ТАХЕОМЕТРИЯ
1.Цель, сущность и задачи тахеометрии.
1.1
Виды топографических
съемок. Отличия, достоинства и недостатки тахеометрической съемки.
Одной из основных задач
практической геодезии является топографическая съемка местности – это комплекс полевых
и камеральных работ, в результате которых получается план или карта.
Топографические съемки различают по
видам используемых приборов: теодолитная, мензульная и тахеометрическая съемки.
Теодолитную съемку применяют главным
образом при съемке местности с капитальной застройкой. Она состоит из съемки
деталей фасадов зданий, проездов и внутриквартальных территорий.
Мензульную и
тахеометрическую съемки применяют при инженерно-геодезических изысканиях в
основном для сельского строительства, когда применение аэрофотосъемки
затруднено или экономически нецелесообразно, а также для создания планов или
цифровой модели местности небольших участков в крупном масштабе при ведении
земельного или городского кадастра, для планировки сельских населенных пунктов,
проектирования отводов земель, трассирования линейных сооружений и др.
Слово ”тахеометрия” -
означает ”быстрое измерение”. В основе тахеометрии лежит идея получения
положения точки местности в плане и по высоте одним визированием трубы прибора. Это достигается тем, что положение
снимаемой точки определяют полярным способом при одном наведении зрительной
трубы на рейку, получая расстояние (по дальномеру) от прибора до рейки,
направляющий горизонтальный угол на рейку и вертикальный угол (угол наклона,
зенитное расстояние) или превышение снимаемой точки над станцией прибора.
Приборами для тахеометрической съемки служат теодолиты
или специальные приборы - тахеометры.
Тахеометрическая съемка отличается от
теодолитной тем, что, кроме ситуации, производится съемка рельефа местности, а
от мензульной съемки тем, что план местности составляется не в поле, а в
камеральных условиях по обработанному журналу съемки и абрисам.
По сравнению с мензульной
тахеометрическая съемка имеет свои преимущества и недостатки. Преимущества ее в
том, что она может выполняться при погоде, неблагоприятной для мензульной
съемки, применяемые приборы более портативны и
позволяют выполнить полевую работу в короткий срок. Кроме того, план
тахеометрической съемки может быть составлен так же в более короткий срок, так
как камеральные работы могут выполняться не одним исполнителем вслед за
выполнением части полевых измерений по съемке.
Трудности тахеометрической съемки состоят в
правильности выбора снимаемых точек и пикетов для изображения рельефа горизонталями
и в достаточном количестве, чтобы составитель плана в камеральных условиях, не
видя местности, не допустил пропусков, искажений контуров и горизонталей и
изобразил их с необходимой точностью и детальностью. Эти трудности, в
особенности в условиях равнинной местности с малыми, часто изменяющимися
уклонами, преодолевают набором большего числа снимаемых точек, чем при
мензульной съемке и глазомерным проведением горизонталей в абрисах
съемки трудных мест. Необходимым считается и полевой контроль составленного
плана, досъемка и новая съемка в местах, где
обнаружены грубые ошибки.
1.2 Тригонометрическое
нивелирование.
Превышение снимаемой
точки над станцией прибора в тахеометрии получают тригонометрическим
нивелированием.
В отличие от геометрического нивелирования,
нивелирование наклонным лучом выполняют по способу "вперед". Поэтому
в выводе формулы превышения обязательно учитывается влияние кривизны Земли и
вертикальной рефракции (Земля принята за шар R =6371 км).
Пусть требуется определить превышение h точки В над точкой А (рис.1.1).
|
Рис
1.1 Тригонометрическое нивелирование |
h - определяемое
превышение; i -
высота прибора; V -
высота визирования; S - горизонтальное проложение линии АВ < 1 км; Если
S
< 500 м, |
Из рисунка 1.1 имеем
h + V + r = h’ + i +
При
h’ = S tg
Учитывая формулу
(1.2) и то, что поправка f за
совместное влияние кривизны Земли и вертикальной рефракции f =
h = S tg
В тахеометрии расстояния определяются
нитяным дальномером, для которого S=(100
h =
или
h =
В формулах (1.3) – (1.5) поправка f вычисляется
по формуле :
f =
0.68S2 мм
(1.6)
где
расстояние S
или D берется
в сотнях метров.
Поправка f при S
1.2
Съемочное обоснование Требования к проложению тахеометрического хода
Геодезическое съемочное обоснование создается
с целью сгущения геодезической плановой и высотной основы до плотности,
обеспечивающей выполнение топографической съемки.
Съемочным обоснованием тахеометрической
съемки являются тахеометрические ходы, опирающиеся на пункты сетей сгущения и
главной геодезической основы. Тахеометрический ход - это замкнутый или
разомкнутый многоугольник, в котором измерены все стороны, горизонтальные и
вертикальные углы (рис.1). По измеренным сторонам и углам после их
соответствующей обработки получают дополнительные точки с известными
координатами и высотами.
Рис.1 Тахеометрический ход
Углы, непосредственно связывающие ход с
ходами более высокого или того же класса (см. углы b1b’1,
b7b’7),
называются примычными, они обеспечивают привязку
ходов в угловом отношении.
Координаты и высоты пунктов
тахеометрического хода вычисляются в общегосударственной системе координат и
высот. С этой целью тахеометрический ход привязывают к пунктам государственной
сети. Ход, привязанный к опорной сети одним концом, называется висячим.
Висячие ходы прокладывать не разрешается.
До начала работ геодезическая основа,
включая пункты сетей съемочного обоснования, должна быть
доведена до плотности, обеспечивающей возможность проложения
тахеометрических ходов с соблюдением технических требований, приведенных в
таблице 1.
|
Масштаб
съемки |
Максимальная
длина хода, м |
Максимальная
длина линий, м |
Максимальное
число линий в ходе |
|
1:5000 |
1200 |
300 |
6 |
|
1: 2000 |
600 |
200 |
5 |
|
1:1000 |
300 |
150 |
3 |
|
1:500 |
200 |
100 |
2 |
Плотность тахеометрических ходов должна
обеспечивать проведение съемки при условии соблюдения допусков, указанных в
таблице 2.
|
Масштаб
съемки |
Сечение
рельефа, м |
Максимальное
расстояние между пикетами, м |
Максимальное
расстояние от инструмента до рейки при съемке рельефа, м |
Максимальное
расстояние от инструмента до рейки при съемке контуров, м |
|
1:500 |
0.5 |
15 |
100 |
60 |
|
1.0 |
15 |
150 |
60 |
|
|
1:1000 |
0.5 |
20 |
150 |
80 |
|
1.0 |
30 |
200 |
80 |
|
|
1:2000 |
0.5 |
40 |
200 |
100 |
|
1.0 |
40 |
250 |
100 |
|
|
2.0 |
50 |
250 |
100 |
|
|
1:5000 |
0.5 |
60 |
250 |
150 |
|
1.0 |
80 |
300 |
150 |
|
|
2.0 |
100 |
350 |
150 |
|
|
5.0 |
120 |
350 |
150 |
1.4 Съемка ситуации и рельефа
Съемку ситуации и
рельефа производят одновременно или после проложения
тахеометрического хода.
Обязательному отображению на планах
масштабов 1:5000 - 1:1000 подлежат все объекты, выражающиеся в масштабе плана и
предусмотренные действующими условными знаками. Подлежат обязательной съемке
отдельно стоящие деревья на незастроенной территории. На застроенной территории
деревья толщиной 5 см, расположенные на проездах и площадях, в садах, подлежат подеревной съемке только в масштабе 1:1000 и 1:500. Съемка
группы деревьев ограничивается контуром, а при линейной посадке — крайними
деревьями с пояснительными подписями на плане.
При съемке сельскохозяйственных угодий
выделяют участки, занятые пашнями, залежами, лугами, выгонами, парниками, садами
и пр.
Наименьшая площадь участков, подлежащих
съемке, для хозяйственно ценных угодий составляет 20 мм на плане, а для всех
других - 50 мм на плане.
При съемке леса выделяют контуры редколесья,
вырубок, гари, полян и сельскохозяйственных угодий, находящихся среди леса.
Границы полосы отвода железных и шоссейных
дорог, а также границы землевладений и землепользований снимают в том случае,
если они закреплены на местности межевыми знаками, заборами, канавами и пр.;
ограждения снимают с подразделением на металлические,
каменные, глинобитные, деревянные, растительные и пр.
Съемка рек, ручьев, канав и других протоков
при ширине их более 3 мм на плане ведется по двум сторонам, а при
ширине от 1 до 3 мм - по одной стороне. При съемке протоков должны быть
определены высоты уреза воды геометрическим нивелированием с указанием даты.
При съемке искусственных сооружений на
автомобильных дорогах определяют высоты верхнего пролета (проезжей части)
моста, низа трубы и уреза воды под мостом. В журнале по топографической съемке
делают зарисовки сооружений, описывают их состояние, указывают диаметр труб,
ширину, длину моста и пр.
На планах показывают воздушные линии
электропередач высокого и низкого напряжения, а также линии телефона, радио,
телеграфа. При этом в масштабе 1:2000 - 1:500 снимают все столбы электролиний и
линий связи, а в масштабе 1:5000 - только поворотные точки, а также указывают
число проводов и напряжение.
