ГЕОДЕЗИЯ-2005. С. И. Чекалин г е оде з и я москва 2005 ббк 26. 1 Удк геодезия Учебник
 Скачать 37.56 Mb.
|
|
§ 35. Оценка точности построения опорных геодезических сетей При сгущении геодезических и маркшейдерских сетей на поверхности с целью построения опорных точек вблизи района работ часто выполняют построения, представляющие собой ряды треугольников триангуляции или трилатерации с базисом и азимутом (дирекционным углом) одной стороны риса, либо с базисными сторонами и азимутом (дирекционным углом) на концах (рис. 4.6 б, а также системы полигонометрических ходов, чаще имеющих вытянутую форму (рис. 4.5 б. Те. сгущение Государственных геодезических сетей высоких классов выполняется теми же методами, которые используются и при построении самих исходных сетей. При выполнении указанных работ необходимо выполнять оценку точности построения тех или иных сетей с учетом метода их построения. Эти вопросы и будут рассмотрены далее в § 36 - § Рис. 4.6. Ряды треугольников триангуляции и трилатерации. а) с базисом и азимутом на двух его концах; б) с базисом и азимутом на одном его конце. Для анализа точности построения опорных геодезических плановых сетей введем общие обозначения в соответствии с рис. 4.6: - b – базис (исходная сторона сети высшего класса- s – связующие стороны треугольников- с – промежуточные стороны треугольников- Аи В – связующие углы- С – промежуточные углы- L – длина диагонали ряда- n – число промежуточных сторон в диагонали ряда, отсчитываемых по одному его краю- N – число треугольников в ряде- средние квадратические погрешности - - µ ′′ - измерения направлений- - m" – измерения углов ( 2 µ ′′ = ′′ m ); - - ″ k m α - азимута связующей стороны треугольника k; - - sk m - связующей стороны треугольника k; - - L m - продольный сдвиг ряда- - q m - поперечный сдвиг ряда- - М – положение конечной точки ряда относительно начала- - ″ L m α - азимута диагонали ряда. При оценках точности построения рядов триангуляции, трилатерации, полигонометрии обычно принимают, что погрешности исходных данных базиса и азимута исходных сторон) равны нулю. В некоторых случаях этим пренебрегать нельзя, и указанные погрешности учитывают при оценках точности. В последующих параграфах этой главы будут даны расчетные формулы без учета погрешностей исходных данных 36. Оценка точности построения сетей триангуляции Рассмотрим два случая построения сетей триангуляции ряд треугольников с одним базисом на его конце и азимутом (риса) и ряд треугольников с базисами и азимутами на его концах (рис. 4.6 б). Ряд треугольников с одним базисом и азимутом на его конце. Средняя квадратическая погрешность длины связующей стороны ряда триангуляции. Формула для относительной погрешности связующей стороны имеет вид 2 2 2 2 2 2 2 2 i i i i k s k s k c t g B c t g A Bct g Act g m s m ++ ′′ ′′ == ∑ ρ δ , (где 5 Из (4.1) получим, что. (Для оценки точности длин линий обычно используют относительную погрешность. Если углы в треугольниках примерно равные (≈ ото формула (4.1) для оценки точности упрощается 2 ρ δ ′′ ′′ = . (4.3) 94 Средняя квадратическая погрешность азимута связующей стороны ряда. В зависимости от способа уравнивания (глава 16) углов в треугольниках для оценки вероятной погрешности азимута связующей стороны используются разные формулы- при уравнивании за условие фигур 2 ′′ = α ; (4.4) - при уравнивании за условие направлений 5 2 + ′′ = k m m k α . (Продольный и поперечный сдвиги ряда триангуляции. Оценка продольного сдвига ряда производится для равносторонних треугольников при уравнивании в них углов любым способом. Для указанной оценки используют формулу 5 3 4 2 + ± ′′ ′′ = ρ . (В формуле (4.6) знак плюс приберется при четном N (числе треугольников, знак минус - при нечетном. Поперечный сдвиг ряда равносторонних треугольников определяется при четном числе N треугольников