方位角

地理学术语

方位角(azimuth ,azimuth angle ),又称方位向 、地平经度,是从某观察点的指北方向线起,依 顺时针方向 到目标方向线之间的水平夹角,属球座标系中的角测量。方位角是卫星接收天线在水平面做0°-360°旋转的调整参数,调整时抛物面在水平面做左右运动。操作型定义为:从观测者(原点)到感兴趣点的 向量 投影 正交 到基准面,投影向量与基准面上参考向量(指北)之间的角度称为方位角。

当用在 天体 坐标时,方位角是在天空中的 恒星 或天体在地平线上的方向。恒星是观测者感兴趣的点,参考平面是环绕着观测者所在地区(例如,半径约为5公里的 地平线 )的 地球 表面,参考向量指向真正的北方。方位角是恒星向量投影在水平面上的恒星向量与 真北 向量之间的角度。

方位角通常用度(°)和密位来量测。目前方位角被应用于导航、天文学、工程学、地图、采矿和 弹道学 等多个领域。 在地震勘探领域,方位角的应用有利于消除 地震波 的反射振幅差异的多解性。

简介信息

方位角是从某点的指北方向线起依 顺时针方向 至目标方向线间的水平夹角。用度和密位表示。常用于判定方位、指示目标和保持行进方向。从真 经线 起算的为真方位角,通常在精密测量中使用,从磁子午线起算的磁方位角。在航空、航海、炮兵射击、军队行进时广泛使用,从 地形图 的坐标纵线起算的为坐标方位角,炮兵使用较多。磁方位角与真方位角的关系式为:磁方位角=真方位角-(±磁偏角)。坐标方位角与磁方位角的关系式为:坐标方位角=磁方位角+ (±磁坐偏角)。

内容原理

至于到底是偏东还是偏西,取决于接收地与欲接收 卫星 之间的经度关系,以我们所在的 北半球 为例,若接收地经度大于欲接收卫星经度,则方位角应偏西转过某个角度;反之,则应向东转过某个角度。正北方向用指南针来测定,但是由于地理 北极 和地磁南极并非完全重合,所以选好方位角之后还得做一些修正才有可能接收到最强的卫星信号。在 地平坐标系 中,通过南点、北点的地平经圈称 子午圈 。子午圈被 天顶 、天底等分为两个180°的半圆。以北点为 中点 的半个圆弧,称为子圈,以南点为中点的半个圆弧,称为午圈。在地平坐标系中,子午圈所起的作用相当于本初 经线 在 地理坐标系 中的作用,是地平经度(方位)度量的起始面。

方位即地平经度,是一种两面角,即午圈所在的平面与通过 天体 所在的地平经圈平面的夹角,以午圈所在的平面为起始面,按 顺时针方向 度量。方位的度量亦可在 地平圈 上进行,以北点为起算点,由北点开始按顺时针方向计量。方位的大小变化范围为0°~360°,北点为0°,东点为90°,南点为180°,西点为270°。

从标准方向的北端起,顺时针方向到直线的水平角称为该直线的方位角。方位角的取值范围为0~360度。

在磁带录音机中指录放磁头和磁带行进方向之间的夹角,理想时应为90°;在LP电唱盘中则指针臂同唱片表面之间的角度。

术语种类

由于每点都有 真北 、磁北和坐标纵线北三种不同的指北方向线,因此,从某点到某一目标,就有三种不同方位角。

真方位角。 某点指向 北极 的方向线叫真北方向线,而 经线 ,也叫真子午线。

由真子午线方向的北端起,顺时针量到直线间的夹角,称为该直线的真方位角,一般用A表示。通常在精密测量中使用。

磁方位角。 地球 是一个大磁体,地球的 磁极 位置是不断变化的,某点指向磁北极的方向线叫磁北方向线,也叫磁子午线。在 地形图 南、北图廓上的磁南、磁北两点间的直线,为该图的磁子午线。由磁子午线方向的北端起,顺时针量至直线间的夹角,称为该直线的磁方位角,用Am表示。

坐标方位角。 由坐标纵轴方向的北端起,顺时针量到直线间的夹角,称为该直线的坐标方位角,常简称方位角,用a表示。

计算方法

1、按给定的坐标数据计算方位角αBA、αBP

ΔxBA=xA-xB=+123.461m

ΔyBA=yA-yB=+91.508m

由于ΔxBA>0,ΔyBA>0

可知αBA位于第Ⅰ 象限 ,即

αBA=arctg =36°32'43.64"

ΔxBP=xP-xB=-37.819m

ΔyBP=yP-yB=+9.048m

由于ΔxBP<0,ΔyBP>0

可知αBP位于第Ⅱ象限,

αBP=180o-α=180o-arctg=180o-13o27'17.33"=166°32'42.67"

