностно-зенитальных методов// Исслед. по геодез. астрономии и астрономо- геодез. приборам.-М.: ЦНИИГАиК, 1980.-Вып. 223.-С.67-80.

74. Дубровский К.К. О наблюдениях по способу Талькотта вне меридиана // Учен, записки Перм. Гос. Ун-та. 1935.- Т. 1, Вып.1.- С.105-109.

75. Струве В.Я. Дуга меридиана в 25° 20' между Дунаем и Ледовитым морем, измеренная с 1816 по 1855 г.-СПб, 1861. Т. 1-334с., Т. И,-485с.

76. Нитхаммер Т. Точные методы астрономических определений.-М: Геодезиздат, 1958.-192с.

77. Брандт В.Д. Фотоэлектрическая установка для регистрации прохождений звезд //Тр./ЦНИИГАиК.-1956.-Вып.112.-С.23-108.

78. Ю4.Кузнецов А.Н. О сравнении способа Певцова и способа Талькотта дляопределения широты //Тр./МИИГАиК.-Вып. 32.-С.37-40.105 .Кузнецов A.A. Геодезическая астрономия.-М.: Недра, 1966.-372с.

79. Харитонов Б.П. Повышение точности геодезического контролятехнологического оборудования промышленных предприятий на основеспособа полуавтоматической компенсации: Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук.- Новосибирск,-1986.-227с.

80. Солодов А .Я. Разрешающая способность зрения при использовании телескопических оптических систем //Геодезия и картография-1993 .-N8.-С. 1618.

81. Долгов П.Н. Определение времени пассажным инструментом в меридиане.-М: ГИТТЛ, 1952.-396С.

82. Подобед В.В. Фундаментальная астрометрия.-М.: Наука,1968.-452с.

83. Ю.Глазунов A.C. Оценка ошибки определения наклона вертикальной оси инструмента в астроопределениях //Сб. XLVIII Науч.-тех. конф. преподавателей СГГА:Тез. докл.-1998.-С.15.

84. ГОСТ 2386-73 Ампулы уровней. С изм. 1,2,3,4,5 .-М.: Изд-во стандартов,1998.-21с.

85. Шептунов Г.С. Исследование ошибок микрометра ЗТЛ-180 Благовещенской широтной станции //Изв.глав. астроном, обсерватории в Пулкове.-1971.-№187.-С. 151-158.

86. Блажко С.Н. Курс практической астрономии.-М.:Наука,1979.-432с.

87. Корбут И.Ф. Программа широких шкальных пар для определения цены оборота винта микрометра пулковского широкоугольного зенит-телескопа ЗТЛ-180 //Изв.глав. астроном, обсерватории в Пулкове.-1971.-№187.-С. 145-150.

88. Уралов С.С. Теория азимутальных способов астрономических определений// Вестн. ВИА им. Куйбышева.-1956.-N101.-С.98-135.

89. Старостин A.M. Определение долготы пункта Якутск //Реф. сб. ЦНИИГАиК.-1969.-Вып.4.-С.6-8.

90. Каврайский В.В. Вероятные числа пар звезд, годных для разных наблюдений зенит-телескопом //Изв. Гл. Росс. астр, обсерватории Т.Х, №97, 1926,С.432-447.

91. Халхунов В.З. Сравнение влияний погрешнотей в определениях широты способом Талькотта при наблюдении звезд двумя методами // Тр. /ЦНИИГАиК.-1980.-Вып.223 .-С.81 -103.

92. Колупаев А.П., Маурер В.Г., Старостин A.M. Практическое руководство по геодезичекой астрономии //Тр. /ЦНИИГАиК.- 1962.-Вып. 148.-316с.

93. Глазунов A.C., Кузьмин М.И. К вопросу учета наклона нити микрометра в способе Талькотта //Науч.-техн. сб. по геодезии, аэрокосм, съемкам и картографии/ ЦНИИГАиК.- М., 1994.-С.25-27.

94. Бурмистров Г.А. Основы способа наименьших квадратов.-М.: Госгеолтехиздат, 1963 .-392с.

