Бреусова Дарья

Объектом исследования является высота различных высотных зданий и предметов. Предметом исследования – способы измерения высоты. Цель: определить высоту дерева, дома, фонарного столба и других высоких предметов.

Задачи: 1. рассмотреть разные способы измерения высоты;

2. найти наиболее простой способ измерения высоты;

3. сопоставить точность разных методов.

Гипотеза: Высоту можно измерить множеством доступных нам способами.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Тезисы выступления.

Здравствуйте! Меня зовут Бреусова Даша. Я ученица 5 класса Подовинновской средней школы. Руководитель проекта Глазырина С.Н.. Наш проект называется: «Измерение высоты предметов различными способами» .

Однажды, когда я смотрела мультфильм Рапунцель, меня поразил тот способ, которым злая матушка Готель поднималась на высокую башню. А затем и Фин Райдер поднимался на эту башню, но уже совсем другим способом. И я решила, что это могут быть способами вычисления высоты этой башни. В случае с Готель высоту башни можно измерить, зная длину волос Рапунцель и прибавить ещё высоту внутреннего помещения. А Райдер взбирался на башню при помощи стрел. Думаю, что можно сосчитать сколько раз он втыкал стрелу в стену башни и умножить на расстояние между стрелами.

И я подумала, существуют ли ещё какие ни будь способы измерения высоты. Я поставила перед собой задачу: не поднимаясь на высокий предмет, определить его высоту.

Варианты решения задачи:

1. Веревку я не могу использовать, так как нельзя подниматься на его верхушку.
2. Линейки для измерения такой высоты у меня тоже нет.
3. Использовать авиатехнику (самолет или вертолет) нет возможности.
4. Если с друзьями, встать друг на друга, замерить высоту - опасно для жизни.

Поэтому я решила поэкспериментировать и попробовать измерить высоту различных высоких предметов доступными мне способами. Объектом исследования является высота различных высотных зданий и предметов. Предметом исследования – способы измерения высоты. Цель: определить высоту дерева, дома, фонарного столба и других высоких предметов.

Задачи: 1. рассмотреть разные способы измерения высоты;

1. найти наиболее простой способ измерения высоты;
2. сопоставить точность разных методов.

Гипотеза: Высоту можно измерить множеством доступных нам способами.

Для начала я измерила свой рост: он оказался 137 см,

Длину шага вычислила при помощи среднего арифметического 61,3 см (измерила длину 10 шагов и разделила на 10)

Высоту до уровня глаз 130 см

Самый легкий и самый древний способ – который греческий мудрец Фалес за шесть веков до нашей эры определил в Египте высоту пирамиды. Он воспользовался ее тенью. Жрецы и Фараон, собравшиеся у подножья высочайшей пирамиды, озадаченно смотрели на северного пришельца, отгадывающего по тени высоту огромного сооружения. Фалес выбрал день, и час когда его тень ровнялась его росту, тогда и высота пирамиды должна соответствовать ее высоте.

Таким образом, можно измерить и высоту дерева.

Но этот способ не всегда можно применить. Чтоб не дожидаться когда ваша тень станет равна вашему росту можно поступить проще.

Измерить тень дерева и вашу собственную. Во сколько раз тень дерева больше вашей тени, значит во столько же раз дерево выше вашего роста. Я попробовала использовать этот метод. И вот что у меня получилось:

1. Измерение высоты столба по его тени

Длина моей тени 9 шагов, значит 5,5 м

Длина тени столба равна 57 шагов, значит 35 м.

Мой рост- 137 см = 1,37 м

Тогда высота столба:

35*1,37:5,5 = 8,72 м.

1. Измерение высоты столба при помощи равнобедренного треугольника.

Я отошла на расстояние, чтобы продолжение стороны треугольника проходило через верхушку столба. Расстояние получилось равно 12 шагов, значит 736см.

Высота столба равна 736см плюс 130см (уровень глаза над землей), равно 866см = 8.66м.

1. Измерение высоты столба при помощи шеста.

Мы взяли шест, равный моему росту, и установили его перпендикулярно на таком расстоянии от столба, что бы лёжа было видно верхнюю точку столба. Измерили расстояние от головы до основания столба. Оно оказалось равным 8,7 метрам, значит и высота столба тоже равна 8,7 метрам.

