Расстояние между крестами в масштабе 1 500: Условные знаки, кресты, масштаб топографической съёмки

Топографическая съёмка масштаб 1 к 500, инструкция по составлению карты участка

Главная » Земля

09.01.2022Рубрика: ЗемляАвтор: Юрист сайта Антон Щербак

Составлением географических карт и топографическими съёмками местности человек занимался ещё в древности. Это занятие напрямую связано с человеческой жаждой познания и стремлением избавиться от страха перед неизвестностью. В качестве одного из таких решений, удовлетворяющих указанные выше потребности, было описание и графическое изображение малоизученной местности.

Разумеется, на сегодняшний день поверхность Земли достаточно хорошо изучена и картографирована, но людям всё ещё нужны топографические съёмки и иные графические изображения земельных участков.

Содержание

1. Виды используемых человечеством карт
2. Классификация топографических карт по масштабу
3. Точность масштаба
4. Топографическая съёмка 1:500
5. Высота сечения рельефа
6. Система координат
7. Расстояние между крестами на топосъемке
8. Зачем нужна топографическая съёмка?
9. Как сделать топографическую съемку участка самостоятельно
10. Этапы
11. Проведение топографической съемки
12. Съемка ландшафта земельного участка
13. Какое оборудование нужно для топосъемки
14. Топографическая карта земли
15. Полезное видео: что такое топографическая съемка

Виды используемых человечеством карт

Главным образом карты местности классифицируются в зависимости от масштаба, в котором они создаются. Так, различают несколько видов карт:

1. Подробные графические изображения имеют масштаб один к двумстам тысячам и меньше. Их ещё называют топографическими картами. Сфера их применения ограничена преимущественно разнообразными производственными отраслями, например, мелиорацией, строительством или ландшафтным дизайном. Военные используют две разновидности топографических карт, которые называются оперативными, если их масштаб менее, чем один к двумстам тысячам и более, чем один к ста тысячам, и тактическими, если их масштаб менее одного к ста тысячам.
2. Обзорные графические изображения местности имеют масштаб один к ста тысячам или меньше. Они лучше показывают особенности местности в заданном районе, в частности, наличие изгибов рельефа и конфигурацию водных объектов, чем, например, подробные карты.
3. Карты, предназначенные для решения строго определённых заказчиком технических задач, как правило, имеют масштаб в диапазоне от одного к пятистам до одного к пяти тысячам. С помощью таких топографических карт возможно отобразить квадрат с максимальной стороной в двадцать километров или общей площадью четыреста квадратных километров.

Вам может быть полезно: Калькулятор перевода гектар в сотки, квадратные метры и обратно

Смотрите видео: Правильная топографическая съемка земельного участка

Классификация топографических карт по масштабу

Масштаб — это понятие, отражающее разницу между расстояниями, отображёнными картографом на топосъемке участка земли, и реальным расстоянием на местности. В картографии выделяют три разновидности масштаба:

Что такое масштаб 1:500?  Масштаб показывает, во сколько раз каждая линия, нанесенная на карту или чертеж, меньше или больше её действительных размеров.

Точность масштаба

За эталон, который принят картографами для расчёта точности съёмки, взято расстояние в ноль целых одна десятая миллиметра. Это то расстояние на топосъёмке, которое может различить человек без применения различных оптических приборов, например, лупы. Именно по этой причине оно принято за эталонный образец.

В качестве примера подсчитаем точность масштаба 1:500 для топосъёмки. Как уже говорилось выше, в одном сантиметре этой топосъёмки отображается пятьсот сантиметров реального пространства. Отсюда следует, что в ноль целых одной десятой миллиметра карты будет отображаться пять сантиметров действительно существующего участка земли. Значит, пять сантиметров — это точность топографической съёмки 1:500.

Также существует калькулятор, который поможет вам рассчитать реальное расстояние на местности, используя топографическую карту 1:500.

Видео: как определить масштаб топосъемки?

Топографическая съёмка 1:500

Топографическая съёмка земельного участка в масштабе один к пятистам — это одна из самых востребованных и распространённых работ, выполняемых геодезистами.

Читайте также: Геодезическая съемка земельного участка: что такое

Её цель заключается в том, чтобы как можно более точно отобразить местность, которая исследуется по заданию заказчика. Топосъёмка проводится в три этапа:

1. Сначала работа проводится в полевых условиях, когда непосредственно проводятся измерения.
2. Затем результаты, полученные в поле, обрабатываются специалистами камерально или, другими словами, в лабораторных условиях.
3. В итоге, обработав и проанализировав полученные данные, геодезисты делают с помощью компьютерной программы цифровую модель земельного участка или геоподоснову на бумажном носителе.

Геоподоснова обладает тремя важными характеристиками: масштабом, который подробно был рассмотрен выше, системой координат, высотой сечения.

Что показывает масштаб 1:500? Масштаб 1:500 показывает, что 1 см на карте соответствует 500 см в действительности. В метрах — это 5м.

Высота сечения рельефа

Этим понятием определяется различие высот двух соседствующих друг с другом горизонталей на топографической съёмке. Как правило, высота сечения в пятьдесят сантиметров применяется для топографических карт 1:500. Она вычисляется по следующей математической формуле:

h = d x tg a, где d это расстояние между исследуемыми горизонталями, tg a это тангенс угла, на которой наклонена местность, h высота сечения.

На топографической съёмке вы, возможно, замечали круглые параллельные плоскости, на которые подразделяется карта. Чем больше таких плоскостей вы обнаружите на карте, тем меньше, соответственно, будет высота сечения рельефа, а значит, рельеф будет изображён на этой карте очень подробно.

Система координат

Координаты определяются при помощи тахеометра геодезического прибора, предназначенного для измерения расстояний, углов и высоты объектов, находящихся на интересующем заказчика земельном участке. В дальнейшем полученные результаты измерений обрабатываются специальными геодезическими программами, и на выходе получается чертёж земельного участка с понятными условными знаками и ясной легендой.

Чтобы топографическую съёмку и разработанный на её основе план участка было легко понять другим специалистам, необходимо сделать их на базе принятых стандартов и систем координат, на основе которых осуществляется единообразный кадастровый учёт. С этой целью используют спутниковые приёмники, позволяющие очень точно определить координаты интересующей местности, а затем, исходя из полученных данных, геодезисты получают возможность создать карту с верно выполненными измерениями.

Читать также: Что такое фонд данных кадастровой оценки, его функции.

Расстояние между крестами на топосъемке

Сначала разберемся, что это за условный знак. Это координатная сетка, места пересечения точных значений координат. Они могут быть географическими и прямоугольными. Географические координаты — это широта и долгота, прямоугольные — это расстояния от условного начала координат в метрах. Например, прямоугольные координаты используется в государственном кадастровом учете, а географические используются на больших территориях (можно увидеть в GPS навигаторах).

Кресты на топосъемке по правилам расположены на расстоянии 10 см друг от друга и образуют правильные квадраты. Расстояние между крестами в масштабе 1:500 составляет 50 метров. Можно проверить масштаб карты от исходного плана в случае копирования или ксерокопии. Расстояние между соседними крестами всегда должно быть 10 см. В случае значительного отклонения от нормы такую карту нельзя использовать.

Если разница в расстоянии между крестами больше двух, то такую карту распечатали, скорее всего, для задач, не требующих соблюдения исходного масштаба. Например, если в масштабе 1 к 500 расстояние между крестами составляет 5 см, то действительный масштаб карты уже 1:1000, но все условные знаки будут искажены.

Зная масштаб топосъемки, можно определить расстояние в метрах между крестами. Для масштаба 1:500 расстояние между крестами составляет 50 метров, 1:1000 — 100м, 1:2000 — 200 метров и т.д. Рассчитать расстояние между крестами на топографической карте любого масштаба просто. Нужно всего лишь поделить знаменатель масштаба на 10.

Вычислить масштаб топосъемки по крестам можно в том случае, если указаны прямоугольные координаты соседних крестов. Для вычисления необходимо разницу координат по одной из осей соседних крестов умножить на 10.

Зачем нужна топографическая съёмка?

Составленная на основе съёмки карта представляет собой сведения об определённом участке земли, а список этих сведений определяется, исходя из целей заказчиков исследования. К таким целям могут относиться:

1. Разработка строительных генпланов.
2. Составление чертежей для строительства на земельном участке.
3. Составление дорожных проектов.
4. Мелиоративные или землеустроительные работы.
5. Прокладка инженерных коммуникаций.
6. Иные работы, требующие высочайшей точности измерений.

На картах, составленных с помощью топосъёмки, обычно обозначают данные о следующих объектах: ЛЭП, коммуникации, находящиеся под землёй, любого рода дороги, например, железнодорожные или автомобильные, здания и сооружения жилого или нежилого назначения, промышленные сооружения (шахты, фабрики, заводы), особенности рельефа (холмы, овраги, равнины), объекты для снабжения водой (колонки или скважины), трубопроводы как подземные, так и наземные.

Читать также: Охранная зона ЛЭП: что нужно знать перед покупкой участка

Как сделать топографическую съемку участка самостоятельно

Масштаб 1 к 500 топографической съемки считается наиболее выгодным. Он отразит все нюансы местности, будет четко видно линии связи, все строения и возвышенности. Для этого нужно провести анализ участка. топографический план нужен для точного вычисления местоположения террас, прудов, дорожек и другого.

Составленный топографический план может действовать до пяти лет.

Этапы

Можно выделить три этапа, как сделать топографическую карту самостоятельно:

1. Этап подготовки. Ставится цель работы и проводится исследование прошлой съемки. Итог зависит от качества проведения данного этапа.
2. Полевой этап. Идет изучение участка земли и проводятся замеры. Также определяются несущие геодезические пункты.
3. Камеральный этап. Изучение, обработка собранно информации, по которой составляется план местности.

Проведение топографической съемки

Для проведения данной процедуры необходимо минимум два человека.

Делается это в несколько этапов:

1. На колышка в начальных точках делают отметки по горизонтальному уровню. Ставится отметка на любом из колышков, а затем, при помощи гидроуровня, наносятся отметки на другие колышки. Количество колышек зависит от размера исследуемой территории.
2. Натягиваем веревку между первыми двумя колышками. Она не должна провисать.
3. Затем делаются замеры расстояния между натянутой веревкой и землей каждый метр при помощи линейки. Данные заносятся в уже составленный план, где должны быть размечены квадраты метр на метр. На месте пересечения квадратов и веревки делаются отметки об измерении.

Съемка ландшафта земельного участка

1. При помощи двух колышек и натянутой между ними веревки проводятся необходимые измерения. Они устанавливаются на расстоянии метра от веревки между первыми двумя колышками, и по новой линии делаются нужные замеры, которые также вносят в план.
2. То число, которое чаще всего повторяется, вам и нужно. Его нужно брать за ноль. От этого числа отталкиваемся и пересчитываем результаты измерений, и меняем их знаки на противоположные.
3. Составляется топографический план местности по внесенным данным.

Нужно полагать, что топографическая карта земельного участка будет более точной, если это сделают специально обученные люди. Также это пригодиться для официальной документации по участку.

