Геодезия для строителей

Достоинством физико-оптических дальномеров является быстрота измерений, высокая точность и возможность измерения больших расстояний без подготовки трассы: нужна лишь оптическая видимость между конечными точками линии.

Идея оптических дальномеров основана на решении параллактического треугольника, в котором по малому (параллактическому) углуви противоположному ему катету (базе) B определяют расстояние D по формуле

D = B • ctg в

Рис. 55. Параллактический треугольник

Одну из величин (В или в) принимают постоянной, а другую измеряют. В зависимости от этого различают оптические дальномеры с постоянной базой и переменным углом или с постоянным углом и переменной базой.

Нитяный оптический дальномер

Наиболее распространенным является нитяный дальномер с постоянным параллактическим углом. Он весьма прост по устройству и имеется в зрительных трубах всех геодезических приборов. Сетка нитей таких труб кроме основных вертикальной и горизонтальной нитей имеет дополнительные штрихи (нити), называемые дальномерными. С их помощью по дальномерной рейке определяют расстояние D между точками местности (рис. 56)

Рис. 56. Схема определения расстояний оптическим нитяным дальномером

D = D' + f + д

где D' - расстояние от переднего фокуса объектива до рейки, f- фокусное расстояние объектива, д- расстояние от оси вращения теодолита до объектива.

Рассмотрим подобные треугольники АВF и а1b1F (рис. 56)

ав /АВ = f /D'

гдеаb = P - расстояние между дальномерными нитями, АВ = n - число сантиметровых делений между дальномерными нитями на рейке. Тогда

D' = f /P • n

D = D' + f + д = f /P • n + f + д

Отношение f /P называется коэффициентом дальномера и обозначается K, а сумма (f +д) - постоянная дальномера и обозначается С.

Тогда

D = K • n + С.

Дальномерные нити наносят так, чтобы при сантиметровых делениях коэффициент дальномераК = 100. Обычно при fобъектива равном 200 ммP берут равным 2 мм, тогда K = 100.

В современных теодолитах постоянная дальномераС близка к нулю, поэтому число метров в измеряемом расстоянии равно числу метров в дальномерном отсчете

D = K • n = 100• n.

При K = 100 и n = 124,3 см, D = 100 • 124,3 см = 124,3 м.

Определение горизонтальных проложений линий измеренных дальномером

При выводе формулы D = K • n предполагалось, что визирная ось горизонтальна, а дальномерная рейка установлена перпендикулярно ей. В этом случае мы получим горизонтальноепроложение линии S = D = K • n.

Однако на практике в большинстве случаев визирная ось имеет некоторый угол наклона v(рис. 57), и вследствие этого вертикально расположенная рейка не будет перпендикулярна визирной оси.

Если рейку наклонить на угол v так, чтобы она была установлена перпендикулярно визирной оси, то наклонное расстояние будет равно

Рис. 57. Схема определения горизонтального проложения линии нитяным дальномером.

D= K • n' ,

гдеn'= a' b' • cosн = n • cosн.

Тогда

D= K •n • cosн

Отсюда получаем следующую формулу для расчета горизонтального проложения линии при её измерении нитяным дальномером

S = D • cosv = K • n • cos2 н

Точность измерения расстояний нитяным дальномером невысокая и характеризуется относительной ошибкой 1/300. На точность определения расстояний нитяным дальномером влияют следующие факторы:

1) толщина дальномерных нитей;

2) рефракция воздуха;

3) промежуток времени между взятием отсчетов по верхней и нижней нитям.

Определение коэффициента дальномера

Коэффициент дальномера K определяют путем измерения дальномером отложенных на местности расстояний в 50, 100 и 200 м (рис. 58)

Рис. 58. Схема определения коэффициента дальномера

По формулам

; ; .

вычисляют три значения коэффициента дальномера и по ним рассчитывают среднее арифметическое Kср .

Принцип измерения расстояний электромагнитными дальномерами

Развитие электроники и радиотехники позволило создать новые приборы для линейных измерений - электромагнитные дальномеры (свето- и радиодальномеры).

Принцип работы этих приборов основан на определении промежутка времени t, необходимого для прохождения электромагнитных волн (световых и радиоволн) в прямом и обратном направлении от точки А, в которой центрирован прибор, до точки В, где установлен отражатель.

Рис. 59. Схема определения расстояния светодальномером.

Зная скорость распространения электромагнитных колебаний, можно записать

D = 0,5·v·t.

Из-за большой скорости света ( в атмосфере v ? 299710 км/с) измерение времени tнеобходимо выполнять с очень высокой точностью. Так, для измерения расстояния с точностью 1 см, время надо измерить с ошибкой не более 10-10сек.

Измерения выполняют фазовым или импульсным методом.

В светодальномерах лазерный источник излучения периодически посылает световой импульс. Одновременно запускается счетчик временных импульсов. Счетчик останавливается, когда светодальномер получает световой импульс, возвращенный призменным отражателем. Световой импульс, отразившись от призменного отражателя, останавливает счетчик. Для повышения точности измерения выполняют многократно. Измеренное расстояние высвечивается на цифровом табло.

