Румбы линий

Кроме географического и магнитного азимутов и дирекционного угла к ориентирным углам относятся также румбы. Румб r(геодезический)- это острый угол от ближайшего направления меридиана до направления линии; он обозначается буквой r. Пределы изменения румба от 0⁰ до 90⁰. Название румба зависит от названия меридиана: географический, магнитный и дирекционный (или осевой).

Для однозначного определения направления по значению румба он сопровождается названием четверти:

1 четверть - СВ (северо-восток),

2 четверть - ЮВ (юго-восток),

3 четверть - ЮЗ (юго-запад),

4 четверть - СЗ (северо-запад),

например, r = 30⁰ ЮВ.

Рис.1.18

Связь румба с соответствующим азимутом выявляется из рис.1.18.

1 четверть r = а; а = r;

2 четверть r = 180⁰ - а; а = 180⁰ – r;

3 четверть r = ф - 180⁰; а = 180⁰ + r; (1.22)

4 четверть r =360⁰ – а; а = 360⁰ – r.

Следует отметить, что румбы применяют и в морской навигации: круг делится на 32 румба, в румбе 11°15'. В метеорологии весь горизонт обычно делят на 16 румбов.

21. Элементы взаимного расположения точек в плоской системе координат. Прямая геодезическая задача

На плоскости можно измерять углы и расстояния.

Угол фиксируется тремя точками:

одна точка - это вершина угла, а две другие точки фиксируют направления 1-й и 2-й сторон угла. В простейшем случае хотя бы одна точка из трех не имеет координат, то есть, является определяемой; в общем случае определяемыми могут быть одна точка, две точки или все три.

Расстояние фиксируется двумя точками, и в общем случае определяемыми могут быть одна точка или обе.

Прямая геодезическая задача. Задача формулируется так: заданы x A и y A — плоские геодезические координаты точки / Измерено непосредственно в натуре расстояние S между точками и α — угол положения (направления). Из рисунка находим приращения координат:

Получаем искомые координаты точки В:

* В данном разделе рассматривается простейший случай, когда измерение угла или расстояния выполняют для определения координат одной точки. Поскольку при измерении угла определяемая точка может располагаться либо в вершине угла, либо на одной из его сторон, то с нашей точки зрения на плоскости имеют место три разных измерения, которые назовем элементарными.

Измеряется угол β на пункте A с известными координатами X4,Y4 между направлением с известным дирекционным углом αAB и направлением на определяемую точку P (рис.2.2).

Рис.2.2

Дирекционный угол α направления AP получается по формуле

(2.3)

Для прямой линии AP, называемой линией положения точки P, можно написать уравнение в системе XOY [25]:

(2.4)

В этом уравнении X и Y - координаты любой точки прямой, в том числе и точки P, но для нахождения двух координат точки P одного такого уравнения недостаточно.

Измеряется расстояние S от пункта A с известными координатами XA, YA до определяемой точки P. Из курса геометрии известно, что точка P находится на окружности радиуса S, проведенной вокруг точки A, и называемой линией положения точки P (рис.2.3). Уравнение окружности имеет вид:

(2.5)

В этом уравнении X и Y - координаты любой точки окружности, в том числе и точки P, но для нахождения двух координат точки одного такого уравнения недостаточно.

Рис.2.3

Измеряется угол β на определяемой точке P между направлениями на два пункта с известными координатами; это измерение рассматривается в разделе 2.1.8.

Координаты X и Y точки P можно найти из совместного решения двух уравнений, поэтому, взяв любую комбинацию из трех измерений по два, получим простейшие способы определения координат точки, назывемые геодезическими засечками:

два уравнения типа (2.4) - прямая угловая засечка,

два уравнения типа (2.5) - линейная засечка,

одно уравнение типа (2.4) и одно уравнение типа (2.5) полярная засечка,

два измерения углов на определяемой точке - обратная угловая засечка.

Остальные комбинации измерений называются комбинированными засечками.

Каждое из трех элементарных измерений является инвариантом по отношению к системам координат, что позволяет решать засечки на различных чертежах, определяя положение точки P относительно фиксированных точек A и B графическим способом.

Аналитический способ решения засечек - это вычисление координат определяемой точки. Оно может быть выполнено через решение системы двух уравнений, соответствующих выполненным измерениям, или через решение треугольника, вершинами которого являются два исходных пункта и определяемая точка (этот способ для краткости назовем способом треугольника).

