3.4.2. Измерение расстояний с помощью приборов

Для измерения расстояний применяют дальномеры (квантовые, лазерные, двойного изображения и другие), теодолит, буссоль, мерную ленту.

Порядок измерения расстояний различными приборами изложен в Указаниях по работе на топогеодезических приборах ракетных войск и артиллерии Сухопутных войск и соответствующих Инструкциях по эксплуатации, а в данном учебнике дается краткое описание некоторых приборов и сущность измерения ими расстояний.

При измерениях расстояний квантовыми и лазерными дальномерами используют прямолинейность распространения ультракоротких электромагнитных волн и света, а также постоянство их скорости в воздушной среде при определенных условиях. Длина линии устанавливается по скорости распространения волн и времени их прохождения между крайними точками в прямом и обратном направлениях.

Точность измерения временного интервала составляет 10-12-10-10 секунды, что соответствует погрешности 3 мм при измерении длины линии в 100 м. Изменение идеальных условий несколько снижает точность измерений, но удовлетворяет требованиям любых топогеодезических работ.

Основными частями дальномеров являются источник сигнала, устройство для модуляции сигнала, передающая оптическая система, приемник и измеритель фаз. В качестве отражателя на конечной точке используется объект наблюдения или трипельпризменные уголковые отражатели.

Топографическим дальномером, применяемым в РВиА, является КТД-1. Подготовка дальномера КТД-1 к работе и измерение расстояний осуществляется в последовательности:

установка прибора над точкой наблюдения и проверка исходного положения переключателей: «ДАЛЬНОМЕР», «УГЛОМЕР», «СЕТКА» – выкл.; «УСИЛЕНИЕ», «ВЫБОР ЦЕЛИ» – 1; «МИНИМ.ДАЛЬНОСТЬ» – 95;

подключение кабелей и проверка напряжения (не менее 24,5 В);

горизонтирование прибора и наведение зрительной трубы в точку наблюдения;

проверка функционирования нажатием кнопок «КОНТРОЛЬ» и «ПУСК» и контролем отсчета 95±10%;

измерение расстояний включением «ДАЛЬНОМЕР» и «ПУСК».

Оптические дальномеры двойного изображения используют принцип отклонения визирного луча на некоторый параллактический угол с помощью специальной оптической призмы, чем создается база наблюдения.

Дальномеры, у которых рейка и прибор стоят в разных концах измеряемой линии, называют дальномерами с базой вне прибора (рисунок 3.13а) – ДДИ, ДДИ-3. Дальномеры, у которых база наблюдения создана на приборе, называют внутрибазными (рисунок 3.13б) – ДСП (дальномер саперный перископический).

Сущность измерения расстояний такими дальномерами сводится к расчету длины линии на основе отсчетов и коэффициентов. Снятие отсчетов производится при совмещении раздвоенного изображения в единое. При топогеодезической привязке элементов боевого порядка РВиА используют ДДИ при работе с теодолитом и ДДИ-3 при работе с буссолью.

Порядок работы при измерении расстояний с помощью ДДИ и ДДИ-3 следующий:

установить дальномер на прибор;

привести дальномерную рейку в рабочее положение;

навести дальномер на рейку и, совместив изображение концов рейки, измерить одинарный или двойной параллактический угол ;

рассчитать расстояние Д

, (3.10)

где К – коэффициент дальномера, который определяется в ходе выверки;

– двойной параллактический угол.

По сути дела зависимость (3.10) является преобразованной зависимостью (3.1).

Нитяный дальномер придается всем теодолитам. Он состоит из двух крайних горизонтальных штрихов сетки нитей зрительной трубы (рисунок 3.8б) и рейки с делениями, устанавливаемой в точке, до которой измеряется расстояние. На рейке нанесены сантиметровые деления.

Сущность измерения расстояний нитяным дальномером сводится к сопоставлению подобных треугольников (рисунок 3.14). На основе известных данных (фокусного расстояния и увеличения зрительной трубы) рассчитывается длина линии.

; ; , (3.11)

где Д – измеряемое расстояние;

f – фокусное расстояние;

b – база наблюдения, после увеличения зрительной трубы;

n – разность отсчетов по рейке в сантиметрах;

С – коэффициент дальномера.

Как правило, коэффициент дальномера С составляет 100. Тогда искомое расстояние равно Д = 100 ·n . Это означает, что расстояние до рейки в метрах равняется разнице отсчетов на рейке в сантиметрах.

Измерения по рейке производят при горизонтальном положении зрительной трубы, которое контролируют по уровню или отсчету вертикального круга.

При измерении расстояний с помощью буссоли используют специальную двухметровую рейку из комплекта прибора. Шкала для измерения расстояний приведена на рисунке 3.15. Совместив отдельный штрих горизонтальной или вертикальной шкалы с одним концом рейки, против другого конца считывают расстояние. Измеряемое расстояние интерполируют до единиц метров.

Ленты землемерные выпускают двух типов – ЛЗ и ЛЗШ (шкаловые) по 20, 24 и 50 м. Ленты наматывают на круги. Измерение расстояний лентами производится путем укладки ленты в створе линии.