Лекция 9 Нивелирование. Виды нивелирования

Нивелированием называется совокупность геодезических измерений для определения превышений между точками, а также их высот.

Нивелирование производят для изучения 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 для других наук о Земле.

В зависимости от применяемых приборов и измеряемых величин нивелирование делится на несколько видов.

1. Геометрическое нивелирование - определение превышения одной точки над другой посредством горизонтального визирного луча. Осуществляют его обычно с помощью нивелиров, но можно использовать и другие приборы, позволяющие получать горизонтальный луч.

2. Тригонометрическое нивелирование - определение превышений с помощью наклонного визирного луча. Превышение при этом определяют как функцию измеренного расстояния и угла наклона, для измерения которых используют соответствующие геодезические приборы (тахеометр, кипрегель).

3. Барометрическое нивелирование - в его основу положена зависимость между атмосферным давлением и высотой точек на местности.

4. Гидростатическое нивелирование - определение превышений основывается на свойстве жидкости в сообщающихся сосудах всегда находиться на одном уровне, независимо от высоты точек, на которых установлены сосуды.

5. Аэрорадионивелирование - превышения определяются путем измерения высот полета летательного аппарата радиовысотомером.

6. Механическое нивелирование - выполняется с помощью приборов, устанавливаемых в путеизмерительных вагонах, тележках, автомобилях, которые при движении вычерчивают профиль пройденного пути. Такие приборы называются профилографы.

7. Стереофотограмметрическое нивелирование основано на определении превышения по паре фотоснимков одной и той же местности, полученных из двух точек базиса фотографирования.

8. Определение превышений по результатам спутниковых измерений. Использование спутниковой системы ГЛОНАСС - Глобальная Навигационная Спутниковая Система позволяет определять пространственные координаты точек.

распространенный способ определения превышений. Его выполняют с помощью нивелира, задающего горизонтальную линию визирования.

Устройство нивелира достаточно простое. Он имеет две основные части: зрительную трубу и устройство, позволяющее привести визирный луч в горизонтальное положение.

Геометрическое нивелирование можно выполнять по следующей схеме:

Рис. 61. Способы нивелирования

При нивелировании из середины нивелир располагают между двумя точками примерно на одинаковых расстояниях (рис.61, а). В точках устанавливают отвесно рейки с сантиметровыми делениями. Их ставят на колышек, вбитый вровень с землей, или на специальный костыль, так как рейка под собственной тяжестью будет давить на землю и отсчет по ней будет меняться. Визирный луч зрительной трубы нивелира последовательно наводят на рейки и берут отсчеты З и П, которые записывают в миллиметрах в журнал нивелирования. Отсчет по рейке производят по средней нити нивелира, т.е. по месту, где проекция средней нити пересекает рейку. Превышение между точками определяют по формуле

h = З- П

где З - отсчет назад на заднюю точку А; П - отсчет вперед на переднюю точку B.

При нивелировании вперед прибор устанавливают над точкой А (рис. 61, б), измеряют его высоту V и берут отсчет П по рейке в точке В. Превышение определяют вычитанием из высоты прибора V отсчета П.

h = V - П.

Высоту передней точки В вычисляется по формуле:

Высоту визирного луча на уровенной поверхностью называют горизонтом инструмента HГИ (рис. 61) и вычисляют

НГИ = НА + З = НА + V.

Место установки нивелира называется станцией. Если для определения превышения между точками А и В достаточно установить прибор один раз, то такой случай называется простым нивелированием.

Если же превышение между точками определяют только после нескольких установок нивелира, такое нивелирование называют сложным или последовательным (рис. 62).

Рис. 62. Последовательное нивелирование.

В этом случае точки С и D называют связующими. Превышение между ними определяют как при простом нивелировании:

; ;

h = ?З- ?П

Такую схему нивелирования называют нивелирным ходом

Классификация нивелиров

Согласно действующим ГОСТам нивелиры изготавливают трех типов: высокоточные - Н-05; точные - Н-3; технические - Н-10.

В названии нивелира числом справа от буквы Н цифрой обозначают допустимую среднюю квадратическую ошибку измерения превышения на 1 км двойного нивелирного хода.

В зависимости от того, каким способом визирный луч устанавливается в горизонтальное положение, нивелиры изготавливают в двух исполнениях: - с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе, с помощью у которого осуществляется горизонтирование визирного луча (рис. 63); - с компенсатором - свободно подвешенная оптико-механическая система, которая приводит визирный луч в горизонтальное положение. В названии нивелира буква К обозначает компенсатор (Н-3К, Н-3КЛ), где Л - лимб (рис. 64). На рис. 65 приведен технический нивелир второго поколения с компенсатором и лимбом 2Н-10КЛ

Н-3

Рис. 63. Точный нивелир Н-3 с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе: 1 - подъемные винты; 2 - круглый уровень; 3 - элевационный винт; 4 - окуляр зрительной трубы с диоптрийным кольцом; 5 - визир; 6 - кремальера; 7 - объектив зрительной трубы; 8 - закрепительный винт; 9 - наводящий винт; 10 - контактный цилиндрический уровень; 11 - юстировочные винты цилиндрического уровня

Нивелирные рейки

Нивелирные рейки для нивелирования III - IV класса и технического изготавливают из деревянных брусьев двутаврового сечения шириной 8 - 10 и толщиной 2 - 3 см.