Всякого рода подземные сооружения и кабели
снимают только по особым требованиям, но обязательно отображают выходы подземных
сооружений.
В застроенной части населенного пункта
отображают жилые и нежилые здания с указанием назначения, материала стен и
этажности. При съемке в масштабе 1:5000 нежилые строения индивидуального
пользования снимают в случае, если их площадь составляет не менее 1 мм2 на
плане.
Архитектурные выступы и уступы зданий и
сооружений снимают, если их величина более 0,5 мм на плане. На территории
населенного пункта показывают границы приусадебных земель, приусадебных и
других участков.
При съемках в масштабе 1:1000 - 1:2000 в
приусадебном участке могут быть выделены земли, занятые под садами, сенокосами,
и пр.
На планах масштаба 1:1000 - 1:5000
показывают пункты геодезической сети.
2 Приборы, их устройство, исследования и поверки.
2.1 Теодолит 2Т30П. Технические характеристики, общее
устройство и оптическая схема.
Технический теодолит 2ТЗОП предназначен для
измерения горизонтальных и вертикальных углов в теодолитных и тахеометрических
ходах, при создании плановых и высотных съемочных сетей, для измерения
расстояний с использованием нитяного дальномера зрительной трубы, определения
магнитных азимутов по ориентир-буссоли, а также для
нивелирования горизонтальным лучом с помощью уровня при трубе. Внешний вид теодолита 2ТЗОП показан
на рис. 2.1.
1 - Поворотный
винт горизонтадьного круга; 2 – окуляр микроскопа; 3
– иллюминатор с зеркалом; 4 – окуляр зрительной трубы; 5 – закрепительный винт
зрительной трубы;
6 – наводящий винт зрительной трубы; 7 - наводящий винт алидадной части;
8 – подставка; 9
– подъемный винт; 10 – рукоятка фокусировки (кремальера)
Основные технические характеристики
|
Увеличение,
крат |
20 |
|
Поле зрения |
2° |
|
Фокусное
расстояние объектива, мм |
157 |
|
Диаметр
выходного зрачка, мм |
1,35 |
|
Минимальная
длина луча визирования, м |
1 |
|
Диаметр
лимба, мм |
70 |
|
Цена деления
лимба |
1° |
|
Увеличение
микроскопа, крат |
18 |
|
Цена деления
шкалы, мин |
5 |
|
Погрешность
отсчитывания, мин |
0,5 |
|
Цена деления
цилиндрического уровня на алидаде Горизонтального
круга, с |
45 |
|
Масса
теодолита, кг |
2,3 |
Вертикальный разрез теодолита представлен на рис. 2.2
Рис. 2.2 Вертикальный разрез теодолита
Теодолит имеет повторительную систему вертикальной
оси. У прибора нет цилиндрического уровня
при вертикальном круге. Его функции выполняет цилиндрический уровень при
алидаде горизонтального круга, который закреплен в нижней части колонки
параллельно плоскости вертикального круга. При измерении угла наклона перед
визированием на цель пузырек цилиндрического уровня подъемными винтами приводят
на середину ампулы.
Оцифровка вертикального круга (рис. 2.3) —
секторная от 0° до 75° и
от 0° до минус
75°.
Рис 2.3. Поле
зрения отсчетного микроскопа теодолита 2Т30П.
В
верхней части поля
зрения отсчетного микроскопа, обозначенной буквой В, видно изображение штрихов
лимба вертикального круга; в нижней части, обозначенной буквой Г — изображение штрихов лимба
горизонтального круга. Отсчет производится по шкалам, цена деления которых
соответствует 5', с округлением до 0,1 деления, т. е. до 0,5'. Индексом для
отсчитывания служит штрих лимба. Шкала вертикального круга имеет два ряда цифр.
По нижнему ряду цифр со знаком «-» берут отсчет в том
случае, когда в пределах шкалы находится штрих лимба с тем же знаком, и
записывают показания со знаком «-».
Формулы вычисления углов наклона для
теодолита 2ТЗ0П имеют следующий вид:
где П и Л
— отсчеты по лимбу
вертикального круга при
его
положении
слева и справа,
МО — место нуля вертикального круга, равное
МО = 0,5 (Л + П) (2.2)
Зрительная труба теодолита 2ТЗОП имеет прямое изображение и обоими концами переводится через зенит, ее
фокусирование на цель осуществляется с помощью кремальеры.
Как и все шкаловые
теодолиты, теодолит 2Т30П имеет одностороннюю систему
отсчета по кругам, что предъявляет высокие требования к центрированию кругов. В
теодолите установлен один канал оптической отсчетной системы вертикального и
горизонтального кругов.
Оптическая схема теодолита 2ТЗ0П состоит из
системы зрительной трубы и отсчетной системы (рис. 2.4).
Рис.2.4 Оптическая схема теодолита 2Т3ОП.
1 – объектив трубы; 2 - фокусирующая
линза; 3- сетка нитей; 4 - призма Аббе; 5,18 – окуляры;
6 - зеркало подсветки; 7 -
иллюминатор; 8 - вертикальный круг; 9,14,16 - призмы; 10 - объектив
вертикального круга; 11 - горизонтальный круг; 12 - призма с крышей; 13 -
объектив горизонтального круга; 15 - коллектив со шкалами; 17 – объектив
отсчетного микроскопа.
Обратное изображение предмета телеобъективом
(объектив 1 и фокусирующая линза 2) строится в плоскости сетки нитей 3. Далее
блоком призмы Аббе 4 изображение оборачивается на
прямое, которое рассматривается глазом наблюдателя через окуляр (сложную лупу)
5. Отсчет по кругам теодолита производится следующий образом. Луч света от зеркала 6 идет через
иллюминатор 7 на вертикальный круг 8. Объектив вертикального круга 10 строит
изображение штрихов вертикального круга в плоскости штрихов горизонтального
круга 11. Далее изображения штрихов вертикального и горизонтального кругов
объективом горизонтального круга 13 через призму-крышу 12 и прямоугольную
призму 14 передаются и строятся в плоскости шкалы на коллективе 15. Затем
изображения кругов и шкалы передаются объективом микроскопа 17 через прямоугольную призму 16 в плоскость
изображений микроскопа, где рассматриваются глазом наблюдателя через окуляр
микроскопа 18.
2.2 Основные исследования
теодолита 2Т30П.
1.
Определение рена отсчетного микроскопа.
Изображение одного деления угломерного круга
(см. рис. 2.3) должно быть равно 12 делениям шкалы микроскопа. Разность между
ними называют реном.
Рен
горизонтального круга определяют на участках лимба через 60°, рен вертикального круга на участках 0°, 2°; -2° при круге
слева и справа.
При исследовании совмещают начало шкалы с
заданным штрихом лимба и подсчитывают число N делений шкалы, заключающихся в промежутке между соответствующими
делениями лимба. Рен вычисляют по формуле
r = N0 - N, (2.3)
где N0 — запроектированное
число делений шкалы (N0 =
12).
Затем вычисляют среднее значение для рена
rср =
где п — число испытаний.
При исследовании расхождение между
значениями рена для разных участков лимба не должно
превышать 0,5', т. е. 0,1 деления шкалы. При среднем значении рена более 15" производят его исправление. Для этого
снимают боковую крышку, открывающую доступ к кронштейнам, в которых закреплены
линзы объективов отсчетных устройств горизонтального и вертикального кругов (в
переднем кронштейне — горизонтального круга, в заднем
— вертикального). Рен горизонтального и вертикального
кругов исправляют перемещением обеих линз соответствующих кругов. Если
изображение круга необходимо уменьшить, то обе линзы отдаляют от круга, если
увеличить — то приближают. Одновременно следят за отсутствием параллакса между
изображениями штрихов лимба и шкалы микроскопа.
2.
Определение цены деления уровня.
Укрепляют теодолит на штативе так, чтобы
один из подъемных винтов был направлен на отвесно установленную рейку, находящуюся
в 50—70 м от теодолита. Вертикальную ось прибора приводят в отвесное положение,
затем вращением этого винта перемещают пузырек уровня в крайнее положение до
совмещения одного из его концов со штрихом деления на ампуле уровня. Делают на
рейке отсчет l1 по
горизонтальному штриху сетки. Затем, вращая тот же подъемный винт, смещают
пузырек в другой конец на п делений и делают отсчет по рейке l2. Измерив расстояние d от прибора до рейки и округлив его до
0,1 м, вычисляют цену деления уровня
Переместив рейку на другое расстояние, для
контроля повторяют измерения в том же порядке. Если полученные результаты не
расходятся более чем на 10", то вычисляют среднее значение (при
недопустимом расхождении измерения повторяют).
3. Определение увеличения зрительной трубы при помощи
нивелирной рейки.
Устанавливают теодолит на штативе и в 5 - 7
м от него - нивелирную рейку. Наблюдая одновременно двумя глазами: одним —
непосредственно на рейку, другим — в зрительную трубу, подсчитывают число
делений, видимых невооруженным глазом, которое проектируется на одно деление
рейки, видимое в зрительную трубу. Это число будет соответствовать увеличению
зрительной трубы.
4. Определение угла поля зрения зрительной
трубы и точности визирования.
Точность визирования рассчитывают по формуле
t =
где Г — увеличение зрительной трубы.
