Способы ориентирования на местности. Сущность измерения углов на местности

1. Способы ориентирования на местности. Сущность измерения углов на местности

Ориентирование на местности включает определение своего местоположения относительно сторон горизонта и выделяющихся объектов местности (ориентиров), выдерживание заданного или выбранного направления движения к определённому объекту. Умение ориентироваться на местности особенно необходимо при нахождении в малонаселённых и незнакомых районах.

Ориентироваться можно по карте, по компасу, по звездам. Ориентирами могут также служить различные объекты естественного (река, болото, дерево) или искусственного (маяк, вышка) происхождения.

При ориентировании по карте необходимо связать изображение на карте с реальным объектом. Проще всего выйти на берег реки или дорогу, а затем поворачивать карту до тех пор, пока направление линии (дороги, реки) на карте не совпадет с направлением линии на местности. Предметы, расположенные справа и слева от линии, на местности должны находиться с тех же сторон, что и на карте.

Ориентирование карты по компасу применяется в основном на местности, затруднительной для ориентирования (в лесу, в пустыне), где обычно трудно подобрать ориентиры. В этих условиях компасом определяют направление на север, а карту располагают верхней стороной рамки в сторону севера так, чтобы вертикальная линия координатной сетки карты совпадала с продольной осью магнитной стрелки компаса. Необходимо помнить, что на показания компаса могут оказывать влияние металлические предметы, линии электропередач и электронные устройства, расположенные в непосредственной близости от него.

После того, как местонахождение на местности определено, нужно определить направление движения и азимут (отклонение направления движения в градусах от северного полюса компаса по часовой стрелке). Если маршрут не является прямой линией, то нужно точно определить расстояние, после прохождения которого необходимо изменить направление движения. Можно также выбрать определённый ориентир на карте и, отыскав его затем на местности, изменить направление движения от него.

При отсутствии компаса стороны света можно определить следующим образом:

- кора большинства деревьев грубее и темнее на северной стороне;

- на деревьях хвойных пород смола более обычно накапливается с южной стороны;

- годовые кольца на свежих пнях с северной стороны расположены ближе друг к другу;

- с северной стороны деревья, камни, пни и т. д. раньше и обильнее покрываются лишайниками, грибками;

- муравейники располагаются с южной стороны деревьев, пней и кустов, южный скат муравейников пологий, северный – крутой;

- летом почва около больших камней, строений, деревьев и кустов более сухая с южной стороны;

- у отдельно стоящих деревьев кроны пышнее и гуще с южной стороны;

- алтари православных церквей, часовен и лютеранских кирок обращены на восток, а главные входы расположены с западной стороны;

- приподнятый конец нижней перекладины креста церквей обращен на север.[1]

Сущность измерения углов в делениях угломера заключается в следующем. При наблюдении местных предметов (целей), удаленных на различные расстояния, наблюдатель находится как бы в центре концентрических окружностей, радиусы которых равны расстояниям до этих предметов (целей). Если окружность разделить на 6000 делений, то длина одного деления будет округленно равна одной тысячной части радиуса окружности:

Центральный угол круга, стягиваемый дугой, равной 1/6000 длины окружности, принят за единицу измерения углов. Такая единица называется делением угломера или тысячной.

Таким образом, единицей измерения углов в данном случае служит линейный отрезок, равный тысячной доли расстояния до объекта, что обеспечивает быстрый переход от угловых измерений к линейным и наоборот. При измерении углов в тысячных принято называть и записывать вначале число сотен, а затем десятков и единиц тысячных. Если сотен и десятков нет, то вместо них называют и записывают нули:

0-43

0-03

0-01

При переходе от делений угломера к градусной мере пользуются соотношениями:

Биноклем.

