Способ барометрического нивелирования Советский патент 1981 года по МПК G01C5/06 

t

Изобретение относится к области инженерной геодезии и топографии, а конкретнее к барометрическому ни.велированию - способу определения высот точек местности по величине атмосферного давления на них.

Известен способ барометрического нивелирования, в котором изменения атмосферного давления во времени регистрируется на станциях - точках с известными высотами. На точках, высоты которых определяют, также регистрируют величины атмосферного давления, в которые при обработке вводят поправки за изменение атмосферного давления во времени 1 .

Недостатком способа является отсутствие учета колебаний атмосферного давления.

Наиболее близким техническим решением является способ, позволяющий осуществлять автоматическую синхронизацию наблюдений указанном способе изменение атмосферного давления преобразуется в изменение частоты переменного электрического тока, который радиотелеметрируется с определяемой точки на станцию (или цаоборот).

Недостатком способа, основанного на синхронизации наблюдений, является сильная зависимость погрешности определения высот точек местности от короткопериодических колебаний атмосферного давления.

Изменение атмосферного давления представляет собой колебательный процесс с широким частотным спект10ром. Колебания больших периодов носят глобальный характер, т.е. одинаково повторяются на значительных площадях. Синхронизация наблюдений позволяет исключить из измеренного

15 на определяемой точке атмосферного давления погрешность, вносимую длиннопериодическим изменением атмосферного давления во.времени. Коро.ткопериодические колебания атмос20ферного давления носят случайный характер, зависящий от местных условий: распределения поля температуры, подстилающей поверхности, силы, направления и порывистости ветра и т.п.

25

Синхронизация наблюдений в этом случае может привести к увеличению погрешности. Осреднение результатов измерений атмосферного давления, применяемого для сглаживания колебаний, произвольно и ничем не обуслов30

лено. Продолжительность и дискретность наблюдений на определяемых точках в зависимости от состояния поля давления не обусловлены ни в одном из существующих способов барометрического нивелирования.

Целью изобретения является снижение влияния периодических колебаний атмосферного давления.

Поставленная цель достигается тем, что по измеренному до или в процессе барометрического нивелирования атмосферному давлению определяют корреляционную функцию, по которой получают период колебаний давления, атмосферное давление на станциях и определяемых точках регистрируют в течение времени не менее ,периода колебаний давления, а интервалы времени мезкду измерениями определяют по

п-1

где Т - период колебаний;

п - количество измерений/ К - число периодов.

Изменение атмосферного давления представляет собой стационарный (или приводимый к стационарному) случайный процесс.

Одной из характеристик стационарного случайного процесса является его корреляционная функция R{u ), указывающая степень зависимости значений случайных функций в моменты времени, отстоящие друг от друга ,на промежуток времени f . Если случайный процесс имеет периодические составляющие то они обнаруживаются корреляционных функциях.Это свойств корреляционных функций используется для задания продолжительности и дискретности наблюдений на определяемой точке и времени осреднения результатов измерений на станции.

На фиг, 1 показан вид корреляционой функции атмосферного давления (аналогичный вид имеет корреляционная функция разности атмосферных давлений, но с меньшим значением постоянной составляющей).

Отрицательные значение ее указывают н& наличие период -$ческик составляющих в колебаниях атмосферного давле ния,Фиг. 2 показывает, что синхр низация измерений атмосферного давления на определяемой точке и станции или станциях) при наличии периодических составлягадих может привести к снижению точности нивелирования за счет случайности моментов измерения величин давлений. Результаты будут более достоверными, если при вычислениях высот (превышений) использовать среднее значение реализаций давления продолжительностью н менееих.

Практическая реализация способа барометрического нивелирования заключается в следующем.

По результатам измерений атмосферного давления P(t) на станции (станциях) определяется корреляционная функция давления R (С )

т

(1) R(t eim-Jp(t)p(t«.t)dt.

Корреляционная фукнция может быть определена с помощью одного из известных методов обработки случайных процессов или с помощью коррелятора в процессе измерений, например с

ПОМОЩЬЮ коррелографа НК-200. Целесообразно определять R(C) перед началом нивелирования. Минимальная продолжительность регистрации атмосферного давления и время осреднения

результатов измерений на станции

равны удвоенному значению при минимальном значении корреляционной функции R (t ) .

Дискретизация измерений, т.е. количество измерений п и промежутки

времени между измерениями ut, определяются в предложений, что атмосферное давление за период наблюдений можно представить гармонической функцией вида

(2:

2.К P.-..,

ZP

Среднее значение

должно

п

ыть равным нулю, т.е.

. ait

(3)

2. . O

itO

t u-fc (A)

J .

Учитывая, что t &t(n-1), получаем

u.t к/ r ч

n-1 Ы

Например, по результатам измерений или вычислений корреляционной функции атмосферного давления t оказалось равным 120 сек. Значит минимальная продолжительность наблюдений должна быть не менее 240 сек и при интервал времени меяоду

измерениями должен составлять t

ь 120 сек, т.е. по микробарометру надо взять отсчеты с интервалом в две МИНУТЫ. Минимальное количество отсчетов - два.

Формула изобретения Способ барометрического нивелирования, заключающийся в измерении-атмосферного давления на станциях и определяелфах точках в заданный момент времени и математической обработке результатов измерений, о т 5 личающийся тем, что, с целью снижения влияния периодических колебаний атмосферного давления, по измеренному до или в процессе барометрического нивелирования атмосферному давлению определяют корреляционную функцию, по которой получают период колебаний давления, атмосферное давление на станциях и определяемых точках регистрируют в течение времени не менее периода колебаний давления, а интервалы времени между измерениями определяют по формуле

it-kj;,

где Т - период колебаний;

п - количество измерений, К - число периодов.

Источники информации, 5 принятые бо внимание при экспертизе

1.Кулаков И.Н. Барометрическое нивелирование в предгорных и горных

районах, м., Недра, 1966.

2.Роев Ю.Д. СМБ в качестве профилографа - Геодезия и картография. 1967, 4 (прототип).

А./Л

г