ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ ЗНАК КАШИНА Российский патент 2005 года по МПК G01C15/06 

Изобретение относится к области астрономии, в частности к топографии космических тел и космической геодезии.

В перечисленных областях науки и техники используют специальные устройства для координатной привязки к ним объектов космического тела. Эти специальные устройства, например в геодезии, принято называть центрами (реперами), а иногда знаками.

Центры подразделяют на обычные (рядовые) и фундаментальные, к которым предъявляются повышенные требования к надежности их закрепления на грунте или горной породе. В частности центры используются при работах по построению высокоточных геодезических сетей нивелирования и триангуляции.

Первоначально ряды высокоточной триангуляции (триангуляции 1 класса) закреплялись на местности центрами кирпичной кладки ("Кашин Л.А. Построение классической астрономо-геодезической сети России и СССР (1816-1991)". М., Картгеоцентр - Геодезиздат, 1999).

Основным недостатком таких центров являлась повышенная вероятность их утраты и нестабильность их положения при сезонных промерзаниях и оттаиваниях грунта. Более надежны фундаментальные центры, каждый из которых содержит якорь, максимально жестко связывающий сам центр с грунтом или горной породой.

Известные конструкции фундаментальных центров содержат, кроме самого якоря, пилон, жестко связанный с якорем, и марку со сферической поверхностью, закрепленную на пилоне. Марка может иметь метку, выполненную, например, в виде отверстия или перекрестия (Центры и реперы Государственной геодезической сети СССР). - М., "Недра", 1974).

Положение марки каждого центра определяют в системах географических или геодезических координат. Эти координатные системы в настоящее время привязывают к физическим полям космических тел и окружающего пространства (Правила закрепления центров и пунктов спутниковой геодезической сети). - М., ЦНИИГАиК, 2001).

Со временем физические поля космических тел могут меняться, что изменяет и параметры пространственной координатной привязки объектов.

Задача, которую должно решать предложенное техническое решение, состоит в максимально полном исключении влияния изменений параметров физических полей космического тела на координатную привязку его объектов.

Сущность предложенного технического решения заключается в том, что фундаментальный центр с пилоном, якорем для закрепления пилона, не менее чем в трех точках космического тела, маркой и узлом для фиксирования этой марки на пилоне, дополнительно содержит кроме этой марки, еще не менее трех марок и узлы для их фиксирования на пилоне, так чтобы хотя бы одна марка из общей совокупности марок была зафиксирована вне плоскости, положение которой определено тремя другими марками из общей совокупности марок фундаментального центра.

Совокупность марок с метками, расположенных в трехмерном пространстве, позволяет сформировать координатную систему космического тела. В этой координатной системе сразу после установки фундаментального центра можно выполнять измерения физических параметров космического тела, исключив при этом трудоемкие работы по определению положения системы координат, привязанной к физическим полям окружающего пространства.

Использование предложенного устройства сократит затраты времени выполнения работ по координатной привязке объектов космического тела и повысит точность такой привязки.

На фиг.1 представлен общий вид фундаментального центра с четырьмя марками.

На фиг.2 и 3 конкретизированы варианты исполнения центральной и периферийных марок фундаментального центра.

На фиг.4 представлено исполнение втулки с виртуальной меткой для периферийной марки.

Фундаментальный центр (фиг.1) содержит пилон 1, жестко связанный с якорем 2, центральную марку 3 и еще не менее трех периферийных марок 4. Все марки зафиксированы на пилоне при помощи консолей 5, 6, 7. Фундаментальный центр, кроме того, оборудован местами 8, 9 для установки на них астрономических и геодезических инструментов, например телескопов, лазерных устройств и т.д.

