Дослідження і розробка спільної методики вимірювань і обробки даних астрономо-геодезичних і гравіметричних даних

Вступ.

Фігура геоїда залежить від напрямків вискових ліній, які співпадають з напрямками сили тяжіння, а вони в основному залежать від притягуваної дії нерівномірно розподілених всередині Землі мас, то фігура геоїда – геометрично вельми складна.

Відхилення прямовисної лінії можна визначити як кут між напрямом нормалі до поверхні еліпсоїда і напрямом прямовисної лінії в даній точці

Зміст

Слайд. методів визначення відхилень прямовисних ліній

1. Астрономо-геодезичний метод визначення відхилень прямовисних ліній

. Незавершеність різних видів геодезичних вимірювань на всій поверхні Землі, в першу чергу гравіметричних визначень, не дає можливості одержати достатньо достовірний результат при розв'язанні ряду питань вищої геодезії, зокрема задачі визначення відхилень прямовисних ліній. При наявній нерівномірності розміщення астрономо-геодезичних та гравіметричних пунктів гравіметричний та астрономо-геодезичний методи визначення відхилення прямовисних ліній дають результати, які не співпадають між собою.

2. Гравіметричний метод визначення відхилень прямовисних ліній

Гравіметричний метод заснований на використанні аномалій сили ваги, які проявляють побічну кривину поверхні геоїда. Формули Венінг-Мейнеса [ 12] виходять із припущення про відсутність поза поверхнею геоїда притягуваних мас, а аномалії сили тяжіння відомі на всій поверхні Землі. В дійсності не дотримуються обидві умови: по-перше, над геоїдом в основному розташовані материки і тому виникає задача редукції виміряних значень сили тяжіння; по-друге, світова гравіметрична зйомка ще не завершена. Тому гравіметричний спосіб поки не знаходить самостійного застосування. Проте він дозволяє привести різні референцні системи координат в єдину систему, пов'язану з центром мас Землі і може бути успішно використаний для контролю і деталізації карт висот квазігеоїда, складеного астрономо-геодезичним методом, а також при вивченні зовнішнього поля Землі.

3.Астрономо-гравіметричний метод визначення відхилень прямовисних ліній

При астрономо-гравіметричному визначенні відхилення виска астрономічні пункти необхідні для переходу від гравіметричних до астрономо-геодезичних відхилень і для врахування впливу далеких зон. Такі пункти розміщені на відстані 100-200 км один від одного. При обробці вимірювань приймається умова, що значення відхилення виска змінюються лінійно між двома сусідніми пунктами. Таке припущення призводить до штучного „згладжування” поверхні геоїда і відповідно не враховує впливу місцевих аномалій гравітаційного поля на відхилення вискових ліній.

Слайд 2

ДОСЛІДЖЕННЯ І РОЗРОБКА СПІЛЬНОЇ МЕТОДИКИ ВИМІРЮВАНЬ І ОБРОБКИ ДАНИХ АСТРОНОМО-ГЕОДЕЗИЧНИХ І ГРАВІМЕТРИЧНИХ ДАНИХ

Для визначення астрономічних координат доцільно використовувати високоточні зенітні камери, які дозволяють проводити вимірювання найбільш оперативно і з необхідною точністю в порівнянні з традиційними астрономо-геодезичними засобами. В комплекті з GPS- обладнанням ВЗК дозволяють оперативно визначати складові відхилень прямовисних ліній.

2. Проведений аналіз конструктивних особливостей існуючих зенітних камер показав, що для зменшення габаритно-вагових параметрів, підвищення надійності та достовірності отриманої інформації, доцільно виконати заміну каналу фотореєстрації відеосигналу ЗФК на канали, організовані на ПЗЗ-приймача, що дозволяє працювати в реальному масштабі часу. Виконано розрахунок чутливості ПЗЗ – матриці в залежності від зіркових величин робочих зірок. Складено каталог робочих зірок для спостережень на території України. Досліджено форму траєкторії руху зірки в залежності від широти пункту спостереження. Встановлено, що при фокусній віддалі F=1000 мм в межах України радіус кривої траєкторії зірки коливається від 750 мм до 1030 мм. Встановлено, що точність визначення зенітної віддалі зірки може бути підвищена завдяки оптимальній формі мітки Зеніта. Досліджені варіанти таких міток.

