Haben Sie sich als Ingenieur schon einmal gefragt, wie Sie die Richtung eines Objekts oder einer Position von einem Referenzpunkt aus genau bestimmen können? Oder wie können fortschrittliche Berechnungen von Azimut- und Elevationswinkeln verwendet werden, um die Satellitenkommunikation und -verfolgung zu verbessern? Um das herauszufinden, müssen Sie wissen, was ein Azimutwinkel ist.
Der Azimutwinkel ist eine sehr wichtige Maßeinheit für die Vermessung, Navigation, den Bau und die Kommunikation mit Satelliten.
In diesem Blogbeitrag werde ich erklären, was Azimutwinkel ist, wie man ihn herausfindet und wie er in der Technik verwendet wird.
Am Ende werden Sie diese Grundidee, die jeder Ingenieur kennen muss, besser verstehen.
Also, fangen wir an!
Einführung in den Azimutwinkel im Ingenieur- und Vermessungswesen
Formale Definition:
Ein Winkel in Triangulation oder Traverse, durch den die Berechnung des Azimuts durchgeführt wird.
Der Azimutwinkel ist ein horizontaler Winkel, der von 0° bis 360° reicht und im Uhrzeigersinn von einer Referenzrichtung aus gemessen wird.
In der Technik und Vermessung wird es oft verwendet, um die Richtung eines Objekts oder Ortes von einem Bezugspunkt wie dem Nordpol oder einer Vermessungsstation aus zu bestimmen.
Meistens wird der Azimutwinkel von Norden im Uhrzeigersinn gemessen.
Es wird verwendet, um Richtungen in verschiedenen Arten von Vermessungen anzugeben, wie z. B. Kompassvermessungen, ebene Vermessungen und Grenzvermessungen.
Azimutwinkel verstehen
Der Azimutwinkel ist der Winkel zwischen einer Referenzrichtung, wie dem wahren Norden, und einer Linie vom Beobachter zu einem Punkt von Interesse, der auf dieselbe Ebene projiziert wird.
Sie wird normalerweise in Grad (°) gemessen und kann verwendet werden, um die Richtung eines Objekts oder Ortes in Bezug auf die nördliche Bezugsrichtung zu beschreiben.
Beispielsweise hat ein Objekt, das sich direkt nördlich eines Beobachters befindet, einen Azimutwinkel von 0, während ein Objekt, das sich direkt östlich des Beobachters befindet, einen Azimutwinkel von 90° hat.
Ebenso hat ein nach Süden ausgerichtetes Objekt einen Azimutwinkel von 180° und ein nach Westen ausgerichtetes Objekt einen Azimutwinkel von 270°.
Das Geheimnis zur Verwirrung Ihrer Ingenieurkollegen: Azimutwinkel
Immer noch schwer zu verstehen? Lassen Sie mich die Sichtweise etwas ändern:
Möchten Sie, dass sich Ihre Technikfreunde unwohl und verwirrt fühlen? Verwenden Sie in alltäglichen Gesprächen Wörter und Ausdrücke wie „Azimutwinkel“ und beobachten Sie, wie sich ihre Gesichter verwirrt und verwirrt verziehen.
Sie könnten ihnen sagen, dass der Azimutwinkel ein wichtiges Maß ist, das bei der Vermessung und Navigation verwendet wird, aber wo bleibt da der Spaß? Sagen Sie stattdessen Dinge, die nicht klar sind, wie „Ich bin ganz auf das Leben in diesem Azimutwinkel eingestellt“ oder „Ich bin ganz auf dieses Leben in diesem Winkel eingestellt“. Die Kunst des Azimutwinkels zu beherrschen ist der Schlüssel zum Weiterkommen.
Wer kann das schon sagen? Vielleicht denken sie, dass Sie einen Weg gefunden haben, um im Ingenieurwesen erfolgreich zu sein, den sie noch nicht gefunden haben.
Oder sie rollen einfach mit den Augen und gehen.
