Som ingenjör, har du någonsin undrat hur man exakt kan hitta riktningen för ett objekt eller en plats från en referenspunkt? Eller, hur kan avancerade beräkningar av azimut och höjdvinklar användas för att förbättra satellitkommunikation och spårning? För att ta reda på det måste du veta vad en azimutvinkel är.
Azimutvinkel är en mycket viktig måttenhet för mätning, navigering, byggnad och kommunikation med satelliter.
I det här blogginlägget kommer jag att förklara vad azimutvinkel är, hur man räknar ut den och hur den används inom teknik.
I slutet kommer du att ha en bättre förståelse för denna grundläggande idé som varje ingenjör behöver känna till.
Så låt oss komma igång!
Introduktion till Azimuth Angle inom teknik och lantmäteri
Formell definition:
En vinkel i triangulering eller i travers genom vilken beräkningen av azimut utförs.
Azimutvinkel är en horisontell vinkel som går från 0° till 360° och mäts medurs från en referensriktning.
Inom teknik och lantmäteri används det ofta för att ta reda på riktningen för ett objekt eller en plats från en referenspunkt, som Nordpolen eller en lantmäteristation.
För det mesta mäts azimutvinkeln från norr i medurs riktning.
Den används för att ange riktningar i olika typer av mätningar, såsom kompassmätningar, planmätningar och gränskontrollmätningar.
Förstå azimutvinkeln
Azimutvinkeln är vinkeln mellan en referensriktning, som sann nord, och en linje från observatören till en intressant punkt som projiceras på samma plan.
Det mäts vanligtvis i grader (°) och kan användas för att beskriva riktningen för ett objekt eller en plats i förhållande till den norra referensriktningen.
Till exempel har ett objekt som är direkt norr om en observatör en azimutvinkel på 0, medan ett objekt som är direkt öster om observatören har en azimutvinkel på 90°.
På samma sätt har ett objekt som är vänt mot söder en azimutvinkel på 180° och ett objekt som är vänt mot väst har en azimutvinkel på 270°.
Hemligheten till att förvirra dina ingenjörskollegor: Azimuth Angle
Fortfarande svårt att förstå? Låt mig ändra synvinkeln lite:
Vill du få dina ingenjörsvänner att känna sig obekväma och förvirrade? Börja använda ord och fraser som "azimutvinkel" i vardagliga konversationer och se hur deras ansikten vrids i förvirring och förvirring.
Du kan berätta för dem att azimutvinkel är ett viktigt mått som används vid mätning och navigering, men var är det roliga med det? Säg istället saker som inte är tydliga, som "Jag handlar om det där azimutvinkellivet" eller "Jag handlar om det där vinkellivet." Att bemästra konsten med azimutvinkeln är nyckeln till att komma framåt.
Vem kan säga? Kanske kommer de att tro att du har hittat ett sätt att bli framgångsrik inom ingenjörskonst som de inte har hittat ännu.
Eller så kan de bara himla med ögonen och gå.
Oavsett vad kommer du åtminstone ha haft kul med azimutvinkel.
Okej, det var bara ett skämt för att se ut som en tv-reklam.
Låt oss nu återgå till det som sades.
Beräknar azimutvinkel
Trigonometriska funktioner och mätningar från en mätning eller karta kan användas för att räkna ut azimutvinkeln.
När mätare mäter vinklar rapporterar de vanligtvis resultaten som antingen azimut eller lager.
Beräkna azimutvinkel med hjälp av trigonometriska funktioner
Följande formel kan användas för att räkna ut azimutvinkeln från trigonometriska funktioner och mätningar från en undersökning eller karta:
A = arktan{(E2 - E1) / (N2 - N1)}
Där E1 och N1 är startpunktens östliga och nordliga koordinater och E2 och N2 är slutpunktens östliga och nordliga koordinater.
Vinkeln som du får är i radianer, så du måste multiplicera den med 180/ för att få den i grader.
Det finns ett annat sätt att räkna ut azimutvinkeln, vilket är:
där vinkeln som bildas mäts i grader.
Mätning av inre vinklar och baslinjelängder
Efter att ha mätt baslinjelängderna CAB, ABC och BCA vid punkterna A, B respektive C, mäter inspektörerna de inre vinklarna vid punkterna A, B och C.
Informationen som kommer ut ur detta används för att räkna ut azimutvinkeln för en linje.
Denna mätning är viktig för att bygga, navigera, kommunicera med satelliter och installera solpaneler.
Azimuter och lager
Azimut och bäring är horisontella vinklar som visar hur en linje är placerad i förhållande till en meridian.
En linjes azimut är den horisontella vinkeln mätt moturs från en basriktning till den givna linjen.
Azimuter mäts vanligtvis från norr till söder, och deras intervall är från 0° till 360°, så de behöver inte bokstäver för att visa vilken kvadrant de befinner sig i.
Lager är skarpa vinklar som mäter avståndet från referensmeridianen till den givna linjen.