Угол поля зрения находят по приближенной
формуле
5. Определение
постоянной
нитяного дальномера.
Горизонтальное проложение
линии местности, измеренное нитяным дальномером, вычисляют по формуле
S = (100/
+
Где l - отсчет по рейке между дальномерными штрихами, выраженный
в см; v — угол
наклона визирного луча;
Определение постоянной
дальномера (для фиксированного S) сводится к нахождению
неизвестной
На ровной местности выбирают базис длиной
120—160 м и делят его на 6 - 8 интервалов, кратных длине мерной ленты.
Каждый
интервал базиса измеряют лентой с
погрешностью, не
превышающей 1:1500.
На одном конце базиса устанавливают и
центрируют теодолит, а рейку устанавливают последовательно на всех точках.
Визируют на рейку с таким расчетом, чтобы угол наклона визирной оси v был близок к 0° (с отклонением не более ± 20'). В этом
случае горизонтальное проложение
S = 100l +
откуда
Для определения
Средние разности
Рис 2.5.
График определения величины
Соединив полученные точки на графике прямыми линиями, осредняют
ломаную линию прямой по равенству сумм площадей фигур между
ломаной и осредняющей как показано на рис. 2.5. При
этом сумма площадей должна быть минимальной, а осредняющая
линия должна проходить через начало координат. Построенный график можно
использовать для введения поправок в расстояния, измеренные нитяным
дальномером. Например, при S = 87
м значение
2.3
Поверки и юстировки теодолита 2ТЗОП
1. Ось цилиндрического уровня на алидаде
горизонтального круга должна быть перпендикулярна к вертикальной оси.
Установив уровень по направлению двух
подъемных винтов, приводят пузырек на середину. Затем поворачивают алидаду на
90°, ориентируют ось цилиндрического уровня по направлению третьего подъемного
винта и его вращением вновь приводят пузырек на середину. Сделав отсчет по
лимбу, поворачивают алидаду ровно на 180°. Если пузырек уровня остается на
середине, то условие выполнено. В противном случае делают юстировку уровня. Для
этого, действуя подъемными винтами, перемещают пузырек на половину дуги
отклонения, после чего юстировочными винтами уровня
приводят пузырек на середину. После юстировки следует повторить поверку.
Если при повороте алидады на 180° пузырек
упирается в конец ампулы, то величина отклонения пузырька определяется шагом
подъемных винтов.
2. Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна
к горизонтальной оси.
Выбирают точку местности, при наблюдении на
которую зрительную трубу устанавливают приблизительно горизонтально.
Приведя вертикальную ось прибора в отвесное
положение, визируют на эту точку при двух положениях круга (КЛ и КП) и делают
отсчеты Л1 и П1.
Затем, открепив закрепительный винт
горизонтального круга, поворачивают теодолит примерно на 180° и визируют на ту
же точку. Взяв отсчеты Л2 и П2,
вычисляют значение коллимационной ошибки по формуле
С = 0,25 [ (Л1
- П1 ± 180°) + (Л2 - П2 ± 180°) ]. (2.11)
Для контроля повторяют определение С визированием на вторую точку и
вычисляют среднее арифметическое значение С0 (колебание С не должно превышать 1'). Если среднее
арифметическое значение коллимационной погрешности превышает 2', то производят
исправление. Для этого устанавливают на лимбе отсчет, равный Лиспр = Л - С0 (или Писпр = П + С0),
и боковыми котировочными винтами сетки совмещают ее перекрестие с изображением
точки наблюдаемого предмета. После этого проводят контрольные измерения.
3. Горизонтальная ось должна быть
перпендикулярна к вертикальной оси.
Теодолит устанавливают на штативе на
расстоянии 3 - 5 м от стены. Выбирают и отмечают на стенде точку под углом 25 -
35° к горизонту. Приведя вертикальную ось прибора в отвесное положение,
визируют на эту точку, а затем, наклоняя зрительную трубу до горизонтального
положения (с погрешностью ± 1°), отмечают на стене проекцию перекрестия сетки.
Затем переводят трубу через зенит, поворачивают алидаду на 180° и определяют
смещение отмеченной точки относительно вертикального штриха сетки нитей в долях
ширины биссектора. Поверку повторяют и определяют
среднее арифметическое смещение нижней точки из двух определений.
Разность между значениями смещений при
первом и втором определении наклона горизонтальной оси не должна превышать 1/4
ширины биссектора. При среднем значении смещения
точки более чем на ширину двух биссекторов (что
соответствует наклону оси более 1') необходимо устранить недостаток в
мастерских.
4. Основной вертикальный штрих сетки нитей должен быть
перпендикулярен к горизонтальной оси.
Приводят вертикальную ось прибора в отвесное
положение и визируют на хорошо видимую цель местности. Вращая трубу наводящим
винтом, наблюдают, сходит ли изображение цели местности с основного
вертикального штриха сетки нитей. Если изображение точки не сходит со штриха, то
условие считается выполненным. В противном случае, ослабив винты, скрепляющие
окуляр с корпусом трубы, поворачивают его так, чтобы условие оказалось
выполненным. После этого поверка повторяется.
5. Место
нуля вертикального круга должно быть
известно или приведено к нулю.
Наблюдают при обоих положениях вертикального
круга (КЛ и КП) на две - три удаленные точки местности и вычисляют место нуля
(МО) по формуле (2.2). Перед отсчитыванием необходимо убедиться, что пузырек
уровня при алидаде горизонтального круга находится на середине. При
необходимости его выводят на середину подъемными винтами. Колебания МО при
наблюдении на различные точки не должны быть более 1', что говорит о
правильности наблюдений.
Если среднее арифметическое значение места нуля более 2', то его
исправляют следующим образом. Наводят зрительную трубу на удаленную визирную
цель и делают отсчеты Л и П по вертикальному кругу.
Вычисляют исправленное значение отсчета при круге лево Лиспр
= Л -МОср , где МОср
- среднее арифметическое значение места нуля.
Действуя наводящим винтом зрительной трубы
(см. рис. 2.1), устанавливают на лимбе вертикального круга исправленный отсчет Лиспр. После этого вертикальными котировочными
винтами сетки нитей совмещают изображение наблюдаемого предмета с горизонтальным
штрихом (центром сетки нитей).
Для контроля исправления
рекомендуется определить вновь значение МО.
2.4 Теодолит 3Т5КП. Технические характеристики, общее
устройство и оптическая схема.
Основные технические характеристики
|
Увеличение,
крат |
30 |
|
Поле зрения |
1° 30' |
|
Фокусное
расстояние объектива, мм |
239 |
|
Диаметр
выходного зрачка, мм |
1,34 |
|
Минимальная
длина луча визирования, м |
1,5 |
|
Минимальная
длина луча визирования с насадкой, м |
0,9 |
|
Диаметр
лимба, мм |
90 |
|
Цена деления
лимба |
1° |
|
Увеличение
микроскопа, крат |
70 |
|
Цена деления
шкалы, мин |
1 |
|
Погрешность
отсчитывания, мин |
0,1 |
|
Цена деления
уровня на алидаде горизонтального круга цилиндрического, с круглого,
мин |
30 5 |
|
Диапозон действия компенсатора, мин |
|
|
Погрешность
компенсации, с |
1-2 |
|
Увеличение оптического центрира, крат |
2,5 |
|
Масса
теодолита, кг |
4 |
Внешний
вид теодолита ЗТ5КП
показан на рис. 2.6.
1 – ручка; 2 – клиновое кольцо; 3 - боковая крышка;
4 – пробка; 5 – зеркало;
6 – установочный винт; 7 – рукоятка; 8 - подъемный
винт; 9 – закрепительный винт подставки; 10 - подставка; 11 - винт; 12 - окно
круга – искателя; 13 – окуляр оптического центрира;
14 – колонка; 15 - зрительная труба.
Оптический теодолит ЗТ5КП имеет
следующие основные особенности. Система вертикальной оси неповторительная;
отсчет по угломерным кругам производится по одной стороне круга; оцифровка
вертикального круга выполнена по секторам от 0 до 75° и от 0 до -75°.
Зрительная труба обоими концами переводится через зенит и имеет прямое
изображение. Между корпусом трубы и осью расположено клиновое кольцо 2 (см. рис. 2.6), вращением которого
изменяют направление визирной оси зрительной трубы относительно горизонтальной
оси при устранении коллимационной погрешности. Для установки прибора над точкой
местности теодолит снабжен оптическим центриром.
Поле зрения отсчетного микроскопа теодолита
показано на рис. 2.7.
Рис 2.7. Поле зрения отсчетного микроскопа
теодолита ЗТ5КП.
Для вычисления углов
наклона и места нуля теодолита ЗТ5КП
используют формулы
|
|
(2.12) |
|
|
где
МО =
Теодолит ЗТ5КП снабжен самоустанавливающимся
оптическим компенсатором, заменяющим уровень при алидаде вертикального круга и
позволяющим использовать прибор в качестве нивелира с горизонтальным лучом
визирования.
Как и теодолит 2Т30П, теодолит ЗТ5КП
является шкаловым и имеет одностороннюю систему
отсчета по кругам.
Оптическая схема теодолита ЗТ5КП включает
три раздельных системы: зрительная труба, оптическая отсчетная система и
система оптического центрира (рис 2.8).