Рейка РН-3 (рис. 66) имеет длину 3 м. Деления нанесены через 1 см. Нижняя часть рейки заключена в металлическую оковку и называется пяткой.

Основная шкала имеет деления черного и белого цвета, ноль совмещен с пяткой рейки. Дополнительная шкала на другой стороне рейки имеет чередующиеся красные и белые деления. С пяткой рейки совмещен отсчет больше 4000 мм. Часто встречаются комплекты реек, у которых с пятками красных сторон совпадают отсчеты 4687 и 4787 мм. Поэтому превышения, измеренные по красным сторонам реек, будут больше или меньше на 100 мм измеренных по черным сторонам реек.

Рис. 66. Нивелирная рейка (а) и поле зрения зрительной трубы нивелира с цилиндрическим уровнем

Нивелирование трассы

Закрепление трассы по высоте

Вдоль всей разбитой на местности трассы, но за пределами зоны работ закрепляются точки, называемые реперами. Они могут быть временными и постоянными. Временные реперы - это столбы, закапываемые ниже глубины промерзания. Внизу закрепляется крестовина. Такой репер называется временным грунтовым. В качестве временного репера можно использовать пни деревьев диаметром 0,5 м и более. Временные реперы размещают по трассе через каждые 2 - 3 км, а через 20 - 30 км устраивают постоянные реперы. Особенно необходимо их устраивать в начале и в конце трассы, на станциях, вблизи будущих мостов и тоннелей. Постоянные реперы могут быть стенными или грунтовыми

Задача нивелирования трассы.

Целью нивелирования трассы является получение отметок пикетов, плюсовых и точек поперечников для построения продольного и поперечного профилей трассы. Его выполняют вслед за разбивкой пикетажа и установкой реперов. Нивелирование ведут из середины с расстоянием от нивелира до реек 50 - 100 м.

Бригада по нивелированию состоит из нивелира, записатора и двух реечников.

В снаряжение бригады входят нивелир со штативом, две двусторонние рейки, два переносных фиксатора (башмак), журнал нивелирования. Запрещается производить нивелирование без поверки нивелира и реек.

Чтобы не пропустить пикеты и плюсовые точки, нивелировщик должен иметь пикетажный журнал трассы.

Работа с нивелиром на станции

Для определения превышений между связующими точками, на каждой станции нивелир устанавливают посредине между ними (рис. 90). За связующие точки принимают пикеты или плюсовые точки, но чтобы расстояние между ними не более 150 м, а превышения несколько меньше длины рейки. При этом для контроля превышения на станции в комплект должны входить две рейки с разностью по красным сторонам реек на 100 мм. Например, одна рейка с началом отсчета 4687 мм, а вторая - 4787 мм.

Рис. 90. Нивелирование трассы

Отсчеты по рейкам, установленным на связующие точки, берут в следующей последовательности:

1) по черной стороне рейки на заднюю точку Зч;

2) по красной стороне рейки на заднюю точку Зк;

3) по черной стороне рейки на переднюю точку Пч;

4) по красной стороне рейки на переднюю точку Пк.

Вычисляют превышения

Если полученные превышения оказались равными или отличаются не более чем на 5 мм, то из них рассчитывают среднее превышение. В противном случае работу переделывают.

Пример:

Если между связующими точками находятся промежуточные (рельефные или контурные) плюсовые точки, задний реечник поочередно ставит на них рейку, и нивелировщик берёт только по её черной стороне промежуточный отсчетС (рис. 90 точки ПК0+29, ПК1+71).

После этого работу на станции заканчивают и переходят на следующую. При этом заднийреечник с промежуточной точки переходит на переднюю точку новой станции. Передний реечник остается на месте и на новой станции он будет задним.

На новой станции и на всех последующих работу ведут в таком же порядке.

В зависимости от местных условий за связующие точки берут и плюсовые. Например, на станциях III и IV (рис. 90) за связующую принята плюсовая точка ПК2+59.

На крутых склонах, где превышение между пикетами больше 3 м, приходится ставить дополнительные связующие точки. Например, пикет ПК3 и ПК4 лежат на ровном крутом скате и превышение между ними больше длины рейки. В этом случае превышение между пикетами измеряют по частям, используя дополнительную связующую точку, называемуюикс-точкой. Рейку в икс-точке ставят на колышек или переносной башмак. На очень крутых склонах ставят несколько икс-точек. На профиль икс-точки не наносят и расстояния от них до пикетов не измеряют. Они служат только для передачи превышений

Нивелирование оврагов

Если нивелирный ход пересекает узкий (до 100 м) овраг с крутыми скатами, то во избежание накопления ошибок при спуске в овраг и при подъеме из него передают высоту сразу с одного берега на другой (рис. 91).

