Высотомер в часах Casio — принцип работы и подводные камни. Высотомеры для измерения деревьев

Альтиметр

Альтиметр - прибор для измерения высоты над уровнем моря. По принципам работы различают: барометрический и радиотехнический.

Принцип работы барометрического альтиметра основан на измерении давления атмосферы. Известно, что с увеличением высоты уменьшается и текущее атмосферное давление. Данный принцип положен в основу прибора, который на самом деле измеряет не высоту , а давление воздуха.

Изначально альтиметр или высотомер - пилотажно-навигационный прибор, сконструированный для пилотов воздушных судов. Высота полета определяется в данном случае как разность давлений между точкой нахождения прибора и давлением воздуха на поверхности (это может быть давление на аэродроме или давление, приведенное к уровню моря). Атмосферное давление на поверхности аэродрома сообщается экипажу наземными службами. Для правильного отображения высоты полета на приборе необходимо вручную выставить величину давления на земле (или давление, приведенное к поверхности моря). Это необходимо для определения эшелона - условной высоты, рассчитанной при стандартном давлении и отстоящей от других высот на величину установленных отрезков.

Высота эшелона совсем необязательно совпадает с реальной высотой полета воздушного судна. Высотомеры в самолётах - по сути, калибруемые барометры, то есть высоту они вычисляют по разнице давления на земле и в воздухе. Для вычисления истинной высоты потребовалось бы постоянно вносить в приборы данные об атмосферном давлении в каждой точке маршрута, учитывать высоту этих точек над уровнем моря. Поэтому принято пользоваться стандартным давлением. Если на всех воздушных судах будет установлено одинаковое значение давления на альтиметре, то и показания высоты на приборе в заданной точке воздушного пространства будут одинаковыми. Поэтому с определённого момента при наборе высоты (высота перехода) и до определённого момента при снижении (эшелон перехода) высота воздушного судна рассчитывается по стандартному давлению. Значение стандартного давления (QNE) - 760 мм рт. ст. (1013,2 гектопаскаля, 29,921 дюйма рт. ст.) - одинаково во всем мире.

Поскольку атмосферное давление сильно зависит от метеорологической обстановки, крайне нестабильно и может меняться в течение дня, а при плохой погоде и в течение часа, показания альтиметра необходимо периодически сверять по известным отметкам высоты, например, находясь на уровне моря или на возвышенности, точная высота которой указана на карте. Если же этой точки нет, то дело серьезно усложняется. По своему опыту могу сказать, что дневные колебания давления могут составлять величину, равную величине изменения высоты в 17 м. Это можно проверить, находясь на одной высоте в течение некоторого времени и наблюдая, как в плохую погоду (обычно дождливую) меняется давление и, соответственно, меняется высота, в то время как вы реально находитесь неподвижно в одной и той же точке. Поэтому точность измерения показаний может сильно отличаться, и для замера высот лучше выбирать солнечный день.

В общем случае точность измерения альтиметров по стандартам считается 10 м.

Точность используемого в данной статье GPS-навигатора Garmin DACOTA 20 по паспортным данным составляет плюс/минус 3м. Однако, собственные эксперименты подъемов по этажам показывают, что точность может составлять 1 м. Несмотря на то, что шкала индикации встроенного барометрического альтиметра Garmin DACOTA 20 составляет 1 м, прибор фиксирует значения высоты с разрядностью до 1 см. Это можно посмотреть в сохраняемом файле с расширением gpx, изменив разрешение на xml и просмотрев в обычном блокноте. Хотя с указанной выше точностью измерений в 3 м этими данными, думаю, стоит пренебречь. В любом случае, для точных измерений необходима настройка (калибровка) альтиметра.

Альтиметр позволяет проводить калибровку, как по известной высоте, так и по давлению. Наиболее предпочтительной является калибровка по высоте, так как не всегда можно установить для данной местности истинное давление, и не известно, на какой высоте это давление было измерено. Зная точное значение высоты вашего местоположения, можно внести данные в альтиметр и привязать давление к этой высоте. Фактически любое изменение давления теперь будет отсчитывать изменение высоты относительно установленного значения. При этом все та же точность шкалы установки высоты составляет целый метр, что увеличивает погрешность измерений на, как минимум, 0.5 м (за счет округления значений в большую или меньшую сторону). В итоге точность измерения на местности составляет 1,5 м.

Пожалуй, определение точных высот местности над уровнем моря - самая большая проблема в эксплуатации альтиметров. Что касается города Рязань, то оказалось крайне проблематичным найти точные данные по высотам города. Можно сказать - их не было вообще: никаких статей в интернете на эту тему, еще советские топографические карты в настоящий момент не проверены на достоверность, а без этого использовать прибор с достоверной точностью оказалось невозможным. С большим трудом на глаза попались примеры геодезических работ с указанием высот, измеренных с точностью до сантиметров. Найдя эту точку на местности, оказалось возможным внести данные и откалибровать альтиметр.

В общем случае данные о высотах местности можно получить несколькими способами:

• при помощи топографической карты;
• при помощи инженерно-топографических планов;
• при помощи пунктов государственной геодезической сети.

Топографическая карта

Карта местности с указанием высот, но найти эту точку на местности представляется нелегкой задачей, да и достоверность данных может вызывать сомнения.

Инженерно-топографический план

Результат инженерно-топографических работ. Оформляется в виде документа со схемой расположения объекта и прилегающих к нему территорий с указанием высот и мест прокладки инженерных коммуникаций. Для нас на этой карте наиболее интересным являются отметки высот. Это самый точный метод определения высот с точностью до сантиметров.

Государственная геодезическая сеть

Геодезическая сеть, обеспечивающая распространение координат и высот на территории государства, и являющаяся исходной для построения других геодезических сетей. Подразделяют на плановую - для закрепления на местности точных координат, и высотную (нивелирную) - закрепляющую на местности отметки высот.

Высотная (нивелирная) сеть любого класса закрепляется на местности постоянными знаками, называемыми реперами и марками .

Марка нивелирная - металлический диск с отверстием в центре около 2 мм.

Репер нивелирный - металлический диск с выступающей полочкой, относительно которой идет нивелирование (определение высоты).

На лицевой стороне реперов и марок отливается номер, а также название организации, проводившей нивелирные работы.

На фото стенные марки и репер - справа.

В Российской федерации высоты реперов вычисляются относительно нуля Кронштадтского футштока. Каждый репер имеет свой индивидуальный номер, не повторяющийся на данной, а по возможности, и на ближайших, так называемых, линиях нивелирования (определения высот).

Реперы подразделяются на: вековые, фундаментальные, рядовые и временные.

Вековые реперы обеспечивают сохранность главной высотной основы на продолжительное время и позволяют изучать происходящие в настоящее время вертикальные движения земной коры, колебания уровней морей и океанов. К сожалению, в Рязанской области таковых реперов нет.

Фундаментальные реперы обеспечивают сохранность высотной основы на значительные сроки. Их закладывают через каждые 50-80 км бурением грунта на глубину до 20 м.

Рядовые реперы закладывают через 5-7 км.

Временные реперы обеспечивают сохранность высотной основы в течение нескольких лет.

При закладке репера в грунт его называют грунтовым , в скалу - скальным , а в стену здания - стенным .

Стенные реперы : закрепляются на застроенной территории везде, где это возможно. Закрепление производится в несущие части каменных или бетонных сооружений на высоте менее 0,3 м с помощью нивелирных марок

Географические координаты реперов определяются с точностью 0,25". На каждый репер составляют абрис и дают описание его местоположения. Кроме того, расположение реперов показывают на карте масштаба 1:100 000, которую прилагают к материалам нивелирования.

Конструкция реперов, кроме стенных, имеет общие принципы: на глубине скального основания под грунтом устанавливается бетонная плита, на нее ставится пилон (столб) из гранита или высококачественного бетона. В верхнюю часть пилона цементируют марки (горизонтальную и вертикальную). Верхний конец пилона располагают на высоте 1 м от поверхности земли. После всех работ образовавшийся колодец засыпают гравием. Неподалеку от фундаментального репера устанавливается репер-спутник.

Пример конструкции векового трубчатого репера.

