Измерение вертикальных углов
Угол наклона (ν) – угол между горизонтальной плоскостью и линией визирования. ν1 – положительный угол, ν2 – отрицательный угол.
Для измерения углов наклона служит вертикальный лимб.
При измерении вертикальных углов исходным (основным) направлением является горизонтальное.
Для вычисления значений углов наклона определяют место нуля (МО). Место нуля – это отсчет по вертикальному кругу, соответствующий горизонтальному положению визирной оси и положению уровня при алидаде вертикального круга в нуль-пункте, или горизонтальности отсчетного индекса у теодолитов с компенсатором при вертикальном круге.
Порядок определения МО: устанавливают теодолит, приводят его в рабочее положение, находят хорошо видимую точку и наводят на нее трубу при КЛ. При наличии уровня при вертикальном круге приводят его пузырек в нуль-пункт и берут отсчет по вертикальному кругу. Повторяют те же действия при КП. Берут отсчет по вертикальному кругу при КП.
МО = (КЛ + КП)/2
МО может иметь любое значение. Важно, чтобы при измерении вертикальных углов оно оставалось постоянным. Для удобства вычислений желательно, чтобы МО было близким, а еще лучше равным, нулю.
МО исправляют так. После определения МО вращением трубы теодолита при КЛ устанавливают отсчет по вертикальному кругу, равный вычисленному углу наклона. В этом случае средняя горизонтальная нить сетки сойдет с изображения точки. Вертикальными исправительными винтами сетки среднюю горизонтальную нить наводят на точку.
Для 2Т30:
ν = КЛ – МО
ν = МО – КП - 180˚
ν = (КЛ - КП - 180˚)/2
Теодолитные ходы
Теодолитным ходомназывают систему закрепленных на местности точек,координатыкоторых определены из измерения углов β и расстояний D.
Теодолитный ход начинают создавать с осмотра местности – рекогносцировки, цель которой – определить наиболее благоприятные места для закрепления вершин теодолитного хода и створов для промеров углов и линий между ними. Как правило, теодолитные ходы прокладывают между точками государственной геодезической сети. Связь теодолитных ходов с пунктами более высокого класса называют привязкой.
Если теодолитные ходы не привязаны к государственным геодезическим сетям, 20% точек закрепляют железобетонными знаками. Эти знаки, в свою очередь, привязывают к предметам местности: зарисовывают глазомерно план и измеряют расстояния не менее чем до трех постоянных предметов местности – углов капитальных зданий, колодцев, деревьев. Длины сторон между точками теодолитных ходов колеблются в пределах 20 … 350 м, а длины ходов зависят от многих факторов. Из них главные: масштабы топографической съемки и застроенность территории, по которой прокладывают ход. Например, уменьшение масштаба съемки с 1: 500 до 1: 1 000 позволяет увеличить длину хода с 0,8 до 1,2 км.
Если производят съемку в масштабе 1: 2 000, то на застроенной территории длина хода допускается 2 км, а на незастроенной – до 3 км.20
После того, как выбраны и закреплены вершины сторон теодолитного хода, производят измерения сторон и горизонтальных углов.
Общепринятая погрешность измерения сторон в теодолитных ходах от 1: 1 000 до 1: 2 000. Это означает, что если, например, измерена линия длиной 154 м, то при заданной предельной относительной погрешности измерения 1: 1 000 результат измерения «прямо» может отличаться от результата измерения «обратно» не более чем на 154 м/1 000 = 15 см.
Измерение горизонтальных углов между точками теодолитного хода (либо левые, либо правые по ходу передвижения) выполняют теодолитами.
В зависимости от применяемых теодолитов правильность измерений контролируют по разности углов между полуприемами КП и КЛ. Результаты измерений заносят в полевой журнал теодолитной съемки.
В журнале измерения горизонтальных углов часть места отводят для схематической зарисовки (абриса) положения точек теодолитного хода и пояснительных записей. Абрис служит основным документом, по которому находят на местности точки теодолитного хода.