Измерение углов с помощью приборов наблюдения и прицеливания. В зрительной трубе бинокля имеются две взаимно перпендикулярные шкалы (сетки) для измерения горизонтальных и вертикальных углов с ценой большого деления 0-10, а малого 0-05. Чтобы измерить угол между двумя предметами, надо совместить какой-либо штрих шкалы с одним из них и подсчитать число делений против изображения второго. Умножив число делений на цену одного деления, получим величину измеряемого угла в тысячных. На рис.1 горизонтальный угол (Между двумя отдельными деревьями равен 0-45, а вертикальный угол между основанием и вершиной отдельного дерева -0-15.

Рис. 1 Измерение углов с помощью приборов наблюдения

Приборы наблюдения и прицеливания имеют шкалы, подобные шкалам бинокля, поэтому углы с помощью этих приборов измеряют так же, как и с помощью бинокля.

По компасу.

Измерение углов с помощью компаса. Вначале мушку визирного устройства компаса устанавливают на нулевой отсчет шкалы. Затем поворотом компаса в горизонтальной плоскости совмещают через целик и мушку линию визирования с направлением на левый предмет (ориентир). После этого, не меняя положения компаса, визирное устройство переводят в направление на правый предмет и снимают по шкале отсчет, который будет соответствовать величине измеряемого угла в градусах.

При измерении угла в тысячных линию визирования совмещают сначала с направлением на правый предмет (ориентир), так как счет тысячных возрастает против хода часовой стрелки.

Линейкой.

Измерение углов с помощью линейки. С помощью линейки с миллиметровыми делениями можно измерять углы в делениях угломера и градусах. Если линейку держать перед собой на расстоянии 59 см от глаза (рис.2), то один миллиметр на линейке будет соответствовать двум тысячным (0-02). При измерении угла необходимо подсчитать на линейке число миллиметров между предметами (ориентирами) и умножить на 0-02. Полученный результат будет соответствовать величине измеряемого угла в тысячных. На рис.2 угол между столбами равен 0-32, а высота дерева - 0-21.

Для измерения угла в градусах линейка выносится перед собой на расстояние 60 см. В этом случае 1 см на линейке будет соответствовать 1°.

Рис.2 Измерение углов с помощью линейки а - угол между солбами линии связи 0-32; б - угол на дерево 0-21

Точность измерения углов с помощью линейки зависит от точности выноса ее на расстояние 50 см перед собой.

Другие способы.

Измерение углов с помощью подручных предметов. При измерении углов можно использовать подручные предметы (карандаш, патрон и т. п.), размеры которых известны в миллиметрах, а следовательно, и в тысячных на расстоянии 50 см от глаз.

Приближенно определять углы на местности можно с помощью пальцев рук, удаленных от глаз на 50 см. Угол между линиями визирования на сомкнутые указательный, средний и безымянный пальцы равен 1-00, а на разведенные до отказа большой и указательный пальцы - 2-50. Угол между большим и средним пальцами руки равен 90° (рис.3), а между средним и указательным - 40°. Зная это, можно определить крутизну ската. На рисунке крутизна ската равна°.

Рис. 3 Определение углов на местности с помощью пальцев рук

Крутизну скатов также можно определять с помощью офицерской линейки и отвеса (нити с небольшим грузиком). Линейкy устанавливают на уровне глаз так, чтобы ее ребро было направлено на вершину ската. Угол, отсчитанный по шкале транспортира между штрихом 90° и нитью отвеса, равен крутизне ската. Если линейку направить на Полярную звезду, то угол, определенный по транспортиру, примерно равен географической широте местоположения наблюдателя. Средняя ошибка измерения углов этим способом составляет около 3°.[2]

2. Определение превышений способом вперед и из середины

Геометрическое нивелирование выполняется геодезическим прибором, нивелиром (рис. 4б). Нивелир является наиболее распространенным геодезическим прибором. Нивелиры различаются по точности: на высокоточные, точные и технические. Высокоточные нивелиры предназначены для нивелирования I и II классов государственной нивелирной сети, точные и технические нивелиры применяются при топографических съемках, в строительстве, при благоустройстве территории и обмерах архитектурных сооружений. По типу устройства нивелиры бывают: оптические, цифровые и лазерные.

