Come ingegnere, ti sei mai chiesto come trovare con precisione la direzione di un oggetto o di una posizione da un punto di riferimento? Oppure, come possono essere utilizzati i calcoli avanzati degli angoli di azimut e di elevazione per migliorare la comunicazione e il tracciamento satellitare? Per scoprirlo, devi sapere cos'è un angolo di azimut.
L'angolo azimutale è un'unità di misura molto importante per il rilevamento, la navigazione, la costruzione e la comunicazione con i satelliti.
In questo post sul blog, spiegherò cos'è l'angolo azimutale, come capirlo e come viene utilizzato in ingegneria.
Alla fine, avrai una migliore comprensione di questa idea di base che ogni ingegnere deve conoscere.
Quindi, cominciamo!
Introduzione all'angolo azimutale in ingegneria e topografia
Definizione formale:
Un angolo in triangolazione o in traslazione attraverso il quale viene effettuato il calcolo dell'azimut.
L'angolo azimutale è un angolo orizzontale che va da 0° a 360° e viene misurato in senso orario da una direzione di riferimento.
In ingegneria e rilevamento, viene spesso utilizzato per capire la direzione di un oggetto o di un luogo da un punto di riferimento, come il Polo Nord o una stazione di rilevamento.
La maggior parte delle volte, l'angolo azimutale viene misurato da nord in senso orario.
Viene utilizzato per specificare le direzioni in diversi tipi di rilievi, ad esempio rilievi con bussola, rilievi aerei e rilievi di controllo dei confini.
Comprensione dell'angolo di azimut
L'angolo azimutale è l'angolo tra una direzione di riferimento, come il nord vero, e una linea dall'osservatore a un punto di interesse proiettato sullo stesso piano.
Di solito è misurato in gradi (°) e può essere utilizzato per descrivere la direzione di un oggetto o di un luogo in relazione alla direzione di riferimento Nord.
Ad esempio, un oggetto che si trova direttamente a nord di un osservatore ha un angolo di azimut pari a 0, mentre un oggetto che si trova direttamente a est dell'osservatore ha un angolo di azimut di 90°.
Allo stesso modo, un oggetto rivolto a sud ha un angolo azimutale di 180° e un oggetto rivolto a ovest ha un angolo azimutale di 270°.
Il segreto per confondere i colleghi ingegneri: l'angolo azimutale
Ancora difficile da capire? Permettimi di cambiare un po' il punto di vista:
Vuoi far sentire i tuoi amici ingegneri a disagio e confusi? Inizia a usare parole e frasi come "angolo azimutale" nelle conversazioni quotidiane e guarda i loro volti contorcersi per la confusione e lo smarrimento.
Potresti dire loro che l'angolo azimutale è una misura importante utilizzata nel rilevamento e nella navigazione, ma dov'è il divertimento in questo? Invece, dì cose che non sono chiare, come "Mi occupo solo di quell'angolo di vita azimutale" o "Mi occupo solo di quell'angolo di vita". Padroneggiare l'arte dell'angolo azimutale è la chiave per andare avanti.
Chi puo 'dirlo? Forse penseranno che hai trovato un modo per avere successo nell'ingegneria che non hanno ancora trovato.
Oppure potrebbero semplicemente alzare gli occhi al cielo e andarsene.
Non importa cosa, ti sarai almeno divertito con l'angolo azimutale.
Ok, quello era solo uno scherzo fatto per sembrare uno spot televisivo.
Torniamo ora a quanto detto.
Calcolo dell'angolo di azimut
Le funzioni trigonometriche e le misurazioni di un rilievo o di una mappa possono essere utilizzate per calcolare l'angolo azimutale.
Quando i topografi misurano gli angoli, di solito riportano i risultati come azimut o cuscinetti.
Calcolo dell'angolo azimutale utilizzando le funzioni trigonometriche
La seguente formula può essere utilizzata per calcolare l'angolo di azimut dalle funzioni trigonometriche e dalle misurazioni di un rilievo o di una mappa:
A = arcotan{(E2 - E1) / (N2 - N1)}
Dove E1 e N1 sono le coordinate est e nord del punto di partenza ed E2 e N2 sono le coordinate est e nord del punto finale.
