МУ_ч1 Приборы для определения метеорологических параметров. Вычисление влажности воздуха. Определение поправки за атмосферные условия по номограмме Leica

    Скачать с Depositfiles 

Донецкий национальный технический университет

Кафедра Геоинформатики и Геодезии

Методические указания

по курсу «Геодезические приборы и измерения»

к лабораторной работе

«Приборы для определения метеорологических параметров. Вычисление влажности воздуха. Определение поправки за атмосферные условия по номограмме Leica»

Версия 1.0

01-03-2012

Донецк – 2012

УДК 528.73

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Геодезические приборы и измерения» по теме «Приборы для определения метеорологических параметров. Вычисление влажности воздуха. Определение поправки за атмосферные условия по номограмме Leica» для студентов с направлением подготовки 0709 «Геодезия, картография и землеустройство» специальностей 7.070901 «Инженерная геодезия», 7.070908 «Геоинформационные системы и технологии», 7.070905 «Землеустройство и кадастр»/ Сост. Серых А.П. – Донецк: ДонНТУ, 2012.- хх с.

Рассмотрены вопросы определения метеорологических параметров атмосферы с целью дальнейшего определения поправок в измеряемые с помощью светодальномеров длины линий за атмосферные условия.

Дано описание и устройство метеорологических приборов – термометра-праща, барометра-анероида, психрометра Ассмана — и методика выполнения измерений по ним. Объяснена методика расчета относительной влажности воздуха по показаниям сухого и влажного термометров психрометра Ассмана.

Изложена методика графического определения поправки за атмосферные условия по номограмме применительно к электронному тахеометру Leica.

В заключении сформулированы задания для выполнения лабораторной работы и варианты исходных данных для выполнения заданий.

Составитель:

Рецензент:

Серых А.П. доц.

Содержание

Введение

4

1

Краткие теоретические сведения

8

2

Приборы для измерения метеорологических параметров. Определение метеопараметров атмосферы. Вычисление влажности воздуха

11

3

Определение поправки за конкретные атмосферные условия на 1 км длины линии для тахеометра Leica TCR405 с использованием номограммы

15

4

Задания для выполнения лабораторной работы

21

5

Требования к отчету по лабораторной работы

23

Рекомендуемый список методических указаний и литературы

24

Приложение 1. Исходные данные к заданию 1

25

Приложение 2. Исходные данные к заданию 2

26

Приложение 3. Номограмма для определения атмосферной поправкиppm

27

Введение

Цель лабораторной работынаучиться оценивать влияние метеорологических параметров атмосферы на результаты измерений длин линий физическими способами (с использованием электромагнитных волн).

Задача лабораторной работы:

— освоить работу с метеорологическими приборами для определения параметров атмосферы и выполнить измерения указанных параметров;

— графически определить по номограмме для тахеометров серии Leica TPS400 значение поправки за атмосферные условия на 1 км длины линии и вычислить значение поправки в конкретно заданные значения длин линий;

— решить вопрос, в каких случаях введение поправок за атмосферные условия в измеренные значения длин линий является обязательным, а в каких нет.

Выносимые на изучение вопросы:

1. Приборы для измерения метеорологических параметров.

2. Методика измерения метеопараметров атмосферы

3. Расчет влажности воздуха

4. Определение графическим способом по номограмме Leica по измеренному давлению и температуре значения поправки за атмосферные условия на 1 км длины и в заданные значения длин линий применительно к тахеометрам серии Leica TPS400.

Объекты изучения:

— метеопараметры атмосферы;

— величина  — поправка за атмосферные условия в мм на 1 км длины линии.

Предметы изучения:

— термометр-пращ;

— барометр-анероид;

— психрометр Ассмана;

— номограмма для определения значения поправки за атмосферные условия на 1 км длины линии для тахеометров серии Leica TPS400.

Используемые формулы:

— формула для вычисления значения влажности воздуха по показаниям психрометра Ассмана (парциального давления водяных паров).

