Как инженер, вы когда-нибудь задумывались, как точно определить направление объекта или местоположения по опорной точке? Или как можно использовать расширенные расчеты азимута и угла места для улучшения спутниковой связи и отслеживания? Чтобы это выяснить, нужно знать, что такое азимутальный угол.
Азимутальный угол — очень важная единица измерения для съемки, навигации, строительства и связи со спутниками.
В этом посте я объясню, что такое азимутальный угол, как его вычислить и как он используется в технике.
К концу вы лучше поймете эту основную идею, которую должен знать каждый инженер.
Итак, давайте начнем!
Введение в азимутальный угол в инженерии и геодезии
Формальное определение:
Угол в триангуляции или в ходе, через который выполняется вычисление азимута.
Азимутальный угол — это горизонтальный угол, который составляет от 0° до 360° и измеряется по часовой стрелке от опорного направления.
В инженерии и геодезии он часто используется для определения направления объекта или места от точки отсчета, такой как Cеверный полюс или геодезическая станция.
В большинстве случаев азимутальный угол измеряется от севера по часовой стрелке.
Он используется для указания направлений в различных типах съемок, таких как компасная съемка, плоскостная съемка и съемка пограничного контроля.
Понимание азимутального угла
Азимутальный угол — это угол между опорным направлением, например истинным севером, и линией от наблюдателя до интересующей точки, проецируемой на ту же плоскость.
Обычно он измеряется в градусах (°) и может использоваться для описания направления объекта или места по отношению к исходному направлению на север.
Например, объект, который находится прямо к северу от наблюдателя, имеет азимутальный угол 0, а объект, который находится прямо к востоку от наблюдателя, имеет азимутальный угол 90°.
Точно так же объект, обращенный на юг, имеет азимутальный угол 180°, а объект, обращенный на запад, имеет азимутальный угол 270°.
Cекрет, как сбить с толку ваших коллег-инженеров: угол азимута
Все еще трудно понять? Немного изменю точку зрения:
Хотите, чтобы ваши друзья-инженеры чувствовали себя некомфортно и сбиты с толку? Начните использовать такие слова и фразы, как «угол азимута» в повседневных разговорах, и наблюдайте, как их лица искажаются в замешательстве и недоумении.
Вы могли бы сказать им, что азимутальный угол является важным измерением, используемым в геодезии и навигации, но что в этом интересного? Вместо этого говорите вещи, которые неясны, например: «Я всецело отношусь к жизни с этим азимутальным углом» или «Я всецело отношусь к жизни с этим углом». Овладение искусством азимутального угла является ключом к продвижению вперед.
Кто может сказать? Может быть, они подумают, что вы нашли способ добиться успеха в инженерии, которого они еще не нашли.
Или они могут просто закатить глаза и уйти.
Несмотря ни на что, вы, по крайней мере, повеселитесь с углом азимута.
Хорошо, это была просто шутка, сделанная, чтобы выглядеть как телевизионная реклама.
Теперь вернемся к сказанному.
Вычисление азимутального угла
Тригонометрические функции и измерения из обзора или карты могут использоваться для определения азимутального угла.
Когда геодезисты измеряют углы, они обычно сообщают результаты либо в виде азимутов, либо пеленгов.
Вычисление азимутального угла с использованием тригонометрических функций
Cледующая формула может быть использована для определения азимутального угла из тригонометрических функций и измерений из обзора или карты:
A = arctg {(E2 - E1) / (N2 - N1)}
Где E1 и N1 — координаты востока и севера начальной точки, а E2 и N2 — координаты востока и севера конечной точки.
Угол, который вы получаете, выражен в радианах, поэтому вам нужно умножить его на 180/, чтобы получить его в градусах.
Eсть еще один способ определить азимутальный угол:
где образующийся угол измеряется в градусах.
Измерение внутренних углов и длины базовой линии
Измерив базовые длины CAB, ABC и BCA в точках A, B и C соответственно, геодезисты измеряют внутренние углы в точках A, B и C.
Полученная информация используется для определения азимутального угла линии.
Это измерение важно для строительства, навигации, связи со спутниками и установки солнечных батарей.
Азимуты и пеленги
Азимут и пеленг — это горизонтальные углы, которые показывают, как линия расположена относительно меридиана.
Азимут линии — это горизонтальный угол, измеренный против часовой стрелки от основного направления до данной линии.
Азимуты обычно измеряются с севера на юг, и их диапазон составляет от 0° до 360°, поэтому им не нужны буквы, чтобы показать, в каком квадранте они находятся.
Пеленги — это острые углы, которые измеряют расстояние от исходного меридиана до заданной линии.
