Là một kỹ sư, bạn đã bao giờ tự hỏi làm thế nào để tìm chính xác hướng của một đối tượng hoặc vị trí từ một điểm tham chiếu chưa? Hoặc, làm thế nào có thể sử dụng các tính toán nâng cao về góc phương vị và độ cao để cải thiện liên lạc và theo dõi vệ tinh? Để tìm hiểu, bạn cần biết góc phương vị là gì.
Góc phương vị là một đơn vị đo lường rất quan trọng trong khảo sát, điều hướng, xây dựng và liên lạc với vệ tinh.
Trong bài đăng trên blog này, tôi sẽ giải thích góc phương vị là gì, cách tìm ra nó và cách nó được sử dụng trong kỹ thuật.
Cuối cùng, bạn sẽ hiểu rõ hơn về ý tưởng cơ bản này mà mọi kỹ sư cần biết.
Vì vậy, chúng ta hãy bắt đầu!
Giới thiệu về Góc phương vị trong Kỹ thuật và Khảo sát
Định nghĩa chính thức:
Một góc trong tam giác hoặc theo chiều ngang qua đó tính toán góc phương vị được thực hiện.
Góc phương vị là một góc nằm ngang đi từ 0° đến 360° và được đo theo chiều kim đồng hồ từ hướng tham chiếu.
Trong kỹ thuật và khảo sát, nó thường được sử dụng để tìm ra hướng của một đối tượng hoặc địa điểm từ một điểm tham chiếu, chẳng hạn như Bắc Cực hoặc một trạm khảo sát.
Hầu hết thời gian, góc phương vị được đo từ hướng Bắc theo chiều kim đồng hồ.
Nó được sử dụng để xác định hướng trong các loại khảo sát khác nhau, chẳng hạn như khảo sát la bàn, khảo sát mặt phẳng và khảo sát kiểm soát ranh giới.
Hiểu góc phương vị
Góc phương vị là góc giữa một hướng tham chiếu, như hướng bắc thực, và một đường từ người quan sát đến một điểm ưa thích được chiếu trên cùng một mặt phẳng.
Nó thường được đo bằng độ (°) và có thể được sử dụng để mô tả hướng của một đối tượng hoặc địa điểm liên quan đến hướng tham chiếu Bắc.
Ví dụ: một vật thể nằm ngay phía bắc của người quan sát có góc phương vị là 0, trong khi một vật thể nằm ngay phía đông của người quan sát có góc phương vị là 90°.
Theo cách tương tự, một vật thể hướng về phía nam có góc phương vị là 180° và một vật thể hướng về phía tây có góc phương vị là 270°.
Bí mật để gây nhầm lẫn cho các đồng nghiệp kỹ thuật của bạn: Góc phương vị
Vẫn còn khó hiểu? Hãy để tôi thay đổi quan điểm một chút:
Bạn muốn làm cho những người bạn kỹ thuật của mình cảm thấy khó chịu và bối rối? Bắt đầu sử dụng các từ và cụm từ như "góc phương vị" trong các cuộc trò chuyện hàng ngày và quan sát khuôn mặt của họ vặn vẹo trong sự bối rối và hoang mang.
Bạn có thể nói với họ rằng góc phương vị là một phép đo quan trọng được sử dụng trong khảo sát và điều hướng, nhưng điều đó có gì thú vị? Thay vào đó, hãy nói những điều không rõ ràng, chẳng hạn như "Tôi hoàn toàn quan tâm đến cuộc sống góc phương vị đó" hoặc "Tôi hoàn toàn quan tâm đến cuộc sống góc phương vị đó." Nắm vững nghệ thuật của góc phương vị là chìa khóa để tiến lên phía trước.
Ai có thể nói? Có thể họ sẽ nghĩ rằng bạn đã tìm ra cách để thành công trong lĩnh vực kỹ thuật mà họ chưa tìm ra.
Hoặc họ có thể đảo mắt và bỏ đi.
Không có vấn đề gì, ít nhất bạn sẽ có niềm vui với góc phương vị.
Được rồi, đó chỉ là một trò đùa để trông giống như một quảng cáo trên TV.
Bây giờ, chúng ta hãy trở lại với những gì đã nói.
Tính góc phương vị
Có thể sử dụng các hàm lượng giác và phép đo từ khảo sát hoặc bản đồ để tìm ra góc phương vị.
Khi các nhà khảo sát đo các góc, họ thường báo cáo kết quả là góc phương vị hoặc phương vị.
Tính góc phương vị bằng các hàm lượng giác
Công thức sau đây có thể được sử dụng để tìm ra góc phương vị từ các hàm lượng giác và các phép đo từ khảo sát hoặc bản đồ:
A = arctan{(E2 - E1) / (N2 - N1)}
Trong đó E1 và N1 là tọa độ hướng Đông và hướng Bắc của điểm bắt đầu và E2 và N2 là tọa độ hướng Đông và hướng Bắc của điểm kết thúc.