Рис. 91. Нивелирование через овраг

Для этого с двух станций 1 и 2 нивелируют точки А и В на каждом берегу оврага. Превышение между этими точками вычисляют дважды:

h1 = a1 - b1,

h2 = a2 - b2.

Расхождение между значениями h1 и h2 не должно превосходить 5 мм.

Передача высоты через широкие овраги производится как и через реки. В случае необходимости составления поперечного профиля оврага разбивают пикетаж с закреплением кольями пикетов и плюсовых точек, которые затем нивелируют. Обычно нивелировщик спускается по одному скату оврага, нивелируя точки, расположенные на обоих скатах.

Нивелирование заросших оврагов приходится делать по каждому отрогу отдельно.

Широкие овраги нивелируют также как реки

Нивелирование поперечников

Нивелирование поперечников выполняют двумя способами:

1) попутно с продольным нивелированием трассы; 2) с отдельных станций, самостоятельно.

Рис. 92. Нивелирование поперечников

Если поперечники нивелируют попутно с продольным нивелированием, то рейки устанавливают на точки поперечника и берут отсчеты как на промежуточные точки (рис. 92).

При отдельном нивелировании нивелир устанавливают в таком месте, чтобы с одной станции можно было прочесть отсчеты по рейкам на возможно большем числе точек одного, двух, а то и трех поперечников.

Отсчеты берут только по черной стороне рейки. При этом исходной (задней) точкой служит пикет или плюсовая точка трассы, зная высоту которой вычисляют горизонт нивелира

Контроль нивелирования трассы

При нивелировании трассы возможны случайные грубые ошибки, например, просчеты по рейке или неправильно установленная рейка. Поэтому при нивелировании должен быть контроль.

Контроль нивелирования всей трассы может выполняться несколькими способами:

1. Нивелирование между реперами с известными отметками.

Если ход проложен между реперами государственного нивелирования, то для контроля сравнивают алгебраическую сумму превышений ? h хода с разностью отметок конечного Нк и начальногоНн реперов.

Разность должна быть не более допустимой мм, где L - длина хода в километрах.

2. Нивелирование в два нивелира.

Первый нивелировщик нивелирует связующие и промежуточные точки, а второй - идет вслед за ним, нивелируя только связующие точки. Результаты нивелирования сравнивают ежедневно. При большой разности в превышениях выполняют повторное нивелирование.

3. Проложение обратного хода.

Если работу ведут одним нивелиром, то для контроля делают обратный ход. При обратном ходе нивелируют только связующие точки. Станции, где допущены грубые ошибки, нивелируют заново.

4. Нивелирование замкнутым ходом.

Замкнутым называется ход, который начинает и заканчивается в одной точке. Контролем служит условие: алгебраическая сумма превышений хода должна равняться нулю.

Лекция 10 Теодолитная съемка. Тахеометрическая съемка. Съемка ситуации

Теодолитной называется горизонтальная (контурная) съемка мест-ности, в результате которой может быть получен план с изображением ситуации местности (контуров и местных предметов) без рельефа. Теодолитная съемка относится к числу крупномасштабных (масштаба 1:5000 и крупнее) и применяется в равнинной местности в условиях сложной ситуации и на застроенных территориях: в населенных пунк-тах, на строительных площадках, промплощадках предприятий, на тер-риториях железнодорожных узлов, аэропортов и т. п. В качестве планового съемочного обоснования при теодолитной съемке обычно используются точки теодолитных ходов.

Теодолитные ходы представляют собой системы ломаных линий, в которых горизонтальные углы измеряются техническими теодолита-ми, а длины сторон -- стальными мерными лентами и рулетками либо оптическими дальномерами. По точности теодолитные ходы подразде-ляются на ходы точности 1:3000, 1:2000 и 1:1000. Обычно теодолитные ходы не только нужны для выполнения съемки ситуации местности, но и служат геодезической основой для других видов инженерно-гео-дезических работ. Теодолитные ходы развиваются от пунктов плано-вых государственных геодезических сетей и сетей сгущения.

По форме различают следующие виды теодолитных ходов:

1) разомкнутый ход, начало и конец которого опираются на пункты геодезического обоснования (рис. 75, а);

2) замкнутый ход (полигон) -- сомкнутый многоугольник, обычно примыкающий к пункту геодезического обоснования (рис. 75, б);

3) висячий ход, один из концов которого примыкает к пункту геоде-зического обоснования, а второй конец остается свободным (рис. 75, в).

Форма теодолитных ходов зависит от характера снимаемой тер-ритории. Так, для съемки полосы местности при трассировании осей линейных объектов (дорог, трубопроводов, ЛЭП и т. п.) прокладыва-ют разомкнутые ходы. При съемках населенных пунктов, строитель-ных площадок обычно по границе участка прокладывают замкнутый ход (полигон). При необходимости внутри полигона прокладывают диагональные ходы, которые могут образовывать узловые точки

(см. рис. 75, б). Проложение висячих теодолитных ходов допускает-ся лишь в отдельных случаях при съемке неответственных объектов; при этом длина висячего хода не должна превышать 300 м при съемках масштаба 1:2000 и 200 м -- масштаба 1:1000.