в ряде по формуле 5 2 2 + + ′′ ′′ = ρ , (а при нечетном – по формуле 3 2 + + ′′ ′′ = ρ , (Относительная погрешность диагонали ряда определяется по формуле L m L L = δ , (средняя квадратическая погрешность азимута диагонали ряда – по формуле. (Погрешность положения конечной точки ряда относительно его начала 2 L q m m M + = . (Ряд треугольников с двумя базисами и азимутами на его концах. В данном ряду триангуляции менее надежно определяется длина стороны и ее азимут, находящейся в середине ряда. В связи с этим приводимые ниже формулы дают наибольшие значения при N k n 5 , 0 = = и меньшие значения для треугольников, близких к базисным сторонам. Средняя квадратическая погрешность связующей стороны ряда s k sk sk m s m = = δ , (где N k k N m m s ) ( 78 , 1 lg − ′′ ≈ (в логарифмической форме. Средняя квадратическая погрешность азимута связующей стороны равна 5 ) 6 5 ( 12 5 25 1 2 N k k m m k α . (Для оценки продольного и поперечного сдвига используются формулы 10 3 2 2 2 + − ′′ ′′ = ρ ; (4.15) n n n L m m q 15 12 2 2 2 + + ′′ ′′ = ρ . (Значения L δ , k m α и M вычисляют соответственно по формулам (4.9), (4.10), (В сплошной сети триангуляции точность определения дирекционных углов и длин сторон, удаленных от границы сети не менее чем на 4-5 треугольников, примерно одинаковая во всех частях сети. При решении задачи сгущения геодезических и маркшейдерских сетей такие построения встречаются в исключительных случаях, при весьма небольшом числе исходных пунктов, расположенных на больших расстояниях друг от друга. В сплошных сетях триангуляции погрешность дирекционного угла оценивают по формуле ) 2 / ( 48 5 , 6 16 , 0 N t N m m + − ′′ ≈ α , (а погрешность в логарифме стороны (в шестом знаке) – по формуле 5 , 6 35 , 0 N s t N m m + − ′′ ≈ , (где + − = 1 2 4 ) 2 / ( 2 1 2 Среднюю квадратическую погрешность направлений m T получают по формуле 80 5 45 50 3 2 2 + − − + − ′′ = ″ . (Продольный и поперечный сдвиг концов диагоналей, соединяющих пункты, разделенные n треугольниками, примерно равны друг другу ′′ ″ ≈ ≈ L m m m T q L . (Следует иметь ввиду, что приведенные формулы оценки точности построения рядов триангуляции и геодезических сетей триангуляции, как и формулы других геодезичесих построений, дают предварительные величины, по которым принимаются решения о методике выполнения работ. При практическом выполнении фактические значения погрешностей элементов построений могут отличаться в ту или другую сторону Рассмотрим примеры оценки точности построения рядов триангуляции при равносторонних треугольниках, уравненных за условие фигур, и построения сплошной сети триангуляции. Пример 4.1. Оценка точности построенияряда треугольников триангуляции с базисом и азимутом на одном его конце. Исходные данные L = 15 км s = 3 км N = 9; k = 9; n = 5; m" = Решение. См. табл. Таблица 4.3 № № п/п Наименование оцениваемой величины Расчетная формула Значение погрешности 1 СКП стороны треугольника k: - относительная- абсолютная 0,072 м 2 СКП азимута связующей стороны треугольника Продольный сдвиг рядам Поперечный сдвиг рядам Относительная погрешность длины диагонали ряда 6 СКП азимута диагонали ряда (4.10) 1,3" 7 СКП конечной точки рядам Пример 4.2. Оценка точности построения сплошной сети триангуляции. Исходные данные N = 20; n = 5; m" = 2,0"; s = 2 км. Решение. См. табл. Таблица 4.4 №№ п/ п Наименование оцениваемой величины Расчетная формула Значение погрешности 1 Значение параметра t (N/2) (4.18)- ссылка 2 СКП логарифма стороны - абсолютная- относительная (4.18) из (4.2) 2,7 1:160850 3 СКП дирекционного угла Продольный и поперечный сдвиги рядам 5СКП направления 37. Оценка точности построения звена полигонометрии Все формулы, приводимые ниже, предусматривают построение вытянутого полигонометрического хода с базисами на его концах (рис. 4.5 б. При этом ход уравнен за