Плюсы составления топографической карты масштабом 1 к 500 самостоятельно:

• можете создать план участка;
• создать свой уникальный дизайн;
• неплохо сэкономить.

Стоит отметить, что самому произвести топосъемку будут практически невозможно, так как нужны специальные знания и умения обращаться с техническим оборудованием. Тем более вам нужен будет заверенный документ для проведения электричества, газа, воды в дом. Это предполагает наем специалистов геодезической фирмы.

Однако, если вы обладаете знаниями по составлению топографической карты, то вы самостоятельно можете воспользоваться планом, например, для проложения дорожек или создания искусственных водоемов.

Познавательное видео: все о топосъемке.

Какое оборудование нужно для топосъемки

Составление топографической карты невозможно сделать без специального геодезического оборудования. Помимо этого, для правильного и точного составления необходимо иметь квалификацию и определенные требования специалисту по топосъемке. Основными устройствами для топосъемки являются:

• Системы GPS и ГЛОНАСС;
• Нивелиры;
• Тахеометры;
• Теодолиты;
• Мензулы;
• Трассоискатели;
• Геологические и геодезические изыскания.

При необходимости используется спутниковые технологии и аэрофотографические методы. Это необходимо для составления крупномасштабных карт.

Топографическая карта земли

На 2021 год существует множество топографических карт, включая всю территорию земли. Ознакомиться можно тут (retromap.ru). На указанном сайте существует не только топографическая карта земли, включая карты с велосипедными дорогами, и автодорогами, но и исторические карты.

Можете найти практически все, что вас интересует. Также есть функция определения расстояния.

Полезное видео: что такое топографическая съемка

Также будет полезно

0 16 071 просмотров 1 500 масштаб топографическая съемка

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Масштабы топографических карт и планов

Понятие масштаба и его виды

Масштаб карты – это отношение длины отрезка на карте к его действительной длине на местности.
Масштаб (от немецкого Stab – палка) – это отношение длины отрезка на карте, плане, аэро- или космическом снимке к его действительной длине на местности.

Рассмотрим виды масштабов.

Численный масштаб

Это масштаб, выраженный в виде дроби, где числитель – единица, а знаменатель – число, показывающее во сколько раз уменьшено изображение.

Численный масштаб – масштаб, выраженный дробью, в которой:

• числитель равен единице,
• знаменатель равен числу, показывающему во сколько раз уменьшены линейные размеры на карте.

Именованный (словесный) масштаб

Это вид масштаба, словесное указание того, какое расстояние на местности соответствует 1 см на карте, плане, снимке.

Именованный масштаб выражается именованными числами, обозначающими длины взаимно соответствующих отрезков на карте и в натуре.

Например, в 1 сантиметре 5 километров (в 1 см 5 км).

Линейный масштаб

Это вспомогательная мерная линейка, наносимая на карты для облегчения измерения расстояний.

Масштаб плана и масштаб карты

Масштаб плана одинаков во всех его точках.

Масштаб карты в каждой точке имеет свое частное значение, зависящее от широты и долготы данной точки. Поэтому его строгой числовой характеристикой является численный масштаб – отношение длины бесконечно малого отрезка Д на карте к длине соответствующего бесконечно малого отрезка на поверхности эллипсоида земного шара.

Однако при практических измерениях на карте используют её главный масштаб.

Кресты на топосъемке

Людям, не имеющим специального образования в области геодезии или картографии могут быть непонятны изображенные на картах и топографических планах кресты. Что это за условный знак?

Топографическая съемка или топосъемка выполняется в прямоугольной системе координат и кресты, которые мы видим на таком топоплане, являются местами пересечения круглых значений координат. Если имеются две топосъемки соседних участков в одной системе координат, их можно совместить по этим крестам и получить топографическую съемку сразу на два участка, по которой можно получить более полную информацию о прилегающей территории.

Расстояние между крестами на топосъемке

Кресты на топосъемке в соответствии с нормами и правилами всегда расположены на расстоянии 10 см друг от друга и образуют правильные квадраты. Измерив это расстояние на бумажном варианте топосъемки можно определить соблюден ли масштаб топосъемки при распечатывании или ксерокопировании исходного материала. Это расстояние всегда должно равняться 10 сантиметрам между соседними крестами. Если оно значительно отличается, но не в целое количество раз, то такой материал использовать нельзя, так как он не соответствует заявленному масштабу топосъемки.

Применение крестов на топосъемке

Размер крестов на топосъемке должен составлять 1см X 1см. Если кресты не соответствуют этим размерам, то скорее всего и расстояние между ними не соблюдено и масштаб топосъемки искажен. Как уже было написано, по крестам, в случае выполнения топосъемки в одной системе координат, можно совместить топографические съемки соседних территорий. Используют кресты на топосъемке проектировщики для привязки строящихся объектов. Например для выноса осей строений указывают точные расстояния по осям координат до ближайшего креста, что позволяет вычислить будущее точное расположение проектируемого объекта на местности.

Ниже приведен фрагмент топосъемки с указанными значениями прямоугольных координат на крестах.

Формы выражения масштаба

Обозначение масштаба на картах и планах имеет три формы – численный, именованный и линейный масштабы.

Численный масштаб выражают дробью, в которой:

• числитель — единица,
• знаменатель М – число, показывающее, во сколько раз уменьшены размеры на карте или плане (1:М)

В России для топографических карт приняты стандартные численные масштабы

• 1:1 000 000
• 1:500 000
• 1:300 000
• 1:200 000
• 1:100 000
• 1:50 000
• 1:25 000
• 1:10 000
• для специальных целей создают также топографические карты в масштабах 1:5 000 и 1:2 000

Основные масштабы топографических планов в России

• 1:5000
• 1:2000
• 1:1000
• 1:500

В землеустроительной практике планы землепользований чаще всего составляют в масштабах 1:10 000 и 1:25 000, а иногда — 1:50 000.

При сравнении различных численных масштабов более мелким является тот, у которого больше знаменатель М, и, наоборот, чем меньше знаменатель М, тем крупнее масштаб плана или карты.

Так, масштаб 1:10000 крупнее, чем масштаб 1:100000, а масштаб 1:50000 мельче масштаба 1:10000.

Примечание

Применяемые в топографических картах масштабы установлены Приказом Министерства экономического развития РФ «Об утверждении требований к государственным топографическим картам и государственным топографическим планам, включая требования к составу сведений, отображаемых на них, к условным обозначениям указанных сведений, требования к точности государственных топографических карт и государственных топографических планов, к формату их представления в электронной форме, требований к содержанию топографических карт, в том числе рельефных карт» (№ 271 от 6 июня 2022 года с изменениями на 11 декабря 2022 года).

Как правильно читать условные знаки на топографической съемке

Рассмотрим как правильно понять то, что мы видим на топографической съемке на конкретном примере и чем нам помогут условные обозначения на топосъемке.

Ниже приведена топографическая съемка масштаба 1:500 частного дома с земельным участком и прилегающей территорией.

В левом верхнем углу мы видим стрелку с помощью которой понятно как сориентирована топосъемка по направлению на север. На топографической съемке это направление может не указываться, так как по умолчанию план должен быть ориентирован верхней частью на север.

Характер рельефа на территории съемки: участок ровный с небольшим понижением в южную сторону. Разница отметок высот с севера на юг составляет примерно 1 метр. Высота самой южной точки 155.71 метра, а самой северной 156.88 метра. Для отображения рельефа использованы отметки высот, покрывающие всю площадь топосъемки и две горизонтали. Верхняя тонкая с отметкой 156.5 метра (не подписывается на топосъемке) и расположенная южнее утолщенная с отметкой 156 метров. В любой точке, лежащей на 156ой горизонтали отметка будет ровно 156 метров над уровнем моря.

На топосъемке видны четыре одинаковых креста, расположенных через одинаковые расстояния в форме квадрата. Это координатная сетка. Они служат для графического определения координат любой точки на топосъемке.

Далее последовательно опишем то, что мы видим с севера на юг. В верхней части топоплана две параллельные пунктирные линии с надписью между ними «ул. Валентиновская» и две буквы «А». Это означает что мы видим улицу с названием Валентиновская, проезжая часть которой покрыта асфальтом, без бордюра (так как это пунктирные линии. С бордюром чертятся сплошные, с указанием высоты бордюра или даются две отметки: верх и низ бордюрного камня).

Опишем пространство между дорогой и забором участка:

Переходим к самому участку.

Фасад участка огражден металлическим забором высотой более 1 метра с воротами и калиткой. Фасад левого (или правого, если смотреть со стороны улицы на участок) точно такой же. Фасад правого участка огражден деревянным забором на каменном, бетонном или кирпичном фундаменте.

Растительность на участке: газонная трава с отдельно стоящими соснами (4шт.) и фруктовыми деревьями (тоже 4 шт.).

Строения на участке: В верхней (северной) части участка расположен жилой одноэтажный деревянный дом. 8 это номер дома по улице Валентиновская. Отметка уровня пола в доме 156.55 метра. В восточной части к дому пристроена терраса с деревянным закрытым крыльцом. В западной части на соседнем участке имеется разрушенная пристройка к дому. Рядом с северо-восточным углом дома есть колодец. В южной части участка расположены три деревянных нежилых постройки. К одной из них пристроен навес на столбах.

На участке расположенном южнее виден жилой одноэтажный деревянный дом.

Вот таким образом условные обозначения на топосъемке помогают получить достаточно большой объем информации о территории на которой проводилась топографическая съемка.

И напоследок вот как выглядит эта топосъемка, нанесенная на аэрофотоснимок:

Точность масштаба

Предельная возможность измерения и построения отрезков на картах и планах ограничена величиной 0. 01 см. Соответствующее ей число метров местности в масштабе карты или плана представляет собой предельную графическую точность данного масштаба.

Поскольку точность масштаба выражает длину горизонтального проложения линии местности в метрах, то для ее определения следует знаменатель численного масштаба разделить на 10 000 (1 м содержит 10 000 отрезков по 0.01 см). Так, для карты масштаба 1:25 000 точность масштаба равна 2.5 м; для карты 1:100 000 — 10 м и т. п.