När linjen mäts från norr eller söder till öster eller väster är vinkeln mindre än 360 grader.
Vinkeln visas genom att sätta N eller S först, sedan vinkelvärdet och sedan E eller W.
Konvertering av azimuter och lager
Använd dessa formler för att ändra en azimut till en bäring:
- Kvadrant I (NE): Bäring = azimut
- Kvadrant II (SE): Bäring = 180° - azimut
- Kvadrant III (SW): Lager = azimut - 180°
- Kvadrant IV (NW): Lager = 360° - Azimut
Använd följande formler för att omvandla lager till azimuter:
- Kvadrant I (NE): Azimuth = Bäring
- Kvadrant II (SE): Azimut = 180° - Lager
- Kvadrant III (SW): Azimuth = Lager + 180°
- Kvadrant IV (NW): Azimut = 360° - Lager
Fram- och baklager
Vid planmätning är en framåtriktad bäring den riktning som en linje pekar i den riktning som mätningen rör sig.
Rygglager gör att linan går i motsatt rörelseriktning.
Vid flygmätning förvandlas en främre azimut till en bakre azimut genom att lägga till eller ta bort 180 grader.
Användning och tillämpning av Azimuth Angle
Azimutvinkel är en nyckelvinkelmätning i ett sfäriskt koordinatsystem som används inom många olika områden, som navigation, astronomi, teknik, kartläggning, gruvdrift, artilleri och att räkna ut när månen och solen går upp och går ner.
Bestämning av solars azimutvinkel
För att räkna ut solazimutvinkeln för en viss plats och tid på dygnet måste du ta reda på justeringsriktningen, vilket beror på vilket halvklot som solpanelen befinner sig i.
Den vertikala vinkeln, eller lutningen, för solpanelen bör ställas in baserat på var den är i världen.
Generellt sett betyder detta att paneler på norra halvklotet ska vara vända mot söder och paneler på södra halvklotet ska vara vända mot norr.
Beroende på hur solpaneler används kan det också vara bra att ha en liten lutning bort från rakt söderut.
När solens azimutvinkel är korrekt beräknad kan solpaneler producera mest energi.
Detta är viktigt för bostadsinstallationer, där energiproduktionen behöver matcha hur mycket energi som används vid olika tider på dygnet.
Satellitkommunikationsteknik
En jordstations longitud och latitud och positionen för satellitens omloppsbana kan användas för att räkna ut satellitens azimut och höjdvinklar.
Azimutvinkeln är vinkeln mellan norr och riktningen till satelliten på ett horisontellt plan, mätt från norr i medurs riktning.
Vinkeln mellan satelliten och den lokala horisonten är höjdvinkeln.
Graderna används för att mäta båda vinklarna.
Det är viktigt att känna till den exakta azimut- och höjdvinkeln för en satellits aktuella position för att kunna spåra den och prata med den.
Inom satellitkommunikationsteknikområden som GNSS-Reflectometry (GNSS-R), tilldelas fält till satelliter med vissa azimutvinklar.
Till exempel placerades satelliter med en azimutvinkel mellan 100° och 270° i östfältet, och satelliter med en azimutvinkel mellan 190° och 260° placerades i västra fältet.
Forskare har gjort komplicerade algoritmer som styr en robotarms rörelser så att den kan röra sig och fylla på en satellit exakt.
För att ta reda på dessa vinklar kan du använda satellitspårningsprogramvara eller en onlineräknare.
Dessa verktyg tar hänsyn till var satelliten är just nu och var markstationen är.
De ger sedan de vinklar som behövs för att spåra satelliten och prata med den.
Vinklarna kan användas för att hitta den bästa platsen för markstationsantennen, så att den riktas rätt mot satelliten och signalen blir så stark som möjligt.
Att noggrant räkna ut azimut- och höjdvinklarna är också viktigt för satellitobservation och fjärranalysapplikationer som väderprognoser och observation av jorden.
Avancerade koncept i azimutvinkel
Azimuth är en vinkelmätning i ett sfäriskt koordinatsystem som används för att ta reda på var en punkt är i förhållande till en referensmeridian vid mätning.
Vid mätning finns det två olika sätt att mäta azimut: magnetisk azimut och sann azimut.
Jordens magnetfält används för att mäta magnetisk azimut, medan rotationsaxeln används för att mäta sann azimut.
Vid mätning med kompass används sann azimut oftare än magnetisk azimut.
Sann azimut används av lantmätare med transiter eller teodoliter.
Magnetisk azimut är inte lika exakt som äkta azimut eftersom den kan påverkas av lokala magnetiska anomalier orsakade av magnetiserade stenar i jordskorpan och andra geomagnetiska fält.
Lantmätare använder bubbelnivåer för att kompensera för detta och se till att deras mätningar är korrekta.
Variation är skillnaden mellan magnetisk nord och sann nord.
Det kan fixas genom att använda en karta eller navigationskarta som visar skillnaden mellan magnetisk azimut och sann azimut.