Каждый репер имеет соответствующее наружное оформление. Например наружное оформление векового репера состоит из железобетонного колодца с защитной крышкой и запором; кургана, сложенного из камней; указательного монолита и ограждения из четырех отрезков рельс или железобетонных столбов с якорями, закладываемыми на глубину 140 см и выступающими над поверхностью земли на 110 см.

Примеры реперов:

Геодезические знаки же плановой геодезической сети , являющимися координатными отметками, представляют собой надземные сооружения в виде каменных или деревянных столбов, либо металлические пирамиды высотой до 6-8 м. Если требуется высота до 15-18 м, то их строят в виде двойных усеченных мирамид.

Более подробно конструкцию и принципы построения геодезической сети можно изучить, скачав брошюру

Геодезические пункты отображаются на топографических картах соответствеующими отметками, поэтому можно попытаться отыскать их самостоятельно:

Реально в городе Рязани мне не удалось в настоящее время обнаружить какие-либо геодезические знаки, кроме стенных реперов и марок. Имеющиеся на них клейма с порядковыми номерами и аббревиатурами организации, установшей их, не помогли в определении высот. Чудом мне попались на глаза инженерно-топографически планы, выложенные в сети интернет в качестве рекламы своих работ одной из геодезических команий, проводиших работы в городе. Теперь у меня оказались три точки, по которым я мог калибровать альтиметр. Одна из этих точек находится на территории Рязанского кремля, за гостинницей черни и рядом с реконструкцией солодовенных палат:

Оставалось настроить альтиметр на нужную высоту, прибавив метр на высоту расположения альтиметра в руке. Теперь можно было спокойно ислледовать город: любое изменение давления отражалось изменением высоты относительно калибровочной высоты.

Первое, что показали результаты, непривычно высокие значения колебаний высот: казалось бы визуально изменение высоты не велико, а альтиметр показывает перепады в несколько метров. Возможно, здесь свою лепту вносит точность шкалы в метр, округляющая показания в большую или меньшую сторону до точности шкалы (поэтому лучше смотреть сохраняемый файл gpx), возможно все-таки альтиметр дает большую погрешность.

Второе, и, пожалуй, самое неприятное - сильная зависимость от погодных условий. В дождливую и переменную погоду, когда атмосферное давление не стабильно, показания в течение часа могут отличаться на 17 метров. Поэтому, при проведении измерений, необходимо периодически калибровать альтиметр на точно известную высоту, а для этого надо знать эти точки. Замеры в солнечный день, когда погода стабильна, показывают, что по возвращении через два часа после проведения калибровки, точность измерений может меняться на 1 м.

В настоящее время замеры высот Рязани проводятся, о результатах можно будет ознакомиться

Данная статья посвящена приборам, которыми производят измерение такого параметра, как высота. Однако прежде чем приступать к описанию самого инструмента, давайте разберемся, что представляет собой этот самый показатель.

Понятие высоты

Упомянутый параметр является относительной величиной, то есть данное значение всегда определяется относительно чего-либо. Чаще всего его измеряют относительно уровня моря, это значит, что линия морской поверхности принята за точку отсчета.

Такая система напоминает определение градуса воды по Цельсию, когда точкой отсчета принята температура перехода воды из жидкого состояния в твердое, и наоборот. Так же и с измерением высоты, положительным считается значение выше уровня моря, а отрицательным - ниже. В особых случаях точкой отсчета может выбираться любая другая поверхность. Например, высоту дома никто не будет измерять относительно уровня моря, здесь началом отсчета выступает на которой построено здание. По такому же принципу измеряют все частные случаи: высоту дерева, строения и т. д. А вот высоту горы или любой точки а также объекта, летящего в атмосфере (самолет, вертолет и т. п.) измеряют относительно уровня моря. Читатель может задать вопрос: «А какой принято использовать прибор для измерения относительной высоты?» Ответ на этот вопрос вы найдете, если прочитаете статью до конца.

Прибор для измерения относительной высоты: история развития и основные виды

С древности люди использовали для строительства и определения рельефа такой инструмент, как уровень. Это устройство стало основой и для современного измерительного механизма. К древнему уровню была приделана трубка, так и получился самый элементарный прибор для измерения относительной высоты, который назвали нивелиром, что означает «выравнивать». Элементарный нивелир представляет собой горизонтальную рейку и вертикальную планку, к которой присоединен отвес. Однако с развитием науки совершенствуются и инструменты. Прибор для измерения высоты не стал исключением. Так, современные нивелиры можно разделить на три основные группы. Первая - наиболее распространенная, к ней относятся приборы, в основу которых заложена высококачественная оптика. Вторая группа - это лазерные устройства. Эти приборы характеризуются И третья - самая «молодая» - это цифровые нивелиры.

Оптические измерительные инструменты

Такое устройство представляет собой цилиндрический уровень (либо компенсатор) и оптическую систему, которая помещена в металлический корпус (трубу). Уровень необходим для выставления визирной оси в горизонтальное положение.

Для проведения измерений нивелир устанавливается на треногу с опорной площадкой. Цилиндрический уровень представляет собой ампулу с жидкостью (эфир, спирт). Часть пространства, заполненную спиртовыми парами, называют пузырьком уровня. На верхней поверхности ампулы нанесена шкала с шагом в два миллиметра, средняя ее точка называется нуль-линией.

Лазерный нивелир

В данных устройствах в дополнение к оптическим системам пришли лазерные светодиоды, но, по сути, названное устройство мало чем отличается от оптического. Главной его особенностью является очень тонкий, идеально ровный луч, проецируемый на измеряемую поверхность. Это значительно упрощает процесс определения высоты.

Цифровой прибор для измерения относительной высоты

Данный инструмент существенно отличается от своих предшественников. Он не только изменил свой внешний облик и внутреннее устройство, но и значительно расширил свои возможности. Цифровой нивелир - это измерительный прибор, который способен не только проводить измерение, но и проецировать лучи, плоскости на любую поверхность. Этот инструмент просто незаменим при проведении строительных и ремонтных работ. Упомянутое устройство характеризуется высокой и простотой в применении, таким инструментом сможет пользоваться даже новичок.

Принцип работы цифрового нивелира

Основой рассматриваемого устройства являются электромагнитная система маятников и светодиодная (лазерная) оптическая система, которая предназначена для проецирования лазерных лучей в виде точек или линий. Один такой прибор может проецировать сразу несколько плоскостей, что очень удобно при строительстве. Для обеспечения точности измерений в используется металлический маятник, который выравнивает всю электронную и оптическую часть прибора относительно уровня земли. Даже если устройство стоит неточно или его сдвинули в процессе работы, маятник выставит схему параллельно земле, и проецируемая поверхность останется точной. Рассмотрим, как это происходит. Под маятником располагается несколько электрических или природных магнитов. Благодаря созданному магнитному полю предотвращается раскачивание маятника при изменении положения нивелира. При установке устройства данный элемент свободно раскачивается. Однако при прохождении через в материале (металле) наводится электрическое поле, трансформируемое в тепловую энергию, которая и тормозит всю систему.

Оптическая система прибора строится на светодиодах, создающих горизонтальные, вертикальные и диагональные лучи. Проходя через систему линз, они преобразуются в линии, которые и проецируются на измеряемых поверхностях.

Достоинства и недостатки цифровых нивелиров

Главным преимуществом такого прибора является простота и наглядность, а также возможность проводить работы с базовой плоскостью в нескольких точках одновременно. Также следует упомянуть и возможность построения горизонтальных и вертикальных плоскостей, причем сразу в разных направлениях.

Недостатком рассматриваемого устройства является его высокая стоимость. Изо всех них только устройства третьего класса соизмеримы по цене с оптическими нивелирами. Их можно использовать только при проведении ремонтных работ внутри помещения, где высокая точность большой роли не играет. Например, для разметки полов, стен, потолков. А для проведения геодезических измерений и для разметки грандиозных строящихся объектов требуются приборы первого или второго класса точности. Однако дальность применения таких инструментов все равно ограничена 600 метрами. При необходимости проводить измерения на большие расстояния следует использовать оптические нивелиры.

Классификация цифровых нивелиров

1. Точечный прибор для измерения высоты. Он напоминает лазерную указку, то есть, проецирует на измеряемую поверхность одну или несколько точек.