1. Измерение высоты столба при помощи высотомера

Для этого я изготовила простой прибор, который называется высотомер. (он представляет собой прямоугольник на одной стороне которого нанесла шкалу с ценой деления 1 см. к противоположной вершине закрепила верёвочку с грузом)

Для измерения высоты столба я измерила:

Расстояние от меня до столба – 11 шагов - 670см

Ширину дощечки – 203см

Показания прибора – 26 см

Уровень глаз над землей – 130см

Высота столба без уровня глаз над землёй =670*26:23= 757см
Высота столба 757см + 130см = 887см = 8.87м

1. Измерение высоты столба при помощи зеркала.

Расстояние от меня до зеркала – 3,5 шага, что составляет 215см;

Расстояние от зеркала до столба –22 шага, значит 1349 см;

Мой рост- 137 см

Тогда высота столба: 137*1349: 215= 859,6 см = 8,6 м

1. Измерение высоты столба при помощи воздушного шарика.

К шару, наполненному гелием, привязала тонкую леску и дала ему возможность подняться до измеряемой высоты. Потом леску смотала и измерила её длину. Это и есть высота столба, равная 8, 85 м.

Конечно, можно запустить рядом с предметом воздушный шарик и засечь время его подъема до уровня верхней точки. Нужно только независимо и достаточно точно измерить скорость подъема такого шарика и быть уверенным, что во время полета его не сдует в сторону какой-нибудь шальной порыв ветра.

Бесспорно, вычислить высоту можно было бы с помощью длинной верёвки , скинув её с максимальной точки предмета, но это нам недоступно.

Это только некоторые способы измерения высоты предмета.

Перебрав идеи решений, я придумала свой способ измерения высоты предмета.

1. Выбирается мерка (человек).
2. Эта «мерка» встает вплотную к измеряемому предмету.
3. Второй участник фотографирует, встав максимально далеко.
4. Выбрав наиболее удачные фотографии, измеряют при помощи обыкновенной линейки высоту «мерки» и здания (на фотографии).
5. Находим отношение здания в мерках.
6. Узнаем точный рост «мерки».
7. И это отношение умножаем на рост «мерки».
8. Тем самым находим приблизительно высоту предмета, не поднимаясь на него.

Поэтому получила правило, что для того, чтобы решить нашу проблему п ри помощи фотографии , на которой изображён измеряемый предмет и мерка, надо найти отношение реальной длины мерки к длине мерки с фотографии, затем полученный результат умножить на длину измеряемого предмета с фотографии.

1. Измерение высоты столба при помощи фотографии.

На фотографии:

Я – 1,2 см

Высота столба на фото – 7,6 см.

Мой рост- 137 см

Тогда высота столба: 137*7,6:1,2 = 8,68 м

Сравнив результаты моих измерений со средним арифметическим, я поняла, что измерения неточные, но возможно это зависит от погодных условий, так как измерения проводятся на ровной поверхности, но на улице много сугробов и поэтому ровной поверхности достичь не удалось. Для меня наиболее простым и приемлемым оказался способ измерения высоты предмета с помощью шеста, так как занимает мало времени и минимум приспособлений для решения проблемы. Измерение высоты предмета с помощью тени не всегда выполнимо, так как необходима солнечная погода. Измерение высоты здания с помощью фотографии решает нашу проблему, но требует специальные технические средства: цифровой фотоаппарат, компьютер, принтер. Из всех опробованных методов, наш оказался на третьем месте по точности. Наиболее точным оказался способ измерения высоты здания с помощью тени.

И сделала диаграмму.

На практике я применила свой способ нахождения высоты при помощи фотографии для нахождения высоты близ стоящего дерева, здания начальной школы, дома культуры, снежной горки, трубы кочегарки и двухэтажного жилого дома.

1. Высота дерева при помощи фотографии.
2. На фотографии:

Я – 1 см; Дерево – 10 см. Мой рост- 137 см;

Тогда высота дерева: 137*10:1=1370 см = 13,7 м

1. Высота здания начальной школы при помощи фотографии.

На фотографии:

Я – 2,3 см; Начальная школа – 10 см. Мой рост- 137 см

Тогда высота горки: 137*10:2,3=595,7 см =6 м

1. Высота здания Дома культуры при помощи фотографии.

На фотографии:

Я – 1,1 см; Дом культуры – 7см. Мой рост- 137 см

Тогда высота ДК: 137*7:1,1=871,8 см =8,7 м

1. Высота снежной горки при помощи фотографии.

