СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСПОЗИЦИИ СКЛОНА В КОНТРОЛЬНЫХ ТОЧКАХ ЛАВИННОГО ОЧАГА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛАЗЕРНОГО ДАЛЬНОМЕРА Российский патент 2014 года по МПК G01C3/00 

Предлагаемое изобретение относится к области метеорологии и гляциологии, а именно к способам дистанционного определения экспозиции склона, характеризующего пространственную ориентацию элементарного склона относительно сторон света, и может быть использовано при определении толщины снежного покрова на склонах для прогноза лавинной опасности и определения снегонакопления в горах.

Экспозиция склона является одной из важнейших морфометрических характеристик рельефа. Экспозиция склонов - расположение склонов горных хребтов рельефа по отношению к странам света или преобладающим ветрам. Согласно определению экспозиция точки на склоне равна азимуту проекции нормали точки на горизонтальную плоскость и выражается в градусах.

Известны различные способы определения экспозиции склона, в горах с помощью таких простейших приборов, как компас [1].

Суть способа заключается в том, что предварительно с помощью компаса измеряют положение склона относительно частей света, т.е. азимут горизонтали склона в точке измерения, а затем определяют экспозицию склона как азимут проекции нормали склона в этой точке на горизонтальную плоскость.

Известный способ прост в реализации. Однако он не приемлем для определения экспозиции склона при наличии глубокого снежного покрова на склоне, да еще при наличии серьезной опасности, связанной со сходом лавин.

В последнее время для лыжников создан миниатюрный компас, который позволяет, находясь на склоне, измерить экспозицию и крутизну склона с помощью откидывающейся крышечки и отметок на его корпусе [2]. Однако данный прибор имеет те же недостатки, что и обычный компас.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является способ дистанционного определения параметров склона и снежного покрова в лавинных очагах с использованием лазерной локации. Задача этих съемок - получение высокоточных цифровых моделей рельефа поверхности земли и поверхности снежного покрова [3]

К недостаткам известного способа можно отнести высокую стоимость авиационной техники и невозможность ее использования при снегопадах, что затрудняет реализацию способа для целей активного воздействия на лавины.

Техническим результатом, ожидаемым от использования заявленного способа, является снижение трудозатрат по его реализации и повышение точности дистанционного измерения экспозиции склона в лавинных очагах с использованием лазерного дальномера.

Технический результат, ожидаемый от использования заявленного способа, достигается тем, что предварительно с помощью лазерного дальномера, размещенного в долине (фиг.1, 2), определяют расстояние до контрольной точки (А) на склоне (L₁), азимут (A₁) и угол зондирования (Р), затем, сместив зондирующий луч на некоторое расстояние АВ по горизонтали влево или вправо от контрольной точки, определяют расстояние (L₂) до произвольной вспомогательной точки (В) на склоне и азимут зондирования этой точки (А₂), после чего из проекции на горизонтальную плоскость величин L₁, L₂ и АВ, образующих треугольник, определяют азимут горизонтали, проходящей через контрольную и вспомогательную точки на склоне, затем определяют экспозицию склона по формуле:

Э=А_г+90,

где Э - экспозиция склона, град;

А_г - азимут горизонтали, град;

90 - величина, характеризующая условие перпендикулярности нормали к отрезку АВ в проекции на горизонтальную плоскость, град.

Технический результат достигается и тем, что при определении азимута горизонтали А_г, проходящей через контрольную и вспомогательную точки на склоне, сначала определяют угол α между проекциями отрезков L₁ и L₂ на горизонтальную плоскость, затем по данному углу α находят значение проекции отрезка АВ, соединяющего контрольную и вспомогательную точки на склоне, после чего определяют углы φ и γ, образованные, соответственно, на стыке проекций отрезков L₁ и L₂ с проекцией отрезка АВ, затем определяют азимут горизонтали склона (А_г) для случая А₁>А₂ - по формуле:

А_г=А₁+γ, либо А_г=А₂+180-φ,

а для случая А₁<А₂ - по формуле:

А_г=А₁+180-γ либо А_г=А₂+φ.

Сущность изобретения поясняется фигурами, где для случая А₁>А₂ представлена схема зондирования контрольной (А) и вспомогательной (В) точек на склоне (фиг.1) и проекции величин L₁, L₂ и АВ на горизонтальную плоскость (фиг.2).

На фигуре (фиг.3) представлена аналогичная схема для случая А₁<А₂ и проекции величин L₁, L₂ и АВ на горизонтальную плоскость (фиг.4).