L'angolo che ottieni è in radianti, quindi devi moltiplicarlo per 180/ per ottenerlo in gradi.
C'è un altro modo per calcolare l'angolo di azimut, che è:
dove l'angolo che si forma è misurato in gradi.
Misurazione degli angoli interni e delle lunghezze della linea di base
Dopo aver misurato le lunghezze della linea di base CAB, ABC e BCA rispettivamente nei punti A, B e C, i topografi misurano gli angoli interni nei punti A, B e C.
Le informazioni che ne derivano vengono utilizzate per calcolare l'angolo di azimut di una linea.
Questa misurazione è importante per la costruzione, la navigazione, la comunicazione con i satelliti e l'installazione di pannelli solari.
Azimut e cuscinetti
L'azimut e il rilevamento sono angoli orizzontali che mostrano come è posizionata una linea rispetto a un meridiano.
L'azimut di una linea è l'angolo orizzontale misurato in senso antiorario da una direzione di base alla linea data.
Gli azimut sono generalmente misurati da nord a sud e il loro intervallo va da 0° a 360°, quindi non hanno bisogno di lettere per mostrare in quale quadrante si trovano.
I rilevamenti sono angoli acuti che misurano la distanza dal meridiano di riferimento alla linea data.
Quando la linea viene misurata da nord o sud a est o ovest, l'angolo è inferiore a 360 gradi.
L'angolo viene visualizzato inserendo prima N o S, quindi il valore dell'angolo e quindi E o W.
Conversione di azimut e cuscinetti
Usa queste formule per cambiare un azimut in un rilevamento:
- Quadrante I (NE): Rilevamento = Azimut
- Quadrante II (SE): Rilevamento = 180° - Azimut
- Quadrante III (SO): Rilevamento = Azimut - 180°
- Quadrante IV (NO): Rilevamento = 360° - Azimut
Utilizzare le seguenti formule per trasformare i cuscinetti in azimut:
- Quadrante I (NE): Azimut = Rilevamento
- Quadrante II (SE): Azimut = 180° - Rilevamento
- Quadrante III (SO): Azimut = Rilevamento + 180°
- Quadrante IV (NO): Azimut = 360° - Rilevamento
Cuscinetti avanti e indietro
Nel rilevamento piano, un rilevamento in avanti è la direzione in cui una linea punta nella direzione in cui si sta muovendo il rilevamento.
I cuscinetti posteriori significano che la linea va nella direzione opposta del movimento.
Nel rilevamento aereo, l'aggiunta o la rimozione di 180 gradi trasforma un azimut in avanti in un azimut all'indietro.
Gli usi e le applicazioni dell'angolo azimutale
L'angolo azimutale è una misura dell'angolo chiave in un sistema di coordinate sferiche che viene utilizzato in molti campi diversi, come la navigazione, l'astronomia, l'ingegneria, la mappatura, l'estrazione mineraria, l'artiglieria e capire quando la luna e il sole sorgono e tramontano.
Determinazione dell'angolo di azimut solare
Per capire l'angolo di azimut solare per un certo luogo e ora del giorno, è necessario capire la direzione della regolazione, che dipende dall'emisfero in cui si trova il pannello solare.
L'angolo verticale, o inclinazione, del pannello solare dovrebbe essere impostato in base a dove si trova nel mondo.
In generale, ciò significa che i pannelli nell'emisfero settentrionale dovrebbero essere rivolti a sud e i pannelli nell'emisfero australe dovrebbero essere rivolti a nord.
A seconda di come vengono utilizzati i pannelli solari, può anche essere utile avere una leggera inclinazione rispetto al sud.
Quando l'angolo di azimut solare viene calcolato correttamente, i pannelli solari possono produrre più energia.
Questo è importante per le installazioni residenziali, dove la produzione di energia deve corrispondere a quanta energia viene utilizzata nei diversi momenti della giornata.
Ingegneria delle comunicazioni satellitari
La longitudine e la latitudine di una stazione terrestre e la posizione dell'orbita del satellite possono essere utilizzate per calcolare l'azimut e gli angoli di elevazione del satellite.
L'angolo azimutale è l'angolo tra il Nord e la direzione verso il satellite su un piano orizzontale, misurato dal Nord in senso orario.