2. Статичный, или позиционный цифровой нивелир. Это устройство имеет два источника, проецирующих лазерные лучи на перпендикулярно размещенные призмы, которые преобразуют их в две видимые плоскости. В результате получаются две пересекающиеся крестом плоскости. В случае использования сложных оптических систем, содержащих более трех полупроводниковых диодов, появляется возможность проводить проецирование большого количества плоскостей, что весьма удобно при работе с многомерными объектами. Кроме того, чем больше плоскостей, тем больше мастеров могут заниматься ремонтными или строительными работами. Позиционные нивелиры также снабжаются функцией «лазерного отвеса». Это дополнительные диоды, благодаря которым можно направлять луч одновременно на пол и на потолок.

3. Ротационный цифровой нивелир. В таком устройстве лазер прикреплен к валу электродвигателя, то есть он может вращаться на 360 градусов. Кроме того, в таких приборах (вместо призмы) используется фокусирующая линза. В результате, вместо плоскости человек видит небольшую точку, однако при включении по всей рабочей области или площади комнаты проецируется непрерывная линия.

Ответственным параметром полета является высота над поверхностью Земли. Приборы, измеряющие высоту полета, называются высотомерами. По методу измерения высоты они делятся на барометрические, звуковые, радиовысотомеры и другие.

Различают следующие высоты полета (см. рис. 3.27).

Абсолютная высота, то есть высота полета относительно уровня моря. Она не зависит от рельефа местности, над которой пролетает самолет. Истинная высота, то есть высота над пролетаемой местностью. Она равна разности между абсолютной высотой и высотой местности над уровнем моря. Относительная высота, то есть высота полета относительно какого-либо условного места, например, аэродрома. Рассмотренные разновидности высот полета условны. Сам же барометрический высотомер всегда измеряет относительную высоту, то есть высоту относительно места, значение параметров которого были приняты при тарировке (уровень моря). В отличие от этого радиовысотомер принципиально измеряет истинную высоту. Для получения значения истинной высоты с помощью барометрического высотомера в его показания необходимо внести ряд поправок. Приближенно истинная высота получается путем вычисления из абсолютной высоты известного превышения местности под самолетом.

Принцип действия барометрического высотомера основан на использовании закона изменения давления воздуха с увеличением высоты над уровнем моря (рис. 3.29).

На рис. 3.30 представлена принципиальная схема механического барометрического высотомера. Он представляет собой манометр абсолютного давления, измеряющий атмосферное давление. Основным его элементом является анероид, реагирующий на изменение атмосферного давления. Анероид – это герметичная мембранная коробка 4, из которой полностью откачен воздух. Поскольку кабина самолета герметична, то для нормальной работы высотомера анероид помещают в герметичный корпус 3, который сообщается с атмосферой в условиях полета с помощью приемника статического давления 1 и трубопровода 2. Действие механизма высотомера аналогично действию указателя приборной скорости (рис. 3.4).

При подъеме на высоту давление на анероид уменьшается и верхний (жесткий) центр анероида 4 перемещается вверх. С центром шарнирно связана тяга 5, поворачивающая через кривошип 6 зубчатый сектор 7. Поворот сектора передается трибке 8 и стрелке 9. По шкале 10 производится отсчет показаний высотомера в единицах высоты (км, м).

Ценность механического барометрического высотомера заключается в его простоте и исключительно высокой надежности. В связи с этим этот прибор применяется как пилотажный резервный на посадке и взлете с учетом рельефа местности, то есть с учетом разности давлений мест взлета и посадки. Значение абсолютной барометрической высоты (индикаторная приборная высота) используется для эшелонирования по высоте с целью предотвратить столкновение самолетов в полете (рис. 3.29). По структуре эшелона видна структура погрешностей: ΔН и – инструментальная погрешность высотомера, ΔН ПВД – погрешность от ПВД, ΔН стаб – погрешность стабилизации самолета, ΔН без – зона безопасности. Видно, что основную часть погрешностей составляют погрешности прибора вместе с ПВД. Считается, что этой точности достаточно для систем управления воздушным движением при условии, что эшелоны расположены на достаточно большой высоте над уровнем Земли. Тут речь не идет о таких летательных аппаратах, как экраноплан, судно на воздушной подушке.

Зависимость давления от высоты дает барометрическая формула . Для высот от 0 до 11000 м барометрическая формула имеет вид

. (3.24)

Для высот выше 11000 м

, (3.25)

где Р Н – абсолютное давление на высоте Н в кг/м 2 ; τ – температурный градиент, изменение температуры воздуха, соответствующее изменению высоты на 1 м, равен среднегодовому значению τ = 0,0065 град/м; Н – высота в м;

Р о – атмосферное давление у моря в кг/м 2 ; R – газовая постоянная, R = 29,27 м/град; Т о – абсолютная температура у моря в о К (273 о +t о С); Р 11 – давление на высоте 11000 в кг/м 2 ; Т 11 – температура на высоте 11000 м.

Решая формулы (3.24) и (3.25) относительно высоты Н , получим так называемые гипсометрические формулы. Для высот от 0 до 11000 м гипсометрическая формула имеет вид

; (3.26)

для высот более 11000 м

. (3.27)

Из этих формул видно, что измеряемая высота зависит от четырех параметров

.

Из этого следует, что барометрический метод позволяет вычислить высоту полета относительно любого уровня местности, если известны значения Р о, Т о, Р Н. Однако при конструировании и производстве барометрических высотомеров в качестве расчетного уровня принимается уровень моря. Кроме того, все величины параметров формул (3.24) – (3.27) берутся по стандартной атмосфере . Барометрический высотомер тарируется для так называемых стандартных нормальных условий, когда Р о = 760 мм рт. ст., Т о = 288 о К (15 о С), τ = 0,0065 град/м. В таком случае высота полета будет зависеть только от давления Р Н.

Хорошая такая, задушевная мелодия. Но дело, вобщем-то, сейчас не в ней. А вспомнил я ее потому, что когда думал о теме новой статьи, в голове проскочила ассоциация с интересными словами из текста этой песни: «Есть одна у лётчика мечта – высота, высота.»

Вот эти-то слова меня, можно сказать, и зацепили. Сайт существует уже больше года, пишутся статьи, говорили мы о скорости полета уже неоднократно, low pass даже вспомнили, а о таком (любому понятно) важнейшем параметре, как высота полета самолета почему-то забыли.

Вернее не забыли, а забыл, потому что вопрос «почему» должен, конечно, адресовываться ко мне. Вот не знаю… Упустил из виду и все…. Однако сейчас мы этот пробел быстренько восполним.

Не знаю, что там за мечта у летчика из песни на самом деле, но без высоты полета не бывает. Как известно, «рожденный летать ползать не может» (помните летчика Крошкина из фильма «Беспокойное хозяйство», переиначившего знаменитую фразу горьковской «Песни о соколе»?).

Итак, высота полета самолета, и как ее измеряют… Ну, что такое высота в данном случае, я думаю, не вопрос. Любой скажет, что это расстояние по вертикали от летящего самолета до точки на земной поверхности, выбранной за нулевую (точку отсчета). Некоторый вопрос заключается в том, что это за точка.

Сам принцип измерения высоты с развитием авиации совершенствовался (что естественно), и сейчас способов измерения существует несколько. Когда-то давно в морском деле существовал такой измерительный инструмент, как лот. По сути дела простая веревка с грузом на конце, по длине которой можно было судить о глубине места (нечто схожее с высотой). Лот уже давно превратился в эхолот.

Понятно, что для воздушных путешествий веревка, как измерительный инструмент, так сказать, малоприемлема. Однако способ измерения, возникший на заре развития авиации (история которой гораздо короче истории морского флота), существует и по сей день. Этот способ барометрический.

Основан он на естественном явлении падения атмосферного давления с высотой. Падает оно в соответствии с условным распределением давления, температуры и плотности воздуха в атмосфере. Это распределение называется Международной стандартной атмосферой (МСА или ISA в английском).

Остается только, учитывая закономерности этого явления, отобразить его визуально, то есть, например, в виде указательной стрелки, перемещающейся по шкале, проградуированной в единицах высоты (метры или футы), и готов прибор, показывающий высоту полета самолета - высотомер. Второе его название – альтиметр (в латинском altus – высоко), используемое чаще за рубежом, а у нас почему-то считающееся устаревшим.

