Азимут
А́зимут — угловая величина в сферических координатах. Измеряется в градусах от 0° до 360° по часовой стрелке от заданного направления. Применяется в навигации, геодезии, астрономии и военном деле. Различают истинный, магнитный, астрономический и геодезический азимуты. Определяется с помощью компаса, карты или астрономических наблюдений[1].
Этимология
Этимология термина «азимут» восходит к арабскому языку. Слово происходит от арабского السموت (ас-сумут)[2], множественного числа от السمت (ас-самт), что означает «путь», «направление». В единственном числе арабское слово السمت (ас-самт) также использовалось для обозначения азимута.
Термин проник в европейские языки в период позднего Средневековья через астрономические трактаты. Первое зафиксированное употребление в западноевропейском контексте датируется 1270-ми годами в испанском языке. Это произошло в астрономическом труде «Libros del saber de astronomía» («Книги астрономической мудрости»), созданном по заказу короля Кастилии Альфонсо X.
В английском языке слово «азимут» впервые появилось в 1390-х годах в «Трактате об астролябии» Джеффри Чосера. Это свидетельствует о важной роли астрономических инструментов, в частности астролябии, в распространении термина.
Процесс заимствования термина «азимут» демонстрирует значительное влияние арабской научной традиции на развитие европейской астрономии и навигации в эпоху позднего Средневековья и раннего Возрождения.
Виды азимутов
В зависимости от выбранной системы отсчёта и метода измерения различают четыре основных вида азимута: истинный (географический), магнитный, астрономический и геодезический[3].
Истинный (географический) азимут
Истинный азимут — это горизонтальный угол, измеряемый по часовой стрелке от северного направления истинного (географического) меридиана до заданного направления. Диапазон значений составляет от 0° до 360°. Определяется с помощью топографических карт или специальных геодезических приборов. Истинный азимут используется в картографии, геодезии и навигации для точного определения положения объектов на местности[4].
Магнитный азимут
Магнитный азимут представляет собой горизонтальный угол, отсчитываемый по часовой стрелке от северного направления магнитного меридиана до заданного направления. Измеряется в диапазоне от 0° до 360° с помощью компаса. Магнитный азимут широко применяется в полевой навигации из-за простоты его определения, однако требует учёта магнитного склонения для перехода к истинному азимуту[4].
Астрономический азимут
Астрономический азимут — это угол между плоскостью астрономического меридиана и вертикальной плоскостью, проходящей через заданное направление. Отсчитывается от точки юга по часовой стрелке от 0° до 360°. Определяется путём наблюдения за небесными светилами с использованием специальных астрономических приборов. Этот вид азимута применяется в астрономии и геодезии для высокоточных измерений[5].
Геодезический азимут
Геодезический азимут определяется как угол между плоскостью геодезического меридиана и нормальным сечением эллипсоида вращения, проходящим через заданное направление. Измеряется от северного направления геодезического меридиана по часовой стрелке от 0° до 360°. Используется в геодезических работах и картографии для учёта формы Земли при высокоточных измерениях на больших расстояниях[6].
Измерение азимута
Использование компаса
Компас является наиболее распространённым инструментом для определения азимута в полевых условиях. Принцип его работы основан на свойстве намагниченной стрелки ориентироваться вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Для измерения азимута компас располагают горизонтально, совмещают нулевую отметку лимба с северным концом магнитной стрелки. Затем, не меняя положения компаса, визируют на объект через прорезь и мушку. Отсчёт по лимбу, соответствующий направлению визирования, даёт значение магнитного азимута[7].
По карте
Измерение азимута по топографической карте производится с помощью транспортира. Карту ориентируют по направлению север-юг, затем от точки стояния прочерчивают линию к объекту. Транспортир располагают центром в точке стояния, нулевым делением на север. Отсчёт по шкале транспортира, соответствующий направлению на объект, даёт значение истинного азимута. При этом необходимо учитывать масштаб карты и её проекцию для получения точных результатов[7].
Астрономические методы
Астрономические методы измерения азимута основаны на наблюдении небесных светил. Наиболее распространённым является метод измерения азимута по Солнцу или Полярной звезде. Для этого используются специальные приборы — теодолиты или секстанты. Измерения проводятся путём определения горизонтальных углов между направлением на светило и выбранным земным ориентиром. Зная точное время наблюдения и координаты места, можно вычислить истинный азимут с высокой точностью. Этот метод применяется в геодезии и навигации для контроля и коррекции показаний других приборов[8].
Применение
В навигации
В морской и воздушной навигации азимут используется для определения курса судна или летательного аппарата[9]. Современные навигационные системы, такие как GPS и ГЛОНАСС, применяют азимутальные измерения для высокоточного позиционирования. В ориентировании на местности азимут служит основой для прокладки маршрута через малоориентирные участки, например, в лесу или пустыне.
В геодезии и картографии
Геодезисты используют азимут для создания опорных сетей и определения координат точек на земной поверхности[10]. При составлении топографических карт азимутальные измерения позволяют точно отобразить взаимное расположение объектов. В геоинформационных системах (ГИС) азимут применяется для анализа пространственных данных и моделирования рельефа местности.
В астрономии
Астрономы используют азимут в горизонтальной системе координат для определения положения небесных тел[11]. Этот параметр критически важен при наведении телескопов и радиотелескопов на исследуемые объекты. В радиоастрономии азимутальные измерения применяются для изучения распределения радиоизлучения в космическом пространстве.