Масштабы топографических карт

численный масштаб карты	название карты	1 см на карте соответствует на местности расстоянию	1 см2 на карте соответствует на местности площади
1:5 000	пятитысячная	50 м	0.25 га
1:10 000	десятитысячная	100 м	1 га
1:25 000	двадцатипятитысячная	250 м	6. 25 га
1:50 000	пятидесятитысячная	500 м	25 га
1:1100 000	стотысячная	1 км	1 км2
1:200 000	двухсоттысячная	2 км	4 км2
1:500 000	пятисоттысячная, или полумиллионная	5 км	25 км2
1:1000000	мииллионная	10 км	100 км2

Ниже приведены численные маштабы карт и соответствующие им именованые масштабы:

Масштаб 1:100 000

• 1 мм на карте – 100 м (0.1 км) на местности
• 1 см на карте – 1000 м (1 км) на местности
• 10 см на карте – 10000 м (10 км) на местности

Масштаб 1:10000

• 1 мм на карте – 10 м (0.01 км) на местности
• 1 см на карте – 100 м (0.1 км) на местности
• 10 см на карте – 1000 м (1 км) на местности

Масштаб 1:5000

• 1 мм на карте – 5 м (0. 005 км) на местности
• 1 см на карте – 50 м (0.05 км) на местности
• 10 см на карте – 500 м (0.5 км) на местности

Масштаб 1:2000

• 1 мм на карте – 2 м (0.002 км) на местности
• 1 см на карте – 20 м (0.02 км) на местности
• 10 см на карте – 200 м (0.2 км) на местности

Масштаб 1:1000

• 1 мм на карте – 100 см (1 м) на местности
• 1 см на карте – 1000 см (10 м) на местности
• 10 см на карте – 100 м на местности

Масштаб 1:500

• 1 мм на карте – 50 см (0.5 м) на местности
• 1 см на карте – 5 м на местности
• 10 см на карте – 50 м на местности

Масштаб 1:200

• 1 мм на карте – 0,2 м (20 см) на местности
• 1 см на карте – 2 м (200 см) на местности
• 10 см на карте – 20 м (0.2 км) на местности

Масштаб 1:100

• 1 мм на карте – 0,1 м (10 см) на местности
• 1 см на карте – 1 м (100 см) на местности
• 10 см на карте – 10 м (0. 01 км) на местности

Пример 1

Переведите численный масштаб карты в именованный:

1. 1:200 000
2. 1:10 000 000
3. 1:25 000

Решение:

Для более легкого перевода численного масштаба в именованный нужно посчитать, на сколько нулей кончается число в знаменателе.

Например, в масштабе 1:500 000 в знаменателе после цифры 5 находится пять нулей.


Если после цифры в знаменателе пятьи более нулей, то, закрыв (пальцем, авторучкой или просто зачеркнув) пять нулей, получим число километров на местности, соответствующее 1 сантиметру на карте.

Пример для масштаба 1:500 000

В знаменателе после цифры – пять нулей. Закрыв их, получим для именованного масштаба: в 1 см на карте 5 километров на местности.


Если после цифры в знаменателе менее пяти нулей, то, закрыв два нуля, получим число метров на местности, соответствующее 1 сантиметру на карте.

Если, например, в знаменателе масштаба 1:10 000 закроем два нуля, получим:

в 1 см – 100 м.

Ответы:

1. в 1 см – 2 км
2. в 1 см – 100 км
3. в 1 см – 250 м

Используйте линейку, накладывайте на карты для облегчения измерения расстояний.

Пример 2

Переведите именованный масштаб в численный:

1. в 1 см – 500 м
2. в 1 см – 10 км
3. в 1 см – 250 км

Решение:

Для более легкого перевода именованного масштаба в численный нужно перевести расстояние на местности, указанное в именованном масштабе, в сантиметры.

Если расстояние на местности выражено в метрах, тогда чтобы получить знаменатель численного масштаба, нужно приписать два нуля, если в километрах, то пять нулей.


Например, для именованного масштаба в 1 см – 100 м расстояние на местности выражено в метрах, поэтому для численного масштаба приписываем два нуля и получаем: 1:10 000.

Для масштаба в 1 см – 5 км приписываем к пятерке пять нулей и получаем: 1:500 000.

Ответы:

1. 1:50 000
2. 1:1 000 000
3. 1:25 000 000

Типы карт в зависимости от масштабов

Карты в зависимости от масштабов условно подразделяют на следующие типы:

• топографические планы 1:400 – 1:5 000
• крупномасштабные топографические карты 1:10 000 – 1:100 000
• среднемасштабные топографические карты от 1:200 000 – 1:1 000 000
• мелкомасштабные топографические карты менее 1:1 000 000

Условные обозначения на топосъемке

Основные четыре типа, на которые подразделяют условные знаки:

Пояснительные подписи используются для указания дополнительной характеристики изображенных объектов: у реки подписывают скорость течения и его направление, у моста – ширину, длину и его грузоподъемность, у дорог – характер покрытия и ширину самой проезжей части и т. д.

Контурными или площадными условными знаками изображают те объекты, которые можно отобразить в соответствии с масштабом карты и занимающие определенную площадь. Контура чертят тонкой сплошной линией, прерывистой или изображают в виде точечного пунктира. Образованный контур заполняют условными обозначениями (луговая растительность, древесная, сад, огород, заросли кустарника и т.д).

Для отображения объектов, которые невозможно выразить в масштабе карты применяют внемасштабные условные знаки, при этом местоположение такого внемасштабного объекта определяется по его характерной точке. Например: центр геодезического пункта, основание километрового столба, центры радио, телевышек, труб фабрик и заводов.

В топографии отображаемые объекты принято подразделять на восемь основных сегментов (классов):

Сборники условных знаков для карт и топографических планов различных масштабов создают в соответствии с таким делением на объекты. Утвержденные гос. органами они являются едиными для всех топографических планов и обязательны при вычерчивании любых топогафических съемок (топосъемок).

Часто встречающиеся условные знаки на топосъемке:

— пункты гос. геодезической сети и пункты сгущения — Границы землепользования и отводов с межевыми знаками в точках поворота — Откосы. Применяются для отображения оврагов, насыпей дорог и других искусственных и естественных форм рельефа с резкими перепадами высот — Различные площадные объекты с поясняющими подписями. Пустырь, пашня, стройплощадка и т.д. — Железные дороги — Колодцы и скважины — Мосты через реки и ручьи — Горизонтали. Служат для отображения рельефа местности. Представляют собой линии, образованные при сечении земной поверхности параллельными плоскостями через одинаковые интервалы изменения высоты. — Отметки высот характерных точек местности. Как правило в Балтийской системе высот. — Различная древесная растительность. Указывается преобладающая порода древесной растительности, средняя высота деревьев, их толщина и расстояние между деревьями (густота) — Отдельно стоящие деревья — Кустарники — Различная луговая растительность — Заболоченность с камышовой растительностью — Ограждения. Заборы каменные и железобетонные, деревянные, штакетник, сетка рабица и др.

Топографическая карта

Топографическими называются такие карты, содержание которых позволяет решать по ним разнообразные технические задачи.

Карты либо являются результатом непосредственной топографической cъемки местности, либо составляются по имеющимся картографическим материалам.

Местность на карте изображается в определенном масштабе.

Чем меньше знаменатель численного масштаба, тем крупнее масштаб. Планы составляют в крупных масштабах, а карты – в мелких.

В картах учитывается «шарообразность» земли, а в планах – нет. Из-за этого планы не составляются для территорий площадью свыше 400 км² (то есть участков земли примерно 20 км х 20 км).

• Стандартные масштабы топографических карт

В нашей стране приняты следующие масштабы топографических карт:

1. 1:1 000 000
2. 1:500 000
3. 1:200 000
4. 1:100 000
5. 1:50 000
6. 1:25 000
7. 1:10 000

Этот ряд масштабов называется стандартным. Раньше этот ряд включал масштабы 1:300 000, 1:5000 и 1:2000.

• Крупномасштабные топографические карты

Карты масштабов:

1. 1:10 000 (1см =100 м)
2. 1:25 000 (1см = 100 м)
3. 1:50 000 (1см = 500 м)
4. 1:100 000 (1см =1000 м)

называются крупномасштабными.

• Другие масштабы и карты

Топографические карты территории России до масштаба 1:50 000 включительно являются секретными, топографические карты масштаба 1:100 000 — ДСП (для служебного пользования), а мельче – не секретными.

В настоящее время существует методика создания топографических карт и планов любых масштабов, не имеющих грифа секретности и предназначенных для открытого пользования.

Сказка про карту в масштабе 1:1

Жил-был Капризный Король. Однажды он объехал своё королевство и увидел, как велика и прекрасна его земля. Он увидел извилистые реки, огромные озёра, высокие горы и чудесные города. Он возгордился своими владениями и захотел, чтобы весь мир узнал о них.

И вот, Капризный Король приказал картографам создать карту королевства. Картографы трудились целый год и, наконец, преподнесли Королю замечательную карту, на которой были обозначены все горные гряды, крупные города и большие озёра и реки.

Однако, Капризный Король остался недоволен. Он хотел видеть на карте не только очертания горных цепей, но и изображение каждой горной вершины. Не только крупные города, но и мелкие, и селения. Он хотел видеть небольшие речки, впадающие в реки.

Картографы вновь принялись за работу, трудились много лет и нарисовали другую карту, размером в два раза больше предыдущей. Но теперь Король пожелал, чтобы на карте были видны перевалы между горными вершинами, маленькие озерца в лесах, ручейки, крестьянские домики на окраине селений. Картографы рисовали все новые и новые карты.

Капризный Король умер, так и не дождавшись окончания работы. Наследники один за другим вступали на трон и умирали в свою очередь, а карта все составлялась и составлялась. Каждый король нанимал новых картографов для составления карты королевства, но всякий раз оставался недовольным плодами труда, находя карту недостаточно подробной.

Наконец картографы нарисовали Невероятную карту! Она изображала всё королевство в мельчайших подробностях — и была точно такого же размера, как само королевство. Теперь уже никто не мог найти различия между картой и королевством.

Где же собирались хранить Капризные Короли свою замечательную карту? Ларца для такой карты не хватит. Понадобится огромное помещение вроде ангара, и в нем карта будет лежать во много слоев. Только нужна ли такая карта? Ведь карта в натуральную величину может быть с успехом заменена самой местностью ))))

Полезно ознакомиться и с этим

• Ознакомиться с используемыми в России единицами измерения площадей земельных участков можно здесь.
• Для тех, кого интересует возможность увеличения площади земельных участков для ИЖС, ЛПХ, садоводства, огродничества, находящихся в собственности, полезно ознакомиться с порядком оформления прирезок.
• С 1 января 2022 года в кадастровом паспорте должны быть зафиксированы точные границы участка, поскольку купить, продать, заложить или подарить землю без точного описания границ будет попросту невозможно. Так регламентировано поправками к Земельному кодексу. А тотальная ревизия границ по инициативе муниципалитетов началась с 1 июня 2015 г.
• С 1 марта 2015 года вступил в силу новый Федеральный закон «О внесении изменений в Земельный кодекс РФ и отдельные законодательные акты РФ» (N 171-ФЗ от 23.06.2014 г.), в соответствии с которым, частности, упрощена процедура выкупа земельных участков у муниципалитетов. Ознакомиться с основными положениями закона можно здесь.
• В отношении регистрации домов, бань, гаражей и других построек на земельных участках, находящихся в собственности граждан, улучшит ситуацию новая дачная амнистия.

ТЕХНИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ

Сопоставление существующих координат креста с координатами пространственной модели автокада – очень удобная для дальнейшей работы штука.

Часто строителям или смежникам срочно необходима координата какой-либо точки, приведя чертеж в соответствие с геодезической сеткой, снять любую точку не составляет большого труда. Выделив любую точку на чертеже, вы получите ее точные координаты в свойствах.

