Измерение длин линий лентами и рулетками

Для измерения длин линий с заданной точностью необходимо мерный прибор укладывать по створу измеряемой линии. Створ - это линия пересечения местности с вертикальной плоскостью, проходящей через концы отрезка данной линии. При измерении длин линий мерными приборами типа лент, рулеток и проволок, необходимо закрепить створ линии местности через интервалы не более 100 - 200 м в равнинной и 20 - 100 м на пересеченной местности. Этот процесс называется вешением линии.

Веха - деревянный шест длиной 2 - 2.5 м и толщиной 3.5 - 4 см, раскрашенный полосками красного и белого цвета. В нижней части вехи - заострение, окованное железом для втыкания в землю.

Концы линий, подлежащих измерению, закрепляют на местности.

Способ закрепления зависит от того, какое время линия должна быть сохранена на местности. Если линию требуется сохранять небольшой период времени, то концы закрепляют колышками с установленными рядом сторожками. Центр обозначается вбитым гвоздем. При необходимости длительного сохранения линий, их концы закрепляют деревянными столбами, железобетонными монолитами, рельсами, которые закладываются в заранее пробуренные скважины.

Вешение линий выполняется либо на глаз, либо с помощью зрительной трубы теодолита.

Землемерные ленты и рулетки - наиболее широко распространенные мерные приборы. Ленты выпускаются 2-х типов:

1. Штриховые ЛЗ20, ЛЗ24, ЛЗ50 (рис. 3.1), соответственно номинальной длиной 20, 24 и 50 м. Изготавливаются ленты из стальной полосы шириной 10-20 мм и толщиной 0.4-0.5 мм. На концах лент имеются ручки. Ленты наматываются на специальные железные кольца (рис. 3.1. б).

а) б) в)

Рис. 3.1. Штриховая лента ЛЗ20. а) – вырез для шпилек на конце ленты; б) – кольцо с намотанной лентой; в) - набор шпилек.

Ленты типа ЛЗ имеют вблизи концов вырезы для шпилек (рис. 3.1 а). Каждый метр на ленте отмечен металлической оцифрованной пластиной (шайбой), полуметры обозначены заклепками, а дециметры - отверстиями по центру ленты. Сантиметры берутся на глаз. У концов ленты по центру вырезов для шпилек имеются штрихи. Расстояние между штрихами есть длина ленты. Точность измерения расстояний лентой ЛЗ - до 1:2000.

2. Ленты шкалового типа ЛЗШ (рис. 3.2) имеют вместо штрихов на концах шкалы с сантиметровыми и миллиметровыми делениями.

Рис. 3.2. Шкаловая лента.

Для повышения точности измерений лентами их снабжают дополнительным оборудованием: пружинными динамометрами, иглами, термометрами и т.п. При этом точность измерения расстояний может быть повышена до 1:5000.

Рулетки наиболее часто используются в строительной практике.

Рулетки бывают:

1. Тесьмяные – РТ (рис. 3.3), длиной до 20 м - применяются для измерения небольших расстояний;

Рис. 3.3. Тесьмяная рулетка длиной 20 м.

2. Стальные. Выпускаются с крестовинами (РК), длиной 30, 50, 75 и 100 м и рулетки на вилке (РВ) длиной 20, 30 и 50 м. Цена деления рулеток обычно 1 мм на первых дециметрах от концов и 10 мм на остальной части. Для натягивания рулеток с нормативным усилием Р = 10 кг применяются пружинные динамометры. Точность измерения расстояний рулетками та же, что и лентами.

Кроме лент и рулеток для измерения расстояний с невысокой точностью, но на большой длине (например, при паспортизации дорог), применяются стальные мерные тросы длиной 50 и 100 м.

Для выполнения особо точных измерений применяются базисные приборы из инварной проволоки БП1, БП2, БП3, они обеспечивают точность измерений от 1:100 000 до 1:750 000.

Перед измерением расстояний лентами и рулетками их рабочую длину сопоставляют с эталонной (контрольной), которая известна с высокой точностью. Такое сравнение называется компарированием и производится оно на специальных устройствах, называемых компараторами.

Измерение линий лентой ЛЗ заключается в последовательном ее укладывании в створе измеряемой линии. Длина линии обычно не кратна длине ленты и всегда остается остаток, который измеряется от последней шпильки до точки конца линии по метровым и дециметровым делениям. Измерение линии лентой выполняется дважды - в прямом и обратном направлениях - для контроля (D_пр, D_обр). Если разность

abs(D_пр - D_обр) ≤ (D_пр + D_обр)/2000,

то принимают D=(D_пр + D_обр)/2.