В военном деле
В артиллерии азимут используется для наведения орудий на цель. Современные системы управления огнём автоматически рассчитывают азимут цели для точного поражения. При планировании военных операций азимутальные расчёты применяются для определения маршрутов движения техники и войск. В радиолокации азимут является одним из ключевых параметров для определения положения воздушных, наземных и морских целей[12].
Связанные понятия
Пеленг
Пеленг — это угол между направлением на север и направлением на объект, измеряемый в горизонтальной плоскости[13]. В отличие от азимута, пеленг может быть как истинным (от истинного севера), так и магнитным (от магнитного севера). В морской навигации пеленг измеряется по 360-градусной шкале от 0° до 360° по часовой стрелке. Пеленг широко используется в радиопеленгации для определения местоположения источника радиосигнала.
Румб
Румб представляет собой угол между направлением на объект и ближайшим направлением севера или юга. Измеряется в диапазоне от 0° до 90° в каждом из четырёх четвертей круга горизонта. Румбы обозначаются сочетанием букв, указывающих четверть круга (СВ — северо-восток, ЮЗ — юго-запад и т.д.), и величиной угла. Система румбов применяется в морской навигации и ветроэнергетике для описания направления ветра[14].
Дирекционный угол
Дирекционный угол — это угол между северным направлением вертикальной линии координатной сетки и направлением на объект. Измеряется по часовой стрелке от 0° до 360°. В отличие от азимута, дирекционный угол не зависит от сближения меридианов и используется в топографии для упрощения расчётов при работе с картами. Особенно важен при геодезических работах на больших территориях, где сближение меридианов становится существенным[15].
Формулы для расчёта азимута
Расчёт азимута может производиться различными способами в зависимости от исходных данных и требуемой точности. Ниже приведены основные формулы, используемые для вычисления азимута в геодезии, навигации и картографии.
Формула для расчёта азимута на сферической Земле:
A = arctan(sin(L) / (sin(φ1) * cos(L) — cos(φ1) * tan(φ2)))
где: A — азимут φ1, φ2 — широты начальной и конечной точек соответственно L — разность долгот между конечной и начальной точками
Эта формула даёт приближённое значение азимута и применима для расстояний менее 100 км.
Формула для расчёта азимута на эллипсоиде (более точная):
A = arctan((1 — f) * tan φ2 + f * h * sin φ1 / (L * cos φ1))
где: f — сжатие эллипсоида h — высота над эллипсоидом L — разность долгот
Данная формула учитывает форму Земли и используется в геодезических расчётах для больших расстояний.
Формула для расчёта азимута в прямоугольной системе координат:
A = arctan((Y2 — Y1) / (X2 — X1))
где: X1, Y1 — координаты начальной точки X2, Y2 — координаты конечной точки
Эта формула применяется в картографии при работе с проекциями и в геоинформационных системах.
Формула Лапласа для связи астрономического и геодезического азимутов[16]:
A_г = A_а — (η * tan φ + ξ * sin A_а / cos φ) * sec z
где: A_г — геодезический азимут A_а — астрономический азимут η, ξ — составляющие уклонения отвеса φ — геодезическая широта z — зенитное расстояние
Формула Лапласа используется в высокоточных геодезических работах для учёта влияния гравитационного поля Земли на измерения азимута.
При использовании этих формул необходимо учитывать систему координат, в которой производятся вычисления, и вводить соответствующие поправки на сближение меридианов и магнитное склонение при переходе от одного вида азимута к другому.
Примечания
- ↑ АЗИМУТ – Военный энциклопедический словарь // Военный энциклопедический словарь.
- ↑ Баранов Х. К. Арабско-русский словарь: Ок. 42 000 слов / Под ред. В. А. Костина. — М., 2001. — С. 372. — 944 с..
- ↑ Лахин А. Ф., Бызов Б. Е., Прищепа И. М. Военная топография для курсантов учебных подразделений. — Москва: Военное издательство Министерства обороны СССР, 1973. — С. 49—50. — 224 с..
- ↑ 4,0 4,1 Назначение и порядок определения дирекционных углов, истинных и магнитных азимутов по карте // Университет Лобачевского Нижний Новгород.
- ↑ Методика определения астрономического азимута // Институт прикладной астрономии РАН.
- ↑ Азимут геодезический // Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов.
- ↑ 7,0 7,1 Основы радиолокации и радиолокационные устройства – Г.М. Белоцерковский.
- ↑ Georgiĭ Evgrafovich Lazarev (1977).
- ↑ Армия США, Чтение карт и наземная навигация , FM 21-26, Штаб-квартира, Департамент армии, Вашингтон, округ Колумбия (7 мая 1993 г.), гл. 6, стр. 2.
- ↑ Торге и Мюллер (2012) Геодезия, Де Грюйтер, экв.6.70, стр.248.
- ↑ Ратструм, Карл, Поиск маршрута по дикой местности , University of Minnesota Press (2000), стр. 194.
- ↑ Основы военного дела пособие для организаций ДОСААФ – ДОСААФ СССР., А. Ф. Кустов (1955).
- ↑ ГОСТ 23634-83. Архивировано 30 сентября 2020 года..
- ↑ Руководство к практической навигации и мореходной астрономии – Е.А. Голицын.
- ↑ Инженерная геодезия – Поклад Г. Г., Гриднев С. П., Попов Б. А. (2020).
- ↑ Лапласа азимут : Энциклопедия БСЭ — alcala.ru. Архивировано 24 января 2020 года..