День: 12.10.1984

12Окт

Приборы для построения прямых углов на местности: Какие приборы применяют для построения прямых углов на местности

12 Окт 1984 alexxlab Комментировать

ЭККЕР — это… Что такое ЭККЕР?

  • ЭККЕР — нем. Геодезический инструмент для определения перпендикуляров местности. Объяснение 25000 иностранных слов, вошедших в употребление в русский язык, с означением их корней. Михельсон А.Д., 1865. ЭККЕР прибор для восстановления перпендикуляра к… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • эккер — и ЭКЕР а, м. équerre f. Геодезический инструмент для построения на местности углов определенной величины. БАС 1. Equerre прировнитель; наугольник. 1772. Сл. архит. < Перед смотром > поднялась суматоха. Войска мылись, чистились; офицеры… …   Исторический словарь галлицизмов русского языка

  • ЭККЕР — ЭККЕР, эккера, муж. (франц. équerre) (геод.). Инструмент, служащий для откладывания на местности углов определенной величины. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

  • эккер — сущ., кол во синонимов: 1 • экер (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • эккер — Геодезический прибор, предназначенный для откладывания на местности фиксированного угла. [ГОСТ 21830 76] Тематики приборы геодезические Обобщающие термины прочие геодезические приборы EN optical squareright angle mirror DE Winkelspiegel FR… …   Справочник технического переводчика

  • Эккер — – геодезический прибор, предназначенный для откладывания на местности фиксированного угла. [ГОСТ 21830 76] Рубрика термина: Инструменты геодезия Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • эккер — ekeris statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Geodezinis įtaisas pastovaus kampo kryptims vietovėje žymėti. atitikmenys: angl. cross staff; optical square; right angle mirror vok. Rechtwinkelinstrument, n; Winkelinstrument,… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • Эккер — 42. Эккер D. Winkelspiegel E. Right angle mirror. Optical square F. Equerre Геодезический прибор, предназначенный для откладывания на местности фиксированного угла Источник: ГОСТ 21830 76: Приборы геодезические. Термины и определения оригинал… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Эккер — прибор, употребляемый топографами для того, чтобы разбивать на земле прямые, пересекающиеся между собой под углами в 90° или 45°. Простейший Э. состоит из двух взаимно перпендикулярных планок, прикрепленных к колу; на планках приделаны диоптры… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

  • ЭККЕР — простейший, обыкновенно двузеркальный инструмент, служащий для откладывания на местности углов определенной величины (чаще всего в 90, 60, 45 градусов). Употр. при геодезических и строительных работах …   Сельскохозяйственный словарь-справочник

    • экер и эклиметр — Студопедия

    Экер. Прибор для построения на местности прямых углов называется экером. Экеры бывают различных видов: крестообразные, двухзеркальные, призменные, восьмигранные. Наибольшее применение получил д в у х з е р к а л ь н ы й экер (рисунок 5.15, а). Экер состоит из трехгранного металлического корпуса 3, к граням которого с внутренней стороны под углом 45о прикреплены колодочки с зеркалами 1 и 5. Угол между зеркалами регулируют винтами 6 и 7. Над зеркалами вырезаны окна 2 и 4. К корпусу экера привинчена ручка 8. При построении прямого угла наблюдателю необходимо центрировать ручку экера над точкой. Для этого на ручке есть кольцо 9, к которому крепится нитяной отвес.

    Для построения прямого угла (рисунок 5.15, б) в точке О к створу АВ необходимо, чтобы в зеркале ab была видна цель, установленная в точке А. Одновременно по створу в окне над зеркалом ab «на глаз» выставляют вторую визирную цель, перемещаемую по створу до совпадения ее изображения с изображением исходной визирной цели.

    Визирная цель устанавливается в точке, от которой должен быть опущен перпендикуляр к створу АВ. Наблюдатель с экером перемещается вдоль створа линии АВ до совмещения визирных целей, видимых в окне.


    Из теории экера следует, что угол между двумя зеркалами должен равняться 45о. Для поверки этого условия поступают так. В створе линии АВ в

    точке С дважды восстанавливают перпендикуляр: сначала ориентируясь по точке А, а затем по точке В. Если угол между зеркалами равен 45о, то визирные цели, устанавливаемые в точке С, совпадут. При несовпадении положения посередине устанавливают визирную цель и, действуя исправительными винтами, перемещают одно зеркало до тех пор, пока одна из вех в переднем зеркале не окажется продолжением средней визирной цели.

    Точность восстановления перпендикуляра экером составляет 15 — 30′.

    Эклиметр. Это прибор для измерения углов наклона линии местности. Наиболее распространенным является м а я т н и к о- в ы й эклиметр (рисунок 5.16, а). Эклиметр состоит из круглой металлической коробки 5, внутри которой свободно вращается кольцо с градусными делениями. К кольцу прикреплен груз 3, под действием которого нулевой диаметр градусного кольца занимает горизонтальное положение. Деления нанесены от нулевого положения в обе стороны от 0 до 30о. Для возможности визирования по заданному направлению к коробке прикреплена визирная трубка 2 с двумя диоптрами – глазным 1 и предметным 4. Глазной диоптр представляет собой узкую щель, а предметный – металлическую нить. При помощи арретира градусное кольцо в нерабочем состоянии удерживается в неподвижном положении.

    Для измерения угла наклона υ линии АВ в точке А становится наблюдатель с эклиметром, в точке В устанавливают веху с меткой М на высоте глаза наблюдателя (рисунок 5.16, б). Наблюдатель (в точке А), глядя в трубку эклиметра, наводит ее на точку М и нажатием кнопки 6 освобождает кольцо. Когда колебание кольца прекратится, против нити предметного диоптра 4 берут по делениям отсчет угла наклона υ.


    Перед работой эклиметр должен быть поверен. Из устройства эклиметра следует, что при горизонтальном положении плоскости диоптров отсчет на градусном кольце должен быть равен 0о. Для поверки этого условия измеряют угол наклона одной и той же линии в прямом и обратном направлени-

    ях. Оба результата должны быть одинаковы. В противном случае надо переместить груз 3 в такое положение, при котором отсчет равен среднему из прямого и обратного измерений.

    экер и эклиметр — КиберПедия

    Экер. Прибор для построения на местности прямых углов называется экером. Экеры бывают различных видов: крестообразные, двухзеркальные, призменные, восьмигранные. Наибольшее применение получил д в у х з е р к а л ь н ы й экер (рисунок 5.15, а). Экер состоит из трехгранного металлического корпуса 3, к граням которого с внутренней стороны под углом 45о прикреплены колодочки с зеркалами 1 и 5. Угол между зеркалами регулируют винтами 6 и 7. Над зеркалами вырезаны окна 2 и 4. К корпусу экера привинчена ручка 8. При построении прямого угла наблюдателю необходимо центрировать ручку экера над точкой. Для этого на ручке есть кольцо 9, к которому крепится нитяной отвес.

    Для построения прямого угла (рисунок 5.15, б) в точке О к створу АВ необходимо, чтобы в зеркале ab была видна цель, установленная в точке А. Одновременно по створу в окне над зеркалом ab «на глаз» выставляют вторую визирную цель, перемещаемую по створу до совпадения ее изображения с изображением исходной визирной цели.

    Визирная цель устанавливается в точке, от которой должен быть опущен перпендикуляр к створу АВ. Наблюдатель с экером перемещается вдоль створа линии АВ до совмещения визирных целей, видимых в окне.

    Из теории экера следует, что угол между двумя зеркалами должен равняться 45о. Для поверки этого условия поступают так. В створе линии АВ в

    точке С дважды восстанавливают перпендикуляр: сначала ориентируясь по точке А, а затем по точке В. Если угол между зеркалами равен 45о, то визирные цели, устанавливаемые в точке С, совпадут. При несовпадении положения посередине устанавливают визирную цель и, действуя исправительными винтами, перемещают одно зеркало до тех пор, пока одна из вех в переднем зеркале не окажется продолжением средней визирной цели.

    Точность восстановления перпендикуляра экером составляет 15 — 30′.

    Эклиметр. Это прибор для измерения углов наклона линии местности. Наиболее распространенным является м а я т н и к о- в ы й эклиметр (рисунок 5.16, а). Эклиметр состоит из круглой металлической коробки 5, внутри которой свободно вращается кольцо с градусными делениями. К кольцу прикреплен груз 3, под действием которого нулевой диаметр градусного кольца занимает горизонтальное положение. Деления нанесены от нулевого положения в обе стороны от 0 до 30о. Для возможности визирования по заданному направлению к коробке прикреплена визирная трубка 2 с двумя диоптрами – глазным 1 и предметным 4. Глазной диоптр представляет собой узкую щель, а предметный – металлическую нить. При помощи арретира градусное кольцо в нерабочем состоянии удерживается в неподвижном положении.

    Для измерения угла наклона υ линии АВ в точке А становится наблюдатель с эклиметром, в точке В устанавливают веху с меткой М на высоте глаза наблюдателя (рисунок 5.16, б). Наблюдатель (в точке А), глядя в трубку эклиметра, наводит ее на точку М и нажатием кнопки 6 освобождает кольцо. Когда колебание кольца прекратится, против нити предметного диоптра 4 берут по делениям отсчет угла наклона υ.

    Перед работой эклиметр должен быть поверен. Из устройства эклиметра следует, что при горизонтальном положении плоскости диоптров отсчет на градусном кольце должен быть равен 0о. Для поверки этого условия измеряют угол наклона одной и той же линии в прямом и обратном направлени-

    ях. Оба результата должны быть одинаковы. В противном случае надо переместить груз 3 в такое положение, при котором отсчет равен среднему из прямого и обратного измерений.

     

    5.7 Простейшие угломерные приборы: экер и эклиметр

    Экер. Прибор для построения на местности прямых углов называется экером. Экеры бывают различных видов: крестообразные, двухзеркальные, призменные, восьмигранные. Наибольшее применение получил д в у х з е р к а л ь н ы й экер (рисунок 5.15, а). Экер состоит из трехгранного металлического корпуса 3, к граням которого с внутренней стороны под углом 45о прикреплены колодочки с зеркалами 1 и 5. Угол между зеркалами регулируют винтами 6 и 7. Над зеркалами вырезаны окна 2 и 4. К корпусу экера привинчена ручка 8. При построении прямого угла наблюдателю необходимо центрировать ручку экера над точкой. Для этого на ручке есть кольцо 9, к которому крепится нитяной отвес.

    Для построения прямого угла (рисунок 5.15, б) в точке О к створу АВ необходимо, чтобы в зеркале ab была видна цель, установленная в точке А. Одновременно по створу в окне над зеркалом ab «на глаз» выставляют вторую визирную цель, перемещаемую по створу до совпадения ее изображения с изображением исходной визирной цели.

    Визирная цель устанавливается в точке, от которой должен быть опущен перпендикуляр к створу АВ. Наблюдатель с экером перемещается вдоль створа линии АВ до совмещения визирных целей, видимых в окне.

    Из теории экера следует, что угол между двумя зеркалами должен равняться 45о. Для поверки этого условия поступают так. В створе линии АВ в

    точкеС дважды восстанавливают перпендикуляр: сначала ориентируясь по точке А, а затем по точке В. Если угол между зеркалами равен 45о, то визирные цели, устанавливаемые в точке С, совпадут. При несовпадении положения посередине устанавливают визирную цель и, действуя исправительными винтами, перемещают одно зеркало до тех пор, пока одна из вех в переднем зеркале не окажется продолжением средней визирной цели.

    Точность восстановления перпендикуляра экером составляет 15 — 30′.

    Эклиметр. Это прибор для измерения углов наклона линии местности. Наиболее распространенным является м а я т н и к о- в ы й эклиметр (рисунок 5.16, а). Эклиметр состоит из круглой металлической коробки 5, внутри которой свободно вращается кольцо с градусными делениями. К кольцу прикреплен груз 3, под действием которого нулевой диаметр градусного кольца занимает горизонтальное положение. Деления нанесены от нулевого положения в обе стороны от 0 до 30о. Для возможности визирования по заданному направлению к коробке прикреплена визирная трубка 2 с двумя диоптрами – глазным 1 и предметным 4. Глазной диоптр представляет собой узкую щель, а предметный – металлическую нить. При помощи арретира градусное кольцо в нерабочем состоянии удерживается в неподвижном положении.

