Вид РИД
Изобретение
Предлагаемое изобретение относится к области метеорологии и гляциологии, а именно к способам дистанционного определения экспозиции склона, характеризующего пространственную ориентацию элементарного склона относительно сторон света, и может быть использовано при определении толщины снежного покрова на склонах для прогноза лавинной опасности и определения снегонакопления в горах.
Экспозиция склона является одной из важнейших морфометрических характеристик рельефа. Экспозиция склонов - расположение склонов горных хребтов, холмов и др. элементов рельефа по отношению к странам света или преобладающим ветрам. Согласно определению экспозиция точки на склоне равна азимуту проекции нормали точки на горизонтальную плоскость и выражается в градусах.
Известны различные способы определения экспозиции склона в горах с помощью таких простейших приборов, как компас [1].
Суть способа заключается в том, что предварительно с помощью компаса измеряют положение склона относительно частей света, т.е. азимут горизонтали склона в точке измерения, а затем определяют экспозицию склона как азимут проекции нормали склона в этой точке на горизонтальную плоскость.
Известный способ прост в реализации. Однако он не приемлем для определения экспозиции склона при наличии глубокого снежного покрова на склоне, да еще при наличии серьезной опасности, связанной со сходом лавин.
В последнее время для лыжников создан миниатюрный компас, который позволяет, находясь на склоне, измерить экспозицию и крутизну склона с помощью откидывающейся крышечки и отметок на его корпусе [2]. Однако данный прибор имеет те же недостатки, что и обычный компас.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является способ дистанционного определения параметров склона и снежного покрова в лавинных очагах с использованием лазерной локации. Задача этих съемок - получение высокоточных цифровых моделей рельефа поверхности земли и поверхности снежного покрова [3].
К недостаткам известного способа можно отнести высокую стоимость авиационной техники и невозможность ее использования при снегопадах, что затрудняет реализацию способа для целей активного воздействия на снеголавинный режим в горах.
Техническим результатом, ожидаемым от использования заявленного способа, является снижение трудозатрат по его реализации и повышение точности дистанционного измерения экспозиции склона в лавинных очагах с использованием лазерного дальномера.
Технический результат достигается тем, что в известном способе дистанционного определения экспозиции склона в лавинных очагах путем измерения расстояния до контрольных точек (фиг.1, 2) с использованием лазерного дальномера, размещенного в долине, определяют расстояние до контрольной точки на склоне (L1), азимут (A1) и угол зондирования (β), затем, сместив зондирующий луч на некоторое расстояние АВ по горизонтали влево или вправо, определяют расстояние (L2) до произвольной вспомогательной точки на склоне и азимут зондирования этой точки (А2), затем из проекции на горизонтальную плоскость величин L1, L2 и АВ, образующих треугольник - А1В1С, определяют угол α между проекциями отрезков L1 и L2 на горизонтальную плоскость, а также значение проекции АВ и углы φ и γ, образованные соответственно на стыке проекций отрезков L1 и L2 с проекцией отрезка АВ на горизонтальную плоскость, после этого для случая А1>А2 определяют экспозицию склона (Э) через азимут зондирования контрольной точки на склоне по формуле
Э=А1+φ+90,
либо через азимут зондирования произвольной вспомогательной точки на склоне по формуле
Э=А2+270-γ,
а для случая, когда точка «В» выбирается справа от точки «А» {А1<А2), экспозицию склона находят через азимут зондирования контрольной точки на склоне по формуле
Э=А1+270-γ,
либо через азимут зондирования произвольной вспомогательной точки на склоне по формуле
Э=А2+γ+90,
где
А1 - азимут зондирования контрольной точки на склоне, град.;
А2 - азимут зондирования произвольной вспомогательной точки на склоне, град.;
φ - угол между проекциями на горизонтальную плоскость отрезков L1 и АВ, град.;
γ - угол между проекциями на горизонтальную плоскость отрезков L2 и АВ, град.;
90 - постоянная величина, характеризующая перпендикулярность нормали к отрезку АВ в проекции на горизонтальную плоскость, град.