Используемое приборы, оборудование, таблицы, методические указания:

— термометр-пращ;

— барометр-анероид;

— психрометр Ассмана;

— номограмма для определения значения поправки за атмосферные условия на 1 км длины линии для тахеометра Leica TCR405;

— методические указания к лабораторной работе по курсу «Электрооптические и радиогеодезические измерения» (для студентов специальности 1301). Донецк: ДПИ., 1988 г. – 36 с. – Составитель Ю.Ф. Кругликов. — № 3.11

Организация лабораторной работы

1. Группу/подгруппу студентов в аудитории разбить на бригады из 3-5 человек в зависимости от имеющегося количества метеорологических приборов. Показания по приборам снимает каждая бригада.

2. Кратко обрисовать проблему влияния метеопараметров атмосферы на скорость распространения электромагнитных волн в атмосфере и, соответственно, на правильность определения длин линий, измеряемых физическими способами. Подвести к необходимости определения метеопараметров.

3. Показать и охарактеризовать метеорологические приборы, используемые при геодезических измерениях.

Обратить внимание студентов на то, что хотя приборы и находятся в состоянии, далеком от рабочего, это не мешает выполнению работы. Пояснить, что задача лабораторной работы заключается не в том, чтобы получить, максимально близкие к реальным, значения параметров атмосферы, а в том, чтобы научиться работать с приборами, освоить методику работы. Для этого в данном случае вовсе не обязательно иметь метеоприборы в идеальном состоянии. В качестве примера можно привести подготовку спортсменов, солдат в армии и др. Там ситуация аналогичная: сначала учатся на макетах, тренажерах, заменителях и т.д.

4. Объяснить методику измерения температуры с использованием термометра-праща, давления с использованием барометра-анероида и температуры по сухому и влажному термометрам для определения влажности воздуха с использованием психрометра Ассмана.

При объяснении необходимо, чтобы студенты активно работали с методическими указаниями [1].

5. Дать задание каждой бригаде выполнить измерения указанных метеопараметров с помощью имеющихся приборов. При этом в измеренные значения ввести соответствующие поправки.

6. По исправленным значениям (вне зависимости от достоверности полученных значений) вычислить парциальное давление водяных паров, а по нему относительную влажность воздуха. Для этого использовать методические указания [1].

7. Объяснить, что означает величина . В каких единицах она записывается, и к какой величине и значению самой величины она относится. Показать, как величина  используется в геодезии, в частности при измерении длин линий. Пояснить, что в рассматриваемом случае это не что иное как поправка в миллиметрах на 1 км длины линии. Объяснить, как через величину  записывается в общем виде поправка к любой длине линии. Отметить, что именно значение  вводится в электронный тахеометр для учета атмосферных условий. Дать задание записать в общем виде с использованием конкретно заданного значения : а) поправку к произвольной длине линии; б) произвольную длину линии

8. Перейти к номограмме Leica для определения графическим способом значения величины . Для этого каждому студенту выдать отдельный лист формата А4 с номограммой для тахеометров серии Leica TPS400. Объяснить, что такое номограмма и как ею пользоваться. Указать какие величины являются входными для определения значения . При этом необходимо пояснить, как переводятся миллиметры ртутного столба в миллибары, в которых оцифрована номограмма, и наоборот. Пояснить, в каких случаях и почему вместо давления можно использовать высоту точки стояния прибора, и как в этом случае определять значение . Дать задание определить значение для произвольно заданных значений температуры и давления, а также температуры и высоты точки стояния.

9. Для закрепления полученных знаний все студенты должны выполнить четыре задания по данной лабораторной работе. С этой целью каждому студенту должен быть выдан номер варианта индивидуального задания, по которому студент выбирает значения исходных данных к заданию. Значения исходных данных приведены в настоящих методических указаниях в разделе Приложения. Выполнение задания заключается в изучении материала по теме задания, выполнении всех необходимых вычислений и анализе полученных результатов. Выполнение задания должно сопровождаться кратким описанием выполняемых действий и завершаться соответствующими выводами. Выполнение каждого задания базируется на тех знаниях, которые были получены в аудитории на лабораторной работе, а также на материале, изложенном в настоящих методических указаниях. Для более углубленного понимания рассматриваемых вопросов в настоящих методических указаниях приводится список рекомендованной дополнительной литературы.

