Лекция 10. Ориентирование и топосъемка в подземных полостях. Описание пещер

Конспект лекций, прочитанных в клубе "Чужая Земля" 16 и 23 ноября 2001г.

Зачем нужна топосъемка?
1.Ориентирование в пещере или в каменоломне.
2.Схема навески. Планировать длину веревки, количество ушей и т. д.
3.Приоритет первопрохождения. Чтобы раз и навсегда прекратить споры о том, кто первым прошел такой-то участок пещеры (или всю пещеру) решили: кто оттопосъемил, тот и считается первопроходцем.
4.Глубина пещеры. Поскольку борьба за самую глубокую (длинную) пещеру мира не утихает, то вопрос, чья пещера глубже (больше), можно выяснить только топосъемкой (есть еще гидронивелирование и барометрия, но они тоже привязываются к топе).
5.Привязка к местности. Нанеся на карту местности нитки топосъемок известных на данном участке пещер, можно спрогнозировать место их разгрузки, оценить перспективу соединения пещер в единую систему, и наметить участки для поиска новых пещер.
6.Топосъемка необходима для изучения пещеры. Без хороших карты и разреза невозможно эффективное планирование дальнейшей работы, только топосъемка дает возможность понять закономерности и логику развития пещеры).
Каковы особенности подземной топографии?
а).Под землей не применимы такие основные методы поверхностной геодезии, как триангуляция и аэрофотосъемка.
б).Невозможность применения точных оптических приборов, таких, как теодолит, нивелир. Они применяются маркшейдерами на рудниках, но в суровых условиях природных пещер это невозможно. В старых каменоломнях применение оптики невозможно из-за глыбовых завалов, да и не нужно, так как высокий класс точности съемки не требуется. Высокий класс требуется для проходки и соединения идущих навстречу штреков. Мы же обходимся горным компасом, рулеткой и эклиметром.
в).Как уже отмечалось, суровые условия работы. Вода, льющая в том числе и сверху, многие участки съемок представляют из себя колодцы, то есть работать приходится на веревке. Лед, снег, плохая освещенность.
г). Если задача геодезиста состоит в том, чтобы получить проекцию рельефа (то есть двумерного объекта) на горизонтальную плоскость, то мы имеем дело уже с трехмерным объектом, имеющим трубообразную, часто ветвящуюся и вновь замыкающуюся на себя форму. Если каменоломню или горизонтальную пещеру можно представить на одной плоскости, то многоэтажную пещерную систему или вертикальную пропасть мы представляем в двух (или более) изображениях: плане и разрезе-развертке.
д).Невозможность непосредственного измерения многих углов и расстояний. Вися, к примеру, на веревке, невозможно промерить расстояние до дальних стенок. Как правило, недоступен и потолок. Поэтому, многие расстояния оцениваются на глаз или косвенными методами. (Так было до изобретения лазерных рулеток, теперь вопросы с этими неточностями очень упростились)
е).Ограниченность во времени. Длительность работ в природной пещере обычно не превышает нескольких дней. Значит работы ориентированы на скорость за счет ухудшения качества. Проверить отстроенную съемку удастся в лучшем случае в следующем сезоне, а то и вообще никогда. Все допущенные пробелы и ошибки чаще всего остаются неисправленными.
ж).Следствие всего вышесказанного: очень низкий класс точности полученных результатов. Лучшая топосъемка будет принадлежать по точности к полуинструментальным съемкам. Но для целей спелеологии этого вполне достаточно.
Как это делается?
Идея очень простая. У нас есть две точки (мы их далее будем называть пикетами). С помощью рулетки измеряем расстояние между ними. Прикладывая компас к натянутой рулетке, замеряем азимут с одной точки на другую. Прикладывая к рулетке же эклиметр (прибор для измерения вертикальных углов - отвес и шкала в градусах), получаем вертикальный угол. Для горизонтальных каменоломен достаточно расстояния и азимута. Итак, мы получили расстояние между точками L, горизонтальный (a) и вертикальный (b) углы. Если мы примем первую точку за нулевую (x=0, y=0, z=0), а ось "Y" направим на магнитный север, то мы легко получим координаты второй точки. Для двумерного случая каменоломен:
X=Lsin(a)
Y=Lcos(a)
Далее измеряем те же величины между второй и третьей точками, а координаты третьей точки получаем прибавлением к координатам второй точки вновь вычисленных X и Y. Таким образом мы получаем цепочку точек с узвестными координатами. Отстроив их на миллиметровке, мы получим "ход", который описывает нашу пещеру. А если мы в каждой точке измеряли расстояние от пикета до правой и левой стенок, то мы легко обрисуем наш ход и получим изображение еще и ширины штреков.
