Способ барометрического нивелирования Советский патент 1989 года по МПК G01C5/06 

Изобретение относится к технике барометрического нивелирования, широко применяемого для определения высот при производстве гравиметрических съемок.

Цель изобретения - повьшение производительности труда путем исключения измерения температуры и влажности воздуха на точках хода.

В результате многолетних исследований выявлена связь между изменением вертикального температурного градиента и средней температурой столба воздуха. В ранние утренние часы в связи с имеющими место утренними инверсиями температуры воздуха, вертикальный температурньш градиент бывает положительным и достигает значений 2-3°С/100 м (величина и знак градиента зависят от величины превышения) С началом прогрева дна долины и горных склонов солнечными лучами начи- ;

нается интенсивное разрушение утренних инверсий температуры воздуха и вместе с этим стремительное изменение величины и знака вертикального температурного градиента. В определенный момент времени наступает стабилизация вертикального температурного градиента и его величина практически не изменяется до захода Солнца. Дпя проведения в единую систему наблюдений, вьтолнявшихся на разных географических широтах в разное время года, для светлого времени суток введена универсальная шкала времени, основанная на отношении высоты Солнца в данный момент времени hg к высоте Солнца в момент верхней кульминации

he, от момента восхода Солнца до

мси к с

полудня употребляется отношение

h/r, .---- которое выражается Омакс ДОМ десятичных дробей от О до 1, а

ел со

о

00 СО О)

315

от полудня до захода Солнца употреблется разность

ho

h. 2 - --S О ho,

, .выра- макс

жаемая рядом десятичных дробей от 1 до 2. Высоту Солнца на любой момент времени можно определить по соответствующим формулам сферической астрономии. Стабилизация вертикального тепературного градиента наступает примерно в момент h.

О его в этот момент

- 0,8°С/100 м.

0,7 и величина равна )Г iO

температурный гради точкой в этот момент

- t

бс;

1ОО

J

(4)

где h Тогда

оо

превытение между точкой н ВВС в сотнях метров.

66С;

+t

вес;

iff; h

100

Изобретение предназначено для определения высот точек барометрического хода. С целью повышения производительности труда на барометрической станции измеряют давление, температуру и влажность воздуха. Измеряют высоту Солнца и степень облачности. Измеряют давление воздуха на точках хода. По полученным данным и приведенным формульным зависимостям определяют среднюю температуру и среднюю влажность без измерения температуры и влажности на точках хода. Полученные средние значения используют при определении высот точек барометрического хода.

Связь между изменением вертикального температурного градиента у,о и изменением средней температуры столбца воздуха t устанавливается посредством коэффициента (J

ut

W

(1)

Выделяются два значения коэффициента СО : Сл),- от восхода Солнца до момента hL 0,7иСО,2 -от момента hg 0,7 до, захода Солнца. Величина коэффициента СО, изменяется в зависимости от величины измеряемого превышения, а величина коэффициента равна нулю (оЭ 0).

Зависимость величины коэффициента СО, от величины измеряемого превышения представлена на чертеже. В интервале превьппений от О до 1000 м коэффициент корреляции величины СО, по величине превышения ih, равен г 0,85. Уравнение регрессии СО, по I h,Qo I в этом интервале

О), 0,027- lh,oo - 0,33 (2)

где lh,Q(j| --абсолютное значение превышения в сотнях метров

При пренмшениях более 1000 м коэффициент СО, можно считать постоянным и равным (- 0,06).

На основании перечисленных закономерностей возможно определять среднюю температуру столба воздуха, используя только измерения температуры воздуха на ВВС, не измеряя ее на определяемой точке. Средняя температура столба воздуха t„;oпpeдeляeтcя как среднее арифметическое из измерений на точке (tTo,;) и на ВВС (tggc; ) в данный момент i

- бБс; + t

t.; .ТОЧ.|

(3)

t.