Основные части оптического нивелира НЗ (рис. 4б): зрительная труба (1), цилиндрический (2) и круглый (3) уровни, фокусирующий винт (4),закрепительный (5) и микро-метренный (6) винты, элевационный винт (7), подставка (8), подъемные винты (9), окуляр (11), объектив (12). Нивелир прикрепляется к штативу с помощью станового винта.

Ряд нивелиров оборудованы лимбом для измерения и построения горизонтальных углов. Нивелиром измеряются расстояния от инструмента до рейки по нитяному дальномеру.

Рис. 4 а - рейка, б – оптический нивелир

Известны два способа геометрического нивелирования: из середины и вперед.

При нивелировании из середины (рис. 5а) в точках А и В устанавливают отвесно рейки (рис. 4а), а по середине между точками прибор – нивелир. Когда нивелирование выполняют от А к В, то рейку в точке А считают задней, а в точке В передней. Если с помощью нивелира взять отчеты а и в, которые соответствуют расстоянию от низа рейки до горизонтального луча, задаваемого нивелиром, то превышение будет равно h= а-в.

Рис. 5 а - Нивелирование «из середины», б - Нивелирование «вперёд»

При нивелировании вперед (рис. 5б) нивелир устанавливают в точке А, измеряют высоту прибора iп, а затем с помощью горизонтального луча берут отчет в. Превышение вычисляют по формуле:

После определения превышения искомые высоты точек находят по формуле:

Часто возникает задача в определении высоты точки, расположенной на значительном расстоянии от точки с известной высотой. В этом случае от точки А до точки В прокладывается нивелирных ход, состоящий из нескольких станций, Превышение между точками А и В будет равно сумме превышений, измеренных на станциях:

Высоту точки В находят по формуле:

3. Установка геодолита в рабочее положение, измерение горизонтальных и вертикальных углов, азимутов и расстояний

Для установки геодолита в рабочее положение его закрепляют на штативе становым винтом и вращением сначала двух, а затем третьего подъемных винтов приводят пузырек круглого уровня на середину. Отклонение пузырька от середины допускается в пределах второй окружности. В этом случае диапазон работы элевационного винта позволит установить пузырек цилиндрического уровня в нульпункт и установить визирную ось зрительной трубы в горизонтальное положение при соблюдении главного условия (для геодолита с цилиндрическим уровнем UU1 WW1). Приближенное наведение на геодолитная рейку выполняют с помощью мушки, расположенной сверху зрительной трубы. Более точное наведение осуществляют вращением наводящего винта зрительной трубы, которую перед отсчетом по рейке предварительно устанавливают по глазу (вращением окуляра) и по предмету (вращением кремальеры) для четкого совместного изображения сетки нитей и делений на геодолитной рейке. Перед отсчетом по средней нити тщательно совмещают концы пузырька цилиндрического уровня в поле зрения трубы, медленно вращая элевационный винт.

Измерение горизонтальных углов.

При измерении горизонтальных углов применяют способы круговых приёмов или повторений. Теодолит устанавливают в вершине угла и приводят его в рабочее положение. Направление сторон угла, если измерения выполняются на дневной поверхности, обозначаются вехами. В подземных условиях стороны обозначаются отвесами или специальными сигналами.

Установка теодолита в рабочее положение состоит из двух операций: центрирование и горизонтирование.

Центрирование заключается в размещении вертикальной оси теодолита над вершиной угла (точкой) и осуществляется при помощи отвеса. Теодолит устанавливают над точкой так, чтобы верхняя плоскость головки штатива была горизонтальна, остриё отвеса проектировалось на точку. Современные теодолиты оснащены оптическими центрирами, которые облегчают центрирование, особенно при сильном ветре, и повышают точность.