Для трехмерного случая природных пещер все несколько иначе. Казалось бы, мы должны получить трехмерные координаты точек:
X=Lsin(a)cos(b)
Y=Lcos(a)cos(b)
Z=Lsin(b)
Для плана пещеры (проекция на плоскость X-Y) мы берем первые две величины: X и Y. Проекция L на горизонтальную плоскость называется проложением. А проекция L на вертикальную ось z - превышением.
Но теперь мы хотим построить разрез-развертку. Что это такое?
!!!Запомните!!!. Разрез-развертка не есть сечение пещеры вертикальной плоскостью. И это не есть проекция на какие-либо вертикальные плоскости. А это есть разрез пещеры вертикальной поверхностью, изгибающейся вместе с изгибами пещеры.
Вот пример хорошо и тщательно сделанного разреза-развертки:

Поэтому, для развертки мы вычисляем две величины:
L'=Lcos(b)
Z =Lsin(b)
Как видим, здесь нет ни Х, ни Y, вместо них вычисляется некая L', поскольку горизонтальное направление поверхности сечения постоянно меняется.
Если пещера ветвится, то на плане это отражается ясно и понятно. Но на разрезе-развертке ситуация неоднозначна. Обычно две разветвившиеся развертки рисуют на одной плоскости. Одну из ветвей можно пустить вправо, другую влево, можно в одну сторону (если они вновь соединяются). Это уже вопрос удобства. Так же как в каменоломнях мы отмечали ширину штрека, так же и в природных пещерах. Плюс к этому, мы оцениваем расстояния вверх и вниз. Обычно пишут. Вверх: "5м" или, если собственно потолок скрыт за уступами, то пишут ">10м" и т.п. Величина "вниз" тоже не всегда равна нулю: если мы стоим в распоре над меандром. Дно тоже далеко не всегда видно.
Как вести вычисления?
Лучше всего компьютерными средствами. Сейчас существует множество программ для построения топосъемок, их можно бесплатно скачать из интернета. Они не только вычисляют координаты точек и представляют их в нарисованном виде, но и могут вычислять и разбрасывать ошибки в замкнутых контурах, обрисовывать стенки. Самые навороченные рисуют объемные изображения.
(Вот здесь собраны некоторые ссылки на сайты спелео-топопрограмм:

• http://www.speleo.qc.ca/auriga/
  Auriga - топопрограмма под PalsOS, но после танцов с бубнами, запускается и на PocketPC.
• http://www.utexas.edu/tmm/sponsored_sites/tss/Walls/tsswalls.htm
  Мощная программа для обработки спелеотопосъемки - WALLS.
• http://www.fountainware.com/compass/
  Программа для обработки спелеотопосъемки COMPASS. Умеет строить объем.
• http://www.resurgentsoftware.com/winkarst.html
  WinKarst Еще одна известная программа для обработки спелеотопосъемки).

Надо только помнить, что конечный продукт должен быть в gif или jpg формате и надо уметь переводить промежуточный продукт к этим форматам. Если же не охота вникать в эти программы, то их легко заменит любой редактор типа Excel. Он, правда, не будет разбрасывать невязки и обрисовывать стенки. Но все это можно легко сделать вручную. Вычисления в Excel элементарны, поэтому на этом вопросе останавливаться не будем.
А можно ли не вычислять координаты?
Можно. Если, к примеру, надо нарисовать отснятое прямо на месте, а это горная местность, то можно на миллиметровке откладывать транспортиром азимуты, а линейкой или циркулем - расстояния. Значения синусов выбиты на обратной стороне горного компаса. Если нет транспортира, то можно использовать компас, сориентировав лист миллиметровки по линии север-юг. Но результат будет гораздо менее точен, по сравнению с вычислением координат. Главная проблема в том, что при построении транспортиром ошибка накапливается от точки к точке, а при вычислении координат нет (исходим из того, что компьютер не ошибается и цифры мы набиваем без ошибок). Кроме того, результат сильно зависит от масштаба построения и от аккуратности чертежника. Например, мы строим изображение в масштабе 1:500. Если, откладывая расстояния циркулем мы ошибемся на полмиллиметра, то это будет сразу ошибка в 25см. на местности. Все это легко проверить: постройте один и тот же участок сперва транспортиром, а потом по координатам. Результаты могут отличаться довольно сильно.
!!!Запомните!!! Транспортиром строятся только черновые наброски, но не окончательный вариант топосъемки. Но я бы советовал даже в полевых условиях строить по координатам. Для этого надо иметь с собой калькулятор и таблицы синусов и косинусов.
