Измерение расстояний дальномерами

Принцип действия и классификация оптических дальномеров.Дальномерное измерение расстояний в геометрическом отношении основано на вычислении высоты S равнобедренного треугольника (рис. 43) по формуле

где b — база, β —параллактический угол.

Одна из величин, bили β, обычно является постоянной, другая — переменной (измеряемой). В зависимости от этого различают оптические дальномеры с постоянной базой или с постоянным углом. По конструктивным особенностям их подразделяют на нитяные и двойного изображения.

Измерение расстояния нитяным дальномером.Зрительные трубы современных геодезических приборов (теодолитов, нивелиров и др.) являются одновременно и нитяными дальномерами с постоянным параллактическим углом (рис. 44). Переменная база — дальномерная рейка, устанавливаемая на точке, до которой требуется измерить расстояние. На сетке нитей трубы (см. рис. 44 и 56) через точки ти l прочерчены горизонтальные штрихи, являющиеся дальномерными нитями. Лучи света, идущие от точек ти l, пересекаются в главном фокусе F объектива и попадают соответственно в точки MhL рейки, отсекая на ней отрезок п. Из подобия треугольников MFL и m₁Fl₁ вытекает соотношение S₁/f = n/p; из него следует S₁ = nf/p. Отношение фокусного расстояния f объектива к расстоянию p между дальномерными нитями сетки — величина постоянная для данного прибора, это — коэффициент дальномера k. Следовательно, S₁=kn. При изготовлении нитяного дальномера подбирают k=100, что возможно, например, при f = 200 мм и р=2 мм. Как видно из рис. 44, все измеряемое расстояние S = S₁+ с, где с= = f + δ. Трубы геодезических приборов конструируют так, чтобы с было близкимнулю. Поэтому

Нитяным дальномером удобно измерять расстояние по рейке с сантиметровыми делениями, так как отсчетпо такой рейке в сантиметрах равен расстоянию между прибором и рейкой в метрах.

Приведение к горизонту расстояния, измеренного нитяным дальномером.На наклонной местности (рис. 45) дальномером определяют длину луча IR и угол ν его наклона к горизонту. Если бы при этих измерениях рейку можно было установить перпендикулярно линии визирования, то для вычисления горизонтального расстояния применили бы формулу S = D cos ν, в которой D = kn'. Ho в точке В рейку ставят отвесно и отсчитывают на ней отрезок n между точками пересечения рейки с проекциями дальномерных нитей. Вполне очевидно, что в треугольнике MRM' угол R = ν, а угол М'≈90°. Поэтому п'/2 = ncos ν/2 или n' = n cos ν, а наклонное расстояние D = kn' = kn cos ν. Следовательно, S = kn cos ν cos ν =<kn cos² ν. Полагая, что kn≈D, находим

Горизонтальное проложение S по (28) вычисляют при помощи тахеометрических таблиц.

Формулу для вычисления поправки в наклонное расстояние, измеренное нитяным дальномером, находим следующим образом:

Точность измерения расстояния нитяным дальномером.Вследствие неодинакового преломления в атмосфере верхнего и нижнего лучей возникают значительные ошибки определения расстояния, особенно в жаркие дни. В такие дни можно измерять линии небольшой протяженности (100—150 м) и использовать при отсчетах верхнюю часть рейки. Кроме того, причинами ошибок служат неодновременность снятия отсчетов по дальномерным нитям, отклонения рейки от вертикального положения и др. Относительная погрешность определения расстояния нитяным дальномером при благоприятных условиях составляет 1 : 300—1 : 400 при длине до 200—250 м, а при неблагоприятных условиях может достигать 1 :100.

Понятие о дальномерах двойного изображения. Дальномеры двойного изображения конструктивно оформляют в виде самостоятельных приборов (Д-2) или насадок на зрительную трубу теодолита (ДНР-5 и ДН-8).

Редукционный дальномер ДНР-5 с постоянным параллактическим углом автоматически редуцирует (приводит к горизонту) наклонные расстояния. Дальномеры Д-2 и ДН-8 с постоянной базой в виде горизонтальной рейки измеряют с высокой точностью параллактические углы.