Условные обозначения на топосъемке по ГОСТ различаются на линейные (гидрография, инженерные коммуникации), площадные, внемасштабные, специальные и пояснительные.

Буквы указывают на материал покрытия. А — асфальт, Щ — щебень, Ц — цемент или бетонные плиты. На грунтовых дорогах материал не указывается, а одна из сторон изображается пунктиром.

Условный знак пунктов государственной геодезической сети на зданиях (незалитый кружок в условных знаках строений и церквей) применяется при изображении зданий, возвышающиеся части которых (шпили, башни и др.) определены как геодезические пункты и их координаты включены в каталоги.

Обработка в AutoCAD сканированной геоподосновы

Александр Россоловский

Соглашения

Форматы файлов растровой подосновы

Простая подготовка растровой подосновы

   Вставка изображения

   Настройка масштаба растровой подосновы

   Настройка ориентации растровой подосновы

   Обеспечение точности ввода и компенсация ошибок измерения

   Комбинированное выравнивание растровой подосновы

Многие читатели нашего журнала знают, что вместе с геоподосновой на твердом носителе (пленке) Мосгоргеотрест может выдать электронную подоснову в формате DWG, если это было оговорено при оформлении заказа. В противном случае подоснова может быть выполнена вручную на бумажной кальке, и получение с нее электронной копии, допускающей компьютерную обработку, потребует дополнительных усилий. Для создания компьютерных чертежей генерального плана на бумажной подоснове ее необходимо отсканировать с целью получения растровых файлов изображений, которые могут в дальнейшем использоваться при работе с CAD-системами.

При работе в среде AutoCAD можно использовать как сами растровые файлы изображений посредством их внедрения в рабочее поле чертежа, так и их векторные копии, получаемые в результате дополнительной обработки, называемой векторизацией (процессы сканирования, векторизации и работа с векторизованными изображениями здесь не рассматриваются).

Соглашения

Прежде чем начать изложение материала, нужно сделать предварительные пояснения. В настоящей статье использован универсальный формат команд AutoCAD, распознаваемый любыми локализованными версиями программы, в том числе и русской версией. Путь обращения к командам в главном меню приведен в варианте англоязычной версии AutoCAD и дублируется в варианте русской локализованной версии. Диалоговые окна на иллюстрациях даны в русскоязычном варианте, однако, в силу идентичности структуры диалоговых окон любых языковых версий программы — вплоть до позиций всех их элементов, эти иллюстрации будут полезны и для пользователей англоязычной версии программы. За рамками обзора остались опции команд, не используемые в контексте описанных действий.

Форматы файлов растровой подосновы

Для работы как с растровыми, так и с векторизованными файлами в среде AutoCAD из соображений экономии системных ресурсов при сканировании лучше сохранять изображение в битовом (черно-белом) формате. В тех случаях, когда предполагается обработка невекторизованного изображения, при сохранении результата сканирования не рекомендуется применять форматы файлов, использующие технологию динамического сжатия, за исключением формата JRG.

Растровое изображение для вставки в AutoCAD в качестве подосновы должно иметь один из следующих форматов: BMP, RLE, DIB, TIF, TGA, PCX, JPG.

Простая подготовка растровой подосновы

Вставка изображения

Вставка производится командой _imageattach, доступной в главном меню по адресу InsertgRaster Image… (ВставкаgРастровое изображение). После обращения к команде автоматически вызывается диалоговое окно Select Image File (Выбор файла изображения), в котором выбирается файл для вставки. Выбрав файл, пользователь попадает в диалоговое окно Image (Растровое изображение), где можно определить точку вставки левого нижнего угла прямоугольника изображения, масштаб изображения и его поворот относительно нормального положения.

При создании нового чертежа на основе сканированной подосновы эта подоснова, как правило, вставляется в рабочее поле чертежа первой, а остальные объекты чертежа позиционируются по отношению к ней.

При вставке единственного (или первого) изображения в чертеж точка вставки не имеет значения, и потому параметры ее координат в соответствующих полях диалогового окна могут быть оставлены без изменения.

В результате после закрытия диалогового окна изображение будет вставлено, причем его левый нижний угол будет совмещен с началом текущей системы координат (по умолчанию — мировой системы координат). В том случае, если изображение вставляется в чертеж, уже содержащий объекты, может оказаться целесообразным принудительно задать положение подосновы, например, чтобы избежать совмещения с ранее вставленным изображением. Для этого удобно, включив флажок Specify on Screen (Указать на экране) в области Insertion Point (Точка вставки) диалогового окна, воспользоваться непосредственным указанием позиции курсором в рабочей области чертежа. Если настройки в областях Scale (Масштаб) и Rotation (Угол поворота) не изменялись пользователем, то после указания точки вставки изображение будет помещено в чертеж с текущими масштабом и ориентацией.

В общем случае управление масштабом и ориентацией вставляемого изображения является сложной задачей, которая не может быть корректно решена посредством ввода дискретных значений в числовые поля диалогового окна. Масштабный коэффициент вставляемого изображения не связан закономерно с масштабом чертежа. Величина одного и того же изображения может зависеть, например, от того, в каком формате оно было сохранено. Поворот не является контролируемым, поскольку невозможно заправить сканируемый чертеж в приемник сканера без хотя бы незначительного углового смещения. Поэтому сканированные файлы всегда немного повернуты на некоторый произвольный и заранее неизвестный угол, поправку на который корректно ввести в процессе вставки практически невозможно. Для приведения масштаба и ориентации изображения в соответствие с требованиями к чертежу уже после вставки применяются редактирующие команды с интерактивным вводом аргументов методом «по ссылке».

Настройка масштаба растровой подосновы

Для правильного масштабирования вставленного изображения требуется знать реальное расстояние хотя бы между двумя его точками. В случае с геоподосновой изобретать такие контрольные точки не приходится — кресты геодезической сетки расположены с заранее известным шагом. Для подосновы в масштабе 1:500 — это расстояние 50 м, для ситуационной подосновы в масштабе 1:2000 — 200 м. В целях приведения подосновы к реальному масштабу требуется добиться того, чтобы расстояние между ближайшими крестами было равно в системных единицах AutoCAD числу метров (если работа предполагается в метрах) или числу метров, помноженных на 1000 (если работа будет вестись в миллиметрах), то есть в случае с ситуационной подосновой это 200 или 200 000, а в случае с обычной геоподосновой — 50 или 50 000. Здесь нелишне напомнить, что работа с геометрией в AutoCAD ведется в реальных единицах — без пересчета на масштаб выводимого изображения будущего чертежа, масштаб же для вывода назначается либо в настройках печати, либо в видовых экранах в пространствах листов макетов.

Для вышеупомянутого приведения растрового изображения в соответствие с масштабом рабочего пространства чертежа следует применить к нему команду _scale, доступную в главном меню по адресу ModifygScale (РедактgМасштаб). В качестве центра трансформации при этом удобно выбрать точку пересечения линий одного из крестов. В ответ на запрос коэффициента масштабирования нужно обратиться к опции _reference; далее в качестве изменяемого расстояния нужно указать точки пересечения линий пары, принадлежащих одному ряду крестов, а затем в качестве нового значения измеренного расстояния с клавиатуры ввести требуемую величину, руководствуясь описанной в предыдущем абзаце логикой. Таким образом, расстояние между ближайшими крестами должно стать равным 50 или 50 000 для обычной и 200 или 200 000 для ситуационной подосновы, в зависимости от принятых рабочих единиц линейных измерений.

Настройка ориентации растровой подосновы

В целях корректной ориентации изображения, вставленного в чертеж AutoCAD, требуется знать реальное направление вектора между любой парой его точек. В случае геоподосновы в качестве контрольных точек могут (и должны) использоваться кресты геодезической сетки, ряды которых расположены вдоль осей координат, то есть являются горизонтальными и вертикальными. В понятиях AutoCAD это соответствует углам ориентации 0° и 90° при направлениях измерения слева направо и снизу вверх соответственно.

Для корректного выравнивания изображения следует воспользоваться командой _rotate, которая доступна в главном меню по адресу ModifygRotate (РедактgПовернуть). Применяя команду к растровому изображению, в качестве центра трансформации целесообразно выбрать одну из опорных точек в пересечении линий креста геодезической сетки. В ответ на запрос изменяемого направления нужно указать вектор между парой таких точек слева направо или снизу вверх, а в качестве назначаемого ему значения ввести с клавиатуры соответственно 0 или 90. Измеряемые углы могут вводиться и в противоположных направлениях, и тогда в соответствие им приводятся значения 180 и –90.

Обеспечение точности ввода и компенсация ошибок измерения

Поскольку части растрового изображения не могут использоваться для работы с объектными привязками AutoCAD, то при выборе точек пересечений крестов неизбежны ошибки, пусть и незначительные; можно уменьшить влияние этих ошибок, придерживаясь некоторых правил.

Правило первое: необходимо предварительно создать объекты для привязки средствами AutoCAD. Такими объектами могут быть примитивы-точки, для создания которых используется команда _point, вызываемая в главном меню по адресам DrawgPointg Single point (РисованиеgТочкаgОдиночная) или Drawg PointgMultiple point (РисованиеgТочкаgНесколько). При создании точек привязки следует с помощью экранных операций настроить экранное увеличение, обеспечивающее наибольшую точность при позиционировании создаваемого объекта по растрам изображения подосновы.

Чтобы точки стали визуально различимыми в рабочей области чертежа, рекомендуется на время работы с ними сделать текущим соответствующий стиль отображения точек, что можно выполнить с помощью команды _ddptype, доступной в главном меню по адресу FormatgPoint Style… (ФорматgОтображение точек…). Этой командой вызывается диалоговое окно Point Style (Отображение точек) с палитрой слайдов-изображений символов точек и с контроллерами для управления их размерами при отображении на экране. Для выбора нужного символа следует выбрать его слайд курсором и нажать кнопку OK. Настройки размеров символов в большинстве случаев можно сохранить без изменения. После выполнения описанной процедуры в процессе редактирования подосновы уже не нужно заботиться о точном визуальном прицеливании к контрольным точкам, применяя вместо этого объектные привязки по точкам или по ближайшему объекту, которым соответствуют прозрачные команды ‘_node и ‘_nearest либо настройки постоянных объектных привязок.

Правило второе: при измерениях следует опираться на наиболее удаленные друг от друга объекты привязки. Поскольку даже при самом большом увеличении абсолютно точно прицелиться по кресту сетки растровой подосновы невозможно, в любом измерении неизбежно будет содержаться ошибка, влияние которой возрастает на участках изображения, расположенных на больших расстояниях от центра трансформации, чем точка измерения.

Согласно этой же логике на расстояниях, меньших, чем измеренное, влияние ошибки пропорционально уменьшается. При одинаковой точности визуального прицеливания лучше измерить наибольшее контрольное расстояние — в этом случае в промежуточных точках влияние ошибки будет интерполяционно уменьшаться. При масштабировании в качестве контрольных точек следует использовать наиболее удаленные кресты одного горизонтального или вертикального ряда. В качестве назначаемого значения измеренному расстоянию следует брать ожидаемую величину шага между крестами, умноженную на количество шагов сетки между выбранными при измерении контрольными точками. Например, при замере расстояния в четыре шага сетки ему при масштабировании следует поставить в соответствие значение 4×50 = 200 м (при работе в метрах с обычной подосновой) или 4×200 000 = 800 000 мм (при работе в миллиметрах с ситуационной подосновой).