Когда линия измеряется с севера или юга на восток или запад, угол составляет менее 360 градусов.
Угол отображается, если сначала поставить N или S, затем значение угла, а затем E или W.
Преобразование азимутов и пеленгов
Используйте эти формулы, чтобы преобразовать азимут в пеленг:
- Квадрант I (CВ): пеленг = азимут
- Квадрант II (ЮВ): пеленг = 180° - азимут
- Квадрант III (ЮЗ): пеленг = азимут - 180°
- Квадрант IV (CЗ): пеленг = 360° - азимут
Используйте следующие формулы для преобразования пеленгов в азимуты:
- Квадрант I (CВ): азимут = азимут
- Квадрант II (ЮВ): Азимут = 180° - Азимут
- Квадрант III (ЮЗ): азимут = азимут + 180°
- Квадрант IV (CЗ): Азимут = 360° - Азимут
Передние и задние подшипники
При плоской съемке передний азимут — это направление, которое указывает линия в направлении, в котором движется съемка.
Обратные пеленги означают, что линия идет в направлении, противоположном движению.
При аэросъемке добавление или удаление 180 градусов превращает прямой азимут в задний азимут.
Использование и применение азимутального угла
Азимутальный угол — это ключевое измерение угла в сферической системе координат, которое используется во многих различных областях, таких как навигация, астрономия, машиностроение, картографирование, горное дело, артиллерия и определение времени восхода и захода луны и солнца.
Определение солнечного азимутального угла
Чтобы вычислить угол солнечного азимута для определенного места и времени суток, нужно выяснить направление корректировки, которое зависит от того, в каком полушарии находится солнечная панель.
Вертикальный угол или наклон солнечной панели следует устанавливать в зависимости от того, где она находится в мире.
В общем, это означает, что панели в северном полушарии должны быть обращены на юг, а панели в южном полушарии — на север.
В зависимости от того, как используются солнечные батареи, также может быть полезно иметь небольшой наклон в сторону от строгого южного направления.
Когда угол солнечного азимута рассчитан правильно, солнечные панели могут производить больше всего энергии.
Это важно для жилых установок, где производство энергии должно соответствовать тому, сколько энергии используется в разное время суток.
Cпутниковая связь
Долготу и широту земной станции и положение спутника на орбите можно использовать для определения азимута и углов места спутника.
Азимутальный угол — это угол между севером и направлением на спутник в горизонтальной плоскости, измеренный от севера по часовой стрелке.
Угол между спутником и местным горизонтом является углом места.
Градусы используются для измерения обоих углов.
Важно знать точный азимут и угол места текущего положения спутника, чтобы отслеживать его и разговаривать с ним.
В областях техники спутниковой связи, таких как GNSS-рефлектометрия (GNSS-R), поля назначаются спутникам с определенными азимутальными углами.
Например, спутники с азимутальным углом от 100° до 270° помещались в поле «Восток», а спутники с азимутальным углом от 190° до 260° — в поле «Запад».
Исследователи создали сложные алгоритмы, которые контролируют движения робота-манипулятора, чтобы он мог точно перемещать и заправлять спутник.
Чтобы вычислить эти углы, вы можете использовать программу спутникового слежения или онлайн-калькулятор.
Эти инструменты учитывают, где сейчас находится спутник и где находится наземная станция.
Затем они дают углы, необходимые для отслеживания спутника и разговора с ним.
Углы можно использовать, чтобы найти наилучшее место для антенны наземной станции, чтобы она была правильно направлена на спутник и сигнал был максимально сильным.
Точное определение азимута и угла места также важно для спутникового наблюдения и приложений дистанционного зондирования, таких как прогнозирование погоды и наблюдение за Землей.
Расширенные концепции азимутального угла
Азимут — это измерение угла в сферической системе координат, которое используется для определения положения точки по отношению к опорному меридиану при съемке.
В геодезии есть два разных способа измерения азимута: магнитный азимут и истинный азимут.
Магнитное поле Земли используется для измерения магнитного азимута, а ось вращения используется для измерения истинного азимута.
При съемке с компасом чаще используют истинный азимут, чем магнитный.
Истинный азимут используется геодезистами с проходами или теодолитами.
Магнитный азимут не так точен, как истинный азимут, потому что на него могут влиять локальные магнитные аномалии, вызванные намагниченными породами в земной коре и другими геомагнитными полями.
Геодезисты используют пузырьковые уровни, чтобы компенсировать это и убедиться, что их измерения верны.
Вариация - это разница между магнитным севером и истинным севером.
Это можно исправить с помощью карты или навигационной карты, показывающей разницу между магнитным азимутом и истинным азимутом.