На фотографии:

Я – 5 см; Горка – 9 см. Мой рост- 137 см

Тогда высота горки: 137*9:5=246,6 см=2,5 м

1. Высота трубы кочегарки при помощи фотографии.

Сделали несколько снимков: Я - мерка около здания

Мой рост 1метр 37см.

Измерили высоту трубы на фотографии 19,7см, и высоту мерки – 0,9 см.

137*19,76:0,9=2998,8=30 м

1. Высота двухэтажного жилого дома при помощи фотографии.

На фотографии: Я – 1,7 см; Дом – 7,5 см. Мой рост- 137 см

Тогда высота дома:137*7,5:1,7=604,4 см=6 м

Заключение.

Я исследовала различные способы измерения на местности и применила их на практике. Также изготовила приборы для этих измерений. Таким образом, поставленные задачи выполнены, и цель работы достигнута. А наша гипотеза – подтвердилась, что в ысоту можно измерить множеством доступных нам способов.

Спасибо за внимание!

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.

Использование альтиметра для измерения высот

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.

Определение точных высот для настройки альтиметра

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:

Калибровка альтиметра и измерение высот

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

Измерение высоты мерной вилкой. Высоту дерева можно определить мерной вилкой. Для этого ее надо соответствующим образом наладить.

1. В неподвижной ножке на расстоянии 5... 8 см от ее конца просверлить небольшое отверстие.

2. На подвижной ножке точно против отверстия отметить черту и принять ее за нулевое деление. Вправо и влево от нуля нанести косые сантиметровые деления, причем влево от нуля черточки наносят с наклоном влево, а с правой стороны- вправо.

3. Снабдить мерную вилку нитью с отвесом.

Измеряют высоту следующим образом. Мерщик отмеряет от дерева расстояние, примерно равное высоте дерева, и выбирает такое место, чтобы хорошо видна была вершина и основание дерева, например на расстоянии 24 м. Подвижную ножку отодвигает на число сантиметров, равное чис„ у метров от дерева до наблюдателя (в нашем примере 24 см) и закрепляет в этом положении стопором. По внутренней грани неподвижной ножки

визирует на вершину дерева. При этом нить с отвесом займет вертикальное положение и пересечет некоторое число делений на подвижной ножке, которое соответствует высоте дерева от уровня глаза наблюдателя до вершины (2.3).

В равнинной местности, чтобы пол,чить всю высоту дерева, необходимо к полученному отсчету прибавить рост мерщика. В горной местности, если основание ствола расположено ниже наблюдателя, сначала визируют на вершину дерева и делают отсчет, затем визируют на основание. Сумма отсчетов на вершину и на основание ствола и будет высота всего ствола. Если, наоборот, основание ствола расположено выше наблюдателя, то высота ство а будет равна разности отсчетов на вершину и на основание. Погрешность измерений высоты дерева мерной вилкой составляет ±5 ... 8 %

Маятниковый высотомер . Маятниковый высотомер, предложенный таксатором Н. И Макаровым, представляет собой плоскую стальную пластину размером 8X10 см в виде сектора. С лицевой стороны сектора закреплен маятник и нанесены две шкалы высот: верхняя для измерения высоты при базисе 10 м и нижняя для измерения высоты при базисе 20 м. На шкалах деления нанесены по обе стороны от нулевого деления. К секторной пластине высотомера припаяна визирная трубка, глазной

диоптр, который расширен в виде воронки (2.4). На оборот ной стороне сектора по оси маятника имеется фиксатор в виде кнопки. При нажатии пачьием на кнопку маятник приходит в движение и принимает отвесное положение; при снятии пальца с кнопки пружина прижимает маятник к пластине и он оста- нав тивается.

Для измерения высоты дерева маятниковым высотомером поступают следующим образом:

1. Отмеряют от дерева базис 10 м или 20 м в горизонтальном проложении, причем если высота дерева до 15 м отмеряют 10 м, если более 15 м отмеряют 20 м.

2. Берут высотомер в правую руку так, чтобы большой палец был прижат к выемке под шкалой, а указательный - к визирной трубке.

3. Через глазной диоптр визирной трубки визируют на вершину дерева и одновременно указательным пальцем левой руки нажимают на кнопку.