Каковы правила ведения топосъемки?
Работа происходит всегда в паре. Один человек (помощник) держит нулевой конец рулетки и ставит бумажки или камешки в качестве пикетов. Второй (сам топосъемщик) держит другой конец рулетки и отсчитывает по ней расстояние. Он же измеряет азимут и вертикальный угол и он же ведет записи и зарисовки.
!!!Запомните!!! 1.В процессе работы помощник и топосъемщик не должны меняться ролями. Топосъемка несколькими парами не есть хорошо. Такие съемки почти всегда отличаются низким качеством.
2.Тот, кто вел записи, тот и строит потом карту. Как бы аккуратно ни велись записи, посторонний человек в них не разберется или разберется, но допустит ошибки.
3.Строить карту надо не позже, чем через три дня после съемки. В первые дни человек еще может вспомнить как выглядело то, что он снимал. Потом все стирается из памяти и гораздо труднее выявить ошибки.
Какие компаса применяются при топосъемке?
Применяется горный компас ГК-2 или его аналоги. В чем его отличие от обычного туристского компаса?
1.Прямоугольная форма, на одной из сторон высечена сантиметровая шкала. Круглая форма категорически не подходит, так как именно прямая боковая сторона прикладывается к рулетке.
2.Цена деления - 1 градус. Компаса даже с ценой деления 2 градуса не годятся, так как точность съемки упадет сразу в два раза.
3.Встроенный эклиметр. Он дает невысокую точность, но может использоваться при отсутствии отдельного эклиметра.
4.Имеется винт для юстировки лимба (круговой шкалы с градусами).
5.Сам лимб, в отличие от большинства туристских компасов, неподвижен. Этот факт также значительно влияет на точность отсчета.
6.Шкала градусов идет против часовой стрелки, запад и восток обменяны местами. В туристских компасах шкала идет по часовой стрелке.
7.В горных компасах отсутствуют визирные устройства. Пользоваться визирами при топосъемке запрещено, так как такой способ дает ошибку в азимуте до 10 градусов. Мы же должны получить ошибку менее 2 градусов. Теоретически, при цене деления в 1 градус мы можем получить максимальную среднюю точность в 0.5 градуса. На практике ошибка будет больше и это в большой степени зависит от аккуратности топосъемщика.
!!!Запомните!!! На одном и том же участке, с одним и тем же набором инструментов при всех прочих равных условиях, разные люди будут систематически получать разную точность. Это называется "тщательность исполнения". Тщательность исполнения это индивидуальная особенность каждого конкретного съемщика.
Как происходит отсчет азимута туристским компасом?
Азимут есть угол между направлением на магнитный север и направлением на предмет, причем этот угол отсчитывается по часовой стрелке и может иметь значения от 0 до 360 градусов. Пусть предмет находится на востоке, а компас у нас направлен на север. Мы хотим померить азимут на предмет. Вращаем компас вправо, при этом стрелка сдвигается влево (она должна всегда показывать на север). Что показывает стрелка? 270 градусов. А восток это азимут 90. Значит, мы начинаем вращать лимб, пока не совместим северный конец стрелки и "0". Тогда визирный выступ остановится как раз напротив "90". Это и есть наш искомый азимут. Непонятно? Возьмите компас и проделайте это сами, тогда все будет ясно. Почему такой способ нас не устраивает? Каждый отсчет происходит с некоторой, пусть и небольшой ошибкой. Мы внесли ошибку, пока визировали. Потом нам надо было переместить голову вверх, чтобы взглянуть на лимб. Пока мы это делали, рука дернулась и ошибка возросла. Потом мы вращали лимб и добавили еще две ошибки - когда совмещали стрелку и "0" и когда брали отсчет по визирному выступу. Плюс к этому, поскольку лимб вращается, у него есть некоторый люфт. Это тоже добавляет ошибку. Результат: плачевный.
А как берется азимут на горном компасе? Геологи люди умные, хотя и алкоголики. Поэтому они придумали гораздо более совершенную и более простую конструкцию. Мы прикладываем компас к натянутой рулетке. Той стороной, где "0" направив на предмет. При этом смотрим сразу сверху вниз на лимб, а не на предмет. Лимб не вращается, но зато шкала идет против часовой стрелки. Северный конец стрелки сразу показывает азимут. Таким образом, ошибки вносятся при прикладывании компаса к рулетке (их края должны быть строго параллельны) и при снятии отсчета. Все. Накаких манипуляций, никаких люфтов.
