7.5. За допомогою магнітної стрілки бусолі
Основна перевага даного способу перед іншими полягає у простоті та малому часі, що витрачається на визначення дирекційного кута. Так щодо дирекційного кута з допомогою бусолі час роботи, включаючи підготовку приладу, становить трохи більше 5 хвилин.
Визначення дирекційного кута за допомогою магнітної стрілки бусолі ґрунтується на властивості земного магнетизму. Земля є природним магнітом, що має два магнітні полюси (північний і південний, що не збігаються з географічними полюсами) і магнітне поле (сукупність магнітних силових ліній).
У будь-якій точці земної поверхні магнітна стрілка, будучи вільно підвішеною, займає положення, що збігається з напрямом магнітних силових ліній у цій точці, тобто встановлюється у напрямку магнітного меридіана. Отже, можна виміряти магнітний азимут будь-якого орієнтирного спрямування з цієї точки, а потім від нього перейти до дирекційного кута.
Взаємозв'язок між магнітним азимутом та дирекційним кутом викладено у 2.1.2.
Визначення дирекційного кута орієнтирного напрямку за допомогою магнітної стрілки бусолі полягає у визначенні приладом за трьома вимірюваннями магнітного азимуту орієнтирного напряму Аm та у переході від нього до дирекційного кута a шляхом урахування поправки бусолі DАm за формулою (рисунок 7.10):
Поправкою бусолі називається кут, що відраховується від північного напрямку магнітного меридіана до північного напрямку вертикальної лінії координатної сітки карти. Поправка бусолі має знак «+», якщо північний напрямок вертикальної лінії координатної сітки карти відхилено від північного напрямку магнітного меридіана вправо (на схід), і має знак «–», якщо – на захід. На малюнку 7.10 виправлення бусолі має знак «–».
Змалюнку 7.10 випливає, що поправка бусолі може бути визначена залежно від:
де - величина зближення меридіанів в точці стояння приладу;
δ – величина магнітного відмінювання у точці стояння приладу.
Величина зближення меридіанів може бути визначена з високою точністю по карті або за наявності геодезичних координат точки стояння залежно (7.2) … (7.5). При цьому може бути враховано зміну зближення меридіанів при переміщенні з однієї точки на іншу. Зі збільшенням широти району топогеодезичних робіт величина зміни зближення меридіанів з відстанню збільшується. Це збільшення можна простежити за таблицею 7.1. На широті 65° при переміщенні ординатом на 10 км величина зближення меридіанів змінюється на 0-03,2. Це невелика величина, до того ж зміна зближення меридіанів можна розрахувати і врахувати.
Величину та знак магнітного відмінювання також можна визначити за топографічними картами району топогеодезичних робіт, використовуючи дані з інформаційного тексту зарамного оформлення кожного аркуша карти. На топографічних картах масштабу 1:500000 і дрібніше малиновим кольором (рисунок 7.11) наносяться лінії рівних магнітних відмін (ізогони). За цими даними можна визначити величину магнітного відмінювання в даному районі і оцінити його зміну в межах району, що цікавить.
Але точності визначення величини магнітного відмінювання по карті буває, як правило, достатньо для підготовки даних для руху по азимуту, але недостатньо для топогеодезичного підготовки стрільби артилерії і тим більше пусків ракет. Пов'язано це з тим, що по карті величину магнітного відмінювання можна визначити для центру листа картки або точки, що знаходиться на вигоні. Для інших точок місцевості, якщо магнітне відмінювання звідстанню змінюється дуже сильно, визначити його величину з необхідною точністю неможливо, оскільки змінюється воно нерівномірно.
Крім того, в одній і тій же точці земної поверхні магнітне відмінювання не залишається постійним з часом. Розрізняють вікові, річні та добові зміни магнітного відмінювання.
Вікові та річні зміни магнітного відмінювання пов'язані з тим, що положення магнітних полюсів Землі, а, отже, і магнітних меридіанів не залишається постійним, а безперервно змінюється. Середня величина річної зміни магнітного відмінювання наводиться в інформаційному тексті оформлення кожного аркуша карти.