В принципе высотомер был готов еще в 1843 году, когда французский ученый Люсьен Види (Lucien Vidie) изобрел всем известный барометр-анероид. Тогда, конечно, вряд ли кто задумывался о его применении в авиации. Но когда самолеты начали летать, как говорится, в полную силу, он оказался как нельзя кстати. Ведь ртутный барометр (имеющий еще более почтенный возраст) с собой в кабину не возьмешь.

Он хоть и более точен, но, понятно, для летательного аппарата (за исключением, быть может, воздушного шара) громоздок и неудобен. А вот компактный и чувствительный анероид вполне подходит, несмотря на определенные ошибки в измерениях.

Ошибок на самом деле хватает, как впрочем у любого аналогового прибора. Есть инструментальные из-за несовершенства изготовления прибора, есть аэродинамические из-за неточности измерения давления, особенно на высоте, есть и методические из-за того, что прибор не может, естественно, находясь на высоте в полете, учитывать изменения давления у земли, а также изменение температуры у земли, которая влияет (и ощутимо) на величину давления. Однако все эти ошибки уже давно научились учитывать.

Высотомер - это есть, по сути своей, барометр-анероид. Атмосферное давление подводится к его герметичному корпусу от ПВД (приемник воздушных давлений), а в самом приборе чувствительная анероидная коробка, деформируясь, реагирует на его изменения, передавая эту свою реакцию через специальную кинематическую систему (ее еще называют передаточно-множительный механизм) на указательную стрелку, двигающуюся по шкале, что и видит экипаж в кабине летательного аппарата.

Схема высотомера ВД-20.

Все барометрические высотомеры (как наши, так и зарубежные) имеют принципиально одинаковую конструкцию, но разных вариаций хватает в зависимости от типа воздушного судна, порядка использования и дополнительных функций.

Первые высотомеры, использовавшиеся на старых самолетах оказались не очень-то удобны для визуального использования. Их лицевая панель была очень похожа на современные автомобильные спидометры. Стрелка была одна с пределом измерения от 0 до 1000. Причем полный круг она не описывала (как стрелка скорости у автомобильного спидометра).

А под этой стрелкой находились окошки с цифрами в них, в точности, как у автомобильного одометра, только показывали они, естественно, не пройденное расстояние, а тысячи футов (метров) высоты. То есть летчик по стрелке определял десятки и сотни метров высоты, а по цифровым окошкам тысячи.

Обычные барометрические указатели высоты полета самолета (высотомеры) все двухстрелочные (встречаются и трехстрелочные). Их циферблат похож на циферблат часов, только количество цифровых секторов не двенадцать, а десять. Длинная стрелка (минутная) делает один оборот при изменении высоты на 1000 м, при этом короткая (часовая) перемещается только на один цифровой сектор.

То есть малая стрелка отсчитывает километры высоты (то есть, по сути дела, полную высоту), а большая – метры, причем эти стрелки могут работать как на одной шкале, так и каждая на своей.

Высотомер ВД-10.

Пределы измерения у приборов могут быть различны. Например, высотомеры ВД-10, ВД-17 измеряют высоты до 10-ти тысяч метров и устанавливаются в основном на самолеты, максимальная высота полета которых не очень велика. А такие, как например ВД-20 (стоит на ТУ-134, ТУ-154), ВД-28 (стоит на МИГ-29), ВДИ-30 (стоит на МИГ-23) имеют пределы измерения большие, соответствующие цифрам в их наименовании. То есть 20, 28 и 30 км высоты соответственно. Буквы во всех их названиях означают «высотомер двухстрелочный».

Высотомер ВД-28.

Высотомер ВД-28.

Бывают и однострелочные, когда в наличии только одна, большая стрелка, но тогда на циферблате обязательно есть окошко в котором полная высота представлена цифрами (подобно вышеописанным старым высотомерам, но в более удобном виде). Таков, например, высотомер УВИД-15(Ф). Буква Ф означает «футовый». Это связано с тем, что высота в России и некоторых других странах из меряется в метрах, а во стальном мире в футах (1 фут равен 0,3048 м). Поэтому и приборы могут быт градуированы в метрах или в футах.

Или вот еще один высотомер, не наш, западный. Марки не знаю, но это и неважно. Важно другое. На нем, как вы видите аж три окошка с цифрами.

Альтиметр с окошками Колсманна.

Окошки эти (точнее два нижних) называют окнами Колсманна по имени американского изобретателя Пауля Колсманна (Paul Kolsmann, эмигрировал в Америку из Германии в 1923 году), занимавшегося авиационными приборами. Он-то как раз эти окна и придумал. Для чего?

На самом деле – это очень важная вещь в деле контроля высоты полета самолета, и на каждом высотомере есть как минимум одно окно Колсманна. Кроме того все эти приборы имеют специальную кремальеру, кинематически связанную со шкалой, которая видна в этом окне. Шкала эта подвижна и на ней нанесены цифры, представляющие собой величину атмосферного давления.

Это давление может быть представлено на приборах в различных единицах измерения. В России используются миллиметры ртутного столба, в Америке и Канаде та же величина в дюймах (inch-ах, один дюйм (inch) равен 2,54 см), в Европе и других странах – в гектопаскалях (или миллибарах, что то же самое).

В том «западном» высотомере это давление показано для удобства сразу в двух окошках (Колсманна). В левом в гектопаскалях, в правом в дюймах.

Для любого измерительного прибора, чтобы он осуществлял свои функции, требуется наличие нуля, точки отсчета. Для высотомера, соответственно, тоже должна быть какая-то начальная (нулевая) высота. А так как прибор барометрический, то эта высота должна соответствовать определенному начальному давлению, например, давлению того места откуда начинается полет. Вот это самое начальное давление как раз и устанавливается на высотомере в окошке Колсманна.

Хотя на самом деле таких «начальных давлений» в практике полетов существует несколько. Поэтому и определений высот полета самолета тоже несколько. Первая – это, пожалуй, истинная высота Нист.. Это реальная высота полета, отсчитываемая от точки поверхности местности, над которой в данный момент пролетает самолет. Международное обозначение AGL (Above Ground Level).

Высотомер, как барометрический прибор, не меряет реальную высоту непосредственно. Он делает это косвенно, измеряя разность давлений между начальным давлением и давлением на той высоте, на которой он находится. Получаем так называемую барометрическую высоту. Она может довольно сильно отличаться от реальной высоты AGL. Все зависит от величины давления, установленной на высотомере.

Виды высот полета самолета.

Далее высота относительная Нотн.. Она отсчитывается от некоего условного уровня, обычно от уровня аэродрома, с которого взлетает (или на который садится) самолет. В международном обозначении эта высота – height и ей соответствует давление QFE (Q-code Field Elevation), то есть давление на уровне порога ВПП.

Еще одна высота это абсолютная Набс.. Это высота полета самолета, отсчитываемая от условного (среднего) уровня моря. Международное обозначение – altitude. Этой высоте соответствует давление QNH (Q-code Nautical Height) означающее давление в данной точке земной поверхности, приведенное к уровню моря.

4.3

Высотомеры для измерения деревьев

За 200-летний период развития таксационной техники сконструирован целый ряд высотомеров, опирающихся на геометрические и тригонометрические построения.

Подробное описание старейших конструкций высотомеров было дано еще в учебнике по лесной таксации Удо Мюллера (MullerU ., LehrbuchderHoizmesskunde , Berlin , 1915).

Результаты исследования точности и производительности 19 высотомеров приводит Ф. Корсунь в статье «Высотомер» в чехословацком «Лесном научном словаре». В этой статье все высотомеры делятся на две группы:

а) высотомеры, требующие измерения базы, т.е, расстояния от дерева до наблюдателя;

б) высотомеры, не требующие этого измерения.

Каждая из этих двух групп в свою очередь делится на подгруппы. В конечном итоге Ф. Корсунь, проводивший исследования в 50-60 годах ХХ века, дает довольно сложную классификацию высотомеров.

Наиболее производительными он считает высотомеры второй группы. Рассматриваемым ниже конструкциям высотомеров (Блюме – Лейсса, «Метра» и др.) Ф. Корсунь дает невысокую оценку. Эти высотомеры он называет сложными, дорогими и имеющими лишь теоретическое значение. Для измерения высот деревьев Ф. Корсунь предлагает использовать эклиметры (уклономеры). Однако, по его наблюдениям, производительность обмера высот эклиметрами ниже, чем высотомерами первой группы, требующими измерения базы. В настоящее время установлено, что Ф.Корсунь ошибался, а высотомеры Блюме – Лейсса нашли широкое применение.