Egal was passiert, Sie werden zumindest Spaß mit dem Azimutwinkel gehabt haben.
Okay, das war nur ein Witz, der wie eine Fernsehwerbung aussehen sollte.
Kommen wir nun auf das Gesagte zurück.
Berechnung des Azimutwinkels
Trigonometrische Funktionen und Messungen aus einer Vermessung oder Karte können verwendet werden, um den Azimutwinkel herauszufinden.
Wenn Vermessungsingenieure Winkel messen, geben sie die Ergebnisse normalerweise entweder als Azimut oder Peilung an.
Berechnung des Azimutwinkels mit trigonometrischen Funktionen
Die folgende Formel kann verwendet werden, um den Azimutwinkel aus trigonometrischen Funktionen und Messungen aus einer Vermessung oder Karte zu ermitteln:
A = arctan{(E2 - E1) / (N2 - N1)}
Dabei sind E1 und N1 die östlichen und nördlichen Koordinaten des Startpunkts und E2 und N2 die östlichen und nördlichen Koordinaten des Endpunkts.
Der Winkel, den Sie erhalten, ist im Bogenmaß angegeben, also müssen Sie ihn mit 180/ multiplizieren, um ihn in Grad zu erhalten.
Es gibt eine andere Möglichkeit, den Azimutwinkel herauszufinden, nämlich:
wobei der gebildete Winkel in Grad gemessen wird.
Messen von Innenwinkeln und Grundlinienlängen
Nach dem Messen der Basislinienlängen CAB, ABC und BCA an den Punkten A, B bzw. C messen die Vermessungsingenieure die Innenwinkel an den Punkten A, B und C.
Die daraus resultierenden Informationen werden verwendet, um den Azimutwinkel einer Linie zu ermitteln.
Diese Messung ist wichtig für den Bau, die Navigation, die Kommunikation mit Satelliten und die Installation von Solarmodulen.
Azimute und Peilungen
Azimut und Peilung sind horizontale Winkel, die zeigen, wie eine Linie in Bezug auf einen Meridian positioniert ist.
Der Azimut einer Linie ist der horizontale Winkel, der gegen den Uhrzeigersinn von einer Basisrichtung zu der gegebenen Linie gemessen wird.
Azimute werden normalerweise von Nord nach Süd gemessen und haben einen Bereich von 0° bis 360°, sodass sie keine Buchstaben benötigen, um anzuzeigen, in welchem Quadranten sie sich befinden.
Peilungen sind scharfe Winkel, die den Abstand vom Referenzmeridian zur gegebenen Linie messen.
Wenn die Linie von Norden oder Süden nach Osten oder Westen gemessen wird, beträgt der Winkel weniger als 360 Grad.
Der Winkel wird angezeigt, indem N oder S zuerst gesetzt wird, dann der Winkelwert und dann E oder W.
Konvertieren von Azimuten und Peilungen
Verwenden Sie diese Formeln, um einen Azimut in eine Peilung umzuwandeln:
- Quadrant I (NE): Peilung = Azimut
- Quadrant II (SE): Peilung = 180° - Azimut
- Quadrant III (SW): Peilung = Azimut – 180°
- Quadrant IV (NW): Peilung = 360° - Azimut
Verwenden Sie die folgenden Formeln, um Peilungen in Azimute umzuwandeln:
- Quadrant I (NE): Azimut = Peilung
- Quadrant II (SE): Azimut = 180° – Peilung
- Quadrant III (SW): Azimut = Peilung + 180°
- Quadrant IV (NW): Azimut = 360° – Peilung
Vorwärts- und Rückwärtslager
Bei der ebenen Vermessung ist eine Vorwärtspeilung die Richtung, in die eine Linie in die Richtung zeigt, in die sich die Vermessung bewegt.
Rückenlager bedeuten, dass die Leine in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung geht.