Теодолитная съемка слагается из подготовительных, полевых и ка-меральных работ. Наибольший объем приходится на полевые работы, которые включают в себя рекогносцировку снимаемого участка, про-кладку теодолитных ходов и полигонов, их привязку к пунктам геоде-зической опорной сети и съемку ситуации.

3. В период камеральной подготовки выясняют необходимость съем-ки и выбирают ее масштаб, исходя из требуемой точности изображе-ния ситуации местности. Затем подбирают и изучают имеющиеся в наличии картографические материалы (планы, карты и профили), а также географическое описание района будущей съемки. Если в райо-не съемки имеются пункты геодезической опорной сети, то составля-ют схему их расположения, а из каталогов выписывают координаты. На основе имеющихся планов и карт наиболее крупных масштабов намечают теодолитные ходы. Длины теодолитных ходов, прокладыва-емых между опорными геодезическими пунктами, выбираются исхо-дя из масштаба съемки, принятой точности ходов и топографических условий местности и не должны превышать установленных величин (табл. 4).

Согласно намеченной схеме теодолитных ходов составляется предва-рительный проект полевых работ. Проект должен содержать календарный план и смету на работы, расчет необходимого количества исполнителей и транспорта, перечень необходимых приборов, оборудования и материа

лов. Для выполнения теодолитной съемки необходимо иметь теодолит, стальную ленту с комплектом шпилек либо оптический дальномер, рулет-ку, эклиметр и экер.

Способы съемки ситуации

Съемка ситуации - геодезические измерения на местности для последующего нанесения на план ситуации (контуров и предметов местности).

Выбор способа съемки зависит от характера и вида снимаемого объекта, рельефа местности и масштаба, в котором должен быть составлен план .

Съемку ситуации производят следующими способами: перпендикуляров; полярным; угловых засечек; линейных засечек; створов (рис. 60).

Способы съемки ситуации:

1) способ перпендикуляров;

2) полярный способ;

3) способ угловых засечек;

4) способ линейных засечек;

5) способ створов.

Способ перпендикуляров (способ прямоугольных координат) - применяется обычно при съемке вытянутых в длину контуров, расположенных вдоль и вблизи линий теодолитного хода, проложенных по границе снимаемого участка. Из характерной точки К (рис. 60, а) опускают на линию хода А - В перпендикуляр, длину которого S2 измеряют рулеткой. Расстояние S1 от начала линии хода до основания перпендикуляра отсчитывают по ленте.

Полярный способ (способ полярных координат) - состоит в том, что одну из станций теодолитного хода (рис.60, б) принимают за полюс, например, станцию А, а положение точки К определяют расстоянием S от полюса до данной точки и полярным углом в между направлением на точку и линией А - В. Полярный угол измеряют теодолитом, а расстояние дальномером. Для упрощения получения углов, теодолит ориентируют по стороне хода.

При способе засечек (биполярных координат) положение точек местности определяют относительно пунктов съемочного обоснования путем измерения углов в1 и в2 (рис.60, в) - угловая засечка, или расстояний S1 и S2 (рис.60, г) - линейная засечка.

Угловую засечку применяют для съемки удаленных или труднодоступных объектов.

Линейную засечку - для съемки объектов, расположенных вблизи пунктов съемочного обоснования. При этом необходимо чтобы угол г, который получают между направлениями при засечке был не менее 30° и не более 150°

Рис. 60. Способы съемки ситуации:

а - перпендикуляров, б - полярный, в - угловых засечек, г - линейных засечек, д - створов.

Способ створов (промеров). Этим способом определяют плановое положение точек лентой или рулеткой.(рис. 60, д). Способ створов применяется при съемке точек, расположенных в створе опорных линий, либо в створе линий, опирающихся на стороны теодолитного хода. Способ применяется при видимости крайних точек линии. Результат съемки контуров заносят в абрис. Абрис называют схематический чертеж, который составляется четко и аккуратно.

Тригонометрическое нивелирование

Тригонометрическое нивелирование - определение превышения между точками с помощью наклонного визирного луча (рис. 73).

В точке А устанавливают теодолит, в точке В - рейку. Рулеткой или рейкой измеряют высоту теодолита. Используя вертикальный круг теодолита, определяют угол наклона визирной оси трубы н при её наведении на какую-либо точку рейки. Расстояние от этой точки до пятки рейки называется высотой визирования l. Длину линии АВ измеряют лентой или дальномером.

Рис. 73. Тригонометрическое нивелирование.

Из рис. 73 имеем:

h + l = hґ + V,

h = hґ + V - l,

т.к. hґ = S•tgн,Уто

h = S•tgн + V - l.

Если зрительную трубу наводить на рейке на высоту теодолита, то V = l и превышение вычисляют по формуле

h = S•tgн .

Если расстояние измерялось лентой, то горизонтальное проложение линии АВ равно S = D•cosн .

Тригонометрическое нивелирование становится очень производительным, когда расстояния измеряются дальномером.

В случае использования нитяного дальномера S = D•cos2н, тогда

.