Рис. 2.8. Оптическая схема теодолита 3Т5КП.
1 - зеркало подсветки; 2 - иллюминатор;
3,6,14 - призма с крышей; 4 - линза подсветки;
5 - горизонтальный круг; 7 -
длиннофокусная линза; 8 - объектив горизонтального круга;
9 -
призма-разделитель; 10 - коллектив со шкалой; 11,16,26 - призма; 12 - объектив
микроскопа; 13 - окуляр микроскопа; 15 - вертикальный круг; 17 - объектив
вертикального круга; 18 - ППП; 19 - объектив зрительной трубы; 20 -
фокусирующая линза; 21 - сетка нитей; 22 - призма Аббе;
23 - окуляр зрительной трубы; 24 - юстировочная
длиннофокусная линза; 25 - объектив центрира; 27 -
сетка; 28 – окуляр
Особенность конструкции
зрительной трубы, кроме призмы Аббе 22, оборачивающей изображение на прямое,
заключается в стабильности положения визирной оси, которое достигается надежным
креплением склеенных линз объектива 19
и двумя скоростями фокусирования (большая на близкорасположенные предметы и
малая на удаленные цели). Исправление коллимационной
ошибки в трубе теодолита ЗТ5КП достигается и перемещением сетки нитей, и
клиновым кольцом.
Оптическая отсчетная система обеспечивает
сведение изображений горизонтального круга 5
и вертикального круга 15 в плоскости
шкалы коллектива 10 и отсчет по ней
через микроскоп (объектив 12, окуляр 13). В оптической отсчетной системе
имеется плоскопараллельная пластинка 18 для
исправления места нуля вертикального круга и длиннофокусная линза 7 для установки винтом заданного
отсчета по горизонтальному кругу при его ориентировании. Система оптического центрира, кроме объектива 25, окуляра 28 и сетки
нитей 27 имеет отражательную призму 26 и длиннофокусную линзу 24, которая может перемещаться перед
объективом в плоскости, перпендикулярной оптической оси центрира.
2.5 Основные исследования
теодолита 3Т5КП.
1. Определение
репа отсчетного микроскопа (шкалового).
Изображение одного деления угломерного круга
(см. рис. 2.7) должно быть равно 60 делениям шкалы микроскопа.
Рен
горизонтального круга определяют так же, как у теодолита 2ТЗОП, через 60°, а рен вертикального круга — на участках 0; 2°; минус 2° при
круге слева и справа.
Расхождения между значениями рена на различных
участках круга не должно превышать 12". При среднем значении рена rср
более 3" его исправляют следующим образом. Снимают крышку, открывающую
доступ к двум кронштейнам, в которых крепятся линзы объективов микроскопа
горизонтального и вертикального кругов. Устранение рена
добиваются перемещением соответствующих линз. Если изображение круга необходимо
уменьшить, обе линзы перемещают вверх, если увеличить — вниз.
Теодолит серии ЗТ5КП снабжен кругом-искателем,
который дает возможность быстро установить необходимый отсчет по горизонтальному
кругу, а самоустанавливающийся индекс вертикального круга этого теодолита в
сочетании со специальным устройством установки места нуля на нуль позволяет
установить зрительную трубу в горизонтальное положение для выполнения
нивелирования.
2. Исследование эксцентриситета алидады
горизонтального круга.
Для исследования на открытой ровной
местности в 30 - 50 м от прибора по окружности через 45° или 60° устанавливают
хорошо видимые визирные цели - марки.
В первом приеме визируют на марки по ходу
часовой стрелки при неподвижном горизонтальном круге вначале при КП, а затем —
при КЛ и делают отсчеты П и Л. Затем при двух
положениях круга производят второй цикл измерений, незначительно сместив
горизонтальный круг, вращая алидаду против хода часовой стрелки, и делают
отсчеты П' и Л'. Для каждого положения алидады находят полуразности
и среднюю полуразность
d = 0,5 ( П – Л ),
d' =
0,5 ( П' - Л' ), di = 0,5 ( d + d' ).
Далее вычисляют среднее значение
коллимационной ошибки
C =
где п — число средних полуразностей.
После этого определяют величину эксцентриситета
По полученным значениям
Рис. 2.9. График значений эксцентриситета на различных
частях лимба.
Полученные точки соединяют прямыми линиями и
получают ломаную линию, которую затем сглаживают плавной кривой — синусоидой.
Отклонение синусоиды от нанесенных точек не должно превышать точности
отсчетного приспособления. По синусоиде графически
определяют максимальное
и
е
=
где е
— значение линейного элемента эксцентриситета; R — радиус
лимба, мм;
По графику также определяют отсчеты по
лимбу, при которых эксцентриситет равен нулю. Величина е для теодолита ЗТ5КП не должна
превышать 30".
3. Исследования по определению цены деления уровня,
увеличения зрительной трубы и точности визирования, определению постоянной
нитяного дальномера выполняют так же, как для теодолита 2ТЗ0П.
2.6 Поверки и юстировки
теодолита 3Т5КП.
1. Ось цилиндрического уровня при алидаде
горизонтального круга должна быть перпендикулярна к вертикальной оси.
Порядок поверки и юстировки уровня принимают
таким же, как и для теодолита 2ТЗОП.
2. Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна
к горизонтальной оси.
Порядок
поверки принимают таким
же, как и для теодолита 2ТЗ0П.
Юстировка этого условия имеет особенность.
После первого вычисления коллимационной
ошибки по формуле 2.11 повторяют ее определение и вычисляют
вторично значение С. Разность между значениями коллимационной ошибки не должна
превышать 15". Если среднее арифметическое коллимационной ошибки более
15", ее устранение производится вращением клинового кольца юстировочным ключом.
Кроме того, для теодолита ЗТ5КП
коллимационную погрешность можно устранить попеременным вращением горизонтально
расположенных юстировочных винтов у окуляра
зрительной трубы, закрытых колпачком.
3. Горизонтальная ось должна быть перпендикулярна к
вертикальной оси.
Поверку производят так же, как у теодолита
2ТЗ0П. При среднем значении смещения нижней точки на величину более двух биссекторов наклон оси рекомендуется устранить. Это
устранение связано с
частичной разборкой прибора,
поэтому его следует производить
в мастерских.
4. Основной вертикальный штрих сетки нитей должен быть
перпендикулярен к горизонтальной оси.
Поверку производят так же, как у теодолита
2ТЗ0П.
Юстировку выполняют поворотом корпуса
окуляра, предварительно открепив четыре крепежных винта, скрепляющих его со
зрительной трубой.
5. Место нуля вертикального круга должно быть
известно или приведено к нулю.
Место нуля вычисляют по формуле (2.12).
Колебание МО на различные точки не должно
быть более 15", что подтверждает правильность наблюдений.
Для теодолита ЗТ5КП приведение места нуля к
нулю является обязательным. После определения среднего значения места нуля (МОср) и визирования на удаленную точку местности
при положении КЛ вращением юстировочного винта устанавливают исправленный отсчет Лиспр = Л - МОср.
После
юстировки поверку рекомендуется
повторить.
6. Визирная ось оптического центрира должна совпадать с вертикальной осью.
Под теодолитом,
установленном на штативе, закрепляют горизонтальный планшет с листом бумаги.
Приводят вертикальную ось теодолита в отвесное положение и отмечают на планшете
карандашом проекцию сетки нитей оптического центрира.
Затем поворачивают алидаду горизонтального круга ровно на 180° и намечают на
планшете вторую точку проекции сетки нитей. Если точки совпали, то условие
считают выполненным. При несовпадении намечают между ними среднюю точку, с
которой совмещают крест сетки нитей оптического центрира юстировочными винтами
диафрагмы.
7. Компенсатор должен обеспечивать неизменный отсчет
по вертикальному кругу при наклоне вертикальной оси в пределах ± 3'.
Для поверки этого условия выбирают на
местности хорошо видимую визирную цель. Устанавливают теодолит так, чтобы один
из подъемных винтов был расположен в направлении этой цели. Приведя
вертикальную ось прибора в отвесное положение, визируют на эту цель при круге
право и делают отсчет по вертикальному кругу П. Наводящим винтом зрительной
трубы увеличивают отсчет П на 3', после чего подъемным
винтом подставки, расположенным в направлении цели, наводят центр сетки на
визирную цель и делают отсчет по вертикальному кругу П1. Затем
наводящим винтом зрительной трубы уменьшают отсчет П
на 6' и тем же подъемным винтом подставки опять наводят центр сетки на ту же
визирную цель. Делают отсчет по вертикальному кругу П2 и вычисляют
разность отсчетов П1 - П2 = d1 и П - Пl = d2, которые
не должны различаться более чем на 0,1'.
При невыполнении этого условия прибор должен
быть направлен в ремонт.
2.7 Номограммный
тахеометр ТаН. Оптическая схема, общее устройство и
технические характеристики
Горизонтальные проложения S и превышения h между точками местности определяют
автоматически в виде отсчетов по рейке.
h = Kh lh , S = Ks ls (2.17)
где Kh =
Рис 2.11. Оптическая схема номограммного тахеометра ТаН.