95. Глазунов A.C. Алгоритм составления эфемерид для способа Певцова и модифицированного способа Талькотта/ СГГА.-Новосибирск,1988,- 13с. Деп в ОНИИР ЦНИИГАиК 03.06.88, №319-гд.

96. Глазунов A.C. Универсальный алгоритм вычисления широты для разностно-зенитальных способов// IX съезд ВАГО:Тез.докл.-Новосибирск, 1990.-С.30-31.

97. Глазунов A.C. , Кузьмин М.И. К вопросу обоснования точности комбинированного способа Талькотта Певцова для определения широты астропунктов//1Х съезд ВАГО:Тез.докл.-Новосибирск,1990.-С.31.

98. Расчет рабочих эфемерид пар Певцова на ЭВМ. Алгоритм составления эфемерид. Объяснения к эфемеридам: Отчет о НИР/СГГА; Руководитель В.В.Бузук.- № ГР 01910027813; Инв.№ 02920006738.- Новосибирск, 1991.-15с. -Отв.исполн. А.С.Глазунов.

99. Глазунов A.C. Комбинированный разностно зенитальный способ определения широты//Исследования в области геодезии аэрофотосъемки и картографии/ ЦНИИГАиК.- М.,1994.- -С. 18-20.

100. Глазунов A.C. Обоснование комбинированного разностно-зенитального способа определения широты// Вестн. СГТА.-1998.- Вып.3.-С.43~46.

101. Глазунов A.C. Исследование погрешности визирования в комбинированном разностно-зенитальном способе (КРЗС)// Соврем, проблемы геодезии: Тез.докл./ СГГА,- Новосибирск, 1998.-С.31.

102. Глазунов A.C. Оценка точности комбинированного разностно-зенитального способа определения широты// Соврем.проблемы геодезии и оптики: Тез.докл./ СГГА.-Новосибирск,1998.-С.32.

103. Глазунов A.C. О весах уравнений поправок в комбинированном разностно-зенитальном способе определения широты (КРЗС)// Междунар. научно-техн. конф., посвящ.220-летию со дня основания МИИГАиК, Москва,24-29 мая 1999:Тез.докл.-М.Д999.-С.66-67.

104. Эфемериды для определения широты по соответственным высотам звезд (по способу Певцова) для зоны от 54°45' до 59°45' северной широты// Тр. /ЦНИИГАиК, Т.4.-Вып. 50.-М.: Геодезиздат, 1946,- 143с.

105. Эфемериды для определения широты по соответственным высотам звезд (по способу Певцова) для зоны от 49°45' до 54°45' северной широты //Тр. /ЦНИИГАиК, ТЗ.-Вып. 49.-М.: Геодезиздат, 1947.-111с.

106. Эфемериды для определения широты по соответственным высотам звезд (по способу Певцова) для зоны от 39°45' до 44°45' северной широты //Тр. /ЦНИИГАиК, T.l.-Вып. 60.-М.: Геодезиздат, 1948.-114с.

107. Эфемериды для определения широты по соответственным высотам звезд (по способу Певцова) для зоны от 44°45' до 49°45' северной широты //Тр. /ЦНИИГАиК, Т.2.-Вып. 63.-М.: Геодезиздат, 1949.-142с.

108. Эфемериды для определения широты по соответственным высотам звезд (по способу Певцова) для зоны от 59°45' до 64°45' северной широты //Тр. /ЦНИИГАиК, Т.5.-Вып. 67.-М.: Геодезиздат, 1949.-156с.

109. Эфемериды для определения широты по соответственным высотам звезд (способ Певцова) для зоны от 64°45' до 77°45'.-Л.-М.: Главсевморпуть, 1949.-382с.

110. Халхунов В.З. О зависимости личного уравнения астронома от скорости движения наблюдаемых звезд: Автореф. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук.-М. :МИИГАиК, 1951 .-9с.

111. Кузьмин М.И. Полевые таблицы для вычислений широт, определенных по способу Талькотта.//Тр./НИИГАиК.-1975.-Т.34.-С.29-35.