Технический результат достигается и тем, что проекцию L1 на горизонтальную плоскость (b) определяют по формуле
b=L1·cosβ,
а проекцию L2 на горизонтальную плоскость (b) определяют по формуле
а=L2·cosβ,
где β - угол зондирования контрольной и вспомогательной точек на склоне.
Технический результат достигается и тем, что угол α между проекциями на горизонтальную плоскость величин L1 и L2 находят: для случая А1>А2 по формуле
α=А1-A2,
а для случая А1<А2 по формуле
α=А2-A1.
Технический результат достигается также и тем, что проекцию отрезка АВ на горизонтальную плоскость определяют по теореме косинусов
,
где
с - проекция отрезка АВ на горизонтальную плоскость;
а и b - проекции величин соответственно L2 и L1 на горизонтальную плоскость.
Технический результат достигается и тем, что угол φ между проекциями на горизонтальную плоскость величин L1 и АВ определяют по теореме синусов
.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где для случая А1>А2 представлена схема зондирования контрольной (А) и вспомогательной (В) точек на склоне (фиг.1) и проекции величин L1 L2 и АВ на горизонтальную плоскость (фиг.2).
На рисунке (фиг.3) представлена аналогичная схема для случая А1<А2 и проекции величин L1, L2 и АВ на горизонтальную плоскость (фиг.4).
На рисунках приняты следующие обозначения: L1 и L2 - расстояние, измеренное лазерным дальномером соответственно до контрольной (А) и вспомогательной (В) точек на склоне. Угол зондирования (он один и тот же для рассматриваемых точек) обозначен позицией β. Величины L1, L2 и отрезок АВ, соединяющий точки «А» и «В» на склоне, образуют на рисунках треугольник ABC. Стороны данного треугольника обозначены через а, b и с, где b и а - проекции на горизонтальную плоскость соответственно величин L1 L2, а с - проекция отрезка АВ, соединяющего контрольную и вспомогательную точки на склоне. Стрелкой на рисунках (фиг.1 и фиг.3) обозначено направление перемещения зондирующего луча лазерного дальномера влево или вправо от контрольной точки при зондировании склона. Буквой «N» обозначено направление на Север. На рисунках горизонталь обозначена через «х-х». Экспозиция склона, которая согласно определению равна азимуту проекции нормали склона на горизонтальную плоскость, обозначена буквой «Э».
Предлагаемый способ реализуется следующим образом:
1) Предварительно в долине в точке «С», с которой хорошо просматривается контрольная точка «А» на склоне (фиг.1), устанавливается система измерений (теодолит с лазерным дальномером).
2) Затем с помощью лазерного дальномера определяют расстояние (L1) до контрольной точки «А» на склоне, азимут (А1) и угол зондирования (β).
3) После чего, сместив зондирующий луч на некоторое расстояние АВ по горизонтали влево (или вправо), определяют расстояние (L2) до произвольной вспомогательной точки (В) на склоне и азимут зондирования этой точки (А2). При этом расстояние АВ составляет ориентировочно 10-50 метров.
4) Затем определяют проекцию на горизонтальную плоскость величин L1, L2 (фиг.2) по формулам
b=L1·cosβ,
а=L2·cosβ,
где β - угол зондирования контрольной и вспомогательной точек на склоне.
5) После этого определяют угол α между проекциями на горизонтальную плоскость величин L1 и L2,
для случая А1>А2 по формуле
α=А1-A2,
а для случая А1<А2 по формуле
α=А2-А1,
где А1 и А2 - азимут зондирования контрольной (А) и вспомогательной (В) точек на склоне.
6) После этого, зная α, определяют проекцию отрезка АВ на горизонтальную плоскость по теореме косинусов
,
где
с - проекция отрезка АВ на горизонтальную плоскость; а и b - проекции величин соответственно L2 и L1 на горизонтальную плоскость.
7) Затем определяют угол ϕ между проекциями на горизонтальную плоскость величин L1 и АВ по теореме синусов
и угол γ между проекциями на горизонтальную плоскость величин L2 и АВ по формуле
φ=180-α-ϕ.