У дальномеров двойного изображения с постоянным параллактическим углом; половину объективна трубы теодолита (рис. 46, а) закрывают оптическим клином, отклоняющим визирный луч на угол β = 34,4'. Коэффициент такого дальномера ctg β = = 100. Луч света, идущий от центра сетки нитей т через открытую часть объектива, пересекает рейку в точке M, а тот же луч, идущий через клин, отклоняется им от прямолинейного направления в точку M₁. Наблюдатель видит одновременно две части рейки, смещенные по высоте на величину п. Определив величину этого смещения, находят расстояние от вертикальной оси прибора до рейки по формуле

Обычно рейки оцифровывают так, что величина с автоматически прибавляется к отсчету. Величину смещения изображения η определяют разными способами, например помещением на даль-номерную рейку нониуса (см. рис. 46, б). Перемещая трубу в вертикальной плоскости, добиваются точного совмещения одного из штрихов нониуса со штрихом основной шкалы рейки. Тогда отсчет по рейке (см. рис. 46, в) составляют: из целого числа делений рейки, прочитанных против нуля нониуса (на рисунке он обозначен треугольником); десятых долей рейки, определенных по номеру совмещенного штриха нониуса; сотых и тысячных долей деления рейки, прочитанных на нониусе по горизонтальной нити сетки. Погрешность определения расстояния дальномером двойного изображения меньше, чем нитяным дальномером, в несколько раз и не превышает 1:2 000—1:1000 расстояния.

Светодальномеры. Расстояния этими приборами определяют по времени распространения электромагнитных колебаний вдоль измеряемой линии; ее длину вычисляют по формуле S=τυ/2, где τ — время прохождения электромагнитных волн от источника их излучения к отражателю и обратно; υ — скорость электромагнитных волн в воздухе во время измерений.

Светодальномеры бывают импульсные и фазовые. При работе с импульсными измеряют время движения импульсного сигнала, моменты излучения и приема которого отмечаются с большими погрешностями. При помощи фазовых светодальномеров расстояние S определяют с высокой точностью по формуле 5 = λ(N+Δ)/2, где λ — излучаемая длина электромагнитных волн; N— число волн, укладывающееся на отрезке измеряемого расстояния; Δ — дробная часть целого числа волн, находимая с точностью до 1 : 1 000—1 : 1 500 от периода колебания.

Светодальномер состоит из приемопередатчика, устанавливаемого на одном конце линии, и отражателя — на другом. Приемопередатчик излучает электромагнитные волны в направлении отражателя и принимает отраженные им волны, измеряя время их распространения. Малые топографические светодальномеры показывают величину измеряемого расстояния в метрах непосредственно на табло прибора.

Светодальномер СМ-5 имеет диапазон измеряемых расстояний при использовании отражателя с одной призмой от 2 до 300 м, а с тремя призмами до 500 м. При благоприятных условиях дальность действия увеличивается до 700 м. При измерении используются два метода: фазовый в режиме «точно» и импульсный в режиме «грубо». Во время работы приемопередатчик устанавливают на съемной подставке или крепят к теодолиту серии 2Т. При работе с теодолитом светодальномер используют для крупномасштабной топографической съемки. Средняя квадратическая погрешность измерения расстояния одним приемом составляет 20— 30 мм.

Светодальномер «Блеск» ЗСМ-2 также может устанавливаться на теодолиты серии 2Т для одновременного измерения углов и расстояний. Он превосходит СМ-5 по точности, дальности, степени автоматизации и имеет минимальные габариты и массу. Использован импульсный метод измерения расстояний с преобразованием временного интервала. Отражатель с одной призмой позволяет измерить расстояние от 0 до 500 м, а семипризменный — от 0 до 3 500 м. При благоприятных внешних условиях дальность действия D увеличивается до 5 000 м. Средняя квадратическая погрешность измеряемого расстояния одним приемом составляет не более (10+5· 10^-6 D) мм. Оба светодальномера имеют одинаковые максимальные углы наклона приемопередатчика, равные ±20°.

В 1985 г. успешно прошел испытания светодальномер СП-2 «Топаз». Он предназначен для измерения расстояний при инженерно-геодезических работах и в строительстве. Прибор обеспечивает высокий уровень автоматизации процесса измерения на расстоянии до 1 000 м. При хорошей видимости дальность действия составляет 3 000 м. Используется импульсный способ измерения расстояний. Приемная и передающая оптическая системы совмещены. Зрительная труба имеет прямое изображение. Прибор снабжен оптическим центриром с цилиндрическим уровнем. Наклон измеряемых линий ±25°. Средняя квадратическая погрешность измерения расстояний равна (2+3·10^-6 D) мм.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какими приборами и способами измеряют расстояние при лесной съемке? 2. Что такое компарирование ленты и как его выполняют? 3. Как измеряют длину линий лентой? 4. Для чего и как приводят к горизонту расстояния, измеренные лентой? 5. Как определяют на наклонной местности длину 100-метрового пикета? 6. Как измеряют расстояния при помощи нитяного дальномера? 7. Почему дальномером двойного изображения расстояние измеряется точнее, чем нитяным дальномером? 8. Расскажите об особенностях работы светодальномеров.