Комбинированное выравнивание растровой подосновы

Выравнивание и масштабирование можно выполнить одной командой — AutoCAD _align. В общем случае эта команда предназначена для трехмерного выравнивания одного объекта по другому посредством последовательного указания пар совмещаемых точек. Для выполнения этой команды рекомендуется создать в области чертежа опорные объекты привязки, с которыми будут совмещаться контрольные точки трансформируемой подосновы. В сочетании с указанной командой для совмещения могут использоваться не только кресты, принадлежащие ортогональным рядам, но и любые два креста подосновы. Для создания опорных объектов лучше заранее сформировать сетку-массив из объектов привязки с нужным шагом. С этой целью создается один объект-точка, который клонируется командой _array с опцией _rectangular. Число шагов в каждом из направлений сетки-массива и шаг узлов назначаются в соответствии с их числом и реальной величиной в совмещаемой с ней подоснове. Как и при последовательной трансформации подосновы, при использовании команды _align в качестве опорных крестов рекомендуется выбирать наиболее удаленные друг от друга кресты, привязываясь по соответствующим им узлам привязки опорной сетки.

Команда _align доступна в главном меню по адресу Modifyg3D OperationgAlign (Редактg3М операцииg Выровнять). Применяя данную команду к выравниваемой подоснове, следует курсором указать ее перемещаемую точку, потом указать точку, в которую она будет перемещена при выравнивании, а затем повторить процедуру еще раз для другой пары совмещаемых точек, отказаться от совмещения третьей пары точек и согласиться с предлагаемым масштабированием изменяемого объекта.

Созданные для выравнивания подосновы объекты привязки после завершения процедуры можно либо удалить, либо оставить для дальнейшей работы над генеральным планом. Кресты сетки могут использоваться, например, для привязки по ним объектов генерального плана. В этом случае целесообразно иметь не отдельные узлы привязки, а полный массив, соответствующий массиву крестов подосновы. Если же выравнивание подосновы будет производиться последовательным применением команд масштабирования и поворота, то сетку узлов следует создать поверх изменяемого объекта заранее. Для ее создания можно применить уже упоминавшуюся команду _array. Поскольку исходное вставленное изображение обычно повернуто относительно текущей системы координат, для ориентации массива узлов вдоль ортогоналей необработанной подосновы необходимо создать новую, выровненную с ней систему координат. Это делается командой _ucs с опцией _z, доступной в главном меню по адресу ToolsgNew UCSgZ (СервисgНовая ПСКgZ). После обращения к команде нужно последовательно указать на пересечения линий наиболее удаленных друг от друга крестов одного горизонтального ряда подосновы. Определить шаг сетки узлов еще не обработанной подосновы можно следующим способом: построить командой _line, доступной в главном меню по адресу DrawgLine (РисованиеgОтрезок), отрезок с вершинами в крайних крестах одного ряда подосновы, а потом поделить его на число шагов в этом ряду. Для деления отрезка на заданное число равных частей применяется команда _divide, доступная в главном меню по адресу DrawgPointgDivide (РисованиеgТочкаgПоделить). В процессе выполнения команды запрашивается делимый объект, а затем число шагов, в узлах которых создаются примитивы-точки. В крайних вершинах делимого отрезка точки не создаются, однако целесообразно создать их заранее — как вехи для настройки поворота системы координат и для указания вершин создаваемого для деления отрезка.

Таким образом определяется шаг сетки в горизонтальном направлении. Для вертикального шага сетки можно использовать значение горизонтального шага, хотя абсолютно точное применение его к другому направлению является задачей, которая требует создания дополнительных геометрических построений, однако вполне разрешима. Массив в данном случае должен быть одномерным и применяться ко всему ряду точек, построенному с помощью вспомогательного отрезка, который, кстати, до создания массива следует удалить.

По окончании процедуры текущей системой координат следует вновь сделать исходную систему координат, применив команду _ucs с опцией _ prev для возврата к предыдущей или с опцией _ world для возврата к мировой системе координат. Последняя комбинация доступна в главном меню по адресу ToolsgNew UcsgWorld (СервисgНовая ПСКgМСК). В дальнейшем при обработке подосновы редактирующие команды следует применять не только к самой подоснове, но и к наложенному на нее массиву объектов привязки.

 

Продолжение следует

«САПР и графика» 6’2002

Пересечение Атлантики: тогда и сейчас

1. Познакомить с понятиями океанских путешествий и океанских переходов.
Спросите: Почему люди могут захотеть путешествовать через весь океан? Вызывать у учащихся ответы, например, навестить семью и друзей; исследовать новые места в отпуске; торговать товарами; и переехать или переселиться. Перечислите их на доске. Предложите учащимся подумать о том, почему люди хотели бы переехать с одной стороны океана на другую и переселиться. Попросите учащихся представить, что они отправятся в путешествие через Атлантический океан. Спросить: На каком виде транспорта вы могли бы пересечь океан? (самолет, лодка)

2. Обсудите разницу между пересечением океана сотни лет назад и сегодня.
Объясните учащимся, что сотни лет назад люди часто пересекали Атлантический океан, чтобы исследовать новые места и перемещаться из одного места в другое. Они путешествовали на парусных кораблях. Расскажите студентам, что люди, путешествующие из Европы в Северную Америку в колониальный период 1600–1799 годов, прошли долгий и опасный путь. Они часто болели и даже умирали во время перехода. Спросить: Почему сегодня проделать то же самое путешествие намного быстрее и проще? Выясните у учащихся, что корабли больше не зависят от ветра и что самолеты теперь являются самым быстрым способом совершить такое же путешествие.

3. Раздайте экземпляры рабочего листа «Пересечение Атлантики».
Спросите учащихся, знают ли они, что такое большой водоем в центре карты. Затем прочитайте вслух его этикетку: Атлантический океан. Обратите внимание, что участок суши на правой (восточной) стороне карты — это континент Европы, а на левой (западной) стороне — Северная Америка. Попросите учащихся указать, где они живут на этой карте. Далее укажите Амстердам на карте. Объясните учащимся, что это город в Европе, из которого многие самолеты и лодки отправляются в путешествие через океан — как сегодня, так и в колониальный период. Укажите на карте город Нью-Йорк. Объясните, что это популярное направление для самолетов и лодок, путешествующих через Атлантический океан. Предложите учащимся использовать линейку и масштабную линейку на карте, чтобы измерить расстояние между Амстердамом и Нью-Йорком. Наконец, укажите на значки на карте, которые изображают три различных вида транспорта, которые используются для путешествия через Атлантический океан. Скажите учащимся, что сегодня самолет и современный корабль используются для пересечения океана, а сотни лет назад парусное судно было популярным видом транспорта для пересечения океана. Объясните, что учащиеся будут использовать карту для сравнения путешествий на колониальном корабле, современном корабле и самолете.

4. Сравните время, необходимое для пересечения Атлантического океана кораблем и самолетом.
Попросите учащихся оценить, сколько времени может занять корабль, чтобы пересечь Атлантический океан. Спросите: Это займет час, день, неделю или больше? Расскажите учащимся, что Генри Хадсон был европейским исследователем, путешествовавшим через Атлантику в колониальный период. Хадсону потребовалось более двух месяцев, чтобы отплыть из Амстердама в Нью-Йорк на своем паруснике Half Moon 9.0007 . Современный океанский лайнер, такой как Queen Mary 2 , совершает путешествие из Европы за семь дней. На самолете поездка занимает менее 8 часов полета. Посмотрите на календарь и отметьте количество недель, дней и часов для каждой поездки, используя маркер разного цвета для каждого промежутка времени. Помогите учащимся написать в своих рабочих листах продолжительность времени для каждого вида транспорта. Затем выберите дату отправления и попросите учащихся подсчитать, сколько дней займет путешествие для каждого из различных видов транспорта. Попросите учащихся добавить это число на свои карты.

5. Обсудите всем классом тему пересечения Атлантики тогда и сейчас.
Проведите обсуждение всем классом. Спросите:

• Если бы две лодки и самолет участвовали в гонке, кто бы победил? Что будет вторым? Кто финиширует последним? Предложите учащимся пронумеровать каждый из трех видов транспорта в своих рабочих листах, где 1 означает самый быстрый, а 3 — самый медленный. (1-самолет; 2-современный океанский лайнер; 3-парусник)
• Как было Полумесяц работает? (Ветер надул паруса, которые двинули корабль через океан.)
• Что было бы, если бы не было ветра? (Корабль замедлится или даже остановится.)
• Почему современные корабли ходят намного быстрее, чем колониальные? (У современных кораблей мощные двигатели, которые помогают им двигаться намного быстрее, они не зависят от ветра.)
• Почему самолеты так быстро пересекают океан? (Они путешествуют по воздуху намного быстрее, чем корабли по воде.)

Неформальное оценивание

Попросите учащихся подумать о том, что они узнали, и устно изложить то, что влияет на то, сколько времени может занять путешествие через океан. Идеи учащихся должны включать в себя, по их собственным словам, расстояние, которое необходимо преодолеть, тип транспорта, питание судна, погоду и насколько современен метод транспорта.

Расширение обучения

Попросите учащихся представить, что им нужно собрать вещи для путешествия через Атлантический океан. Они могут путешествовать на колониальном паруснике, современном корабле или самолете. Попросите их нарисовать предметы, которые им нужно взять с собой для каждого типа поездки. Предложите учащимся поделиться своими рисунками и сравнить элементы, которые потребуются для каждого из видов транспорта.

Предметы и дисциплины

• География
  • География человека
  • Физическая география

Цели обучения

Учащиеся будут:

• определять причины, по которым люди пересекают Атлантический океан
• сравните виды транспорта для пересечения океана в колониальный период и сегодня
• использовать карты, чтобы сравнить время, необходимое для пересечения океана с различными видами транспорта

Подход к обучению

• Обучение для использования

Методы обучения

• Обсуждения
• Практическое обучение

Сводка навыков

Это задание предназначено для следующих навыков:

• Навыки критического мышления
  • Анализ
  • Понимание
• Географические навыки
  • Получение географической информации
  • Анализ географической информации

Связь с национальными стандартами, принципами и практикой

Национальные географические стандарты

• Стандарт 1: Как использовать карты и другие географические представления, геопространственные технологии и пространственное мышление для понимания и передачи информации
• Стандарт 17: Как применить географию для интерпретации прошлого

Национальные стандарты истории

• История Соединенных Штатов: демократические принципы и ценности и народы многих культур, которые внесли свой вклад в их культурное, экономическое и политическое наследие (K-4) Стандарт 6: Региональный фольклор и культурный вклад, которые помогли сформировать наше национальное наследие

Что вам понадобится

Материалы, которые вы предоставите

• Календарь
• Цветные маркеры
• Карандаши
• линейки

Физическое пространство

• Класс

Группировка

• Обучение в больших группах

Справочная информация

Путешествие через Атлантический океан было намного сложнее для американских колонистов в колониальный период (1600-1799), чем сегодня. Использование карты для сравнения трех способов передвижения показывает, как путешествия менялись с течением времени. Усовершенствованные технологии превратили долгое и опасное путешествие в гораздо более быстрое и безопасное путешествие.

