Способ бесконтактного определения расстояния между двумя точками
METHOD OF CONTACTLESS DETERMINATION OF DISTANCE BETWEEN TWO POINTS

Изобретение относится к сфере инженерной геодезии при строительстве, проведении геодезических работ на малых объектах, при проведении архитектурных работ по обмеру объектов с целью их реконструкции и реставрации, при прокладке коммуникаций на высокорасположенных объектах, изобретение может найти широкое распространение и в быту, на приусадебных и дачных участках.
В настоящее время имеется большой арсенал дистанционного определения расстояния от точки наблюдения (визирования) до заданного объекта. Как правило, это осуществляется различными типами дальномеров с активным и пассивным способом измерения. Обычно сейчас для проведения топографических работ в инженерной геодезии в основном используются дальномеры активного типа и чаще всего лазерные. Многообразие лазерных дальномеров различного назначения очень велико и их характеристики в значительной мере определяются их областью применения. Так в области инженерной геодезии используются лазерные линейки с диапазоном максимальной дальности замера от 20 до 1000 метров. При большой дальности измерения для визирования при наведении на необходимую точку такие дальномеры иногда снабжаются широкоугольным окуляром либо камерой с выходом на собственный дисплей с увеличение от 3 до 8 раз. Наибольшую дальностью и увеличение до 20 раз имеют лазерные целеуказатели-дальномеры в военном деле. Наоборот дальномеры (лазерные линейки, рулетки) для внутренних работ обычно ограничены в своем применении 20-60 метрами, но они снабжаются многочисленными дополнительными функциями, как то, определение площадей, высоты, расстояния между точками, если для таких вычислений можно применить теорему Пифагора. Такими возможностями обладают многие лазерные линейки, за исключением входящих в самую дешевую категорию. Для внешних работ в инженерной геодезии применяются лазерные линейки со значительно  диапазоном измерения вплоть до 1000 метров. В ряде достаточно дорогих профессиональных дальномеров типа Leica Disto D510 или высококачественных отечественных дальномеров Condtrol Х2 Plus, ХР4 Pro оснащены датчиками наклона, который существенно увеличивает дополнительные возможности по решению задач, стоящих в инженерной геодезии. Такими же возможностями обладают и лазерные дальномеры, линейки ряда ведущих фирм, таких как Bosch, Tesla, Makita, Carl Zeiss Victory и ряд других.
Но, несмотря на наличие в современных лазерных дальномерах, рулетках, линейках, применяемых в инженерной геодезии, с различными дополнительными функциями, в них нет функции, позволяющей найти расстояние между двумя точками объекта произвольно расположенных в пространстве без контакта измерителя с одной из точек, между которыми необходимо определить расстояние. А необходимость в таких замерах возникает постоянно. Применение современных инструментов в таких случаях требует сооружение дополнительных конструкций, что бы добраться до одной из измеряемых точек и приложить к ней ручной дальномер либо проводить измерение из разных точек и в дальнейшем применять дополнительные расчетные методы. Можно так же применить методы фотограмметрии или провести замер с помощью теодолитов или тахеометров, что по стоимости будет на порядки дороже. Различные варианты обмеров в подобных случаях подробно описаны в учебнике по инженерной геодезии. Д.А. Кулешов, Г.Е. Стрельников «Инженерная геодезия для строителей».
Иногда для измерения таких расстояний, когда невозможен контакт ни с одной из точек, между которыми необходимо определить расстояние, применяют нахождение координат всех точек объекта в декартовой или сферической системе координат и затем переходят к определению их взаиморасположения. Так в патенте RU 97517 U1, принятому за прототип настоящему изобретению, приведена блок схема для снятия характеристик рабочего места, в частности, в кабине летательного аппарата, когда с помощью сферического шарнира, закрепленного на штативе, регистрируются расстояния, величины углов объекта в азимутальной и угломестной плоскостях, в центре которых находится дальномер. Иными словами расположение всех объектов ведется в сферической стстеме координат. Однако, определяя с большой точностью положения каждой точки обследуемого пространства, ИДУ-01, так названо устройство авторами, не предполагает определение расстояния между двумя точками в процессе измерений. Эти величины вычисляются потом при компьютерной обработке всех измеренных данных, которые поступают в расчетный блок непосредственно с цифровых датчиков в процессе обследования. В патенте РУ 2173445 разработан метод бесконтактного определения пространственных координат точек объекта с помощью фотограмметрии. Однако способ достаточно сложный в реализации даже при современных методах обработки фотоснимков объекта, сделанных с разных точек съемки, тем более без координатных меток на снимках, что предполагается при применении способа автором.