А где взять горный компас?
купить в каких либо туристических магазинах. Сейчас это большая редкость, так что поискать придется. Ну или не забывайте, мы живем в век высоких технологий, под рукой всегда есть интернет:)
Что может быть неисправно в компасе?
И как проверить его исправность?
1.Может быть не отцентрирована иголка. Если один конец показывает "0", а другой "179" или "181" вместо "180", то иглу надо центрировать. Проверять, кстати, надо в двух перпендикулярных направлениях, еще проверить "90-270". Почему - понятно. У меня игла была мало того, что не центрирована, так еще и стрелка на ней плохо вращалась. Пришлось ее выдрать и вместо нее вклеить на эпоксидке обломок булавки.
2.Линия "0-180" может быть не параллельна боковой стороне. Заметить на глаз ошибку даже в 2 градуса невозможно. Поэтому проверяем так. Кладем компас на лист миллиметровки и совмещаем боковую сторону компаса с одной из линий. Теперь очень аккуратно кладем сверху на компас линейку (лучше прозрачную) и совмещаем ее край точно с рисками "0" и "180". Если линейка не параллельна линиям на миллиметровке, то действуем юстировочным винтом, пока лимб не установится правильно.
3.Иголка может плохо вращаться на игле. Как это узнать? Установим компас на столе в любом направлении. Допустим, стрелка показала "56". Возьмем железный предмет и, не трогая компаса, раскачаем стрелку. Пусть теперь она успокоится. Если после остановки стрелка показала все те же "56", то все ОК. Если "57" или "55", то попробуем и перед первым и перед вторым замерами постучать карандашом или ногтем по стеклу. Если показания отличаются более, чем на градус, надо менять иглу. Хорошим, но необязательным признаком является дрожание стрелки. Если дрожания нет, надо во время замеров слегка встряхивать компас или слегка стучать по стеклу ногтем.
Что еще надо помнить?
Ручка, которой вы пишете, не должна быть стальной. Посмотрите, что входит в ваше снаряжение. Если работаете в обвязке, проследите, есть ли у вас стальные карабины и т.д. Электрический ток тоже может влиять на стрелку. Если есть сомнительный предмет, то положите компас на землю и постарайтесь раскачать стрелку этим предметом. Если это удается, то удалите предмет.
Совершенно невозможно работать компасом на письменном столе. Болты, гвозди, предметы в ящике стола - все влияет на стрелку.
Магнитный север и географический север не совпадают. Вообще-то магнитный север находится в Антарктиде, а северная стрелка указывает на южный магнитный полюс, ведь N тянется к S. Логично? Ну так вот, магнитный север, который на самом деле южный, находится в сотнях км. от географического полюса, да кроме того еще медленно перемещается. Сейчас его координаты 100^o ЗД и 77^o СШ. Поэтому сетка на географических картах не совпадает с магнитным меридианом. Магнитное склонение в Московской области составляет 4^oк востоку. (данные на 2002 г). Все топосъемки строятся по магнитному меридиану, но если придется привязывать нитки ходов к географической карте, надо делать поправку на склонение.
Проведем такой опыт. Возьмем два горных компаса и снимем с них стекла. Теперь один из них установим, совместив стрелку с отметкой "0". Не сдвигая компаса, аккуратно снимем стрелку с иглы и на ее место поставим стрелку от другого компаса. И, - о ужас! - мы видим, что стрелка показывает, допустим, 3^o. Происходит это оттого, что стрелки, как ни парадоксально, не всегда показывают на север. По линии север-юг устанавливаются магнитные линии внутри стрелки, а они не всегда идут точно от кончика к кончику.
Это зависит от технологии производства стрелок. Какая из стрелок правильнее, мы узнать в домашних условиях не можем, поэтому будем снимать тем, что есть, соблюдая следующее правило. !!!Запомните!!! Пещеру надо стараться снимать от начала до конца одним компасом. Если работа идет в несколько пар, то надо знать различие в компасах и вносить поправки. Если и это невозможно (например, часть системы отснята много лет назад неизвестно каким компасом), то подстраивать к ней новую часть надо с неким перекрытием, "корнем". То бишь, повторно отснять небольшую часть системы.
Как часто надо поверять компас?
Идеально - перед каждым выходом и после каждого возвращения. Или хотя бы перед каждым выходом. Но в этом случае, если окажется, что компас сбит, то уже не узнать, когда это произошло - после или во время предыдущих съемок.
Ну а какие требования к рулеткам?
