Измерение длин линий дальномерами

План лекции

Физико-оптические мерные приборы.

Нитяный оптический дальномер.

Определение горизонтальных проложений линий, измеренных нитя- ным дальномером.

Определение коэффициента дальномера К.

Принцип измерения расстояний электромагнитными дальномерами.

Способы съемки ситуации.

 

 

Физико-оптические мерные приборы

Второй способ измерения длин линий заключается в использовании физико-оптических приборов. Длину линии определяют как функцию угла, под которым виден базис (оптические дальномеры), или как функцию времени и скорости распространения электромагнитных волн между ко- нечными точками измеряемой линии (электромагнитные дальномеры).

Достоинством физико-оптических дальномеров является быстрота измерений, высокая точность и возможность измерения больших рас- стояний без подготовки трассы: нужна лишь оптическая видимость между конечными точками линии.

Идея оптических дальномеров основана на решении параллактического треугольника (рис. 55), в котором по малому (параллактическому) углу β и противоположному ему катету (базе) B

определяют расстояние D по формуле

D = B · ctg β.

Рис. 55. Параллактический треугольник

 

Одну из величин (B · или β) принимают постоянной, а другую измеряют. В зависимости от этого различают оптические дальномеры с постоянной ба- зой и переменным углом или с постоянным углом и переменной базой.

 

Нитяный оптический дальномер

Наиболее распространенным является нитяный дальномер с посто- янным параллактическим углом. Он весьма прост по устройству и имеет- ся в зрительных трубах всех геодезических приборов. Сетка нитей таких труб, кроме основных вертикальной и горизонтальной нитей, имеет до- полнительные штрихи (нити), называемые дальномерными. С их помо- щью по дальномерной рейке определяют расстояние D между точками местности (рис. 56)

D = D ' + f + d,

где D ' – расстояние от переднего фокуса объектива до рейки, f – фокус- ное расстояние объектива, d – расстояние от оси вращения теодолита до объектива.

Рассмотрим подобные треугольники АВ F и а 1b 1F (рис. 56)

 

a 1 b 1 =

AB

ab = f,

AB D ¢

 

где ab = P – расстояние между дальномерными нитями, АВ = n – число сантиметровых делений между дальномерными нитями на рейке. Тогда

 

D ¢ =

f n ® D = D ¢ + f P

+ d =

f n + f P

+ d.

 

 

Отношение

Рис. 56. Схема определения расстояний нитяным дальномером

 

f  P называется коэффициентом дальномера и обознача-

ется К, а сумма (f

+ d) – постоянная дальномера и обозначается С. Тогда

D = K · n + С.

Дальномерные нити наносят так, чтобы при сантиметровых делениях коэффициент дальномера К = 100. Обычно при f = 200 мм P берут рав- ным 2 мм, тогда К = 100.

В современных теодолитах постоянная дальномера С близка к нулю, поэтому число метров в измеряемом расстоянии равно числу метров в дальномерном отсчете

D = K · n = 100· n.

При К = 100 и n = 124,3 см, D = 100·124,3 см = 124,3 м.

Определение горизонтальных проложений линий измеренных дальномером

При выводе формулы D = K ·n предполагалось, что визирная ось гори- зонтальна, а дальномерная рейка установлена перпендикулярно ей. В этом случае мы получим горизонтальное проложение линии S = D = K ·n.

Однако на практике в большинстве случаев визирная ось имеет неко- торый угол наклона n (рис. 57), и вследствие этого вертикально располо- женная рейка не будет перпендикулярна визирной оси.

Рис. 57. Схема определения горизонтального проложения линии нитяным дальномером

 

Если рейку наклонить на угол n так, чтобы она была установлена пер- пендикулярно визирной оси, то наклонное расстояние будет равно

 

D = K · n ¢,

где n ¢ = a ¢ b ¢ = ab · cos n = n · cos n.

 

Тогда                                D = K · n · cos v.

Отсюда получаем следующую формулу для расчета горизонтального проложения линии при её измерении нитяным дальномером

S = D·cos v = K·n·cos 2 v.

На точность определения расстояний нитяным дальномером влияют следующие факторы:

1) толщина дальномерных нитей;

2) рефракция воздуха;

3) промежуток времени между взятием отсчетов по верхней и нижней нити.

В связи с этим точность измерения расстояний нитяным дальномером невысокая и характеризуется относительной ошибкой 1/300.

 

Определение коэффициента дальномера K

Коэффициент дальномера К определяют путем измерения дальноме- ром отложенных на местности расстояний в 50, 100 и 200 м (рис. 58).