Профессор Жан Парде высотомерам дает следующую классификацию:

Высотомеры, при которых измерения производятся с расстояния равного высоте деревьев, Они обоснованы на принципе подобных и равносторонних треугольников.

Высотомеры, при которых можно производить измерения высот на любом расстоянии от дерева (высотомер Блюме – Лейсса, зеркальный высотомер Фаустмана, высотомер Вейзе и др.).

Высотомеры, при которых не требуется измерения расстояния до дерева (высотомер Христена).

Высотомеры, при которых не требуется измерения расстояния до дерева и не нужна рейка, приставляемая к дереву. Этот способ основан на тригонометрическом решении треугольников. Он все же сложен для практического применения.

При пользовании всеми высотомерами, если визирование проводят только на вершину дерева, к результату добавляется высота до глаза наблюдателя.

В настоящее время принцип действия высотомеров в основном основывается на решении прямоугольных или иных треугольников путем измерения одной из его сторон (катета) и острого угла.

Допустим, что нужно измерить высоту дерева, показанного нарисунке 4.6.

Для этого, отойдя от дерева на расстояние АМ= b , примерно равное высоте дерева, надо измерить каким-либо инструментом, установленным на высоте MN = l , угол α = BNC между горизонтальной линией NC и линией визирования NB . Тогда высота дерева:

AB = H = NCtgα + l = btgα + l , где l – высота до глаз наблюдателя.

Рисунок 4.6 Схема измерения высоты дерева высотомером

Вместо непосредственного измерения величины l = СА можно измерить угол b = CNA , тогда

AC = NCtg b = btg b ;

высотаН = ВС + СА , следовательно

AB = btgα + btg b = Н = b (tgα + tg b ) .

Для того чтобы измерить дерево на пониженной поверхности землиАМ (рисунок 4.7) , нужно измерить углы α и b , визируя на основание (А ) и вершину дерева (В ).

В этом случае

АВ = Н = NCtgα + NCtg b = NC (tgα + tg b ) .

Для определения длины NC надо решить треугольник AMN , в котором MN А = 90˚ – b , отсюда

Наконец, из ∆ ANC следует NC = AN cos b .

Рисунок 4.7 Схема измерения высоты дерева на пониженном склоне

Если дерево находится на возвышенности(рисунок 4.8) , то высота егоАВ = ВС – АС, ВС = NCtgα ,АС = NCtg b . При этом величина NC определяется указанным выше способом, однако учитывая, что MN А = 90˚ + b .

Рисунок 4.8 Схема измерения высоты дерева на повышенном склоне

Высотомеры, основанные на решении треугольника, называют базисными, т.к. необходимо измерить величину расстояния от мерщика до измеряемого дерева, что является базисом. Базис необходимо измерять достаточно точно. Ошибка в длине базиса автоматически переносится на результат установления высоты дерева. Так, если длина базиса 20 м , а высота дерева равна 10, 20, 30, 40 м , то ошибка в базисе на 1 м , который мы будем считать равным 20 м (на самом деле он составит 19 или 21 м ), приведет к погрешности в определении высоты в 0,5; 1,0; 1,5 и 2 м .

Действительно, тангенс угла α при базисе в 20 м и высотах дерева в 10, 20, 30, 40 м будет равен 0,5; 1,0; 1,5; 2,0. При ошибке в базисе ±1м, т.е когда базис вместо 20 м равен 19 или 21 м , то тангенс угла α в первом случае составит 0,53; 1,05; 1,57; 2,10, а во втором – 0,476; 0,95; 1,43; 1,90.

Тогда высоты на нашем приборе, который градуирован на базис 20 м , при занижении базиса на 1 м окажутся следующими: 10,5 м ; 11 м ; 31,5 м ; 42 м . При завышении базиса на 1 м соответственно – 9,5 м ; 19 м ; 28,5 м ; 39 м .

Современные высотомеры обычно снабжены дальномерами, что делает измерение базиса относительно легким делом. Старые высотомеры, которые кое-где еще есть в лесничествах, дальномеров не имеют. Не имеют их и высотомеры, купленные Минлесхозом за рубежом в 1996 – 1998 гг., хотя внешне они выглядят вполне современными. При отсутствии дальномера практические работники иногда отмеряют базис шагами. Это проще и легче, чем делать измерения мерной лентой или рулеткой, но точность здесь не гарантируется. Поэтому измерять базис шагами нельзя.

Безбазисные высотомеры используют принцип подобия треугольников. Из безбазисных известен высотомер Христена. Для проведения измерений высотомеров Христена требуется шест длиной 2 – 3 м , который приставляют к дереву. Затем отходят на такое расстояние, чтобы при визировании на шест его верхняя часть соответствовала отметке 2 (или 3 м ) на высотомере. Визируя на вершину дерева (при этом удерживая на высотомере высоту шеста) находим отметку, которая соответствует высоте дерева (рисунок 4.9)

Рисунок 4.9 Схема измерения высоты дерева безбазисным высотомером Христена

Здесь мы строим 2 подобных треугольникаАВС иавс , где . Тогда высота дерева (АС ) будет равна , гдеВС –const . Нанеся соответствующую градуировку на высотомер, нетрудно найти АС.

В лесхозах высотомеров Христена сегодня нет. К тому же из-за технических сложностей глазомерного визирования точность этого высотомера низкая – не точнее ± 2 м .

В настоящее время есть очень много конструкций высотомеров. В учебниках по лесной таксации описаны зеркальный высотомер (Фаустмана), высотомер Макарова, способ измерения высоты дерева с помощью специально размеченной мерной вилки, высотомер Никитина и другие. Практически сегодня высотомеры Фаустмана, Вейзе, Вимменауэра и др. можно встретить только в музеях. Поэтому их описание опустим. При желании описание этих приборов можно найти в учебниках по лесной таксации В. К. Захарова, Н.П. Анучина, О.А. Атрощенко и др. Высотомер Никитина не получил широкого распространения. К тому же качество его изготовления очень низкое, и пользоваться им можно с большой осторожностью и только после проверки.

Измерять высоту с помощью мерной вилки можно, если она имеет специальную разметку. Такую разметку наносили на деревянные мерные вилки с конца XIX века до 70-х, 80-х годов прошлого века. В настоящее время мерные вилки, пригодные для измерения высоты, не выпускаются. Вызвано это низкой точностью измерения высот с помощью мерной вилки и наличием компактных и точных высотомеров. Поэтому описание измерения высот мерной вилкой опустим.

В лесхозах еще можно встретить маятниковый высотомер Макарова и оптический высотомер Анучина. Последний в силу ряда технических характеристик не дает высокой точности, которая в лучшем случае составляет ± 2 м . Высотомер Макарова, хотя портативен и удобен в работе, но имеет невысокую точность. Вызвано это тем, что маятник высотомера часто заедает, шкала слишком мелкая, т.е. точность тоже будет в пределах ± 2 м . Использовать эти высотомеры можно только тогда, если нет других. Все же это лучше, чем глазомерное определение высоты. Учитывая названное обстоятельство, дадим описание высотомеров Макарова и Анучина.

Высотомер Макарова называют маятниковым. Он построен на тригонометрическом принципе(рисунок 4.10).

Высотомер состоит из металлического сектора (1), прикрепленного к трубке (2), предназначенной для визирования на вершину дерева. В верхней части сектора укреплен вращающийся на шарнире маятник с заостренной на конце стрелкой. Показания шкалы базиса – 10 и 20 м .

Для того чтобы измерить высоту дерева высотомером на горизонтальной поверхности, от него отходят на постоянную величину 10 или 20 м , считая от основания (постоянные базисы), и визируют через трубку на вершину. Стрелка маятника укажет измеряемую высоту дерева в зависимости от базиса. К полученному результату необходимо прибавить высоту до уровня глаза наблюдателя.

Рисунок 4.10 Высотомер Макарова

1) Металлический сектор; 2) Прицельная трубка

Если дерево расположено на наклонной поверхности, то отмерив базис по горизонтальному положению 10 или 20 м , визируют на вершину дерева и делают отсчет согласно указаниям маятника, затем визируют на основание дерева, повернув высотомер на 180˚. Оба отсчета складывают и получают высоту дерева, не делая добавок на высоту глаза наблюдателя.