1 – объектив; 2 –
фокусирующая линза; 3 – поворотные призмы; 4 – круг с кривыми;
5 – призма – крыша; 6 –
объектив круга с кривыми; 7 – сетка нитей; 8 – окуляр;
9 – вертикальный круг; 10
– ось вращения трубы.
На рис 2.11 за ненадобностью не показана
отсчетная оптическая система горизонтального и вертикального кругов, идентичная
с теодолитом 2Т5КП.
К неоспоримым преимуществам работы с номограммными приборами относится, во-первых,
простота и быстрота определения превышения и горизонтального проложения (без таблиц и вычислений), что повышает
производительность в тахеометрии примерно в 2 раза; во-вторых, mh в пределах одной кривой h остается постоянной величиной и не
зависит от угла наклона.
Номограммный тахеометр ТаН должен быть прежде всего поверен как
теодолит. Помимо этого, отсчитывание
h по
кривым номограммных приборов требует соблюдения
обязательных дополнительных геометрических требований в этих приборах:
1. Место
нуля в номограммных приборах должно быть равно нулю.
Иначе при
2. Среднее
МО кривых =
Это условие поверяется двойным
нивелированием.
3. Перед
началом измерений определяют фактические значения коэффициентов кривых.
Для определения величины Ks на
местности выбирают несколько базисов длиной 50 – 100 м, расположенных на местах
с различными углами наклона.
Базисы тщательно измеряют лентой в прямом и
обратном направлениях, а угол наклона – теодолитом. После этого вычисляют горизонтальное проложение линии S0, а
затем находят коэффициент по формуле
Ks =
где
За окончательное значение коэффициента Ks принимают
среднее арифметическое из всех его определений.
Для определения коэффициента Kh на местности выбирают несколько линий длиной не более
100 м с превышениями:
а) 2 – 10 м для определения коэффициентов,
номинальное значение которых равно
б) 3 –
15 м для определения
коэффициентов, номинальное значение которых равно
Линии
закрепляют на местности кольями, после чего определяют превышение h0 точек местности с помощью
геометрического нивелирования.
После
этого вычисляют коэффициенты Kh по формуле
Kh =
где
h - превышение, измеренное тахеометром.
Превышение h определяют
тахеометром в прямом и обратном направлениях. За окончательное значение Kh принимают среднее
арифметическое из всех определений.
3.1 Основные источники ошибок при измерении горизонтальных
углов и меры по ослаблению их влияния.
Точность
измерения горизонтального угла зависит от технических характеристик применяемого
теодолита, качества изготовления и тщательности его юстировки, точности
центрирования прибора и визирных целей, физиологических возможностей глаза
наблюдателя и состояния внешней среды (запыленность и неравномерный нагрев
атмосферы, близость визирного луча к предметам ситуации и к поверхности земли).
В связи с этим измерение угла сопровождается ошибками: инструментальными,
собственного измерения угла, визирования и отсчитывания, центрирования
прибора, центрирования визирных целей (ошибки редукции) и обусловленные
внешней средой.
Инструментальные ошибки, зависящие от типа теодолита,
качества его изготовления и юстировки (ошибки делений лимба и шкал микроскопов,
эксцентриситет лимба и алидады, коллимационная ошибка, неперпендикулярность
осей вращения трубы и теодолита, неперпендикулярность плоскости делений лимба
и оси уровня при алидаде горизонтального круга к оси прибора) в современных
теодолитах не превышают ошибки измерения угла, установленной ГОСТом для типов
теодолитов. Их влияние может быть уменьшено соответствующей методикой
измерения углов.
Влияние
эксцентриситета алидады на отсчеты по лимбу исключается в среднем из отсчетов
по двум верньерам, а в теодолитах 2ТЗ0П и 3Т5КП с односторонним отсчетным
устройством — в среднем из отсчетов при наведении на визирную цель при двух
положениях вертикального круга (круг справа и круг слева).
Влияние
коллимационной ошибки и неперпендикулярности осей вращения трубы и теодолита
на измеренный угол исключается из значения угла, измеренного при круге справа
и круге слева. Влияние этих источников ошибок не компенсируется, если
горизонтальный угол измеряется при одном положении вертикального круга, и если
стороны этого угла имеют различную длину и различные углы наклона. Поэтому в
процессе исследования и юстировки прибора необходимо провести тщательную
проверку хода фокусирующей линзы и добиться, чтобы коллимационная ошибка не
превышала точности отсчетных устройств и чтобы смещения пузырька уровня при
поворотах алидады не превышали половины деления уровня. Измерение
горизонтального угла с различной длиной сторон и с различными углами наклона
следует выполнять тщательно горизонтированным,
защищенным от действия солнечных лучей прибором.
Влияние
ошибок деления лимба на ошибку измерения угла ослабляется, если отсчеты в полуприемах производят на разных частях лимба.
Указанные
ошибки в основном зависят от технических характеристик теодолита и недостатков
в качестве его изготовления и юстировки. Суммарное значение всех этих ошибок
характеризует тип данного теодолита. Для определения суммарной ошибки
необходимо в лабораторных условиях установить теодолит и наметить две визирные
цели. Измерив угол десятью приемами и вычислив среднее
значение из 10 приемов, найдем (по уклонениям значения угла из каждого приема
от среднего) среднюю квадратическую величину
суммарной ошибки, обусловленной всеми инструментальными ошибками. Для теодолита
2ТЗ0П эта суммарная ошибка, согласно ГОСТа, не должна
превосходить 30", а для теодолита 3Т5КП - 5".
Ошибки
центрирования теодолита и визирных целей также оказывают заметное влияние на
результат измерения угла. Если основания вехи не видно
(высокий
травяной покров, неровная местность и т.п.), то вместо точки
А визирование производят ошибочно на точку А' (рис.3.1).
Ошибку в
измеренном угле обозначим
где e1 - линейный элемент редукции; S - длина стороны угла;
Реальная
величина е1 = 1 см вызывает ошибку редукции
тем больше, чем короче расстояние до визирной цели. При S = 150 м
Ошибка
центрирования теодолита возникает, когда прибор ошибочно установлен над точкой В' (рис 3.2).
Рис 3.2
Ошибка
в угле по аналогии с ошибкой редукции составит :
где
е2 - линейный элемент центрирования; S -
длина стороны угла;
Т.е.
при одинаковых ошибках центрировать теодолит надо в
Предельные
величины ошибок центрирования
При
е = 10 мм и S = 200 м найдем, что каждая из
этих предельных ошибок равна 20".
Для
уменьшения действия ошибок центрирования и редукции на результат измерения угла
необходимо повышать точность установки теодолита и визирных целей. С этой
целью можно между полуприемами измерений угла
повторно центрировать прибор.
Влияние
внешних условий на результат измерения угла обусловлено тем, что визирный луч,
проходя в запыленных, неравномерно и непрерывно перемещающихся слоях
атмосферы, подвержен колебаниям, искривлению. Изображения предмета, видимые в
зрительной трубе, представляются колеблющимися, расплывчатыми и отклоненными
от их действительного положения. Эти отклонения могут быть особенно заметными
(10 - 15"), если визирный луч проходит вблизи нагретых солнцем зданий или
скал. При измерениях углов теодолитами целесообразно выбирать пункты с таким
расчетом, чтобы визирный луч не проходил вблизи нагреваемых солнцем предметов
или искусственно (дымовые промышленные трубы), а угловые измерения проводить
в утренние или вечерние часы, когда изображения спокойны.
Если
соблюдать все изложенные выше требования, т.е. измерять угол при двух кругах и
брать среднее его значение, тщательно устанавливать вехи, центрировать
теодолит и не допускать длин сторон короче 70-100 м, то влияние рассмотренных выше источников ошибок можно свести
к минимуму. Тогда точность измерения угла будет определяться в основном
ошибками собственно измерения угла. На рис.3.3
Имеем
линейную функцию (3.6). По теории ошибок измерений найдем
Средняя
квадратическая ошибка угла, измеренного одним
приемом, равна средней квадратической ошибке
направления.
Не
учитывая другие источники ошибок, ошибка направления складывается из ошибок
визирования и отсчитывания:
Принимая
Итак,
средняя квадратическая ошибка измеренного угла шкаловым теодолитом равна средней квадратической
ошибке отсчета по шкале.
По утверждению
завода – изготовителя для теодолита 2Т30П по результатам групповых испытаний
Значит
3.2 Основные источники
ошибок при измерении вертикальных углов и меры по ослаблению их влияния.
На
результаты измерения вертикальных углов оказывают влияние ошибки
инструментальные, личные, обусловленные физиологическими возможностями глаз наблюдателя,
и ошибки, зависящие от внешних условий. Порядок величин инструментальных и
личных ошибок в этом случае будет примерно таким же, как и при измерении
горизонтальных углов. Влияние таких инструментальных ошибок, как
эксцентриситет алидады вертикального угла, колебания места нуля, ошибки
визирования и отсчетов, может быть ослаблено применением соответствующей
методики наблюдений и увеличением числа приемов измерений. Влияние
инструментальных и личных ошибок на точность измерения угла наклона одним
приемом характеризуется такими значениями средней квадратической
ошибки: 5" - для теодолита 3Т5КП; 30" - для теодолита 2ТЗ0П.