Предыдущие знания

• Нет

Рекомендуемая предыдущая деятельность

• Плавание сквозь историю
• Подсказки периода времени

Словарь

Атлантический океан

Существительное

один из четырех океанов Земли, отделяющий Европу и Африку от Северной и Южной Америки.

континент

Существительное

одна из семи основных частей суши на Земле.

исследователь

Существительное

человек, изучающий неизвестные области.

хороший

Существительное

предмет или услуга, которые служат человеческим потребностям или желаниям.

суша

Существительное

большой участок земли.

переселить

Глагол

переехать и построить жизнь на новом месте.

транспортировка

Существительное

перемещение людей или товаров из одного места в другое.

Интерактивы

• Гудзон: река, определившая Америку

Веб-сайты

• Библиотека Конгресса: история Америки, прыжок назад во времени

Навигационные и связанные с ними инструменты в Англии XVI века

К началу шестнадцатого века древнее искусство навигации начало быстро развиваться в ответ на запросы океанских исследователей, которым необходимо было определить свои позиции без ориентиров, определить места своих открытий и проложить маршруты между новооткрытыми земли и дома. Хотя взаимосвязь некоторых небесных тел со временем суток и земными направлениями была известна с древних времен, первые два десятилетия шестнадцатого века были отмечены строгим применением астрономии и математики в навигации. Новое учение встретило Новый Свет.   Такие инструменты, как песочные часы, квадрант, компас и морская карта, были жизненно важны для эффективной навигации. Вики Уоллес Навигация в значительной степени основана на сферических координатах широта — угловое расстояние к северу или югу от экватора — и долгота — угловое расстояние к востоку или западу от общепринятого опорного местоположения, такого как Гринвичская обсерватория. Для определения долготы необходимо сравнить местное время, измеренное небесным светилом, с местным временем в опорном месте, отсчитываемым по часам. Механические часы существовали в елизаветинскую эпоху, но до конца восемнадцатого века их приходилось часто корректировать по наблюдению за солнцем, и поэтому они были почти бесполезны на борту корабля. С другой стороны, измерение широты не требует точных часов. Усовершенствованные инструменты позволили мореплавателям шестнадцатого века определять широту с достаточной точностью. Поэтому широта была чрезвычайно важна для елизаветинской навигации. Не имея возможности использовать систему широты-долготы в полной мере, мореплаватели шестнадцатого века дополнили широту системой ро-тета (расстояние-и-азимут) — погибших (из выведенных) счисления . Начиная с известного или предполагаемого положения, штурман измерял, насколько мог, курс и скорость корабля, скорости океанских течений и подветренного (по ветру) дрейфа корабля и время нахождения на каждом курсе. По этой информации он мог рассчитать пройденный им курс и пройденное расстояние. Точный расчет, основанный на обоснованных догадках, часто оказывается очень точным. Он до сих пор практикуется на кораблях и самолетах и ​​лежит в основе современного доплеровского и инерциального навигационного оборудования. Ошибки, как правило, накапливаются при счислении пути, поэтому его точность частично зависит от продолжительности рейса и способности штурмана использовать широту и другую информацию для ограничения ошибок. Но прежде всего счисление пути зависит от надежных инструментов.   Приборы для измерения широты Небесный глобус представлял собой установленную сферу, изображающую небо вместо земли. Хотя многие из них предназначались для украшения частных библиотек, некоторые использовались в качестве навигационных инструментов. С введением Герардом Меркатором в 1569 году практичных и доступных морских карт, на которых были показаны параллели широты и меридианы долготы, дорогой и хрупкий небесный глобус постепенно вышел из употребления.   Было бы трудно использовать астролябию на палубе корабля. Требовалась точность, которая могла быть затруднена на качающемся корабле. Vicki Wallace Астролябия использовалась для определения широты путем измерения угла между горизонтом и Полярной звездой, также называемой Полярной звездой, Полярной звездой или Стеллой Марис (Звездой моря). Полярная звезда была предпочтительной звездой для измерения широты, потому что она находится менее чем в одном градусе от северного небесного полюса (точка на небе прямо над географическим северным полюсом). Астролябия — инструмент довольно древний; Были найдены персидские модели, датируемые одиннадцатым веком, и Чосер написал по ним трактат в конце 1300-х годов. К елизаветинской эпохе он состоял из большого латунного кольца, снабженного алидадой или визирной линейкой. Пользователь держал астролябию за петлю наверху, поворачивал алидаду так, чтобы видеть звезду по всей ее длине, и считывал высоту по шкале, выгравированной на кольце, — трудные задачи для выполнения на палубе корабля. Последствия неточного измерения серьезны (отклонение всего на один градус широты приводит к ошибке в определении местоположения на 60 морских миль), поэтому мореплаватели часто использовали астролябию парами: одна для прицеливания вдоль алидады, другая для стабилизации прибора и измерения. чтения. Однако на берегу астролябия была проще в использовании и точнее. Квадрант , имеющий форму четверти круга, был еще одним ручным инструментом из дерева или латуни. Пользователь измерил высоту Полярной звезды, взглянув в глазок и сняв показания там, где короткая линия отвеса пересекала шкалу на внешнем краю дуги. Крестовина была разработана на основе арабского камала десятого века . Он состоял из квадратного стержня 3,5-4 фута в длину, снабженного шкалой, с четырьмя скользящими поперечинами или поперечинами градуированной длины. Одновременно использовался только один поперечник, его выбор основывался на высоте небесного светила в небе — чем выше тело, тем длиннее поперечник. Пользователь поднес конец посоха к глазу, затем надел поперечину на дальний конец и двигал ее вперед и назад, пока ее верхний и нижний края не коснулись, соответственно, наблюдаемого тела и горизонта. Положение трансверсали на шкале переводилось по таблице в градусы широты. Полярная звезда часто закрыта облаками, туманом или дневным светом, и она находится ниже горизонта для любого жителя Южного полушария. Темнота часто затрудняет поиск горизонта. Так мореплаватели научились использовать астролябию, квадрант и поперечный жезл с солнцем. Кусок дымчатого стекла часто использовался, чтобы пользователь не ослеплял себя. Под замком, предназначенным только для капитана и пилота, находились высоко ценимые таблицы склонений или астрономические карты , показывающие расчетные высоты солнца над экватором в полдень для каждого дня года. Магнитный компас Приведенные выше инструменты давали бесценную информацию, но их использование зависело от видимости небесных тел. В результате мореплаватели полагались на магнитный компас , инструмент, разработанный, вероятно, независимо китайцами в одиннадцатом веке и европейцами в двенадцатом. День или ночь, хорошая погода или ненастная, северное или южное полушарие, компас всегда указывает более или менее на север. Сначала компасы, по-видимому, использовались в основном для измерения направления ветра, но вскоре мореплаватели обнаружили, что они гораздо полезнее, когда используются для определения курса. Типичный компас шестнадцатого века состоял из большой намагниченной стрелки, прикрепленной к нижней стороне круглой карты, на которой были нанесены несколько направлений. Компасная роза, как ее иногда называли, обычно имела тридцать два румба, отстоящих друг от друга на 11,25 градуса — север, север через восток, север через северо-восток и так далее. (В начале своей карьеры моряки научились «управлять компасом», то есть перечислять все точки по порядку.) Стрелка вращалась на тонком латунном штифте, чтобы она могла свободно качаться. Карта компаса была подвешена на подвесах (концентрических монтажных кольцах), что позволяло карте оставаться ровной независимо от движения корабля. Механизм хранился в ящике с открытым верхом, прикрепленном к маленькому шкафу под названием 9.0273 нактоуз (позже нактоуз), который крепился к палубе перед штурвалом. Магнитный камень или кусок естественно магнитной железной руды использовался для повторного намагничивания стрелки компаса. Христофор Колумб сказал, что компас «всегда ищет истину». Однако, в отличие от современного гироскопического компаса, магнитный компас не всегда указывает на истинный север. Магнитный полюс находится не на вершине мира, а на постоянно меняющемся расстоянии в канадской Арктике. Локальные вариации магнитного поля Земли дают разные ошибки в разных точках. Этот факт был признан в пятнадцатом веке. Полярная звезда дает хорошее приближение к истинному северу, поэтому отклонение компаса было легко измерить даже в елизаветинскую эпоху. В инструкциях для атлантического путешествия, запланированного сэром Хамфри Гилбертом в 1582 году, перечислены многие элементы навигационного оборудования, в том числе «Инструмент для изменения компаса». В его «Краткий и правдивый отчет» (1588), Томас Хэрриот, главный научный сотрудник колонии Лейн (1585-1586), упоминает «Математические инструменты», , который, несомненно, включал такое устройство. Некоторые моряки устанавливали стрелку на карточке компаса, чтобы учитывать местные отклонения компаса и заставлять карту указывать истинный север. Эта практика вызывала проблемы, особенно когда моряки пытались управлять незнакомыми судами или когда каботажные суда совершали трансокеанские рейсы. (Например, компасы с поправкой на восточное отклонение, найденные в Великобритании, давали неудовлетворительные показания в частях Северной Америки с западным отклонением. ) Использование нескольких взаимозаменяемых карт со стрелками, установленными под разными углами для разных степеней отклонения, мало помогло уменьшить путаницу.   Приборы для измерения времени Точное время необходимо для точного счисления. Водяные часы (клепсидры) и портативные солнечные часы имели очевидные недостатки на борту корабля, поэтому песочные часы или песочные часы были часами, наиболее часто используемыми в навигации. Наиболее распространенными были очки четырехчасового и получасового размеров. Дни в море делились на шесть четырехчасовых смен или вахт. Корабельный юнга заботливо ухаживал за получасовым стеклом, поворачивая его, как только просачивался песок, и кричал или бил в колокольчик так, чтобы все на борту слышали. По истечении четырех часов он перевернул четырехчасовой стакан. (Поэтому система колоколов и часов до сих пор используется на борту многих судов.) Текстура песка могла влиять на скорость его течения, как и конденсация внутри стекла, поэтому для точности использовались несколько стаканов вместе. Стекло использовалось в сочетании с бревном , куском дерева, прикрепленным к леске , завязанной узлами с одинаковыми интервалами. Моряк поднял бревно с кормы корабля и позволил тросу свободно растянуться, когда корабль отчалил. Когда матрос почувствовал, как сквозь пальцы прошел первый узел, он крикнул сигнал другому матросу, который повернул минутную рюмку. Первый матрос вслух считал количество узлов, пройденных до тех пор, пока не кончился песок. Таймер на одну минуту (одна шестидесятая часа), узлы, разнесенные на одну шестидесятую морской мили, и простая арифметика легко дают скорость корабля в морских милях в час («узлы»). Ночной состоял из двух концентрических пластин из латуни или дерева, большая из которых была разделена на двенадцать равных частей, соответствующих месяцам года, меньшая на двадцать четыре части, соответствующие часам дня. Совместив прицельный механизм с Полярной звездой или определенными звездами Большой или Малой Медведицы, пользователь мог определить время ночи с достаточной точностью. Прочие инструменты Карты не только давали мореплавателю представление о том, куда он направляется, но и позволяли наносить на карту его прошлое и настоящее положение. Картографы и мореплаватели столкнулись со многими из тех же проблем, например, с невозможностью определить точную долготу. Следовательно, большинство карт шестнадцатого века не были очень точными по современным стандартам. Что еще хуже, картографы часто копировали друг друга, использовали информацию из ненадежных источников и полагались на собственное воображение, чтобы заполнить пробелы в освещении. Поворотная доска использовалась для приблизительного определения курса корабля во время вахты. Он состоял из круглого куска дерева, на котором были нарисованы стрелки компаса. К каждой точке по радиусу равномерно располагались восемь небольших отверстий, а к центру доски на веревке прикреплялись восемь небольших колышков. Каждые полчаса один из колышков втыкался в следующее за ним отверстие для точки компаса, ближайшей к курсу, который корабль держал в течение этих получаса. В конце этой вахты по положению колышков определялся общий курс. Получая информацию о скорости от длинной и прямой, траверсная доска служила грубым вычислителем пути, напоминающим те, которые до сих пор используются на борту самолетов. Проводник и линь , использовавшиеся для определения глубины и характеристик морского дна, были древними, но очень полезными навигационными средствами. Он состоял из звучащего поводка, прикрепленного к леске с равномерно расположенными узлами или кусочками цветной ткани. Свинец был выброшен за борт и опустился на морское дно. Каждая метка была отличительной, и расстояние между последовательными метками было постоянным; так что глубину воды можно было легко измерить («по отметке») или оценить («по глубине»). Когда груз подняли на борт, свинец, благодаря жиру, набитому в небольшое углубление на его дне, поднял образец морского дна, полезный для поиска безопасной якорной стоянки. Хотя боцманская трубка и не была навигационным инструментом, она была очень ценным инструментом. Этот свисток необычной формы использовался боцманом (сокращение бос’н не использовалось в 16 веке) для передачи приказов по всему кораблю. Его пронзительный звук обычно был слышен даже сквозь завывание ветра членам экипажа, работающим высоко на такелаже. Судовой журнал содержал записи курсов, скоростей, промеров и другую соответствующую информацию. Хороший журнал был достаточно точным и исчерпывающим, чтобы штурман мог проверить свой точный расчет. Кредиты: Текст Оливия Исиль; отредактировано и дополнено Лебеймом Хьюстоном и Винн Доу Иллюстрации: Вики Уоллес Перейти на главную страницу блока 2 Перейти на главную страницу Roanoke Revisited