Если дерево находится на возвышенности, измеряют базис по горизонтальному положению до основания дерева. При измерении высоты визируют вначале на его вершину, а затем на основание. Разность отсчетов дает высоту дерева без добавок на высоту глаза наблюдателя.

Теоретическое обоснование высотомера Макарова приведено нарисунке 4.11 , гдеВА 2 = ВС + СА 2 = Н – высоте дерева;АС = А 1 А 2 – базис. Из ∆АВС имеем:

Обоснования измеренияН на понижении или повышении местности приведены выше; следует лишь учесть, что b = 90˚ – α.

Пример. Длина базисаА 1 А 2 = 20 м , уголАВС = α = 39˚ , угол ВАС = = b = 90˚ – α = 51˚ , tg 59˚ = 1,26 , ВС = АС tg b = 20·1,26 = 25,2 м . высота дереваН = ВС + СА 2 = 25,2 + h ; h – высота глаза наблюдателя в точкеА (в среднем 1,4 м ); таким образом, Н = 25,2 + 1,4 = 26,6 м .

ВС = АС tg b = АС tg (90˚ – α) = АС с tgα ; Н = АС с tgα + h .

Рисунок 4.11 Схема измерения высоты дерева высотомером Макарова

Угол α образуется линией визирования на вершину дерева и линией отвеса (маятника). Для удобства практического использования высотомера на шкале его вместо градусной величины угла α или угла b = =90˚ – α нанесены соответствующие им высоты, указываемые стрелкой маятника.

При постоянной величине базисов – 10 или 20 м – высота дерева непосредственно отсчитывается на шкале плюс h – высота глаза наблюдателя. Если базис равен 30 м , то надо сложить показатели шкалы для 10 и 20 м плюс h .

Крупным недостатком высотомера Макарова является его малый размер, что не обеспечивает точности визирования на вершину дерева и приводит к ошибке в отсчете высот. Высотомеры увеличенных размеров обеспечивают лучшие результаты.

Высотомеры, построенные на геометрическом принципе, основаны на подобии треугольников, один из которых проектируется на местности, другой – на приборе. Имеется много различных конструкций таких высотомеров, но принципиальная схема их устройства одинаковая (рисунок 4.12).

На прямоугольной пластинке Oocb нанесены деления; в точкео укреплена нить ob отвесом; наблюдатель, находящийся в точке N , отстоящей от основания дерева на расстоянии NA , измеренном мерной лентой (базис), визирует на вершину дереваВ вдоль стороныОо прямоугольника. Нить отвеса ob укреплена в точкео на делении, отвечающем числу единиц измерения базиса NA . В этом случае нить отвеса пересечет в точке b цифру деления, соответствующего высотеВС .

Если дерево находится на горизонтальной поверхности, то для определения всей его высоты следует к величинеВС прибавить высоту глаза наблюдателя h . Техника измерения строится на подобии треугольниковОВС и о b с , у которых Ð ВОС = Ð boc , так как они образованы взаимно перпендикулярными сторонами, а стороны треугольников пропорциональны; BC : bc = OC : oc . Следовательно, .

Так как нить отвеса укреплена на цифре деления, отвечающего числу единиц измерения базиса NA , то нить отвеса в точке b будет непосредственно указывать величинуВС в единицах измерения базиса.

Рисунок 4.12 Общая схема высотомеров, построенных по

Геометрическому принципу

При расположении дерева на пониженной поверхности необходимо проводить два отсчета: на вершину дерева и на основание; в этом случае высота дереваН будет слагаться из суммы двух отсчетов ВС + СА , без прибавления величины h .

Если дерево расположено на повышенной поверхности, то высота его определяется как разность отсчетов по нити отвеса при визировании на вершину и основание дерева (рисунок 4.13).

В этом случае имеем две пары подобных треугольников:ОВС и oba , а иакжеОСА иоса . Исходя из подобия первой пары треугольников, отсчет на основание дереваС дает величинуСА .

Рисунок 4.13 Измерение высоты дерева, находящегося на повышении, при помощи высотомера, построенного на геометрическом принципе

Оптический высотомер (ВА) . Н.П. Анучин сконструировал высотомер, названный оптическим (рисунок 4.14).

Рисунок 4.14 Оптический высотомер Анучина

Он состоит из корпуса, смонтированного из двух симметричных половинок, стянутых винтами. Внутри корпуса в отдельном тубусе размещена оптическая система: объектив и окуляр. Оптическая система в несколько раз уменьшает изображение предмета. Объектив состоит из двух вогнуто-выпуклых линз. Окуляр прибора снабжен наглазником. На корпусе прибора со стороны объектива нанесены две отсчетные шкалы: одна для измерения с расстояния 15 м , вторая – 20 м (рисунок 4.15).

Регулировка прибора осуществляется путем передвижения тубуса относительно шкал. При этом необходимо ослабить винты, стягивающие корпус прибора.

Рисунок 4.15 Шкала оптического высотомера

В оптическом высотомере лучи света, идущие от измеряемого дереваАВ , после прохождения через рассеивающую линзу (объектив), расходятся веером(рисунок 4.16). Если эти лучи попадут в глаз, то мы увидим мнимое прямое изображение дерева А 1 В 1 , которое будет сильно уменьшенным.

Рисунок 4.16 Ход лучей в оптическом высотомере Анучина

При непосредственном глазомерном наблюдении высоких деревьев с близкого расстояния угол зрения очень велик (порядка 60˚).

Визирный прибор, сконструированный для измерения такого большого угла, будет громоздок. В портативном визирном приборе этот угол должен быть уменьшен.

Рассеивающие линзы в данном случае и применяются для того, чтобы сузить угол зрения при измерении высоких объектов. В передней части высотомера имеется прямоугольная прорезь, через которую рассматривается измеряемое дерево. При небольших габаритах прибора шкалы, нанесенные на внутренней поверхности передней стенки высотомера, расположены на близком расстоянии от глаза, поэтому для лучшей их видимости в окулярной части прибора установлена слабая лупа (+5 диоптрий). Лупа мало влияет на изображение, получаемое при помощи объектива. Установкой окуляра (лупы) достигается возможность одновременного рассматривания уменьшенного изображения дерева и высотомерных шкал.

Преимуществом данной схемы является то, что она дает прямое изображение. В ряде же других оптических устройств, например в некоторых дальномерах, получается обратное изображение. Во многих оптических измерительных приборах для того, чтобы получить прямое изображение, прибегают к дополнительной установке призм или даже систем призм. Это сильно усложняет изготовление приборов и затрудняет их юстировку, т,е,точную подгонку, регулирование.

В упомянутых учебниках лесной таксации описаны высотомеры «Метра» и Блюме-Лейеса. Высотомера «Метра» в лесном хозяйстве Беларуси нет. Высотомеры Блюме-Лейеса в 70-е годы прощлого века были приобретены в большом количестве лесоустройством. В лесхозы они не поступали. В небольшом количестве эти достаточно точные, удобные высотомеры еще сохранились. Поэтому дадим его описание.

Высотомер Блюме-Лейеса (рисунок 4.17) имеет корпус в виде сектора круга. Глазной и предметный диоптры расположены в концах верхней грани корпуса высотомера. Рядом с предметным диоптром находится спускной крючок, который закрепляет в нужном положении маятник высотомера. В верхней части корпуса имеется вырез, через который пропускают большой палец руки при визировании на вершину дерева.

Рисунок 4.17 Высотомер Блюме-Лейса

На обратной стороне корпуса шурупами прикреплена табличка, содержащая поправки к измерениям при гористом рельефе. Эта же табличка позволяет перевести градусы уклона местности в проценты.

Высотомер изготовлен из легкого метала. Его механические части помещены внутри корпуса, что исключает повреждение механизма. Масса высотомера 320 г , размеры 18х 15х 2 см .

Высота деревьев определяется по четырем дугообразным шкалам с высотными делениями. Каждая шкала служит для визирования на дерево с различных расстояний: 15; 20; 30 и 40 м . С помощью пятой, нижней шкалы определяют в градусах крутизну склонов, проводят нивелирование дорог и канав. Все шкалы защищены стеклом. Высота деревьев и глубина пониженных мест, которые можно определять с помощью четырех шкал высотомера, приведены в таблице 4.2.