Из
ошибок, зависящих от внешней среды, заметное влияние на точность измерения угла
наклона оказывает вертикальная рефракция - неодинаковое преломление луча света
в неоднородных слоях атмосферы. Исследования показали, что влияние рефракции
на измеряемый угол наклона зависит от длины визирного луча и высоты его над
земной поверхностью, от вида подстилающей поверхности, от облачности и от
других физико-географических факторов. Величина влияния земной рефракции на
результат измерения угла наклона в летнее время может достигать десятка секунд
в утренние и вечерние часы. При длине визирного луча до 300 м влияние рефракции
можно не учитывать.
3.2 Основные источники
ошибок при измерении расстояний нитяным дальномером и меры по ослаблению их
влияния.
1.
Толщина нитей - всегда полезно нарезать тонкие штрихи сетки нитей.
2. Неодновременность отсчитывания по верхней и нижней нити –
необходимо сохранять неподвижность рейки при отсчетах.
3.
Наклон рейки - иметь на рейке круглый уровень и устанавливать её строго
отвесно. В ветреную погоду прекращать измерения.
4. Параллакс нитей - до отсчета убедиться
в отсутствии параллакса (установить
отчетливое изображение нитей и рейки).
5. Ошибка округления при отсчете -
иметь верньер для точного отсчета десятых долей деления рейки.
6. Влияние вертикальной рефракции - не
допускать прохождения луча ближе 1 метра от земли (лучше иметь горизонтальную
рейку и в трубе боковые вертикальные дальномерные штрихи)
7. Сильное колебание изображений - не
измерять длины при сильном испарении после дождя и в жаркое время летнего дня.
Не увлекаться большими (более 200 м) расстояниями.
8. Грубые просчеты по рейке -
отсчитывать расстояния на разных участках рейки (контроль измерений).
4. Порядок работы на станции. Контроли.
4.1 Контроли правильности измерений на станции.
На каждой станции тахеометрического
хода измеряют:
1) Горизонтальный угол – одним
приемом при двух положениях вертикального круга. При этом вертикальная нить
сетки (ближе к перекрестию) наводится на середину основания рейки. Контроль :
2)
Вертикальные углы – на заднюю и переднюю точки хода. Наведение выполняется
средней горизонтальной нитью сетки. Контроль : МОз – МОп
3)
Расстояние по двум сторонам задней и передней реек.
Контроль :
4)
Определяют превышение hпр и h обр.
Контроль : 4
см на 100 м при
6 см на 100 м при
9 см на 100 м при
4.1 Порядок работы на станции.
Рекомендуется
соблюдать следующий порядок работы на станции :
1) Устанавливают прибор на съемочной
точке и приводят его в рабочее положение (центрируют, нивелируют, ориентируют и
измеряют высоту прибора).
2) Определяют с контролем место нуля
3) Совмещают нули
лимба и алидады и при КЛ наводят зрительную трубу на заднюю точку хода, берут
отсчет по горизонтальному кругу, визируют на высоту прибора и берут отсчет по
вертикальному кругу, устанавливают нижнюю дальномерную нить на целое
дециметровое деление - отсчет l по верхней
нити.
При КЛ - на переднюю точку - то же.
При КП - на переднюю точку - то же.
При КП - на заднюю точку - то же.
4) Определяют положение характерных точек ситуации и рельефа
полярным способом. При съемке контролируют неподвижность прибора: отсчет по
лимбу при визировании на исходный пункт не должен отличаться от 0° более чем на
утроенную погрешность отсчитывания по лимбу. При углах наклона более 3° вводят
поправку в длину линии, измеренную нитяным дальномером. Результаты съемки
фиксируют в журнале и на абрисе, где показывают ситуацию пояснительными
подписями или условными обозначениями, а также характерные элементы рельефа —
водотоки, водоразделы, все пикеты, перегибы скатов и пр. Рекомендуется на
абрисе схематично показывать основные формы рельефа горизонталями. Направление
однородного ската между пикетами показывают стрелкой.
Для контроля измерений с каждой съемочной
точки определяют несколько пикетов в полосе перекрытия съемки с других точек.
Наблюдения
на станции завершаются вычислениями и проверкой (контролем) измерения
горизонтальных углов в полуприемах, постоянства МО и
допустимости расхождений дальномерных отсчетов. Далее вычисляют D, S и h с помощью калькулятора. Сравнивают S и h из прямых и обратных измерений. Если
расхождения не превышают допустимых, то измерения
заканчиваются и теодолит переносят на следующую станцию хода. По завершении наблюдений в тахеометрическом ходе выполняют контроль
по ходу - проверяют допустимость угловой,
высотной и линейной невязок.
5. Обработка результатов
измерений. Оценка точности.
5.1
Вычисление дирекционных углов сторон хода. Вычисление угловой невязки, оценка
ее допустимости, увязка углов.
Формула
связи дирекционных углов последующей и предыдущей сторон хода по
измеренным левым углам выглядит следующим образом:
или через правые углы:
Эти формулы можно
распространить на весь ход (рис 1.2):
……………….………………
……………………………….
(
-----------------------------------------
Сложим левые и правые части равенств 5.3,
получим равенство 5.4.
Но
При наличии неизбежных ошибок в
измеренных левых углах имеем:
где
По теории ошибок
где mb - средняя квадратическая ошибка измеренного угла; (n+1) – число углов в разомкнутом ходе.
Для тахеометрического хода по требованиям
инструкции по топографическим съемкам:
Если угловая невязка
получилась меньше допустимой, то считается, что горизонтальные углы измерены удовлетворительно.
Выполняют увязку углов хода (распределяют угловую невязку поровну на каждый
угол):
контроль -
Вычисляют исправленные
значения углов:
Теперь ai
, вычисленные по формулам 5.3, точно дают
a к = a n+1 (5.13)
Как правило, вычисление
невязки, увязку углов и вычисление дирекционных углов выполняют в специальной ведомости, называемой
ведомостью координат (Таблица №1)
5.2
Вычисление прямоугольных координат пунктов хода. Решение прямой и обратной
задачи в геодезии.
Прямая задача.
Одна
из основных задач геодезии заключается в определении координат точек. Пусть в
прямоугольной системе координат дана точка А (XАYА). Требуется определить координаты XВYВ другой точки (В), если известны длина SАВ и дирекционный угол линии aАВ (рис. 5.1).
Рис.
5.1
Из рис. 5.1 имеем:
XB
=
XA +
YB = YA +
Последовательное решение прямой задачи
заключается в вычислении координат точек хода.
Обратная задача.
Даны
точки А (XАYА) и В (XВYВ). Требуется определить длину
линии SАВ и дирекционнный угол aАВ.
Из рис. 5.1 имеем:
tg
SAB =
SAB =
В
решении обратной задачи имеется неопределенность. По формуле 5.18 определяется
румб ( r ), но
не дирекционный угол (
5.3. Вычисление
линейной невязки хода, оценка ее допустимости. Увязка приращений координат.
На основе решения прямой
задачи (5.18 – 5.19) для тахеометрического хода имеем:
x2 = xн + ∆x1
y2 = yн + ∆y1
x3 = x2 + ∆x2
y3 = y2 + ∆y2
……………… ………………
xi
= xi-1 + ∆xi-1 5.21 yi =
yi-1 + ∆yi-1 5.22
……………….. ………………
xn = xn-1 + ∆xn-1
yn = yn-1 + ∆yn-1
xn+1
= xn + ∆xn
yn+1
= yn + ∆yn
(xk) (yk)
xк - хн =
yк - yн =
fx =
fy =
fS =
где xн, yн ,xк, yк – координаты начальной и конечной точек хода.
Складывая левые и правые части равенств 5.21 и 5.22, учитывая, что xк - xн = å∆xт, yк - yн = å∆yт, получим ¦x, ¦y, ¦s.
Если условие
удовлетворяется или
выполняют увязку приращений координат путем
распределения невязок пропорционально
длинам линий:
Контроль:
Контроль:
Затем вычисляют
приращения:
Контроль:
Контроль:
Вычисляют координаты точек хода:
Контролем вычисления
координат служат равенства :
Все вычисления ведут в
ведомости координат (Таблица №1)
5.4. Вычисление и увязка высот пунктов
тахеометрического хода.
Вычисление и увязка высот пунктов тахеометрического хода производится по
формулам тригонометрического нивелирования.
Сравнивают превышения, вычисленные прямо и обратно по каждой линии.
Предельное расхождение между ними не должно быть больше 4 см на каждые 100 м
расстояния.
Вычисляют среднее превышение hср из прямого и обратного.
Вычисляют сумму средних превышений
Вычисляют высотную невязку:
fh =
Допустимая невязка вычисляется по формуле:
доп fh = 0,20
Вычисляют поправку для каждого из превышений:
Контролем правильности вычисления поправок должно служить равенство:
Вычисляют исправленные превышения:
hиспр
Сумма исправленных превышений должна равняться разности отметок начальной
и конечной точек хода.
Вычисляются отметки точек хода:
Hi = Hi-1 + hиспр
Окончательным контролем служит то, что при вычислении последней отметки
мы должны прийти к отметке конечной точки хода без расхождения.
Все вычисления ведутся в
ведомости координат (Таблица №1).