1 Краткие теоретические сведения

1. Атмосфера по своей природе является неоднородной средой, плотность которой меняется от точки к точке. Плотность атмосферы зависит главным образом от таких ее параметров, как температура, давление и влажность, а. также от состава газов ее составляющих. Неоднородность плотности атмосферы (воздуха) влияет на характер прохождения электромагнитных волн (ЭМВ) в ней, что проявляется в изменении направления и уменьшении скорости распространения ЭМВ. Кроме этого, скорость распространения ЭМВ в атмосфере (как и в любой другой среде) зависит от длины самой волны.

Изменение направления и скорости распространения ЭМВ в конкретной среде характеризуется показателем преломления  среды. Так как плотность атмосферы меняется от точки к точке, то точно также меняется и показатель преломления, т.е. он является функцией пространственных координат  точки. Пространственное распределение показателя преломления  атмосферы называется рефракционным полем. Поскольку показатель преломления в силу вышеназванных причин не является постоянной величиной, то это и вызывает, как отмечено выше, непрямолинейность (искривление) пути распространения ЭМВ и неравномерность (неодинаковую скорость) ЭМВ.

В геодезии с указанным явлением приходится сталкиваться в двух случаях.

Первый случай — это рефракция атмосферы, т.е. изменение показателя преломления слоев воздуха на пути следования оптического луча. В этом случае сигнал распространяется не по прямой линии, а по пространственной кривой. Проекция пространственной кривой на вертикальную плоскость называется кривой вертикальной рефракции, а на горизонтальную плоскость – кривой горизонтальной рефракции.

Второй случай — это изменение времени прохождения ЭМВ между двумя точками, между которыми измеряется расстояние, т.е. между излучателем и отражателем (задержка распространения сигнала).

Вследствие указанных эффектов данное явление требует учета его влияния при выполнении геодезических работ. При выполнении оптических измерений таких, как измерение горизонтальных и вертикальных углов и направлений, либо измерение превышений между точками местности, требуется учет вертикальной и боковой рефракции. При выполнении работ по измерению расстояний между точками местности с использованием светодальномеров и радиодальномеров, необходимо знать степень замедления скорости электромагнитных волн, чтобы учесть потом это замедление в виде поправки в измеренное значение длины линии.

2. В основе способа определения расстояний  между двумя точками с использованием свето- или радиодальномеров лежит формула

, (1)

где  — скорость распространения электромагнитных волн в среде,  — время прохождения светового сигнала от излучателя до отражателя и обратно.

Скорость распространения электромагнитных волн  в среде с показателем преломления  определяется формулой

                                , (2)

где — скорость распространения электромагнитных волн в вакууме (с=299792458 м/с).

Для волн оптического диапазона показатель преломления  является функцией 4-х параметров: длины волны температуры давления  и относительнойвлажности воздуха , вдоль пути прохождения волны, а для УКВ волн показатель преломления является функцией только 3-х параметров: температурыдавления иотносительной влажности воздуха. И в том и в другом случаях измеренные значения длин линий должны исправляться поправкой из-за влияния указанных факторов. Все вышесказанное можно записать как 

                               (3)

                                   (4)

Поскольку воздушная среда на пути прохождения сигнала является неоднородной, то для точного учета влияния метеопараметров атмосферы на измеряемую длину линии значения метеопараметров должны определяться на всем пути следования сигнала. Однако сделать это абсолютно нереально. В крайнем случае, значения метеопараметров могут быть определены в нескольких наиболее характерных точках трассы сигнала. Но и такие определения могут выполняться лишь в редких случаях и только в научных, но не в практических целях. На практике метеопараметры определяются либо на конечных точках линии (на точках установки излучателя и отражателя), либо, как правило, только на одной точке — в месте установки излучателя (светодальномера или тахеометра). При этом определяются температура, давление и относительная влажность воздуха.

 

Смотрите также:

Часть 2 Методических указаний Приборы …

Часть 3 Методических указаний Приборы …

Часть 4 Методических указаний Приборы …

Полный файл с методическими указаниями можно бесплатно скачать по ссылке:

    Скачать с Depositfiles