Вместе с тем из геометрии известно, что если в треугольнике даны две стороны и угол между ними, то определить третью сторону, в нашем случае расстояние между заданными точками не представляет труда.
На фиг. показано устройство, которое позволяет реализовать предлагаемый способ нахождения расстояния между двумя точками без контактным способом с измерением из одной точки и использованием на конечном этапе путем вычисления по упомянутой выше формуле, нахождения третьей стороны по замеренным двум другим и углу между ними. Устройство для реализации способа состоит из штатива 1 с шарнирной головкой, цифрового угломера 9, лазерного дальномера (рулетки) 8, двойной скобы (петли) 11, нижняя часть которой скоба 2 с помощью винтов крепится к платформе шарнира штатива 1. Двойная скоба 11 имеет продольную ось 5, вокруг которой вращается верхняя скоба 4 относительно нижней 2, с возможностью фиксации рукояткой 3 положения верхней скобы 4. К верхней плоской поверхности скобы 4 крепится нижняя линейка 6 угломера 9. На второй верхней линейке 7 угломера 9 жестко закреплен лазерный дальномер 8, лазерный луч которого строго параллелен продольной оси 5 двойной скобы 11.
Применение способа происходит в следующей последовательности. Выбрав удобную точку, откуда хорошо видны обе точки, между которыми нужно определить расстояние даже, если между ними имеется препятствие, в этой точке устанавливается штатив, выставлять его по уровню не обязательно. Затем к платформе шарнира штатива крепится двойная скоба 11 вместе с угломером и установленным на нем лазерным дальномером (рулеткой) 8. Крепление осуществляется за нижнею скобу 2. Установив угломер 9 в нулевое положение, с помощью сферического шарнира штатива выставляется прибор так, чтобы луч лазера попадал на первую заданную точку при этом снимается показание дальномера расстояние до первой точки.. Сферический шарнир фиксируется в этом положении, имеющейся на штативе рукояткой 10. При этом две точки плоскости, в которой должно происходить визирование, становятся закрепленными, благодаря фиксации оси 5, которая теперь лежит в этой плоскости, поскольку эта ось практически совпадает с линией визирования на первую точку. С табло лазерного дальномера (рулетки) снимается показание - расстояние а от точки визирования до первой точки. Теперь остается две степени свобод, что бы совместить луч лазера со второй точкой. Поворачивая весь угломер вокруг продольной оси скобы 5 и, изменяя собственный угол второй линейки угломера, на которой закреплен лазерный дальномер 8, добиваемся, что бы луч лазера попал на вторую точку. При этом, затянув стопорный винт 3, фиксируем все измерители и положение плоскости измерения относительно оси 5.
Затем снимаем показания о расстоянии b от точки визирования до второй точки, а с табло угломера снимаем показание величины угла между двумя визированиями α. Далее находим третью сторону при известных двух а и b и угле между ними α по формуле:
2
2
1/2
L=(а+b-2*a*b*cos α),
где L - расстояние между заданными точками. Вводим данные полученных измерений в калькулятор и получаем расстояние между этими точками
Для облегчения прицеливания лазера на конкретную точку вместе с лазерным дальномером (рулеткой) целесообразно применять и оптический визир, (прицел, видоискатель). У некоторых дальномеров подобные устройства есть и встроенные. При промышленном изготовление прибора устройство ввод данных в калькулятор и вычисление полученного расстояния между точками должно происходить автоматически. Способ применим и в случае использования двух дальномеров на нижней и верхней линейках угломера. При этом за счет размещения лазера на нижней линейке впереди оси 5 двойной скобы можно точно совместить ось вращения и луч лазера, как ее продолжение Возможно, с той же целью ось двойной скобы выполнить в виде корпуса дальномера, тогда это совмещение будет наиболее точным. Неизменным остается только принцип применения фиксируемой оси вращения от точки визирования до первой точки, совпадающей с осью луча лазера, направленного на туже точку. В противном случае провести нацеливание сразу двух лучей на две точки будет чрезвычайно сложно.
В обоих последних случаях применение способа с использованием двойной скобы и шаровой опоры штатива остаются предпочтительными. При определенных доработках возможно совмещение дальномера с буссолью и шаровой головкой штатива, хотя позже это вызовет затруднение с автоматизацией способа. Наиболее точный вариант применения способа мог бы быть с использованием тахеометра, однако, существующие подставки с тремя регулировочными винтами можно применить лишь для малых превышений одной точки над другой, да и по техническим условиям вертикальная ось тахеометра должна выставляться с большой точностью и при работе не допустим ее перекоса..