На фигурах приняты следующие обозначения: L₁ и L₂ - расстояние, измеренное лазерным дальномером, соответственно, до контрольной (А) и вспомогательной (В) точек на склоне. Угол зондирования (он один и тот же для рассматриваемых точек) обозначен углом β. Величины L₁ L₂ и отрезок АВ, соединяющий точки А и В на склоне, образуют на фигурах треугольник ABC. Стороны данного треугольника обозначены через L₁ L₂ и АВ, где b и а - проекции на горизонтальную плоскость соответственно величин L₁, L₂, ас - проекция отрезка АВ, соединяющего контрольную и вспомогательную точки на склоне. Стрелкой на фигурах (фиг.1 и фиг.3) обозначено направление перемещения зондирующего луча лазерного дальномера влево или вправо от контрольной точки при зондировании склона. Буквой N обозначено направление на север. На фигурах горизонталь обозначена через х-х. Экспозиция склона, которая согласно определению равна азимуту проекции нормали склона $$\overline{n}$$ на горизонтальную плоскость, обозначена буквой Э.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом:

1) Предварительно в долине в точке С, с которой хорошо просматривается контрольная точка А на склоне (фиг.1), устанавливается система измерений (теодолит с лазерным дальномером).

2) Затем с помощью лазерного дальномера определяют расстояние (L₁) до контрольной точки А на склоне, азимут (A₁) и угол зондирования β).

3) После чего, сместив зондирующий луч на некоторое расстояние АВ по горизонтали влево (или вправо), определяют расстояние (L₂) до произвольной вспомогательной точки (В) на склоне и азимут зондирования этой точки (А₂). При этом расстояние АВ должно составлять ориентировочно 10-50 метров.

4) Затем определяют проекцию на горизонтальную плоскость величин L₁, L₂ (фиг.2) по формулам:

b=L₁·cosβ

a-L₂·cosβ,

где β - угол зондирования контрольной и вспомогательной точек на склоне.

5) После этого определяют угол α между проекциями на горизонтальную плоскость величин L₁ и L₂,

для случая А₁>А₂ по формуле:

α=A₁-А₂,

а для случая А₁<А₂ по формуле:

α=А₂-А₁,

где А₁ и А₂ - азимут зондирования контрольной (А) и вспомогательной (В) точек на склоне.

6) После этого, зная значение угла α, определяют проекцию отрезка АВ на горизонтальную плоскость по теореме косинусов:

$$c=\sqrt{a^2+b^2-2a\cdot b\cdot \cos \alpha }$$ ,

Где с - проекция отрезка АВ на горизонтальную плоскость;

а и b - проекции величин, соответственно, L₂ и L₁ на горизонтальную плоскость.

7) Затем определяют угол φ между проекциями на горизонтальную плоскость величин L₁ и АВ по теореме синусов:

$$\varphi =\arcsin \left(\frac{a}{c}\sin \alpha \right)$$

и угол γ между проекциями на горизонтальную плоскость величин L₂ и АВ по формуле:

γ=180-α-φ.

8) После этого определяют азимут горизонтали склона (А_г) в контрольной точке А. При этом для случая А₁>А₂ (фиг.1 и фиг.2) азимут горизонтали склона (А_г) определяют по формуле:

А_г=A₁+φ

либо по формуле

А_г=A₂+180-γ,

а для случая А₁<А₂ (фиг.3 и фиг.4) по формуле:

А_г=A₁+180-γ

либо по формуле:

А_г=A₂+φ,

Э= $$A_{г}$$ +γ+90,

где 90 - постоянная величина, характеризующая условие перпендикулярности нормали к отрезку АВ в проекции на горизонтальную плоскость, град.

180 - величина угла, определяемая в соответствии с фигурами, представленными на фиг.2 и фиг.4, градусов.

Пример выполнения способа

В результате зондирования контрольной точки А на склоне были получены следующие результаты:

расстояние до контрольной точки L₁=800 м;

азимут A₁=120°;

угол зондирования β=60°.

После этого, сместив зондирующий луч на некоторое расстояние по горизонтали влево от точки А, выбрали произвольную вспомогательную точку В на склоне. В результате зондирования данной точки В на склоне были получены следующие результаты:

расстояние до вспомогательной точки L₂=805 м;

азимут A₁=118°;

угол зондирования (как и в первом случае) β=60°.

Затем определили проекцию на горизонтальную плоскость величин L₁, L₂ по формулам:

b=L₁·cosβ=800·cos60=400 м,

a=L₂·cosβ=805·cos60=402,5 м.

Затем нашли угол α между проекциями на горизонтальную плоскость величин L₁ и L₂ по формуле:

α=A₁-А₂=120-118=2 град.

После нахождения угла α определили проекцию отрезка АВ на горизонтальную плоскость по теореме косинусов: $$c=\sqrt{a^2+b^2-2a\cdot b\cdot \cos \alpha }=\sqrt{{400}^2+{\mathrm{402,5}}^{{}_2}-2\cdot 400\cdot \mathrm{402,5}\cdot \cos 2=\mathrm{14,2}}$$ м.