Теодолит, снабженный вертикальным кругом и нитяным дальномером называетсятахеометром, а совокупность геодезических измерений для определения планового и высотного положения точек, называется тахеометрической съемкой.

Определение превышения тригонометрическим нивелированием с учетом поправки за кривизну Земли и рефракции

В предыдущем разделе при определении разности высот двух точек тригонометрическим нивелированием, предполагалось, что расстояние между этими точками невелико и отвесные линии, проходящие через точки А и В, можно считать параллельными, а визирный луч - прямой линией. На самом деле при расстояниях больше 300 м приходится учитывать поправки за кривизну Земли K и рефракцию r (рис. 74).

Рис. 74. Тригонометрическое нивелирование с учетом поправок за кривизну Земли и рефракции.

S•tgн + V + K = h + l + r,

h = S•tgн + V - l + K - r,

,

h = S•tgн + V - l + f.

Если зрительную трубу наводить на рейке на высоту теодолита, то V = l и превышение вычисляют по формуле

h = S•tgн + f.

Поправки за кривизну Земли и рефракцию f= K - r учитываются только при расстояниях АВ более 300 м.

Тахеометрическая съемка, её назначение и приборы

Тахеометрическая съемка - комбинированная съемка, в процессе которой одновременно определяют плановое и высотное положение точек, что позволяет сразу получать топографический план местности.

Тахеометрия в буквальном переводе означает скороизмерение или быстрое измерение.

Положение точек определяют относительно пунктов съемочного обоснования: плановое - полярным способом, высотное - тригонометрическим нивелированием. Длины полярных расстояний и густота пикетных (реечных) точек (максимальное расстояние между ними) регламентированы в инструкции по топографо-геодезическим работам.

При производстве тахеометрической съемки используют геодезический прибор тахеометр, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов, длин линий и превышений. Теодолит, имеющий вертикальный круг, устройство для измерения расстояний и буссоль для ориентирования лимба, относится к теодолитам - тахеометрам.

Теодолитами - тахеометрами является большинство теодолитов технической точности, например Т30.

Производство тахеометрической съемки

Тахеометрическая съемка выполняется с пунктов съемочного обоснования, их называют станциями. Чаще всего в качестве съемочного обоснования используют теодолитно-высотные ходы.

Характерные точки ситуации и рельефа называют реечными точками или пикетами. Реечные точки на местности не закрепляют.

Для определения планового положения точек съемочной сети измеряют горизонтальные углы и длины сторон. Длины измеряют землемерными лентами или стальными рулетками в прямом и обратном направлениях с точностью 1:2000.

Высоты точек определяют тригонометрическим нивелированием. Углы наклона измеряют при двух положениях вертикального круга в прямом и обратном направлениях. Расхождение в превышениях допускается не больше 4 см на каждые 100 метров расстояния.

Работу на станции при тахеометрической съемке выполняют следующим образом.

Устанавливают теодолит в рабочее положение над точкой хода (центрируют и горизонтируют прибор), измеряют высоту прибора V, отмечают её на рейке и записывают в журнал.

При круге право «КП» наводят зрительную трубу на рейку, установленную на соседнюю (заднюю или переднюю) точку хода, и берут отсчет по вертикальному кругу. Далее переводят трубу через зенит и ориентируют лимб по стороне хода, т.е. по горизонтальному кругу устанавливают отсчет 0°, закрепляют алидаду и, вращая лимб, направляют зрительную трубу на рейку. Затем берут отсчет по вертикальному кругу при круге лево «КЛ» и вычисляют место нуля (МО) вертикального круга. Отсчеты и значение МО записывают в журнал.

После указанных действий приступают к съемке подробностей (характерных точек ситуации и рельефа) на станции, все измерения записывают в тахеометрический журнал.

На каждой станции одновременно с заполнением журнала составляется абрис - схематический чертеж, на котором зарисованы положения реечных точек с указанием их номеров, проведены контуры местности, указан скелет рельефа и подписаны угодья (рис. 75).

Скелет рельефа изображают в виде линий, соединяющих точки, между которыми на местности ровный скат, т.е. нет перегибов. Стрелками указывают направление ската. Четко выраженные формы рельефа иногда показывают на абрисе условными горизонталями. Контуры ситуации и снимаемые объекты обозначают условными знаками или надписями.

Иногда абрис рисуют до начала съемки и затем уже ведут съемку в соответствии с абрисом.

Рис. 75. Абрис тахеометрической съемки.(кроки)

На реечные точки устанавливают рейку. При круге лево «КЛ» и ориентированном лимбе, вращая алидаду, последовательно наводят зрительную трубу на реечные точки, делают отсчеты по дальномерным нитям, горизонтальному и вертикальному кругам и записывают их в журнале. Средний штрих сетки нитей зрительной трубы наводят на высоту прибора, отмеченную на рейке. Если высота прибора на рейке не видна из-за помех, то наводят на любой отсчет на рейке (чаще всего кратный метрам или полуметрам, например: 2, 2.5 м или 3 м). Высоту визирования l записывают в журнал.

