Пристрій для визначення відхилень прямовисних ліній

Реферат: Пристрій належить до області геодезії та астрономії. Пристрій для визначення положення прямовисних ліній містить оптико-механічний блок, осьову систему, трегер та основу. Оптикомеханічний блок складається з двох горизонтальних довгофокусних оптичних труб, жорстко з'єднаних в єдиному корпусі алідади з кутом між оптичними осями 90°. Кожна з труб обладнана оптико-механічним компенсатором горизонту, оптичним блоком відхилення візирного променя в зону зеніту під кутом, близьким до 90°, фотоприймальною матрицею, електромеханічним блоком повороту алідади з датчиками кутів 0°, 180°, електронними блоками обробки інформації про широту та довготу пункту спостереження, управління та індикації. Винахід дозволяє підвищити точність визначення прямовисних ліній та виконати астрономічні виміри в автоматичному режимі. UA 104179 C2 (12) UA 104179 C2 UA 104179 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Запропонований пристрій належить до області геодезії та астрономії. Відомий пристрій визначення астрономічних координат шляхом вимірювань горизонтальних та вертикальних кутів знаходження зірок теодолітами-універсалами. При цьому значення відхилень прямовисних ліній отримують як різницю астрономічних та геодезичних координат пункту [1]. Даний пристрій дозволяє отримувати високу точність, однак вимірювання вельми трудомісткі (в ручному режимі) та займають багато часу. Тому такі вимірювання виконують тільки на пунктах вищого класу геодезії (відстань між пунктами приблизно 70-100 км). Недоліком даного пристрою через складність вимірювань є практична непридатність його для таких робіт, як детальне дослідження положення вискових ліній в районах можливих родовищ нафти та газу, створювання матеріалів для точних гравіметричних карт відносно геоїда на локальних територіях та ін. Відомий пристрій визначення відхилень прямовисних ліній, що ґрунтується на визначенні астрономічних координат через спостерігання зірок в зеніті - зенітна камера [2]. Переносна зенітна камера дозволяє вирішити задачі польових досліджень з отриманням достатньо високої точності для гравіметричних робіт та скорочення трудомісткості порівняно з пристроєм [1]. Недоліком цього пристрою є мале поле зору, що зумовлює малий час експозиції зірки через необхідність технологічного повороту камери навколо вертикальної осі на 180° між двома прийомами спостережень, а це позначається на точності вимірювань. Як аналог, що приймають за прототип, слід використовувати пристрій [2], як такий, що має подібні ознаки з запропонованим: положення візирного променя поблизу зеніту, поворот приладу на 180° між прийомами, перетворення світлового потоку від зірки на ПЗЗ-матриці. Задачею винаходу є створення польового переносного пристрою визначення відхилень прямовисної лінії з підвищеною точністю. Поставлена задача вирішується через створення пристрою для визначення за формулою. Технічним результатом є можливість автоматизації всіх операцій вимірювань, підвищення точності визначення відхилень вискових ліній за рахунок оптимізації орієнтації лінії візування та розподілення часу експозиції зірки в двох прийомах вимірювання. Запропонований спосіб може бути реалізований пристроєм, схема якого представлена на фіг. 1. 1, 2, 3, 4, 5 - конструктивні вузли приладу - двоканальної оптико-електронної цифрової камери, в тому числі: 1) об'єктиви каналів (1.1 - каналу довготи, 1.2 - широти); 2) багатоелементні фотоприймальні матриці (2.1 - довготи та 2.2 - широти відповідно); 3) корпус труби каналу (3.1- каналу довготи та 3.2 - широти); 4) компенсатори горизонту (4.1 - каналу довготи та 4.2 - широти); 5) оптичні відхиляючі блоки (5.1 - каналу довготи та 5.2 - широти); 6) світловий потік від робочої зірки, який падає на об'єктиви 1.1 та 1.2 оптико-електронного приладу: 6.1 та 6.2 відповідно (візирні лінії); 7) електромеханічний блок повороту алідади приладу 1 на 180°; 8) трегер; 9) підйомні гвинти. Всі блоки розміщені в єдиному корпусі. Оптико-електронні канали приладу жорстко зв'язані між собою, їх візирні осі розташовані в горизонтальній площині перпендикулярно одна до одної. Корпус приладу зі всіма блоками встановлено своєю вертикальною віссю на трегері, який в свою чергу розміщений та стабільно закріплений на стало закріпленому штативі чи астрономічному стовпі. До складу приладу також входить візирний пристрій для орієнтування приладу на місцевості та блок електроживлення. Блок-схема функціонування приладу показана на фіг. 2. Позначення на схемі: 10.1 та 10.2 - блоки обробки інформації каналів довготи та широти; 11) блок керування; 12) блок індикації; 13) програмний блок; 14) алідада; 15) датчик фіксації кута повороту алідади на 180°. При підготовці до вимірів визначають на місцевості пункт спостережень за координатами, що вимірюють комплексом GPS (або іншим способом), розраховують: - момент проходження робочої зірки через зеніт t 3 ; 1 UA 104179 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - кут випередження точки проходження зірки через зеніт  (початок 1-го прийому вимірювань) та час випередження  . Послідовність операцій: 1. Установка приладу; горизонтування та опробування на функціонування. 