Инструменты Рамсдена для геодезических измерений.

Введение

Рамсденские геодезические приборы – это приборы, изготовленные Джесси Рамсденом и использовавшиеся в высокоточных геодезических съемках, проведенных в период с 1784 по 1853 год. К ним относятся пять больших теодолитов – великих по названию, великих по размеру и великих по точности, – использовавшихся при съемках Великобритании и других частей света. Рамсден также поставлял оборудование для измерения множества базовых линий этих съемок и зенитный телескоп для определения географической широты.

Великие теодолиты

В общей сложности восемь таких приборов были изготовлены Ramsden и другими для использования в Великобритании, Индии и Швейцарии. Сам Рамсден изготовил три теодолита, а еще два были завершены по его чертежам Мэтью Берджем, его зятем и преемником в бизнесе, после смерти Рамсдена в 1805 году. Из остальных приборов один был изготовлен Уильямом Кэри, а два других – фирмой Troughton and Simms.

Королевское общество теодолитов

В 1783 году Лондонское королевское общество отреагировало на (необоснованную) французскую критику Гринвичской обсерватории, запросив королевское одобрение на проведение высокоточного геодезического обследования – англо-французской съемки (1784–1790) – между Гринвичем и установленными французскими пунктами съемки на другом берегу Ла-Манша. Получив одобрение, генерал Уильям Рой согласился возглавить работы и незамедлительно обратился к Рамсдену с заказом на новые инструменты. Три года спустя «великий» теодолит был доставлен с задержкой, вызванной опозданиями Рамсдена, авариями на мастерской и его стремлением к непрерывному совершенствованию – «это не годится, нужно начинать снова». Инструмент был оплачен казной, и король немедленно передал его Королевскому обществу; по этой причине теодолит получил название теодолита Королевского общества, или, кратко, Ramsden RS. Полное описание этого теодолита содержится в итоговом отчете англо-французской съемки (1784–1790). Инструмент был крупным, в поперечнике, и обычно устанавливался на штатив, который размещал зрительную трубу на высоте от 5 до 6 футов. Он весил около , а вес аксессуаров и футляров был примерно таким же. Более шестидесяти лет он путешествовал по Британии в собственной рессорной карете, доставляемый к местам, где его поднимали на горы, церковные башни и даже на леса вокруг колоколен. Горизонтальный круг был разделен с высокой точностью, с делениями через 15 минут дуги, с использованием одного из собственных делительных двигателей Рамсдена; отметки на шкале диаметром были расположены примерно на расстоянии друг от друга. Таким образом, положение телескопа можно было определить визуально с точностью до четверти градуса, но точное положение между делениями считывалось с помощью микрометрических микроскопов, оснащенных регулируемыми перекрестными нитями в фокальной плоскости, как показано на рисунке. Шаг винта был таким, что пятнадцать полных оборотов соответствовали перемещению от одной отметки шкалы к другой, то есть на 15 минут, и поскольку шкала на регулировочной головке позволяла измерять одну шестьдесятную долю оборота, достигнутая точность составляла около одной угловой секунды. Инструмент также оснащен вертикальным полукругом для измерения высот удаленных пунктов и, следовательно, перепада высот. В окуляр установлены перекрестные нити, аналогичные тем, что используются в микроскопах; они регулируются винтом, позволяющим измерять углы с точностью до пяти угловых секунд. Типичные расстояния при англо-французской съемке были менее 20 миль (32 км): на таком расстоянии одна угловая секунда соответствует боковым или вертикальным смещениям в целевом пункте примерно . Ни один другой теодолит в то время не мог обеспечить такую точность. Это был первый инструмент, способный измерять сферический избыток больших треугольников съемки. После завершения англо-французской съемки инструмент хранился в Королевском обществе, но в 1799 году Совет по вооружению запросил его для использования при главной триангуляции Великобритании. По окончании съемки теодолит был передан в штаб-квартиру Ордонанс-сюрвей в Саутгемптоне, где он был уничтожен во время бомбардировок 1941 года.

In 1783 the Royal Society of London reacted to (unfounded) French criticism of Greenwich Observatory by seeking Royal assent to undertake a high precision geodetic survey, the Anglo French Survey (1784–1790), between Greenwich and the established French survey stations on the other side of the English Channel. Approval having been granted, General William Roy agreed to undertake the work and he immediately approached Ramsden to commission new instruments. Three years later the "great" theodolite was delivered after a delay attributable to Ramsden's tardiness, workshop accidents and his predilection for continuous refinement—"this won't do, we must have at it again". The instrument was paid for by the Crown and the King immediately presented it to the Royal Society; for this reason the theodolite is designated as the Royal Society theodolite, or Ramsden RS in short. There is a complete description of this theodolite in the final report of the Anglo French Survey (1784–1790). The instrument was large, across and it was normally mounted on a stand which placed the sighting telescope between 5 and 6 ft. high. It weighed about and the accessories and cases weighed as much again. It travelled around Britain for over sixty years, in its own sprung carriage, to locations where it was hauled up mountains, church towers and even scaffolded steeples. The horizontal circular scale was divided very accurately with divisions at 15 minute (of arc) intervals using one of Ramden's own dividing engines; the marks on the diameter scale would be about apart. The position of the telescope could therefore be read to the nearest quarter of a degree by eye but the exact position between the divisions was read with the aid of micrometer microscopes fitted with adjustable cross wires in the focal plane, as shown. The threads of the screws were such that fifteen full turns moved from one scale mark to the next, i. e. 15 minutes, and since the scale on the adjusting knob allowed one sixtieth of a turn to be measured the resulting accuracy was within one arc second. The instrument is also fitted with a vertical semi circular scale to measure the elevations of distant stations and therefore a height difference. Cross wires similar to those used in the microscopes are fitted into the eyepiece; they are adjustable by a screw thread which allowed angles to be measured to within five arc seconds. Typical distances in the Anglo French Survey were less than 20 mile (32 km): at that distance one second of arc corresponds to lateral or vertical displacements at the target station of approximately No other theodolite could match this precision at that time. It was the first instrument to be able to measure the spherical excess of large survey triangles. After completion of the Anglo French Survey this instrument was stored at the Royal Society, but in 1799 the Board of Ordnance requested its use for the Principal Triangulation of Great Britain. On completion of the Survey the theodolite was stored in the headquarters of the Ordnance Survey at Southampton where it was destroyed in the bombing raids of 1941.