После окончания съемки на станции зрительную трубу снова наводят на точку хода, по которой ориентировали теодолит, и берут отсчет по горизонтальному кругу. Расхождение между 0° и взятым отсчетом допускается не более ± 5'.

Реечные точки должны равномерно покрывать территорию съемки. Расстояния от станции до реечных точек и расстояния между реечными точками не должны превышать допусков, указанных в инструкции по тахеометрической съемке.

Обработка результатов тахеометрической съемки включает в себя следующие работы:

1. Вычисление координат и отметок пунктов тахеометрических ходов;

2. Вычисление отметок реечных точек;

3. Построение плана тахеометрической съемки.

Лекция 11 Поверки и юстировки нивелира и теодолита

Поверки и юстировка нивелира

1. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира.

Подъемными винтами приводят пузырек круглого уровня в центр кружка на коробке уровня и поворачивают верхнюю часть нивелира вокруг его оси на 180°. Если пузырек останется в центре, то условие выполнено.

Схема поверки оси цилиндрического уровня

В противном случае исправительными винтми уровня перемещают пузырек к центру на половину его отклонения, а подъемными винтами приводят его в нуль-пункт. Для контроля поверку повторяют.

Перед каждой последующей поверкой предварительно приводят по круглому уровню ось нивелира в вертикальное положение. Для этого устанавливают подъемными винтами пузырек круглого уровня в центр кружка. После этого при вращении верхней части нивелира пузырек должен находиться в нуль-пункте.

2. Горизонтальная нить сетки должна быть перпендикулярна оси вращения нивелира.

Среднюю нить сетки наводят на ясно видимую точку, расположенную в 25-30 м от нивелира, и наводящим винтом плавно вращают трубу. Нить сетки не должна сходить с выбранной точки. Выполнение этого условия обеспечивается заводом. При несоблюдении условия необходимо ослабить винты, скрепляющие сетку с корпусом трубы, и повернуть сетку в нужную сторону.

3. Ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси трубы.

Поверка этого главного геометрического условия производится двойным нивелированием одной и той же линии с разных ее концов. Линия длиной около 50 м закрепляется колышками. Устанавливают нивелир в точке А так, чтобы окуляр находился над колышком, приводят ось вращения нивелира в отвесное положение при помощи круглого уровня и измеряют высоту прибора i1. В точке В устанавливают рейку и делают по ней отсчет b1, предварительно элевационным винтом приводят пузырек цилиндрического уровня в нуль-пункт, т. е. совмещают две его половинки.

Если визирная ось и ось цилиндрического уровня не парал-лельны, то в отсчет b1 войдет ошибка х. Отсюда следует, что

h = i1 - (b1 - x)

Аналогично устанавливают нивелир в точке В. Измеряют высоту прибора i2 и делают в точке А отсчет по рейке b2. Превышение в этом случае будет

h = (b2 - x) - i2

Решая уравнения h = i1 - (b1 - x) и h = (b2 - x) - i2, получим

Если величина х не превышает 4 мм, то исправление не проводится. В противном случае при помощи элевационного винта наводят среднюю нить сетки на исправленный отсчет b = b2 - x и вертикальными исправительными винтами цилиндрического уровня совмещают изображение концов пузырька уровня. Для контроля поверку повторяют.

Поверки и юстировка теодолита

Перед началом измерений теодолит необходимо тщательно осмотреть и проверить, так как даже серийно выпускаемые приборы имеют свои индивидуальные особенности. В первую очередь производят проверку и регулировку механических деталей, обращая внимание на состояние и работу всех винтов прибора: подъемных, зажимных и наводящих винтов лимба и алидады, наводящего винта уровня вертикального круга, исправительных (юстировочных) винтов уровней, колонок, сетки нитей и т.п. Вращение лимба и алидады должно быть плавным, без заеданий и колебаний. Горизонтальный и вертикальный угломерные круги не должны иметь механических повреждений; изображения делений шкал и сетки нитей должны быть четкими. Зрительная труба должна быть уравновешенной и иметь свободное вращение. Присутствие пыли и грязи на оптических деталях прибора не допускается. После внешнего осмотра теодолита выполняют его поверки и юстировки.

В соответствии с принципом измерения горизонтального угла конструкция теодолита должна удовлетворять следующим основным геометрическим условиям:

1. Ось цилиндрического уровня U1U1 должна быть перпендикулярна к оси вращения теодолитаZZ.

2. Визирная ось зрительной трубы VVдолжна быть перпендикулярна к горизонтальной оси теодолита (оси вращения трубы) HH.

3. Горизонтальная ось теодолита HHдолжна быть перпендикулярна к оси вращения теодолита ZZ.

Дополнительные геометрические условия вытекают из теории измерения вертикальных углов.

Действия, имеющие целью установить соблюдение предъявляемых к конструкции прибора геометрических условий, называются поверками. Для обеспечения выполнения нарушенных условий производят юстировку (регулировку) прибора. Рассмотрим основные поверки и юстировки технических теодолитов.

1. Поверка цилиндрического уровня. Ось цилиндрического уровня алидады горизонтального круга должна быть перпендикулярна к оси вращения теодолита. Выполнение этого условия позволяет с помощью уровня устанавливать ось вращения теодолита в отвесное положение, а следовательно, плоскость лимба - в горизонтальное положение.

