Дальномеры виды дальномеров. Дальномеры

Дальномер – это прибор, предназначенный для определения расстояния между наблюдателем и удаленным объектом без необходимости приближаться к нему. Он широко используется в геодезии, а также в строительстве, топографии и прочих сферах. Также дальномерами пользуются военные для корректировки огня со снайперского оружия и минометных установок.

Кому пригодится дальномер, и его преимущества над измерительной рулеткой

Применение дальномеров имеет массу преимуществ над традиционными измерительными и , поскольку дает возможность получить точные данные о расстоянии к объекту за считанные секунды. При этом оператор использующий прибор может находиться на одном месте. Это намного удобней и быстрее. При этом получаются точные показатели с минимальной погрешностью. К примеру, если измерять расстояние между двумя объектами на ландшафте, то при применении обыкновенной измерительной рулетки может возникнуть большая погрешность в связи с наличием на траектории движения неровностей и углублений. Дальномеры проводят измерения по идеально прямой линии, сводя на нет факторы, влияющие на точность.

Применение подобного оборудования в быту неоправданно. Его могут использовать строители, но только те, которые занимаются возведением зданий, а не внутренней отделкой. Стоимость подобного инструмента, а также затраты времени на его выставление, делают его применение для монтажной разметки на стенах неактуальным. В том же случае если необходимо обозначить границы для заливки фундамента или рытья большого котлована для крупных зданий, тогда естественно дальномер будет намного удобнее, чем рулетка.

Также дальномеры часто используют фотографы, которые предпочитают снимать пейзажи. Интересует это оборудование и астрономов, геодезистов, военных и мореплавателей. Это сугубо профессиональный инструмент, который не стоит покупать любителю, планирующему его использование от случая к случаю.

Виды дальномеров по принципу работы
По принципу работы существующие конструкции дальномеров разделяют на две категории:
  1. Активные.
  2. Пассивные.

Активные наводятся объективом на точку, к которой необходимо измерить расстояние, после чего отправляют на нее световой или звуковой сигнал. Достигнув поверхности предмета, тот отражается и возвращается обратно. Чувствительный элемент прибора улавливает волну и рассчитывает расстояние к объекту на основе времени, которое ушло на ее передвижение.

Активные дальномеры бывают следующих видов:
  • Звуковые.
  • Световые.
  • Лазерные.

Что касается пассивных , то они не посылают никаких сигналов. Определение расстояния осуществляется по совершенно другому принципу. Такие инструменты работают по законам геометрии. С помощью пассивных приборов осуществляется вычисление построенного равнобедренного треугольника, по параметрам которого можно высчитать расстояние.

Пассивные дальномеры бывают:
  • Оптические.
  • Нитевые.
Ультразвуковой дальномер

Является самым неточным устройством, работающим по активному принципу. Это оборудование имеет схожий метод с тем, что используют для ориентирования дельфины или летучие мыши. Прибор создает звуковую волну, направленную вперед на объект, к которому нужно померить расстояние. При достижении импульсом преграды создается эхо, которое отбивается и попадает на чувствительную часть ультразвукового устройства.

Такие приборы используют звук с высокой частотой около 40 Кгц. Он неуловимый уху человека, поэтому применение подобного дальномера не вызывает никакого дискомфорта. Это сравнительно недорогие устройства, но чтобы ими воспользоваться, необходимо правильно направить импульс, на что уходит время. Конечно, рулеткой мерить намного дольше, но лазерные инструменты более совершенные, чем ультразвуковые.

Лазерный дальномер

Один из самых востребованных. Он направляет на объект пучок света, который отбивается и возвращается на чувствительный сенсор устройства. По тому времени, которое уходит на движение пучка света туда и обратно прибор автоматически рассчитывает дистанцию. Таким образом, оператор просто считывает готовые цифровые данные с дисплея.

Такие устройства могут комплектоваться лазером различной мощности. Дальность измерения зависит именно от яркости излучателя. В продаже можно встретить строительные дальномеры с диапазоном действия от 20 до 50 м. Также бывают более мощные устройства, которыми пользуются геодезисты. Лазерные приборы очень надежные, а главное могут ремонтироваться. Практически любая деталь, которая вышла из строя, может быть заменена в сервисном центре.

Лазерные дальномеры являются электронным устройством, которое нуждается в источнике питания. В качестве него может выступать встроенная аккумуляторная батарея или обыкновенные пальчиковые . В плане экономии лучшее устройство на аккумуляторе, которое можно заряжать от электросети. Себестоимость обеспечения его работы намного ниже, чем при периодической покупке батареек для смены.