- Оружейный совет.

В своем докладе Королевскому обществу в 1775 году Уильям Рой отметил, что Индия подходит для измерений как меридианных, так и параллельных дуг. К его радости, Ост-Индская компания согласилась взяться за такое предприятие и заказала у Рамсдена второй большой теодолит. Он был готов в 1791 году, но Рамсден посчитал необходимым повысить цену из-за проблем, возникших в процессе изготовления. К его удивлению, компания отклонила его цену и отказалась от покупки прибора. Теодолит был приобретен герцогом Ричмондским, который, будучи главным мастером Артиллерийского совета, обеспечил основное финансирование англо-французской съемки Роя (1784–1790). Теодолит получил название теодолит Артиллерийского совета, или кратко Ramsden BO. Ричмонд планировал использовать новый теодолит для расширения съемки Роя на южные графства Великобритании. Прибор был в основном идентичен первому, но с добавленными усовершенствованиями, главным образом в количестве и расположении микроскопов с их прецизионными микрометрическими механизмами. Он использовался до завершения главной триангуляции Великобритании в 1853 году и в настоящее время находится в Музее науки в Лондоне.

Другие теодолиты Рамсдена

Рамсден изготовил как минимум еще один 3-футовый (1 метр) теодолит, части которого были обнаружены в Швейцарии. Этот инструмент и его два больших теодолита описаны в отчете о Главной триангуляции .

Великие теодолиты других строителей

Хотя Ост-Индская компания отклонила второй теодолит Рамсдена, они заказали аналогичную конструкцию у другого лондонского изготовителя инструментов, Уильяма Кэри. Этот теодолит использовался в Индии с 1802 года, хотя в 1808 году произошел небольшой перерыв, когда он был поврежден при подъеме на крышу здания. Он был отремонтирован и находился в эксплуатации шестьдесят лет. В 1830 году Траутон и Симмс изготовили новый теодолит для Индийской геодезической службы усовершенствованной конструкции, и оба инструмента использовались вместе до 1874 года, когда теодолит Кэри был заменен другим инструментом, изготовленным Траутоном и Симмсом. Этот последний инструмент был огромным и весил в своих транспортных ящиках; неудивительно, что его посчитали слишком тяжелым для транспортировки в горы, и в 1882 году он был отправлен в Южную Африку.

Цепи и стержни

Геодезисты XVIII века использовали цепи Гюнтера длиной 22 ярда (одна цепь со 100 звеньями по 7,92 дюйма). Их точность была достаточной для кадастровых съемок, но они были признаны недостаточно точными для англо-французской съемки (1784–1790), первой высокоточной съемки Великобритании. Рой попросил Рамсдена изготовить новую цепь из 100 звеньев, каждое длиной в один фут. Он также попросил Рамсдена изготовить три точно откалиброванных деревянных стержня длиной 20 футов. Они оказались неудачными из-за колебаний длины, вызванных изменением влажности; вместо них были использованы три откалиброванных стеклянных трубки. Цепь оказалась такой же точной, как стеклянные трубки, и использовалась для измерений базовых линий в течение следующих тридцати лет. Позднее, более точные измерения показали, что точность 100-футовой (30 м) цепи Рамсдена составляла примерно 3 дюйма на 5 миль. При практическом использовании цепь поддерживалась по всей длине деревянными подставками и натягивалась известным постоянным весом. Ее коэффициент теплового расширения был тщательно измерен, чтобы учитывать колебания температуры. Полные сведения (с иллюстрациями) приведены в отчете Роя об измерении базовой линии Хоунслоу-Хита. Американские геодезисты иногда также использовали цепь длиной 100 футов, также состоящую из 100 звеньев, известную как инженерная цепь. Термин "цепь" в обоих случаях обычно относится к измерительному инструменту, а не к единице длины, и измеренные расстояния обычно указываются в футах и десятичных долях фута (а не в дюймах). Несмотря на то, что цепь Рамсдена была разработана в Великобритании, там преобладала цепь Гюнтера: "Когда говорят о цепи без уточнения, подразумевается цепь Гюнтера", – отметил Маккуорн Рэнкин в своем "Справочнике по гражданскому строительству", изданном в середине викторианской эпохи.

Зенитный телескоп

Зенитный телескоп, построенный Джесси Рамсденом в 1802 году, использовался для определения широты многих пунктов Главной триангуляции Великобритании. Этот портативный инструмент был разработан, чтобы обеспечить обсерваторную точность при полевых работах. Высота внешней рамы составляла около 12 футов (4 м), а длина телескопа, установленного на внутренней раме, – 8 футов (2 м). Наблюдения телескопом ограничивались несколькими градусами вблизи зенита, чтобы избежать ошибок, вызванных рефракцией. Полное описание инструмента приведено Пирсоном.