Таблица 1
ВЕДОМОСТЬ ВЫЧИСЛЕНИЯ КООРДИНАТ И ВЫСОТ ТОЧЕК ТАХЕОМЕТРИЧЕСКОГО
ХОДА
|
Название
пунктов |
Измеренные углы |
Дирекционные углы |
Румбы |
Меры линий м |
Приращения координат вычисленные |
|
|
±X |
±Y |
|||||
|
|
|
328° 52,0´ |
|
|
|
|
|
25 |
167° 06,0´ |
|
|
|
-0,16 -127,69 |
+0,14 |
|
|
+0,5 194
46,5 |
315
58,0 |
СЗ
44°02,2´ |
183,7 |
+132,06 |
|
|
1 |
|
|
|
-0,15 -72,80 |
+0,14 |
|
|
|
|
330
45,0 |
СЗ
29 15,0 |
149,0 |
+130,00 |
|
|
2 |
138
21,0 |
|
|
|
-0,15 -149,97 |
+0,14 |
|
|
|
289
06,0 |
СЗ
70 54,0 |
158,7 |
+51,93 |
|
|
3 |
138
29,5 |
|
|
|
-0,16 -183,60 |
+0,14 |
|
|
+0,5 267
16,5 |
247
35,5 |
ЮЗ
67 35,5 |
198,6 |
-75,71 |
|
|
4 |
|
|
|
-0,16 -84,86 |
+0,15 |
|
|
|
+0,5 |
334
52,5 |
СЗ
25 06,5 |
200,0 |
+181,11 |
|
|
27 |
216 43,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
11 36,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fy =+0,78 fy = -0,71
Продолжение таблицы 1.
|
Приращения координат исправленные |
Координаты |
Названия пунктов |
Превышения и высоты |
|||||
|
±Y |
±X |
Y |
X |
h |
Vn |
hиспр |
H |
|
|
|
|
+1278,5 |
+968,7 |
25 |
|
|
|
147,22 |
|
-127,8 |
+132,2 |
|
|
|
+3,55 |
-0,02 |
+3,53 |
|
|
|
|
+1150,7 |
+1100,9 |
1 |
|
|
|
150,75 |
|
-73,0 |
+130,1 |
|
|
|
+4,35 |
-0,02 |
+4,33 |
|
|
|
|
+1077,7 |
+1231,0 |
2 |
|
|
|
155,08 |
|
-150,0 |
+52,1 |
|
|
|
+0,94 |
-0,02 |
+0,92 |
|
|
|
|
+927,6 |
+1283,1 |
3 |
|
|
|
156,00 |
|
-183,8 |
-75,6 |
|
|
|
+3,33 |
-0,02 |
+3,31 |
|
|
|
|
+743,8 |
+1207,5 |
4 |
|
|
|
159,31 |
|
-85,0 |
+181,3 |
|
|
|
+4,99 |
-0,02 |
+4,97 |
|
|
|
|
+658,8 |
+1388,8 |
27 |
|
|
|
164,28 |
åDyT =-619,7
åDxT =+420,1
åh = 17,16
Hk – H н = 17,06
f h
= 0,10 м
пр. f h
6. Элементы электронной тахеометрии
6.1 Понятие об электронных тахеометрах.
Электронным
тахеометром называют устройство, объединяющее в себе теодолит, светодальномер и микроЭВМ. Это
может быть единый прибор или прибор, составленный из отдельных модулей.
Одним
из основных узлов современных
тахеометров является микроЭВМ, с помощью которой
можно автоматизировать процесс измерений и решать различные геодезические
задачи по заложенным в них программам. Увеличение числа программ расширяет
диапазон работы тахеометра и область его применения, а также повышает точность
работ.
В
электронных тахеометрах угломерная часть прибора представляет собой
электронный теодолит с автоматическим выводом угловых величин в микроЭВМ и на табло, подобно расстояниям. Такие приборы
иностранные фирмы называют Total Stations - универсальные станции. Это тахеометры: ТаЗМ, ЗТа5 -
УОМЗ (Россия); ТС600Е - совместного предприятия Геодезические приборы
Екатеринбург — ГПЕ (Россия - Швейцария); Geodimeter 506 (510, 520, 540,
600) - фирмы "Геотроникс" (Швеция); ТС400
(800, 1000, 1600, 2002), ТДМ5000 - концерна "Лейка" (Швейцария); Rec Elta 15 (5, 4, 3, 2) - фирмы "Цейс" (Германия),
GTS 302 (6E, 303, 2) - фирмы "Топкон" (Япония); DTM-720 (300, С-100) - фирмы "Никон" (Япония); SET-5F (6E, 5) - фирмы
"Соккия" (Япония).
Упрощенная
структурная схема электронного тахеометра представлена на рис 6.1
Рис. 6.1. Упрощенная структурная схема электронного
тахеометра
Информация с датчиков об
измеренных расстояниях, горизонтальных углах и зенитных расстояниях
одновременно с информацией о наклоне оси вращения прибора поступает через
модули ввода в микропроцессор. В микропроцессор также передается информация с
клавиатуры.
После
соответствующей вычислительной обработки по заложенным в микроЭВМ
программам результаты измерений автоматически выводятся на цифровое табло и
передаются в накопитель (регистратор) информации.
Основные
технические характеристики электронных тахеометров приведены в таблице 6.1.
Данные таблицы 6.1
свидетельствуют о том, что современные электронные тахеометры — это
геодезические приборы высокой точности, имеющие вполне приемлемую для полевых
работ массу. Они снабжены съемными и внешними источниками питания и рассчитаны
на измерения в радиусе до 2 км и более.
Современные
электронные тахеометры снабжены системами автоподстройки, которые обеспечивают
стабильность работы датчиков углов и расстояний в условиях изменения или
колебаний температуры и давления, исключают влияние погрешностей, вносимых разъюстировкой оптической системы, разбросом или
изменением характеристик элементов электрической схемы.
Все
тахеометры снабжены компенсаторами наклона, исключающими ошибки в измеренных
зенитных расстояниях за наклон вертикальной оси.
Электронными тахеометрами выполняют измерения горизонтальных
и вертикальных углов и расстояний, измерения в режиме слежения, измерения в
ночных условиях; осуществляют накопление информации, обмен информацией с
внешними устройствами. Они обеспечивают возможность автоматического получения
функций измеренных величин, измерение расстояний с учетом поправок за
метеоусловия, приборной поправки и постоянной отражателя; автоматическое
введение поправок за ошибки в делениях, эксцентриситет алидады и лимба, 2С и
МО; могут автоматически учитываться влияния кривизны Земли и рефракции.
Наличие
регистрирующих устройств позволяет создать автоматизированный геодезический
комплекс (электронный тахеометр, регистратор информации, преобразователь, ЭВМ,
графопостроитель), обеспечивающий на выходе готовый план. При этом сводятся к
минимуму ошибки наблюдателя, оператора, вычислителя и картографа, возникающие
на каждом этапе работ при составлении плана традиционным способом.
6.2 Электронный тахеометр WILD TC1010.
В
качестве примера рассмотрим использование при измерениях электронного
тахеометра WILD TC1010 швейцарской фирмы Leica.
Электронный
тахеометр TC1010, помимо технических средств автоматизации процессов считывания
по горизонтальному и вертикальному кругам, а также измерения расстояний,
включает в себя интегрированное модульное программное обеспечение. Измерительная
и семантическая информация, накопленная в процессе работ, автоматически
записывается на компактный модуль записи данных. Максимальный объем записи для
стандартного формата (64К) около 2000 точек. В простейшем случае информация о
точках содержит следующие сведения: номер (имя) точки, расстояние (измеренное
или редуцированное на плоскость) или его усредненное из повторных измерений
значение; отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругам и ряд других
метрических и семантических признаков объекта наблюдений. Встроенный в
тахеометр последовательный интерфейс 232 позволяет подключать прибор к компьютеру
и другой принимающей данные системе.
Время
на одно комплексное измерение (дальность + горизонтальное направление +
вертикальное (зенитное расстояние) направление + вывод результатов на
электронное табло) составляет несколько секунд. Диапазон измерений расстояний
изменяется от 1,7 м до 2000 м. При сильной дымке, видимости около 3 км, яркой
солнечной засветке, размытости изображения от сильной турбулентности атмосферы
дальность действия составляет 1 – 1,2 км.
Дисплей
тахеометра четырехстрочный. Каждая строка содержит 16
символов. Клавиатура имеет два набора клавиш (всего 23): стандартный набор для
ввода цифр и блок функциональных клавиш. Клавиши имеют цветовую кодировку.
Клавиатура защищена от непогоды.
Питание
прибора осуществляется от внутреннего встроенного аккумулятора. Полная зарядка
аккумулятора 9 часов.
При
работе с электронным тахеометром ТС1010 в качестве визирных целей используются
одно- или многопризменные
марки, закрепляемые на подставках или специальных вехах. Конструкция подставок
обеспечивает полную взаимозаменяемость приборов, закрепленных на штативах (дает
возможность реализовать так называемый трехштативный
метод проложения ходов, практически сводящий на нет
влияние погрешностей центрирования и редукции приборов при передаче координат).
При
использовании в качестве визирных целей марок, закрепляемых на вешках,
вертикальность последних контролируют посредством круглого уровня,
прикрепленного к раздвигающейся штанге. Цена деления круглого уровня 8 уг. мин. на 2 мм.