Виконано дослідження точності визначення геодезичних координат за допомогою засобів GPS. Встановлено, що СКП m_BL= 0.2".

3. Розроблено оригінальні схемні рішення конструкції ВЗК з використанням сучасної елементної бази, що дозволило суттєво зменшити вплив похибок на точність вимірювань. Виконані дослідження точності визначення астрономічних координат за допомогою ВЗК. Встановлено, що при реєстрації координат з похибкою не гірше 0,7 мкм та часу з похибкою не гірше 0,01^s, СКП визначення зенітної відстані в одному напівприйомі не буде перевищувати 0,4", а СКП визначення часу кульмінації 0,027^s, що також відповідає 0,4" по довготі. Проведені теоретичні дослідження довели, що можливе досягнення точності визначення координат переносною зенітною камерою не гірше 0,4". Подальше підвищення точності можливе при використанні більшої за 1000 мм фокусної віддалі ВЗК, більш складної електронної техніки та штативів, що призведе, в свою чергу, до збільшення ваги і габаритів апаратури.

3.ДОСЛІДЖЕННЯ ДІЇ ОСНОВНИХ ЧИННИКІВ НА ФОРМУВАННЯ ПОВЕРХНІ ГЕОЇДА.

Слайд 3

Концептуально схема альтиметричних вимірювань, представлена на рис. 3.3 і має простий вигляд. На рисунку наведено різні поверхні, що пов’язані з даною проблемою та поверхнею земного еліпсоїда, із яких основними є еквіпотенціальна поверхня геоїда, фізична морська поверхня і площина орбіти супутника. При цьому в процесі роботи всі параметри, що визначаються, задаються в системі вибраного референц-еліпсоїда відповідно до його центра або поверхні.

Н_а – виміряна за допомогою альтиметра висота ШСЗ над морською поверхнею,

S - висота морської поверхні над геоїдом,

ζ – висота геоїда над референц-еліпсоїдом.

Основним приладом в схемі вимірювань є радіолокаційний висотомір. На сьогоднішній день досягнуто точність вимірювань віддалей між супутником та морською поверхнею (МП) 3-5 см при висоті орбіти понад 1000 км [45]. Одночасно зі супутника проводяться додаткові вимірювання для внесення поправок на швидкості розповсюдження радіосигналу із-за впливу іоносфери, атмосферного тиску, водяного пару , стану морської поверхні (хвилювання), припливів та інших явиш [46-48].

Важливим елементом в схемі вимірювання є високоточне визначення параметрів орбіти. На даний час застосовуються три методи наземних траєкторних спостережень: доплеровські вимірювання, лазерна локація і радіоінтерферометрія з понаддовгою базою.

Слайд 4

В якості експериментального майданчика для проведення досліджень було обрано Гніденцівське нафтогазове родовище Чернігівської області.

Висоти пунктів 1,2,3,4 були визначені із нівелювання II класу і прив'язані до системи нормальних висот. Нівелювання виконано нівеліром із самовстановлюваною лінією візування. За результатами геометричного та GPS- нівелювання був побудований профіль геоїда з уточненням за матеріалами гравіметричної зйомки.

Основним рівнянням GPS - нівелювання визначено:

(5.11)

де геодезична висота отримана з GPS- спостережень;

ортометрична висота.

Слайд 6

Як видно із рис.5.7, зміна абсолютних відхилень вискових ліній відбувається більш динамічніше, ніж зміна аномалій сили ваги, тобто відхилення виска реагує більш різкіше на зміну поверхні геоїда.