L'angolo tra il satellite e l'orizzonte locale è l'angolo di elevazione.
I gradi sono usati per misurare entrambi gli angoli.
È importante conoscere l'esatto angolo di azimut e di elevazione della posizione attuale di un satellite per poterlo seguire e parlare con esso.
Nei campi dell'ingegneria delle comunicazioni satellitari come GNSS-Reflectometry (GNSS-R), i campi vengono assegnati ai satelliti con determinati angoli azimutali.
Ad esempio, i satelliti con un angolo di azimut compreso tra 100° e 270° sono stati inseriti nel campo Est, mentre i satelliti con un angolo di azimut compreso tra 190° e 260° sono stati inseriti nel campo Ovest.
I ricercatori hanno realizzato complicati algoritmi che controllano i movimenti di un braccio robotico in modo che possa muovere e rifornire accuratamente un satellite.
Per calcolare questi angoli, puoi utilizzare un software di localizzazione satellitare o un calcolatore online.
Questi strumenti tengono conto di dove si trova il satellite in questo momento e dove si trova la stazione di terra.
Quindi danno gli angoli necessari per tracciare il satellite e parlare con esso.
Gli angoli possono essere utilizzati per trovare il posto migliore per l'antenna della stazione di terra, in modo che sia puntata correttamente verso il satellite e il segnale sia il più forte possibile.
Determinare con precisione gli angoli di azimut e di elevazione è importante anche per l'osservazione satellitare e le applicazioni di telerilevamento come le previsioni meteorologiche e l'osservazione della Terra.
Concetti avanzati sull'angolo azimutale
L'azimut è una misurazione dell'angolo in un sistema di coordinate sferiche che viene utilizzato per capire dove si trova un punto in relazione a un meridiano di riferimento nel rilevamento.
Nel rilevamento, ci sono due modi diversi per misurare l'azimut: azimut magnetico e vero azimut.
Il campo magnetico terrestre viene utilizzato per misurare l'azimut magnetico, mentre l'asse di rotazione viene utilizzato per misurare l'azimut reale.
Quando si esegue il rilevamento con una bussola, l'azimut reale viene utilizzato più spesso dell'azimut magnetico.
Il vero azimut viene utilizzato dai geometri con transiti o teodoliti.
L'azimut magnetico non è preciso come il vero azimut perché può essere influenzato da anomalie magnetiche locali causate da rocce magnetizzate nella crosta terrestre e altri campi geomagnetici.
I topografi usano le livelle a bolla per compensare questo e assicurarsi che le loro misurazioni siano corrette.
La variazione è la differenza tra il nord magnetico e il nord vero.
Può essere risolto utilizzando una mappa o una carta di navigazione che mostri la differenza tra azimut magnetico e azimut reale.
Angolo azimutale nella modellazione 3D e nel software GIS
L'angolo azimutale è un parametro chiave nella modellazione 3D e nei software GIS come ArcGIS che viene utilizzato per controllare la posizione e l'angolo delle sorgenti luminose utilizzate per analizzare e visualizzare il terreno.
L'angolo azimutale viene utilizzato per specificare la direzione della sorgente luminosa e può essere modificato per controllare l'orientamento e l'ombreggiatura delle superfici del terreno.
Ciò semplifica la visualizzazione e l'analisi delle caratteristiche del terreno come creste, avvallamenti e pendii.
Ad esempio, la funzione di ombreggiatura in ArcGIS Pro calcola l'ombra di una collina in base a un'unica direzione della luce.
Questa direzione è impostata dalle opzioni di azimut e altitudine, che controllano dove e come risplende la sorgente luminosa.
Modificando questi parametri, puoi rendere il modo in cui le caratteristiche del terreno appaiono più realistiche e piacevoli alla vista.
L'angolo azimutale viene utilizzato anche nella modellazione 3D, nella fotogrammetria e nel telerilevamento, tra le altre cose.
Nella modellazione 3D, l'angolo azimutale viene utilizzato per controllare la direzione del sole quando si creano mappe delle ombre o mappe dell'angolo solare.
Queste mappe possono essere utilizzate per studiare come la luce solare influisce su edifici, piante e altre caratteristiche.