При измерении высоты дерева сначала необходимо определить расстояние от измеряемого дерева до таксатора. Для этой цели в высотомере имеется дальномер с прилагаемой к нему базисной складной лентой. Последняя закрепляется на измеряемом дереве с таким расчетом, чтобы ее нулевое деление было расположено на высоте глаз. Таксатор отходит от измеряемого дерева и, передвигаясь на несколько шагов вперед или назад, в оптический измеритель ищет одно из четырех чисел (15; 20; 30 или 40), находящихся на базисной ленте на том же уровне, что и нулевое деление. Допустим, что в оптическом измерителе получилось изображение, при котором нулевое деление стоит на одном уровне с делением 20. Это означает, что расстояние от основания ствола измеряемого дерева до уровня глаз таксатора равно 20 м .

Чтобы добиться точного определения расстояния при рассматривании через оптический измеритель базисной ленты, высотомер необходимо слегка поворачивать. Тогда получается наиболее ясное изображение базисной ленты.

Таблица 4.2 – Высота деревьев и глубина пониженных мест,

измеряемые высотомером Блюме-Лейеса.

Установив расстояние от пункта наблюдения до дерева, надо нажать на кнопку, находящуюся на обратной стороне высотомера. В результате освободится маятник. Сначала визируют на вершину дерева, а затем на его основание. Визирование должно продолжаться до тех пор, пока маятник не перестанет качаться, т.е. не встанет в вертикальное положение. После этого, не переставая через диоптры визировать на вершину дерева, нажимают указательным пальцем на спусковой крючок. Тогда маятник остановится на том делении шкалы, которое будет определять высоту дерева от вершины до уровня глаза. Визирование на основание дерева происходит аналогично визированию на его вершину. С его помощью определяют расстояние от шейки корня дерева до глаза наблюдателя. Суммируя результаты отсчета на шкале при визировании на вершину и на основание дерева, находят его высоту.

Если таксатор находится в горах ниже уровня основания дерева, необходимо отсчет при визировании на основание вычесть из отсчета при визировании на вершину дерева. Когда дерево расположено на склоне крутизной более 10º, необходимо внести поправку на рельеф. В поправочной таблице находят величину поправки на высоту, соответствующую установленному углу наклона, и умножают ее на высоту дерева. Точность высотомера ± 0,5 м .

Устройство высотомера маятниковой конструкции, каким является высотомер Блюме-Лейеса, основано на тригонометрических расчетах (рисунок 4.18).

Предположим, надо измерить высоту дерева CD . Отойдем от дерева на расстояниеАВ = 10 м и из точкиА будем визировать на вершину измеряемого дерева. При этом маятник высотомера, обозначенный на рисунке линей om , займет вертикальное положение. Маятник и визирная труба образуют угол, равный углу ABC . Оба угла на рисунке обозначены через α. Отношение длиныАВ к длине линииВС составляет тангенс угла α. Длина линийАВ принимается постоянной, равной 10м.

Рисунок 4.18 Схема измерения высоты дерева высотомером

Блюме-Лейса

Возьмем другой пример. Требуется измерить высоту у двух деревьев. Высота первого дерева от уровня глаза наблюдателя до вершины равна 10 м , второго дерева – 15 м (С 1 В 1 =10 м,С 2 В 2 =15 м). Соответственно этим условиям тангенс угла α, образуемого маятником и визирной линией, будет равен:

а) для первого дерева

;

б) для второго дерева

.

Аналогичным способом могут быть найдены тангенсы углов α, образуемых маятником и линией визирования, для деревьев любой высоты. Тангенсу, равному 1, соответствует угол 45˚, а тангенсу, равному 0,67 – угол 33˚40΄. Эти углы наносят на сектор высотомера.

При их построении за вершину угла берут ось маятника параллельно визирной линии. Угол равный 45˚ на секторе отмечают делением и под ним ставят цифру 10. Маятник высотомера будет отсекать это деление тогда, когда высота дерева над уровнем глаза наблюдателя будет равна 10 м . Против деления, соответствующего углу 30˚40΄, наносят цифру 15. Она определит высоту дерева, превышающего уровень глаза наблюдателя на 15 м . Аналогичным методом наносят на шкалу высотомера деления для определения всех прочих высот деревьев, разнящихся между собой на 1 м .

Точность высотомера Блюме-Лейса в 70-е годы прошлого века проверена В.Ф.Багинским путём измерения высоты у ста модельных деревьев с последующей их рубкой и измерением высоты рулеткой с точностью до 5см. Установлено, что она соответствует паспортным данным и лежит в пределах 0,3-0,5м.

В принципе, пользование любым высотомером несложно, если знать принцип их работы. К тому же к каждому высотомеру прилагается инструкция по работе с данным прибором.

В настоящее время лесоустройство и лесхозы переходят на новое поколение высотомеров – оптико-механические и электронные. Они выпускаются в Германии, Финляндии, Швеции и других странах. Современные высотомеры, применяющиеся в лесном хозяйстве, описаны А.А. Буем в журнале «Лесное и охотничье хозяйство» №3 за 2008 год. Характеристика этих приборов приведена в соответствии с названным описанием.

Высотомер SuuntoPM – 5 (Финляндия) применяется в настоящее время в нашем лесном хозяйстве со второй половины 70-х годов прошлого века. В силу его удачной конструкции и высокого качества изготовления он не потерял значение до сих пор. В лесхозах этот высотомер встречается редко, им чаще пользовались научные работники и лесоустроители. Прибор представляет собой оптико-механический высотомер (рисунок 4.19 ) для измерения высот деревьев с высокой точностью и оперативностью. Он позволяет также измерять углы уклона в градусах. Определение высоты дерева может вестись с двух базисных расстояний: 10 и 20 м .

Рисунок 4.19 – Высотомер SuuntoPM – 5

Конструктивно прибор выполнен в легком анодированном алюминиевом корпусе и может легко помещаться в нагрудный карман куртки. Шкала высотомера вращается на специальных подшипниках в герметичном пластиковом контейнере, заполненном незамерзающей демпфирующей жидкостью. Применение такой технологии позволяет достигать плавности вращения шкалы и гашения мелких колебаний, что особенно важно при снятии показаний. Демпфирующая жидкость не замерзает на морозе и сохраняет свои демпфирующие свойства в широком диапазоне температур. Прибор оснащен визирным устройством, позволяющим считывать показания высотомера в процессе замера. Предусмотрена настройка резкости окуляра. После установления базисного расстояния наводка и взятие отсчета по шкале производятся одновременно. Регулирование или блокировка шкалы при этом не производится. В данной модели к показаниям прибора в этом случае необходимо прибавлять высоту визирования, которую также можно измерить, сняв отсчет по основанию дерева.

Высотомер выпускается в нескольких модификациях: с лампой подсветки (ActiveBetaLighting ) и с визирующим устройством для определения базисного расстояния по базисной ленте, помещенной на измеряемом дереве. Точность высотомера составляет ± 2 %. Его проверка, проведенная В.Ф.Багинским одновременно с высотомером Блюма-Лейса показала, что точность прибора соответствует паспортным данным и не выходит за пределы 0,5м.

SuuntoTandem (Финляндия). Прибор объединяет в одном анодированном алюминиевом корпусе высокоточный высотомер и буссоль. Конструкция высотомера в этом приборе аналогичная конструкции высотомера SuuntoPM – 5. Комбинация двух приборов в одном корпусе является эффективным решением для специалистов, которым требуется одновременно производить замер высот и выполнять измерение углов на местности, т.е. для использования при отводе и таксации лесосек. Общий вес прибора составляет всего 180 г .

SilvaClinoMaster (Швеция). Оптико-механический высотомер высокой точности, предназначенный для измерения высот деревьев и вертикальных углов (рисунок 4.20 ).

Рисунок 4.20 – Высотомер SilvaClinoMaster

Конструктивно высотомер выполнен в анодированном алюминиевом корпусе карманного размера (75х53х16 мм). Шкала высотомера помещена в специальную капсулу, заполненную демпфирующей жидкостью, что обеспечивает плавность вращения и демпфирование мелких колебаний. Шкала вращается в специальных сапфировых подшипниках, обеспечивающих очень низкий коэффициент трения. Измерение высоты может производится с нескольких базисных расстояний: 10; 15; 20 и 25 м . На боковую поверхность высотомера нанесена сантиметровая шкала. Высотомер выпускают в нескольких модификациях: с линзой или призмой для визирования и снятия показаний; с подсветкой от батареи или с применением специальной технологии ActiveBetaLighting ; с визирующим устройством для определения базисного расстояния (по базисной ленте). Снятие показаний выполняется как и у высотомера SuuntoPM – 5. Точность прибора - ± 2 %. Небольшой вес ( 110 г ) и компактные размеры делают прибор удобным в эксплуатации.

