Ascania – igłowa i niciowa

Instytut Geodezji i Kartografii
dr hab. inż. Elżbieta Welker
Instytut Geofizyki PAN
dr Jan Reda
Współczesne problemy podstawowych osnów geodezyjnych w Polsce
Grybów 14 września 2016 r.
Pole magnetyczne Ziemi jest polem zmiennym w czasie i zmiany te mają charakter
długookresowy (zmiany wiekowe), dobowy (zmiany cykliczne) lub krótkookresowy. Charakter
i amplitudy zmian zależą od położenia geomagnetycznego punktu pomiarowego oraz aktualnej
aktywności geomagnetycznej. Aparatura wykorzystywana obecnie do tzw. pomiarów
absolutnych pola geomagnetycznego (magnetometry protonowe lub magnetometry typu DIfluxgate) zapewnia wysoką precyzję pomiarów, nawet na poziomie poniżej 1 nT, ale nie
zapewnia powtarzalności wartości uzyskanych z tych pomiarów. Sprawdzanie, testowanie
sprzętu pomiarowego może się odbywać w obserwatorium magnetycznym dysponującym
zaufaną aparaturą, taką, która pozytywnie przeszła międzynarodowe porównania organizowane
cyklicznie przez IAGA (International Association of Geomagnetism and Aeronomy). W wyniku
odpowiedniej procedury pomiarowej i po opracowaniu wyników pomiarów otrzymuje się
poprawki instrumentalne, które należy uwzględniać przy opracowywaniu wyników pomiarów
terenowych.
Składowe wektorowe X, Y, Z i H (o modułach X, Y, Z, H)
i elementy kątowe D i I wektora F całkowitego natężenia
pola geomagnetycznego
Współczesne problemy podstawowych osnów geodezyjnych w Polsce, Grybów 14 września 2016 r.
Całkowite natężenie pola magnetycznego Ziemi Ht można przedstawić za pomocą wzoru:
Ht = H0 + Hm + Ha + He + H = Hn + Ha
gdzie:
H0 – natężenie pola jednorodnie namagnesowanej kuli ziemskiej,
Hm – natężenie pola szczątkowego lub kontynentalnego związanego ze źródłami we wnętrzu Ziemi,
Ha – natężenie pola anomalnego zależnego od struktur geologicznych litosfery
(wpływ skał namagnesowanych przez normalne pole magnetyczne Ziemi),
He – natężenie pola zewnętrznego
(generowane w jonosferze i magnetosferze),
H – natężenie pola zmian, którego źródła leżą poza kulą ziemską,
Hn – natężenie pola normalnego.
Współczesne problemy podstawowych osnów geodezyjnych w Polsce, Grybów 14 września 2016 r.
ZMIANY WIEKOWE - zmiany o częstotliwości powyżej 100 lat spowodowane:
• obrotem jądra wewnątrz Ziemi (zmiany planetarne),
• wpływem prądów konwekcyjnych tworzących wokół jądra dipole,
• zmianami namagnesowania skorupy ziemskiej przez pole normalne,
• wpływem zewnętrznego pola magnetycznego indukowanego w jonosferze
magnetosferze.
ZMIANY KRÓTKOOKRESOWE – zmiany trwające na ogół dobę lub kilka godzin:
• zmiany dobowe spowodowane wpływem Słońca i Księżyca,
i
• zmiany o charakterze pulsacyjnym – chwilowe zmiany namagnesowania w skorupie
ziemskiej,
• zmiany burzowe związane z aktywnością Słońca,
• zaburzenia lokalne, zmiany zatokowe.
Zmiany krótkookresowe nie dadzą się przewidzieć ani opisać formułami matematycznymi –
są to typowe zmiany przypadkowe.
Współczesne problemy podstawowych osnów geodezyjnych w Polsce ,Grybów 14 września 2016 r.
Sieć obserwatoriów magnetycznych w Europie
(INTERMAGNET )
INTERMAGNET
to organizacja skupiająca
obserwatoria magnetyczne świata (ponad 140) tak
jak
IAGA
(International
Association
of
Geomagnetism and Aeronomy), udostępniająca
aktualny i archiwalny przebieg zmian pola
magnetycznego Ziemi. Poprzez Internet pozwala
na
bieżąco
śledzić
zmiany
pola
geomagnetycznego w różnych częściach Świata.