Важным преимуществом, которым обладает лазерный дальномер, является возможность измерения расстояния к определенной точке. Инструменты прочих типов такой функции не имеют. Пучок лазерного луча очень тонкий, поэтому он доходит до требуемого участка объекта и отбивается от него обратно. Если поверхность является рельефной, к примеру отвесная скала, то только такое устройство даст возможность получить точные данные.

При использовании лазерного дальномера для измерения расстояния от очень удаленных объектом в несколько сотен метров устройство должно закрепляться на штативе. Дело в том, что дрожание рук при столь значительной дистанции не позволит оборудованию уловить отраженный сигнал, а также изначально направить его прямо в цель. Если же прибор будет закреплен неподвижно, то это позволит избежать подобных факторов влияющих на погрешность.

Точность измерения лазерным дальномером во многом зависит от условий, в которых осуществляется работа. Под открытым небом при хорошем солнечном освещении устройство теряет свою чувствительность, особенно если приходится действовать на большие дистанции. Также оно плохо работает в туман, но эта проблема присуща всем типам дальномеров, поскольку для них нужна прямая видимость.

Оптический дальномер

Работает по пассивному принципу. Такие устройства часто используют геодезисты, поскольку инструмент поддерживает измерения на дальние расстояния. При необходимости осуществлять топографические работы лучше выбрать оборудование этого типа. Такие приборы работают по всем известной теореме Пифагора, которая является одной из самых главных в геометрии.

Подобные инструменты не имеют датчика, который автоматически определяет расстояние. Смотря в окуляр оптического дальномера нужно визуально зафиксировать данные специальной шкалы, поэтому получение погрешности является неизбежной.

Хотя оптические дальномеры и весьма удачный вариант для дальних измерений, но если нужно померить дистанцию до отвесного объекта с рельефной поверхностью, к примеру отвесной скальной стены, то при взгляде через зрительную трубку данная поверхность будет выглядеть обычной плоскостью. В результате полученные параметры дистанции будут иметь значительную погрешность и показания расстояния в целом, а не к определенной точке отсчета.

Оптические дальномеры бывают монокулярными и стереоскопическими. Их принцип работы немного отличается, поскольку первые позволяют вычислять расстояние используя геометрические формулы для прямоугольного треугольника, а вторые для равнобедренного. Монокуляр стоит дешевле, чем дальномер с двумя зрительными трубками. Кроме этого он менее удобен, поскольку вызывает утомление оператора. Смотреть через стереоскопические дальномеры комфортнее, а кроме этого они способны определить расстояние до движущегося объекта.

Нитевый дальномер

Работает схожим принципом с оптическим. Для осуществления измерения применяются геометрические вычисления. Устройство применяется со специальной рейкой с нанесенной на нее шкалой делением в 2 см. Она переносится к той точке, до которой необходимо измерить расстояние. Планка устанавливается горизонтально. Она укапывается в грунт или поддерживается специальными подставками. В крайнем случае ее может удерживать напарник руками. После того как рейка установлена необходимо вернуться к точке от которой нужно провести измерение и посмотреть на шкалу планки через объектив устройства. Его зрительная труба имеет установленные тонкие горизонтальные нити. Просматривая через глазки дальномера нужно подсчитать, сколько делений на шкале планки помещается между двумя линиями. После получения данных остается провести расчет по специальной табличке или формуле, в зависимости от желания.

Такое оборудование является довольно точным, но весьма неудобным. Дело в том, что при его применении в любом случае придется отправиться к объекту, к которому нужно померить дистанцию, чтобы установить рейку со шкалой. После необходимо будет вернуться к устройству и посмотреть через зрительную трубку. Если речь идет о расстояниях в несколько сотен метров, то подобные переходы заберут много времени и сил. В связи с этим специалисты, которые пользуются подобными дальномерами, обычно действуют с напарником. Оборудование других типов позволяет работать одному.