Góc mà bạn nhận được tính bằng radian, vì vậy bạn cần nhân nó với 180/ để ra độ.
Có một cách khác để tìm ra góc phương vị, đó là:
trong đó góc được hình thành được đo bằng độ.
Đo góc trong và độ dài đường cơ sở
Sau khi đo chiều dài đường cơ sở CAB, ABC và BCA lần lượt tại các điểm A, B và C, người khảo sát đo các góc trong tại các điểm A, B và C.
Thông tin thu được từ điều này được sử dụng để tìm ra góc phương vị của một đường thẳng.
Phép đo này rất quan trọng để xây dựng, điều hướng, liên lạc với vệ tinh và lắp đặt các tấm pin mặt trời.
Phương vị và phương vị
Phương vị và phương vị là các góc nằm ngang cho biết cách một đường được định vị so với kinh tuyến.
Phương vị của một đường thẳng là góc nằm ngang được đo ngược chiều kim đồng hồ từ hướng cơ sở đến đường thẳng đã cho.
Các góc phương vị thường được đo từ bắc xuống nam và phạm vi của chúng là từ 0° đến 360°, vì vậy chúng không cần các chữ cái để cho biết chúng nằm trong góc phần tư nào.
Vòng bi là góc nhọn đo khoảng cách từ kinh tuyến quy chiếu đến đường thẳng cho trước.
Khi đường được đo từ phía bắc hoặc phía nam sang phía đông hoặc phía tây, góc nhỏ hơn 360 độ.
Góc được hiển thị bằng cách đặt N hoặc S trước, sau đó là giá trị góc và sau đó là E hoặc W.
Chuyển đổi phương vị và phương vị
Sử dụng các công thức này để thay đổi phương vị thành phương vị:
- Góc phần tư I (NE): Phương vị = Phương vị
- Góc phần tư II (SE): Phương vị = 180° - Phương vị
- Góc phần tư III (SW): Phương vị = Phương vị - 180°
- Góc phần tư IV (Tây Bắc): Phương vị = 360° - Phương vị
Sử dụng các công thức sau để biến vòng bi thành phương vị:
- Góc phần tư I (NE): Phương vị = Phương vị
- Góc phần tư II (SE): Phương vị = 180° - Phương vị
- Góc phần tư III (SW): Phương vị = Phương vị + 180°
- Góc phần tư IV (Tây Bắc): Phương vị = 360° - Phương vị
Vòng bi chuyển tiếp và quay lại
Trong khảo sát mặt phẳng, một ổ đỡ phía trước là hướng mà một đường chỉ theo hướng mà cuộc khảo sát đang di chuyển.
Vòng bi ngược có nghĩa là đường đi ngược hướng chuyển động.
Trong khảo sát trên không, việc thêm hoặc bớt 180 độ sẽ biến phương vị phía trước thành phương vị phía sau.
Công dụng và ứng dụng của Góc phương vị
Góc phương vị là phép đo góc quan trọng trong hệ tọa độ hình cầu được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như điều hướng, thiên văn học, kỹ thuật, lập bản đồ, khai thác mỏ, pháo binh và tìm hiểu thời điểm mặt trăng và mặt trời mọc và lặn.
Xác định góc phương vị mặt trời
Để tìm ra góc phương vị của mặt trời cho một địa điểm và thời gian nhất định trong ngày, bạn cần tìm ra hướng điều chỉnh, điều này phụ thuộc vào bán cầu của tấm pin mặt trời.
Góc thẳng đứng hoặc độ nghiêng của bảng điều khiển năng lượng mặt trời phải được đặt dựa trên vị trí của nó trên thế giới.
Nói chung, điều này có nghĩa là các tấm ở Bắc bán cầu phải hướng về phía nam và các tấm ở Nam bán cầu phải hướng về phía bắc.
Tùy thuộc vào cách sử dụng các tấm pin mặt trời, cũng có thể hữu ích khi nghiêng một chút về phía nam.
Khi góc phương vị mặt trời được tính toán chính xác, các tấm pin mặt trời có thể tạo ra nhiều năng lượng nhất.
Điều này rất quan trọng đối với việc lắp đặt khu dân cư, nơi sản xuất năng lượng cần phải phù hợp với lượng năng lượng được sử dụng vào các thời điểm khác nhau trong ngày.
Kỹ thuật truyền thông vệ tinh
Kinh độ và vĩ độ của một trạm trái đất và vị trí quỹ đạo của vệ tinh có thể được sử dụng để tìm ra góc phương vị và độ cao của vệ tinh.