    Для измерения угла наклона υ линии АВ в точке А становится наблюдатель с эклиметром, в точке В устанавливают веху с меткой М на высоте глаза наблюдателя (рисунок 5.16, б). Наблюдатель (в точке А), глядя в трубку эклиметра, наводит ее на точку М и нажатием кнопки 6 освобождает кольцо. Когда колебание кольца прекратится, против нити предметного диоптра 4 берут по делениям отсчет угла наклона υ.

    Перед работой эклиметр должен быть поверен. Из устройства эклиметра следует, что при горизонтальном положении плоскости диоптров отсчет на градусном кольце должен быть равен 0о. Для поверки этого условия измеряют угол наклона одной и той же линии в прямом и обратном направлени-

    ях. Оба результата должны быть одинаковы. В противном случае надо переместить груз 3 в такое положение, при котором отсчет равен среднему из прямого и обратного измерений.

    Мария Синянская: о принципе «вертикаль – горизонталь» и значении прямого угла в геодезии

    Мария Синянская – исследователь, защитивший кандидатскую диссертацию по истории и циклам развития геодезии, популяризатор наук о Земле, сооснователь и редактор проекта «История геодезии», автор многочисленных научных и научно-популярных статей – представила статью с тонкими наблюдениями об условиях параллельности и перпендикулярности.

    О принципе «вертикаль – горизонталь»

    В человека природой изначально заложены прямой угол, условия параллельности и перпендикулярности. Этих знаний на первых этапах жизнедеятельности было достаточно для построения на земле прямоугольных фигур и выполнения различных измерений на местности, в том числе при разбивке земельных угодий.

    В применяемых системах измерений, в конструировании всех геодезических инструментов раннего времени изначально был заложен принцип «вертикаль – горизонталь». Вследствие данного обстоятельства все приборы и устройства (ватерпасы, хоробаты, землемерные кресты, позднее – теодолиты, нивелиры и др. приборы) должны были иметь устройства для приведения их в рабочее положение, где одна ось была бы расположена вертикально, а другая горизонтально. Принцип четырех направлений являлся также основой таких геодезических понятий, как азимут, дирекционный угол, румб и т.д.

    Геодезические системы измерения развивались на основе этих принципов, в том числе и для решения задач, связанных с геометризацией и координатизацией пространства, с практикой и теорией обработки результатов измерений. В основу структуры систем измерения был заложен, как правило, прямой угол, и поэтому, по существу, эти системы измерений представляли инструменты прямого угла. Конструирование геодезических инструментов начиная с ватерпаса, хоробата и землемерных крестов, а в дальнейшем – астролябии, теодолита, нивелира и других осуществлялось с жестким соблюдением условий прямоугольности основных частей приборов. Во всех геодезических инструментах такими составными частями являлись различные оси и плоскости: вертикальная ось вращения инструмента, ось вращения зрительной трубы, зрительная ось, ось уровня, плоскости лимба, алидады горизонтального и вертикального кругов. 

    О методах построения прямого угла

    Во взаимном положении рассматриваемых плоскостей и осей закладывалось условие прямого угла, условие перпендикулярности. Соответственно основными поверками во всех геодезических инструментах закладывались соблюдения условий перпендикулярности взаимного положения плоскостей и осей. Например, зрительная ось должна быть перпендикулярна оси вращения трубы; ось уровня перпендикулярна или параллельна оси вращения инструмента; плоскости горизонтальных и вертикальных кругов перпендикулярны соответствующим осям и т.д.

    Поверки перпендикулярности (поверки прямого угла) осуществлялись во все времена, начиная с использования ватерпаса. Поэтому конструктивной особенностью геодезических инструментов не только Древнего мира, но и Нового времени являлось жесткое условие взаимного расположения в инструменте рассматриваемых частей и обязательное выполнение соответствующих поверок и юстировок.

    Угловых измерений как таковых, в нынешнем их понимании, в Древнем мире не существовало. Все измерения сводились в основном к построению прямого угла и разделялись (по тому времени) на приближенные и точные. В первом случае измерения осуществлялись с помощью всевозможных землемерных крестов, угольников и различных способов с использованием человеческой фигуры.

    Во втором случае применялся египетский треугольник, в вещественном варианте представлявший собой веревочный шаблон из мерной веревки с метками на расстоянии в 3, 4, 5 единиц длины, в вершинах которых устанавливались колышки. Далее по ним натягивалась веревка, которая образовывала прямоугольный треугольник, у которого при вершине двух катетов получался прямой угол, как показано на рис. 1 (египетский треугольник со сторонами 3, 4, 5).


    Данный вариант имел наибольшую точность построения прямого угла, которая в большей степени зависела от точности изготовления (нанесения меток) мерной веревки.

    Другой вариант точного построения прямого угла (циркульный) был в большей степени теоретическим способом построений и основывался на получении вписанного в окружность прямого угла, стороны которого опирались на концы диаметра (см. рисунок ниже). Для получения прямого угла нужно было провести полуокружность, на которой взять любую точку и соединить ее с концами диаметра. При вершине, противолежащей диаметру получившегося треугольника, образовывался прямой угол.


    Проложение хода. При проложении ходов требовалось построение прямого угла. Например, на какой-либо выбранной стороне хода АВ в намеченной точке требуется построить прямой угол. Первоначально на основании отрезка АВ строился равнобедренный треугольник с боковыми сторонами, равными радиусу окружности, а затем в эту окружность вписывался прямой угол. Третьей точкой (вершиной) для этого треугольника являлась точка О, как центр окружности. Далее на продолжении в направлении АО откладывался отрезок ОС, равный радиусу R. В этом случае отрезок АС является диаметром этой окружности, в которую вписан прямой угол АВС. Сторона ВС, естественно, является перпендикуляром к линии АВ. Если точки В или С являются крайними точками хода, то в них всегда имеется возможность построить прямоугольный треугольник, необходимый для решения той или иной инженерной задачи.

    Способы, связанные с египетским треугольником и циркульным методом, послужили средством для получения образцовых мер построения прямого угла. Именно на их основе получали рабочие меры, в частности, различные землемерные кресты и т.п.

    В решении различных землеустроительных задач и задач по созданию различных сооружений, в том числе инженерно-технических, в системе геодезических построений использовалось всего несколько главных фигур: прямой угол, прямоугольный треугольник, прямоугольный четырехугольник и квадрат.

    Прямой угол. Прямой угол является универсальным мировым стандартом, заложенным в человека, в природу и взаимодействие различных физических сил.

    Для реализации прямого угла в геодезических работах использовался угольник. Нивелирование с применением вертикальных реек или ватерпасов широко применялось с древнейших времен и вплоть до XX века. В различных системах координат, использовавшихся с древнейших времен, их основу составляли две взаимно перпендикулярные (координатные) линии (рис. 3): начальный меридиан и экватор (декуманус максимум и кардо максимум). На рисунке ниже изображён маркировочный центурийный камень (СМ – кардо максимум, ориентация с юга на север, DM – декуманус максимум, ориентация с востока на запад):


    Построение прямого угла на местности было возможным начиная с глубокой древности с помощью ранее описанных различных вариантов. В Средневековье и в более позднее время применялись землемерные кресты различных видов и формы, в том числе экеры. В построении прямых углов использовались героновские диоптры, а также астрономические методы и устройства. Во всех видах построений их точность была невысокой (около ¼ градуса), но в особых случаях (как при сооружении египетских пирамид) достигала величины порядка 3 минут.

    Человек в вершине угла

    Следует отметить, что в глубокой древности, ещё до использования инструментов, люди могли проводить межевание с помощью фигуры человека. Так, например, человек вставал в вершине первого угла. По направлению створа плеч строилось одно направление, а по прямому взгляду – перпендикулярное ему направление. В одном из этих направлений человек шагами измерял нужное расстояние. Затем в другой точке операция повторялась. Такая реальность, возможно, предшествовала появлению первых геодезических инструментов. Точность построения прямого угла подобным способом находилась в пределах от 10-1 до 10-2.

    Прямоугольный треугольник. Прямоугольный треугольник представляется структурным продолжением прямого угла. Эта фигура и ее материальные реализации, в том числе в веревочном варианте, находили самое разнообразное применение. Так, с помощью подобного построения треугольника Фалес определял расстояние до корабля. Иногда это построение считают открытием триангуляции. Фалес Милетский, находясь в Египте, использовал условие подобия прямоугольных треугольников для решения задач по определению высоты Гизехских пирамид. Он утверждал, что, как только его тень станет равной длине (высоте) его фигуры, в это время нужно измерить длину тени пирамиды, которая будет равна её высоте, что показано на рисунке ниже:

      

    Реализация семнадцати героновских задач в большинстве случаев была возможна с применением прямоугольного треугольника. С помощью прямоугольного треугольника простейшим способом определялись длины катетов, гипотенуза и площадь треугольника. Египтяне еще в III тысячелетии до н.э. определяли эту площадь по известной формуле половины произведения двух катетов. Открытие Пифагором доказательства теоремы было значительным событием для теоретической и практической геометрии, а также для хозяйственной действительности. Формула Пифагора по существу определяет и характеризует метрику окружающего (евклидова) пространства. А такие фигуры, как прямоугольный четырехугольник и квадрат, получили свое раннее применение при планировке отдельных сооружений, особенно в землеустройстве, межевании, земельном кадастре. Прямоугольный треугольник использовался в Древнем Риме и других странах при проектировании водопроводов, каналов и городской канализации. Вместе с тем для подсчета площади прямоугольного треугольника использовалась формула: 

    где S – площадь; a, b – соответствующие прямоугольные катеты.

    Возможно, данное выражение было известно еще с тех времен, когда люди изобрели формулы для подсчета площади квадрата и прямоугольного четырехугольника (как их половину). В плане исторического времени это уже совпадает со временем деления земельных угодий и их оценки (не позднее третьего тысячелетия до н.э.).

    Важнейшим фактором для широкого использования прямоугольного четырёхугольника является его универсальность и оптимальность, а также его преимущество перед другими формами при разбивке, планировке сооружений, городов, земельных угодий и т.д. Необходимо заметить, что данная фигура в большей степени отвечает использовавшимся тогда формам координатизации пространства.

    Около 10 тысячелетий назад в строительстве жилищ человек перешел от круглой формы к прямоугольной. Примерно в это же время (или чуть позднее) начали делить земельные угодья прямыми линиями с прямым углом между ними. Намного раньше прямой угол стали использовать в организации окружающего пространства и ориентировке в нем. Объяснение феномена раннего появления и использования прямого угла в деятельности людей лежит в сфере влияния внешней среды. Это влияние выражено и сформировано в виде принципов влияния: принцип «вертикаль – горизонталь» и принцип четырех направлений. Они оказывали фундаментальное влияние на развитие геодезии в течение всей истории ее развития. Главной характеристикой и составной частью этих принципов является прямой угол. Он стал важнейшей характеристикой окружающей среды и всего пространства, как и два других геометрических свойства – перпендикулярность и параллельность. Наиболее наглядно эти геометрические свойства выражены в фигуре человека. В геометрии фигуры человека вполне четко и очевидно заложено шесть главных направлений. Ими в человека заложена пространственная система координат. Эта «система координат», заложенная в человека внешней средой («принципы влияния»), и вся встроенная в нее система прямых углов (условий перпендикулярности и параллельности) позволяют человеку не только отлично выстраивать систему ориентации в пространстве, но и строить простейшие геометрические фигуры на земле. Вся геометрия человека подчинена условиям перпендикулярности и параллельности – основному геометрическому свойству окружающего пространства.