Когда маятник остановится, а вершина дерева будет в центре кружка, осторожно снимают палец левой руки с кнопки и производят отсчет по соответствующей шкале: при базисе в 10 м пэ 10-метровой шкале, а при базисе 20 м по 20-метровой (2.5) Этот отсчет и есть высота дерева от уровня глаза наблюдателя до вершины. Для получения всей высоты необходимо прибавить к ней высоту до уровня глаз наблюдателя.

Если основание дерева находится ниже глаза наблюдателя, то высота дерева равна сумме отсчетов на вершину и основание дерева. Если основание дерева находится выше наблюдателя, то высота дерева равна разности отсчетов на вершину и на основание.

Маятниковый высотомер зарекомендовал себя,^ак прибор, удобный в работе, имеющий простую конструкцию. Погрешность измерения высоты дерева =п5 %, Для получения более точных результатов необходимо вычислить среднеарифметическое значение из двух-трех измерений.

Высотомер-угломер лесной ВУЛ-1. Высотомер-угломер предназначен для измерения высоты растущих деревьев, измерения расстояния (базиса) и определения угла наклона на местности. Он состоит из корпуса, внутри которого на оси подвешен барабан с балансиром, обеспечивающим постоянное положение шкал по отношению к горизонту (2.6К

На барабан нанесены шкалы дл» измерения высоты деревьев с базисного расстояния 15 и 20 м. На каждой шкале нанесены деления в метрах (с правой стороны) для измерения высоты и деления в градусах (с левой стороны) для измерения угла наклона. Базисное расстояние определяют дальномером с использованием специальной ленты из резинотканевой клеенки.

На крышке корпуса имеется шкала для определения базисного расстояния в метрах с учетом вертикального угла (шкала поправок) и тормозное устройство.

Порядок работы при определении высоты дерева на ровной местности:

выбрать место, с которого хорошо видны его основание и вершина;

закрепить базисную ленту на стволе дерева так, чтобы ее первый штрих находился на уровне глаза;

визируя на базисную лент, через дальномер, добиться, чтобы первый штрих ленты совместился со штрихом 15 м или 20 м; одно деление ленты соответствует 1 м расстояния до дерева;

визировать через окуляр высотомера на вершин\ дерева и одновременно нажать на кнопку тормозного устройства;

когда барабан остановится и визирная линия высотомера совпадет с вершиной дерева, снять палец с кнопки и произвести отсчет, КОТОРЫЙ соответствует высоте дерева от уровня глаза наблюдателя до вершины дерева.

Для получения всей высоты дерева необходимо к полученному отсчету прибавить расстояние до уровня глаза наблюдателя.

При определении высоты дерева на наклонной местности необходимо:

закрепить базисную ленту на стволе дерева; с помощью дальномера определить расстояние до дерева (15 или 20 м);

определить угол наклона в градусах, для чего необходимо визировать на верхний штрих ленты;

определить точное расстояние, с которого будет производиться измерение высоты дерева по шкале, находящейся на корпусе высотомера с учетом вертикального угла;

визировать с этого расстояния на вершину дерева и производить отсчет, затем визировать на основание дерева.

Высотомер-крономер ВК-1 . Высотомер предназначен для измерения высоты дерева, расстояний, угла наклона на местности и радиуса крон растущих деревьев. Он смонтирован в металлическом корпусе и состоит из цвух блоков и логарифмического калькулятора. В одном блоке в герметически закрытой камере установлен подвешенный на оси диск, на котором нанесены шкалы: угломерная и высотомерная. В камере вмонтированы отражательная призма с отсчетным индексом и лупа, являющиеся частью визирной системы. Во втором блоке установлена пенто- призма, с помощью которой высотомер-крономер переключается на вертикальное визирование (2.7).

Ниже визирной системы установлен дальномер, состоящий из биопризмы, объектива и окуляра. Грани биопризмы смещают наблюдаемое изображение шкалы (базисной ленты) во взаимно противоположных направлениях (вверх и вниз), образуя сдвоенное изображение.

Логарифмический калькулятор состоит из двух шкал: подвижной и неподвижной. На подвижной шкале дополнительно нанесена шкала поправок на уклон местности, оцифрованная в градусах. На поверхности корпуса находится маховичок, служащий для переключения призмы при измерении высоты или кроны дерева. При измерении высоты точка на головке маховичка должна находиться против буквы Н на корпусе, при измерении кроны - против буквы R.

Измерение высоты дерева высотомером-крономером выполняют следующим образом:

1. Выбирают место, с которого хорошо видны основание и вершина дерева.