При выполнении топогеодезических работ расстояния измеряют двумя-тремя приемами. Расхождения между приемами не должны превышать:

для квантового топографического дальномера КТД-1 – 3 м;

для дальномера саперного перископического ДСП-30 и перископической артиллерийской буссоли ПАБ-2А с дальномерной рейкой – 0,5 деления шкалы;

для теодолита с дальномерной рейкой – 1 м.

Расстояния с помощью дальномера двойного изображения ДДИ (ДДИ-3) определяют, выполняя 2-3 приема измерений параллактического угла β по маркам дальномерной рейки. Значения β в приемах не должны отличаться более чем на 0,20 для ДДИ или 0,30 для ДДИ-3 деления дальномерной шкалы.

Точность измерения расстояний приведена в таблице 3.8.

Наиболее эффективным средством по точности, пределам и времени измерения расстояний является квантовый (лазерный) дальномер.

Использование дальномерных реек ограничено дальностью видимости закрепленных на них марок и нанесенных шкал. Кроме того, затрачивается много времени на перемещение (доставку) рейки на точку, расстояние до которой измеряется.

Таблица 3.8 – Точность измерения расстояния

При отсутствии квантового (лазерного) дальномера расстояние до точки, находящейся на значительном удалении, или при невозможности установки на ней дальномерной рейки (находится за непреодолимым препятствием, видна только верхняя часть объекта и в других случаях) может быть измерено засечкой с помощью базы.

Измерение расстояния засечкой с помощью базы заключается в измерении самой базы и горизонтального угла β на ее конце (рисунок 3.16).

Искомое расстояние определяют с помощью номограммы инструментального хода, таблицы (приложение Г) или по формуле:

. (3.12)

Порядок работы с номограммой инструментального хода дан в Инструкции по ее использованию.

Таблица (приложение Г) рассчитана для базы, равной 100 м. Входом в таблицу является угол β. Если длина базы отличается от 100 м, то дальность, определенную по таблице, умножают на коэффициент К = 0,01 Б.

Пример. Определить расстояние до точки, если β = 12-43, Б = 50 м.

Решение

а) по зависимости

β = 12-43 = 74,58˚; = 181 м

б) по таблице

1. Пользуясь таблицей (приложение Г), определяем расстояние для базы, равной 100 м., при β = 12-43. Оно равно 362 м;

2. Определяем искомое расстояние Д = 0,01 ∙ 50 ∙ 362 = 181 м.

Если измерение расстояний производится на скатах, их значения приводят к горизонту, то есть определяется горизонтальное проложение измеренных отрезков. При выполнении топогеодезических работ в ракетных войсках и артиллерии горизонтальное проложение измеренных расстояний часто называют горизонтальной дальностью. Расстояния, определенные засечкой с помощью базы, (в том числе и длина базы) к горизонту не приводятся. Минимальная величина крутизны ската или измеренного угла наклона ν, при которой осуществляют приведение расстояний к горизонту, зависит от вида выполняемых топогеодезических работ. Данные величины будут указаны в 9.2, когда будет дано понятие видов топогеодезических работ.

Приведение измеренного расстояния к горизонту (определение горизонтальной дальности) осуществляется по формуле:

d = Д ∙ sin(90˚ – ν) или d = Д ∙ sin(15-00 – ν), (3.13)

где d – горизонтальная дальность;

Д – измеренное расстояние (наклонная дальность);

ν – измеренный на местности (определенный по карте) угол наклона.

Пример. Привести измеренное расстояние (наклонную дальность), равное 2650 м, к горизонту, если угол наклона равен 1-80.

Решение

d = 2650 ∙ sin(15-00 – 1-80) = 2650 ∙ sin13-20 = 2650 ∙ sin79,2˚ = 2650 ∙ 0,982 = 2602 м.

Горизонтальная дальность всегда будет меньше измеренного расстояния и для ее определения можно также использовать зависимость:

d = Д – ΔД , (3.14)

где ΔД – поправка в расстояние за наклон местности на приведение его

к горизонту.

Для определения поправки ΔД используется таблица 3.9.

Порядок использования таблицы 3.9 рассмотрим в условиях предыдущего примера, то есть когда угол наклона равен 1-80, а измеренное расстояние – 2650 м.

Поправка в расстояние в данном примере первоначально находится отдельно для расстояния 2000 м, отдельно для расстояния 600 м и отдельно для расстояния 50 м, а затем полученные величины суммируются. В таблице нет входа для расстояния, равного 2000 м, поэтому поправка определяется для расстояния в 200 м, а затем ее значение увеличивается в 10 раз. Таким образом, для расстояния 2000 м получаем поправку, равную 35 м. Для 600 м поправка в расстояние равна 10,6 м. Для расстояния, равного 50 м, поправка определяется интерполированием, и равна 0,9 м. Суммарная поправка равна 46,5 или округленно 47 м. Отсюда следует, что горизонтальная дальность равна 2650 – 47 = 2603 м. Различие в результатах (2602 и 2603 м соответственно) является следствием округлений.

Таблица 3.9 – Поправки в расстояния за наклон местности на приведение их к горизонту

При измерении наклонных расстояний с помощью нитяного дальномера приведение длин линий к горизонту осуществляется несколько по другому. Так как рейка, установленная в точке отсчета, в этом случае не перпендикулярна к линии наблюдения, то горизонтальное проложение рассчитывают по формуле

. (3.15)