    Важнейшей функцией прямого угла в геодезии являлись системы координат, которые во все времена были прямоугольными. В измерении и моделировании пространства необходимым условием является ориентировка в нем. Поэтому, как правило, определяется главная ориентирующая линия в пространстве (на местности или модели), которая затем становится одной из осей координат («Принцип четырех направлений»). К ней под прямым углом проводится вторая ось. Этим обеспечивается возможность координатизации окружающего пространства (в плоскости). Для трехмерного пространства ориентируется уже две оси (или плоскости), на базе которых строится пространственная система координат. В координатизации окружающего пространства и угловых измерениях роль прямого угла как важнейшей составной части сохраняется. Столь же велика роль прямого угла в моделировании, контроле объектов и явлений окружающего пространства. В инженерной геодезии при возведении сооружений и контроле их геометрии важнейшее значение имеют условия перпендикулярности и параллельности. Эти два важнейших свойства окружающего пространства есть свойство прямого угла (или двух прямых). Сформировавшаяся или формируемая геодезическая технология в существенной части предопределяла возможность реализации этих геометрических требований. Пока прямой угол остается некой нормой окружающей среды, пока сохраняется «геометрия» человека, до тех пор рассмотренное значение прямого угла в геодезии будет сохраняться.

    Конспект урока по Математике «Единицы измерения. Измерительные инструменты»

    Тема «Единицы измерения. Измерительные инструменты»

    ЦЕЛИ.

    Обучающие:

    — познакомить с основными единицами измерения;

    — ввести понятие дополнительных мер измерения;

    — познакомить обучающихся с приборами измерения углов на местности;

    — ввести понятие двухмерного и трёхмерного измерения;

    — показать практическое применение изучаемой темы;

    — познакомить со старинными единицами измерения;

    — ввести понятие «высота гор»;

    — познакомить с самыми маленькими единицами, и с самыми большими единицами измерения, показать где встречаются.

    Развивающие:

    — развивать наблюдательность, память, логическое мышление, смекалку, и основу конструкторского мышления;

    — развивать умение планировать собственную деятельность;

    — формировать навыки обобщения и систематизации знаний по теме;

    — преодолевать трудности интеллектуального характера.

    Воспитывающие:

    — формировать потребность к самоконтролю, навыков коллективной работы, навыков самостоятельного обучения;

    — создать условия для реализации учебных потребностей каждого обучающегося в классе.

    Тип урока: комбинированный:

    — сочетает в себе повторение и обобщение знаний, полученных ранее, изучение нового материала и первичное закрепление полученных знаний при решении задач.

    Оборудование:

    — линейка, карандаши, рулетка, штангенциркуль, отвес, трубки разных диаметров. Уровень, макеты фигур, таблицы.

    Таблицы:

    — старинные русские меры;

    — единицы измерения веса;

    — единицы измерения времени;

    — единицы измерения длины;

    — единицы измерения объёма

    План урока:

    1. Организационный момент.

    2. Повторение.

    3. Объяснение нового материала

    4. Закрепление нового материала

    5. Подведение итогов и оценивание.

    Ход урока.

    Оформление доски. Доска разделена на три части.

    1часть — Основные единицы измерения:

    — одномерное измерение: -двухмерное измерение: — трёхмерное измерение:

    — мм, см, дм, м, км. — мм2, см2,дм2, м2, км2. — мм3, см3, дм3, м3, км3.

    — ______________ — —

    2 часть — Измерительные инструменты.

    Астралябия, экер, теодолит, штангенциркуль, рулетка, уровень, отвес.

    3 часть – Дополнительные единицы измерения:

    Микрон, миля, световой год, гугол, гугол-плекс, косая сажень, маховая сажень.

    1.1 Устный счёт: (с обратной стороны доски).

    ВС=2,5 см АD=42 см.

    C

    Найти АС. ВС=11см.

    C

    D

    B

    B

    Найти АВ.

    А

    А

    1.2 Повторение.

    — Какие основные единицы измерения нам известны?

    (мм, см, дм, м, км, градус, минута. секунда.)

    — Как найти длину отрезка?

    ( на столе находиться указка, нужно измерить её длину и записать в тетрадь).

    — Какими инструментами пользуются для измерения расстояния?

    (миллиметровая масштабная линейка ,рулетка, штангенциркуль).

    3. объяснение нового материала.

    В мире, в окружающем нас мире есть одномерное измерение, двухмерное и трёхмерное измерение.

    Одномерное –вы только что выполнили-замерили длину указки – то есть длину отрезка — одна мера, ( единицы измерения записаны на доске—мм, см, дм, м, км).

    А если нам нужно вычислить площадь прямоугольника , площадь поверхности стола, что для этого нужно измерить?

    Длину и ширину, то есть, две меры и это будет двухмерное измерение (единицы измерения записаны на доске ) мм2, см2, дм2,м2,км2.

    Задание. Измерить длину и ширину парты и вычислить площадь.

    Но большинство объектов, которые нас окружают, трёхмерные: длина, ширина, высота.

    Мы живём в трёхмерном мире, в трёх измерениях, так почти у всех на свете есть длина, ширина высота. Пространство, которое можно измерить с помощью этих величин, называют кубическим или объёмным.

    Задание—с помощью рулетки измерить длину, ширину и высоту класса и вычислить объём.

    — Где в современном мире используется трёхмерное изображение? Кино—3Д.

    Практическое задание: стр. учебника 16 №25.

    Вычислить толщину одного листа учебника.

    — Что для этого нужно?

    — Измерить толщину учебника штангенциркулем (без корочек).

    — Узнать сколько страниц в учебнике и перевести их в листы (количество страниц разделить на два получится количество листов).

    Таким образом, мы пришли к понятию самых маленьких единиц измерения:

    Миллиметр и микрон: микрон это одна тысячная миллиметра, то есть толщина 1 листа =100 микронам.

    Задание. С помощью штангенциркуля измерить диаметр трубок (0,5мм, 0,25мм, 0,18мм)

    Задание. Используя штангенциркуль -глубиномер — измерить глубину отверстий данных деталей.(3 детали для черчения)

    — Сообщения обучающихся: А. УГЛОВ –«Измерение высоты гор». Прибор «Теодолит».

    Н. Плеханов.—«Самые большие единицы измерения».

    Гугол и гуголплекс , световой год (определение записано на доске), записать в тетрадь.

    — стр. учебника -20 рис.36.

    — стр. учебника -24 рис. 45.

    На рисунке изображены астролябия и экер – приборы для измерения углов и для построения прямых углов на местности.

    Итог урока: Обратите внимание на доску, там расположены таблицы : С какими мерами или единицами измерения мы встречаемся в жизни и пользуемся ими.

    — единицы измерения объёма;

    — единицы измерения времени;

    — единицы измерения веса.

    У нас будет еще один урок по этой теме, и мы продолжим изучение.

    Всем спасибо.

    TOOLS: освоение измерительных устройств

    Проекты, построенные «наугад», обычно выглядят именно так и приводят к кошмару установки и настройки.

    Вот несколько основных измерительных инструментов и несколько советов по их использованию:

    Выдвижная измерительная лента. Сделанный из пружинной стали, которая свертывается в металлический корпус, это самый важный универсальный измерительный инструмент. Полезная длина — 25 футов. Крючок на конце ленты захватывает обрабатываемую деталь, позволяя выполнять длинные измерения одним человеком.При считывании рулетки слегка поверните ее, чтобы отметки касались проекта. Просматривайте ленту под прямым углом, чтобы получить точные показания.

    Плотник складной. Используется там, где требуется жесткий измерительный инструмент. Складные правила изготавливаются из дерева и обычно имеют латунные петли. Секции имеют длину 12 дюймов; в развернутом виде стандартные правила имеют длину шесть или восемь футов. Самый удобный стиль имеет выдвижную насадку для проведения внутренних измерений.

    Стальная линейка. Ни один из вышеперечисленных инструментов не является надежной линейкой для рисования линий.Для этого можно использовать жесткую стальную линейку. Они бывают длиной от 12 до 48 дюймов, или вы можете использовать один из инструментов, предпочитаемых большинством строителей и краснодеревщиков, — комбинированный квадрат или плотницкий угольник. Уровень плотника также работает как линейка.

    Комбинированный квадрат. Состоит из металлической линейки или лезвия, обычно длиной 12 дюймов, и более короткой скользящей ручки, которая прикрепляется к ней точно под прямым углом. У большинства моделей также есть кромка, которая образует угол 45 градусов с лезвием (полезно для разделения прямых углов пополам при установке молдинга), небольшой встроенный уровень и съемный инструмент для разметки.Помимо функции линейки, комбинированный угольник может использоваться для измерения, проверки прямоугольности углов, выравнивания горизонтальных поверхностей, а также в качестве измерителя глубины для вырезов, подобных тем, которые необходимы для инкрустации дверной и корпусной фурнитуры.

    Плотниковая площадь. Большая прямоугольная металлическая полоса, предназначенная для маркировки пиломатериалов, используемых в домостроении. Стандартные модели имеют широкое 24-дюймовое лезвие и более узкое шестидюймовое лезвие, называемое язычком.

    Плотницкий уровень. Самые полезные из них имеют длину от двух до четырех футов и имеют три или более пузырьковых пузырьков, позволяющих проверять как вертикальные, так и горизонтальные поверхности.Как и в случае с измерительной лентой, при использовании уровня обязательно смотрите на него под прямым углом, чтобы получить точные показания. Даже небольшая погрешность может быть значительной на длинных поверхностях.

    Мел. Чтобы обозначить прямые линии длиннее, чем это практично, с помощью линейки, используйте меловую линию. Это небольшой металлический футляр, содержащий мел и от 50 до 100 футов веревки на катушке. Вытяните шнур из футляра, натяните его между двумя точками на поверхности и защелкните, чтобы оставить отметку мела в качестве ориентира. Инструмент также работает как отвес, чтобы установить вертикальную линию.Повесьте веревку так, чтобы футляр был прямо над землей; когда корпус перестанет раскачиваться, линия будет вертикальной.

    Сдвижная Т-образная фаска. Используется для установки, проверки и передачи углов. Этот регулируемый калибр состоит из деревянной или металлической ручки с прямыми сторонами, к которой на одном конце присоединено металлическое лезвие с прорезями. Лезвие поворачивается под любым углом к ​​ручке и фиксируется на месте. Установите угол от существующего или сопоставьте его с отметками на транспортире.

    Калибр профиля. Записывает форму неправильного рисунка — например, контуры лепного украшения — для отслеживания на шаблоне или куске заготовки.Инструмент имеет ряд подвижных металлических или пластиковых штифтов, которые принимают профиль любого объекта, к которому они прижимаются.

    Геодезические инструменты для измерения углов и возвышений

    🕑 Время считывания: 1 минута

    Существуют различные геодезические инструменты для измерения углов и возвышений. Обсуждаются типы, свойства, использование и детали этого геодезического оборудования. Среди множества инструментов, доступных для измерения углов и возвышений, важно выбрать лучший, который больше подходит для конкретной работы.Лучшим источником информации о конкретном приборе является ссылка на руководство пользователя или каталог продукции, предоставленный производителем.

    Оборудование, используемое для измерения углов и возвышений при геодезии Обычное оборудование, используемое для измерения углов и возвышений при геодезии:
    • Уровень руки
    • Эбни уровень
    • Dumpy уровень
    • Автоматический уровень
    • Лазерный уровень
    • Транзит
    • Теодолит

    Ручные уровни для измерения высоты и уклона при геодезии Как видно из названия, это уровни, которые держит в руках оператор.Уровни рук — самый простой уровень среди инструментов геодезии. В ручном уровне используется уровень , и одиночное перекрестие . Основное назначение ручного уровня — обеспечить ровное положение цепей при измерении горизонтального расстояния с помощью отвеса. Он также используется с той же целью для оценки уклона и изменения высоты. Обычное увеличение уровня руки от нуля до 5x. У ручных уровней с более сложным механизмом будут волоски для измерения горизонтального расстояния.

