Средства линейных измерений в ГГС.

Целью линейных измерений является определение горизонтальных расстояний (проложений)между точками местности. Длины линий местности в геодезии измеряются непосредственным либо косвенным способами; каждому из этих способов присущи свои приборы и методы измерений.

Непосредственный способ основан на непосредственном измерении линий местности

механическими линейными приборами, к которым относятся мерные ленты, рулетки и проволоки.

Процесс измерения длин линий непосредственным способом состоит в последовательном

откладывании мерного прибора в створе линии.

При косвенном способе длина линии определяется как функция установленных

геометрических или физических соотношений. Геометрические соотношения используют для аналитических вычислений искомых расстояний по измеренным базисам и углам, а также в оптических дальномерах. Физические соотношения для измерения расстояний положены в основу конструкции электрофизических приборов — светодальномеров и радиодальномеров.

В зависимости от назначения и вида геодезических работ, требований к их точности, а также условий измерений могут применяться те или иные способы или приборы для измерения длин линий.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИН

ЛИНИЙ

Мерные ленты. При геодезических работах измеряют линии мерными лентами длиной

20 и 24, реже 50 и 100 м. Мерные ленты изготавливаются из стали или инвара. По конструкции различают штриховые и шкаловые ленты.

При инженерных геодезических работах обычно применяют штриховые стальные мерные ленты типа ЛЗ (лента землемерная).

Штриховая лента представляет собой стальную полосу длиной 20 и 24 м,

шириной 15—20 мм и толщиной 0,3—0,4 мм. За длину ленты принимается расстояние между штрихами, нанесенными против середины закруглений специальных вырезов, в которые вставляются металлические заостренные шпильки для фиксации концов ленты на" земной поверхности в процессе измерений. 20-метровая штриховая лента разделена на метры, полуметры и дециметры. В зависимости от условий местности штриховые ленты обеспечивают точность измерений длин линий от 1: 1000 до 1:3000.

Для линейных измерений с повышенной точностью используются шкаловые ленты типа ЛЗШ, изготавливаемые из стали или инвара.

Шкаловая лента представляет собой сплошную полосу, на концах которой имеются

шкалы длиной по 10 см с миллиметровыми делениями. Разбивка на метровые и дециметровые отрезки на ленте отсутствует. За длину ленты принимается расстояние между нулевыми делениями шкал.

Измеряемая линия предварительно разбивается на пролеты, длина которых примерно равна номинальной длине ленты (24 или 48 м). Длины пролетов фиксируются штрихами, которые прочерчиваются на подкладываемых под концы ленты башмаках, а также иглами либо лезвиями специальных ножей. Натяжение ленты производится с помощью динамометра. Отсчеты по шкалам берутся с точностью до 0,2 мм. Точность измерения длин шкаловыми лентами при благоприятных условиях достигает 1:7000, а инварными — 1: 100 000.

Рулетки. Рулетки предназначены для измерения коротких линий при маркшейдерских,

топографо-геодезических и строительных работах. Рулетки бывают стальные длиной 10, 20, 30, 50 м и более и тесьмяные длиной 5, 10 и 20 м.

Точность измерения длин линий стальной рулеткой достигает 1: 50 000 и выше.

Для грубых измерений, когда можно пренебрегать погрешностями в несколько сантиметров (например, при съемке ситуации), используются тесьмяные рулетки в пластмассовых или металлических футлярах. Точность ее невелика, так как тесьма со временем вытягивается; кроме того, прочность этих рулеток значительно меньше, чем стальных. В маркшейдерском деле тесьмяные рулетки применяются при замерах горных выработок.

Мерные проволоки. При точных и высокоточных линейных измерениях применяют

стальные и инварные проволоки длиной 24 и 48 м, диаметр проволоки— 1,65 мм. На обоих концах проволоки расположены шкалы длиной 8 см с миллиметровыми делениями. Отсчеты по обеим шкалам проволоки производят одновременно с точностью до 0,1 мм.