0.5

100

(5)

Изменение вертикального температурного градиента связано с изменением средней температуры столба воздут ха соотношением f1). От момента hg, 0,7 до захода Солнца величина вертикального температурного градиента постоянна и равна - 0, /100 м. Изменение величины происходит между моментами h О и ,7.

Следовательно,

0}

- llVlift i

(6)

Га

ал

- t

rvi.

5

0

где СО - эмпирический коэффициент; - вертикальный температурный

.7

градиент в момент h 0,7;

rn

, - вертикальный температурный градиент в момент измерений на точке;

средняя температура столба воздуха в момент h 0,7; средняя температура столба воздуха в момент измерений на точке, (б) относительно у.о, , полуол

tyn; Решаячают

Ь°;

Ift

0,7

-W( ).

(7)

Подставляя выражение (7) в формулу (5) и учитывая, что У о - 0,8 с/ 50 /100 м, получают °

ббс;

+ 0,5 h

400

ft°0.7 55

- C0(t - ) t

вес;

0,5 0,5 h

ОЛ

- 0,4h

400

00

cot

m;

(8)

515308966

Решая (S) относительно t „;иУчитьтая, что коэффициент СО имеучитывая, что t - tegc,,-, -, значения

- 0. h,oo, получают00, -(0,027 |h,oJ - 0,33)

5 и СО О, t -О 5oDh t -О 4h +0 2лЪ средняя температура столба воздуха

6БС 10О 4flO 9 юо

определяется по следующим формулам:

от восхода Солнца до момента време- °° (9) ни, при котором h0 0,7

teec; - 0,5ЦЬ,. - 0,4 h. + 0,2(,h 1 - 0,5CO.h,oo

m;

1 - 0,5 CO h

tm;

(10)

от bQ 0,7 до захода Солнца . teec; - 0,4 h,, . (ll)

Дпя вычисления превышения h QQ в Лормулах (lO) и (ll) можно исполь- зовать как приближенное значение среней температуры столба воздуха, так измерения температуры на ВВС, Возни- кающие при таком допуске погрешности незначительно влияют на точность определения окончательной величины

т;.

Что касается влажности воздуха, т в пределах превышений до 500 м можно использовать значения влажности воздуха, измеренные на ВВС, считая их средними для всего измеряемого столба воздуха. Для превышений более 500 м можно использовать вертикальный 1 радиент влажности, которьм практически постоянен в течение дня и согласно многолетним исследованиям в горах равен V - 0,3 мбар/ЮОм

Поскольку для определения средней температуры воздуха по предложен- ному способу используются измерения температуры воздуха, вьшолненные в приземном слое, вычисленная величина t содержит систематическую погрешность О tf,,j возникающую за счет искажающего радиационного влияния подстилающей поверхности .

Формула для вычисления величины систематической погрешности средней температуры столба воздуха имеет вид

(,,, +

K(t.- t

m

на ч

);

(12)

где - эмпирический коэффициент, вьфажающий зависимость изменения погрешности сред(10)

5

0 5

о

д

5

О мач

® макс об

т;

ней температуры от изменения высоты Солнца; высота Солнца в момент начала рейса; высота Солнца в верхней кульминации; , эмпирический коэффици- ент, связьшающий высо ту Солнца в момент нулевых по1 решностей с высотой Солнца в кульминации; эмпирический коэффици- : ент,связывающий величи- ну изменения погрещносг ти средней температуры столба воздуха с изменением средней температуг ры этого столба; средняя температура столба воздуха в момент наблюдертй на определяемой точке, вычисляется по формулам (10), (1 1); средняя температура стол- ба воздуха в момент начала рейса, вычисляется по формулам (1 о), ( 11)..

нач

Способ включает вьтолнение Следующих операций.

I

В начале рейса все рейсовые и станционные микробарометры сверяются между собой на временной барометрической станции, имеющей твердую высотную отметку. Сверка производится для приведения всех приборов к одному уровню. Затем посредством рейсовых приборов производится измерение атмосферного давления на определяемых точках. Температура воздуха на рейсовых точках при этом не измеряется. На ВВС в это время ведутся срочные измерения атмосферного давления, температуры и влажности воздуха.