Dane bieżące i ostateczne z rejestracji
magnetycznych w Belsku i Helu są przesyłane do
Intermagnetu od 1992 roku (BEL) i 1999 roku
(HLP)
Sieć obserwatoriów magnetycznych Europy
Polskie obserwatoria magnetyczne
BELSK (BEL)
Przebieg deklinacji magnetycznej w wybranych obserwatoriach
Europy w latach 1950-2012
HEL(HLP)
Sieć magnetycznych punktów wiekowych w Europie
(MAGNETE- grupa europejska powstała do współpracy i wypracowywania standardów)
Osnowa Magnetyczna Kraju składa się obecnie z 19 punktów
wiekowych. Obok pokazany przykładowy pomiar absolutny.
Pomiary wykonywane są co 5 lat (według GUGiK) mimo, że zaleca
się wykonywanie pomiarów absolutnych co 2-3 lata.
Wyniki pomiarów redukowane są momentalnie w oparciu o dobowe
magnetogramy obserwatoryjne a następnie redukowane na epokę
w oparciu o średnią roczną obserwatorium (BEL).
Współczesne problemy podstawowych osnów geodezyjnych w Polsce, Grybów 14 września 2016 r.
Sieć stacji permanentnej rejestracji zmian
składowych pola magnetycznego Ziemi XYZ
Obecnie w Polsce pracuje 5 stacji
polowych należących do IGF i
stacja IGiK w Obserwatorium
Borowa Góra. Przebiegi rejestracji
można śledzić na bieżąco poprzez
Internet - aktualizacja.
Czerwonym krzyżykiem
zaznaczono stacje polowe
(na tle punktów wiekowych polskich, litewskich i białoruskich)
Przebieg rejestracji we
wzorcowej stacji polowej
BIRZAI i BEL
(6.06.2016)
Przebieg rejestracji na
stacji BOROWA GÓRA i
BIRZAI (widoczne duże
zakłócenia na stacji BG
przy niemal idealnym
zapisie stacji litewskiej)
Przebieg rejestracji w BEL i HEL w dzień spokojny (3.06.2016)
Współczesne problemy podstawowych osnów geodezyjnych w Polsce, Grybów 14 września 2016 r.
i zakłócony (5.06.2016)
Aparatura pomiarowa
pomiary absolutne
Magnetometry PMP produkcji krajowej do pomiaru absolutnego modułu wektora natężenia całkowitego
pola magnetycznego F oraz teodolity niemagnetyczne (Wild, Zeiss) z nasadką flux-gate D/I do
wyznaczenia kierunku północy magnetycznej i pomiaru wartości momentalnej inklinacji I
pomiary względne (rejestracja zmian składowych X,Y,Z pola geomagnetycznego)
Magnetometry typu LEMI-03, GEOMAG-03 produkcji ukraińskiej oraz PSM produkcji krajowej
Współczesne problemy podstawowych osnów geodezyjnych w Polsce, Grybów 14 września 2016 r.
Atestacja sprzętu magnetycznego do pomiarów absolutnych w
obserwatoriach i na punktach terenowych (1)
Atestacja magnetometrów protonowych do absolutnych pomiarów F w
obserwatoriach:
- kontrolą jest sprawdzenie wewnętrznego generatora magnetometru;
- skalibrowanie magnetometru według najnowszej stałej żyromagnetycznej;
- sprawdzenie niemagnetyczności sondy magnetometru protonowego tzn. ustalenie
czy wyniki pomiarów są niezależne od kierunku ustawienia sondy - pomiar pola
całkowitego F w warunkach obserwatorium po umieszczeniu sondy magnetometru na
sprawdzonym słupie bazowym.
IAGA Workshop Belsk, 2006 rok
Współczesne problemy podstawowych osnów geodezyjnych w Polsce Grybów 14 wrzesień 2016r.