Для передачи координат на точки теодолитных ходов производят привязку их к геодезическим пунктам более высокого класса. Привязка состоит в том, что определяют положение хотя бы одной точки хода относительно точек более высокого класса: измеряют между ними расстояние и примычный угол. Плановую привязку называют передачей координат и дирекционных углов с пунктов привязки на точки ходов.
В зависимости от количества пунктов государственной геодезической сети, удаленности их
от точек теодолитного хода привязку производят разными способами. Например, пункты государственной геодезической сети включают в теодолитный ход, измеряют примычные углы β1 β2 и линии D1 и D2.
Нивелирование
Нивелирование –вид геодезических измерений,в результате которых определяютпревышения точек, а также их высоты над принятой уровенной поверхностью.
Нивелирование производят для изучения форм рельефа, определения высот точек при проектировании, строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений.
Результаты нивелирования имеют большое значение для решения научных задач как самой геодезии, так и других наук о Земле.
Основными геодезическими приборами, которыми производят измерения, являются нивелиры.
Типы нивелиров
По точности нивелиры делятся на три группы:
1) технические(для обоснования топографических съемок,инженерно-геодезическихизысканий, строительства);
2) точные(для нивелированияIIIиIVклассов и инженерно-геодезических изысканий);
3) высокоточные(для нивелированияIиIIклассов в государственных геодезическихсетях, на геодинамических полигонах и при инженерно-геодезических работах).
В зависимости от устройств, применяемых для приведения визирной оси трубы в горизонтальное положение, нивелиры выпускают двух типов: с компенсатором углов наклона зрительной трубы и с уровнем при ней. У нивелиров, выпускаемых промышленностью стран бывшего СССР, наличие в марке буквы К означает, что труба нивелира снабжена компенсатором, буквы П – прямое изображение (например, нивелиры Н-05К, Н-3К, Н-10КП). Н – нивелир; 0,5, 3, 10 – средняя квадратическая погрешность (мм) определения превышений на 1 км двойного хода.
Нивелиры типа Н–3 и Н–10 допускается изготовлять с лимбами для измерения горизонтальных углов. При наличии лимба в шифре нивелира добавляется буква Л (например, Н – 10КЛ).
Нивелиры с компенсатором угла наклона называют самоустанавливающимися. Компенсация угла наклона визирной оси или автоматическое приведение ее в горизонтальное положение у этих нивелиров происходит за счет автоматического поворота компенсирующего элемента (компенсатора) оптической системы.
До начала работ нивелир вынимают из укладочного ящика и укрепляют на штативе становым винтом. Выдвигая и убирая ножки штатива, устанавливают его основание «на глаз» в горизонтальное положение. Затем с помощью подъемных винтов подставки приводят пузырек круглого уровня к середине концентрических окружностей или в нуль-пункт.
Подготовка нивелиров для работы состоит из двух действий: приведение визирной оси прибора в горизонтальное положение (нивелир с компенсатором считается готовым к работе, если пузырек круглого уровня находится в нуль-пункте) и установки трубы для наблюдения.
Трубу устанавливают по рейке вращением корпуса рекой. Наведение трубы на рейку фиксируют закрепительным винтом. В некоторых нивелирах закрепительного винта нет, а корпус имеет постоянное тугое сцепление с вертикальной осью вращения нивелира. Точное наведение зрительной трубы по рейке производят наводящим винтом (под точным наведением понимают такое положение, при котором сетка нитей зрительной трубы совпадает с осью рейки).
Нивелиры с цилиндрическим уровнем имеют зрительную трубу и цилиндрический уровень. Труба с уровнем укреплена на вертикальной вращающейся оси, входящей в подставку. Наиболее распространенные нивелиры этого типа Н–3, Н–10.
Цилиндрический уровень служит для точного приведения визирной оси прибора в горизонтальное положение. Для грубого приведения вертикальной оси прибора в отвесное положение служит круглый уровень. Пузырек круглого уровня приводится в нуль-пункт подъемными винтами подставки. Зрительную трубу наводят на рейку по визиру наводящим винтом при условии, что нивелир зафиксирован закрепительным винтом. Резкость изображения нивелирной рейки достигается вращением кремальеры.
Нивелир крепится к штативу прижимной пластиной, которая в центральной части имеет втулку с резьбой под становой винт штатива.