Оптический дальномер – это оптический прибор, применяемый для измерения расстояний до объектов. По принципу действия дальномеры подразделяются на две основные группы, геометрического и физического типов. Первую группу составляют геометрические дальномеры. Измерение расстояний дальномером такого типа основано на определении высоты h равнобедренного треугольника ABC (схема 10) например по известной стороне АВ = I (базе) и противолежащему острому углу.. Одна из величин, I или., обычно является постоянной, а другая - переменной (измеряемой). По этому признаку различают дальномеры с постоянным углом и дальномеры с постоянной базой. Дальномер с постоянным углом представляет собой подзорную трубу с двумя параллельными нитями в поле зрения, а базой служит переносная рейка с равноотстоящими делениями. Измеряемое дальномером расстояние до базы пропорционально числу делений рейки, видимых в зрительную трубу между нитями. По такому принципу работают многие геодезические инструменты (теодолиты, нивелиры и др.). Относительная погрешность нитяного дальномера - 0,3-1%. Более сложные оптические дальномеры с постоянной базой, построены на принципе совмещения изображений объекта, построенными лучами прошедшими различные оптические системы дальномера. Совмещение производится с помощью оптического компенсатора, расположенного в одной из оптических систем, а результат измерения прочитывается по специальной шкале. Монокулярные дальномеры с базой 3-10 см широко применяются в качестве фотографических дальномеров. Погрешность оптических дальномеров с постоянной базой менее 0,1% от измеряемого расстояния. Принцип действия дальномера физического типа состоит в измерении времени, которое затрачивает посланный дальномером сигнал для прохождения расстояния до объекта и обратно. Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта. Различают импульсный и фазовый методы измерения дальности. При импульсном методе к объекту посылается зондирующий импульс, который запускает временной счетчик в дальномере. Когда отраженный объектом импульс возвращается к дальномеру, то он останавливает работу счетчика. По временному интервалу (задержке отраженного импульса), с помощью встроенного микропроцессора, определяется расстояние до объекта: L= ct/2, где: L - расстояние до объекта, с - скорость распространения излучения, t - время прохождения импульса до цели и обратно. 10. Принцип действия дальномера геометрического типа АВ -база, h -измеряемое расстояние При фазовом методе - излучение модулируется по синусоидальному закону с помощью модулятора (электрооптического кристалла, меняющего свои параметры под воздействием электрического сигнала). Отраженное излучение попадает в фотоприемник, где выделяется модулирующий сигнал. В зависимости от дальности до объекта изменяется фаза отраженного сигнала относительно фазы сигнала в модуляторе. Измеряя разность фаз, измеряется расстояние до объекта. Самыми распространенными гражданскими электронно-оптическими приборами для измерения дальности являются портативные лазерные дальномеры, с помощью которых можно измерить расстояние до любого предмета на местности, находящегося в прямой видимости, с погрешностью около одного метра. Максимальная дальность определения расстояния индивидуальна для каждой модели, обычно от нескольких сот, до полутора тысяч метров и сильно зависит от типа объекта. Лучше всего производится измерение дальности до крупных объектов с высокой отражающей способностью, хуже всего - до мелких объектов интенсивно поглощающих лазерное излучение. Лазерный дальномер может быть выполнен в виде монокуляра или бинокля с увеличением от 2 до 7 крат. Некоторые производители встраивают дальномеры в другие оптические приборы, например в оптические прицелы. В поле зрения дальномера находится специальная метка, которую совмещают с объектом, после чего производится измерение дальности, обычно простым нажатием кнопки. Результат измерения выводится на индикаторную панель, расположенную на корпусе прибора, или отражается в окуляре, что позволяет получить информацию о дальности, не отрывая глаз от дальномера. Многие модели могут отображать результаты измерения в разных метрических единицах (метрах, футах, ярдах).

Введение

Дальномер - устройство, предназначенное для определения расстояния от наблюдателя до объекта. Используется в геодезии, для наводки на резкость в фотографии, в прицельных приспособлениях оружия, систем бомбометания и т.д.

Лазерная дальнометрия является одной из первых областей практического применения лазеров в зарубежной военной технике. Первые опыты относятся к 1961 году, а сейчас лазерные дальномеры используются и в наземной военной технике (артиллерийские, таковые), и в авиации (дальномеры, высотомеры, целеуказатели), и на флоте. Эта техника прошла боевые испытания во Вьетнаме и на Ближнем Востоке. В настоящее время ряд дальномеров принят на вооружение во многих армиях мира.

Рис. 2

Виды дальномеров

Дальномерные приспособления делятся на активные и пассивные:

  • § активные:
  • § звуковой дальномер
  • § световой дальномер
  • § лазерный дальномер
  • § и др.
  • § пассивные:
  • § дальномеры, использующие оптический параллакс (напр. дальномерный фотоаппарат)
  • § дальномеры, использующие сопоставление объекта какому-либо образцу
  • § и др.

