1.3. Приборы для измерения длин линий

В настоящее время в геодезии для измерения длин линий применяется два вида приборов: механические и физико-оптические [5]. В качестве механических мерных приборов можно рассматривать линейные меры разной длины, изготовленные из различных материалов (металлические, фиберглассовые, тесмяные) в виде проволок, лент, рулеток. Измерения с их помощью выполняются так называемым «прямым» методом, т.е. путем последовательного уложения мерного прибора в створ измеряемой линии.

Измерения могут проводиться либо по поверхности земли, либо над ней, когда мерный прибор (обычно проволоки) подвешивается между специальными штативами. В обоих случаях вместо прямой между концами линии измеряют ломаную.

Результатом измерения является сумма целых уложений с остатком или домером − малым отрезком линии, длина которого меньше длины мерного прибора.

В соответствии с ГОСТ 7502-98 в нашей стране выпускаются рулетки с номинальной длиной 1, 2, 3, 5, 10, 20, 30, 50 и 100 м (рисунок 1.3). ГОСТ предусматривает выпуск рулеток как со смещенным от торца шкалы началом, так и с совпадающим с ним началом шкалы. На шкалах рулеток наносятся метровые, дециметровые, сантиметровые и миллиметровые интервалы. По точности нанесения делений изготавливают рулетки 2-го и 3-го класса. Класс точности определяет допустимое отклонение действительной длины интервала шкалы от номинального значения в миллиметрах. В обозначении отечественных рулеток после буквы «Р» указывается длина в метрах, материал изготовления, класс точности и конструктивные особенности вытяжного конца полотна.

Согласно ГОСТ 7502-98 рулетки должны сохранять работоспособность при температуре от -40°С до +50°С и относительной влажности 98% при +20°С. Ресурс рулетки определяется в зависимости от материала количеством циклов измерений. Цикл состоит из разматывания на полную длину, натяжения, отсчитывания и сматывания полотна рулетки. Например, для рулеток из нержавеющей стали средний ресурс составляет 2000 циклов, для рулеток из углеродистой стали – 1500.

В зависимости от технических характеристик рулеток в строительной практике их используют для измерения линий, поэтажной передачи отметок, разбивочных и обмерных работ, исполнительных съемок.

За рубежом выпускаются рулетки разной длины с полотном из различных материалов: стальные (с травлеными делениями – из углеродистой и нержавеющей стали, просто крашеные и крашеные с пластиковым покрытием), фиберглассовые с капроновым кордом.

Для измерения участков дорог, железнодорожных путей и лесных угодий используют так называемые дорожные колеса (курвиметры) (рисунок 1.4). Они позволяют сравнительно быстро, но с невысокой точностью (от 0,1-0,2% до 1%) определять большие расстояния (от не скольких сотен метров, до нескольких километров). В процессе измерений мерное колесо прокатывается по всей длине измеряемой линии, а отсчеты берутся по установленному на оси колеса счетчику для механических колес, либо на рукоятке для электронных колес.

а)                                 б)                              в)

Рисунок 1.3 – Стальные рулетки:

а – на крестовине; б – на вилке; в – в закрытом корпусе

     а)                                       б)

Рисунок 1.4 – Дорожные колеса: а – механическое; б – электронное

В качестве физико-оптических приборов для измерения расстояний в геодезии используются так называемые дальномеры − оптические и электронные.

Оптический дальномер – это оптико-механическое устройство, принцип действия которого основан на решении равнобедренного треугольника, образованного базисом b и малым (параллактическим) углом φ. Определяемое расстояние S находят по формуле

В оптических дальномерах одна из величин фиксируется, а другая измеряется. Конструктивно оптические дальномеры представляют собой самостоятельный прибор, насадку на объектив зрительной трубы, встроенный узел или отдельный элемент зрительной трубы [5].

В настоящее время самый простой и распространенный вид оптических дальномеров – нитяной дальномер (рисунок 1.5). Это дальномер с постоянным параллактическим углом, выполненный в виде двух симметрично расположенных горизонтальных штрихов сетки нитей, установленной в зрительной трубе прибора (теодолита, нивелира, тахеометра). При измерениях расстояний базисом обычно служит нивелирная рейка с сантиметровыми делениями. Относительная ошибка измерения расстояний до 200-300 м по нитяному дальномеру составляет 1/100-1/200. Основные преимущества, которые дает его использование – быстрота и простота измерений.

Рисунок 1.5 – Нитяной дальномер

Рисунок 1.6 – Светодальномеры и отражатели

Электронными дальномерами в геодезии принято называть светодальномеры – приборы, действие которых основано на измерении временнóго интервала, в течение которого свет дважды проходит измеряемое расстояние в прямом и обратном направлении (рисунок 1.6). Различают импульсные и фазовые светодальномеры. В импульсных светодальномерах временной интервал распространения светового сигнала измеряется непосредственно, а в фазовых – через разность фаз модуляции светового луча. Приборы работают как по специальным отражателям (трипель-призмам, зеркально-линзовым, сферическим), так и по диффузно отражающим поверхностям (в безотражательном режиме).

Видео 1.13 − Светодальномеры:  https://youtu.be/9N06KyCbNmU

Видеофильм 14 мин. 46 сек.

Рисунок 1.7 – Лазерные рулетки

Замена в дальномерах обычных источников света на лазеры заметно снизила их габариты и массу, увеличила дальность действия и повысила точность измерений. Светодальномеры позволяют измерять расстояния от нескольких метров до нескольких десятков километров с относительной погрешностью от 1/5000 до 1/1000000.

В настоящее время светодальномеры в виде самостоятельных приборов выпускаются малыми партиями и применяются для решения типовых инженерно-геодезических задач достаточно редко. Массовое распространение светодальномеры нашли в конструкции электронных тахеометров [1, 2, п. 8.2] как часть прибора, встроенная в зрительную трубу.

В практике выполнения инженерно-геодезических работ применяются так называемые «ручные» фазовые дальномеры, или лазерные рулетки (рисунок 1.7). Их используют для измерения расстояний внутри помещений и на местности. Большинство лазерных дальномеров имеют небольшие размеры и умещаются в руке.

Лазерный дальномер снабжен микропроцессором, который позволяет решать простейшие геометрические задачи (например, вычислить периметр, площадь, высоту объекта). Лазерные дальномеры могут быть оснащены уровнем и визиром. При помощи специального адаптера дальномер можно устанавливать на теодолиты или штатив.