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

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.

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 № по пор. Прибор Пределы измерения, м Срединная (отно­сительная сре­динная) ошибка измерения 1 Квантовый топографический дальномер КТД-1 100–10000 1,2 м 2 Квантовый (лазерный) артиллерийский дальномер 100–10000 10 м 3 Дальномер саперный перископический ДСП-30: по местным предметам 50–250 5 м по дальномерным вешкам 250–1000 10 м 4 Дальномер двойного изображения ДДИ 50–800 1:800 5 Дальномер двойного изображения ДДИ-3 50–400 1:500 6 Теодолит с дальномерной рейкой 50–300 1:300–1:400 7 Буссоль ПАБ-2А с дальномерной двухметровой рейкой 50–200 1:100–1:150 8 Засечка с помощью базы: теодолитом 50–2000 1:600-1:700 буссолью ПАБ-2А 50–2000 1:150-1:300 9 Мерная лента — 1:1000-1:3000

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:

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.

а) по зависимости

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.

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:

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

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.

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