5. Вимірювання відстаней до недоступної точки

У процесі вимірювання відстаней землемірною стрічкою або рулеткою нерідко випадає долати яри, річки, суцільні чагарники, болота та інші перешкоди. Визначення недоступних відстаней здійснюється розв’язанням задачі. З відомої точки промірюють лінії вліво і вправо від неї; ці сторони називають базисами; вимірюють також кути, утворені цими сторонами і лініями-напрямами на невідому точку. Базиси по можливості вибирають на рівній місцевості з таким розрахунком, щоб протилежні кути були не менші за 30м і не більші за 150м. Довжину шуканої сторони обчислюють за теоремою синусів. Із двох значень (двох трикутників) беруть середнє арифметичне.

Визначення відстані до недоступної точки

Завдання.

Н а лінії АВ нахо­диться непрохідне боло­то. В результаті теодолітного знімання α₁=74^°03'; β₁= 49°38'; α₂ =72°54'; β₂=52°47'. При цьому горизонтальні проляган­ня ліній становили:b₁= 43,68 м; b₂ =40,80 м.

Визначити горизонтальне пролягання лінії АВ.

Розв'язання.

1. Обчислюємо горизонтальні кути при точці В:

γ₁ = 180°00' - (α₁ + β₁) = 56°19'

γ₂ = 180°00' - (α₂ + β₂) = 54°19'

2.Визначаємо S, як величину горизонтального пролягання лінії АВ. Із трикутника АВС:

S₁ = b₁·sinβ₁/sinγ₁ = 43.68·sin49°38'/ sin56°19' = 39,99м

S₂ = b₂·sinβ₂/sinγ₂ = 40,80·sin52°47'/ sin54°19' = 40,00м

Горизонтальне пролягання S дорівнює середньому з двох обчислених значень:

S = (S₁ + S₂)/2 = 40,00м

Відповідь: горизонтальне пролягання лінії АВ становить 40,00м.

6. Вимірювання відстаней далекомірами

При безпосередніх вимірюваннях довжин ліній на місцевості їх точність не завжди висока, а саме вимірювання вимагає значних зусиль і затрат часу.

Дуже часто використовуються опосередковані вимірювання довжин за допомогою далекомірів (віддалемірів), які поділяються на оптичні та електромагнітні (електронні).

Для лінійних вимірювань використовуються світло - та радіодалекоміри (світло - й радіовіддалеміри). Принцип вимірювання відстаней базується на визначенні часу t, за який електромагнітні коливання (світло - чи радіохвилі) проходять відстань S від прийомопередавача a до предмета b і назад.

Є два основних методи вимірювання часу поширення електромагнітних хвиль: імпульсивний та фазовий. У геодезичних віддалемірах проміжок часу визначають головним чином фазовим методом, що базується на вимірюванні різниці фаз випромінюваних і тих, що приймаються, електромагнітних коливань. У таких віддалемірах  час t визначають за кількістю модульованих хвиль. які укладаються в подвійній вимірюваній відстані 2S.

Оскільки для однієї і тієї ж частоти модуляції можна визначити тільки величину ∆N, а число фазових циклів N залишається невідомим, то рівняння для визначення відстані не має означеного розв’язку. Використовуючи результати вимірювань величини ∆N кількох зростаючих та зменшуваних часток модуляції, розв’язують систему рівнянь, з якої отримують значення S. В сучасних світловіддалемірах ця задача розв’язується електронним пристроєм приладу.

Світловіддалеміри постійно вдосконалюються, тому вони все більше витісняють надто громіздкі, трудомісткі та недостатньо точні механічні засоби вимірювання відстаней.

У практиці топографічного виробництва використовуються віддалеміри (далекоміри) 2СМ-2, СМ-3, СМ-5. Так, СМ-3 дає можливість вимірювати відстані від 2 до 1600 м із середньою квадратичною помилкою 2-5 см і при кутах нахилу до 20°. Він зручний для простих, швидких та точних вимірювань. Працює такий віддалемір на напівпровідниковому арсенід-галлієвому світлоїдному лазерові в інфрачервоній зоні спектру. Два кутникові відбивачі віддалеміра мають крім вхідної три дзеркальні грані, з’єднані одна з одною під прямим кутом, що забезпечує зворотне відбивання світла, навіть коли падаючі промені відхиляються на 20°–30°. Результати вимірювань фіксуються на електронно-цифровому табло. СМ-3 має високий рівень автоматизації, просте управління і малі похибки.

Точність віддалемірів характеризуються середньою квадратичною похибкою вимірювань, яку визначають на спеціальних контрольних базисах – лініях, довжини яких відомі.

На якість роботи світловіддалемірів істотно впливають атмосферні умови. Цих недоліків практично не мають радіовіддалеміри – електронні віддалеміри, що працюють в діапазоні радіохвиль на відстані до 150 км. Працюють вони у будь-яку погоду (окрім дуже сильного дощу), у будь-яку пору дня.