В любом геодезическом построении принято выделять три типа данных:

исходные данные (координаты исходных пунктов, дирекционные углы исходных направлений и т.п.); эти данные часто принимаются условно безошибочными,

измеряемые элементы; каждый измеренный элемент обычно сопровождается значением средней квадратической ошибки измерения,

неизвестные (или определяемые) элементы; эти элементы подлежат нахождению по специально разработанному алгоритму, и их значения получаются с некоторой ошибкой, зависящей от ошибок измерений и геометрии данного построения.

В полярной засечке исходными данными являются координаты пункта A и дирекционный угол направления AB (или координаты пункта B), измеряемыми элементами являются горизонтальный угол β (средняя квадратическая ошибка измерения угла mβ) и расстояние S (относительная ошибка его измерения mS/S=1/T), неизвестные элементы - координаты X, Y точки P (рис.2.4).

Исходные данные: XA, YA, αAB

Измеряемые элементы: β, S

Неизвестные элементы: X, Y

Рис.2.4

Графическое решение. От направления AB отложить транспортиром угол β и провести прямую линию AQ, затем вокруг пункта A провести дугу окружности радиусом S в масштабе чертежа (плана или карты); точка пересечения прямой линии и дуги является искомой точкой P.

Аналитическое решение. Дирекционный угол α линии AР равен:

α= α_AB + β.

Запишем уравнения прямой линии AP - формула (2.4) и окружности радиуса S вокруг пункта A - формула (2.5):

(2.6)

Для нахождения координат X и Y точки P нужно решить эти два уравнения совместно как систему. Подставим значение (Y - YA) из первого уравнения во второе и вынесем за скобки (X - XA) 2:

(X - X_A)² ∙ (1 + tg² α)= S².

Выражение (1 + tg²α) заменим на 1 / Cos²α и получим:

(X - X_A) ² =S² ∙ Cos²α,

откуда X - X_A = S∙ Cosα.

Подставим это значение в первое уравнение (2.6) и получим:

Y - YA = S ∙ Sinα.

Разности координат (X - X_A) и (Y - Y_A) принято называть приращениями и обозначать ΔX и ΔY.

Таким образом, полярная засечка однозначно решается по формулам:

(2.7)

В геодезии есть две стандартные задачи: прямая геодезичеcкая задача на плоскости и обратная геодезическая задача на плоскости.

Прямая геодезическая задача - это вычисление координат X₂, Y₂ второго пункта, если известны координаты X₁, Y₁ первого пункта, дирекционный угол α и длина S линии, соединяющей эти пункты. Прямая геодезическая задача является частью полярной засечки, и формулы для ее решения берутся из набора формул (2.7):

(2.8)

22. Элементы взаимного расположения точек в плоской системе координат. Обратная геодезическая задача

См. 23.

Дано и ; и - координаты точке А и В.Следует найти угол положения и расстояние

tg

*Обратная геодезическая задача - это вычисление дирекционного угла α и длины S линии, соединяющей два пункта с известными координатами X₁, Y₁ и X₂, Y₂ (рис.2.5).

Рис.2.5

Построим на отрезке 1-2 как на гипотенузе прямоугольный треугольник с катетами, параллельными осям координат. В этом треугольнике гипотенуза равна S, катеты равны приращениям координат точек 1 и 2 (ΔX = X₂ - X₁, ΔY = Y₂ - Y₁), а один из острых углов равен румбу r линии 1-2.

Если Δ X ≠ 00 и Δ Y ≠ 00, то решаем треугольник по известным формулам:

(2.9)

(2.10)

Для данного рисунка направление линии 1-2 находится во второй четверти, поэтому на основании (1.22) находим:

(2.11)

Общий порядок нахождения дирекционного угла линии 1-2 включает две операции:

определение номера четверти по знакам приращений координат Δ>X и ΔY (рис.1.4-а),

вычисление α по формулам связи (1.22) в соответствии с номером четверти.

Контролем правильности вычислений является выполнение равенства:

(2.12)

Если ΔX = 0.0, то

S = іΔY_і;

и α = 90^o 00' 00» при ΔY > 0,

α = 270^o 00' 00» при ΔY < 0.

Если ΔY = 0.0, то

S = іΔX_і

и α = 0^o 00' 00» при ΔX > 0,

α = 180^o 00' 00» при ΔX < 0.

Для решения обратной задачи в автоматическом режиме (в программах для ЭВМ) используется другой алгоритм, не содержащий тангенса угла и исключающий возможное деление на ноль:

(2.13)

если ΔY => 0^o, то α = a,

если ΔН < 0^o, то α = 360^o – а.