Вимірювання висот за допомогою альтиметра Garmin DACOTA 20

Використання альтиметра для вимірювання висот

Визначення точних висот для настройки альтиметра

Калібрування альтиметра і вимір висот

Альтиметр - прилад для вимірювання висоти над рівнем моря. За принципами роботи розрізняють: барометричний і радіотехнічний.

Принцип роботи барометрического альтиметра заснований на вимірюванні тиску атмосфери. Відомо, що зі збільшенням висоти зменшується і поточне атмосферний тиск. Даний принцип покладено в основу приладу, який насправді вимірюється не висоту, а тиск повітря.

Спочатку альтиметр або висотомір - пілотажно-навігаційний прилад, сконструйований для пілотів повітряних суден. Висота польоту визначається в даному випадку як різниця тисків між точкою знаходження приладу і тиском повітря на поверхні (це може бути тиск на аеродромі або тиск, наведене до рівня моря). Атмосферний тиск на поверхні аеродрому повідомляється екіпажу наземними службами. Для правильного відображення висоти польоту на приладі необхідно вручну виставити величину тиску на землі (або тиск, наведене до поверхні моря). Це необхідно для визначення ешелону - умовної висоти, розрахованої при стандартному тиску і віддаленої від інших висот на величину встановлених відрізків.

Висота ешелону зовсім необов'язково збігається з реальною висотою польоту повітряного судна. Висотоміри в літаках - по суті, калібруються барометри, тобто висоту вони обчислюють за різницею тиску на землі і в повітрі. Для обчислення істинної висоти треба було б постійно вносити в прилади дані про атмосферний тиск в кожній точці маршруту, враховувати висоту цих точок над рівнем моря. Тому прийнято користуватися стандартним тиском. Якщо на всіх повітряних судах буде встановлено однакове значення тиску на альтиметр, то і показання висоти на приладі в заданій точці повітряного простору будуть однаковими. Тому з певного моменту при наборі висоти (висота переходу) і до певного моменту при зниженні (ешелон переходу) висота повітряного судна розраховується за стандартним тиску. Значення стандартного тиску (QNE) - 760 мм рт. ст. (1013,2 гектопаскаля, 29,921 дюйма рт. Ст.) - однаково у всьому світі.

Використання альтиметра для вимірювання висот

Оскільки атмосферний тиск сильно залежить від метеорологічної обстановки, вкрай нестабільно і може змінюватися протягом дня, а при поганій погоді і протягом години, показання висотоміра необхідно періодично звіряти по відомим оцінкам висоти, наприклад, перебуваючи на рівні моря або на височині, точна висота якої вказана на карті. Якщо ж цієї точки немає, то справа серйозно ускладнюється. З власного досвіду можу сказати, що денні коливання тиску можуть становити величину, рівну величині зміни висоти в 17 м. Це можна перевірити, перебуваючи на одній висоті протягом деякого часу і спостерігаючи, як в погану погоду (зазвичай дощову) змінюється тиск і, відповідно , змінюється висота, в той час як ви реально перебуваєте нерухомо в одній і тій же точці. Тому точність вимірювання показань може сильно відрізнятися, і для виміру висот краще вибирати сонячний день.

У загальному випадку точність вимірювання альтиметрів за стандартами вважається 10 м.

Точність використовуваного в даній статті GPS-навігатора Garmin DACOTA 20 за паспортними даними становить плюс / мінус 3м. Однак, власні експерименти підйомів по поверхах показують, що точність може становити 1 м. Не дивлячись на те, що шкала індикації вбудованого барометричного висотоміра Garmin DACOTA 20 становить 1 м, прилад фіксує значення висоти з розрядністю до 1 см. Це можна подивитися в збереженому файлі з розширенням gpx, змінивши дозвіл на xml і переглянувши в звичайному блокноті. Хоча з вказаною вище точність вимірювань в 3 м цими даними, думаю, варто знехтувати. У будь-якому випадку, для точних вимірювань необхідно встановити (калібрування) альтиметра.