1. В высокоточной геодезии запрещены все неметаллические рулетки. Только металл, причем особых сортов. Например, инварные проволоки. Их длина практически не меняется от температуры. В нашем случае, наоборот, запрещены все металлические рулетки, поскольку мы работаем с магнитными приборами, а геодезисты с оптическими. Не рекомендуются рулетки на тканевой основе - они могут садится после стирки. Лучше всего пластик.
2. Материал не должен ни садится, ни растягиваться после мытья рулетки. Как только рулетка куплена, ее надо проверить надежной металлической линейкой. В квартире на полу надо сделать метки с расстоянием между ними 5 м. и после каждой сушки проверять длину.
3. Длина рулетки для каменоломен лучше всего 15 или 20 м. Пять метров мало, десять достаточно, но иногда неудобно. В природных пещерах только 20-метровые или больше (если есть).
4. Необходимо правильно понять, где нулевая отметка на рулетке. Не там, где кончается пластик, а там, где кончается кольцо. Забыв про это, вы будете при каждом измерении добавлять ошибку в 2 см.
Как пользоваться рулеткой?
Держать без провиса, но и не натягивая с усилием. Если пол совершенно ровный, то можно класть рулетку на пол, прикладывая прямо к бумажкам. Но такой вариант редок. Обычно пол неровный. Тогда оба съемщика садятся на корточки и прижимают концы рулетки к ноге (для жесткости) и при этом проектируют отсчет рулетки на лежащую внизу бумажку или камешек. По точности этот вариант лучше предыдущего. Дело в том, что опуская конец слишком низко, вы рискуете ввиду плохого освещения снимать неправильные показания по компасу. А ошибка в 1^o это при съемке десятиметровками сразу ошибка в 17 см. Небольшое отклонение рулетки от горизонтальности в 2-3 градуса практически не влияет на точность измерения длины. Если наклон больше, вносятся поправки. Если рельеф совсем тяжелый, особенно в условиях природных пещер, то приходится работать стоя, прижимая концы рулетки к поясу. В случае, если рост разный, надо встать рядом и выяснить, кому на каком уровне прикладывать к себе рулетку. При варианте работы стоя точность резко снижается. Вообще, основное правило тригонометрического нивелирования - равенство высот над полом двух концов рулетки. Очень хорошо показали себя рейки длиной около метра. Две рейки строго одинаковой высоты ставят на два пикета, а рулетку прижимают к их концам. Резко уменьшается погрешность установки на пикет и существенно уменьшается погрешность, связанная с неравенством высот над полом.
Ну и, наконец, главный момент - как совмещать рулетку и компас. Так, как показано на рисунке:
Не забудьте, что "0" всегда смотрит вперед, по ходу движения. Иногда по каким-то причинам главный съемщик может идти первым, а помощник сзади. Это называется обратная засечка. Тогда "0" надо направлять на себя, либо от себя, но показания снимать уже по красному концу стрелки, а не по синему.
Есть еще лазерные дальномеры...
Есть. Но. Прибор должен не бояться грязи и сырости. Это во-первых. Во-вторых, сам прибор снимает с большой точностью, но ведь его еще надо установить на пикет, а это всегда точность плюс-минус два-три см. Когда вам надо измерить пролет в 100м. применение прибора оправдано, но у вас будут расстояния в 3-5-10м. А такие расстояния мы и рулеткой померим с точностью в 3 см. Недоступные предметы этим прибором тоже не меряются, так как к нему нужен фасеточный отражатель на другом конце. Добавление. Уже появились дальномеры, к которым не нужен отражатель, они способны измерять расстояния до недоступных предметов (стенки колодца, когда топосъемщик висит на веревке). Нет сомнения, что скоро появятся водонепроницаемые аналоги таких дальномеров. Какие перспективы тут открываются? Общая нить топосъемки будет мериться приблизительно с той же точностью, что и рулеткой. Для ее улучшения нужны более точные угломерные приборы. Зато улучшится качество обрисовки стенок. Увеличится скорость съемки.
Что касается лазеров, то можно совместить лазерную указку и компас для лучшего измерения горизонтальных углов. Неплохая идея для тех случаев, когда надо измерять азимуты на сильно наклонных участках. В этом случае луч лазера направляется на пикет, не прикладываясь к рулетке. Конструкция состоит из собственно компаса, коробочки, куда он жестко вставляется и вертикального лимба с указкой. Лимб прикреплен к боковой плоскости коробочки перпендикулярно плоскости компаса и вращается вместе с указкой вокруг оси. Здесь надо следить, чтобы:
а) плоскость лимба была строго перпендикулярна лимбу компаса,
б) чтобы ось указки в горизонтальном положении была строго параллельна оси 0-180 лимба компаса.