Atestacja sprzętu magnetycznego do pomiarów absolutnych w
obserwatoriach i na punktach terenowych (2)
- kontrola magnetometru protonowego w cewce kalibracyjnej
-porównanie częstotliwości generatora wzorcowego z generatorem magnetometru
-
stanowisko do atestacji magnetometru protonowego
w obserwatorium geofizycznym w Belsku
prąd o natężeniu i płynący
przez cewkę wytwarza
strumień magnetyczny 
opisujące
podstawowy
parametr
cewki
–
indukcyjność :
L = k*/i
Pole magnetyczne cewki o wielu zwojach przez którą płynie
prąd
Współczesne problemy podstawowych osnów geodezyjnych w Polsce, Grybów 14 września 2016 r.
Atestacja sprzętu magnetycznego do pomiarów absolutnych w
obserwatoriach i na punktach terenowych (3)
Atestacja magnetometrów DI-fluxgate
w obserwatorium:
- kontrolą magnetometrów DI-fluxgate do pomiarów deklinacji i inklinacji pola
geomagnetycznego jest porównywanie wyników pomiarów z różnych przyrządów w czasie
sesji pomiarowych na konferencjach IAGA Workshop przy jednoczesnej
- równoległej, ciągłej rejestracji zmian pola magnetycznego - w celu wyeliminowania wpływu
zmian pola geomagnetycznego na rezultat pomiarów.
IAGA Workshop Belsk, 2006 rok
Współczesne problemy podstawowych osnów geodezyjnych w Polsce Grybów 14 wrzesień 2016r.
Atestacja sprzętu magnetycznego do pomiarów absolutnych w
obserwatoriach i na punktach terenowych (4)
- Testowanie sprzętu terenowego (odbywa się przy założeniu, że obserwacja pola magnetycznego w
pobliskim obserwatorium jest poprawna):
- sprawdzenie sprzętu magnetycznego do ciągłej rejestracji zmian składowych XYZ pola
geomagnetycznego (różnego typu magnetometry) polega na synchronicznej rejestracji zmian
wykonywanej przez testowany magnetometr i inny magnetometr o znanych parametrach lub
magnetometr w obserwatorium magnetycznym;
- sprawdzenia magnetometru DI-fluxgate dokonuje się na podstawie wyników z kontrolnej
sesji pomiarowej w obserwatorium - poprawka instrumentalną uwzględnianą przy
opracowaniu wyznaczonych w terenie wartości deklinacji i inklinacji magnetycznej.
- poprawkę dla każdego magnetometru protonowego wyznacza się jako różnicę wartości
ciągłych zapisów z magnetometru testowanego i magnetometru bazowego obserwatorium
Pomiary w obserwatorium Belsk
Współczesne problemy podstawowych osnów geodezyjnych w Polsce Grybów 14 wrzesień 2016r
WNIOSKI
 Ze względu na specyfikę pola magnetycznego Ziemi nie ma możliwości
ciągłej, systematycznej kontroli aparatury używanej do pomiarów
magnetycznych zarówno absolutnych jak i względnych. Nawet w stałych
warunkach laboratoryjnych zmiany pola geomagnetycznego nie
pozwalają na otrzymanie powtarzalnych wyników absolutnych pomiarów
magnetycznych.
 Różnice otrzymane z opracowania wielokrotnych pomiarów wykonanych
aparaturą magnetyczną mogą być spowodowane zarówno błędami
sprzętowymi jak również lokalnymi zakłóceniami pola magnetycznego. W
analizie wyników pomiarowych może być pomocny zapis ciągłej
rejestracji zmian składowych X,Y,Z pola magnetycznego Ziemi z
magnetometru usytuowanego w rejonie pomiarów absolutnych. Pozwala
to na eliminację lokalnych zakłóceń przy opracowywaniu otrzymanych w
wyniku pomiarów wartości absolutnych.
 Dzięki porównaniom na IAGA Workshop oraz bilateralnych
porównaniach między obserwatoriami można zakładać, że wszystkie
obserwatoria na świecie mierzą pole magnetyczne wg jednego
standardu. Obserwatoria magnetyczne można więc traktować, jako
odniesienie dla krajowych czy regionalnych sieci punktów wiekowych.
Współczesne problemy podstawowych osnów geodezyjnych w Polsce, Grybów 14 września 2016 r.