    Рис.1: Уровень руки в геодезии

    Ручной уровень в основном используется для оценки высоты и наклона. Уклон определяется как скорость изменения высоты. Чтобы измерить уклон с помощью уровня руки, необходимо встать у подножия откоса и держать руку ровно в горизонтальном положении. Теперь отмечена точка, в которой линия прямой видимости упирается в землю. С помощью расстояния до этой точки и высоты глаза пользователя от земли определяется уклон.

    % наклон = (подъем / спуск) x 100

    Высота глаз пользователя — это подъем. Расстояние от точки наблюдения до места, где линия прямой видимости упирается в землю, называется пробегом. Расстояние можно измерить шагом. Было обнаружено, что результат имеет низкую точность из-за низкой точности измерения расстояния с помощью шагания, и измеренное расстояние представляет собой наклонное расстояние (а не горизонтальное расстояние).

    Уровень Абни для Измерение углов и наклона при съемке Уровни рук с более сложными навыками образуют уровни Эбни.Сюда входят шкала прямого считывания вертикальных углов и наклона, стадия волосков, улучшенная оптика и увеличение. По сравнению с ручным уровнем точность расчета уклона лучше. Расстояние измерения стадий уровня Абни имеет точность 1/10 фута. Расстояние, измеренное с помощью стадий, является горизонтальным. Большинство уровней Абни имеют возможность регулировки как фокусировки, так и увеличения. Для предварительной съемки они дают заметную точность при использовании удилища и цели.

    Рис.2: Уровень Эбни в геодезии

    Использование палки или стержня известной высоты с ручным уровнем и уровнем Абни помогает повысить точность измерения. Использование палки также помогает поддерживать стабильный уровень.

    Укрытый уровень для измерения углов и возвышения при геодезии Кусковой уровень — это простейшая форма уровня, который поддерживается штативом. Точность инструмента повышается за счет использования штатива. Штатив также помогает справиться с горизонтальными углами.Кувшинчатый уровень состоит из телескопа и спиртового уровня, который установлен параллельно линии визирования телескопа. У телескопа, установленного на неровном уровне, будет по крайней мере одно горизонтальное перекрестие, установленное на линии визирования. Он также имеет вертикальное перекрестие и два стадионных перекрестия.

    Рис. 3: Укрытый уровень при съемке

    Механизм, называемый выравнивающей пластиной, вращается на 360 градусов. Это платформы, на которых установлены телескоп и спиртовой уровень.Весь механизм размещен на пластине, прикрепленной к штативу. Позже это выравнивается, чтобы начать съемку.

    Автоматический уровень для измерения углов и возвышения Автоматический уровень спроектирован таким образом, чтобы автоматически компенсировать небольшие движения инструмента и поддерживать линию прямой видимости на одном уровне. Внутренний компенсатор завершает процесс нивелирования, когда инструмент почти выровнен. Позже он поддерживает линию обзора в горизонтальном положении повсюду.

    Рис.4: Автоматический уровень

    Внутренний компенсатор не допускает выхода инструмента из горизонтального положения при незначительных ударах. Движения, вызванные ветром, также компенсируются внутренними компенсаторами. Инструмент выравнивается тремя регулировочными винтами вместо четырех. В автоматических уровнях используется спиртовой уровень «яблочко» по сравнению с трубчатым уровнем. Комбинация трех регулировочных винтов и уровня «яблочко» помогает ускорить настройку. Доступны различные модели автоматических уровней.Некоторые из них более точны и точны по сравнению с кусковыми уровнями. Они менее точны по сравнению с транзитами и тахеометрами.

    Лазерный уровень для измерения углов и возвышения Лазерный уровень — это измерительный уровень, который использует луч лазерного света для определения линии визирования, то есть опорной линии. К этой категории относятся следующие типы:
    • Однолучевой невидимый
    • Одинарный луч видимый
    • Круглый луч видимый
    • Круглый невидимый луч
    Лазеры с круговым пучком можно разделить на вращающиеся и невращающиеся.В однолучевом лазере будет использоваться одна точка или короткая линия. Лазер с круговым лучом будет производить луч на 360 градусов.

    Рис.5: Лазерный уровень

    Несомненным преимуществом лазерных уровней является то, что ими может управлять один человек. Лазерный уровень устанавливается на штатив, а затем выравнивается. После включения система не требует дальнейшего наблюдения. После этого геодезист может записать показания вехи, пройдя по местности в любом месте в пределах диапазона луча.Эта система также имеет преимущество нескольких детекторов, которые можно использовать с одним лазером. Таким образом, это позволит записывать данные одновременно более чем одним человеком.

    Транзитный уровень для измерения углов и возвышения Транзитный уровень — это оптический инструмент или телескоп, который содержит встроенный спиртовой уровень, установленный на спиртовом уровне. Они используются для определения взаимного расположения линий и объектов в основном для съемки и строительства. Уровни транзита очень точные.Уровень транзита помогает установить контрольную линию.

    Рис.6: Уровень перехода

    Теодолит для измерения углов при съемке Теодолит — это точный инструмент, который используется для измерения угла в горизонтальной и вертикальной плоскостях. При геодезии чаще всего используется теодолит. Но они также используются в области метрологии и ракетных технологий. Теодолит современной разработки состоит из подвижного телескопа, который установлен в пределах двух перпендикулярных осей, называемых горизонтальной или цапфовой осью и вертикальной осью.Наведение телескопа на целевой объект позволит измерять угол с большой точностью. Теодолит с помощью пластины принудительного центрирования устанавливается на головку штатива. Пластина принудительного центрирования или трегер состоит из четырех винтов с накатанной головкой в ​​случае исходных теодолитов и трех или четырех быстрых выравниваний в случае современных теодолитов.

    Рис.7: Теодолит в геодезии

    Теодолит должен быть помещен вертикально над точкой измерения с помощью отвеса, оптического центрира или любого лазерного центрира.После этого уровень инструмента устанавливается с помощью регулировочных винтов и трубчатых пузырьков спирта. Подробнее: Специальные геодезические инструменты и их применение в инженерных изысканиях Современные геодезические инструменты и их применение Различные типы уровней, используемых для нивелирования при съемке Детали теодолита и их функции для угловых измерений при геодезии

    Страница не найдена | Департамент обучения и развития персонала

    Страница не найдена

    Добро пожаловать на новый веб-сайт Департамента обучения и развития персонала.Вы попали сюда, потому что информация, которую вы искали, имеет новое местоположение, больше не доступна или URL-адрес, который вы использовали, неверен. Используйте главное меню, чтобы найти то, что вы искали, воспользуйтесь функцией поиска в верхней части страницы или просмотрите следующий обзор содержания нового веб-сайта, чтобы найти нужную информацию. Или вы можете перейти на нашу домашнюю страницу, чтобы узнать больше о том, что доступно.

    Этот веб-сайт был запущен 15 декабря 2016 года с новым дизайном и реорганизацией контента, так что теперь он больше соответствует нашим клиентам и заинтересованным сторонам, а информацию легче находить.Кроме того, новый веб-сайт соответствует всем требованиям правительства штата, включая доступность, и удобен для мобильных устройств.

    Мы будем рады вашим отзывам о новом веб-сайте. Пожалуйста, напишите нам по адресу [email protected].

    1513913721

    Что на сайте

    Обучение

    В этом разделе представлена ​​информация о профессиональном образовании и обучении для учащихся, родителей и сотрудников, такая как выбор учебного курса и / или учебного заведения, ученичество и стажировка, курсы фундаментальных и справедливых навыков, плата за курс и ПОО для учащихся средней школы программы.

    Работа и навыки WA

    Информация о вакансиях и навыках WA, включая подробную информацию о субсидируемых учебных курсах. В этом разделе доступен отраслевой квалификационный список Priority (PIQL).

    Развитие карьеры

    В этом разделе вы найдете информацию и ссылки на ресурсы и инструменты, которые помогут вам в развитии вашей карьеры и планировании.

    Развитие персонала

    В этом разделе представлена ​​информация о модели планирования и развития персонала в Западной Австралии, а также информация о рынке труда Западной Австралии.Список приоритетных занятий штата — SPOL — находится в этом разделе.

    Онлайн-сервисы

    Здесь мы предоставили ссылки на услуги, которые Департамент предлагает в Интернете.

    О нас

    В этом разделе содержится корпоративная информация Департамента, включая политики и инструкции. Контактная информация наших сервисных центров также доступна здесь.

    Кабинет ученичества

    Управление ученичества регистрирует и управляет контрактами на обучение и регулирует систему ученичества / стажировки в Западной Австралии.

    1513820918

    Провайдеры обучения, практики ПОО и школы

    Вся информация, инструменты и ресурсы, относящиеся к программам ПОО, их доставке и оценке, доступны через «стикер» на главной странице или значок в дальнем правом углу главного меню.

    Это включает в себя нашу программу профессионального развития, грамотность и навыки счета, политику и руководящие принципы, SPOL, информацию о требованиях к отчетности, Реестр квалификаций классов A и B , справочники по номинальным часам и Поиск продуктов для обучения, учебный центр управление и ресурсы для поставщиков, работающих по контракту, и реферальных агентов по участию.

    1486449314

    Последнее обновление страницы: 22 января 2021 г.

    Файлы коэффициента солнечного освещения и угла обзора датчика

    Вернуться в Landsat Collection 1 Информация

    Файл угловых коэффициентов используется в качестве входных данных для инструментов, которые позволяют пользователям определять углы обзора датчика и солнца. Выходные файлы этих инструментов, называемые «диапазоном углов», представляют собой изображения, содержащие углы обзора Солнца и датчика.

    На этой странице описывается архитектура и зависимости датчика и углов обзора от солнечного угла. Инструменты и документация по датчику и углу обзора находятся внизу страницы.

    Справочная информация

    Landsat Collection 1 Продукты уровня 1 содержат радиометрически и геометрически скорректированные данные изображения для каждого спектрального диапазона и доставляются в виде цифровых чисел с фиксированной запятой (8-битные для Landsat 4-5 и Landsat 7; 16-битные для Landsat 8).

    Их можно преобразовать в яркость или отражательную способность на уровне датчика с помощью параметров аддитивного и мультипликативного масштабирования, содержащихся в файле метаданных, который поставляется с продуктами. Данные точно регистрируются в сетке проекции карты Универсальной поперечной проекции Меркатора (UTM) (или для Антарктиды — полярной стереографической (PS)), что упрощает построение пиксельных наземных координат из углов продукта.

    Некоторым приложениям требуется дополнительная информация о геометрии сцены, включая высоту, уклон / аспект, углы обзора датчика (возвышение и азимут) и / или углы солнечного освещения.

    Известные проблемы

    В апреле 2020 года Геологическая служба США обнаружила проблему с инструментами создания углов Landsat, которые предоставляются для помощи некоторым пользователям в создании диапазонов солнечного освещения и углов обзора датчиков из файла угловых коэффициентов <* _ANG.txt>, поставляемого с Collection 1 Landsat 4-7 Продукция уровня 1. При определенных обстоятельствах могут возникать разрывы в зенитной и азимутальной полосах сенсора, создаваемые этими инструментами. Это влияет на более широко используемые диапазоны углов солнечного излучения, которые используются для попиксельной корректировки солнечного излучения для преобразования коэффициента отражения от верхних слоев атмосферы (TOA), хотя они менее заметны.Сбор 1 Информационные продукты Landsat 8 не затрагиваются этой проблемой. Это было исправлено в Landsat Collection 2 и не повлияет на диапазоны углов, которые входят в состав продуктов Collection 2 Level-1.

    Посетите страницу известных проблем с диапазоном углов обзора датчика Landsat для получения дополнительных сведений об этой проблеме. Инструмент создания 4-7 углов Landsat был обновлен, чтобы исправить эту проблему. Пользователи этих инструментов, особенно те, кто полагается на углы обзора датчика, должны загрузить и использовать обновленные версии этих инструментов.