В итоге ошибка при измерении на наклонных (!) участках будет не меньше, чем при прикладывании компаса к рулетке. При этом рулетка все равно не исчезает, она нужна для измерения длин.
Как пользоваться эклиметром?
Измерение вертикальных углов это вечная головная боль всех топосъемщиков. Ничто не вносит таких больших погрешностей в измерения, как эклиметр. Встроенный в ГК-2 эклиметр дает разброс градусов в пять. Во-первых, его шкала как правило плохо наклеена и при этом не юстируется (то есть она может быть и не отцентрирована и линия "ось-90^o" может быть не перпендикулярна боковой стороне компаса. Но это еще пол-беды. Беда заключается в том, что человек при съемке вертикального угла не видит шкалы. Чтобы снять показания, на компасе есть специальная кнопка, которая фиксирует отвес. После этого компас подносится к глазам и снимается показание. Но когда зажим прижимает отвес, он его сдвигает на 2-3 градуса. Поэтому лучше всего делать самодельные эклиметры с хорошо выверенной шкалой и без зажимов. Устройство примитивное. Прямоугольный корпус из пластика, лимб на 180^o с точностью в 1^o, гвоздик в центре (а лучше дырочка, из которой выходит нитка) и грузик на достаточно прочной и при этом тонкой нитке. Все это надо рассчитывать на работу в очень сырых условиях. Из дерева делать плохо, оно разбухает. Нитка не должна прилипать к корпусу, лимб не должен отклеиваться от воды, а краска смываться. Очень удобны эклиметры, подвешивающиеся на полотно рулетки. Естественно, такой прибор должен быть очень легким. Чтобы он не скользил по рулетке, удобно использовать небольшие зажимы.
Хороши жидкостные эклиметры. Изогнутая трубка и пузырек в ней. Все это крепится на основание со шкалой.
Куда и как записывать показания?
В сухих каменоломнях наиболее удобны обычные блокноты размера А5. Записывать лучше ручкой, но не гелевой. Гелевые ручки смываются водой без следа. Карандаш тоже не очень здорово: его надо часто точить. А карандашами твердых сортов вообще невозможно работать. Так что ручки. Взять их надо не менее трех штук, т.к. они не выдерживают грязи.
Совсем иная картина в сырых природных пещерах. Здесь бумажные блокноты абсолютно исключены. Вместо них используются специальные пикетажки. Как они выглядит? Прямоугольный кусок пластика или алюминия размером А6. К нему узкой планкой на болтах крепится приблизительно 20 страничек из лавсановой пленки (рисуют карандашом, одна сторона пленки глянцевая, другая матовая. Можно рисовать и стирать ластиком. Либо смывать рисунок жидкостью типа Fairy). К пикетажке крепятся также петля для руки (чтоб не упала в какой-нибудь колодец) и простой карандаш на веревочке, заточенный с двух сторон. Еще лучше карандаш с ластиком на другом конце. Можно добавить резинку для прижатия страниц. Note: некоторые сорта грифеля размокают от воды. Проверить в стакане с водой.
Запись ведется примерно так:

NN	Аз.	L	b	ПР.	ЛЕВ.	ВЕРХ	НИЗ	Комментарии
1->2			-4	1.5		>15		в стену

Это значит: с пикета 1 на пикет 2, азимут 58, длина 5м, вертикальный угол -4^o (наклон вниз), до правой стенки 1.5 м, до левой 1 метр, потолок не виден, но более 15м, стоим на полу, следующий пикет упирается прямо в стену (а не в середину штрека).
В горизонтальных пещерах не записываются b, верх и низ.
Дополнительно к записям делаются еще и рисунки. Любая развилка, зал, расширение зарисовываются. Не надо зарисовывать только прямые штреки и ходы. В случае природных пещер время от времени рисуются также сечения. Для колодцев - сечения горизонтальной плоскостью, для субгоризонтальных ходов - вертикальные сечения. На топосъемках они рисуются в виде выносок.
Вот пример страницы пикетажки при картировании каменоломни:

 

Зачем нужно нивелирование?
Оно нужно только затем, чтобы получить точное значение глубины пещеры. Глубину можно получить тремя способами.
1).Тригонометрическое нивелирование. Вычисление координат из известных длин и вертикальных углов. Но точность измерения вертикальных углов очень маленькая, поэтому полученные данные подкрепляются барометрией и гидронивелированием.