Nella fotogrammetria, l'angolo azimutale viene utilizzato per capire come e dove sta puntando la fotocamera, necessario per realizzare modelli 3D accurati del terreno.
Allo stesso modo, l'angolo di azimut viene utilizzato nel telerilevamento per capire come e dove puntano i satelliti.
Questo è importante per analizzare le immagini satellitari e realizzare modelli accurati del terreno.
Cos'è l'azimut solare & Come funziona
Suggerimento: attiva il pulsante dei sottotitoli se ne hai bisogno. Scegli "traduzione automatica" nel pulsante delle impostazioni, se non hai familiarità con la lingua inglese. Potrebbe essere necessario fare clic sulla lingua del video prima che la tua lingua preferita diventi disponibile per la traduzione.
Casi d'uso
| Usato in: | Descrizione: |
|---|---|
| Ispezionando | I topografi usano l'angolo azimutale per capire dove si trova un oggetto o un luogo rispetto a un punto di riferimento, come il Polo Nord o una stazione di rilevamento. L'angolo azimutale è solitamente compreso tra 0 e 360 gradi e viene misurato da nord in senso orario. I topografi possono utilizzare l'angolo azimutale per capire dove diversi oggetti o luoghi sono in relazione tra loro e creare mappe o modelli accurati del paesaggio. |
| Navigazione | I navigatori possono utilizzare l'angolo azimutale per capire dove sta andando una nave o un aereo rispetto al Polo Nord e tracciare una rotta per arrivarci. |
| Comunicazione satellitare | La comunicazione satellitare è importante anche quando si tratta di angolo azimutale. Le onde radio sono solitamente il modo in cui i satelliti comunicano con le stazioni sulla Terra. Gli ingegneri devono calcolare l'azimut e gli angoli di elevazione del satellite in relazione alla stazione di terra per assicurarsi che la comunicazione funzioni bene. L'angolo di elevazione mostra l'angolo verticale tra dove si trova il satellite e dove si trova la stazione di terra. L'angolo azimutale mostra l'angolo orizzontale. Ottenendo gli angoli di azimut ed elevazione giusti, gli ingegneri possono assicurarsi che la comunicazione funzioni bene ed evitare che i segnali vengano confusi. |
| Installazione di pannelli solari | L'angolo di azimut è molto importante per capire come devono essere orientati e inclinati i pannelli solari. Per sfruttare al massimo l'energia, i pannelli solari devono essere rivolti verso il sole. Gli ingegneri possono utilizzare l'angolo di azimut per capire dove si trova il sole in relazione ai pannelli solari e quindi modificare l'orientamento e l'angolo di inclinazione in modo che corrispondano. Ad esempio, nell'emisfero settentrionale, il miglior angolo di orientamento è solitamente rivolto a sud, mentre il miglior angolo di inclinazione dipende dalla latitudine del sito di installazione (GIS). Nel GIS, la direzione di una linea o di un vettore rispetto al Polo Nord è indicata dal suo angolo azimutale. |
| Modellazione 3D | Nella modellazione 3D, l'angolo azimutale può essere utilizzato per capire la direzione e l'intensità delle sorgenti luminose, simulare la posizione e l'ombra del sole e studiare il terreno per costruire o pianificare l'ambiente. |
Conclusione
Mentre arriviamo alla fine del nostro discorso sull'angolo azimutale, è importante ricordare quanto sia importante questa misurazione in ingegneria e rilevamento.
L'angolo azimutale non solo ci aiuta a capire dove si trova un oggetto o un luogo rispetto a un punto di riferimento, ma ci consente anche di comunicare meglio con i satelliti e utilizzare fonti di energia rinnovabile come l'energia solare.
Ma al di là dei suoi usi pratici, l'angolo azimutale è un'idea importante che mostra come le persone vogliono capire e navigare nel mondo che li circonda.
Ci ricorda che la matematica e la scienza possono essere utilizzate per risolvere problemi nel mondo reale e aprire nuove opportunità.
Quindi, la prossima volta che sentirai il termine "angolo azimutale", ricorda che non è solo un modo per misurare qualcosa, ma anche un segno di quanto siano creative e determinate le persone a trovare nuovi modi di fare le cose.
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