2. Подвешивают базисную ленту на стволе дерева так, чтобы ее середина находилась на высоте глаза наблюдателя.

3. Визируя через дальномер на базисную ленту, производят отсчет расстояния по величине взаимного смещения ее изображения.

4. Визируя на середину базисной ленты, определяют уклон

5. После этого, визируя на вершину и на основание дерева, по высотомерной шкале производят отсчеты.

6. На неподвижной шкале калькулятора отыскивают деление, соответствующее базису, и с ним совмещают начало подвижной шкалы (цифра 10) или при наличии уклона - его значение (оцифровка в градусах).

Затем на подвижной шкале находят деление, соответствующее сумме отсчетов по высотомерной шкале, и против него на неподвижной шкале берут значение зысоты дерева. Среднеквад- ратическая погрешность измерения составляет не более, %: высоты деревьев ±3; расстояний ±1; крон деревьев ±4; уклонов местности ±30".

Высотомер Блюме - Лейсса. Он имеет корпус в виде сектора круга (2.8) и диоптры: глазной и предметный, расположенные на концах верхней грани корпуса высотомера. Ниже предметного диоптра находится спускной крючок, который закрепляет в нужном положении маятник высотомера. На оборотной стороне корпуса прикреплена табличка для внесения поправок в зависимости от крутизны склона. Высота деревьев определяется по четырем дугообразным шкалам при различной величине базиса (15, 20, 30, 40 м).

Отличие высотомера Блюме - Лейсса от высотомера Макарова заключается в том, что для измерения расстояния до дерева используется базисная складная лента с делениями 0, 15, 20, 30 и 40, играющая роль дальномерной рейки. Наблюдатель отходит от измеряемого дерева на такое расстояние, чтобы хорошо видно было вершину и основание дерева, и, передвигаясь назад или вперед на несколько шагов, ищет в оптическом измерителе одно из четырех чисел (15, 20, 30 или 40), находящихся на базисной ленте на том же уровне, что и нулевое деление. Если, например, нулевое деление стоит на одном уровне с делением 30, это означает, что от наблюдателя до дерева 30 метров.

После этого необходимо нажать на кнопку, находящуюся на оборотной стороне высотомера, и освободить маятник. Сначала визируют на вершину дерева и, как только маятник, перестанет качаться, нажимают пальцем на спускной крючок, и маятник остановится на том делении шкалы, которое будет соответствовать высоте дерева от уровня глаза.

Определение размеров недоступных объектов проще всего выполнять при помощи специализированного геодезического оборудования. Современные электронные тахеометры с режимом безотражательных измерений, лазерные рулетки и высотомеры существенно упрощают задачу, позволяя измерить высоту дерева или ширину реки.

К сожалению, не каждый может себе позволить иметь в кладовке про запас оборудование стоимостью несколько тысяч долларов, а с подобными задачами иногда приходится сталкиваться на бытовом уровне. Для решения этих задач к нам на помощь приходят знания, почерпнутые из цикла «Прикладная геодезия»: «История отрасли» , «Выбираем электронный тахеометр» , «Самостоятельные измерения при помощи рулетки, колышков и смекалки» , школьный курс геометрии, ну и немного смекалки (куда же без нее).

Определение высоты недоступного объекта

Для определения месторасположения будущего дачного домика или любой другой постройки важно знать высоты близлежащих объектов, например столбов или сухих деревьев. Это исключит возможность разрушения вашей недвижимости от падения объекта в случае стихийного бедствия или по каким-либо другим причинам.

Еще один важный момент до начала строительства — определение высоты провисания проводов ЛЭП, проходящих в районе участка. Строительный кран может задеть электролинию, что приведет к печальным последствиям. Не стоит забывать о напряжении пробоя — существует возможность поражения током даже за несколько метров от провода высокого напряжения в сырую погоду.

Для эксперимента попробуем определить высоту опоры ЛЭП 10 кВ от земли до верхнего изолятора различными методами и запишем полученные значения в таблицу.

Метод статистической оценки

Его еще в народе называют методом «на глаз». Суть его заключается в визуальном сравнении известной высоты и недоступной. Для удобства возле измеряемого объекта вы устанавливаете вертикально палку с известной высотой. «Эталон» для сравнения должен быть максимально высоким. Отойдя на удобное расстояние, оцените высоту, а результат запишите в таблицу. Как вы понимаете, один человек не может точно произвести «измерения», поэтому для получения хорошего результата попросите произвести подобные действия ваших родственников или знакомых. Чем больше человек участвуют в «замерах» — тем точнее результат.