    Зависимости

    Следующие технические детали определяют результат диапазонов углов обзора для продукта, в котором они созданы:

    1. Геометрия обзора датчика и солнечного освещения изменяется в зависимости от времени и местоположения из-за положения и движения солнца; положение, ориентация и движение спутника; и расположение отображаемого объекта на (вращающейся) поверхности Земли.
    2. Датчик и солнечные углы определены относительно местной системы координат с центром в отображаемой точке на поверхности Земли.Ось z представлена ​​вектором, перпендикулярным эллипсоиду Земли в точке, ось y — геодезический север, а ось x — геодезический восток.
    3. Архитектура визуализирующего прибора, включая расположение и компоновку фокальной плоскости, влияет на результаты. Результаты выглядят значительно по-разному в зависимости от архитектуры прибора. Например, сканер-метелка от Landsat 7 Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM +), Landsat 4-5 Thematic Mapper (TM) и Landsat 1-5 Multispectral Scanner (MSS) для инструментов Landsat 8 Operational Land Imager (OLI) и тепловизора. Инфракрасный датчик (TIRS) в фокальной плоскости.

    4. Угловые диапазоны определяются как азимутальный и зенитный углы для спектрального диапазона каждого продукта. Пользователи могут найти эту информацию полезной в виде векторных направлений X-Y-Z. Хранение этой информации в виде двух углов, а не трех компонентов вектора, уменьшает размер набора данных, связанного с этой информацией, и делает его более управляемым как с точки зрения хранения, так и с точки зрения распределения. На рисунке 1 ниже показаны эти отношения (θz = зенитный угол θA = азимутальный угол).

      Рисунок 1.Углы и векторы, связанные с полосами изображения

    Системы координат

    Угловые диапазоны позволяют пользователю лучше понять, как геометрия обзора датчика и геометрия солнечного освещения влияют на объект, воспринимаемый прибором. Эта информация важна для анализа эффектов, таких как функция распределения двунаправленного отражения (BRDF).

    На рисунке 2 показана местная система координат, в которой определены углы обзора, где θ представляет зенитные углы, а ϕ представляет собой азимутальные углы. Эта система координат представлена ​​осью z, перпендикулярной эллипсоиду Земли, и осью x / y, определяемой геодезическими направлениями восток и север.

    Одним из факторов, влияющих на вычисленные зенитные углы, является кривизна Земли. Рисунок 3 демонстрирует кривизну, показывая, как изменяется местная вертикальная ось, когда наблюдаемый объект удаляется от надира по отношению к спутнику.Кривизна Земли заставляет ось z отклоняться дальше от вектора обзора спутника в надире. Эта кривизна оказывает заметное влияние на зенитные углы обзора. Что касается полосы обзора в зените Солнца, это основной источник отклонений, поскольку положение солнца меняется относительно медленно в течение времени съемки одной сцены.

    Архитектура сенсора

    Архитектура фокальной плоскости сенсора также играет роль в определении выходных значений угловых диапазонов.На рисунке 4 ниже показаны схемы расположения фокальной плоскости приборов Landsat 8 OLI и Landsat 7 ETM. Приборы Landsat 8 OLI и TIRS представляют собой формирователи изображений с подвижной щеткой с фокальными плоскостями, охватывающими всю ширину полосы обзора Landsat. Полный охват полосы захвата достигается за счет использования нескольких сборок сенсорных чипов (SCA) по всей трассе с достаточным перекрытием между соседними SCA, чтобы избежать пробелов в покрытии. Это перекрытие между SCA и SCA достигается за счет смещения альтернативных SCA вдоль пути, так что смежные SCA могут покрывать перекрывающиеся части поперечного поля обзора (FOV).Landsat 8 OLI использует 14 SCA для покрытия всей полосы, причем 7 нечетных SCA (с 1 по 13) расположены немного впереди надира. 7 четных SCA (от 2 до 14) расположены немного кормой. Для Landsat 8 TIRS центральный SCA-C указывает вперед, а подвесные SCA (A и B) — назад.

    Сканирующее зеркало Whiskbroom в приборе Landsat 7 ETM + выполняет двунаправленное сканирование в поперечном направлении спутника. Детекторы в фокальной плоскости расположены в параллельных рядах, один столбец покрывает ширину полосы вдоль траектории одного сканирования, с нечетными, четными детекторами и полосами, разделенными в продольном направлении сканирования.Компоновка фокальной плоскости Landsat 4-5 TM очень похожа, за исключением набора детекторов панхроматического диапазона, а тепловой диапазон будет содержать 4 детектора, а не 8.

    Рис. 4. Схемы фокальной плоскости Landsat 8 OLI и Landsat 7 ETM +

    Ключевой проблемой при анализе геометрии обзора для датчиков OLI и TIRS является смещение вдоль пути между соседними SCA, поскольку эта геометрия фокальной плоскости приводит к неоднородностям в геометрии обзора на границах SCA. Угол обзора изменяется за счет чередования четной / нечетной геометрии SCA.Распределение спектральных полос вдоль трассы приводит к тому, что углы обзора различны для каждой спектральной полосы. Комбинация этих эффектов, смещения вдоль пути для каждого диапазона, а также смещения вдоль пути и поперек пути для каждого SCA, создает набор азимутальных углов, которые меняются по значению для каждого SCA.

    Эффект проецирования вектора прямой видимости (LOS) датчика в местную систему координат вызывает скачкообразное изменение азимутальных углов для соседних SCA (см. Рисунок 5).Переменный вид спереди / сзади SCA дает картину чередования более высоких (более светлых) и более низких (более темных) значений в поле обзора инструмента (IFOV).

    Рис. 5. Азимутальные углы Landast 8 OLI для точек, отображаемых одновременно в двух OLI SCA.

    На рисунке 6 ниже показан диапазон азимута и зенитного угла датчика для изображения Landsat 8 с трассы / ряда 163/047, полученного в 175-й день 2014 года для диапазона 6. Переменная диаграмма в диапазоне углов обзора спутника по азимуту и ​​переход от светлого к темному в центре изображения — результат датчика движения SCA Landsat 8.Переход от более темного к более светлому переходу от центра полосы зенитных углов к внешним краям обусловлен локальной системой координат, имеющей ось z, нормальную к поверхности земного эллипсоида.

    Рис. 6. Диапазон углов обзора датчика Landsat 8 OLI Azimuth (слева) и зенита (справа) для диапазона 163/047 Band 6, полученный в день 175 2014 г.

    В качестве окончательной демонстрации этих эффектов, образцы профилей координат отображаются как для азимутального, так и для зенитного углов (см. Рисунок 7).По оси ординат графиков профиля указаны сотые доли градуса. Переходы между SCA можно увидеть в обоих наборах профилей, однако изменения гораздо более заметны в профиле азимутального угла. Наибольшая изменчивость углов обзора сенсора сцены связана с азимутальным углом.

    Рис. 7. Примеры профилей направления Landsat 8 OLI для азимутального и зенитного углов датчика

    По сравнению с пониманием характеристик углов обзора датчиков инструментов Landsat 8, датчики Landsat 7 ETM + и Landsat 4-5 TM представляют меньшую проблему.Для азимутального угла датчика эффект проецирования вектора LOS датчика в местную систему координат вызывает скачкообразное изменение азимутальных углов только тогда, когда зеркало пересекает местоположение непосредственно надиром к положению космического аппарата (см. Рисунки 8 и 9).

    Рис. 8. Азимутальные углы Landsat 7 ETM + и Landsat 4-5 TM для точек, полученных в результате последовательных сканирований.

    Рис. 9. Диапазон углов обзора датчика Landsat 7 ETM + Azimuth (слева) и зенита (справа) для диапазона 163/047 Band 5, полученный в день 294 2002 года.

    На рис. 10 показаны примеры профилей изображений, просматриваемых датчиком. Как можно увидеть на азимутальном изображении ETM +, имеется только один переход от видимого света к темному, и это изменение происходит вдоль трека в точке обзора датчика надире. Полоса зенитного угла обзора ETM + аналогична полосе обзора прибора OLI с небольшими неоднородностями, которые присутствуют при переходе от сканирования к сканированию, но имеют гораздо менее выраженный эффект, но аналогичны таковым для зенитного SCA-to-SCA. изменения в изображении OLI.

    Рис. 10. Образцы профилей направления Landsat 7 ETM + для азимутального и зенитного углов датчика.

    Временные зависимости

    Зависимости от времени возникают во время захвата, поскольку углы обзора спутника и солнца меняются в пределах данной сцены. По той же причине, что каждый SCA имеет свой уникальный угол обзора, каждый SCA каждого диапазона просматривает один и тот же объект на земле в несколько разное время. Эта временная задержка между полосами SCA заставляет углы обзора солнца и спутника различаться, поскольку данный объект просматривается каждым диапазоном и SCA во время захвата; следовательно, положение спутника и солнца, связанное с объектом, различается.

    Один из способов понять, как время влияет на солнце и углы обзора датчика, — это посмотреть на величину изменения задействованных временных зависимостей. На рисунке 11 ниже перечислены некоторые из этих временных зависимостей в рамках данного снимка Landsat 8. Изменчивость в зависимости от сцены, указывающая на изменение орбиты спутника, имеет гораздо большую величину, чем величина вращения Земли, которая имеет гораздо большую величину, чем орбита Земли вокруг Солнца.

    Рисунок 11.Временные зависимости для диапазонов наблюдения за солнцем и датчиками.

    SCA для каждой полосы также смещены, создавая задержку до 1,1 секунды между моментом, когда объект отображается на передней и задней полосах данного SCA. Комбинирование этой временной задержки, скорости изменения и углового смещения между полосами для данного SCA показывает, что наибольшее угловое изменение в пределах захвата можно ожидать в углах обзора датчика.

    В отношении азимутального угла и местной системы координат наибольшая изменчивость углов обзора датчика сцены связана с азимутальным углом.Это поддерживается на рисунках 6 и 7, а также вычисляется статистика для угловых диапазонов набора данных 163/047, показанных в таблице ниже.

    Таблица 1. Статистика диапазона углов обзора Landsat 8 OLI: 163/047 Полоса 6, данные получены в день 175 2014 г.

    В качестве последнего взгляда на возможные вариации угловых диапазонов рассмотрим угловые диапазоны солнечного освещения. Из-за наклона полярной оси (z) Земли по отношению к плоскости орбиты движения вокруг Солнца и эксцентриситета, связанного с этой орбитой, наблюдается видимое движение Солнца по отношению к звездам.Это приводит к изменению геометрии солнечного освещения для данного наблюдаемого места на поверхности Земли от одного измерения к другому.

    Когда Земля наклонена к Солнцу для данной точки наблюдения на Земле (местное лето), Солнце кажется выше над горизонтом, а когда Земля наклонена от Солнца для данной точки наблюдения (местная зима), Верно и обратное — Солнце кажется ниже в небе (см. рис. 12).

    Рисунок 12.Наклон оси Земли и сезонные эффекты.

    Влияние этих изменений положения Солнца на азимут солнечного освещения и зенитные углы для конкретного места на поверхности Земли — в центре сцены на пути / строке 163/047 Всемирной системы отсчета — показано на рисунке 13 и 14, которые показывают, что изменение положения Солнца по сезонам приводит к значительным изменениям углов солнечного освещения для этого участка.

    Рисунок 13.Азимут и зенитный углы Солнца по отношению к центру сцены WRS 163/047 во времени.

    Рис. 14. Геодезическое положение Солнца для центра сцены WRS 163/047 во времени.

    На рисунке 15 показаны диапазоны азимута и зенитных углов обзора датчика для 163/047 день 319 2014 года для диапазона 6. На рисунке 16 показаны диапазоны азимута и зенитных углов солнечного освещения для того же диапазона.

    Рисунок 15. Азимут (слева) и зенит (справа) датчика Landsat 8 OLI Диапазон углов обзора для диапазона 163/047, диапазон 6, полученный в 2014 г., день 319.

    Рис. 16. Азимут Landsat 8 OLI (слева) и зенит (справа) Полоса углов обзора Солнца для диапазона 163/047, полоса 6, полученная в 2014 г., день 319.

    Таблица 2 показывает статистику диапазона углов обзора за 163/047 день 319 2014 года для диапазона 6. Углы датчиков выглядят так же, как в таблице 1, в то время как солнечные углы показывают различия, связанные с ожидаемыми сезонными изменениями.