Góc phương vị là góc giữa hướng Bắc và hướng tới vệ tinh trên mặt phẳng nằm ngang, được đo từ hướng Bắc theo chiều kim đồng hồ.
Góc giữa vệ tinh và đường chân trời địa phương là góc độ cao.
Các độ được sử dụng để đo cả hai góc.
Điều quan trọng là phải biết chính xác góc phương vị và độ cao của vị trí hiện tại của vệ tinh để theo dõi và nói chuyện với vệ tinh.
Trong các lĩnh vực kỹ thuật truyền thông vệ tinh như GNSS-Reflectometry (GNSS-R), các trường được gán cho các vệ tinh có góc phương vị nhất định.
Ví dụ: các vệ tinh có góc phương vị từ 100° đến 270° được đặt ở trường phía Đông và các vệ tinh có góc phương vị từ 190° đến 260° được đặt ở trường phía Tây.
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra các thuật toán phức tạp điều khiển chuyển động của cánh tay robot để nó có thể di chuyển và tiếp nhiên liệu cho vệ tinh một cách chính xác.
Để tìm ra các góc này, bạn có thể sử dụng phần mềm theo dõi vệ tinh hoặc máy tính trực tuyến.
Những công cụ này tính đến vị trí hiện tại của vệ tinh và vị trí của trạm mặt đất.
Sau đó, họ đưa ra các góc cần thiết để theo dõi vệ tinh và nói chuyện với nó.
Các góc có thể được sử dụng để tìm vị trí tốt nhất cho ăng-ten của trạm mặt đất, sao cho nó hướng vào vệ tinh một cách chính xác và tín hiệu càng mạnh càng tốt.
Việc xác định chính xác góc phương vị và độ cao cũng rất quan trọng đối với các ứng dụng quan sát vệ tinh và viễn thám như dự báo thời tiết và quan sát Trái đất.
Các khái niệm nâng cao về góc phương vị
Azimuth là một phép đo góc trong một hệ tọa độ hình cầu được sử dụng để tìm ra vị trí của một điểm so với kinh tuyến tham chiếu trong khảo sát.
Trong khảo sát, có hai cách khác nhau để đo phương vị: phương vị từ tính và phương vị thực.
Từ trường của Trái đất được sử dụng để đo góc phương vị từ, trong khi trục quay được sử dụng để đo phương vị thực.
Khi khảo sát bằng la bàn, phương vị thực được sử dụng thường xuyên hơn phương vị từ tính.
Đúng phương vị được sử dụng bởi các nhà khảo sát với quá cảnh hoặc máy kinh vĩ.
Phương vị từ không chính xác bằng phương vị thực vì nó có thể bị ảnh hưởng bởi dị thường từ cục bộ do đá bị từ hóa trong vỏ Trái đất và các trường địa từ khác gây ra.
Các nhà khảo sát sử dụng các mức bong bóng để bù đắp cho điều này và đảm bảo rằng các phép đo của họ là chính xác.
Biến thể là sự khác biệt giữa cực bắc từ tính và cực bắc thực.
Nó có thể được khắc phục bằng cách sử dụng bản đồ hoặc biểu đồ điều hướng cho thấy sự khác biệt giữa góc phương vị từ tính và phương vị thực.
Góc phương vị trong phần mềm lập mô hình 3D và GIS
Góc phương vị là một tham số chính trong mô hình 3D và phần mềm GIS như ArcGIS được sử dụng để kiểm soát vị trí và góc của nguồn sáng được sử dụng để phân tích và trực quan hóa địa hình.
Góc phương vị được sử dụng để chỉ định hướng của nguồn sáng và có thể được thay đổi để kiểm soát hướng và bóng của bề mặt địa hình.
Điều này giúp dễ dàng xem và phân tích các đặc điểm địa hình như rặng núi, thung lũng và sườn dốc.
Ví dụ: chức năng tạo bóng đồi trong ArcGIS Pro xác định bóng của ngọn đồi dựa trên một hướng ánh sáng duy nhất.
Hướng này được đặt bởi các tùy chọn góc phương vị và độ cao, điều khiển vị trí và cách thức nguồn sáng chiếu.
Bằng cách thay đổi các tham số này, bạn có thể làm cho các đặc điểm địa hình trông chân thực và đẹp mắt hơn.
Góc phương vị cũng được sử dụng trong mô hình 3D, quang ảnh và viễn thám, trong số những thứ khác.
Trong mô hình 3D, góc phương vị được sử dụng để điều khiển hướng của mặt trời khi tạo bản đồ bóng hoặc bản đồ góc mặt trời.
Những bản đồ này có thể được sử dụng để nghiên cứu cách ánh sáng mặt trời ảnh hưởng đến các tòa nhà, thực vật và các đặc điểm khác.
