10555
.pdf51
1. Неперпендикулярность оси вращения трубы SS и основной оси ОО. Её влияние исключают путем измерения углов при КЛ и КП.
2. Коллимационная ошибка за счёт неперпендикулярности визирной оси VV и оси вращения трубы SS. Её влияние исключают путем измерения углов при КЛ и КП.
3. Ошибка визирования – её полностью исключить нельзя, она зависит от качества зрительной трубы.
4. Ошибка отсчитывания – её величина зависит от точности отсчётного приспособления.
Ошибки центрирования:
Эти ошибки возникают за счёт неточного центрирования теодолита в вершине А измеряемого угла и неправильной установки вешек в точках В и С.
Если теодолит установлен в точке А' (вместо А), а вешки в точках В' и С' (вместо В и С), то при измерении горизонтального угла ВАС будет измерен неправильный угол В'А'С'. Для исключения этого необходимо, во-первых, тщательно центрировать теодолит в вершине А измеряемого горизонтального угла. Во-вторых, вешки В' и С' надо устанавливать строго по створу АВ и АС.
Для исключения влияния невертикальности вешек на точность измерения горизонтального угла следует наводить перекрестие сетки нитей на самую нижнюю видимую часть вехи.
11.ПРОСТЫЕ ТЕОДОЛИТЫ И ЭЛЕКТРОННЫЕ ТАХЕОМЕТРЫ
Упростых теодолитов (в отличие от повторительных теодолитов) нет закрепительного и наводящего винтов лимба.
4Т30П |
К простым теодолитам относятся, например, тех- |
|
нический теодолит 4Т30П, точные теодолиты серии |
||
|
||
|
Т5 и Т2 и др. |
|
|
Теодолит 4Т30П является четвёртой модификаци- |
|
|
ей базовой модели Т30. Отличительной особенностью |
|
|
этого теодолита является наличие рукоятки 1, после |
|
|
лёгкого нажатия на которую можно, путём её враще- |
|
|
ния, производить перестановку лимба, например, |
1между первым и вторым полуприёмами при измерении горизонтальных углов, или установить на лимбе любой отсчёт.
52
2Т5 |
В: -0о34,5' |
|
|
|
|
3Т5КП
Г:127о05,3'
2Т2
Г:17о25'27"
3Т2КП
У теодолита 2Т5 закрепительные винты 2 трубы и 6 алидады соосны с наводящими винтами 3 и 5. Лимб наводящего винта не имеет. Для перестановки лимба необходимо нажать на рукоятку 4 и повернуть его на требуемый угол. Алидада вертикального круга снабжена уровнем 9, пузырёк которого приводится в нуль-пункт винтом 7 и наблюдается через поворотную призму 10 .
Теодолит 2Т5 снабжён шкаловым микроскопом. В поле зрения микроскопа 1 видны изображения градусных делений вертикального В и горизонтального Г кругов и две неподвижные шкалы, длины которых равны расстоянию между соседними градусными делениями В и Г лимбов. Шкалы разделены на 60 частей с ценой деления 1'. Каждый десятый штрих обозначен от 0 до 6. Подсветка отсчётной системы осуществляется зеркалом 8, а её фокусировка – вращением окулярной трубочки микроскопа 1. При отсчёте число градусов определяется по штриху лимба, расположенного в пределах шкалы, а число минут
– непосредственно по шкале. На глаз можно оценить десятую долю наимень-
53
шего деления шкалы, поэтому отсчёт по ней производится с точностью 0,1'(на рисунке отсчёт по Г кругу 127°05,3').
Шкала теодолита 2Т5 для отсчитывания по вертикальному кругу имеет две оцифровки. Верхняя оцифровка служит для отсчитывания, когда в её пределах находится штрих без знака, а нижняя – когда в пределах шкалы располагается штрих со знаком минус (на нашем рисунке отсчет по вертикальному кругу – 0 °34,5').
Теодолит 2Т5К является модификацией теодолита 2Т5. Он снабжён оптическим компенсатором при вертикальном круге вместо уровня 9. Теодолит 3Т5КП – третья модификация теодолита Т5, имеющая зрительную трубу прямого изображения.
У теодолита 2Т2 закрепительные винты 3 и 5 трубы и алидады соосны с их наводящими винтами 4 и 6. Перестановка Г лимба осуществляется путём одновременного нажатия на специальную рукоятку и её вращения (на рисунке она не видна). Пузырёк уровня при алидаде вертикального круга приводится в нуль-пункт винтом 7 и наблюдается через поворотную призму 9. Ручка 10 служит для переноски теодолита и для установки на ней визирной вешки.