Отсчеты по рейкам
Отсчеты по рейкам производят по средней нити нивелира – по месту, где проекция средней нити пересекает рейку. Сделать отсчет по рейке – это значит определить высоту визирной оси нивелира над нулем (основанием рейки). Цифры считывают в такой последовательности: сначала меньшую, видимую вблизи средней нити, подпись (сотни миллиметров), потом прибавляют к ней целое число делений, на которое нить сетки отстоит от меньшей подписи в сторону большей (десятки миллиметров), затем наименьший десятимиллиметровый отрезок делят «на глаз» (количество миллиметров). Отсчет записывают в миллиметрах.
Погрешности и их виды
Измерения в геодезии рассматриваются с двух точек зрения: количественной, выражающей числовое значение измеренной величины, и качественной, характеризующей ее точность.
Из практики известно, что даже при самой тщательной и аккуратной работе многократные (повторные) измерения не дают одинаковых результатов. Это указывает на то, что получаемые результаты не являются точным значением измеряемой величины, а несколько отклоняются от него. Значение отклонения характеризует точность измерений. Если обозначить истинное значение измеряемой величины Х, а результат измерения l, то истинная погрешность измерения D определится из выражения:
D = l – Х.
Любая погрешность результата измерения есть следствие действия многих факторов, каждый из которых порождает свою погрешность. Погрешности, происходящие от отдельных факторов, называют элементарными. Погрешности результата измерения являются алгебраической суммой элементарных погрешностей.
Изучением основных свойств и закономерностей действия погрешностей измерений, разработкой методов получения наиболее точного значения измеряемой величины и характеристик ее точности занимается теория погрешностей измерений. Излагаемые в ней методы решения задач позволяют рассчитать необходимую точность предстоящих измерений и на основании этого расчета выбрать соответствующие приборы и технологию измерений, а после производства измерений получить наилучшие их результаты и оценить их точность. Математической основой теории погрешностей измерений являются теория вероятностей и математическая статистика.
Погрешности измерений разделяют по двум признакам: характеру их действия и источнику происхождения.
По характеру действияпогрешности бывают грубые,систематические и случайные.Грубыминазывают погрешности,превосходящие по абсолютной величине некоторый, установленный для данных условий измерений, предел. Они происходят в большинстве случаев в результате промахов и просчетов исполнителя. Такие погрешности обнаруживают повторными измерениями, а результаты, содержащие их, бракуют и заменяют новыми.
Систематическиминазывают погрешности,которые по знаку или величине однообразноповторяются в многократных измерениях (например, в длине линии из-за неточного знания длины мерного прибора, из-за неточности уложения мерного прибора в створе этой линии и т.п.). Влияние систематических погрешностей стремятся исключить из результатов измерений или ослабить тщательной проверкой измерительных приборов, применением соответствующей методики измерений, а также введением поправок в результаты измерений.
Случайныминазывают погрешности,размер и влияние которых на каждый отдельныйрезультат измерения остается неизвестным. Величину и знак случайной погрешности заранее установить нельзя. Однако теоретические исследования и многолетний опыт измерений показывают, что случайные погрешности подчинены определенным вероятностным закономерностям, изучение которых дает возможность получить наиболее надежный результат и оценить его точность.
По источнику происхожденияразличают погрешности приборов,внешние и личные.Погрешности приборовобусловлены их несовершенством.Например,погрешность в угле, измеренном теодолитом, ось вращения которого неточно приведена в вертикальное положение.
Внешние погрешностипроисходят из-за влияния внешней среды,в которой протекаютизмерения. Например, погрешность в отсчете по нивелирной рейке из-за изменения температуры воздуха на пути светового луча (рефракция) или нагрева нивелира солнечными лучами.
Личные погрешностисвязаны с особенностями наблюдателя.Например,разныенаблюдатели по-разному наводят трубу на визирную цель.
Так как грубые погрешности должны быть исключены из результатов измерений, а систематические исключены или ослаблены до минимально допустимого предела, то проектирование измерений с необходимой точностью, оценку результатов выполненных измерений производят, основываясь на свойствах случайных погрешностей.