Программное
обеспечение электронного тахеометра ТС1010 реализует два возможных режима
измерений: без записи и с записью данных.
При
измерениях в первом режиме после установки прибора в рабочее положение
(центрирование, горизонтирование, самопроверка
прибора, задание формы представления результатов (маски на дисплее), ввода в
память прибора информации о температуре воздуха и атмосферном давлении) работа
на станции выполняется в традиционной технологической последовательности.
Результаты измерений записывают в журнал.
При
работе в режиме записи данных до начала наблюдений необходимо четко
спланировать последовательность проведения измерений, выбрать и зафиксировать
форму представления результатов (в тахеометре ТС1010 предусмотрена возможность
создания девяти дисплейных масок), назначить имя файла, в котором будут храниться
результаты измерений. Отметим, что при работе с электронным тахеометром ТС1010
имеется хорошая возможность просмотра, редактирования и другой работы с файлами
данных. Большую помощь в работе оказывают также индицируемые на дисплее
сообщения об ошибках как наблюдателя, так и системы в
целом (всего 97 сообщений).
Программное
обеспечение тахеометра ТС1010 довольно разнообразно. Оно дает возможность не
только записать результаты наблюдений, но и решать непосредственно в полевых
условиях (в режиме реального времени) ряд важных практических задач. Укажем на
одну из них — вычисление координат определяемых точек с их индикацией на экране
дисплея. Соответствующая технологическая последовательность работ методом
полярных координат состоит в следующем. Сначала визируют на исходный
(ориентирный) пункт. С клавиатуры тахеометра в его память вводят дирекционный
угол исходного направления и координаты точки стояния. Затем необходимо
указать, какие углы (по ходу или против хода часовой стрелки) нас интересуют и
должны быть выведены на экран. Тогда после проведения измерений на последующие
точки их координаты будут вычислены (решением полярной засечки) и индицированы
на экране дисплея.
6.3 Понятие об электронной
тахеометрической съемке.
Ознакомление
с электронными тахеометрами показывает, что электронную тахеометрическую съемку
эффективно применять в открытой равнинной местности (речные поймы, отведенные
для строительства мелиоративных систем земли и др.), когда с исходной съемочной
точки открывается видимость на расстояния в 1—2 км.
Экономический
эффект от применения электронной тахеометрической съемки прежде всего
достигается за счет увеличения площади съемки, выполняемой с одной установки
прибора. При этом, вследствие значительной дальности действия тахеометра, сокращаются
затраты труда на развитие съемочного обоснования.
Применение
электронных тахеометров особенно эффективно при работе с передвижных наружных
знаков с платформами, с помощью которых обеспечивается поднятие тахеометров над
поверхностью земли на 2—3 м, в результате чего открывается хороший обзор
местности, позволяющий выполнить тахеометрическую съемку в радиусе 1—2 км.
Использование указанных устройств позволяет значительно повысить
производительность труда при съемке.
Технология
электронной тахеометрии дает возможность представить топографические планы как в традиционной графической форме, так и в виде
цифровых моделей местности и рельефа, т.е. в форме, удобной для использования в
системах автоматического проектирования (САПР).
У геодезистов-топографов появилась возможность не только
резко повысить производительность съемочных работ, но и изменить технологию измерительных работ благодаря большей
дальности действия (меньшему количеству станций), визированию на одну
единственную точку - отражательную призму (достаточно минимальной видимости),
высокой точности и быстроте визирования,
выявлению и учету ряда сопутствующих измерениям источников ошибок, исключению
утомительного ведения полевого журнала, повышению объективности съемочного
процесса - все перечисленное приведет к качественно новым технологиям измерений - к возможному исключению съемочных
ходов низкой точности и переходу к
крупноблочной точной тахеометрии с широким использованием автотранспортных
средств и средств радиосвязи реечника со станцией; созданию банков данных по цифровым моделям
местности м сокращению сроков создания карт крупных
масштабов.
Внедрение
новой техники не будет легким и быстрым, так как оптико-механические
приборы пока намного дешевле, более безотказны, не требуют источников питания,
доступнее в ремонте. Внедрение электронных тахеометров в практику геодезических измерений
экономически выгодно в случае их использования в режиме
записи данных на внешний накопитель с последующей обработкой на ЭВМ.
6.4 Электронная тахеометрическая съемка по методу свободного
выбора станций
По способу развития съемочного обоснования, а также в
зависимости от физико-географических условий местности электронная
тахеометрическая съемка может выполняться в трех технологических вариантах:
раздельно с развитием съемочного обоснования, одновременно с развитием
съемочного обоснования и по методу свободного выбора станций, когда съемочное
обоснование как таковое не создается, а получается в результате косвенных
измерений.
Максимальная эффективность достигается в варианте по
методу свободного выбора станций. В этом случае при минимуме собственных
измерений недостающие элементы съемочного обоснования (длины линий,
горизонтальные углы) определяют косвенным путем.
На
исходных пунктах К
и L измеряют примычные углы
Рис 6.2. Схема создания съемочного обоснования по
методу свободного выбора станций.
Съемку
выполняют с пунктов А, С и L, выбранных на местности с учетом максимального ее обзора, а
следовательно, наибольшей площади съемки, возможной с этих пунктов. В ряде
случаев, для достижения большей обзорности местности, точки установок
электронного тахеометра целесообразно выносить за пределы снимаемого участка.
Наличие видимости между двумя смежными установками тахеометра не обязательно.
Во время съемки должны быть измерены расстояния до исходного пункта К и связующих
точек В и D (при съемке с пункта А), до точек В, D, Е и F (при съемке с
пункта С) и до точек Е и F (при съемке с пункта L), а также горизонтальные углы между
направлениями на связующие точки с каждого пункта съемки. Все указанные
измерения выполняют одновременно со съемкой, никаких дополнительных измерений
вне пунктов съемки, кроме измерения примычных углов,
не выполняют. Используя перечисленные данные, можно вычислить координаты всех
связующих точек и произвести оценку точности как
отдельных элементов сети, так и всей сети в целом. Связующие точки В, F и
D, Е можно рассматривать как промежуточные пункты полигонометрических ходов
KBFL и KDEL. Длины сторон нижней (KB, BF и FL) и верхней (KD, DE и EL) ветвей, а также между смежными
сторонами можно вычислять аналитически из последовательного решения
треугольников АВК и BCF—для нижней ветви, ADK и DCF—для верхней, а также двух четырехугольников
ABCD и CELF.
Метод
свободного выбора станций открывает возможность для применения самого
эффективного варианта электронной тахеометрии - блочной электронной
тахеометрической съемки. Сущность метода заключается в том, что подлежащий
съемке участок местности условно делят на более мелкие участки - блоки, съемка
в пределах которых может быть выполнена с одной установки электронного
тахеометра. Площадь отдельного блока, в зависимости от условий местности, может
быть в пределах от нескольких до десятков и даже сотен гектаров. Места
установок электронного тахеометра могут быть как в пределах участка съемки, так
и вне его (метод свободного выбора станций). При этом координаты установок
электронного тахеометра не определяют. Съемка может начинаться с любого места.
Набор пикетов в блоке может выполняться в любом и даже свободном ориентировании
лимба горизонтального круга тахеометра. В программе набора съемочных пикетов
должно быть предусмотрено лишь измерение углов и линий на связующие точки
смежных блоков для последующего составления по ним сводного топографического
плана на весь участок местности.
Необходимым
условием блочной съемки является наличие связующих точек. Эти точки
устанавливают при рекогносцировке участка, в ходе которой намечают приблизительные
места установок тахеометра, с которых будет выполняться съемка. Связующие точки
должны располагаться в зонах перекрытия съемок, выполняемых с двух смежных
пунктов, и их число должно быть не менее двух на каждой смежной стороне
участка. Допускается вынесение связующих точек за пределы съемочного участка,
если по условиям местности обеспечивается их долговременная сохранность. В
качестве связующих точек можно использовать характерные предметы местности
(трубы, мачты, шпили церквей и др.), если они находятся вблизи участка
местности и вписываются в геометрические параметры съемочного обоснования по
методу свободной станции.
Связующим
точкам отведена роль соединения отдельных блоков съемки в единый для всего
участка топографический план. При этом составление топографического плана
допускается выполнять двумя способами: графическим и графоаналитическим.
Сущность
графо-аналитического способа заключается в совмещении одноименных связующих
точек блока и основы будущего плана, на которую они предварительно наносятся по
вычисленным и уравненным координатам. После совмещения точек ситуацию и рельеф
переносят на составляемый топографический план.
Графический
способ составления топографического плана не требует вычисления координат
связующих точек. План составляют в два этапа. На первом этапе выполняют
мозаичное совмещение отдельных блоков по имеющимся на них одноименным
связующим точкам. Составленный таким путем топографический план не
ориентирован. На втором этапе совмещают на просвет, с использованием светокопировального
стола, одноименные пункты съемочного обоснования, имеющиеся на плане и на
местности. В процессе съемки плановое положение таких пунктов должно быть
определено геодезическими методами.
Графический способ составления топографического плана
сравнении с графоаналитическим менее точен, но при небольшом числе блоков (до
шести) дает удовлетворительные результаты.