Пусть ось уровня перпендикулярна к оси вращения теодолита ZZ и составляет с ней угол (рис.46,а), тогда при приведенном на середину ампулы пузырьке уровня ось вращения прибора не будет отвесной. При повороте алидады горизонтального круга вместе с уровнем вокруг оси ZZ пузырек сойдет с середины на пделений и ось уровня займет новое . положение U1U1 Как видно из рис. при этом ось уровня составит со своим горизонтальным положением UU некоторый угол п, где - цена деления уровня. Очевидно, что если привести ось уровня в положение биссектрисы U1/U1/ угла , то она окажается перпендикулярной к оси вращения теодолита, так как 2180о, следовательно, о.

Из вышеизложенного вытекает способ поверки данного условия. Ось поверяемого уровня устанавливают по направлению двух подъемных винтов и вращением их в разные стороны приводят пузырек уровня в нуль-пункт. Вращением алидады вокруг оси ZZ поворачивают уровень на 180о. Если после поворота пузырек уровня останется в нуль-пункте, то условие перпендикулярности осей UU иZZ выполняется. При смещении пузырька производится исправление положения уровня. Для этого пузырек уровня перемещают по направлению к нуль-пункту на половину дуги отклонения с помощью исправительных винтов при уровне. После юстировки уровня следует повторить поверку и убедиться в выполнении требуемого условия. Практически условие считается выполненным, если после поворота на 180о пузырек уровня отклоняется от нуль-пункта в пределах одного деления шкалы ампулы.

Перед выполнением следующих поверок необходимо тщательно привести ось вращения теодолита в отвесное положение по исправленному цилиндрическому уровню; эта операция называется горизонтированием теодолита. Уровень устанавливают по направлению двух подъемных винтов и вращением их в разные стороны выводят пузырек уровня в нуль-пункт. Затем поворачивают алидаду примерно на 90о и третьим подъемным винтом выводят пузырек на середину ампулы. Эти действия повторяют до тех пор, пока пузырек не будет оставаться на середине ампулы при любом положении алидады.

2. Поверка положения коллимационной плоскости. Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси теодолита.

Как известно, визирная ось трубы проходит через оптический центр объектива и перекрестие сетки нитей. Если указанное условие выполняется, то при вращении трубы вокруг горизонтальной оси визирная ось образует коллимационную плоскость. При несоблюдении условия визирная ось будет описывать не плоскость, а две конические поверхности. Угол с между фактическим положением визирной оси ОК1 и требуемым положением ОК (рис.46,б) называется коллимационной поверхностью.

Для поверки данного условия на местности выбирают ясно видимый удаленный предмет N и, визируя на него при двух положениях вертикального круга (КП и КЛ), берут отсчеты по лимбу М1 и М2. Как видно из рис. 46,б при КП отсчет по лимбу М1 будет меньше правильного отсчета М на величину х, а при КЛ отсчет М2 будет больше правильного отсчета

М + 180о на ту же величину х, т.е.

М = М1 + х;

М + 180о = М2 -х

Решая полученные уравнения относительно х и М, получим:

(1)

(2)

Следует учесть, что величина х является проекцией угла на горизонтальную плоскость лимба и меняется в зависимости от угла наклона визирной оси; для угла наклона, равного 0о, х= c при обоих положениях трубы. Поэтому при выполнении поверки линия визирования должна быть по возможности горизонтальной.

Как следует из выражения (2), среднее из отсчетов по лимбу, взятых при двух положениях вертикального круга, свободно от влияния коллимационной погрешности. Поэтому измерение горизонтальных углов следует производить при двух положениях трубы (КП и КЛ).

Если величина коллимационной погрешности превышает точность отсчетного устройства, то производят исправление положения визирной оси. Для этого по формуле (2) вычисляют правильный отсчет М и наводящим винтом алидады устанавливают его на лимбе горизонтального круга. При этом алидада повернется на угол х= c, а перекрестие сетки нитей отклонится от изображения наблюдаемой точки N. Тогда, ослабив вертикальные винты оправы сетки нитей, с помощью боковых юстировочных винтов перемещают сетку до совмещения ее перекрестия с визирной целью. После этого сетку закрепляют вертикальными винтами и вновь повторяют поверку.

3. Поверка положения горизонтальной оси теодолита.

Горизонтальная ось теодолита должна быть перпендикулярна к оси вращения теодолита.

Выполнение условия необходимо для того, чтобы после горизонтирования теодолита коллимационная плоскость занимала отвестное положение. Поверка может быть выполнена двумя способами:

а) на расстоянии 10-20м от стены здания устанавливают теодолит и визируют на высоко расположенную точку А на стене здания. Наклоняя трубу, проектируют эту точку до горизонтального положения визирной оси и отмечают на стене проекцию точки а1. Повторив ту же операцию при втором положении трубы, отмечают точку а2. Если точки а1 и а2 не совпадут то не выполнено условие, т.е. необходимо изменить положение горизонтальной оси теодолита относительно вертикальной.