Альтиметр дозволяє проводити калібрування, як за відомою висоті, так і по тиску. Найкращою є калібрування по висоті, так як не завжди можна встановити для даної місцевості справжнє тиск, і не відомо, на якій висоті це тиск було виміряно. Знаючи точне значення висоти вашого місця розташування, можна внести дані в альтиметр і прив'язати тиск до цієї висоті. Фактично будь-яка зміна тиску тепер буде відраховувати зміна висоти щодо встановленого значення. При цьому все та ж точність шкали установки висоти становить цілий метр, що збільшує похибку вимірювань на, як мінімум, 0.5 м (за рахунок округлення значень в більшу або меншу сторону). В результаті точність вимірювання на місцевості становить 1,5 м.

Визначення точних висот для настройки альтиметра

Мабуть, визначення точних висот місцевості над рівнем моря - найбільша проблема в експлуатації альтиметрів. Що стосується міста Рязань, то виявилося вкрай проблематичним знайти точні дані по висотах міста. Можна сказати - їх не було взагалі: ніяких статей в інтернеті на цю тему, ще радянські топографічні карти зараз не перевірені на достовірність, а без цього використовувати прилад з достовірною точністю виявилося неможливим. З великими труднощами на очі попалися приклади геодезичних робіт із зазначенням висот, виміряних з точністю до сантиметрів. Знайшовши цю точку на місцевості, виявилося можливим внести дані і відкалібрувати альтиметр.

У загальному випадку дані про висоти місцевості можна отримати декількома способами:

• за допомогою топографічної карти;
• за допомогою інженерно-топографічних планів;
• за допомогою пунктів державної геодезичної мережі.

топографічна карта

- карта місцевості із зазначенням висот, але знайти цю точку на місцевості представляється нелегким завданням, та й достовірність даних може викликати сумніви.

Інженерно-топографічний план

- результат інженерно-топографічних робіт. Оформляється в вигляді документа зі схемою розташування об'єкта та прилеглих до нього територій із зазначенням висот і місць прокладки інженерних комунікацій. Для нас на цій карті найцікавішим є відмітки висот. Це найточніший метод визначення висот з точністю до сантиметрів.

Державна геодезична мережа

- геодезична мережа, що забезпечує поширення координат і висот на території держави, і є вихідною для побудови інших геодезичних мереж. Підрозділяють на планову - для закріплення на місцевості точних координат, і висотну (нівелірну) - закріплює на місцевості позначки висот.

Висотна (нівелірна) мережу будь-якого класу закріплюється на місцевості постійними знаками, званими реперами і марками.

Марка нівелірна - металевий диск з отвором в центрі близько 2 мм.

Репер нівелірний - металевий диск з виступаючою поличкою, щодо якої йде нівелювання (визначення висоти).

На лицьовій стороні реперів і марок відливається номер, а також назву організації, що проводила нівелірні роботи.

На фото стінні марки і репер - справа.

У Російській федерації висоти реперів обчислюються відносно нуля Кронштадтського футштока. Кожен репер має свій індивідуальний номер, що не повторюється на даній, а по можливості, і на найближчих, так званих, лініях нівелювання (визначення висот).

Репери поділяються на: вікові, фундаментальні, рядові і тимчасові.

Вікові репери забезпечують збереження головної висотної основи на тривалий час і дозволяють вивчати відбуваються в даний час вертикальні рухи земної кори, коливання рівнів морів і океанів. На жаль, в Рязанській області таких реперів немає.

Фундаментальні репери забезпечують збереження висотної основи на значні терміни. Їх закладають через кожні 50-80 км бурінням грунту на глибину до 20 м.

Рядові репери закладають через 5-7 км.

Тимчасові репери забезпечують збереження висотної основи протягом декількох років.