    Таблица 2. Статистика диапазона углов обзора Landsat 8 OLI: 163/047 Полоса 6, полученная в 2014 г., день 319.

    Та же самая логика применяется при рассмотрении временных зависимостей, связанных с датчиками ETM + и TM — солнце ведет себя точно так же, и орбитальная динамика спутника по существу такая же, как у Landsat 8, поскольку Landsat 4-7 размещены и удерживаются в пределах на той же околополярной солнечно-синхронной орбите в соответствии с глобальной нотацией WRS-2. Разница между приборами Landsat 8 и ETM + / TM заключается в разнице между временем захвата детекторов и полосами, относящимися к архитектуре с выталкивающей щеткой и щеточной щеткой.Если у прибора OLI есть задержка до 1,1 секунды между моментом, когда объект отображается на передней и задней полосах данного SCA, время между последовательными сканированиями для прибора Whiskbroom составляет примерно 71,8 мс. Это приводит к очень небольшому изменению в диапазонах солнечных углов относительно перехода между последовательными сканированиями для этих углов, особенно по сравнению с переходом между SCA для инструментов OLI и TIRS.

    На рисунках 17 и 18 показаны диапазоны углов ETM + для сбора данных также более 163/047, так же, как в примере OLI, и в пределах трех недель после примера OLI.Как видно из рисунка 18, полосы углов OLI и ETM + очень похожи. Чтобы завершить это сравнение, в таблице 3 перечислены статистические данные, связанные с этими файлами угловых диапазонов, что также помогает продемонстрировать сходство между этими файлами для двух инструментов, особенно в отношении диапазонов наблюдения за Солнцем.

    Рис. 17. Диапазон углов обзора датчика Landsat 7 ETM + Azimuth (слева) и зенита (справа) для диапазона 163/047 Band 5, полученный в 2002 г., день 294 .

    Рисунок 18.Landsat 7 ETM + Азимут (слева) и Зенит (справа) Полоса углов обзора Солнца для диапазона 5 163/047, полученная в 2002 г., день 294.

    Таблица 3. Статистика диапазона углов обзора Landsat 7 ETM +: 163/047 Полоса 5, полученная в 2002 г., день 294.

    Эта информация показывает, что для углов обзора датчика изменчивость, возникающая в процессе захвата, намного больше, чем изменчивость от захвата к захвату. Принимая во внимание, что для углов солнечного света вариабельность невелика в пределах одного захвата, но меняется гораздо более резко в процессе захвата.

    Инструменты и документация

    Инструменты создания углов Landsat, перечисленные ниже, позволяют пользователям создавать диапазоны углов в среде LINUX. В планы на будущее входит внедрение веб-инструмента для конечных пользователей. До тех пор пользователи несут ответственность за создание используемых угловых диапазонов.

    Landsat 4-5 Thematic Mapper (TM) и Landsat 7 Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM +) (.tgz)
    (README)

    Landsat 8 Operational Land Imager (OLI) / Тепловой инфракрасный датчик (TIRS) (.tgz)
    (README)

    Landsat TM и ETM + Описание алгоритма определения угла обзора и угла обзора (ADD)
    Landsat 8 Solar and View Angle Generation Algorithm Description Document (ADD)

    Углы контакта при движении вперед и назад

    Как вы измеряете продвигающийся и отступающий углы смачивания?

    Гониометрия по углу смачивания — это быстрый и удобный способ определения смачиваемости материала или покрытия. Измерение заключается в размещении капли жидкости на поверхности и измерении угла, под которым устойчивая капля образует с поверхностью.Более подробную информацию о технике контактного угла можно найти на странице, посвященной методике контактного угла тензиометрии. Скорость и простота измерения делают его пригодным как для исследований, так и для контроля качества. Однако эти простые измерения предоставляют лишь небольшой объем информации о поверхности, а в некоторых случаях необходимы более подробные сведения.


    Посмотрите наши веб-семинары по инструментам для контактно-угловой гониометрии, чтобы узнать больше

    Угол Юнга, который является теоретической основой для измерения краевого угла, представляет собой наинизшее состояние равновесия свободной энергии между твердой, жидкой и газовой фазой капли жидкости на поверхности [1].Этот параметр является идеальным значением, имеющим пять следующих допущений:

    1. Поверхность гладкая
    2. Поверхность жесткая
    3. Поверхность химически однородна
    4. Поверхность нерастворима
    5. Поверхность не реактивная

    Поскольку реальные образцы нарушают по крайней мере одно из этих предположений, измеряемый угол смачивания представляет собой диапазон углов смачивания. В частности, неоднородности поверхности, такие как шероховатость или химические различия, могут позволить жидким каплям существовать в ряде метастабильных состояний [1].Примером из реальной жизни могут служить различия в форме капель воды на автомобиле после дождя. Даже если машина чистая, капли воды будут образовывать разные углы на поверхности из-за потенциальных различий в отделке, шероховатости, наклоне и т. Д. Точно так же статические капли предоставляют только ограниченную информацию о поведении поверхности, потому что эти капли гораздо более вероятно, что они будут существовать в этих метастабильных состояниях, чем в глобальном состоянии с самой низкой энергией.

    Рисунок 1 — Оптический тензиометр Theta Flex и выходной угол контакта из его программного обеспечения OneAttension

    Углы динамического контакта

    Один из способов придать больше контекста реальным поверхностям — это измерить углы смачивания при приближении и удалении.Эти измерения называются динамическими контактными углами или квазистатическими контактными углами. Если поместить иглу близко к поверхности и равномерно впрыснуть жидкость на поверхность, капля будет расти и продвигаться по поверхности образца. По мере увеличения объема капли базовая линия (точка соприкосновения капли с образцом) в конечном итоге также перемещается и продвигается по поверхности. По мере того, как объем капли продолжает увеличиваться, базовая линия также будет продолжать увеличиваться, и угол контакта смачивания (ACA) будет достигнут.

    Угол смачивания смачивания (RCA) выполнен в противоположном направлении, когда жидкость удаляется из статической капли. Первоначально объем капли и угол смачивания уменьшатся. В конце концов, длина базовой линии также начнет уменьшаться, что представляет собой отступающий угол контакта. На практике угол смачивания смачивания трудно определить количественно, поскольку для этого может потребоваться большой начальный объем капли, который может быть известен априори. Разница между углом контакта при продвижении и удалении — это гистерезис угла контакта.Идеально однородная поверхность имеет теоретический гистерезис контактного угла 0 °. Большие значения гистерезиса обычно связаны с большей неоднородностью поверхности и наоборот. Общие причины гистерезиса включают шероховатость и химическую неоднородность. Кроме того, большое значение гистерезиса указывает на низкую подвижность капель [2]. Кажущийся гидрофобным материал может демонстрировать большой гистерезис краевого угла смачивания, что предполагает высокую адгезию капли к поверхности. Korhonen et al.показать пример такого материала [3].

    Рисунок 2 — Схема углов смачивания при приближении и удалении. Изображение любезно предоставлено Biolin Scientific.

    Есть несколько преимуществ для измерения ACA и RCA. Во-первых, ACA и RCA стремятся преодолеть многие метастабильные пятна свободной энергии в диапазоне краевых углов. Это проиллюстрировано на рисунке 3. Фактически, продвигающийся контактный угол — это наибольший контактный угол в диапазоне свободной энергии, а удаляющий контактный угол — это самый низкий контактный угол в диапазоне свободной энергии.По этой причине эти измерения теоретически наиболее воспроизводимы. Во-вторых, значение гистерезиса дает информацию о неоднородности поверхности и о том, сколько жидкости прилипает к поверхности [4]. В-третьих, при измерении статической капли испарение и / или объем капли могут повлиять на угол смачивания. Когда капля продвигается или отступает по поверхности, эти проблемы становятся неактуальными. Наконец, супергидрофобные поверхности по определению требуют значений ACA и RCA более 150 ° [4]. Кроме того, обычным назначением этих поверхностей является противодействие адгезии, параметру, непосредственно связанному с гистерезисом.

    Рисунок 3 — График, показывающий зависимость свободной энергии от контактного угла. Различные провалы на графике представляют локальные минимумы, в которых может упасть капля, но глобальный минимум поверхности вряд ли будет достигнут

    Какое оборудование необходимо для измерения углов смачивания при приближении и удалении?

    Attension Theta Flex — это универсальный модульный оптический тензиометр, который может иметь несколько различных конфигураций. Автоматическое размещение капель может быть достигнуто как с помощью единственного дозатора жидкости, так и дозатора пипеток.Для измерений ACA и RCA рекомендуется использовать дозатор для одной жидкости (C201). В качестве альтернативы, для систем с дозатором пипеток (C311-300) также подходит набор адаптеров для игл (C514DCA). Для любого дозирующего раствора важно использовать иглу как можно меньшего диаметра, чтобы игла как можно меньше нарушала форму капли. Для этих измерений обычно используются иглы калибра 30. Исследователи, использующие ручной шприц, также могут проводить измерения ACA и RCA с помощью шприца с резьбовым поршнем, что позволяет более точно контролировать объем капли.

    Рисунок 4 — Система Theta Flex (вверху слева), одинарный дозатор жидкости (C201, вверху справа), дозатор пипеток (C311-300, внизу слева) и набор адаптеров иглы (C514DCA, внизу справа)

    Каков протокол для измерения продвижения а углы смачивания уменьшаются?

    Отличный обзор того, как проводить измерения угла смачивания, дан Huhtamäki et al [2]. Авторы подробно рассказывают, как выполнять эти измерения на многих различных типах поверхностей, а также как анализировать данные.Информация, представленная ниже, представляет собой краткое изложение этого обзора и некоторую информацию, относящуюся к программному обеспечению OneAttension.

    Процедура измерения ACA следующая:

    1. Автоматическая регулировка яркости и калибровка прибора с помощью калибровочного шарика
    2. Присоедините иглу к насосу / пипетке и заполните иглу
    3. Очистите основу подходящим растворителем и просушите чистым инертным газом
    4. Поместите субстрат на предметный столик
    5. Поместите каплю 2 мкл на субстрат
    6. Поместите иглу примерно наполовину в каплю и убедитесь, что капля находится в фокусе
    7. Подождите ~ 30 секунд, чтобы убедиться, что падение стабильно
    8. Выдать жидкость при 0.05 мкл / с в течение 5 минут, начало записи
    9. Остановка дозатора жидкости и запись через 5 минут

    Процедура измерения RCA следующая:

    1. Добавляйте жидкость в каплю (2 мкл / с), пока ваша капля не достигнет начального объема RCA (зависит от гистерезиса), см. Таблицу 1
    2. Удаляйте жидкость до тех пор, пока базовая линия не начнет отступать примерно на ~ 0,5 мм.
    3. При необходимости отрегулируйте фокусировку, положение иглы и положение опускания
    4. Подождите 30 секунд, пока падение не уравновесится
    5. Удалить жидкость при 0.05 мкл / с в течение 300 с и запись данных

    Рекомендуемые настройки для рецепта приведены ниже:

    • Время записи камерой — 300 с
    • Частота кадров — 0,33% (~ 0,68 кадра в секунду)
    • Игла 30 калибра — проверено
    • Частота капель — 0,05 мкл / с (по умолчанию — 2 мкл / с)
    • Выпадающий размер — 40 мкл (по умолчанию — 4 мкл)
    • Скорость подачи — 5 мкл / с (по умолчанию — 20 мкл / с)
    • Скорость заполнения — 5 мкл / с (по умолчанию — 20 мкл / с)
    • Volume from Image — снимите отметку

    Начальный объем RCA, описанный на шаге 1, зависит от образца.Для образцов с большим гистерезисом может потребоваться размещение больших объемов капель. Если исходный объем недостаточно велик, правильный RCA может быть не достигнут. Небольшая выборка потенциальных начальных объемов приведена в таблице 1. Подробный график начальных объемов для различных комбинаций ACA и RCA см. В [3]. И в ACA, и в RCA важно использовать медленную скорость падения, чтобы гарантировать, что динамические эффекты, такие как внезапное ускорение жидкости в игле или из иглы, не повлияют на измерение.Вот почему частота выпадения была значительно снижена по сравнению со значением по умолчанию. Для некоторых образцов, особенно с высоким гистерезисом, может потребоваться более 300 секунд для достижения RCA. В этих случаях время шага 5 может быть увеличено.