Затем наступает время обработки информации: отбросьте крайние значения (максимальное и минимальное), а из остальных результатов вычислите среднее арифметическое. Полученное значение и будет давать представление о высоте недоступного объекта. Погрешность такого метода зависит от опыта людей и качества их пространственной ориентации.

Оценка по фотографии

Бурное развитие технологий позволило интегрировать фотокамеру практически в любой современный гаджет, так что подбор оборудования для подобного эксперимента не составит особого труда. Суть та же — оценка высоты недоступного объекта, но уже не на глаз, а вычислив пропорцию между фотографическим изображением эталона и его реальной высотой.

Возле измеряемого объекта вы устанавливаете палку с известной высотой (мы использовали геодезическую веху), отходите на расстояние, когда верх объекта помещается в кадр. В идеале высота эталона и уровня съемки должна быть примерно одинакова, а саму камеру следует держать ровно. Если позволяют возможности, используйте фотографический штатив, высоту установки которого следует выполнить по рулетке.

Сбросьте изображение на компьютер и освежите в памяти информацию из статьи нашего цикла , в которой мы давали понятие масштаба. Мы получили изображение, размеры которого пропорциональны размерам в натуре, нам просто осталось вычислить масштаб и пересчитать высоту недоступного объекта. Для этого вы можете распечатать фотографию для измерений линейкой или воспользоваться любой программой для обработки изображения, которая позволяет измерять расстояния на фото в сантиметрах.

Этот метод более прогрессивный, но требует наличия компьютера и фотокамеры, а в полевых условиях это не всегда можно обеспечить.

Шариковая ручка

Приспособление для письма всегда найдется в письменном столе, а нам оно поможет в определении высоты объекта, используя метод перспективы. Вместо ручки можно использовать карандаш, ровную палочку или любой другой похожий предмет. Также нам понадобится ассистент и рулетка.

Отходим на такое расстояние, когда нам будет виден объект измерений целиком. Зажав ручку в кулаке, вытягиваем прямую руку перед собой таким образом, чтобы ее кончик совпадал с вершиной объекта. Вытягиваем большой палец руки в сторону параллельно земле, чтобы в итоге получился прямой угол. Затем поворачиваем кисть с шариковой ручкой на 90 градусов, в итоге большой палец у нас смотрит в землю параллельно измеряемому объекту, а кончик ручки указывает на место, куда необходимо переместиться ассистенту.

Мы спроецировали высоту объекта параллельным переносом на землю. Теперь не составит особого труда измерить полученное расстояние рулеткой от ассистента до столба, оно и будет равно определяемой высоте. Метод хорошо подходит для полевых условий, достаточно точный, однако требует наличие помощника.

Измерение тени

Метод, которым пользовались древние египтяне и греки, легко воспроизводится в современных реалиях и требует минимум трудозатрат. Для определения высоты нам необходимо одновременно измерить длину тени от объекта с известной высотой и длину тени от недоступного объекта.

Замеры следует производить в вечернее или утреннее время, когда длина тени максимальная. Этим вы исключите погрешности, а результат вычисляется составлением простейшей пропорции:

Высота столба = рост человека * длина тени столба / длина тени человека

Зеркальный метод

Угол падения, как известно, равен углу отражения. Этот постулат мы и применим для вычисления недоступной высоты. Кладем зеркало на землю примерно так, как показано на фото, отходим в сторону до того момента, пока в зеркале не отразится верхушка измеряемого объекта.

Измеряем необходимые расстояния от человека до зеркала, от зеркала до столба, и получаем требуемую высоту после вычисления пропорции.

Высота столба = рост человека * расстояние от зеркала до столба / расстояние от человека до зеркала

Воздушный шарик

Замеры по «методу Винни-Пуха» вы можете произвести, чтобы порадовать собственных детей. Несмотря на некую комичность, он тоже имеет право на жизнь, т.к. при благоприятных условиях он дает приемлемые результаты.

Для работы нам понадобится шарик, наполненный инертным газом, веревка и рулетка. Аккуратно отпускаем шарик на ниточке параллельно измеряемому объекту, при достижении им вершины фиксируем высоту нити, спускаем шарик и измеряем необходимое расстояние рулеткой. Для получения более точного значения ваш помощник должен отойти на значительное расстояние для более точной визуализации места, когда высота шарика и объекта сравняется. Данный метод мы приводим в качестве одного из альтернативных, поэтому лабораторные испытания мы проводить по нему не будем.