Bei der Luftvermessung verwandelt das Hinzufügen oder Wegnehmen von 180 Grad einen Vorwärts-Azimut in einen Rückwärts-Azimut.
Die Verwendungen und Anwendungen des Azimutwinkels
Der Azimutwinkel ist eine Schlüsselwinkelmessung in einem sphärischen Koordinatensystem, das in vielen verschiedenen Bereichen verwendet wird, wie Navigation, Astronomie, Ingenieurwesen, Kartierung, Bergbau, Artillerie und um herauszufinden, wann Mond und Sonne auf- und untergehen.
Bestimmung des Sonnenazimutwinkels
Um den Sonnenazimutwinkel für einen bestimmten Ort und eine bestimmte Tageszeit herauszufinden, müssen Sie die Ausrichtungsrichtung herausfinden, die davon abhängt, auf welcher Hemisphäre sich das Solarpanel befindet.
Der vertikale Winkel oder die Neigung des Solarmoduls sollte basierend darauf eingestellt werden, wo es sich auf der Welt befindet.
Im Allgemeinen bedeutet dies, dass Panels auf der Nordhalbkugel nach Süden und Panels auf der Südhalbkugel nach Norden ausgerichtet sein sollten.
Je nachdem, wie Solarmodule verwendet werden, kann es auch hilfreich sein, eine leichte Neigung nach Süden zu haben.
Wenn der Sonnenazimutwinkel richtig berechnet wird, können Solarmodule die meiste Energie erzeugen.
Dies ist wichtig für Installationen in Wohngebäuden, bei denen die Energieerzeugung dem Energieverbrauch zu verschiedenen Tageszeiten entsprechen muss.
Satellitenkommunikationstechnik
Der Längen- und Breitengrad einer Erdstation und die Position der Umlaufbahn des Satelliten können verwendet werden, um den Azimut- und Elevationswinkel des Satelliten herauszufinden.
Der Azimutwinkel ist der Winkel zwischen Norden und der Richtung zum Satelliten auf einer horizontalen Ebene, gemessen von Norden im Uhrzeigersinn.
Der Winkel zwischen dem Satelliten und dem lokalen Horizont ist der Elevationswinkel.
Die Grade werden verwendet, um beide Winkel zu messen.
Es ist wichtig, die genauen Azimut- und Elevationswinkel der aktuellen Position eines Satelliten zu kennen, um ihn zu verfolgen und mit ihm zu sprechen.
In Bereichen der Satellitenkommunikationstechnik wie der GNSS-Reflektometrie (GNSS-R) werden Felder Satelliten mit bestimmten Azimutwinkeln zugewiesen.
Beispielsweise wurden Satelliten mit einem Azimutwinkel zwischen 100° und 270° in das Ostfeld und Satelliten mit einem Azimutwinkel zwischen 190° und 260° in das Westfeld gestellt.
Forscher haben komplizierte Algorithmen entwickelt, die die Bewegungen eines Roboterarms steuern, damit er einen Satelliten genau bewegen und betanken kann.
Um diese Winkel herauszufinden, können Sie eine Satellitenverfolgungssoftware oder einen Online-Rechner verwenden.
Diese Tools berücksichtigen, wo sich der Satellit gerade befindet und wo sich die Bodenstation befindet.
Sie geben dann die Winkel an, die erforderlich sind, um den Satelliten zu verfolgen und mit ihm zu sprechen.
Die Winkel können verwendet werden, um den besten Platz für die Antenne der Bodenstation zu finden, damit sie richtig auf den Satelliten gerichtet ist und das Signal so stark wie möglich ist.
Die genaue Bestimmung der Azimut- und Elevationswinkel ist auch für Satellitenbeobachtungs- und Fernerkundungsanwendungen wie Wettervorhersage und Erdbeobachtung wichtig.
Fortgeschrittene Konzepte im Azimutwinkel
Azimut ist eine Winkelmessung in einem sphärischen Koordinatensystem, das verwendet wird, um herauszufinden, wo sich ein Punkt in Bezug auf einen Referenzmeridian in der Vermessung befindet.