Слайд 7.

З метою виявлення характеру поведінки відхилень вискових ліній були виконані вимірювання на нафтовому родовищі. Напрям профілю було вибрано із заходу на схід. В середині профілю пункт спостережень № 8 був розташований поряд з буровою свердловиною №18, де нафта добувається з глибини 2341м. Враховуючи дані геологічної розвідки, спостереження виконувалися як за межами родовища, так і в районі видобування.

За даними вимірювань на пунктах побудовано графік абсолютних значень відхилень вискових лВисновок

Висновок.

1. Незавершеність різних видів геодезичних вимірювань на всій поверхні Землі, в першу чергу гравіметричних визначень, не дає можливості одержати достатньо достовірний результат при розв'язанні ряду питань вищої геодезії, зокрема задачі визначення відхилень прямовисних ліній. При наявній нерівномірності розміщення астрономо-геодезичних та гравіметричних пунктів гравіметричний та астрономо-геодезичний методи визначення відхилення прямовисних ліній дають результати, які не співпадають між собою.

2. Гравіметричний метод заснований на використанні аномалій сили ваги, які проявляють побічну кривину поверхні геоїда. Формули Венінг-Мейнеса виходять із припущення про відсутність поза поверхнею геоїда притягуваних мас, а аномалії сили тяжіння відомі на всій поверхні Землі. В дійсності не дотримуються обидві умови: по-перше, над геоїдом в основному розташовані материки і тому виникає задача редукції виміряних значень сили тяжіння; по-друге, світова гравіметрична зйомка ще не завершена. Тому гравіметричний спосіб поки не знаходить самостійного застосування. Проте він дозволяє привести різні референцні системи координат в єдину систему, пов'язану з центром мас Землі і може бути успішно використаний для контролю і деталізації карт висот квазігеоїда, складеного астрономо-геодезичним методом, а також при вивченні зовнішнього поля Землі.

3. При астрономо-гравіметричному визначенні відхилення виска астрономічні пункти необхідні для переходу від гравіметричних до астрономо-геодезичних відхилень і для врахування впливу далеких зон. Такі пункти розміщені на відстані 100-200 км один від одного. При обробці вимірювань приймається умова, що значення відхилення виска змінюються лінійно між двома сусідніми пунктами. Таке припущення призводить до штучного „згладжування” поверхні геоїда і відповідно не враховує впливу місцевих аномалій гравітаційного поля на відхилення вискових ліній [ 16].

4. Астрономо-геодезичний метод використовується для визначення відхилень вискових ліній в поєднанні з гравіметричним методом. Із-за трудомісткості та довготривалості астрономічних спостережень він як самостійний майже не має практичного використання.

5.Для визначення астрономічних координат доцільно використовувати високоточні зенітні камери, які дозволяють проводити вимірювання найбільш оперативно і з необхідною точністю в порівнянні з традиційними астрономо-геодезичними засобами. В комплекті з GPS- обладнанням ВЗК дозволяють оперативно визначати складові відхилень прямовисних ліній. Розроблено нову методику визначення прямовисних ліній за допомогою переносних засобів. Виконано дослідження точності визначення геодезичних координат за допомогою засобів GPS. Встановлено, що СКП m_BL= 0.2".

Визначення відхилень вискових ліній за допомогою переносного комплекту ВЗК та GPS- приймача є досить зручним і компактним засобом вимірювань.

Сьогодні в геології та геодезії найбільш поширеними для пошуку та обстеження родовищ корисних копалин є в основному гравіметричні та технічні методи, а також пробне буріння свердловин. При цьому геодезичні технології використовуються тільки для побудови опорних мереж з метою проведення зйомок та координування геологічних виробок. Використання нових технологій пошуку нафтоносних та газоносних родовищ дозволяє зменшити об'єми цих робіт. Застосування комплекту дозволяє підвищити ефективність геологічних досліджень.