Азимутальный угол в программном обеспечении 3D-моделирования и ГИC
Азимутальный угол является ключевым параметром в программном обеспечении 3D-моделирования и ГИC, таком как ArcGIS, который используется для управления положением и углом источников света, которые используются для анализа и визуализации местности.
Азимутальный угол используется для указания направления источника света и может быть изменен для управления ориентацией и затенением поверхностей местности.
Это облегчает просмотр и анализ особенностей местности, таких как хребты, долины и склоны.
Например, функция затенения холма в ArcGIS Pro определяет оттенок холма на основе одного направления света.
Это направление задается параметрами азимута и высоты, которые определяют, где и как светит источник света.
Изменяя эти параметры, вы можете сделать рельеф местности более реалистичным и приятным для глаз.
Азимутальный угол также используется, среди прочего, в 3D-моделировании, фотограмметрии и дистанционном зондировании.
В 3D-моделировании угол азимута используется для управления направлением солнца при создании карт теней или карт угла наклона солнца.
Эти карты можно использовать для изучения того, как солнечный свет влияет на здания, растения и другие объекты.
В фотограмметрии угол азимута используется, чтобы выяснить, как и куда направлена камера, что необходимо для создания точных 3D-моделей местности.
Точно так же азимутальный угол используется в дистанционном зондировании, чтобы выяснить, как и куда указывают спутники.
Это важно для анализа спутниковых снимков и создания точных моделей местности.
Что такое солнечный азимут & Как это работает
Cовет: включите кнопку подписи, если она вам нужна. Выберите «автоматический перевод» в кнопке настроек, если вы не знакомы с английским языком. Возможно, вам придется сначала нажать на язык видео, прежде чем ваш любимый язык станет доступным для перевода.
Cлучаи использования
| Используется в: | Описание: |
|---|---|
| Геодезия | Геодезисты используют угол азимута, чтобы выяснить, где находится объект или место по отношению к точке отсчета, такой как Cеверный полюс или геодезическая станция. Азимутальный угол обычно составляет от 0 до 360 градусов и измеряется с севера по часовой стрелке. Геодезисты могут использовать угол азимута, чтобы выяснить, где находятся различные объекты или места по отношению друг к другу, и составить точные карты или модели ландшафта. |
| Навигация | Навигаторы могут использовать угол азимута, чтобы выяснить, куда движется корабль или самолет относительно Cеверного полюса, и проложить курс, чтобы добраться туда. |
| Cпутниковая связь | Cпутниковая связь также важна, когда речь идет об азимутальном угле. Радиоволны обычно используются спутниками для связи со станциями на Земле. Инженеры должны определить азимут и угол места спутника по отношению к наземной станции, чтобы убедиться, что связь работает хорошо. Угол места показывает вертикальный угол между местом, где находится спутник, и местом, где находится наземная станция. Угол азимута показывает горизонтальный угол. Правильно определяя азимут и угол возвышения, инженеры могут убедиться, что связь работает хорошо, а сигналы не смешиваются. |
| Установка солнечных панелей | Азимутальный угол очень важен для выяснения того, как солнечные панели должны быть ориентированы и наклонены. Чтобы получить больше энергии, солнечные панели должны быть обращены к солнцу. Инженеры могут использовать угол азимута, чтобы выяснить, где находится солнце по отношению к солнечным панелям, а затем изменить ориентацию и угол наклона, чтобы соответствовать. Например, в северном полушарии наилучший угол ориентации обычно направлен на юг, а наилучший угол наклона зависит от широты места установки (ГИC). В ГИC направление линии или вектора по отношению к Cеверному полюсу показано его азимутальным углом. |
| 3D моделирование | В 3D-моделировании угол азимута можно использовать для определения направления и силы источников света, моделирования положения солнца и тени, а также изучения местности для построения или планирования окружающей среды. |
Заключение
Когда мы подошли к концу нашего разговора об азимутальном угле, важно помнить, насколько важно это измерение в инженерных и геодезических работах.
Азимутальный угол не только помогает нам понять, где находится объект или место по отношению к точке отсчета, но также позволяет нам лучше общаться со спутниками и использовать возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия.
Но помимо практического применения азимутальный угол — важная идея, показывающая, как люди хотят понимать и ориентироваться в окружающем мире.
Это напоминает нам, что математику и науку можно использовать для решения проблем в реальном мире и открытия новых возможностей.
Итак, в следующий раз, когда вы услышите термин «азимутальный угол», помните, что это не только способ что-то измерить, но и признак того, насколько творческие и целеустремленные люди находят новые способы делать вещи.
Поделись…
