Ugrás a tartalomhoz

Geodézia 11., 11 Távolságok meghatározásaTarsoly

Tarsoly Péter (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

11.6 A légkör energia csökkentő hatása

11.6 A légkör energia csökkentő hatása

A fizikai távmérők által kibocsátott elektromágneses hullámok a légkörben haladva futják be a mérendő távolságot. A hullámterjedés közege, a levegő nem homogén. A fizikai távmérés a légkör legalsó részében a troposzférában történik, a talaj feletti légrétegben. A mérőhullámok talaj feletti magassága általában néhány méter, ritkán haladja meg a néhányszáz métert, esetleg kilométert. Ebben a levegőrétegben az összetétel lényegében azonos: 78 térfogat százalék nitrogén, 21 térfogat százalék oxigénből áll. A fennmaradó egy százalék összetétele: hidrogén, széndioxid, ózon, porszemek és más különféle szennyező anyagok. A légáramlások következtében ez keveredik, és különböző helyeken más és más értékű jellemzői lesznek az elektromágneses sugárzás terjedése szempontjából.

A fizikai távmérők vevőhullámának szempontjából a légkörnek két hatása fontos:

a) Légkör hatására bekövetkező energiaveszteség, mely elsősorban a mérhető legnagyobb távolságot befolyásolja.

b) A légkör hatása a hullám terjedési sebességére, melyet, mint távolság korrekciót, mint meteorológiai redukciót veszünk figyelembe.

Ebben a fejezetben a légkör jel csökkentő hatásával foglalkozunk és a következő fejezetben adjuk meg a terjedési sebesség változásának hatását a távmérés eredményére.

A távmérő által kibocsátott elektromágneses sugárzás csak részben érkezik vissza a vevőhöz. A vett jelnek olyan erősségűnek kell lenni, hogy az kiértékelhető legyen. Ha nem éri el azt a szintet, akkor a műszer nem képes megmérni a távolságot és a mérési folyamat leáll, amit a műszer hibaüzenettel jelez, ezért gyakorlati szempontból is fontos számunkra, hogy ismerjük az erősség csökkenésének okait.

A troposzférában történő áthaladás során csak a deciméteres és annál rövidebb hullámok gyengülnek. A jelcsökkenés elsődleges okai a légkörben köd és esőcseppek formájában jelenlévő víz. Ha a vízmolekulák elnyelik az elektromágneses sugarakat (különösen a rádióhullámokat), polarizációs áramok jönnek létre, melyek kisugárzást hoznak létre a tér minden irányába. A milliméteres és az infravörös hullámtartományban a víz és az oxigén molekulák az elektromágneses sugárzás hatására rezgő és forgó mozgást végeznek és, ha ez egyezik saját rezgőszámukkal, akkor elnyelik a közölt energiát, átalakítják belső molekuláris energiává.

Infravörös sugárzás esetén a vízgőz, ózon és széndioxid elnyelő hatása is jelentős. Ebben a sávban jelentős a lebegő por, víz és füst részecskékben való szóródás is (Csepregi, 2005).

A fizikai távmérők esetében fontos szerepe van a vivőhullám hullámhossz megválasztásának. A rádióhullámok (néhány centiméteres, illetve milliméteres hullámok) esetén előny, hogy párában, ködben, esőben is lehetőség van nagy távolság megmérésére (50 km). A kisebb összelátási akadályok (fa lombozata) nem hiusítják meg a távmérést. Nem szükséges szigorú összelátás a távolság kezdő és végpontján elhelyezett műszerek között, csak közelítően kell a két műszert egymás felé irányozni. Ezzel szemben hátrányként jelentkezik, hogy a rádióhullámok az elektromosan vezető felületekről visszaverődnek, így több esetben nehéz megállapítani, hogy a közvetlen egyenesen, vagy egy tört út menti távolságot mértük-e. Hátrányként jelentkezik, hogy a két végponton elhelyezendő berendezéseknek közel azonos felépítésűnek kell lenni.

Az elektrooptikai távmérők esetén a kibocsátott sugárzás az infravörös (nem látható fény) tartományba esik. Ennek terjedési tulajdonságai jól megegyeznek a látható fény tulajdonságaival, ezért az infravörös sugárzás jelvesztesége is hasonló a látható fényéhez. Közvetlen összelátás szükséges a két végpont között, azonban visszaverő berendezésként elég egy passzív prizma is. A mérést zavarja, ha a mérési program alatt valami (pl. falevelek, autó, járókelők stb.) megszakítja az összelátást. Ha mégis ilyen akadály lépne fel, akkor a mérési program várakozik, és az akadály megszűnése esetén tovább folytatódik. Hosszabb idejű akadályoztatás esetén a mérési program leáll egy hibaüzenettel (nincs jel), és a távmérést újra kell indítani.

Az első elektrooptikai távmérők esetén, az 1970-80-as években, a jel megszakadása igen veszedelmes volt, mert minden fénysugár-szakadás esetén újra kellett kezdeni a mérést. Ez sokszor a mérés elhúzódásához vezetett, több esetben a mérés elvégzésének a lehetetlenségében jelentkezett. A korszerű műszerek esetében csak a mérési program szakad meg és az akadály megszűnése után tovább, folytatódik.

Az egyes elektrooptikai távmérőkkel mérhető legnagyobb távolságot a műszerismertetők megadják, ez azonban függ a légköri körülményektől is. A látástávolságnak optimális esetben háromszorosának kell lennie a távmérő hatótávolságának.

A műszer hatótávolsága elsősorban a műszer által kibocsátott energia mennyiségétől függ, ezt azonban a gyártó cég határozza meg tőlünk függetlenül. Ezen kívül hatótávolság közvetlen kapcsolatban van a látótávolsággal. A látótávolság az a távolság, amelyről egy megfelelő méretű sötét-fekete tárgyat meg tudunk különböztetni környezetétől. Például mely távolságról láthatjuk egy távoli hegy fő vonalait. Kedvezőtlen, kellemetlen párás, ködös időben ez jelentősen lecsökkenhet, egyes esetekben - ködös időben - néhány tíz méterre is. Tiszta, páramentes időben – eső után - ez az érték természetesen jelentősen megnő. A műszergyárak a műszer hatótávolságát általában az átlagosan jó látási viszonyokra adják meg, ami 23 km-es látótávolságnak felel meg. Ennél jobb látási viszonyok mellett valamivel nagyobb távolságot is lemérhetünk.

A hatótávolság növelhető még a prizmaszám növelésével is. Ez azonban a prizmák egy síkon fekvését követeli meg, és csak a műszergyár típusának és felszerelésének megfelelően növelhető.