При закладці репера в грунт його називають ґрунтовим, в скелю - скельним, а в стіну будівлі - стінним.

Стінні репери: закріплюються на забудованій території всюди, де це можливо. Закріплення проводиться в несучі частини кам'яних або бетонних споруд на висоті менше 0,3 м за допомогою нівелірних марок

Географічні координати реперів визначаються з точністю 0,25 '. На кожен репер складають абрис і дають опис його розташування. Крім того, розташування реперів показують на карті масштабу 1: 100 000, яку додають до матеріалів нівелювання.

Конструкція реперів, крім стінних, має загальні принципи: на глибині скельного підстави під грунтом встановлюється бетонна плита, на неї ставиться пілон (стовп) з граніту або високоякісного бетону. У верхню частину пілона цементують марки (горизонтальну і вертикальну). Верхній кінець пілона розташовують на висоті 1 м від поверхні землі. Після всіх робіт утворився колодязь засипають гравієм. Неподалік від фундаментального репера встановлюється репер-супутник.

Приклад конструкції вікового трубчастого репера.

Кожен репер має відповідне зовнішнє оформлення. Наприклад зовнішнє оформлення вікового репера складається з залізобетонного колодязя із захисною кришкою і замком; кургану, складеного з каменів; вказівного моноліту і огорожі з чотирьох відрізків рейок або залізобетонних стовпів з якорями, що закладаються на глибину 140 см і виступаючими над поверхнею землі на 110 см.

Приклади реперів:

Геодезичні знаки ж планової геодезичної мережі, які є координатними відмітками, є надземні споруди у вигляді кам'яних або дерев'яних стовпів, або металеві піраміди висотою до 6-8 м. Якщо потрібно висота до 15-18 м, то їх будують у вигляді подвійних усічених мірамід.

Більш докладно конструкцію і принципи побудови геодезичної мережі можна вивчити, скачавши брошуру тут

Геодезичні пункти відображаються на топографічних картах соответствеующімі відмітками, тому можна спробувати відшукати їх самостійно:

Калібрування альтиметра і вимір висот

Реально в місті Рязані мені не вдалося в даний час виявити будь-які геодезичні знаки, крім стінних реперів та марок. Наявні на них клейма з порядковими номерами і абревіатурами організації, установшей їх, не допомогли у визначенні висот. Дивом мені попалися на очі інженерно-топографічно плани, викладені в мережі інтернет в якості реклами своїх робіт однієї з геодезичних команії, проводішіх роботи в місті. Тепер у мене виявилися три точки, за якими я міг калібрувати альтиметр. Одна з цих точок знаходиться на території Рязанського кремля, за готелем черні і поруч з реконструкцією солодових палат:

Залишалося налаштувати альтиметр на потрібну висоту, додавши метр на висоту розташування альтиметра в руці. Тепер можна було спокійно іслледовать місто: будь-яка зміна тиску відбивалося зміною висоти щодо калібрувальної висоти.

Перше, що показали результати, незвично високі значення коливань висот: здавалося б візуально зміна висоти не велике, а альтиметр показує перепади в кілька метрів. Можливо, тут свою лепту вносить точність шкали в метр, округлюються свідчення в більшу або меншу сторону до точності шкали (тому краще дивитися зберігається файл gpx), можливо все-таки альтиметр дає велику похибку.

Друге, і, мабуть, найнеприємніше - сильна залежність від погодних умов. У дощову і змінну погоду, коли атмосферний тиск не стабільно, показання протягом години можуть відрізнятися на 17 метрів. Тому, при проведенні вимірювань, необхідно періодично калібрувати альтиметр на точно відому висоту, а для цього треба знати ці точки. Заміри в сонячний день, коли погода стабільна, показують, що після повернення через дві години після проведення калібрування, точність вимірювань може змінюватися на 1 м.

В даний час виміри висот Рязані проводяться, про результати можна буде ознайомитися тут