Принцип действия дальномеров активного типа состоит в измерении времени, которое затрачивает посланный дальномером сигнал для прохождения расстояния до объекта и обратно. Скорость распространения сигнала (скорость света или звука) считается известной.

Измерение расстояний дальномерами пассивного типа основано на определении высоты h равнобедренного треугольника ABC, например, по известной стороне AB = l (базе) и противолежащему острому углу b (т. н. параллактическому углу). При малых углах b (выраженных в радианах)

Одна из величин, l или b, обычно является постоянной, а другая - переменной (измеряемой). По этому признаку различают дальномеры с постоянным углом и дальномеры с постоянной базой.

Лазерный дальномер

Лазерный дальномер - прибор для измерения расстояний с применением лазерного луча. дальномер наводка прицельный

Широко применяется в инженерной геодезии, при топографической съёмке, в военном деле, в навигации, в астрономических исследованиях, в фотографии.

Лазерный дальномер это устройство, состоящее из импульсного лазера и детектора излучения. Измеряя время, которое затрачивает луч на путь до отражателя и обратно и, зная значение скорости света, можно рассчитать расстояние между лазером и отражающим объектом.

Рис.1

Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта. Так, при импульсном методе дальнометрирования используется следующее соотношение:

где L - расстояние до объекта, c - скорость света в вакууме, n - показатель преломления среды, в которой распространяется излучение, t - время прохождения импульса до цели и обратно.

Рассмотрение этого соотношения показывает, что потенциальная точность измерения дальности определяется точностью измерения времени прохождения импульса энергии до объекта и обратно. Ясно, что чем короче импульс, тем лучше.

линии АС угол наклона ν = 4° 30". Температура стальной ленты при измерении t =

– 10° С, при компарировании t к = + 20° С.

Р е ш е н и е. 1. Оценка качества полевого измерения линии АС : абсолютное

расхождение результатов D = D" – D " = 0,10 м;

относительная

погрешность

расхождения D / D = 0,10 / 315 = 1/ 3150 ≤ 1/ 2000, т.е. расхождение

D = 0,10 м

допустимо, а среднее значения расстояния D = (D" + D ") / 2 = 315, 43 м.

Поправки: D к = + 0,008 (15 + 0,77) = + 0,126

D ν = АВ cos ν – АВ = 100 · 0,996917 – 100 =

D t = 1,25 · 10– 5 · 315 [– 10 – (+20)] = – 0,118 м.

Результат: d АС = 315, 43 + 0,126 – 0,308 – 0,118

Внешние факторы ограничения точности измерения линий лентами. При измерениях лентами на местности возникают систематические и случайные погрешности. Систематическая погрешность складывается из ряда односторонне действующих факторов: остаточной погрешности компарирования ленты, погрешностей за счет искривлений ленты на вертикальных неровностях земной поверхности и отклонений ленты от створа, ее неверного натяжения и смещений шпилек, вследствие пренебрежения поправками за наклон при ν < 1,5°, а также температурными поправками.

Случайная погрешность обусловлена случайными влияниями неточного учета поправок на наклон и температуру, колебаниями силы натяжения ленты.

Внешние условия сильно влияют на точность измерений линий лентами. В благоприятных условиях (ровная поверхность связного грунта) относительная погрешность длины линии составляет в среднем 1/ Т = 1 / 3000, в средних условиях измерений (небольшие неровности, низкая трава) 1/ Т = = 1 / 2000, в неблагоприятных условиях (резко пересеченная или заболоченная местность, кочковатость, пашня, высокие травы и др.) относительная погрешность 1/ Т = 1 / 1000 (или 0,1 м на 100 м расстояния).

11.3. Оптические дальномеры

Оптические дальномеры служат для определения расстояний величиной до 100300 м с относительной погрешностью от 1/200 до 1/3000 в зависимости от конструкции прибора. Принцип измерения расстояний оптическими дальномерами геометрического типа основан на решении сильно вытянутого прямоугольника или равнобедренного треугольника, называемого параллактическим (рис. 11.5, а ), ма-

лая сторона которого b = MN называется базисом дальномера, а противолежащий малый угол φ – параллактическим. Из прямоугольного треугольника FWM , где WM = b / 2 находим измеряемое расстояние

D = (1/2) b ctg (φ /2).