Теодолит 2Т2 снабжён оптическим микрометром, подсветка которого осуществляется зеркалом 8, а фокусировка – вращением окулярной трубочки микроскопа 1. Оптическая система теодолита передаёт изображения диаметрально противоположных штрихов Г и В кругов в поле зрения отсчётного микроскопа, в котором устроены три окна.
В верхнем окне видны цифры (у нас 17), обозначающие число градусов, и шкала (543210) десятков минут. В центральном окне наблюдаются диаметрально противоположные штрихи горизонтального круга (двойные) или вертикального круга (одинарные). В общем случае изображения верхних и нижних штрихов не совпадают. В боковом окне видны деления оптического микрометра, где цифры слева обозначают минуты, а справа – секунды. Цена наименьшего деления 1", точность отсчитывания составляет десятые доли секунды.
Введение в поле зрения отсчётного микроскопа изображений Г или В круга производится поворотом переключателя, расположенного рядом с рукояткой 2 (на рисунке он не виден). Каждый градус Г и В кругов подписан и разделен на три части, следовательно цена деления лимбов 20'.
Отсчёт производится после совмещения в центральном окне изображений верхних и нижних штрихов лимба вращением рукоятки 2 микрометра. Затем в верхнем окне отсчитывают число градусов (у нас 17°) и точно по ним отсчитывают десятки минут (20'). В боковом окне отсчитывают по штриху слева минуты (5'), а справа – секунды (27"). Полный отсчёт равен 17°25'27".
Теодолит 3Т2КП – третья модификация теодолита Т2, имеющая зрительную трубу прямого изображения и оптическим компенсатор вместо уровня при алидаде вертикального круга.
54
Характерной чертой 50– 70-х годов нашего столетия явилось широкое внедрение в геодезическое приборостроение достижений физики, оптики, механики, электротехники и др. Появилась тенденция соединения теодолита со светодальномером и микро-ЭВМ. В результате такого синтеза были созданы
электронные тахеометры, которые позволяют автоматизировать процесс угловых и линейных измерений и совместную обработку результатов этих измерений.
С помощью электронного тахеометра можно определять горизонтальные углы, зенитные расстояния, наклонные дальности, горизонтальные проложения, превышения или высоты визируемых точек, приращения координат или координаты точек визирования и др.
|
|
|
|
|
|
1 |
Так, например, установив прибор в не- |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
S |
|
которой точке Т и приведя его в рабочее |
||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Z |
|
h |
положение, наводят перекрестие сетки или |
||
|
|
|
|
|
|
|
лазерное пятно на точку 1 и на первой |
|
|
|
|
|
|
|
|
странице режима [P1] нажимают клавишу |
|
|
|
|
|
D |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
[УСТ 0], а затем клавишу [PАССТ]. На |
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
тахеометр |
|
|
экране отображаются: измеренное рассто- |
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
яние (S) и отсчёты по вертикальному кру- |
|
|
|
Т |
|
|
гу (Z) и горизонтальному кругу (ГУп), |
|||
|
|
|
|
который будет равен 0°00'00'' |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Нажимают клавишу [СТОП], а затем клавишу [ |
SDh], и получают на |
||||
экране наклонное расстояние |
S, горизонтальное проложение D и превышение |
h. Приведенный здесь электронный тахеометр SET 530R/R3 позволяет измерять углы с точностью 5'', дальность измерения расстояний: на одну призму 5000 м с точностью ±(2+2х10-6хD) мм, без отражателя – 350 м с точностью
±(3+2х10-6хD) мм.
На современном этапе особое место отводится тахеометрам с устройством автоматического наведения на точки визирования с помощью лазерного пучка и с измерением расстояний без применения специальных оптических отражателей (пассивное отражение).
55
12. ЛИНЕЙНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Задача линейных измерений заключается в определении горизонтальных проложений линий местности.
Способы линейных измерений подразделяются на непосредственные и косвенные. Непосредственный способ осуществляется с помощью механических мерных приборов. Косвенный – с помощью физико-оптических дальномеров или соответствующих линейно-угловых построений. Для контроля линии измеряют дважды – в прямом и обратном направлениях.