2).Барометрическое нивелирование. Сейчас продаются много моделей часов со встроенным барометром. Подойдя ко входу в пещеру показание высоты обнуляется, а в промежуточных точках и на дне снимаются показания глубины. Все замечательно, но чтобы дойти до дна требуются сутки, а то и больше. За это время атмосферное давление может измениться так, что вы получите показания с ошибкой метров в сто. В классической геодезии эта проблема решается так. Организуется ВБС - временная барометрическая станция, где человек каждый час снимает показания барометра. В это время группа производит где-то там барометрию, а по возвращении вносит поправки для каждого времени. Нечто подобное надо сделать и в нашем случае. Часов с высотомером должно быть двое и лучше если они одинаковы: одни в пещере, другие на поверхности. Не забыть записывать время замеров. Кроме того, надо помнить, что на показания барометра сильно влияют токи воздуха. Если на глубине ощущается поддув (например, втекает холодный воздух или движение воды вызывает ветер, то показания глубины сильно искажаются). На таких участках снимать показания нельзя. Какая точность получается? Для глубин более 1.5 км получится ошибка метров в 30 - 50. Поэтому глубину пишут по минимальному значению. Если гипотетическую пещеру замерили как 1660, то объявили как 1610. Другую замерили как 560, объявили как 550. Отсюда, кстати, происходит путаница с глубинами. Когда одни объявляют глубину без вычета ошибки съемки, другие с вычетом. Одни округляют цифры: 1510, другие нет: 1508. Методически правильной будет такая запись: 1660+-50
3)Наиболее надежные значения дает гидронивелирование.
Гидронивелир это манометр и шланг, заполненный водой. Длина шланга до 60м. На одной точке стоит манометр, на другой верхний уровень воды в шланге. Пять-шесть атмосфер конструкция выдерживает. При большей длине давление будет его срывать. Шланг прозрачный. На конце к нему крепится пластиковая бутылка для залива воды и как буферная емкость (трубки под давлением могут немного расширяться и столб воды не должен существенно падать). Воду иногда подкрашивают медным купоросом для лучшей видимости. Столб жидкости в 1см. создает давление в 1гс/см². Столб в 10м создаст давление в 1кгс/см². Значит манометр нужен с диапазоном 0-6кгс/см². Точность измерения будет зависеть от цены деления. Обычно на манометрах пишут погрешность в процентах от максимального значения. От 0,5 до 5 и более процентов. Нас устраивает манометр с погрешностью не более 1 - 1.5% Если цена деления 10гс/см², то измерение будет с точностью 5см. (половина цены деления). При замере 10м это 0.5% Плюс ошибки при установке на пикеты тоже порядка 5см. Итого 1% При замере полуторакилометровой дыры ошибка будет около 15-20м. Но это лучший результат. При неаккуратной работе ошибка может значительно возрастать. Манометры с маленькой ценой деления редки и дороги, да и размеры у них с кастрюльку. Но заменять их на более грубые варианты недопустимо. Во всяком случае, доверять заводской шкале не следует. Необходимо поверять манометр на какой-нибудь высокой конструкции, тестируя его по рулетке. Делают это перед экспедицией и после нее. Тут надо помнить, что плотность воды зависит от температуры. Минимальна плотность при 4 градусах. Так что тестировать при 30-градусной жаре, а потом идти в пещеру, где 4 градуса, не стоит.
Говорят, были умельцы, которые за отсутствием манометра брали пластиковую бутылку, опускали в нее часы для подводного плавания и крепили к бутылке шланг. Идея хорошая, но какова точность часов? Если найдете глубиномер, который дает точность в те же 5 см., то почему бы и нет? Но как им удавалось пропихнуть часы в узкое горлышко?
Какова особенность картирования колодцев?
Когда мы картируем горизонтальные и субгоризонтальные ходы, то берем показания вперед, в стороны, вверх и вниз. Когда мы висим на веревке в колодце, то топонитка и так идет вниз. Поэтому в колодцах запись несколько другая. Мы замеряем длину вниз, угол и (если не строгая вертикаль) азимут. Форму колодца обрисовываем либо по сторонам света С, Ю, З, В. Либо, если колодец в горизонтальном сечении вытянут, то по длинным и коротким направлениям. Пример записи:

NN	Аз.	L	b	I	II	III	IV	Комментарии
12->13				20-5.5	110-10	210-0	290->15	в стену

Это значит: с пикета 12 на пк13, азимута нет (строгая вертикаль), длина 8м, вертикальный угол 90^o, расстояния до стенок по Аз20 - 5.5м, по Аз110 - 10м, по Аз 210 - нуль (мы висим у этой стены), по Аз 290 - видимость 15м, далее не видно за поворотом. Колодец.