Для исключения теплопередачи от пилона 1 к внешней оболочке якоря 2 пилон изолирован от нее наполнителем 10 из материала с малой теплопроводностью. Такое исполнение якоря предотвращает таяние льда или мерзлого грунта в местах контакта с ними внешней оболочки якоря. Дополнительную защиту льда или мерзлого грунта от солнечного теплового излучения осуществляет экран 11. Для выполнения точных работ марки 3 и 4, закрепленные на консолях, могут быть снабжены виртуальными или физическими (материальными) метками. Физические метки выполняются путем нанесения рисунков на внешнюю поверхность марок. Виртуальные метки формируются оптическими методами.

Центральная марка 3 (фиг.2) имеет виртуальную метку на пересечении осей трех сквозных отверстии 12 этой марки.

Периферийная марка 4 (фиг.3) имеет одно сквозное отверстие 12, например цилиндрическое. За виртуальную метку этой марки может быть принята точка пересечения оси отверстия с плоскостью, ей перпендикулярной. Виртуальная метка физически может быть реализована путем размещения в отверстии 12 втулки 13 с центральным точечным отверстием 14 (фиг.4). Метка на втулке может быть и материальной, например, выполнена в виде непрозрачной точки или перекрестия.

При изготовлении фундаментального центра все четыре марки с виртуальными метками целесообразно расположить так, чтобы оси отверстий марок пересекались в одной точке и задавали ортогональную систему координат. Удаление периферийных марок от центральной рассчитывается с учетом требуемой точности координатной привязки объектов космических тел.

При закреплении фундаментального центра в скальном грунте или на искусственном сооружении он может быть выполнен в виде единой литой цельной конструкции.

Предпочтительно изготавливать фундаментальный центр из материала с малым коэффициентом теплового расширения, например из инвара.

При установке центра на космическом теле, покрытом слоем льда или замерзшим грунтом, фундаментальный центр может быть закреплен путем вмораживания якоря в углубление на поверхности космического тела. Незначительная величина силы тяжести малых космических тел практически исключает подвижки центра относительно такого космического тела из-за текучести льда под воздействием гравитации.

При эксплуатации фундаментального центра на консолях для установки инструментов и приборов размещают, например, лазерные устройства так, чтобы их визирные лучи проходили через центры отверстий марок. Это позволяет сформировать координатную систему космического тела, находящегося в безвоздушном пространстве, независимую от изменения его физических характеристик, но жестко связанную с ним. Относительно этой координатной системы фиксируют, например, направление на центр масс или определяют координаты объектов космического тела, следят за деформациями его поверхности под влиянием внешних или внутренних воздействий. На базе системы координат фундаментального центра при необходимости могут создаваться сети триангуляции космического тела и формироваться координатные сетки оригиналов измерительных топографических документов.

Освоение космического пространства, в конечном итоге, потребует эксплуатации природных ресурсов малых космических тел. Для решения этой задачи потребуется проектирование и строительство на них искусственных объектов, что невозможно без их координатной привязки к естественным формам рельефа космического тела. Фундаментальный центр, закрепленный на космическом теле, упростит решение этой задачи, позволит выполнять измерения параметров космического тела, осуществлять мониторинг их изменений и отслеживать его перемещения в космическом пространстве.

Изобретение относится к технике приборостроения, а именно к приборам топографии космических тел и космической геодезии. Технический результат - повышение надежности и точности координатной привязки объектов различной физической природы. Для достижения данного результата дополнительно введены не менее трех дополнительных марок. При этом узлы для их фиксирования на пилоне располагают так, чтобы хотя бы одна марка из общей совокупности марок была зафиксирована вне плоскости, положение которой определено тремя другими марками из общей совокупности марок. 4 ил.

Геодезический знак, содержащий пилон, якорь для закрепления пилона не менее чем в трех точках космического тела, марку и узел для фиксирования этой марки на пилоне, отличающийся тем, что он включает не менее трех дополнительных марок, узлы для их фиксирования на пилоне так, чтобы хотя бы одна марка из общей совокупности марок была зафиксирована вне плоскости, положение которой определено тремя другими марками из общей совокупности марок.