12.1. НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ СПОСОБ ЛИНЕЙНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
В настоящее время этот способ осуществляется с помощью различных рулеток и дорожных колёс. В геодезических работах широко используются тесёмочные, металлические (плоские, желобчатые) и фиберглассовые рулетки длиной 5, 10, 20, 30, 50, 100 м с открытым или закрытым корпусом.
56
Длина линии измеряется по частям путем последовательной укладки мерного прибора в её створе. Створ – это отвесная плоскость, проходящая через конечные точки А и В данной линии.
Створ фиксируют с помощью вех, устанавливаемых в начальной А и конечной В точках. При значительной длине линии или сложном рельефе её провешивают, то есть устанавливают дополнительно ряд вешек в створе. Измеряют наклонную длину отрезков Li линии и их углы наклона νi.
Горизонтальное проложение аb измеряемой линии вычисляют следующим образом:
|
|
аb = L1 + L2 + L3 + lν + lt + lk , |
|
|||
где lν , lt , lk – |
суммарные поправки за наклон, за температуру и за компари- |
|||||
рование. |
|
|
|
|
вешка |
|
вешка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L1 |
|
|
L2 |
|
L3 |
В |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
А |
ν1 |
|
ν2 |
|
ν3 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
а b
аb – с т в о р линии АВ
57
|
Поправка за наклон линии местности |
|||
|
|
lν1 |
= L1 – l 1 = L1 – L 1 cosν1 = |
|
|
|
|||
L1 |
|
= L1 |
(1-cosν1) = 2L1 sin2 (ν1/2), |
|
|
|
lν2 = 2L2 sin2 (ν2/2), и т. д. |
||
|
|
|||
|
ν1 |
h1 |
|
|
А |
Суммарная поправка за наклон равна |
|||
|
||||
l1 |
|
сумме поправок для всех наклонных отрезков: |
lν = lν1 + lν2 +...+ lνn .
Поправка за наклон lν всегда отрицательна. При угле наклона местности меньше 2° поправка за наклон мала и её можно не учитывать. Если вместо угла наклона известно превышение h между концами измеряемого отрезка, то поправка за наклон будет:
|
|
h |
2 |
при h1 ≤ 1,5 м или |
|
|
h 2 |
h |
4 |
при h1 > 1,5 м, |
|
lν1 |
= |
1 |
|
lν1 |
= |
1 |
+ |
1 |
|
||
|
|
|
8L |
3 |
|||||||
|
|
2L |
|
|
2L |
|
|||||
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
1 |
|
и так далее для каждого наклонного отрезка.
Поправка за температуру lt = α( t – t k )L ,
где α = 0,0000125 – коэффициент теплового линейного расширения стали; t – температура, при которой производятся измерения; tk – температура, при которой производилось компарирование мерного прибора (tk ≈ 20°). Знак поправки lt определяется знаком разности ( t – tk ), причем поправку учитывают, если разность эта больше 8°.
Поправка за компарирование
Компарирование – это сравнение длины мерного прибора с длиной эталона. Расхождение l равно (lф – l 0) , где lф – фактическая длина мерного прибора, определяется на компараторе; l0 – номинальная длина, которая должна быть.
58
Суммарная поправка за компарирование равна lК = n l , где n - число откладываний мерного прибора на линии АВ. Знак поправки соответствует знаку разности (lф – l0).
Точность измерения расстояний стальной рулеткой зависит от следующих ошибок: компарирования; отклонения рулетки от створа; искривления рулетки в горизонтальной и вертикальной плоскостях; пренебрежения поправками за наклон (все это систематические ошибки); непостоянства натяжения рулетки в 10 кг; неточного учёта поправок за наклон и температуру (случайные ошибки).
Относительная ошибка измерений стальной рулеткой составляет 1/3000 в благоприятных условиях (асфальт, дорога, ровная местность) и 1/1000 в неблагоприятных условиях (пересеченная местность, болото, кустарник). В среднем она равна 1/2000.
12.2. КОСВЕННЫЙ СПОСОБ ЛИНЕЙНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
Применяемые приборы – светодальномеры, радиодальномеры, опти-
ческие дальномеры. Принцип измерения расстояний свето– или радиодальномерами основан на временном (импульсном), фазовом или частотном методах.
Принцип измерения расстояний оптическими дальномерами основан на оптикомеханическом решении параллактического треугольника. Так, если в точку В измеряемой линии поместить базис известной длины b, а в точке А измерить угол β на концы этого базиса, то можно вычислить высоту треугольника d, которая и является искомым расстоянием АВ:
d = bctgβ .