Принципи роботи радіо- та світловіддалемірів аналогічні. Одночасно дві радіостанції в двох точках, що дає можливість вимірювати відстані як в прямому, так і в зворотному напрямі. Точність їх надзвичайно висока. В діапазоні радіохвиль діаграми спрямованості антен, що передають і приймають сигнали, значно ширші, ніж у видимому та інфрачервоному діапазонах, внаслідок чого на приймальну антену потрапляє багато сигналів, відбитих від сторонніх предметів – шумів. Для забезпечення стійкого порівняння випромінюваних і відбитих сигналів застосовують принцип активного перевипромінювання сигналів. Випромінювальну радіостанцію називають ведучою, а перевипромінювальну – веденою. Ведуча і ведена радіостанції взаємопов’язані. Під час роботи зручно, коли у комплекті радіовіддалеміри є не менш як дві ведені станції. що дозволяє з однієї точки стояння виміряти послідовно дві відстані і більше. У топографічному виробництві радіодалекоміри застосовуються для знімання шельфу, великих водоймищ та озер.

Принцип вимірювання відстаней оптичними віддалемірами базується на визначенні висоти S рівнобедреного трикутника АBC за відомою стороною AB й проти лежачим кутом β. Одна із величин – L – є постійною. Розрізняють далекоміри із постійним паралактичним кутом та далекоміри із постійним базисом. Якщо постійний базис, то лінія S – висота рівнобедреного трикутника ABC, L – базис чи основа, то необхідно виміряти кут β: S=L/2·ctg β /2.

Ці прилади являють собою далекомірні насадки на трубі теодоліта у поєднанні із далекомірною рейкою (вертикальною чи горизонтальною). Вимірюються відстані від 20 до 700 м із точністю 1:1 000-1:5 000. Для вимірювання відстані на одному кінці встановлюють теодоліт із далекомірною насадкою, на іншому – далекомірну рейку. Відстань визначають за формулою:

S=S₁+c, де S₁ – відстань від вершини паралактичного кута до площини марок далекомірної рейки, с – постійна величина.

Лазерна рулетка запатентована в Україні

Лазерна рулетка це безконтактний оптико-електронний вимірник малих відстаней, що володіє рядом поліпшених споживацьких властивостей та здатний замінити механічні рулетки. Дія  рулетки базується на вимірюванні фазових співвідношень між випроміненим та відбитим оптичними сигналами. Це універсальний прилад для виконання швидких і точних дистанційних вимірювань відстані від різних фіксованих поверхонь, таких як підлога, стеля, колони, а також відносно небезпечних та труднодоступних об'єктів, таких як ліфтові шахти або відкриті сходові отвори. Добре видима червона лазерна точка далекоміра для швидкого наведення дозволяє одній людині виконувати безпечні вимірювання. Результат виміру виводиться на рідкокристалічний екран в одиницях виміру.

В рулетці використовується лазерне випромінювання безпечне для користувача. Переваги лазерної рулетки: – можливість без помічника, за одну секунду, одним натисканням кнопки проводити вимірювання відстані до будь-якої видимої точки поверхні з міліметровою точністю; – можливість виконувати вимірювання в приміщеннях, на вулиці і труднодоступних місцях; – можливість уникнути нещасних випадків при проведенні вимірювальних робіт в небезпечних місцях.

Основні технічні характеристики

• Діапазон вимірюваних  відстаней, м .............0,5… 100,0

• Похибка вимірювання  відстані, мм.............. ± 5

• Час вимірювання одним прийомом, мс ....... 0,15

• Напруга живлення, В (3 акумулятора).............4,5 

• Габарити, мм..........................................180х60х35

• Маса, г ...............................................................230

Проведений патентний пошук показав, що розробка є конкурентоспроможною на внутрішньому та світовому ринку.. Аналог –  лазерний далекомір Trimble HD360.

Технічні та експлуатаційні характеристики пристрою відповідають сучасному зарубіжному рівню,  роблять його конкурентно спроможним на світовому ринку пристроїв відповідного класу.

Економічна привабливість визначається потребами у високоточних неконтактних вимірювачах відстані для транспортних засобів, систем геодезичних та технологічних вимірювань, а також у будівництві. Це ідеальний далекомір для будівників, геодезистів та інженерів, здатний виконувати вимірювання відстаней в приміщеннях і на відкритому повітрі, а також обчислювати площі і об'єми. Простий інтерфейс зводить до мінімуму навчання роботі з рулеткою і забезпечує легкість експлуатації далекоміра. Ціна, при достатній точності вимірювань, простоті експлуатації і наявності мінімально необхідного набору сервісних функцій, складе 250 – 300 грн. при масовому виробництві, що істотно нижче за ціни професійних лазерних вимірників 500 ÷ 1500$. Це робить її привабливою на ринках не тільки України, але і країн СНД, Європи та інших країн. Економічні переваги базуються на використанні для її виготовлення ресурсів України, відсутності дорогоцінних матеріалів, низькій трудомісткості.