Горизонтирование же заключается в приведении вертикальной оси теодолита в отвесное положение. Для этого устанавливают уровень при алидаде горизонтального круга по направлению 2-х подъемных винтов и, вращая их выводят пузырёк уровня на середину; открепив алидаду, устанавливают уровень по направлению 3-го винта и вращением последнего снова выводят пузырёк на середину.

Способ приемов. При неподвижном лимбе вращения алидады визируют на заднюю точку А (рис. 6). Вначале по оптическому визиру зрительную трубу наводят от руки, пока визируемая цель не попадёт в поле зрения. Затем закрепляют винты алидады и зрительной трубы, и отфокусировав трубу по предмету, выполняют визирование с помощью наводящих винтов и алидады и трубы горизонтального круга. Затем берут отсчет a по горизонтальному кругу и записывают его в журнал измерений (табл. 1)

Открепив алидаду, визируют на переднюю точку С и берут отсчет b. Тогда значение правого на ходу угла , определяется как разность отсчетов на заднюю и переднюю точку:

Все эти действия составляют один полуприем. Затем сбивают алидаду на 90О и поворачивают на туже точку. Вычисляют значение кп

Два полуприема составляют один полный прием. Расхождения результатов не должно превышать двойной точности отстчетного устройства теодолита, т. е.

клкп2t

Для теодолитовТ15 , 2Т30расхождение не превышает 0,7 мин. Или 1,5 мин для теодолитов Т30.За окончательный результат принимают среднее значение угла.

Таблица 1 - Журнал измерения горизонтальных углов

Измерение и вычисление левого по ходу горизонтального угла, производится по аналогично последовательности (таб. 1), с той лишь разницей, что левый по ходу угол в каждом полуприеме рассчитывается как разность отсчётов на переднюю и заднюю точки.

Измерение вертикальных углов.

В теодолитах для измерения углов наклона – вертикальных углов, между направлениями визирной оси зрительной трубы и горизонтальной плоскостью - используется угломерный круг, жесткой укрепленный на оси вращения зрительной трубы. На внешней части угломерного круга нанесены деления лимба, оцифровка которых отличается в различных моделях теодолита.

Зрительная труба переворачивается через зенит. В связи с этим вертикальный круг может оказаться справа от нее, это положение называется круг право (КП), и слева (КЛ).

Главное условие, которое должно соблюдаться в вертикальном круге, заключается в том, чтобы при совмещении нуля верньера с нулевыми шкалами вертикального круга визирная ось зрительной трубы ZZ была параллельно оси цилиндрического уровня LL. При соблюдении этого условия отсчет по лимбу вертикального круга дает непосредственное значение угла наклона вертикальной оси зрительной трубы. Если же ось уровня не || нулевому диаметру алидады, то при горизонтальном положении визирной оси, зрительной трубы и оси уровня нуль лимба не совпадает с нулем верньера, т. е. отсчет по вертикальному кругу не равен нулю.

Отсчет по вертикальному кругу, соответствующий горизонтальному положению визирной оси зрительной трубы, когда пузырек уровня выведен на середину, принято называть местом нуля, обозначается МО. Для определения значения МО визируем зрительную трубу при КП и КЛ на одну и ту же точку, и берут отсчёты по вертикальному кругу при каждом наведении трубы.

1.  Для теодолитов с круговой оцифровкой вертикального круга против часовой стрелки (Т30) значения МО и углов наклона могут быть рассчитаны по формулам.

При вычислении надо руководствоваться правилом: к величинам КП, КЛ и МО, меньшим 90О, необходимо прибавлять 360О.

2.  При секторной оцифровке лимба вертикального круга от нуля в обе стороны – по ходу и против хода часовой стрелки, т. е. для теодолитов 2Т30,Т15 ,2Е5 и др.

При этом 360О добавлять не нужно.

Правильность измерений вертикальных углов на станции контролируется постоянством МО, колебания которые в процессе измерений не должны превышать двойной точности отсчётного устройства. Все отсчеты заносятся в журнал измерений.