Azimuth Angle i 3D-modellering och GIS-programvara
Azimutvinkeln är en nyckelparameter i 3D-modellering och GIS-programvara som ArcGIS som används för att styra positionen och vinkeln för ljuskällor som används för att analysera och visualisera terräng.
Azimutvinkeln används för att specificera ljuskällans riktning och kan ändras för att styra orienteringen och skuggningen av terrängytor.
Detta gör det lättare att se och analysera terrängegenskaper som åsar, dalar och sluttningar.
Till exempel, hillshade-funktionen i ArcGIS Pro räknar ut skuggan av en kulle baserat på en enda ljusriktning.
Denna riktning bestäms av azimut- och höjdalternativen, som styr var och hur ljuskällan lyser.
Genom att ändra dessa parametrar kan du göra terrängegenskaperna mer realistiska och tilltalande för ögat.
Azimutvinkeln används även i bland annat 3D-modellering, fotogrammetri och fjärranalys.
I 3D-modellering används azimutvinkeln för att styra solens riktning när man gör skuggkartor eller solvinkelkartor.
Dessa kartor kan användas för att studera hur solljus påverkar byggnader, växter och andra funktioner.
Inom fotogrammetri används azimutvinkeln för att ta reda på hur och var kameran pekar, vilket behövs för att göra exakta 3D-modeller av terrängen.
På samma sätt används azimutvinkeln vid fjärranalys för att ta reda på hur och var satelliter pekar.
Detta är viktigt för att analysera satellitbilder och göra exakta modeller av terrängen.
Vad Solar Azimuth är & Hur det fungerar
Tips: Slå på bildtextknappen om du behöver den. Välj "automatisk översättning" i inställningsknappen om du inte är bekant med det engelska språket. Du kan behöva klicka på språket för videon först innan ditt favoritspråk blir tillgängligt för översättning.
Användningsfall
| Använd i: | Beskrivning: |
|---|---|
| Undersökande | Inspektörer använder azimutvinkeln för att ta reda på var ett objekt eller en plats är i förhållande till en referenspunkt, som Nordpolen eller en lantmäteristation. Azimutvinkeln är vanligtvis mellan 0 och 360 grader och mäts från norr i medurs riktning. Lantmätare kan använda azimutvinkeln för att ta reda på var olika objekt eller platser är i förhållande till varandra och göra korrekta kartor eller modeller av landskapet. |
| Navigering | Navigatörer kan använda azimutvinkeln för att ta reda på vart ett fartyg eller plan är på väg i förhållande till nordpolen och plotta en kurs för att komma dit. |
| Satellitkommunikation | Satellitkommunikation är också viktig när det kommer till azimutvinkel. Radiovågor är vanligtvis hur satelliter pratar med stationer på jorden. Ingenjörer måste räkna ut satellitens azimut och höjdvinklar i förhållande till markstationen för att säkerställa att kommunikationen fungerar bra. Höjdvinkeln visar den vertikala vinkeln mellan var satelliten är och var markstationen är. Azimutvinkeln visar den horisontella vinkeln. Genom att få azimut och höjdvinklar precis rätt kan ingenjörer se till att kommunikationen fungerar bra och förhindra att signalerna blandas ihop. |
| Installation av solpaneler | Azimutvinkeln är mycket viktig för att ta reda på hur solpaneler ska orienteras och lutas. För att få ut så mycket energi som möjligt måste solpaneler vara vända mot solen. Ingenjörer kan använda azimutvinkeln för att ta reda på var solen är i förhållande till solpanelerna och sedan ändra orienteringen och lutningsvinkeln för att matcha. Till exempel på norra halvklotet är den bästa orienteringsvinkeln vanligtvis söderläge, medan den bästa lutningsvinkeln beror på installationsplatsens latitud (GIS). I GIS visas riktningen för en linje eller vektor i förhållande till nordpolen av dess azimutvinkel. |
| 3D-modellering | I 3D-modellering kan azimutvinkeln användas för att räkna ut ljuskällornas riktning och styrka, simulera solens position och skugga och studera terrängen för att bygga eller planera miljön. |
Slutsats
När vi kommer till slutet av vårt tal om azimutvinkel är det viktigt att komma ihåg hur viktig denna mätning är inom teknik och mätning.
Azimuth-vinkeln hjälper oss inte bara att ta reda på var ett objekt eller en plats är i förhållande till en referenspunkt, utan den låter oss också kommunicera bättre med satelliter och använda förnybara energikällor som solenergi.
Men utöver dess praktiska användningsområden är azimutvinkel en viktig idé som visar hur människor vill förstå och navigera i världen omkring dem.
Det påminner oss om att matematik och naturvetenskap kan användas för att lösa problem i den verkliga världen och öppna upp för nya möjligheter.
Så, nästa gång du hör termen "azimutvinkel", kom ihåg att det inte bara är ett sätt att mäta något, utan också ett tecken på hur kreativa och beslutsamma människor är att hitta nya sätt att göra saker på.
Dela på…