71

По окончании рейса все микробарометры опять сверяются для определения величины сползания нульпункта рейсовых приборов,которая разбрасывается в показания рейсовых приборов пропор ционально времени.

Вычисление высот осуществляется следующим образом.

Вычисляется предварительное превышение между точкой и ВВС в сотнях метров. Вычисление можно вести по сокращенной или полной барометрической формуле: вычисляется средняя температура воздуха между определяемой точкой и ВВС по формуле (Ю); или (11); вычисляется предварительная высота точки; вычисляется величина систематической погрешности 8t. по формуле (l2l; вычисляется поправка в высоту за систематическую погрешность

Jh. - 0,003665 St, t т

(13) 25

а также вычисляется окончательная высота. Формула изобретения

Способ барометрического нивелирования, включающий измерение давления, температуры и влажности воздуха на барометрической станции, измерение давления воздуха на точках хода и определение по полученным данным превышений точек относительно стачции отличающийся- тем, что, с целью повышения производительности за счет сокращения времени измерений на точках хода , во время измерений определяют высоту Солнца и состояние облачности, определяют среднюю температуру столба воздуха между станцией и точками хода по формуле

,1

-ж;

(t

66С

- t.... )(l-0,005uh)

° 0,7

- t,,,.- 0,004 h +5t

В6С

а7

m, )

де t

m;

вес;

средняя температура столба воздуха между станцией и точкой в момент измерений давления на точке; температура воздуха, измеренная на барометрической станции в момент изме- давления на точке;

8

0

-

5

0

5

0

ВбС

о л

G) температура воздуха, измеренная на барометрической станции в момент времени, при котором hg 0,7;

приближенное значение пре- вьтшения между барометрической станцией и точкой, полученное по барометрической формуле без учета фактического значения температуры и влажности воздуха на точке; эмпиргетеский коэффициент;

ОЭ (n,00027lhl - 0,33) - при величине измеряемого превышения не более 1000 м, в интервале времени от момента О (восход Солнца) до момента h 0,7, где hg, - отношение высоты Солнца к высоте Солнца в верхней кульминации;

СО - 0,6 - при величине измеряемого превышения более 1000 м, 6 интервале времени дня от момента h0 О (восход Солнца) до момента Ь0 0.7;

СО О - вне зависимости от величины измеряемого превьш1ения, в интервале времени дня от момента hg 0,7 до захода Солнца;

- поправка к средней температуре столба воздуха;

tm- 6,(0,4hfl - hfl ) + «макс УНОЧ

5( ),

если ход барометрического нивелирования начинается в первой половине дня и

t, o.6e.ho,,,,,(he,,,- h

Оиач

) - 05( ),

меч

если ход барометрического нивелирования начинается во второй полови- не дня;

5, и g - эмпирические коэффициенты при отсутствии облачности:

55

6, 0,20 0,0035 (30- h/g );

макс

б 0,13 + 0,0022,(30- ,при переменной облачности:

макс

;

Е, 0,13 + 0,0022 (30-hg J; eg, 0,08 + 0,0012 (30-h0 J;

при сплоошой облачности:

t - средняя refmeparypa столба воздуха в момент измерений давления на точке, и определяют среднюю влажность столба воздуха между станцией и точками , . хода в момент измерений давления на

е, 6,, - 0,04 0,0005(30-hg J; точке е„; по формуле

Анакс

hg- высота Солнца в верхней

кульминации; - h 0- высота Солнца в момент

начала барометрического хода; ,

цдц - средняя температура столба воздуха в момент на- - чала барометрического хода;

10

15

- еррс; - 0,0015 h,

где eggc; влажность воздуха на

станции в момент измерений давления на точке; h- приближенное значение

превышения между станцией и точкой.

- еррс; - 0,0015 h,

где eggc; влажность воздуха на

станции в момент измерений давления на точке; h- приближенное значение

превышения между станцией и точкой.