Таблица 2 - Журнал измерения вертикальных углов

Азимут - угол, измеряемый на горизонтальной плоскости между вертикальными плоскостями меридиана и линии визирования; угол между направлением на точку и направлением на какую то другую точку или предмет. Существуют - азимут магнитный, географический. Измеряется азимут от 0 до 360 градусов.

Азимут называются истинными, географическими или астрономическими, если счет их ведется от направления географического меридиана; они измеряются от меридиана, определенного из астрономических наблюдений.

Азимуты магнитные измеряются от направления магнитного меридиана, указываемого направлением магнитной стрелки. Азимут называют условными, когда для счета принимают условный меридиан. Направление истинного меридиана и магнитного в дарной точке не совпадают, а потому азимут истинный и магнитный отличаются друг от друга на некоторый угол — угол склонения.

Зная угол склонения для данной точки и в данную эпоху, можно с известной точностью по магнитному азимуту определить истинный, и обратно. Все меридианы сходятся в одной точке — в полюсе; угол между двумя меридианами называется углом сближения меридианов; если пересечь прямой линией несколько меридианов, то в точках пересечения будут образовываться азимуты, которые отличаются друг от друга на угол сближения меридианов; величина угла сближения меридианов двух точек одной и той же прямой линии зависит от длины линии, ее направления и от широты места. Азимут, измеряемый в начальной точке линии, называется прямым; Азимут, измеряемый из конечной точки на начальную, называется обратным. Азимут обратный (а2) равен прямому азимуту (а1) плюс или минус 180° и плюс угол сближения меридианов t, т. е.:

В средних широтах, для линии в 15 км угол сближения примерно равен 10'; во многих случаях повседневной практики пренебрегают таким углом сближения меридианов и считают, что азимут прямой и обратный отличаются ровно на 180°, или а2 = а1± 180°. Это принято в низшей геодезии для небольших площадей земной поверхности, но для больших расстояний и измерений с большей точностью вычисления производятся по правилам высшей геодезии, с учетом сближения меридианов и сферического эксцесса. В таких случаях применяется формула:

где: t — угол сближения, вычисляемый по особым формулам, и е—эксцесс, или избыток, над 180° суммы углов сферического треугольника на земной поверхности, тоже определяемой по особой формуле.

Азимут в астрономии:

Азимутом светила называется дуга математического горизонта от точки юга до вертикального круга светила, или угол между полуденной линией и линией пересечения плоскости математического горизонта с плоскостью вертикального круга светила.

Азимуты отсчитываются в сторону суточного вращения небесной сферы, то есть к западу от точки юга, в пределах от 0° до 360°. Иногда азимуты отсчитываются от 0° до +180° к западу и от 0° до −180° к востоку. (В геодезии азимуты отсчитываются от точки севера.)

Азимут в геодезии:

Азимут — угол между направлением на север и направлением на какой-либо удаленный предмет. Отсчитывается обычно по часовой стрелке.

При определении азимута по компасу необходимо вводить поправку на т. н. магнитное склонение возникающее в следствие несовпадения географических и магнитных полюсов земли.

Направление азимут в градусах:

север 0° или 360°

северо-восток 45°

восток 90°

юго-восток 135°

юг 180°

юго-запад 225°

запад 270°

северо-запад 315°

Человеку, находящемуся в какой-либо местности может понадобится возможность измерение расстояний до определенных объектов, а также определение ширины и высоты этих объектов. Такие измерения лучше и точнее можно провести с использований специальных средств (лазерных дальномеров, дальномерных шкал оптический приборов и. т.д.), но таковые не всегда могут оказаться под рукой. Поэтому в данной ситуации на выручку придет знание «дедовских», проверенных временем способов.

К таковым относятся:

Определение расстояний на глаз;

По угловой величине;

По звуку.

Определение расстояний на глаз.