Различают оптические дальномеры с постоянным базисом и с постоянным параллактическим углом. В дальномерах с постоянным базисом используется специальная рейка с визирными марками М и N , расстояние между которыми принимается от 1,5 до 3 м и определяется с относительной погрешностью около 1: 50 000 (не грубее 0,03 – 0,05 мм). Рейку устанавливают на штативе горизонтально и перпендикулярно линии FW , параллактический угол φ измеряют высокоточным теодолитом с погрешностью m φ ≤ 3". Расстояние D вычисляют по формуле (11.10) с учетом температурной поправки в длину базиса. Относительная погрешность расстояния длиной 100 – 200 м составляет около 1/1500 – 1/3000.

Рис. 11.5. Оптический дальномер геометрического типа:

а – геометрическая схема; б – поле зрения трубы; в – схема измерений

В дальномерах с постоянным параллактичесим углом (φ = const) измеряют ба-

зис b , при этом в формуле (11.10) произведение (1/2) ctg(φ /2) = К является постоянной величиной, которая называется коэффициентом дальномера , поэтому

D = К b.

Нитяной дальномер . Такие дальномеры конструктивно входят в устройство теодолитов и нивелиров. В зрительной трубе теодолита и нивелира верхний и нижний горизонтальные штрихи n и m визирной сетки (рис. 11.5, б ) образуют нитяной дальномер с вертикальным постоянным параллактическим углом φ. Вершина F этого угла (передний фокус оптической системы зрительной трубы – рис. 11.5, в )

расположена либо вне, либо внутри зрительной трубы. Визирные лучи, проходящие через дальномерные нити и передний фокус F , пересекаются с вертикально расположенной дальномерной шкалой в точках N и M . Наблюдатель через окуляр трубы отсчитывает по шкале величину базиса b – число делений между нитями n и m . Измеренное расстояние FW равно D 1 = К b . Полное расстояние JW = D между вертикальной осью прибора ZZ и плоскостью шкалы вычисляются по формуле нитяного дальномера

где с – постоянное слагаемое дальномера (расстояние между осью вращения ZZ прибора и передним фокусом F .

В современных зрительных трубах К = 100; с ≈ 0, а соответствующий параллактический угол φ = 34,38"

Дальномерные рейки к нитяному дальномеру могут быть специальными, шкала которых нанесена с ценой деления 2 или 5 см для измерения расстояний до 200– 300 м. Но при топографических съемках масштаба 1: 1000 и крупнее обычно используют рейки для технического нивелирования с сантиметровыми шашечными делениями, при этом максимальное измеряемое расстояние близко к 150 м. На рис. 11.6, а по сантиметровым делениям между нитями t и m отсчитан отрезок шкалы b

= 17,6 см = 0,176 м. Здесь при К = 100 и с = 0 искомое расстояние D = 17,6 м.

П р и м е ч а н и е. При К = 100 наблюдатель принимает сантиметровые деления как условно метровые и в метрах отсчитывает по рейке искомое расстояние D , в нашем примере D = 17,6 м и при с = 0 формула (11.12) принимает вид D = D 1 .

Горизонтальное проложение . При измерениях расстояний дальномером зрительной трубы теодолита дальномерную рейку устанавливают вертикально. Визирование на рейку сопровождается наклоном визирной оси зрительной трубы на угол ν (рис. 11.6, б ).

Между проекциями дальномерных нитей на шкалу рейки в точки М и N берется отсчет базиса b , но его значение получается преувеличенным в сравнении с величиной b " = М "N ", которая получается при наклоне рейки в положение, перпендикулярное лучу ОW . Треугольник WMM " практически прямоугольный, так как

угол при вершине M " отличается от прямого на φ/2 = 17,2 " = 0,3°, поэтому b " / 2 = WM " = WM cos ν = (b / 2) cos ν. Отсюда и b " = М " N " = b cosν. Тогда для треугольника F 1 М "N " высота F 1 W = К b ", а наклонное расстояние D = ОW = К b " + с = К b cos ν + с. Тогда горизонтальное проложение d = ОВ " = ОW cos ν = (D + с ) cos ν , или

где D ν = 2D sin 2ν – поправка на наклон в расстояние, измеренное нитяным дальномером.

Для определения в полевых условиях величин d пользуются инженерными калькуляторами или специальными тахеометрическими таблицами.

Определение постоянных нитяного дальномера. Для каждого теодолита не-

обходимо определить фактические значения поправки с и коэффициента дальномера К , поскольку его погрешность может достигать 0,5% (т. е. 1/200 от измеряемого расстояния). Для проверки на ровном горизонтальном участке местности через 30– 35 м забивают колышки, над начальным колышком центрируют теодолит, на остальных последовательно ставят рейку и по дальномеру отсчитывают значения b 1 ,

b 2 ,…, b n , затем рулеткой измеряют расстояние каждого колышка от начального. В соответствии с формулой (11.11) составляют несколько уравнений:

D 1 = К b1 + с; D 2 = К b 2 + с; …, D n = К b n

где D 1 , D 1 , …, D n

– расстояния, измеренные рулеткой с точностью 0,01-0,02 м.