    ACA (°) RCA (°) Начальный объем RCA (мкл)
    180 160 20
    140 100 50
    120 50 70
    100 20 150
    Таблица 1 — Пример начальных объемов на основе значений ACA и RCA.

    Анализ данных углов смачивания и отхода смачивания

    Поместите ручную базовую линию и поместите все рамы в соответствии с ручной базовой линией. Проанализируйте первый и последний кадры, чтобы увидеть, подходит ли базовая линия. В противном случае сместите базовую линию и повторно проанализируйте кадры. Постройте данные как средний угол смачивания (средний угол смачивания с каждой стороны капли) по сравнению с базовой линией. В идеале можно идентифицировать плато, на котором ACA и RCA остаются относительно постоянными. Для этого региона усредните все точки данных и укажите угол контакта и стандартное отклонение.На рисунках 5 и 6 показаны примеры данных ACA и RCA, которые содержат данные, в которых некоторые данные исключены, и диапазон, в котором данные усредняются.

    Рисунок 5 — Пример анализа продвигающегося контактного угла. Рисунок 6 — Пример анализа удаляющегося контактного угла.

    Функция автоматического динамического контактного угла в OneAttension

    Когда условия для ACA и соответствующий начальный объем для RCA известны, программное обеспечение OneAttension имеет функцию автоматического динамического угла контакта, которая позволяет выполнять ACA и RCA одним касанием.ACA сначала измеряется с использованием заданного времени и скорости падения, а сразу после этого измеряется RCA. Для ACA и RCA можно выбрать разное время записи, частоту прерывания и частоту кадров камеры. Измерения движения вперед и назад разделены на разные вкладки, и после анализа данные объединяются в единый график для упрощения визуализации.

    Рисунок 7 — Результат автоматического измерения динамического угла смачивания

    Выводы

    ACA и RCA — полезные измерения для оптической тензиометрии, которые предоставляют дополнительную информацию о поверхности по сравнению со стандартными статическими измерениями падения.Они могут рассказать исследователю о неоднородности поверхности, такой как шероховатость, химические градиенты или загрязнение. Они также особенно важны для измерения супергидрофобных материалов из-за их способности определять адгезию жидкости к поверхностям. Благодаря широкому выбору принадлежностей, средств автоматизации и удобного программного обеспечения Theta Flex и другие инструменты линейки Attension хорошо подходят для точного и воспроизводимого выполнения этих измерений.

    Устройства защиты от солнца и затемнения | WBDG

    Введение

    Есть много разных причин контролировать количество солнечного света, попадающего в здание.В теплом, солнечном климате избыточное количество солнечной энергии может привести к высокому потреблению энергии на охлаждение; в холодном и умеренном климате зимнее солнце, проникающее в окна, выходящие на юг, может положительно способствовать пассивному солнечному нагреву; и почти во всех климатических условиях управление и рассеивание естественного освещения улучшит дневное освещение.

    Хорошо спроектированные солнцезащитные и затемняющие устройства могут значительно снизить пиковое тепловыделение здания и требования к охлаждению, а также улучшить качество естественного освещения внутри здания.Сообщается о сокращении годового потребления энергии на охлаждение от 5% до 15% в зависимости от количества и расположения оконных проемов. Устройства защиты от солнца и затенения также могут улучшить визуальный комфорт пользователя, контролируя блики и снижая коэффициент контрастности. Это часто приводит к повышению удовлетворенности и продуктивности. Затеняющие устройства дают возможность отличить один фасад здания от другого. Это может придать интерес и человеческий масштаб ничем не примечательному дизайну.

    Описание

    Использование солнцезащитных и солнцезащитных устройств является важным аспектом многих энергосберегающих стратегий проектирования зданий.В частности, здания, в которых используется пассивное солнечное отопление или дневное освещение, часто зависят от хорошо спроектированных солнцезащитных и затеняющих устройств.

    В период охлаждения внешнее затенение окон — отличный способ предотвратить попадание нежелательного солнечного тепла в кондиционируемое пространство. Затенение может быть обеспечено за счет естественного озеленения или таких строительных элементов, как навесы, выступы и решетки. Некоторые затеняющие устройства могут также функционировать как отражатели, называемые световыми полками, которые отражают естественный свет для дневного освещения глубоко в интерьере здания.

    Дизайн эффективных затеняющих устройств будет зависеть от солнечной ориентации фасада конкретного здания. Например, простые фиксированные свесы очень эффективны для затенения окон, выходящих на южную сторону, летом, когда солнечные углы велики. Тем не менее, то же горизонтальное устройство неэффективно для блокировки попадания полуденного солнца в окна, выходящие на запад, в периоды пиковой температуры летом.

    Наружные затемняющие устройства особенно эффективны в сочетании с фасадами из прозрачного стекла.Однако теперь доступны высококачественные остекления с очень низким коэффициентом затемнения (SC). Если это указано, эти новые стеклянные изделия уменьшают потребность в внешних затемняющих устройствах.

    Таким образом, защита от солнечного излучения и защита от солнца могут быть обеспечены широким спектром строительных компонентов, включая:

    • Элементы ландшафта, такие как взрослые деревья или живые изгороди;
    • Элементы экстерьера, такие как свесы или вертикальные ребра;
    • Горизонтальные отражающие поверхности, называемые световыми полками;
    • Стекло с низким коэффициентом затемнения (SC); и,
    • Устройства контроля внутреннего ослепления, такие как жалюзи или регулируемые жалюзи.

    Алюминиевый архитектурный солнцезащитный козырек, горизонтальное солнцезащитное устройство, вертикальные ребра

    Фиксированные внешние устройства затемнения, такие как свесы, обычно наиболее практичны для небольших коммерческих зданий. Оптимальная длина свеса зависит от размера окна и относительной важности отопления и охлаждения в здании.

    Летом пик солнечных лучей приходится на день солнцестояния 21 июня, но пик температуры и влажности более вероятен в августе.Помните, что выступ такого размера, чтобы полностью затенять окно, выходящее на юг в августе, также затеняет окно в апреле, когда может быть желательно солнечное тепло.

    Чтобы правильно спроектировать затеняющие устройства, необходимо понимать положение солнца на небе в период охлаждения. Положение солнца выражается в высоте и азимутальном угле.

    • Угол высоты — это угол, под которым солнце находится над горизонтом, максимум которого достигается в данный день в солнечный полдень.
    • Азимутальный угол, также известный как угол пеленга, представляет собой угол проекции солнца на плоскость земли относительно юга.
    • Легкодоступный источник информации о солнечных углах и диаграммах солнечного пути — это Architectural Graphic Standards, 12th Edition , доступный от John Wiley & Sons, Inc. Publishers.

    Затеняющие устройства могут существенно повлиять на внешний вид здания. Это влияние может быть как к лучшему, так и к худшему. Чем раньше в процессе проектирования рассматриваются устройства для затенения, тем выше вероятность, что они будут привлекательными и хорошо интегрированными в общую архитектуру проекта.

    В стандарте ANSI / ASHRAE / IES 90.1 энергоэффективное проектирование новых зданий, за исключением малоэтажных жилых домов (на котором основан Федеральный эквивалент 10 C.F.R. § 435), степень затемнения окон является важным фактором. Как коэффициент проекции (PF) для внешнего затенения, так и коэффициент затенения (SC) стекла должны быть оценены при использовании подхода к проектированию конвертов с альтернативными пакетами компонентов.

    Проектирование систем затенения

    Учитывая большое разнообразие зданий и диапазон климатических условий, в которых они могут быть найдены, трудно сделать радикальные обобщения относительно конструкции затеняющих устройств.Однако в целом верны следующие рекомендации по проектированию:

    1. Используйте фиксированные выступы на стекле, выходящем на юг, для контроля прямого солнечного излучения. Косвенное (диффузное) излучение следует контролировать с помощью других мер, например, низкоэмиссионного остекления.

    2. По возможности ограничьте количество восточного и западного стекла, так как его труднее затенить, чем южного стекла. Рассмотрите возможность использования ландшафтного дизайна, чтобы затенить восточную и западную экспозицию.

    3. Не беспокойтесь о затенении стекла, обращенного на север, в континентальных широтах Соединенных Штатов, поскольку оно получает очень мало прямого солнечного излучения.В тропиках не соблюдайте это практическое правило, поскольку северная сторона здания будет получать больше прямого солнечного излучения. Кроме того, в тропиках подумайте о том, чтобы затенять крышу, даже если нет световых люков, поскольку крыша является основным источником передачи солнечной энергии в здание.

    4. Помните, что затенение влияет на дневной свет; рассматривать оба одновременно. Например, легкая полка отражает естественный свет глубоко в комнату через высокие окна, затеняя нижние окна.

    5. Не ожидайте, что внутренние затемняющие устройства, такие как жалюзи или вертикальные жалюзи, уменьшат охлаждающую нагрузку, поскольку солнечная энергия уже поступила в рабочее пространство.Тем не менее, эти внутренние устройства обеспечивают контроль ослепления и могут способствовать повышению остроты зрения и визуальному комфорту на рабочем месте.

    6. Изучайте солнечные углы. Понимание углов солнечного света имеет решающее значение для различных аспектов проектирования, включая определение базовой ориентации здания, выбор затеняющих устройств и размещение панелей Building Integrated Photovoltaic (BIPV) или солнечных коллекторов.

    7. Тщательно учитывайте долговечность затеняющих устройств. Со временем работающие затеняющие устройства могут потребовать значительного обслуживания и ремонта.

    8. Если для затенения используются элементы ландшафта, обязательно учитывайте стоимость ухода за ландшафтом и содержание в стоимости жизненного цикла.

    9. Стратегии затенения, которые хорошо работают на одной широте, могут быть совершенно неподходящими для других участков на разных широтах. Будьте осторожны, применяя идеи затенения из одного проекта к другому.

    Примеры боковых ландшафтов, которые помогают экономить энергию
    Для получения дополнительной информации см .: greenglobes.com

    Навесная стенка и световая полка в библиотечном помещении на втором этаже

    Материалы и методы строительства

    В последние годы резко увеличилось разнообразие затеняющих устройств и остекления, доступных для использования в зданиях. В продаже имеется широкий ассортимент регулируемых затемняющих продуктов, от навесов из парусины до солнцезащитных экранов, опускающихся жалюзи, жалюзи и вертикальных жалюзи. Хотя они часто работают хорошо, их практичность ограничивается необходимостью ручных или механических манипуляций.Проблемы с долговечностью и обслуживанием также вызывают беспокойство.

    Требовать от специалистов A&E полной спецификации всего стекла. Они должны быть готовы указать U-значение стекла, SC и Tvis, а также U-значение чистого окна для всех систем окон. Коэффициент затемнения (SC) остекления указывает количество поступающего солнечного тепла в здание по сравнению с эталонным одинарным остеклением. Таким образом, более низкий коэффициент затемнения означает меньший приток солнечного тепла. Коэффициент пропускания в видимой области (Tvis) остекления указывает процент света, доступного в видимой части спектра, попадающего в здание.См. Также WBDG Окна и остекление.

    При проектировании затеняющих устройств внимательно оценивайте все операции и техническое обслуживание (O&M), а также последствия для безопасности. В некоторых местах опасности, такие как гнездование птиц или землетрясения, могут снизить жизнеспособность включения в конструкцию внешних затемняющих устройств. Необходимость обслуживания и очистки затеняющих устройств, особенно работающих, должна быть учтена при любом анализе стоимости жизненного цикла их использования.