При измерении длин линий рулетками конечные их штрихи фиксируются не шпильками, а тонкими гвоздями, вбиваемыми в землю, асфальт, дерево и т.п. или (на твердых покрытиях) - прочерчиванием мелом, краской или кернением.

Измерение длин линий шкаловыми лентами производится по кольям, вбиваемым в грунт под шкалами. При этом обеспечивается с помощью динамометра нормативное натяжение ленты Р =10 кг. Концы отрезков линии на кольях фиксируют булавками и производят отсчеты по задней З и передней П шкалам. Потом ленту слегка сдвигают и вновь делают отсчеты. правильность отсчетов контролируется разностью П-З, которая должна быть постоянна.

Для составления планов и карт и выполнения соответствующих расчетов необходимо знать не наклонную длину линии, а ее горизонтальное проложение d (рис. 3.4).Т.е. надо ввести поправку за наклон линии к горизонту. Она вводится обычно при V > 2⁰. Тогда d=DcosV. Если измерен не угол V, а превышение h, то ΔD = h² /2D.

Рис. 3.4. Поправка за наклон линии.

Оптические дальномеры

По конструктивным решениям оптические дальномеры подразделяются на нитяной и двойного изображения. Принцип измерения расстояний оптическим дальномером основан на решении прямоугольных либо равнобедренных треугольников, которые образуются между глазом наблюдателя и базисом дальномера (рейкой). Схема (вне зависимости от конструкции) представлена на рис. 3.5. На этом рисунке угол β весьма мал и называется параллактическим углом, а противоположная ему сторона b есть базис дальномера. Расстояние определяется по формуле D = (b/2)ctg(β/2) или D=kb, где k=(1/2) ctg(β/2) - коэффициент дальномера.

Рис. 3.5. Принцип действия оптического дальномера.

Оптические дальномеры бывают с постоянным β и переменным b, постоянным b и переменным β, либо с переменными b и β.

Нитяной дальномер - наиболее распространенный оптический дальномер с постоянным β и переменным b. Встроен практически во все зрительные трубы геодезических приборов. Это собственно два горизонтальных штриха сетки нитей. В качестве базиса используется рейка с сантиметровыми делениями. Дальномер и рейка располагаются на концах измеряемой линии. Могут быть два случая измерения расстояния нитяным дальномером:

1. Визирная ось трубы перпендикулярна вертикальной оси рейки (рис. 3.6). Лучи от глаза наблюдателя через окуляр, сетку нитей, объектив, проходят через фокус эквивалентной линзы объектива F и отсекают на рейке n делений в см. Из подобия треугольников FMT и Fm₁t₁ имеем: d₁/n=f/P; d₁ = (f/P)n, из рисунка следует, что D = d₁+f+δ, где f - фокусное расстояние объектива, δ - расстояние от объектива до оси вращения прибора. Обозначив K=f/P и C=f + δ, получим D=Kn+C, где К называется коэффициентом дальномера, С - постоянная дальномера, весьма малая в современных зрительных трубах величина, поэтому ею пренебрегают, тогда имеем основную формулу нитяного оптического дальномера D=Kn. Причем обычно К=100. Следовательно, разность отсчетов по рейке n в сантиметрах дает сразу расстояние от прибора до рейки в метрах.

Рис. 3.6. Измерение расстояний оптическим дальномером с

горизонтальным визирным лучом.

2. Визирная ось трубы не перпендикулярна вертикальной оси рейки (рис. 3.7). На рис. 3.7 V - угол наклона визирной оси к горизонту; n-разность отсчетов по вертикальной рейке n' - то же для рейки, перпендикулярной визирной оси, то есть наклонной к горизонту.

Тогда имеем d =(D + C)cosV. После ряда преобразований можно получить d = Kn+C-(Kn+C)sin²V или d = D-ΔD, причем с ростом V величина ΔD увеличивается. Другая формула:

d = Dcos²V.

Рис. 3.7. Измерение расстояний наклонным визирным лучом.

Точность измерения расстояний нитяным дальномером зависит от точности отсчетов по рейке, влияния вертикальной рефракции и параллакса сетки нитей. Она составляет от 1/200 до 1/400. Предельное расстояние, измеряемое нитяным дальномером, составляет 300 м.