Данный способ является наиболее простым и быстрым способом. Определяющим здесь является умение мысленно откладывать на местности равные отрезки в 50, 100, 500 и 1000 м. Данные отрезки расстояний необходимо изучить и хорошо закрепить в зрительной памяти. При этом необходимо принимать во внимание следующие особенности:

На ровной местности и водном пространстве расстояния кажутся меньше, чем они есть на самом деле.

Лощины и овраги уменьшают видимое расстояние.

Более крупные предметы кажутся ближе мелких, находящимися на одной с ними линией.

Все предметы кажутся ближе во время тумана, дождя, во время пасмурных дней.

Предметы с яркой окраской кажутся ближе.

При наблюдении снизу вверх, расстояния кажутся ближе, а при наблюдении сверху вниз больше.

Ночью светящиеся предметы кажутся ближе.

Дистанции более 1 км определяются с большей погрешностью, достигающей 50%. У опытных людей, особенно на малых дистанциях погрешность составляет менее 10%. Глазомер необходимо постоянно тренировать в различных условиях видимости, на различной местности. При этом огромную положительную роль вносит занятие туризмом, альпинизмом, охотой.

Определение расстояний по угловой величине предметов.

Этот способ основывается на понятии тысячной. Тысячная - это единица измерения расстояний по горизонту, и составляет 1/6000 горизонта. Понятие тясячной принято во всех странах мира, и применяется для введения горизонтальных поправок ведения огня стрелкового оружия и артиллерийских систем, а также определение расстояний и дистанций. Тысячные записываются и читаются следующим образом:

1 тысячная 0-01, читается как ноль, ноль один

5 тысячных 0-05, читается как ноль, ноль пять

10 тысячных 0-10, читается как ноль, десять

150 тысячных 1-50, читается как один, пятьдесят

1500 тысячных 15-00, читается как пятнадцать, ноль ноль

Применение этого способа возможно, если известна одна из линейных величин предмета - ширина или высота. Дальность до предмета определяется по след. формуле:

где: Д - дальность до цели

B - ширина или высота объекта в метрах

Y - угловая величина в тысячных.

Для того, чтобы определить угловую величину, необходимо знать, что отрезок в 1 мм, удаленному на 50 см от глаза соответствует углу в 2 тысячные (0-02). На основании этого существует метод определения расстояний при помощи линейки:

1). Линейку с миллиметровыми делениями вытянуть на расстояние 50 см.

2). Засечь, во сколько делений на линейке укладывается ширина или высота объекта.

3). Полученное кол-во миллиметров умножить на 2, и подставить в выше приведенную формулу.

Пример: Высота телеграфоного столба равна 6 м при измерения на линейке займет 8 мм (16 тысячных, т.е. 0-16), следовательно расстояние до столба будет (6x1000)/16 = 375 м

Также существует более простая формула определения дистанции при помощи линейки:

Д = (высота или ширина объекта в см / кол-во миллиметров на линейке) x 5

Пример: ростовая фигура имеет высоту 170 см и на линейке закрывает 2 мм, следовательно дистанция до нее будет: (170см / 2мм) x = 425 м

4.  Построить линейный масштаб и отложить на нем отрезки

Масштаб: 1:100000

7,5 км. = 7,5 см.

А В

Масштаб: 1:500

17 м. = 3,5 см.

А В

Масштаб: 1:

700 км. = 3,5 см.

А В

Список литературных источников

1.  Инженерная геодезия. - М.: Высшая школа, 2000. – 137-146 с.

2.  , , Костых . - М.: Недра, 1986г. – 263 с.

3.  Мондринский . - М.: Гидрометиздат, 1960. – 318 с.

4.  Петров . - М.: Недра, 196с.

5.  Практикум по инженерной геодезии. - М.: Недра, 1987. – 198 с.

6.  Чижмаков . - М.: Недра, 1977. – 348-367 с.

[1] Инженерная геодезия. - М.: Высшая школа, 2000. – 137-146 с.

[2] Инженерная геодезия. - М.: Высшая школа, 2000. – 137-146 с.