В полевых условиях — будь то туристический поход, школьная экскурсия или научная экспедиция — регулярно возникает потребность в проведении простейших измерений. Это может быть определение расстояния между объектами, вычисление площади участка, оценка высоты дерева или сооружения, а также построение профиля рельефа местности. Существует множество методик для выполнения таких работ, и в этой статье мы рассмотрим наиболее доступные и понятные способы, не требующие сложного профессионального оборудования.
Измерение расстояний
Самый простой и доступный способ — измерение шагами. У взрослого человека длина одного шага в среднем составляет 0,7–0,8 метра. Для удобства часто считают пары шагов, принимая две пары шагов примерно за 1,5 метра. Для измерения больших дистанций можно использовать временной метод, зная, что средняя скорость пешехода составляет около 5 километров в час. Для более точных измерений на небольших расстояниях применяют рулетку или стальную мерную ленту. В сельском хозяйстве широко используется так называемая «двухметровка», однако стоит учитывать, что её применение может давать погрешность до 1 метра на каждые 100 метров измеряемой дистанции.
Измерение углов
Определение углов необходимо для ориентирования на местности, установления направлений движения и точного расположения объектов. Для этих целей можно изготовить простейший угломер из подручных материалов. Возьмите квадратный кусок плотного картона, согните его пополам, создав подобие папки. Из вершины угла проведите дугу радиусом, равным стороне квадрата. Этим же радиусом отложите на дуге хорду, которая ограничит дугу в 60 градусов. Разделите эту хорду на 6 равных частей, а одну из этих частей — ещё на 10. Таким образом, каждое большое деление будет соответствовать 10°, а малое — 1°. В точках делений на верхней крышке сделайте отверстия для булавок, которые будут протыкать и нижнюю крышку. Для измерения угла между двумя объектами совместите луч зрения с одним предметом, зафиксировав направление булавкой, затем сделайте то же самое для второго предмета. Количество делений между булавками и будет равно величине угла в градусах.
Нивелирование и определение превышений
Процесс определения разницы высот между точками местности называется нивелированием. Создать простейший нивелир можно самостоятельно. Понадобятся две планки: одна длиной 1 метр, другая — 1,5 метра. К концу короткой планки прибейте небольшой прямоугольник из фанеры. В его верхней точке закрепите нить с грузиком (отвес) — основной инструмент готов. Из длинной планки изготовьте нивелирную рейку, нанеся на неё метровую шкалу, разделённую на 10 частей по 10 см. Для работы установите нивелир над одной точкой, а рейку — над другой. Наведите нивелир вдоль отвесной линии и снимите отсчёт по рейке. Например, если отсчёт составил 23 см, то превышение одной точки над другой равно 23 см. Это работает потому, что нулевая отметка на рейке находится на том же расстоянии от земли, что и верхняя грань нивелира.
Определение высоты предметов
Для оценки высоты объектов (деревьев, зданий) можно использовать угломер на основе школьного равнобедренного прямоугольного треугольника. К нему прикрепляется линейка таким образом, чтобы один из острых углов треугольника стал равен 22°. На вертикальном катете закрепляется отвес. Чтобы измерить высоту, нужно отойти от объекта на расстояние, примерно равное его высоте, и совместить линию визирования (вдоль гипотенузы треугольника) с его вершиной. В этом случае расстояние от наблюдателя до объекта будет равно его высоте, к которой останется лишь прибавить высоту установки прибора над землёй. Если подойти к объекту невозможно, используется метод двух точек наблюдения, при котором измеряется расстояние между ними, что также позволяет вычислить искомую высоту.
Построение профиля местности
Для детального изучения рельефа (например, при планировании строительства или закладки сада) проводят нивелирование по сети точек. Сначала измеряют расстояния между намеченными точками, затем определяют превышения между ними (со знаком «+» или «–»). Для наглядного представления рельефа строят профиль — вертикальный разрез поверхности. На горизонтальной линии в выбранном масштабе откладывают расстояния между точками. В этих точках восстанавливают перпендикуляры и в другом, обычно более крупном, масштабе откладывают высоты. Соединив полученные отметки, получают ломаную линию, точно отображающую рельеф участка. Для изучения площади строят серию таких профилей в разных направлениях. Удобнее всего эту работу выполнять на миллиметровой бумаге.
Абсолютная и относительная высота
Важно различать понятия относительной и абсолютной высоты. Относительная высота (или превышение) — это разность высот между двумя точками земной поверхности. Абсолютная высота — это расстояние по вертикали от конкретной точки до среднего уровня моря (в России отсчёт ведётся от нуля Кронштадтского футштока в Балтийском море). Точки выше этого уровня имеют положительную абсолютную высоту, ниже — отрицательную. Абсолютную высоту точки можно определить путём нивелирования от пункта с известной отметкой, например, взятой с топографической карты.
Профессиональные геодезические работы
Описанные методы относятся к простейшим. Профессиональные измерительные работы, такие как топографическая съёмка, требуют более сложных подходов. Основой для них служит построение на местности сети опорных геодезических пунктов. Часто они образуют систему треугольников (триангуляцию), в которых с высокой точностью измеряются все углы, а также длина хотя бы одной стороны (базиса). Путем тригонометрических вычислений определяется точное взаимное положение всех точек сети. Такие пункты, отмеченные специальными знаками на возвышенностях, служат основой для всех последующих детальных съёмок и инженерных изысканий. Подробнее о науке, занимающейся подобными измерениями, можно прочитать в статье о геодезии.