8) После этого определяют экспозицию склона в контрольной точке «А». При этом для случая А1>А2 экспозицию склона через азимут зондирования контрольной точки на склоне определяют по формуле
Э=А1+φ+90,
либо через азимут зондирования произвольной вспомогательной точки на склоне по формуле
Э=А2+270-γ,
а для случая А1<А2 экспозицию склона находят через азимут зондирования контрольной точки на склоне по формуле
Э=A1+270-φ,
либо через азимут зондирования произвольной вспомогательной точки на склоне по формуле
Э=A2+γ+90,
где
А1 - азимут зондирования контрольной точки на склоне, град.;
А2 - азимут зондирования произвольной вспомогательной точки на склоне, град.;
γ - угол между отрезками L1 и АВ в проекции на горизонтальную плоскость, град.;
φ - угол между отрезками L2 и АВ в проекции на горизонтальную плоскость, град;
90 - постоянная величина, характеризующая условие перпендикулярности нормали к отрезку АВ в проекции на горизонтальную плоскость, град.
Пример выполнения способа
В качестве примера дистанционного определения экспозиции склона в контрольной точке с использованием лазерного дальномера приведем результаты измерений, полученные в летний период при зондировании склона горы «Кизиловка», расположенного вблизи г.Нальчика. В качестве примера рассматривался случай, ограниченный условием A1>A2. Отсутствие снега на склоне при этом не играет никакой роли.
В соответствии с заявленным способом в летнее время был выбран склон на горе «Кизиловка», у основания которого была установлена система измерений (теодолит с лазерным дальномером) и выбрана контрольная точка на склоне «А».
В результате зондирования контрольной точки «А» были получены следующие результаты:
расстояние до контрольной точки L2=800 м;
азимут А1=120°;
угол зондирования β=60°.
После этого, сместив зондирующий луч на некоторое расстояние по горизонтали влево от точки «А», выбрали произвольную вспомогательную точку «В» на склоне. В результате зондирования данной точки «В» на склоне были получены следующие результаты:
расстояние до вспомогательной точки L2=805 м;
азимут A1=118°;
угол зондирования (как и в первом случае) β=60°.
Затем определили проекцию на горизонтальную плоскость величин L1 L2 по формулам
b=L1·cosβ=800·cos60=400 м,
a=L2·cosβ=805·cos60=402,5 м.
Затем нашли угол α между проекциями на горизонтальную плоскость величин L1 и L2 по формуле
α=A1-A2=120-118=2 град.
После нахождения угла α определили проекцию отрезка АВ на горизонтальную плоскость по теореме косинусов
.
Затем нашли угол ϕ между проекциями на горизонтальную плоскость величин L1 и АВ по теореме синусов
.
и угол γ между проекциями на горизонтальную плоскость величин L2 и АВ по формуле
γ=180-α-β=180-2-81,58=96,42 град.
После нахождения углов α и ϕ перешли к определению экспозиции склона в контрольной точке «А». По первому варианту расчета экспозицию склона «Э» нашли через азимут зондирования контрольной точки на склоне 4 по формуле
Э=А1+ϕ+90=120+81,58+90=291,58 град.,
а по второму варианту - через азимут зондирования произвольной вспомогательной точки на склоне А2 по формуле
Э=А2+270-γ=118+270-96,42=291,58 град.
По двум вариантам расчета получен один и тот же результат, что свидетельствует о правильности принципов, заложенных в основу способа.
Для случая А1<А2 расчеты производятся по соответствующим для этого случая формулам, приведенным выше.
Предлагаемый способ в отличие от известных существенно снижает трудоемкость операций и повышает точность дистанционного измерения экспозиции склона в лавинных очагах с использованием лазерного дальномера.
Источники информации
1. Сайт: 12/opredelenie-storon-sveta/#ixzz1GNEQZg4k.
2. Сайт: www.risk.ru/users/forest/9898/.
3. Бойко Е.С. Использование метода воздушной лазерной локации при оценке снегонакопления в горных условиях // Материалы VI международной конференции. «Лазерное сканирование и цифровая аэросъемка. Сегодня и завтра». - М.: 2006. С.29-30 - ПРОТОТИП.