Trong phép chụp ảnh, góc phương vị được sử dụng để tìm ra cách thức và vị trí máy ảnh hướng tới, điều này cần thiết để tạo mô hình 3D chính xác của địa hình.
Theo cách tương tự, góc phương vị được sử dụng trong viễn thám để tìm ra cách thức và vị trí của các vệ tinh.
Điều này rất quan trọng để phân tích hình ảnh vệ tinh và tạo ra các mô hình địa hình chính xác.
Phương vị mặt trời là gì & Làm thế nào nó hoạt động
Mẹo: Bật nút phụ đề nếu bạn cần. Chọn “dịch tự động” trong nút cài đặt, nếu bạn không quen với ngôn ngữ tiếng Anh. Bạn có thể cần nhấp vào ngôn ngữ của video trước khi ngôn ngữ yêu thích của bạn có sẵn để dịch.
Trường hợp sử dụng
| Được dùng trong: | Sự miêu tả: |
|---|---|
| khảo sát | Các nhà khảo sát sử dụng góc phương vị để tìm ra vị trí của một vật thể hoặc địa điểm so với một điểm tham chiếu, chẳng hạn như Bắc Cực hoặc một trạm khảo sát. Góc phương vị thường nằm trong khoảng từ 0 đến 360 độ và được đo từ hướng bắc theo chiều kim đồng hồ. Các nhà khảo sát có thể sử dụng góc phương vị để tìm ra vị trí của các đối tượng hoặc địa điểm khác nhau có liên quan với nhau và tạo ra các bản đồ hoặc mô hình cảnh quan chính xác. |
| dẫn đường | Người điều hướng có thể sử dụng góc phương vị để tìm ra nơi một con tàu hoặc máy bay đang đi so với Bắc Cực và vạch ra lộ trình để đến đó. |
| Truyền thông vệ tinh | Truyền thông vệ tinh cũng rất quan trọng khi nói đến góc phương vị. Sóng vô tuyến thường là cách các vệ tinh nói chuyện với các trạm trên Trái đất. Các kỹ sư phải tìm ra góc phương vị và độ cao của vệ tinh so với trạm mặt đất để đảm bảo thông tin liên lạc hoạt động tốt. Góc độ cao cho biết góc thẳng đứng giữa vị trí của vệ tinh và vị trí của trạm mặt đất. Góc phương vị thể hiện góc nằm ngang. Bằng cách điều chỉnh góc phương vị và độ cao vừa phải, các kỹ sư có thể đảm bảo việc liên lạc hoạt động tốt và giữ cho các tín hiệu không bị lẫn lộn. |
| Lắp đặt tấm pin mặt trời | Góc phương vị rất quan trọng để tìm ra cách định hướng và nghiêng các tấm pin mặt trời. Để tạo ra nhiều năng lượng nhất, các tấm pin mặt trời cần hướng về phía mặt trời. Các kỹ sư có thể sử dụng góc phương vị để tìm ra vị trí của mặt trời so với các tấm pin mặt trời, sau đó thay đổi hướng và góc nghiêng cho phù hợp. Ví dụ: ở bán cầu bắc, góc định hướng tốt nhất thường là hướng nam, trong khi góc nghiêng tốt nhất phụ thuộc vào vĩ độ của vị trí lắp đặt (GIS). Trong GIS, hướng của một đường hoặc vectơ liên quan đến Bắc Cực được thể hiện bằng góc phương vị của nó. |
| mô hình 3d | Trong mô hình 3D, góc phương vị có thể được sử dụng để tìm ra hướng và cường độ của nguồn sáng, mô phỏng vị trí và bóng của mặt trời cũng như nghiên cứu địa hình để xây dựng hoặc lập kế hoạch môi trường. |
Phần kết luận
Khi chúng ta kết thúc bài nói về góc phương vị, điều quan trọng cần nhớ là phép đo này quan trọng như thế nào trong kỹ thuật và khảo sát.
Góc phương vị không chỉ giúp chúng ta tìm ra vị trí của một vật thể hoặc địa điểm so với điểm tham chiếu mà còn cho phép chúng ta giao tiếp tốt hơn với vệ tinh và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời.
Nhưng ngoài những ứng dụng thực tế của nó, góc phương vị là một ý tưởng quan trọng cho thấy cách mọi người muốn hiểu và điều hướng thế giới xung quanh họ.
Nó nhắc nhở chúng ta rằng toán học và khoa học có thể được sử dụng để giải quyết các vấn đề trong thế giới thực và mở ra những cơ hội mới.
Vì vậy, lần tới khi bạn nghe đến thuật ngữ "góc phương vị", hãy nhớ rằng đó không chỉ là một cách để đo lường điều gì đó mà còn là dấu hiệu cho thấy mọi người sáng tạo và quyết tâm như thế nào để tìm ra những cách mới để thực hiện mọi việc.
Chia sẻ…