Рояль в кустах

Мы рассмотрели несколько основных методов измерения высоты недоступного объекта. Хотелось бы выяснить, какой из них наиболее точен. В этом нам поможет «рояль в кустах» — электронный тахеометр со специальным программным обеспечением, которое позволяет получить значение высоты в полевых условиях.

Для удобства все значения мы занесем в таблицу, которая и даст нам необходимую наглядность. Как видно из таблицы, все методы имеют небольшую погрешность, однако этого вполне достаточно для оценки высоты недоступного объекта.

Среднее арифметическое из полученных значений равно 9,47 м, так что для получения оптимального результата методы необходимо комбинировать, а полученные значения усреднять. В случае, если необходима высокая точность, можно приобрести маятниковый высотомер, который используют лесники для таксации зеленых насаждений.

Ну а самый точный результат получится при заказе топографической съемки. В техническом задании стоит отметить особое требование — измерение высот деревьев и других недоступных объектов. Как вы понимаете, это будет влиять на сметную стоимость работ, поэтому следующую статью из нашего цикла мы посвятим сметам. За непонятными терминами могут скрываться ненужные вам процессы работ, и наоборот, какие-то важные моменты по незнанию могут выпасть из поля зрения. Вооружившись этими знаниями, вы сможете общаться со специалистами практически на равных, что позволит в итоге сэкономить средства.

Владимир Стефанский, рмнт.ру

Альтиметр, или как его принято называть – высотомер, является пилотажно-навигационным прибором для измерения высоты полета. Все высотомеры подразделяются на два основных типа по своему строению, а именно на радиотехнические и барометрические приборы.

В старину в качестве высотомера использовали элементарные угломерные приборы, которые позволяли определять высоту по космическим телам, таким как звезды или планеты.

Барометрический альтиметр

С помощью данного прибора возможно определение относительной высоты полета. Это устройство работает за счет измерения давления в атмосфере. Всем известно, что с поднятием на высоту атмосферное давление уменьшается. Именно за счет данного принципа и работает высотомер. В действительности он измеряет не высоту, а давление атмосферного воздуха, на основе которого определяется высота.

Конструктивно альтиметр представляет собой запаянную коробку, которая имеет мембрану. С изменением давления мембрана меняет свое положение. К ней между мембраной и стрелкой прибора существует соединение. В силу этого малейшие изменения мембраны отображаются стрелкой на проградуированной шкале.

Такие высотомеры установлены на летательных аппаратах с небольшой максимальной высотой полета. Прибор имеет сходство с часами, поскольку он имеет круглую форму и две стрелки. Основным отличием является то, что табло разделено на 10 секторов. Одна из стрелок, перемещаясь на одно деление, отмечает высоту в 100 метров, а вторая, меньшая, отмечает изменение высоты на 1 километр.

Более современные барометрические высотомеры позволяют измерять высоту до 20 километров над уровнем моря. Нужно отметить, что эта конструкция неофициально считается стандартом в авиастроении. Также существуют альтиметры с одной стрелкой, полный оборот на 360 градусов отвечает одному километру высоты.

Нужно отметить, что иногда необходима ручная настройка высотомера с учетом наземного давления на аэродромах, тем более когда они расположены в горных районах. Из-за неправильной настройки высотомера случилось много катастроф, риск увеличивается при нулевой видимости.

В странах СНГ принято устанавливать давление на приборе такое же, как и давление аэродрома, на который проводится посадка, это можно считать точкой отсчета. Западные страны в качестве точки отсчета высоты используют давление на уровне моря.

Еще одной точкой отсчета высоты является так называемая линия эшелона. Эшелон – это стандартное давление в 760 мм рт. ст., которое наступает на высоте. Это условная линия высоты с постоянным давлением. Данная условная линия отсчета высоты является стандартом для авиации всего мира. Нужно отметить, что посадка всех летательных аппаратов запрещена без уточнения атмосферного давления над аэродромом. Требования ИКАО гласят об обязательном наличии на борту диспетчерского альтиметра, который кроме показа высоты сигнализирует самолетному ответчику, все это позволяет авиадиспетчерам определить реальную высоту полета судна.