Вычитая одно уравнение из другого, находим, например,

D 2 – D 1

D 3 – D 1

D 3 – D 2

К 1 =

; К 2 =

К 3 =

b 2 – b1

b 3 – b1

b 3 – b2

и получаем среднее значение коэффициента дальномера

К = (К 1 + К 2

+ …, К n ) / n .

Подставив значение К в каждое из уравнений (11.16) получаем величины с 1 , с 2 , …, с n и среднее с . В современных теодолитах с ≈ 0.

Постоянную дальномеров удобно определять путем измерения комбинаций расстояний. Для этого на горизонтальной поверхности в одном створе откладывают несколько (не менее трех) расстояний: D 1 , D 2 , D 3 . Измеряют эти расстояния, а

также расстояния: D 4 = D 1 + D 2 ;

D 5 = D 3 + D 2 ; D 6 = D 1 + D 2 + D 3

В каждом результате измерений будет присутствовать постоянная поправка дальномера с i , поэтому можно записать: D i = D i / + c , где D i ‒ результат измере-

ний. Тогда можно записать систему уравнений:

D4 / + c = D1 / + D2 / + 2 c;

D5 / + c = D3 / + D2 / + 2 c;

D6 / + c = D1 / + D2 / + D3 / + 3 c

Откуда получают среднее значение постоянной прибора по формуле

с =

− (2D /

3D /

2D / ))

Этот способ может применяться при отсутствии компарированной рулетки и менее трудоемок.

Если К ≠ 100 и нельзя пренебрегать соответствующими погрешностями, то расстояния вычисляют при помощи инженерного калькулятора или исправляют поправками, которые выбирают из специально составленной таблички.

Точность нитяного дальномера . При помощи нитяного дальномера технических теодолитов в комплекте с нивелирной рейкой с сантиметровыми делениями расстояния измеряются с погрешностями, которые зависят от ряда факторов: точности учета коэффициента дальномера К и постоянной с ; вертикальности рейки; состояния приземного слоя воздуха (величины рефракционных колебаний изображения). При точном учете величин К и с , старательной работе и благоприятных по-

1/400 – 1/300). Однако при менее благоприятных условиях и недостаточной старательности наведения штрихов дальномера погрешности D значительно возрастают.

Рассмотренные погрешности нитяного дальномера учитываются в инструкциях по наземным крупномасштабным топографическим съемкам: расстояния от теодолита до рейки ограничивают до 80 – 100 м.

11.4. Определение неприступных расстояний тригонометрическими способами

Если между точками имеется препятствие (река, водоем, овраг и др.), превышающее длину механического мерного прибора (ленты), то при отсутствии достаточно точного оптического или электронного дальномера неприступное расстояние определяют различными тригонометрическими (косвенными) способами.

1 . Параллактическими называются косвенные способы определения расстояний, основанные на вычислении высоты сильно вытянутого равнобедренного треугольника (рис. 11.7, а ), в котором измеряется базис b и малый острый угол φ – параллактический угол. На местности закрепляют точки А и В определяемой линии, в точке А с помощью теодолита строят перпендикуляр (базис b ), концы которого С 1 и С 2 закрепляют на расстоянии b/2 от точки А . После измерения b и φ вычисляется искомое расстояние

АВ = d = (b / 2) ctg (φ /2).

Чтобы относительная погрешность результата d была не более 1/2000, угол φ должен быть не меньшим 8 – 10° и измеряться с погрешностью не более 10 – 15", а базис следует измерять с относительной погрешностью не грубее 1/4000 – 1/5000.

2 . Для отыскания длины d неприступного расстояния МN (рис. 11.7, б ) на местности вначале закрепляют и измеряют два базиса b 1 и b 2 , измеряют углы треуголь-

ников МК 1 N и МК 2 N – β1 , α 1 и β2 , α 2 . Вычисляют углы γ1 и γ2

по формулам γ1 =

180° – β1 – α 1 и γ2 = 180° – β2 – α 2 ,

а затем дважды вычисляют расстояние d :

d" = b 1 sin β1 / sin γ1 ;

d" = b 2 sin β2 / sin γ2 .