Bei der Vermessung gibt es zwei verschiedene Methoden zur Messung des Azimuts: magnetischer Azimut und echter Azimut.
Das Magnetfeld der Erde wird zur Messung des magnetischen Azimuts verwendet, während die Rotationsachse zur Messung des wahren Azimuts verwendet wird.
Bei der Vermessung mit einem Kompass wird der wahre Azimut häufiger verwendet als der magnetische Azimut.
Der wahre Azimut wird von Vermessern mit Transiten oder Theodoliten verwendet.
Das magnetische Azimut ist nicht so genau wie das wahre Azimut, da es durch lokale magnetische Anomalien beeinflusst werden kann, die durch magnetisierte Gesteine in der Erdkruste und andere geomagnetische Felder verursacht werden.
Vermesser verwenden Wasserwaagen, um dies auszugleichen und sicherzustellen, dass ihre Messungen korrekt sind.
Abweichung ist die Differenz zwischen dem magnetischen Norden und dem wahren Norden.
Es kann mithilfe einer Karte oder Navigationskarte behoben werden, die den Unterschied zwischen magnetischem Azimut und wahrem Azimut zeigt.
Azimutwinkel in 3D-Modellierungs- und GIS-Software
Der Azimutwinkel ist ein Schlüsselparameter in 3D-Modellierungs- und GIS-Software wie ArcGIS, der verwendet wird, um die Position und den Winkel von Lichtquellen zu steuern, die zum Analysieren und Visualisieren von Gelände verwendet werden.
Der Azimutwinkel wird verwendet, um die Richtung der Lichtquelle anzugeben, und kann geändert werden, um die Ausrichtung und Schattierung von Geländeoberflächen zu steuern.
Dies erleichtert das Erkennen und Analysieren von Geländemerkmalen wie Graten, Tälern und Hängen.
Beispielsweise berechnet die Schummerungsfunktion in ArcGIS Pro den Schatten eines Hügels basierend auf einer einzigen Lichtrichtung.
Diese Richtung wird durch die Azimut- und Höhenoptionen festgelegt, die steuern, wo und wie die Lichtquelle scheint.
Indem Sie diese Parameter ändern, können Sie Geländemerkmale realistischer und ansprechender aussehen lassen.
Der Azimutwinkel wird unter anderem auch in der 3D-Modellierung, Photogrammetrie und Fernerkundung verwendet.
Bei der 3D-Modellierung wird der Azimutwinkel verwendet, um die Richtung der Sonne zu steuern, wenn Schattenkarten oder Sonnenwinkelkarten erstellt werden.
Diese Karten können verwendet werden, um zu untersuchen, wie sich Sonnenlicht auf Gebäude, Pflanzen und andere Merkmale auswirkt.
In der Photogrammetrie wird der Azimutwinkel verwendet, um herauszufinden, wie und wohin die Kamera zeigt, was erforderlich ist, um genaue 3D-Modelle des Geländes zu erstellen.
Auf die gleiche Weise wird der Azimutwinkel in der Fernerkundung verwendet, um herauszufinden, wie und wohin Satelliten zeigen.
Dies ist wichtig, um Satellitenbilder zu analysieren und genaue Modelle des Geländes zu erstellen.
Was Solarazimut ist & Wie es funktioniert
Tipp: Aktivieren Sie die Untertitel-Schaltfläche, wenn Sie sie benötigen. Wählen Sie „Automatische Übersetzung“ im Einstellungs-Button, wenn Sie mit der englischen Sprache nicht vertraut sind. Möglicherweise müssen Sie zuerst auf die Sprache des Videos klicken, bevor Ihre bevorzugte Sprache für die Übersetzung verfügbar ist.