условие дирекционных углов (гл. Для оценки средней квадратической погрешности азимута стороны звена с номером k используется формула 1 ) 1 ( + − + ′′ = n k n k m m k α . (Очевидно, что при обязательном наличии исходных сторон вначале и конце звена полигонометрического хода наиболее слабой поточности определения координат будет средняя (центральная) точка хода с номером n/2 в предположении, что длины сторон и углы измерены равноточно. Практически, при оценках, можно полагать, что наиболее слабая точка находится в середине длины хода на расстоянии L/2 от его концов. Средняя квадратическая погрешность стороны полигонометрического хода, измеренной на местности, зависит от точности используемого свето- дальномера (гл. 6). При оценке точности можно принимать, что с ≈ Продольный и поперечный сдвиги конечной точки звена относительно начальной равны 2 2 n m n m m c s L + = ; (4.22) 12 3 + ′′ ′′ = n m L m q ρ . (Если полигонометрический ход значительно изогнут, то ожидаемая линейная погрешность в определении координат любой его точки может быть оценена по формуле 2 2 ρ . (где D i – расстояния от каждой вершины до центра тяжести изогнутого хода. Пример 4.3. Оценка точности построения звена полигонометрии. Исходные данные L = 6 км s = 600 мм 0,001 м. Решение. См. табл. Таблица 4.5 №№ п/п Наименование оцениваемой величины Расчетная формула Значение погрешности 1 СКП стороны- относительная- абсолютная исх. данные исх. данные 0,012 м 2 СКП азимута стороны Продольный сдвиг рядам Поперечный сдвиг рядам Относительная погрешность длины диагонали ряда 6 СКП азимута диагонали ряда (4.10) 2,1" 7 СКП конечной точки рядам. Оценка точности построения сетей трилатерации 98 Использование метода трилатерации при сгущении геодезических и маркшейдерских сетей в настоящее время стало возможным благодаря появлению на рынке геодезических приборов точных и высокоточных свето- дальномеров, а также электронных тахеометров. При использовании свето- дальномеров измеряют только длины сторон сетей, а при использовании электронных тахеометров реализуется как измерение длин сторон, таки измерение углов. Такие сети относятся к линейно-угловым сетям (постро- ениям). Оценка точности рядов и сетей трилатерации основана на погрешностях вычисления углов в треугольниках через погрешности измеренных его сто- рон. Для ряда трилатерации средняя квадратическая погрешность азимута связующей стороны 4 ρ α , (продольный сдвиг ряда 2 2 − = , (поперечный сдвиг ряда 2 + + − = N N N m m s q . (Для сплошной сети трилатерации продольный сдвиг диагонали ряда, соединяющей пункты, разделенные рядом треугольников, оценивается по формуле, (поперечный сдвиг – по формуле 12 5 )( 15 ( 2 + + + + = N k k N m m s q . (Пример 4.4. Оценка точности построения ряда трилатерации. Исходные данные N = 10; k = 5; s = 2,0 км m s = 0,005 м L = 20 км. Решение. См. табл. Таблица 4.6 № № п/п Наименование оцениваемой величины Расчетная формула Значение погрешности 1 СКП стороны - относительная- абсолютная исх. данные исх. данные 0,005 м 2 СКП азимута стороны Продольный сдвиг рядам Поперечный сдвиг рядам Относительная погрешность (4.9) 1:153850 99 длины диагонали ряда 6 СКП азимута диагонали ряда (4.10) 0,6" 7 СКП конечной точки рядам 8СКП вычисленных углов в треугольниках Глава ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ В этой главе будут рассмотрены только общие схемы основных геодезических приборов теодолитов (приборов для измерения углов нивелиров приборов для измерения превышений, служащих для передачи высот сточки на точку дальномеров (приборов для измерения расстояний. Это связано стем, что в настоящее время существует весьма большое количество различных геодезических приборов, отличающихся друг от друга не только точностью измерений, но и существенными конструктивными особенностями. Общая же схема построения и