Расхождение величин d" и d" допускается до 1/1000 – 1/2000

от искомой длины

Рис 11.7. Косвенные способы определения расстояний

3 . Между точками Р и L (рис. 11.7 в ) находится препятствие, перекрывающее видимость вдоль линии РL . В этом случае выбирают точку Т с учетом хороших условий измерения линий РТ и ТL и после нахождения их горизонтальных проложений d 1 и d 2 и измерения горизонтального угла β вычисляют по теореме косинусов

РL = √ d 2 1 + d 2 2 − 2 d 1 d 2 cosβ .

Для контроля измерения и вычисления повторяют.

Рассмотренные способы прямого и косвенного определения расстояний трудоемки. В инженерно-геодезических работах для измерения расстояний широко применяются электронные дальномеры, работающие в оптическом (световом) диапазоне электромагнитных волн (светодальномеры).

11.5. Учет значимости погрешностей измерений углов и расстояний при обосновании точности геодезических работ

При производстве многих видов геодезических работ измеряют длины линий и горизонтальные углы между ними, при этом точности угловых и линейных измерений рационально выбирать под условием их приблизительно равного влияния на погрешности планового положения определяемых точек (равной значимости). В соответствии с данным условием определяют согласованную точность приборов и методов линейных и угловых измерений.

На рис. 11.8 показано, что погрешность d измерения линии d вызывает продольное перемещение точки В в положение В" , а погрешность Δβ измерения горизонтального угла приводит к поперечной линейной погрешности е и смещению точки в положение В ". По условию равной значимости линейная поперечная погрешность е должна быть равна по величине продольной линейной погрешности d . При этом соответствующая угловая погрешность вычисляется в радианах Δβрад

Рис. 11.8. Продольная d и поперечная е линейные погрешности определения точки В линейно-угловыми измерениями

В формуле (11.22) отношение d /d часто задается нормированной относительной погрешностью d /d = 1/Т измерения расстояния d , а горизонтальный угол Δβ выражается в градусах, минутах или секундах. Тогда угловые погрешности, отвечающие по условию равной значимости заданным относительным погрешностям 1/Т, будут соответственно равны

Исходя из формул (11.23) определяется также относительная погрешность 1/Т измерения линий при заданной допустимой погрешности Δβ измерения горизон-

Соотношения (11.23) и (11.24) учитываются при расчетах по обоснованию точности приборов, необходимых для выполнения линейных и угловых измерений при различных геодезических работа . В таблице 11.1 приведены соответствующие примеры.

Таблица 11.1.

Расчетное соответствие между точностью измерения линий и углов по условию равной значимости их погрешностей и примеры выбора средств линейных и угловых измерений

Величины погрешностей, средства измерений

погрешности,

средства измерений

Номер примера

Допустимая

погрешность

измерения линий 1/Т

Допустимая

грешность

Расчетные

ния углов, 2m β р

Средняя квадрати-

ческая погрешность

измерения углов,

m β р

Угломерные

теодолиты типа

Допустимая 2m β

средняя квадратич. m β

2m β = 1"

2m β = 1"

2m β = 30"

2m β = 10"

2m β = 4"

погрешности измерения

углов данным

m β = 0,5"

m β = 0,5"

m β = 15"

m β = 5"

m β = 2"

Соответствие

Мерные ленты. Техниче-

Светодальномеры. Высокоточные и точ-

их точности

ские теодолиты. Практи-

ные теодолиты. При погрешности свето-

равной значимости

чески соблюдается согла-

дальномера

3 мм на 150м

грешностей угловых и

сованная

точность угло-

и условие равной значимости не

линейных измерений

линейных

соблюдается, но светодальномеры эффек-

измерений

снижают трудоемкость измерения

расстояний

Как видно из таблицы 11.1, теоретическое равенство значимости погрешностей линейных и угловых измерений на практике может соблюдаться достаточно точно (для теодолитов и мерных лент) и не соблюдаться. На практике нет необходимости в непременном применении условия равной значимости рассматриваемых погрешностей при выборе приборов для измерения углов и линий. Например, при заданной точности угловых измерений в комплекте с теодолитами типа Т30 или Т15, для упрощения и ускорения измерения линий вместо мерных лент целесообразно применять недорогие светодальномеры (лазерные рулетки), обеспечивающие ускорение и упрощение работ по измерению расстояний. (см. примеры в таблице 11.1).

Оптические дальномеры используются для охоты, фотографии, оценки земельных участков и в других ситуациях, когда нужно точно определить расстояние до объекта - движущегося или неподвижного. В отличие от строительных дальномеров эти приборы имеют свои особенности и функционал. Статья поможет в них разобраться и определиться с выбором.