Существуют небольшие высотометры, которые используют десантники и парашютисты для прыжков. Данный прибор имеет небольшую массу и размер, корпус изготовлен из ударопрочного материала. Такие системы устанавливаются на парашютах. На данный момент используют и электронные приборы, которые сигнализируют о прохождении заданных высот.

Радиотехнический альтиметр

Высотометр радиотехнического типа позволяет отображать высоту полета за счет посыла электронной волны в направлении земли, после чего она отбивается и принимается прибором на борту самолета. Анализируется время возвращения сигнала, определяется высота самолета над поверхностью земли. Основным отличием от барометрического высотомера является то, что определяется реальная высота, а не относительная. Кроме того, это устройство отображает высоту с большей степенью точности.

Все же на практике прибор эффективен на небольших высотах, поскольку для большой высоты необходим мощный излучатель сигналов и соответствующее оборудование для фильтрации и устранения помех.

Система состоит из передатчика типа СВЧ и антенны, которая расположена на нижней части фюзеляжа самолета. Также имеются отражатели и приемники сигналов, система обработки и отображения на приборной доске в кабине пилотов. Радиотехнические альтиметры делятся на два типа. Первые работают на высотах до 1,5 километра в непрерывном режиме. Вторые работают в диапазоне от 1,5 и до 30 километров, но они функционируют в импульсном режиме. Все высотомеры имеют сигнальные системы малой высоты полета, которые звуком и светом сообщают о понижении высоты от предварительно заданной.

Недостатком данного прибора является то, что луч от передатчика направлен четко вниз. За счет этого эффективным радиотехнический альтиметр можно считать только на равнинной местности и совершенно бесполезным в горных районах. Кроме того, при большом крене машины прибор показывает завышенные показатели, что не отвечает действительности. Говоря о безопасности, необходимо отметить, что такие приборы подают мощные коротковолновые импульсы, которые наносят урон биосфере.

GPS-высотомер

В авиации высоту можно вымерять с помощью современных GPS-приемников. Этот прибор работает за счет посыла сигналов на несколько спутников, которые находятся на постоянных орбитах движения. Математические вычисления прибора позволяют точно определить координаты летательного аппарата и его высоту. Высота измеряется относительно модели земли типа WGS84. Нужно отметить, что прибор GPS работает со спутниками. Так с помощью связи с двумя спутниками можно установить точные координаты. Чтобы определить высоту полета, необходима связь с тремя спутниками. Работа высотомера GPS имеет значительно больше преимуществ, нежели барометрические и радиотехнические приборы, поскольку определение высоты не зависит от показателей давления, пересеченной местности и крена летательного аппарата.

Все же некоторые недостатки существуют и в таких приборах. При использовании на скоростных истребителях очень быстрое снижение не позволяет приборам отображать реальные показатели. В подобной ситуации вычислительному прибору необходимо время на отправление и получение сигнала от спутника, подобные задержки могут достигать одной секунды. Более новые модели GPS-альтиметров имеют возможность учитывать скорость снижения, что делает их более точными.

Для небольших высот более точными и надежными являются все же барометрические и радиотехнические высотомеры, поскольку на них не влияет отражение сигналов от поверхности и помех от наземных электрических систем.

Бытовые GPS-системы, которые используются в автомобилях или мобильных телефонах, могут иметь отклонение от точности на 10 метров, этого достаточно для эффективного ориентирования на местности. Военные и спецслужбы США используют закрытый и более точный канал GPS под названием L1, который позволяет измерять точность высоты до нескольких сантиметров.

Гамма-лучевой альтиметр

Принцип работы данного прибора основан на излучении изотопов 137 Сs или 60 Со, которые посылаются на поверхность и отбиваются обратно. Подобный прибор используется на небольших высотах в несколько десятков метров. Основным преимуществом является стабильность лучей, на которые практически не влияют помехи. Такой высотомер был установлен на космическом корабле «Союз» и обозначался как изделие «Кактус». Система была установлена на днище корабля и имела соответствующее маркирование радиационной опасности.

В итоге нужно отметить, что высота полета очень важна, поскольку точное ее определение позволяет обеспечить безопасность полетов. В силу этого подход к определению высоты должен быть комплексным и летательные аппараты должны иметь сразу несколько высотомеров разной конструкции. Только таким образом можно достичь точности вычисления. Экипаж самолетов проходит глубокую подготовку по работе с приборами, что позволяет анализировать все показания системы. Отказ одного из приборов высоты во время полета приравнивается к летному происшествию.