Тут неточность. На строго вертикальных промерах в графу "Азимут" необходимо вписывать "-" (прочерк), так как азимут "0" - вполне конкретное направление, возникнет ошибка при камералке.
Два способа обрисовки представлены на рисунке.

Когда ход наклонный, то выбор между этими двумя способами на усмотрение съемщика.
Как картировать крупные залы, колонники?
Не очень крупные залы: ставите пикет в центре и от него ставите точки по углам зала. Если очень крупный, то от входа вести две нитки по периметру, замыкая их у выхода. Если колонник, то по периметру, кидая точки и в стены и в колонны. Если колонны стоят во много рядов, то вести дополнительные нитки между рядами. Если колонны маленькие, то записывать в комментариях: "в колонну d=1,5м". Если колонны большие, то обходить их ниткой как по обычным штрекам, бросая точки на углы.
Как определить высоту потолка?
Даже если есть возможность вскарабкаться по скалам до самого потолка и измерить высоту непосредственно, делать этого ни в коем случае не следует: жизнь стоит дороже. Высоты до 7-10м. определяются на глаз. Для этого надо развивать глазомер. Вы должны знать высоту стенки, на которой обычно тренируетесь дома и помнить "как выглядит" эта высота. Более точно высота определяется геометрически.
Способ 1. В достаточно широком зале, необходимо два человека. Выбираете самую высокую точку на потолке (Е) и отмечаете место точно под ней на полу (D). Теперь лучше всего использовать лазерную указку или хотя бы направленный луч света. Указку удобно прятать, например, в контейнере для плоской батарейки на каске (от альтурсовского налобника). Один участник отходит в сторону, второй по его команде отходит все дальше, постоянно светя в нужную точку на потолке. И так, пока наблюдающий не увидит, что луч падает точно под 45^o. Получился равнобедренный треугольник с углом 45^o. Он говорит: "Стоп!" Теперь они измеряют расстояние от первой отмеченной точки до второй (АС) - это и есть высота потолка. Поправки на неровности пола.

Способ 2. Способ может использоваться и в нешироких залах. Замечается точка Е на потолке и С под ней на полу. На некотором расстоянии в точке В ставится человек с поднятой рукой, изображая вешку. Второй, пригибая голову поближе к полу выбирает такую точку А, из которой пальцы поднятой руки D проектируются на потолочную точку Е. Замеряем расстояния АВ, АС, ВD. Из подобия треугольников ЕСА и DВА получаем ЕС. Это и есть высота потолка.
Способ 3.Этот способ требует только одного человека, но нужно зеркальце. Точно так же отмечаются точка Е на потолке и С под ней на полу. На пол в точке А строго горизонтально кладется зеркальце. Чтобы проверить горизонтальность, к зеркальцу нужен еще и шарик. Если он не скатывается с зеркальца, можно проводить измерения. Теперь измеряющий постепенно отходит от зеркальца, пуская от уровня глаз лазерный луч. Когда луч, отразившись от зеркальца попадет точно в намеченную область на потолке, движение прекращается. Теперь измеряются расстояния DB, AB, AC. Из подобия треугольников DВА и ЕСА получаем ЕС. Все три способа дадут ошибку в пределах полутора метров, что вполне приемлемо.
Когда можно использовать приближенные способы измерения?
Есть точки, находящиеся на главных цепочках (опорных ходах) топосъемки (магистральные точки), а есть точки обрисовки (расстояния до стенок, до углов зала, короткие цепочки в тупики). Если мы ошибемся в определении координат точки обрисовки, то на качестве дальнейших измерений это не отразится. Если же мы ошиблись в координатах магистральной точки, то ошибка перейдет во все без исключения точки, отмеренные от нее.
!!!Запомните!!! Ошибки измерений на магистралях накапливаются, а в точках обрисовки нет. Магистральные точки измеряются точными методами, а точки обрисовки могут измеряться приближенными способами.
Какие существуют приближенные способы измерений?
Во-первых, геометрические способы определения высоты потолка.
Во-вторых, все измерения на глаз. Например, при недоступности стенок в колодце.
В-третьих, антропометрия. То есть, измерение малых расстояний различными частями тела. Очень удобно при обрисовке стенок в узких ходах и меандрах. Занимает пару секунд.
Ширина раскинутых рук до кончиков пальцев в точности равно росту человека. Это заметил еще Леонардо да Винчи. Допустим, у меня рост 187см. Ширина размаха рук 188см. Мысленно добавив с каждой стороны длину мизинца (6см) получу в точности два метра. Теперь согну одну руку в локте, а другую оставл