    Приложение

    Среди основных типов зданий, которые могут получить выгоду от применения затеняющих устройств:

    • Казармы и другие многоквартирные жилые дома, особенно в умеренном или теплом климате;
    • Офисные, административные здания и прочие сооружения с дневным освещением; и,
    • Практически любое строение в теплом солнечном климате.
    • Закон об энергетической политике 2005 г.

    • WBDG Federal Facility Criteria является источником полного текста всех федеральных строительных документов, включая Единые технические требования Министерства обороны по сооружениям (UFGS), Единые критерии сооружений (UFC) и Федеральные публикации и стандарты.

    Дополнительные ресурсы

    Публикации

    • Руководство по проектированию остекления Low-E Джонсон, Тимоти Э. Бостон: Архитектура Баттерворта, 1991.—Превосходное обсуждение остекления с высокими эксплуатационными характеристиками и их характеристик, включая коэффициенты затемнения.
    • Упрощенный дизайн систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха Бобенхаузен, Уильям. Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc., 1994. — отличный источник информации по основам солнечной геометрии и углов Солнца.
    • Солнечные устройства контроля и затенения от Olgyay, Aladar и Olgyay, Victor. Принстон, Нью-Джерси: Princeton University Press, 1957. — Классический источник информации и примеров устройств защиты от солнца и затенения.
    • Защита от солнца: международный обзор Danz, Ernst. Нью-Йорк: Frederick A. Praeger, 1967. — Распечатанный, но достойный внимания, он предлагает множество провокационных фотографий и иллюстраций затененных устройств со всего мира.

    Учебные занятия

    Инструменты проектирования и анализа

    Существует ряд инструментов для анализа и проектирования зданий, которые позволяют пользователям оценивать влияние различных стратегий защиты от солнца и затенения.

    • DOE 2 — Описание: Полное почасовое моделирование; Расчет дневного света и яркости интегрируется с почасовым моделированием энергии.Рекомендуется IBM или совместимый Pentium. Наличие: Группа исследований моделирования, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли,
    • Radiance 3.5 (2003 г.) — Описание: программа трассировки лучей, которая точно предсказывает уровни освещенности и создает фотореалистичные изображения архитектурного пространства в любых условиях неба. Sun Microsystems, DEC, Macintosh с (AUX), CRAY или другая машина UNIX. Наличие: Отдел экологических энергетических технологий, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли,
    • Энергетические схемы (3.0) —Описание: инструмент проектирования на базе Macintosh, а не инструмент анализа или оценки. Только для компьютеров Macintosh под управлением OSX 6.x или более ранней версии. Доступность: Магазин Лаборатории энергетических исследований в зданиях (ESBL) Орегонский университет

    Прочие

    От транспортиров до современных DISTOS: оценка измерительных инструментов на протяжении всей истории

    Создание и использование измерительных приборов, возможно, является одним из лучших индикаторов технического прогресса, который мы можем определить в ранней цивилизации.Когда цивилизация находилась в зачаточном состоянии, людям требовался способ понять и рассчитать различные задачи, включая обмен продуктов питания и сырья, изготовление одежды и строительство зданий, которые вместе образуют города, общины, места поклонения и многое другое. Именно здесь важность измерительных систем становится очевидной.

    ИСТОЧНИК ФОТО: Слева: Библиотека науки, промышленности и бизнеса: Общее собрание, Нью-Йоркская публичная библиотека. «Оборудование и техника: водяные колеса; древнеримские безмены; топка паровой машины; древние чешуи; гидравлический пресс; Весы.Цифровые коллекции Нью-Йоркской публичной библиотеки. 1858. http://digitalcollections.nypl.org/items/510d47d9-c742-a3d9-e040-e00a18064a99 Справа: Коллекция Grand Tour / Corbis

    .

    Есть целые книги, в которых содержится информация об истории и влиянии древних измерительных систем. Когда дело доходит до конструкции наших современных измерительных приборов, мы многим обязаны древним грекам — греки изобрели множество инструментов, которые мы используем каждый день. Египетская, вавилонская и римская культуры также внесли значительный вклад в развитие математики и геодезии, но давайте сосредоточимся на небольшом кусочке головоломки: измерительные инструменты, используемые на протяжении всей истории .Сегодня у нас есть высокоразвитые технологии, которые значительно упрощают получение точных данных, чем раньше, включая лазерные дальномеры и системы нивелирования Leica. Но как мы жили до того, как у нас появилась эта технология, и какие инструменты мы все еще используем по сей день?

    Уровень

    Невозможно иметь набор инструментов без уровня. Одним из наиболее важных аспектов проектирования зданий и поддержания прочности конструкций является поддержание ровной конструкции.Одна из самых ранних конструкций уровня использовалась римлянами и имела рамку в форме буквы А с дополнительной горизонтальной перекладиной наверху. Этот инструмент, известный как libella , имел отвес, подвешенный к его вершине, который совпадал с отметкой на перекладине в центре рамы инструмента. Этот инструмент имел решающее значение при построении целых цивилизаций, и, помимо определения отвеса и уровня, либелла также действовала как квадрат и даже в случае необходимости линейка. Египтяне построили пирамиды, а греки построили древние храмы — все с помощью уровня.

    ИСТОЧНИК ФОТО: Национальный музей американской истории http://americanhistory.si.edu/collections/object-groups/protractors

    Транспортир

    Все мы знаем, что конструкция — это больше, чем просто углы 90 °. Транспортир, используемый для измерения углов, имеет возможную историю, которая восходит к 1400 году до нашей эры. В гробнице древнеегипетского архитектора Kha исследователи обнаружили объект уникальной формы, который обсуждался на протяжении многих лет.Недавно было высказано предположение, что этот объект на самом деле является первым известным транспортиром в мире. Наблюдая за числами, закодированными на внешней стороне инструмента, можно утверждать, что эти числа представляют собой компасную розу с 16 равномерно расположенными лепестками, окруженными 36 углами. (Подробнее о транспортире Kha здесь)

    Транспортир Kha’s ИСТОЧНИК ФОТО: Блог о растягивании границ

    Транспортиры использовались на протяжении тысяч лет для измерения и рисования углов, а также играли очень важную роль при подготовке карт и навигационных карт.К 17–– годам моряки все время использовали транспортиры для навигации и расчета местоположения корабля. Теперь существует несколько вариантов транспортиров, которые принимают разные формы (полукруг, полный круг, квадрат, прямоугольник, шестой круг, четверть круга), имеют несколько плеч и двусторонние. Неудивительно, что этот инструмент играл разностороннюю и важную роль в математике и измерениях для широкого круга профессий на протяжении всей истории.

    ИСТОЧНИК ФОТО: Учебники Routledge http: // www.routledgetextbooks.com/textbooks/9781138776685/chapter9.php

    Грома

    Вот инструмент для проведения опросов, который сегодня, возможно, не получил широкого распространения. Грома была важным инструментом, используемым римскими геодезистами для отслеживания простых и ортогональных выравниваний на земле, тем самым устанавливая разметку для строительства дорог, городов, храмов и участков земли. Это устройство состоит из вертикальной стойки с горизонтальными поперечинами, установленными под прямым углом сверху. У каждого из этих рычагов были отвесы, спускавшиеся вниз.(Зайдите сюда, чтобы узнать больше о громе и о том, как ее использовать)

    Грома была древним инструментом, который был заимствован месопотамцами, греками и этрусками, но не использовался римской культурой. Этот интересный инструмент проложил путь к строительству больших и малых городов на заре цивилизации.

    ИСТОЧНИК ФОТО: (L) Гленн МакКечни https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/

    Суппорт

    Это устройство незаменимо в машиностроении, металлообработке, лесном хозяйстве, науке и медицине.Штангенциркуль — это инструмент, используемый для измерения расстояния между двумя противоположными сторонами объекта. Самая ранняя форма этого инструмента была найдена около 6 -х годов века до нашей эры на корабле, потерпевшем крушение у итальянского побережья, и был построен из дерева. Спустя годы китайская династия Синь использовала бронзовые штангенциркули для вычисления минутных измерений. Со временем штангенциркуль продолжал оттачивать собственную точность и потенциал, и в 1851 году Джозеф Р. Браун изобрел современный штангенциркуль с нониусом, способный производить измерения с точностью до тысячных долей дюйма.

    Многие профессионалы в наши дни обращаются к цифровым штангенциркулям , которые заменяют аналоговое считывание электронным цифровым дисплеем. Если вы отправитесь в инженерный отдел и производственные цеха Mountain Productions, вы найдете цифровой штангенциркуль на каждом столе и рабочем столе. Это устройство остается незаменимым инструментом в наши дни и может похвастаться долгой эволюцией, восходящей к древним грекам и римлянам.

    ИСТОЧНИК ФОТО: Nerijp https: // creativecommons.org / licenses / by-sa / 3.0 /

    Диоптра

    Этот классический астрономический и геодезический инструмент уходит корнями в 3 год до нашей эры. Диоптра была эффективным геодезическим инструментом, играющим важную роль при строительстве древних акведуков. Некоторые историки полагают, что диоптра сыграла роль в строительстве евпалинского акведука, известного как одно из величайших инженерных достижений древних времен (туннель длиной 4000 футов, выкопанный через гору Кастро в 6 – веках до нашей эры).

    Диоптрия похожа на грому, но точнее. Со временем этот инструмент был заменен теодолитом, в котором для вычисления углов используются подвижные телескопы. Диоптра проложила путь для более совершенных форм измерений, которые будут изобретены на долгом пути истории до наших дней.

    Рулетка

    Мы бы, вероятно, обвиняли вас во лжи, если бы вы сказали, что никогда раньше не пользовались рулеткой.Сегодня рулетки, возможно, являются наиболее распространенным измерительным инструментом, который можно найти в любом ящике для инструментов, и они бывают самых разных конструкций. Большим преимуществом этого инструмента является то, что, несмотря на возможность измерения внушительной длины, рулетка легко переносится в кармане из-за ее компактного размера, но как мы попали в современную ленту, которую мы все знаем и используем сегодня? ?

    ИСТОЧНИК ФОТО: Патент на рулетку, Элвин Дж. Феллоуз, Нью-Хейвен https://docs.google.com/viewer?url=patentimages.storage.googleapis.ru / pdfs / US79965.pdf

    Хотя историки нашли маркированные кожаные полоски, напоминающие примитивные рулетки, считается, что древние римляне использовали эти инструменты как обычные линейки. Признано, что тысячи лет спустя Alvin J. Fellows подал патент на первую пружинную рулетку в 1868 году. Эта конструкция представляет собой круглый кожух со спиральной лентой и пружинным зажимом, который позволял фиксировать ленту в любом положении. пока не выпустят. (Ознакомьтесь с оригинальным патентом здесь). В конце концов, рулетка изменила форму корпуса и маркировку ленты, что привело к появлению нескольких разновидностей инструмента.Как и большинство других устройств сегодня, рулетка вступила в эпоху цифровых технологий, и теперь ее можно найти с цифровыми экранами, отображающими результаты измерений.

    Лазерный дальномер

    В недавнем прошлом (1993 г.) Leica Geosystems положила начало разработке нового способа получения безумно точных измерений с использованием лазерной технологии. Первоначально представленный на выставке Batimat в Париже, первый дизайн Leica DISTO был довольно большим (размером и весом примерно с кирпич), но мог измерять 100 футов и иметь точность 1/8 дюйма.Сочетайте эту точность с простотой управления пользователем (включение, наведение точки на цель, нажатие кнопки), и легко понять, почему DISTO стал экономящим время и предпочтительным инструментом для профессионалов сегодня. (Узнайте больше об истории первого DISTO Leica здесь)

    ИСТОЧНИК ФОТО: Leica Geosystems https://lasers.leica-geosystems.com/blog/brief-history-laser-distance-meter-ldm

    Leica была пионером в области лазерного дальномера, и с тех пор разработала и расширила эту технологию для широкого спектра продуктов DISTO, включая технологию Bluetooth, сенсорные экраны, рейтинги IP и многое другое.(Ознакомьтесь с линейкой лазерных дальномеров Leica DISTO здесь)

    Это всего лишь царапина на поверхности исторического инструмента измерения и истории устройства.