SilvaSurveyMaster (Швеция). Патентованная технология объединения двух измерительных приборов в одном корпусе: высотомера ClinoMaster и бус c оли SightMaster (рисунок 4.21 ). Как и в случае SuuntoTandem , это прибор является эффективным решением для работ, связанных с отводом лесосек (например, съемка с помощью буссоли), и определением высот модельных деревьев при таксации. В отличие от SuuntoTandem у этого измерительного прибора оси визирования высотомера и буссоли, находятся на одной линии, в то время как у первого – под прямым углом друг к другу.

Рисунок 4.21 – Высотомер SilvaSurveyMaster

Прибор выпускается в модификации с различными устройствами для визирования – с линзами или призмами. Вес прибора – 230 г .

HaglofElectronicClinometer (Швеция). Электронный высотомер известной компании Haglof , выпускающей лесотаксационный инструмент.

Этот прибор (рисунок 4.22 ) самый простой в эксплуатации из электронных высотомеров, представленных ранее. Он специально предназначен для измерения высот деревьев и вертикальных углов. Малые размеры, сопоставимые с размерами спичечного коробка (63мм х 44 мм ) и низкий вес ( 50 г ) делают его, вероятно, самым компактным высотомером для лесной таксации.

Рисунок 4.22 – Высотомер HaglofElectronicClinometer

Кроме малых размеров, второй отличительной особенностью высотомера является его способность определять высоту дерева с любого базисного расстояния. Перед началом замера необходимо произвести замер базисного расстояния. Для лучшего результата оно должно примерно равняться высоте дерева. Величина базиса вводится в высотомер, после чего выполняется собственно измерение высоты: сначала визирование на основание дерева, а затем – на его вершину. Высотомер автоматически рассчитывает высоту дерева, и наблюдатель может считать показания в видоискателе высотомера. Прибор питается от одной батареи (тип АА). Точность измерений прибора высока – ошибка составляет всего ± 0,2˚. В силу малых размеров и массы высотомера, от таксатора требуется некоторый навык для точного визирования на вершину дерева и снятия показаний. Опыт использования этого прибора в лесном хозяйстве показал высокую эффективность его работы совместно с компактным лазерным дальномером BOSCH DLE 50 (рисунок 4.23 ).

Названный дальномер измеряет расстояния до 50 м с очень высокой точностью (± 1,5мм) . С помощью дальномера производится замер базисного расстояния, показания вводятся в высотомер, затем выполняется замер высоты дерева. И c пользование лазерного дальномера значительно ускоряет работы по обмеру моделей по сравнению с применением обычной мерной ленты, а технологическое решение из комбинации этих двух приборов имеет привлекательную стоимость по сравнению с моделями со встроенным дальномером.

Рисунок 4.23 – Дальномер BOSCH DLE 50

Для эффективной работы дальномера необходимо использовать светоотражатель, который помещается рядом с измеряемым деревом. Без использования отражателя дальность измерения снижается до 25 – 35 метров .

Vertex IV (Швеция). Электронный высотомер компании Haglof (рисунок 4.24 ).

Рисунок 4.24 – Высотомер Vertex IV

Это современное высокотехнологичное устройство для измерения высоты деревьев. Прибор также годиться для измерения расстояний, горизонтальный проекций, вертикальных углов и уклонов. В нём используется ультразвуковая технология для замера расстояния, позволяющая производить измерения в условиях высокой сомкнутости полога леса, наличии густого подлеска и даже перекрытия измеряемого объекта густой растительностью. По своим техническим характеристикам и потребительским качествам прибор отвечает самым высоким требованиям.

Определение высоты дерева может вестись с любого базисного расстояния. Для определения базиса используется встроенный дальномер и специальный транспондер, который устанавливается возле измеряемого дерева (рисунок 4.25 ).

Рисунок 4.25 – Транспондер и конусный отражатель, используемый с высотомером Vertex IV

Транспондер размещают на высоте, которая предварительно записывается в электронной памяти высотомера. Она устанавливается пользователем. Для проведения измерений таксатор отходит на расстояние, примерно равное высоте дерева, включает высотомер и выполняет последовательно визирование сначала на транспондер, а затем на вершину дерева. Высотомер рассчитывает высоту дерева с учетом высоты визирования и уклона местности, выводит ее на экран и сохраняет в электронной памяти прибора.

Высотомер можно применять для отграничения круговых площадок постоянного радиуса (КППР). Для этого в центре КППР помещают транспондер со специальным конусным отражателем, который поставляется отдельно. Визируя высотомер в направлении транспондера, наблюдатель определяет расстояние до центра КППР.

Высотомер оборудован инфракрасным передатчиком и радиомодулем Bluetooth. Данные четырех последних измерений могут быть переданы в компьютер или электронную мерную вилку Haglof Digitech Professional или Mantax Digitech. Таким образом, совместное использование электронной мерной вилки и высотомера позволяет полностью сохранять данные таксации в электронной форме. Это обстоятельство делает удобной последующую обработку данных на компьютере, значительно ускоряя их ввод и обработку.

Высотомер имеет компактные размеры (80х50х30 мм), изготовлен в корпусе из анодированного алюминия и имеет незначительный вес – всего 160 г , включая батарею питания (элемент типа АА 1,5 Вольт). Прибор может эксплуатироваться в широком диапазоне температур, включая температуры ниже нуля (от – 15°С до +45°С). Точность измерения расстояния – ± 1 %.

Vertex Laser L400 (Швеция). Электронный высотомер компании Haglof (рисунок 4.26 ).

Рисунок 4.26 – Высотомер Vertex Laser L400

Прибор предназначен для измерения высот, уклонов и расстояний. Для определения расстояния в высотомере используется лазерная технология. Наличие лазера позволяет определять расстояния до 350 метров без отражателя и до 900 метров отражателем. При этом обеспечивается точность измерений до ± 1 м на дистанции до 100 м . Модификация высотомера L400 объединяет в одном корпусе лазерный и ультразвуковой излучатели, что значительно повышает возможности использования прибора.

Измерение высот деревьев производится по схожей методике, как и в модели Vertex IV. Как и модель Vertex IV, этот высотомер оборудован инфра красным портом для передачи результатов измерений в компьютер или мерную вилку. Прибор питается от двух литиевых батарей (3 Вольта) и работает в широком диапазоне температур (от – 15°С до +45°С). Его вес, включая батарею, составляет 260 г .

В настоящее время на рынке лесотаксационных инструментов представлено много различных конструкций высотомеров, которые можно применить в лесохозяйственной практике. Сравнительная характеристика описанных высотомеров приведена в таблице 4.3. Выбор модели определяется требованиями, предъявляемыми к решаемым практическим задачам.

Таблица 4.3 – Характеристики высотомеров

Основной производственной задачей лесхоза, где требуется применение высотомера, является таксация лесосек при подготовке материалов отводов для отпуска древесины на корню в соответствии с действующими правилами. Так как основной объем этих работ выполняется лесничествами, оптимальным выбором в этом случае будут оптико-механические высотомеры: например, Suunto, Silva или электронный HEC. Применение комбинированных приборов (высотомер и буссоль) является оптимальным решением в том случае, если работы по отводу и таксации лесосеки выполняются одновременно.

Применение электронных высотомеров Haglof Vertex IV или Vertex Laser целесообразно рассматривать в комплексе с электронными мерными вилками Haglof, так как в этом случае сбор и обработка данных происходит полностью в цифровом виде. В силу более высокой стоимости такого технологического решения по сравнению с традиционным способом сбора и обработки полевого материала, комплексом этих электронных инструментов в первую очередь следует оснащать специализированные звенья или бригады, выполняющие работы по отводу и таксации лесосек. В этом случае 2 таксатора могут выполнить весь комплекс работ по таксации лесосеки с последующей обработкой полевых данных и подготовкой документации на персональном компьютере.