Десяток способов измерения уровня жидкости и принципы их работы — Измерение уровня | Датчики уровня | Датчики уровня

Технология измерения уровня в процессе перехода

Самым простым и старейшим промышленным устройством для измерения уровня является, конечно же, смотровое стекло. Ручной подход к измерению, смотровые очки всегда имели ряд ограничений. Материал, используемый для обеспечения прозрачности, может потерпеть катастрофический отказ с последующим воздействием на окружающую среду, опасными условиями для персонала и/или пожаром и взрывом. Уплотнения склонны к протечкам, а отложения, если они есть, затемняют видимый уровень. Можно безоговорочно заявить, что обычные смотровые стекла являются самым слабым звеном любой установки. Поэтому они быстро заменяются более передовыми технологиями.

К другим устройствам определения уровня относятся устройства, основанные на удельном весе, физическом свойстве, наиболее часто используемом для определения уровня поверхности. Простой поплавок, имеющий удельный вес между технологической жидкостью и паром свободного пространства, будет плавать на поверхности, точно следуя ее подъемам и падениям. Измерения гидростатического напора также широко использовались для определения уровня.

Когда речь идет о более сложных физических принципах, новые технологии часто используют компьютеры для выполнения расчетов. Для этого требуется отправка данных в машиночитаемом формате с датчика в систему управления или мониторинга. Полезными форматами выходного сигнала преобразователя для компьютерной автоматизации являются токовые петли, аналоговые напряжения и цифровые сигналы. Аналоговые напряжения просты в настройке и работе, но могут иметь серьезные проблемы с шумами и помехами.

Простейшая и старейшая промышленная передача сигналов — токовые петли 4–20 мА (где ток петли изменяется в зависимости от измерения уровня) — сегодня наиболее распространенный выходной механизм. Токовые петли могут передавать сигналы на большие расстояния с меньшим ухудшением качества. Цифровые сигналы, закодированные в любом из нескольких протоколов (например, Foundation Fieldbus, Hart, Honeywell DE, Profibus и RS-232), являются наиболее надежными, но более старые технологии, такие как RS-232, могут работать только на ограниченных расстояниях. Новые беспроводные возможности можно найти в сигналах новейших передатчиков, что позволяет передавать их на огромные расстояния практически без ухудшения качества.

Что касается более продвинутых технологий измерения (например, ультразвуковых, радиолокационных и лазерных), более сложные цифровые форматы кодирования требуют цифрового компьютерного интеллекта для форматирования кодов. Сочетание этого требования с потребностью в расширенных коммуникационных возможностях и схемах цифровой калибровки объясняет тенденцию к внедрению компьютеров на базе микропроцессоров практически во все устройства для измерения уровня (см. рис. 1).

Установленные технологии измерения уровня

В этой статье мы предполагаем, что плотность пара в свободном пространстве (обычно воздуха) пренебрежимо мала по сравнению с плотностью технологической жидкости. Предположим также, что в резервуаре находится только одна однородная технологическая жидкость. Некоторые из этих технологий можно использовать для многоуровневых приложений, когда две или более несмешивающихся жидкостей находятся в одном сосуде.

1. Стеклянный уровнемер. Доступные в различных исполнениях, как бронированные, так и незащищенные, стеклянные уровнемеры используются уже более 200 лет в качестве простого метода измерения уровня жидкости. Преимуществом такой конструкции является возможность видеть истинный уровень через прозрачное стекло. Обратной стороной является возможность разбития стекла, что может привести к разливу или безопасности персонала.

2. Поплавки . Поплавки работают по простому принципу: плавучий объект с удельным весом, промежуточным между технологической жидкостью и паром в свободном пространстве, помещают в резервуар, а затем прикрепляют механическое устройство для считывания его положения. Поплавок опускается на дно паров свободного пространства и плавает над технологической жидкостью. В то время как сам поплавок является основным решением проблемы определения местоположения поверхности жидкости, считывание положения поплавков (т. е. выполнение фактического измерения уровня) по-прежнему проблематично. В ранних поплавковых системах для передачи уровня использовались механические компоненты, такие как тросы, ленты, шкивы и шестерни. Сегодня популярны поплавки с магнитами.

Ранние поплавковые датчики уровня обеспечивали имитацию аналогового или дискретного измерения уровня с использованием сети резисторов и нескольких герконов, что означает, что выходной сигнал датчика изменяется дискретно. В отличие от устройств непрерывного измерения уровня, они не могут различать значения уровня между ступенями.

Гидростатические устройства

3. Буйки, 4. Баблеры и 5. Датчики перепада давления  — все это устройства для измерения гидростатических параметров. Таким образом, любое изменение температуры вызовет изменение удельного веса жидкости, равно как и изменения давления, влияющие на удельный вес пара над жидкостью. Оба приводят к снижению точности измерения. Вытеснители работают по принципу Архимеда. Как показано на рисунке 2, в сосуде подвешена колонна из твердого материала (вытеснитель). Плотность буйка всегда больше, чем плотность технологической жидкости (он будет тонуть в технологической жидкости), и он должен простираться от самого низкого требуемого уровня до, по крайней мере, самого высокого измеряемого уровня. По мере повышения уровня технологической жидкости колонна вытесняет объем жидкости, равный произведению площади поперечного сечения колонны на уровень технологической жидкости в буйке. Выталкивающая сила, равная этому вытесненному объему, умноженному на плотность технологической жидкости, давит на буек вверх, уменьшая силу, необходимую для его поддержки против силы тяжести. Преобразователь, связанный с преобразователем, отслеживает и связывает это изменение силы с уровнем.

Датчик уровня барботажного типа показан на рисунке 3. Эта технология используется в сосудах, работающих при атмосферном давлении. Погружная трубка с открытым концом вблизи открытого сосуда подает продувочный газ (обычно воздух, хотя может использоваться инертный газ, такой как сухой азот, когда существует опасность загрязнения или окислительной реакции с технологической жидкостью) в бак.

По мере того, как газ стекает к выходному отверстию погружной трубки, давление в трубке повышается до тех пор, пока не превысит гидростатическое давление, создаваемое уровнем жидкости на выпускном отверстии. Давление равно плотности технологической жидкости, умноженной на ее глубину от конца погружной трубки до поверхности, и контролируется датчиком давления, подключенным к трубке.

Датчик уровня дифференциального давления (DP) показан на рис. 4. Важным измерением является разница между общим давлением на дне резервуара (гидростатическим напором жидкости плюс статическое давление в сосуде) и статическим или напорным давление в сосуде. Как и в барботере, перепад гидростатического давления равен плотности технологической жидкости, умноженной на высоту жидкости в сосуде. В устройстве на рис. 4 в качестве эталона используется атмосферное давление. Вентиляционное отверстие в верхней части удерживает давление над головой равным атмосферному давлению.

В отличие от барботеров датчики перепада давления могут использоваться в невентилируемых (находящихся под давлением) сосудах. Все, что требуется, это соединить эталонный порт (сторона низкого давления) с портом в сосуде выше максимального уровня заполнения. В зависимости от физических условий технологического процесса и/или расположения преобразователя относительно присоединений к процессу все же могут потребоваться продувки жидкостью или барботеры.

6. Тензодатчики. Тензодатчик или тензодатчик, по существу, представляют собой механический опорный элемент или кронштейн, оснащенный одним или несколькими датчиками, обнаруживающими небольшие деформации опорного элемента. При изменении силы на тензодатчике кронштейн слегка изгибается, что приводит к изменению выходного сигнала. Были изготовлены калиброванные тензодатчики с допустимым усилием от долей унции до тонны.

Для измерения уровня тензодатчик должен быть встроен в опорную конструкцию судна. По мере того, как технологическая жидкость заполняет сосуд, сила на тензодатчике увеличивается. Зная геометрию сосуда (в частности, его площадь поперечного сечения) и удельный вес жидкости, можно легко преобразовать известное значение выходного сигнала тензодатчика в уровень жидкости.