Затем нашли угол φ между проекциями на горизонтальную плоскость величин L₁ и АВ по теореме синусов:

$$\varphi =\arcsin \left(\frac{b}{c}\sin \alpha \right)=\arcsin \left(\frac{\mathrm{402,5}}{\mathrm{14,2}}\sin 2\right)=\mathrm{81,58}$$ град.

и угол γ между проекциями на горизонтальную плоскость величин L₂ и АВ по формуле:

γ=180-α-β=180-2-81,58=96,42 град.

После нахождения углов α и φ перешли к определению азимута горизонтали склона (А_г) в контрольной точке А. Для случая А₁>А₂ можно найти по формуле:

А_г=А₁+φ=120+81,58=201,58 град

либо по формуле:

А_г=А₂+180-γ=118+180-96,42=201,58 град.

После определения азимута горизонтали склона (А_г) в контрольной точке А находим значение экспозиции склона в контрольной точке А по формуле:

Э=А_г+90=201,58+90=291,58 град.

Для случая А₁<А₂ расчеты производятся аналогичным способом по соответствующим для этого случая формулам, приведенным выше.

Предлагаемый способ в отличие от известных существенно снижает трудоемкость операций и повышает точность дистанционного измерения экспозиции склона в лавинных очагах с использованием лазерного дальномера.

Источники информации

l.CaUT:http://survinat.ru/2009/12/opredelenie-storon-sveta/#ixzzlGNEQZg4 k.

2. Сайт: www.risk.ru/users/forest/9898/.

3. Бойко Е.С.Использование метода воздушной лазерной локации при оценке снегонакопления в горных условиях // Материалы VI Международной конференции. «Лазерное сканирование и цифровая аэросъемка. Сегодня и завтра». - М.: 2006. С.29-30. - ПРОТОТИП.

Изобретение относится к способу определения экспозиции склона и может быть использовано для определения экспозиции склона лавинного очага. Сущность: с помощью лазерного дальномера, размещенного в долине, определяют расстояние (L₁) до контрольной точки А на склоне, азимут и угол зондирования (β). Затем, сместив зондирующий луч на некоторое расстояние АВ по горизонтали влево или вправо от контрольной точки А, определяют расстояние (L₂) до произвольной вспомогательной точки В на склоне и азимут зондирования этой точки. Затем из проекции на горизонтальную плоскость величин L₁, L₂ и АВ, образующих треугольник, определяют азимут горизонтали, проходящей через контрольную А и вспомогательную В точки на склоне. После этого вычисляют экспозицию склона. Технический результат: повышение точности дистанционного измерения экспозиции склона в лавинных очагах, снижение трудозатрат. 1 з.п . ф-лы, 4 ил.

1. Способ дистанционного определения экспозиции склона в контрольных точках лавинного очага с использованием лазерного дальномера, отличающийся тем, что предварительно с помощью лазерного дальномера, размещенного в долине, определяют расстояние до контрольной точки на склоне (L₁), азимут (A₁) и угол зондирования (β), затем, сместив зондирующий луч на некоторое расстояние АВ по горизонтали влево или вправо от контрольной точки, определяют расстояние (L₂) до произвольной вспомогательной точки на склоне и азимут зондирования этой точки (А₂), после чего из проекции на горизонтальную плоскость величин L₁, L₂ и АВ, образующих треугольник, определяют азимут горизонтали, проходящей через контрольную и вспомогательную точки на склоне, затем определяют экспозицию склона по формуле:
Э= А_г +90,
где Э - экспозиция склона, град;
А_г - азимут горизонтали склона, град;
90 - величина, характеризующая условие перпендикулярности нормали к отрезку АВ в проекции на горизонтальную плоскость, град.

2. Способ дистанционного определения экспозиции склона в контрольных точках лавинного очага по п.1, отличающийся тем, что при определении азимута горизонтали А_г, проходящей через контрольную и вспомогательную точки на склоне, сначала определяют угол α между проекциями отрезков L₁ и L₂ на горизонтальную плоскость, затем по данному углу α находят значение проекции отрезка АВ, соединяющего контрольную и вспомогательную точки на склоне, после чего определяют углы γ и φ, образованные, соответственно, на стыке проекций отрезков L₁ и L₂ с проекцией отрезка АВ, затем определяют азимут горизонтали склона А_г для случая А₁>А₂ - по формуле: А_г=А₁+γ либо А_г=А₂+180-φ, а для случая А₁<А₂ - по формуле: А_г=А₁+180-γ либо А_г=А₂+φ.