Добові зміни магнітного відмінювання обумовлені електричними струмами, що точаться у верхніх шарах атмосфери (іоносфери), сонячною діяльністю та іншими геофізичними факторами. Ці зміни полягають у тому, що магнітна стрілка протягом доби здійснює коливальні рухи щодо свого середнього становища.
Амплітуда добової зміни магнітного відмінювання залежить від широти місця, пори року, висоти Сонця і коливається від одиниць до кількох десятків кутових хвилин. Врахувати добову зміну магнітного відмінювання досить складно.
Крім річної та добової зміни магнітного відмінювання спостерігаються сильні коливання магнітної стрілки під час магнітних бур. Стрілка тим часом у середніх широтах відхиляється від середнього становища до 2°, а північних до 10°. Вплив магнітної бурі ніякому обліку не піддається, тому використання магнітної стрілки бусолі для визначення дирекційних кутів орієнтирних напрямів у цей період призводитиме до великих помилок.
Орієнтування за допомогою магнітної стрілки бусолі практично неможливе в районахмагнітних аномалій, де за порівняно невеликих переміщеннях спостерігається різка зміна магнітного відмінювання. Магнітні аномалії викликані впливом на магнітну стрілку порід земної кори, що мають магнітні властивості (наприклад, магнітні залізні руди). Магнітні аномалії зустрічаються досить часто, особливо у гірських районах.
Однією з найпотужніших у світі є Курська магнітна аномалія, у районі якої магнітне відмінювання може змінюватися до ±180°.
Крім великих магнітних аномалій зустрічаються невеликі за площею місцеві та точкові магнітні аномалії.
Райони площадних, місцевих та точкових магнітних аномалій наносяться малиновим кольором на топографічні карти масштабів 1:500000 або 1:1000000 (рисунок 7.11).
У північних широтах понад 65° магнітне поле дуже нестійке і орієнтування за магнітною стрілкою може супроводжуватися великими помилками навіть за відсутності магнітних бур.
Таким чином, даний спосіб визначення дирекційних кутів використовується на широтах менше 65° у неаномалійних районах у періоди, вільні від магнітних бур, коли величина градієнта магнітного відмінювання не перевищує 0-10. При цьому у зв'язку з наявністю великої кількості точкових магнітних аномалій, не позначених на карті, і у зв'язку з тим, що про наявність магнітної бурі може бути невідомо, необхідно в обов'язковому порядку здійснювати контроль визначення дирекційного кута орієнтирного напрямку за допомогою магнітної стрілки іншим способом, хоча б приблизно.
Градієнт магнітного відмінювання g – зміна магнітного відмінювання при переміщенні на 10 км. Якщо величина градієнта більша за вказане значення, то пропорційно скорочується радіус використання поправки бусолі.
Розмір градієнта магнітного відмінювання визначається заформулі
, (7.26)
де δ1 – величина магнітного відмінювання на поточний рік для аркуша
карти, де планується визначення поправки бусолі;
δ2 – величина магнітного відмінювання на поточний рік для аркуша
карти, у напрямку якого планується переміщення;
0,1S– відстань між центрами аркушів картки у десятках
Величини магнітних відмін на поточний рік визначаються на основі даних, що є в інформаційному тексті зарамного оформлення кожного аркуша.
приклад. Визначити величину градієнта магнітного відхилення на 2006 рік, якщо відстань між центрами аркушів картки дорівнює 18 км, а в інформаційному тексті оформлення аркушів є наступна інформація:
а) на аркуші, де планується визначення поправки бусолі – відмінювання на 1992 р. східне 6?25 '(1-07), річна зміна відміни західна 0?03' (0-01);
б) на аркуші, у напрямку якого планується переміщення – відмінювання на 1993 р. східне 5˚31′ (0-92), річна зміна відмінювання західна 0˚03′ (0-01).
1. Магнітне відмінювання на поточний рік для аркуша, де планується визначення поправки бусолі: δ1 = + 1-07 + (2006 – 1992) · (–3') = + 1-07 – 42 ' = + 1-07 – 0- 12 = + 0-95.