2 2
Существуют оптические дальномеры с постоянным базисом b и переменным параллактическим углом β и дальномеры с постоянным углом β и переменным базисом b. К последним относится нитяный дальномер в зрительных трубах геодезических приборов, а в качестве базиса используется нивелирная рейка. В таком дальномере постоянный параллактический угол β формируют две дальномерные нити сетки – верхняя в и нижняя н.
59
Теория нитяного дальномера вытекает из подобия заштрихованных треугольников, откуда следует Е/f = n/вн, поэтому Е = fn/вн, но поскольку рассто-
яние между дальномерными нитями вн и фокусное расстояние объектива f есть величины постоянные, то их отношение f/вн = К – также постоянная вели-
чина, которая называется коэффициентом дальномера. Значения f и вн подбираются такими, чтобы коэффициент дальномера был равен 100. Тогда расстоя-
ние АВ будет равно: L = E + f + δ = Kn + (f +δ) = Kn + C ,
где С – постоянная поправка дальномера. Промышленность выпускает трубы геодезических приборов с внутренней фокусировкой, у которых С = 3–5 см и такую поправку, как правило, не учитывают.
Процесс измерения расстояний нитяным дальномером заключается в следующем. Прибор (теодолит, нивелир) устанавливают в точке А, а в точке В – вертикально нивелирную рейку. Визируют на рейку и определяют количество сантиметровых делений между верхней и нижней дальномерными нитями, которое при К=100 будет соответствовать количеству метров между точками А и В. Поэтому перед производством измерений необходимо убедиться в том, что
коэффициент дальномера К = 100. |
Для этого закрепляют на ров- |
|
|
||
|
ном участке прямую линию длиной |
|
|
120–150 м, забивая колышки через |
|
|
20–30 м. Рулеткой измеряют рассто- |
|
|
яния от каждого колышка до |
|
|
начального, то есть L1, L2 ,..., Lm. |
|
|
Установив теодолит в точке О, |
|
|
определяют n1, n2 ,…, nm |
– количе- |
|
ство сантиметровых делений между |
|
|
дальномерными нитями |
по рейке, |
60
довательно устанавливаемой в точках 1, 2,...,m. Зная, что L1=Kn1, L2= =Kn2,…, Lm = Knm, составляют разности L2 – L 1= K(n2 – n1), L3 – L 1= K(n3 – n 1) ,…, Lm– L 1= K(nm– n1) откуда вычисляют:
K1 |
= |
L2 − L1 |
, |
K2 |
= |
L3 − L1 |
, …, |
Km |
= |
Lm − L1 |
, |
|
|
|
|||||||||
|
|
n2 − n1 |
|
|
n3 − n1 |
|
|
nm − n1 |
а за окончательное значение коэффициента дальномера принимают среднее арифметическое:
K = K1 + K2 + ... + Km . m
Рассмотренная выше теория нитяного дальномера основана на взаимной перпендикулярности визирной оси VV зрительной трубы и базиса – нивелирной рейки, которая всегда устанавливается вертикально. При измерении наклонных расстояний L эта перпендикулярность не будет соблюдаться, поэтому отсчет n по рейке будет преувеличен.
Правильный отсчет п' = псоsν,
а наклонная длина L= Кп'= Кпсоsν. Отсюда следует, что горизонталь-
ное проложение d = Lcos2ν и поправка за наклон lν = L – Lcos 2ν =
= L(1-cos2ν) = Lsin2ν. Как видим,
она отличается от таковой при измерении длин линий лентой.
Точность измерения расстояний нитяным дальномером гораздо ниже точности измерений стальной рулеткой. Так, длины до 100 м можно измерять с относительной ошибкой 1/500, длины до 200 м – с относительной ошибкой 1/400 – 1/200. В среднем она составляет 1/300 измеряемой длины.
7
6
2 3
1
4
5
В настоящее время на строительных площадках широко применяются так называемые ручные безотражательные дальномеры (лазерные рулетки).
Например, многофункциональный дальномер HD 150 фирмы Trimble позволяет измерять расстояния 1 от 0,3 м до 150 м с точностью 2–3 мм, определять площади 2, объёмы 3, высоту сооружений 4, производить min/max измерения 5. Результаты измерений высвечиваются на экране дисплея, который имеет кнопку подсветки 6. Рулетка снабжена цилиндрическим уровнем 7.