2. Точна установка осей каналів приладу по меридіану (канал широти) і першому вертикалу (канал довготи) з допустимою точністю A . 3. Режим очікування робочої зірки в полі зору до моменту t 3   . Візирні лінії каналу широти та довготи встановлюють поблизу зеніту з відхиленнями від нього на малий кут в площині першого вертикала в напряму назустріч руху зірки. Величина даного малого кута розраховується з урахуванням паузи у вимірюваннях, необхідної для виконання повороту приладу на 180° за азимутом та заспокоювання чутливого елемента компенсатора після збурювальної дії від повороту приладу. При цьому в каналі широти осі фотоприймальної матриці мають поворот на гострий кут навколо горизонтальної осі в площини мішені матриці. 4. В заданий час t 3   (при з'явленні зірки в полях зору каналів) блок 11 включає електронні блоки приладу (2.1, 2.2, 10.1, 10.2, 12, 13). 5. Проходження зображення робочої зірки в каналах широти та довготи в першому прийомі. При цьому в каналі довготи в автоматичному режимі фіксують при переміщенні зображення зірки по мішені фотоприймальної матриці каналу моменти переходу зображення зірки через лінії розділу між пікселями матриці, що перпендикулярні напряму руху зображення зірки та по цих моментах в каналі довготи в блоці 10.1 виконують усереднення значення довготи; також одночасно за даними каналу широти в блоці 10.2 визначають траєкторію зображення зірки та приймають її апроксимоване значення за програмою, що задається блоком 13. Сигнал закінчення вимірювань подається на блок 11 через блоки 10.1, 10.2. 6. За програмою блока 13, що контролюється за часом високочастотним таймером 12, на блок 7 подається команда на поворот алідади 14 приладу на 180° за азимутом та блок 7 виконує заданий поворот. Кут повороту 180° контролюється датчиком 15. Сигнал про закінчення повороту з датчика 15 подається в блок 11. При цьому візирні осі каналів встановлюються поблизу зеніту з відхиленнями на як раз такий малий кут від зеніту, що і в першому прийомі, але в протилежному напрямку відповідно в площині меридіана та першого вертикала. 7. За час між закінченням першого прийому вимірювань та початком другого відбувається заспокоєння чутливого елемента компенсатора та його стабілізація відносно горизонту. 8. За програмою блока 13 блок 11 подає команду в електронні блоки 2.1, 2.2, 10.1, 10.2, 12, 13 на включення режиму очікування другого прийому. 9. Зображення зірки з'являється в полях зору каналів широти та довготи, відповідно до заданої блоком 13 програми виконуються виміри в каналах широти та довготи аналогічно вимірюванням в першому прийомі з обробкою даних в блоках 10.1 та 10.2. В блок 11 з блоків 10.1 та 10.2 надходить сигнал про закінчення другого прийому вимірювань. 10. Обчислення координат. Блок 11 дає команду блокам 10.1 та 10.2 на визначення координат по заданій програмі. В блоці 10.1 виконується за даними каналу довготи оцінка середніх значень в двох каналах положення проходження зображенням зірки ліній розділу пікселів матриці з застосуванням субпіксельного вимірювання інтервалу між лініями та визначається астрономічна довгота пункту  3 як середнє з двох прийомів. Одночасно в блоці 10.2 за даними каналу широти визначають відстань між двома виміряними траєкторіями зображення зірки на мішені матриці та розраховують по середній траєкторії значення астрономічної широти пункту 3 за програмою, що задається блоком 13. 11. Отримані астрономічні координати та виміряні за допомогою GPS геодезичні координати перетворюють в значення відхилення прямовисної лінії для даного пункту. Ці дані передають з блока 3 до блока індикації 12 та записують на носій. Таким чином, запропонований спосіб, за рахунок поканального розділення вимірювань за широтою та довготою, застосування в оптичних системах каналів високоточних оптикомеханічних компенсаторів та оптимального розподілення часу на вимірювання та заспокоєння маятника компенсатора дозволяє підвищити точність визначення прямовисних ліній та виконати астрономічні виміри в автоматичному режимі. 1. Закатов П.С. Курс высшей геодезии/ П.С. Закатов. 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Недра, 1976. - 511 с. - С. 279-290. 2 UA 104179 C2 2. Боровий В.О., Зенітна фотокамера для визначення нахилу прямовисних ліній/ В.О. Боровий, В.Г. Бурачек, Р.Х. Греку // Інж. геод. - 1991. - Вип. 34. - С. 8-12. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 Пристрій для визначення відхилення прямовисних ліній, що містить оптико-механічний блок, осьову систему, трегер та основу, який відрізняється тим, що оптико-механічний блок складається з двох горизонтальних довгофокусних оптичних труб, жорстко з'єднаних в єдиному корпусі алідади з кутом між оптичними осями 90°, при цьому кожна з труб обладнана оптикомеханічним компенсатором горизонту, оптичним блоком відхилення візирного променя в зону зеніту під кутом, близьким до 90°, фотоприймальною матрицею, електромеханічним блоком повороту алідади з датчиками кутів 0°, 180°, електронними блоками обробки інформації про широту та довготу пункту спостереження, управління та індикації. 3 UA 104179 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4