Инварные проволоки входят в комплект базисных приборов БП-1, БП-2 и БП-3, которые

используются для измерения базисов в сетях триангуляции и длин сторон в полигонометрии, а также при точных инженерно-геодезических работах. В зависимости от числа проволок в комплекте, условий и методики измерений точность линейных измерений стальными проволоками колеблется от 1:10000 до 1:25000, а инварными проволоками— от 1:30000 до 1:1000000.

СВЕТО- И РАДИОДАЛЬНОМЕРЫ

В настоящее время в геодезии и маркшейдерском деле все большее распространение

получают электрофизические приборы для определения расстояний, основанные на принципах электронного измерения времени распространения электромагнитных волн между конечными точками измеряемой линии. В зависимости от вида электромагнитных колебаний такие приборы подразделяются на светодальномеры и радиодальномеры.

Свето- и радиодальномеры по сравнению с оптическими дальномерами обладают

значительно более высокой точностью измерений и возможностью измерений больших расстояний.

Светодальномеры (электрооптические дальномеры) по методу измерения времени

прохождения электромагнитной волной измеряемой длины подразделяются на импульсные и

фазовые.

В импульсных светодальномерах непосредственно измеряют промежуток времени t, в

течение которого световой импульс проходит двойное расстояние между конечными точками измеряемой линии. Импульс электромагнитных колебаний передатчиком направляется к отражателю; одновременно часть импульса направляется на индикатор времени. Отраженный импульс улавливается приемником и регистрируется индикатором времени. Для образования сигнала и обеспечения работы частей дальномера служит источник энергии. Определив время t прохождения импульсом пути «передатчик — отражатель — приемник» и зная скорость v распространения электромагнитных волн в воздухе, можно рассчитать расстояние между точками A и В по формуле

t

D = D1 + c = v + c,

где v — скорость распространения электромагнитных волн в воздухе, равная v=vo/n; VQ— скорость распространения электромагнитных волн в вакууме (vo== 299792,5 ±0,4 км/с); п—показатель преломления воздуха, зависящий от температуры, давления и влажности воздушной среды; D1 — расстояние, проходимое световым импульсом от передатчика до отражателя; с— постоянная дальномера, определяемая специальными исследованиями;

Импульсные дальномеры из-за сравнительно низкой точности, сложности и громоздкости аппаратуры находят ограниченное применение в геодезических работах. Наиболее точные из них— радиовысотомеры, применяются при аэрофотосъемке для определения высоты полета самолета в момент фотографирования местности. Погрешность определения ими высоты составляет в равнинной местности около 1,2 м, в гористой — 2 м. Для более точных измерений в геодезических и маркшейдерских работах получили распространение фазовые светодальномеры, в которых время определяется косвенно, по разности фаз двух колебаний, образовавшихся при данном расстоянии D1 и частоте f.

В качестве источников света в дальномерах используют лампы накаливания, газоразрядные источники света, светодиоды и лазеры. Использование в светодальномерах лазерных источников света повышает дальность и точность измерений расстояний. Так, с помощью остронаправленного луча лазера было измерено расстояние от поверхности Земли до Луны (373787,265 км) с относительной погрешностью около 1:90 000 000.

ОПТИЧЕСКИЕ ДАЛЬНОМЕРЫ Оптические дальномеры — это геодезические приборы, позволяющие определятьгоризонтальные и наклонные расстояния косвенным методом. В основу определения расстояний оптическими дальномерами положено решение равнобедренного (или прямоугольного) треугольника, имеющего одну короткую сторону. Острый угол ε такого треугольника называется параллактическим, а противолежащая сторона—базой. Конструкциями оптических дальномеров предусматривается, что одна из величин (угол ε или база b) является постоянной, а вторая—переменной величиной, подлежащей измерению. В зависимости от этого различают два типа оптических дальномеров. Определение расстояний нитяным дальномером. Нитяный дальномер относится к простейшим оптическим дальномерам с постоянным параллактическим углом ипеременной базой при определяемой точке. Он представляет собой зрительную трубу, на сетке нитей которой дополнительно нанесены дальномерные штрихи, симметричнорасположенные относительно визирной оси.