Несмотря на то, что тензодатчики имеют преимущества во многих приложениях из-за их бесконтактного характера, они дороги, а опорная конструкция сосуда и соединительные трубопроводы должны быть спроектированы с учетом требований тензодатчика к плавающему основанию. Общий вес сосуда, трубопроводов и соединительных конструкций, поддерживаемых сосудом, будет взвешиваться нагрузочной системой в дополнение к желаемому весу нетто или продукта. Этот общий вес часто создает очень плохой динамический диапазон для веса нетто, а это означает, что вес нетто составляет очень небольшой процент от общего веса. Наконец, рост несущей конструкции, вызванный неравномерным нагревом (например, утренним и вечерним солнечным светом), может быть отражен как уровень, так же как и боковая нагрузка, ветровая нагрузка, жесткие трубы и крепления от оборудования для предотвращения опрокидывания (для тензодатчиков, установленных снизу). . Короче говоря, требования к системе взвешивания датчика веса должны быть первостепенным соображением при первоначальном проектировании поддержки сосуда и трубопровода, иначе производительность быстро ухудшится.

7. Магнитные уровнемеры. Эти манометры (см. рис. 5) являются предпочтительной заменой смотровых стекол. Они похожи на поплавковые устройства, но сообщают о местоположении поверхности жидкости с помощью магнита. Поплавок, несущий набор сильных постоянных магнитов, перемещается во вспомогательной колонне (поплавковой камере), прикрепленной к сосуду с помощью двух технологических соединений. Эта колонна удерживает поплавок сбоку, так что он всегда находится близко к боковой стенке камеры. По мере того, как поплавок перемещается вверх и вниз по уровню жидкости, вместе с ним перемещается намагниченный челнок или гистограмма, показывая положение поплавка и тем самым обеспечивая индикацию уровня. Система может работать только в том случае, если вспомогательная колонна и стенки камеры выполнены из немагнитного материала.

Многие производители предлагают конструкции поплавков, оптимизированные для удельного веса измеряемой жидкости, будь то бутан, пропан, масло, кислота, вода или границы раздела двух жидкостей, а также большой выбор материалов поплавков.

Это означает, что манометры могут работать при высоких температурах, высоком давлении и агрессивных средах. Поплавковые камеры увеличенного размера и поплавки с высокой плавучестью доступны для приложений, где ожидается накопление.

Камеры, фланцы и технологические соединения могут быть изготовлены из специальных пластиков, таких как Kynar, или экзотических сплавов, таких как Hastelloy C-276. Камеры специальной конфигурации могут работать в экстремальных условиях, таких как паровая рубашка для жидкого асфальта, увеличенные камеры для мгновенного испарения, температурные конструкции для жидкого азота и хладагентов. Многочисленные металлы и сплавы, такие как титан, инколой и монель, доступны для различных комбинаций высоких температур, высокого давления, низкого удельного веса и коррозионно-активных жидкостей. Современные магнитные уровнемеры также могут быть оснащены магнитострикционными и волноводными радарными передатчиками, что позволяет преобразовывать локальные показания уровнемера в выходные сигналы 4-20 мА и цифровую связь, которую можно отправлять на контроллер или систему управления.

8. Датчики емкости. Эти устройства (см. рис. 6) основаны на том факте, что технологические жидкости обычно имеют диэлектрическую проницаемость ᶓ, значительно отличающуюся от диэлектрической проницаемости воздуха, которая очень близка к 1,0. Масла имеют диэлектрическую проницаемость от 1,8 до 5. Чистый гликоль — 37; водные растворы находятся в диапазоне от 50 до 80. Эта технология требует изменения емкости, которое изменяется в зависимости от уровня жидкости, создаваемого либо изолированным стержнем, прикрепленным к датчику и технологической жидкости, либо неизолированным стержнем, прикрепленным к датчику и либо стенке сосуда или эталонному зонду. По мере того, как уровень жидкости поднимается и заполняет все больше пространства между пластинами, пропорционально увеличивается общая емкость. Электронная схема, называемая емкостным мостом, измеряет общую емкость и обеспечивает непрерывное измерение уровня.

 

Современные технологии

Возможно, наиболее существенное различие между более ранними технологиями непрерывного измерения уровня жидкости и теми, которые сейчас набирают популярность, заключается в использовании времяпролетных измерений (TOF) для преобразования уровня жидкости в обычный выходной сигнал. . Эти устройства обычно работают путем измерения расстояния между уровнем жидкости и контрольной точкой на датчике или преобразователе в верхней части сосуда. Система обычно генерирует импульсную волну в контрольной точке, которая проходит либо через паровое пространство, либо через проводник, отражается от поверхности жидкости и возвращается к датчику в контрольной точке. Электронная схема измерения времени измеряет общее время в пути. Разделив время движения на удвоенную скорость волны, мы получим расстояние до поверхности жидкости. Технологии различаются в основном типом импульса, используемого для измерения. Ультразвук, микроволны (радар) и свет оказались полезными.

9. Магнитострикционные датчики уровня. Преимущества использования магнита с поплавком для определения уровня жидкости уже установлены, а магнитострикция является проверенной технологией для очень точного считывания местоположения поплавка. Вместо механических связей магнитострикционные передатчики используют скорость крутильных волн вдоль провода, чтобы найти поплавок и сообщить о его местоположении.

В магнитострикционной системе (см. рис. 7) поплавок несет ряд постоянных магнитов. Провод датчика подсоединяется к пьезокерамическому датчику на преобразователе, а к противоположному концу трубки датчика прикрепляется приспособление для натяжения. Трубка либо проходит через отверстие в центре поплавка, либо примыкает к поплавку за пределами немагнитной поплавковой камеры.

Чтобы обнаружить поплавок, передатчик посылает короткий импульс тока по проводу датчика, создавая магнитное поле по всей его длине. Одновременно срабатывает схема синхронизации. Поле непосредственно взаимодействует с полем, создаваемым магнитами в поплавке. Общий эффект заключается в том, что в течение короткого времени, в течение которого протекает ток, в проводе создается скручивающая сила, очень похожая на ультразвуковую вибрацию или волну. Эта сила возвращается к пьезокерамическому датчику с характерной скоростью. Когда датчик обнаруживает волну напряжения, он генерирует электрический сигнал, который уведомляет схему синхронизации о приходе волны и останавливает схему синхронизации. Схема синхронизации измеряет временной интервал (TOF) между началом импульса тока и приходом волны.

На основе этой информации местоположение поплавка очень точно определяется и представляется датчиком в виде сигнала уровня. Ключевые преимущества этой технологии заключаются в том, что скорость сигнала известна и постоянна в зависимости от технологических параметров, таких как температура и давление, а на сигнал не влияет пена, расходимость луча или ложные эхосигналы. Еще одним преимуществом является то, что единственной движущейся частью является поплавок, который перемещается вверх и вниз вместе с поверхностью жидкости.

  10. Ультразвуковые датчики уровня. Ультразвуковые датчики уровня (см. рис. 8) измеряют расстояние между преобразователем и поверхностью, используя время, необходимое ультразвуковому импульсу для прохождения от преобразователя к поверхности жидкости и обратно (TOF). Эти датчики используют частоты в диапазоне десятков килогерц; время прохождения ~6 мс/м. Скорость звука (340 м/с в воздухе при 15°С, 1115 футов в секунду при 60°F) зависит от смеси газов в свободном пространстве и их температуры. В то время как температура датчика компенсируется (при условии, что датчик имеет ту же температуру, что и воздух в свободном пространстве), эта технология ограничена измерениями атмосферного давления в воздухе или азоте.

11. Лазерные нивелиры. Разработанные для сыпучих материалов, взвесей и непрозрачных жидкостей, таких как грязные отстойники, молоко и жидкий стирол, лазеры работают по принципу, очень похожему на принцип работы ультразвуковых датчиков уровня. Однако вместо скорости звука для определения уровня они используют скорость света (см. рис. 9). Лазерный излучатель в верхней части сосуда испускает короткий импульс света на поверхность технологической жидкости, которая отражает его обратно к детектору. Схема синхронизации измеряет прошедшее время (TOF) и вычисляет расстояние. Ключевым моментом является то, что лазеры практически не имеют рассеяния луча (расхождение луча 0,2 градуса) и ложных эхо-сигналов, и могут быть направлены в пространство размером всего 2 дюйма, 2. Лазеры точны даже в паре и пене. Они идеально подходят для использования на судах с многочисленными препятствиями и могут измерять расстояния до 1500 футов. Для приложений с высокими температурами или высоким давлением, например, в корпусах реакторов, лазеры часто используются в сочетании со специальными смотровыми окнами для изоляции передатчика от процесс. Эти стеклянные окна изолируют передатчик от процесса. Эти стеклянные окна пропускают лазерный луч с минимальной диффузией и затуханием и должны содержать условия процесса.

12. Радарные уровнемеры. Воздушные радиолокационные системы излучают микроволны вниз от рупорной или стержневой антенны наверху судна. Сигнал отражается от поверхности жидкости обратно к антенне, а схема синхронизации рассчитывает расстояние до уровня жидкости, измеряя время прохождения туда и обратно (TOP). Ключевой переменной в радиолокационной технологии является диэлектрический контакт жидкости. Причина в том, что количество отраженной энергии на микроволновых (радарных) частотах зависит от диэлектрической проницаемости жидкости, и если Er низкое, большая часть энергии радара входит или проходит. Вода (Er=80) дает превосходное отражение при изменении или неоднородности Er.

Передатчики волноводного радара (GWR) (см. рис. 10) также очень надежны и точны. Жесткий зонд или гибкая кабельная антенная система направляет микроволны вниз от верхней части резервуара к уровню жидкости и обратно к передатчику. Как и в случае радиолокатора, работающего в воздухе, изменение Er от более низкого к более высокому вызывает отражение. Волноводный радар в 20 раз более эффективен, чем воздушный радар, потому что направляющая обеспечивает более сфокусированный энергетический путь. Различные конфигурации антенн позволяют проводить измерения вплоть до ER=1,4 и ниже. Причем эти системы могут быть установлены как вертикально, так и в некоторых случаях горизонтально с изгибом направляющей до 9°.0 градусов под углом и обеспечивают четкий измерительный сигнал.

GWR обладает большинством преимуществ и некоторыми недостатками ультразвуковых, лазерных и радиолокационных систем под открытым небом. Скорость волны радара в значительной степени не зависит от состава парового пространства, температуры или давления. Он работает в вакууме без необходимости повторной калибровки и может измерять через большинство слоев пенопласта. Ограничение волны, которая следует за зондом или кабелем, устраняет проблемы с распространением луча и ложные эхо-сигналы от стенок и конструкций резервуара.

Резюме

Общие тенденции в различных технологиях измерения отражают движущие силы рынка. Усовершенствованная цифровая электроника делает датчики уровня и другие измерительные устройства более удобными для пользователя, более надежными, простыми в настройке и менее дорогими. Усовершенствованные коммуникационные интерфейсы передают данные об измерении уровня в существующую систему управления и/или информационную систему компании.

Современные датчики уровня изготавливаются из все большего числа материалов и сплавов для работы в агрессивных средах, таких как масла, кислоты, а также при экстремальных температурах и давлениях.