Принцип работы

Оптический дальномер представляет собой прибор с окуляром для наблюдения за объектом издалека. Встроенный лазер, работающий в инфракрасном диапазоне, посылает сигнал, чтобы определить расстояние до объекта. Для точности наведения в оптике имеются линии, располагающиеся в виде перекрестия по центру - как прицел. Значения измерений выводятся непосредственно в поле зрения окуляра. Предусмотрены также индикаторы работы и результатов - не нужно отрываться от слежения за объектом, чтобы увидеть полученные данные. Оптический дальномер позволяет безошибочно определять расстояние, чтобы, например, во время охоты можно было точно прицелиться и сделать меткий выстрел.

Дальность измерения

У любительских моделей максимальное значение может достигать 400 – 500 м . Этого вполне достаточно для охоты с небольших расстояний, а также работы в городских условиях на спортивных площадках. Если же дальномером предстоит пользоваться на большой территории, рациональнее выбрать модель с дальностью измерения 1000 м и более . Такие приборы относятся к профессиональному классу, и стоят они гораздо дороже.

Стоит отметить, что ближайшая точка фокусировки дальномера может находиться на расстоянии в 4 – 6 м. Поэтому, если предстоит работа на ближних дистанциях, нужно обратить внимание на минимальную величину рабочего диапазона.

Точность

Все модели дальномеров способны определять расстояние с некоторой погрешностью. Значения в 1,5 – 2 м не столь критичны в большинстве случаев, хотя есть более точные приборы с погрешностью не более 1 м.

Кратность увеличения и диаметр объектива

При выборе оптического дальномера обратите внимание на маркировку.

Например, в маркировке 7х24 цифра 7 означает кратность увеличения, то есть, наблюдаемый объект можно приблизить в 7 раз. Если нужно наблюдать за объектом на расстоянии не более 100 м, обычно достаточно прибора с кратностью 6 или 7. Когда расстояние может превышать 200 м, стоит отдать предпочтение моделям с кратностью 10 или 12. Имейте в виду: чем мощнее окуляр (чем больше его кратность), тем меньше поле обзора. Когда нет необходимости охватывать взглядом большую территорию, а важно хорошее приближение, лучше выбрать модель с кратностью до 10. Например, если дичь приманивается в конкретное место. Если требуется широкое поле обзора, например, предстоит просматривать берег реки или линию горизонта, лучше отдать предпочтение дальномерам с кратностью увеличения 4 – 7 и полем обзора в 110 – 122 м.

Вторая цифра в маркировке означает диаметр объектива - 24 мм. Чем крупнее объектив, тем больше он собирает света, а значит, дает лучшее изображение. Поэтому для работы на больших расстояниях и в сумерки лучше покупать дальномеры с крупным объективом диаметром не менее 50 мм.

Функционал

Функция измерения скорости предусмотрена для определения расстояния до движущегося объекта. Измерения могут проводиться в пределах до 300 км/ч. Это важно во время охоты, чтобы точно рассчитать выстрел.

Баллистический калькулятор информирует о необходимости корректировки прицела в зависимости от условий проведения измерений. Результаты с точностью до сантиметра выводятся выше или ниже точки прицела.

Функция выбора погодных условий поможет настроить прибор на работу во время дождя или тумана без риска искажения измерений.

С помощью опции изменения единиц измерения можно выбрать данные о расстоянии в метрах или ярдах, а скорости - в метрах в секунду и километрах в час.

Крепление на штатив сделает использование прибора более удобным, а измерения - максимально точными. При работе со штативом исключается дрожание рук, которые обычно приводят к некоторой погрешности при работе на больших расстояниях.

Работа от батарей

В большинстве моделей используются сменные элементы питания, например, CR2/3 V, а в некоторых - солнечные батареи, не требующие замены. Как правило, на одном заряде можно выполнить до 2000 измерений. Если батарейка сядет, прибор можно использовать только как оптический монокуляр. Полезной функцией будет автоотключение , когда дальномер неактивен в течение нескольких минут - это сэкономит заряд элемента питания.

Диапазон рабочих температур

От того, в какое время года предстоит использовать оптический дальномер, зависит выбор модели по рабочему температурному диапазону. Если эксплуатация будет и зимой, и летом, есть смысл приобрести оптический дальномер с широким диапазоном, например, от -20 до +50 °С.

Справочная статья, основанная на экспертном мнении автора.