此外,当Δx<0,Δy<0;位于第Ⅲ象限,方位角=180°+ arctg

当Δx>0,Δy<0;位于第Ⅳ 象限 ,方位角=360°- arctg 2、计算 放样 数据∠PBA、DBP

∠ PBA =α BP- αBA=129°59'59.03"

3、测设时,把 经纬仪 安置在B点,瞄准A点,按 顺时针方向 测设∠PBA,得到BP方向,沿此方向测设水平距离DBP,就得到P点的平面位置。

当受地形限制不便于量距时,可采用角度交会法测设放样点平面位置

上例中,当BP间量距受限时,通过计算测设∠PAB、∠PBA来定P点

根据给定坐标计算∠PAB

ΔxAP=xP-xA=-161.28m

ΔyAP=yP-yA=-82.46m

αAP=180°+arctg=207°4'47.88"

又αAB=180°+αBA=180°+36°32'43.64"=216°32'43.64"

∠PAB=α AB- αAP=9°27'55.76"

测设时,在A、B上各架设一台 经纬仪 ,根据已知方向分别测设∠PAB、∠PBA,定出AP、BP方向,得P点的大概位置,打上大木桩,在桩顶面上沿每个方向线各标出两点,将相应点连起来,其交点即为P点位置。

具体应用

真方位角(True bearing)

所有角度以正北方设为000°,顺时针转一圈后的角度为360°。

因此:

正北方:000°或360°

正东方:090°

正南方:180°

正西方:270°

罗盘 方位角( 罗盘仪 bearing)

正北和正南作首要方位,正东和正西为次要方位,在两者之间加

上角度。因此角度只会由0°至90°。 因此:

正北方:N0°W或N0°E

正东方:N90°E或S90°E

正南方:S0°W或S0°E

正西方:N90°W或S90°W

假若两者加上与目标的距离,就会成为极坐标:直角 坐标系 ( 笛卡尔坐标系 )以外的另一种坐标系统。

分析评价

近年来,人们对开展宽方位角观测的优点有了比较全面的了解,但对于宽方位角观测一定要有更高的覆盖次数及更小的面元。即更昂贵的采集费用,有些望而却步。为此,本文通过在中国西部 准噶尔盆地 实际采集的宽方位角地震数据,以 岩性 储层为 钻探 目标进行了宽窄方位角观测效果的对比分析,研究中采用严格相对保持振幅的提高 分辨率 处理,并依据沿储层地震属性的差异评价宽窄方位角在勘探岩性储层上的能力。

研究结果表明,在 地层 较平坦(盆地腹部)的地区和地震数据具有一定 信噪比 的条件下,针对岩性地震勘探而言,宽方位角(纵横比大于0.5)地震勘探比窄方位角可获得更高的空间成像分辨率,而且不一定需要更高的覆盖次数,对干岩性勘探来说有60-80次覆盖即可满足勘探要求。

应用领域

目前在国内外的地质领域中关于 地震属性 的研究,都是针对常规的叠后数据来处理的。虽然叠后的地震属性提取已经发展很成熟了,但是利用叠后数据来计算地震属性存在一定的缺陷,因为叠后地震属性主要是通过空间中相邻道之间的反射振幅差异来获得,无法根据不同方位角 地震波 的反射振幅差异获得更加精细的 各向异性 地震属性。在裂缝和 断层 的区域,不同方位角地震波的反射振幅是有差异的,而空间各点与周围点的反射振幅差异可以是裂缝引起的,也可能是 岩性 横向变化带来的。也就是说利用空间各点与周围点的反射振幅差异进行裂缝预测有更强的多解性,但是利用不同方位角地震波的反射振幅差异有利于消除这种多解性。

在现在的地质 勘探 领域,观测系统一般都是采用的束线状观测系统,这种观测系统横纵比(横向排列宽度和纵向排列长度之比)一般都低于0.5,在地质界称这种观测方式为窄方位角勘探。窄方位勘探的优势在于炮检对较少,探测成本较低,并且在勘探大储存量的油气藏的时候不会存在什么问题。但是在储存量较小的裂缝型油气藏的时候,窄方位角勘探的预测准度就会大大的降低,无法准确的定位油气藏的位置,这也变相的增加了开采的成本。正是有了这样的需求,宽方位角 勘探 应运而生。宽方位角勘探指的是横纵比大于0.5的观测系统。在宽方位角勘探发展的初期,也存在着明显的缺陷。因为要满足横纵比大于0.5,炮检对的数量较窄方位勘探会大大增加,一定程度上大幅度的增加了勘探的经济成本。但是,在采集技术迅猛发展的今天,宽方位角勘探技术也得到了大幅度的发展,随着万道地震仪和数字 检波器 的应用让宽方位角勘探成本大大降低了,裂缝性油气藏的客观需求也让宽方位角勘探推广开来。

参考资料

  1. 方位角 国家教育研究院 2023-12-27
  2. 方位向 国家教育研究院 2023-12-27
  3. Azimuth Dictionary.com 2023-12-27