Рис. 58. Схема определения коэффициента дальномера К

 

По формулам

K = D 1,

n

1

1

K = D 2  ,

2

n 2

K =  D 3

3

n 3

вычисляют три значения ко-

эффициента дальномера и по ним рассчитывают среднее арифметиче- ское К ср.

 

Принцип измерения расстояний электромагнитными дальномерами

Развитие электроники и радиотехники позволило создать новые при- боры для линейных измерений – электромагнитные дальномеры (свето- и радиодальномеры).

Принцип работы этих приборов основан на определении промежутка времени t, необходимого для прохождения электромагнитных волн (свето- вых и радиоволн) в прямом и обратном направлении от точки А, в которой центрирован прибор, до точки В, где установлен отражатель (рис. 59).

 

Зная скорость распространения электромагнитных колебаний, можно записать D = 0,5 · v ·t.

Из-за большой скорости света (в атмосфере v ≈ 299710 км/час) изме- рение времени t необходимо выполнять с очень высокой точностью. Так, для измерения расстояния с точностью 1 см, время надо измерить с ошибкой не более 10-10 сек.

Измерения выполняют фазовым или импульсным методом.

В светодальномерах лазерный источник излучения периодически по- сылает световой импульс. Одновременно запускается счетчик временных импульсов. Счетчик останавливается, когда светодальномер  получает

световой импульс, возвращенный призменным отражателем. Для повы- шения точности измерения выполняют многократно. Измеренное рас- стояние высвечивается на цифровом табло.

Рис. 59. Схема определения расстояния светодальномером

 

 

Способы съемки ситуации

Съемка ситуации – геодезические измерения на местности для после- дующего нанесения на план ситуации (контуров и предметов местности).

Выбор способа съемки зависит от характера и вида снимаемого объ- екта, рельефа местности и масштаба, в котором должен быть составлен план.

Съемку ситуации производят следующими способами: перпендикуля- ров; полярным; угловых засечек; линейных засечек; створов (рис. 60).

Способ перпендикуляров (способ прямоугольных координат) – при- меняется обычно при съемке вытянутых в длину контуров, расположен- ных вдоль и вблизи линий теодолитного хода, проложенных по границе снимаемого участка. Из характерной точки К (рис. 60, а) опускают на ли- нию хода А – В перпендикуляр, длину которого S 2 измеряют рулеткой. Расстояние S 1 от начала линии хода до основания перпендикуляра от- считывают по ленте.

Полярный способ (способ полярных координат) – состоит в том, что одну из станций теодолитного хода (рис. 60, б) принимают за полюс, на- пример, станцию А, а положение точки К определяют расстоянием S от полюса до данной точки и полярным углом β между направлением на точку и линией А – В. Полярный угол измеряют теодолитом, а расстояние дальномером. Для упрощения получения углов, теодолит ориентируют по стороне хода.

При способе засечек (биполярных координат) положение точек ме- стности определяют относительно пунктов съемочного обоснования пу- тем измерения углов β1 и β2 (рис. 60, в) – угловая засечка, или расстояний S 1 и S 2 (рис. 60, г) – линейная засечка.

 

 

Рис. 60. Способы съемки ситуации: а – перпендикуляров; б – полярный;

в – угловых засечек; г – линейных засечек; д – створов

 

Угловую засечку применяют для съемки удаленных или труднодос- тупных объектов.

Линейную засечку – для съемки объектов, расположенных вблизи пунктов съемочного обоснования. При этом необходимо чтобы угол g, ко- торый получают между направлениями при засечке был не менее 30° и не более 150°.

Способом створов (промеров) определяют плановое положение то- чек лентой или рулеткой (рис. 60, д). Способ створов применяется при съемке точек, расположенных в створе опорных линий, либо в створе ли- ний, опирающихся на стороны теодолитного хода. Способ применяется при видимости крайних точек линии.

Результат съемки контуров заносят в абрис. Абрис – это схематиче- ский чертеж, который составляется четко и аккуратно.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Каков принцип измерения расстояний нитяным дальномером?

2. К какому типу относится нитяный дальномер?

3. По какой формуле определяют расстояние, измеренное нитяным дальномером?

4. С какой точностью можно измерить расстояние нитяным дальноме- ром?

5. Как определяют поправку за наклон линии, измеренной нитяным дальномером?

6. Какой физический принцип используют для измерения расстояний свето- и радиодальномерами?

7. Что называется съемкой местности?

8. Какие существуют основные способы съемки ситуации?

 

Лекция 6