Anwendungsfälle
| Benutzt in: | Beschreibung: |
|---|---|
| Vermessung | Vermesser verwenden den Azimutwinkel, um herauszufinden, wo sich ein Objekt oder Ort in Bezug auf einen Bezugspunkt wie den Nordpol oder eine Vermessungsstation befindet. Der Azimutwinkel liegt in der Regel zwischen 0 und 360 Grad und wird von Norden im Uhrzeigersinn gemessen. Landvermesser können den Azimutwinkel verwenden, um herauszufinden, wo sich verschiedene Objekte oder Orte in Relation zueinander befinden, und genaue Karten oder Modelle der Landschaft erstellen. |
| Navigation | Navigatoren können den Azimutwinkel verwenden, um herauszufinden, wohin ein Schiff oder Flugzeug in Bezug auf den Nordpol fliegt, und einen Kurs planen, um dorthin zu gelangen. |
| Satellitenkommunikation | Satellitenkommunikation ist auch wichtig, wenn es um den Azimutwinkel geht. Radiowellen sind normalerweise die Art und Weise, wie Satelliten mit Stationen auf der Erde kommunizieren. Ingenieure müssen den Azimut- und Elevationswinkel des Satelliten in Bezug auf die Bodenstation ermitteln, um sicherzustellen, dass die Kommunikation gut funktioniert. Der Elevationswinkel zeigt den vertikalen Winkel zwischen dem Standort des Satelliten und dem Standort der Bodenstation. Der Azimutwinkel zeigt den horizontalen Winkel. Indem die Azimut- und Elevationswinkel genau richtig sind, können Ingenieure sicherstellen, dass die Kommunikation gut funktioniert und Signale nicht verwechselt werden. |
| Installieren von Sonnenkollektoren | Der Azimutwinkel ist sehr wichtig, um herauszufinden, wie Solarmodule ausgerichtet und geneigt werden sollten. Um die meiste Energie zu erzeugen, müssen Solarmodule der Sonne zugewandt sein. Ingenieure können den Azimutwinkel verwenden, um herauszufinden, wo sich die Sonne in Bezug auf die Solarmodule befindet, und dann die Ausrichtung und den Neigungswinkel entsprechend ändern. Beispielsweise ist auf der Nordhalbkugel der beste Ausrichtungswinkel normalerweise nach Süden ausgerichtet, während der beste Neigungswinkel vom Breitengrad des Installationsorts (GIS) abhängt. In GIS wird die Richtung einer Linie oder eines Vektors in Bezug auf den Nordpol durch ihren Azimutwinkel angezeigt. |
| 3D Modellierung | Bei der 3D-Modellierung kann der Azimutwinkel verwendet werden, um die Richtung und Stärke von Lichtquellen zu ermitteln, den Sonnenstand und -schatten zu simulieren und das Gelände für den Bau oder die Planung der Umgebung zu untersuchen. |
Abschluss
Wenn wir zum Ende unseres Vortrags über den Azimutwinkel kommen, ist es wichtig, sich daran zu erinnern, wie wichtig diese Messung im Ingenieurwesen und im Vermessungswesen ist.
Der Azimutwinkel hilft uns nicht nur herauszufinden, wo sich ein Objekt oder Ort in Bezug auf einen Bezugspunkt befindet, sondern ermöglicht uns auch eine bessere Kommunikation mit Satelliten und die Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Solarenergie.
Aber über seinen praktischen Nutzen hinaus ist der Azimutwinkel eine wichtige Idee, die zeigt, wie Menschen die Welt um sie herum verstehen und navigieren wollen.
Es erinnert uns daran, dass Mathematik und Naturwissenschaften verwendet werden können, um Probleme in der realen Welt zu lösen und neue Möglichkeiten zu eröffnen.
Wenn Sie also das nächste Mal den Begriff „Azimutwinkel“ hören, denken Sie daran, dass er nicht nur ein Maß für etwas ist, sondern auch ein Zeichen dafür, wie kreativ und entschlossen Menschen sind, neue Wege zu finden, Dinge zu tun.
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