2. Магнітне відмінювання на поточний рік для аркуша, в напрямку якого планується переміщення: δ2 = + 0-92 + (2006 - 1993) · (-3 ') = + 0-92 - 39 ' = + 0-92 - 0- 11 = + 0-81.
3. Розмір градієнта магнітного відмінювання = 0-08.
Величину поправки бусолі з використанням формули (7.25) не можна визначати ще й з тієї причини, що ця залежність не враховує технічні похибки конкретної бусолі в конкретних умовах, наприклад, її інструментальну помилку – кут між напрямком її оптичної осі при нульових відліках набуссольних шкалах та напрямком осі орієнтир-буссолі.
Тому поправку кожної бусолі визначають на місцевості шляхом порівняння дирекційного кута напрямку, визначеного гіроскопічним, астрономічним або геодезичним способом, з магнітним азимутом цього ж напряму, визначеного не менш як за чотирма-п'ятьма вимірами:
Поправку бусолі приймають незмінною в радіусі 10 км від точки, де її було визначено. Після переміщення на відстань понад 10 км від місця визначення поправка визначається заново. При визначенні установок для стрільби з гармат способом повної підготовки радіус використання поправки бусолі приймається рівним 5 км.
Якщо для всіх приладів, вивірених в одному місці, визначити поправку після переміщення немає можливості, то поправка визначається тільки для однієї або двох аист, а потім за отриманими даними розраховується величина зміни поправки для цієї або обох аист щодо місця початкової вивірки за формулою
, (7.28)
де - поправка бусолі отримана відповідно на новому
місці та у місці початкової вивірки.
Для визначення поправок решти аистів величина (середня величина) δАm додається зі своїм знаком до поправок, отриманих для кожної з аист в місці початкової вивірки.
Якщо величини градієнтів магнітного відмінювання, визначені у всіх напрямках (північному, східному, південному, західному та проміжних), як у місці початкової вивірки, так і в новому районі, не перевищують 0-02, величину зміни поправки бусолі щодо місця початкової вивірки дозволяється визначати розрахунком за формулою
δAm = (γн – δн) – (γс – δс), (7.29)
де γн і δн – зближення меридіанів та магнітне відмінювання на поточний рік
γс і δс – зближення меридіанів та магнітне відмінювання на поточний рік
у місці початкової вивірки.
Величини зближення меридіанів та магнітного відмінювання визначаються на основі даних, що є в інформаційному тексті зарамного оформлення відповідних аркушів карт.
Значення поправок бусолі із зазначенням часу та місця їх визначення записують до Журналу обліку поправок бусолі, який заводиться на кожен прилад та зберігається у його футлярі.
При використанні знайденого значення поправки бусолі для орієнтування в денні години доби навесні, влітку та восени треба враховувати її добову зміну. Взимку та вночі добова зміна не враховується.
Облік добової зміни поправки бусолі в літні місяці здійснюють шляхом введення до неї поправки, що отримується за графіком (рис. 7.12).
Числа вздовж верхньої та нижньої рамок графіка позначають місцевий час. Уздовж лівої та правої рамок знімають відліки, що відповідають перетину вертикальних ліній, проведених від відповідного значення часу, з кривою добової зміни поправки бусолі.
Для отримання за графіком поправки на добову зміну поправки буссолі на момент визначення дирекційного кута орієнтирного напряму потрібно відлік для цього моменту відняти відлік для моменту визначення поправки буссоли. Отриману за графіком поправку додають, враховуючи її знак, до виправлення бусолі.
приклад. Поправка бусолі, визначена об 11.00 25.06, дорівнює – 1-12. Визначити величину виправлення бусолі на 17.00 26.06.
1. Відлік на момент визначення дирекційного кута орієнтирного спрямування (на 17.00) дорівнює 0-03,6.
2. Відлік на момент визначення поправки бусолі (на 11.00) дорівнює 0-01.
3. Поправка на добову зміну поправки бусолі дорівнює:0-03,6 - 0-01 = + 0-03.
4. Поправка бусолі о 17.00 дорівнює: - 1-12 + 0-03 = - 1-09.