основной принцип работы практически сохраняются во всех названных выше приборах 39. Классификация геодезических приборов Классификация геодезических приборов, в соответствии со стандартом на них, производится по назначению и по точности. По назначению в настоящее время существует семь групп приборов: - для измерения горизонтальных углов и углов наклона – теодолиты; - для измерения превышений – нивелиры; - для измерения расстояний – дальномеры; - для производства планово-высотных топографических съемок – тахеометры; - для производства планово-высотных топографических съемок (углона- чертательный способ) - кипрегели; - комплектующие принадлежности (рейки, штативы, оптические центриры, механические центриры, буссоли, и др.); - вспомогательные приборы и принадлежности (эккеры, планиметры, транспортиры, тахеографы, координатометры, масштабные линейки и др.). По точности классифицируют только теодолиты, нивелиры и дальномеры. Они делятся на высокоточные, точные, повышенной точности, средней точности и технические. Высокоточные приборы используют при измерениях в плановых геодезических сетях 1 и 2 классов ив нивелирных сетях I и II классов, а также при выполнении инженерно-геодезических работ высокой точности при решении специальных инженерных задач, например, при наблюдениях заде- формациями сооружений и земной поверхности, при выверке установки прецезионного оборудования на промышленных предприятиях и уникальных объектах и т.п. 100 Точные приборы используются для сгущения главной геодезической основы (при построении сетей сгущения, а также для производства значительного объема инженерных работ при строительстве инженерных соору- жений. Приборы повышенной точности используют как при геодезических работах по созданию сетей сгущения, таки при решении ряда научных, технических и научно-технических задач, связанных, в основном, со строительством и эксплуатацией инженерных сооружений. Приборы средней точности применяют при производстве работ технической точности при создании для них сетей сгущения в виде теодолитных ходов, при горизонтальной съемке ответственных точек местности и др. Технические приборы применяются в основном для топографических съемок различных масштабов при создании сетей съемочного обоснования, выполнении отдельных и массовых привязок точек местности в принятой системе координат. Любая из поставленных геодезических задач характеризуется, в первую очередь, необходимой точностью измерений и точностью получения конечного результата. Этими определяется выбор для работы прибора соответствующего класса точности Надежность и достоверность получаемых при измерениях результатов обеспечивается правильной работой прибора. В связи с этим рабочие средства измерений подвергаются т.н. метрологическому надзору, который заключается в аттестации используемых средств измерений через систему испытаний и поверок. До выполнения работ каждый геодезический прибор должен быть поверен и отъюстирован. Поверка – установление соответствия конструктивных геометрических соотношений в приборе, обеспечивающих качественную его работу. Юстировка – устранение несоответствия геометрических соотношений в конструкции прибора, которые могут повлиять на его качественную работу. Те. юстировка выполняется только тогда, когда в результате поверки будут выявлены недопустимые отклонения в геометрическом положении узлов и деталей прибора. Об основных поверках геодезических приборов будет рассказано ниже 40. Теодолиты Теодолит служит для измерения горизонтальных и вертикальных углов. В обозначение отечественных теодолитов входит буква Т и число, указывающее среднюю квадратическую погрешность измерения горизонтального угла одним полным приемом в лабораторных условиях. В табл. 5.1 приведены данные о величине средней квадратической погрешности измерения горизонтального угла в принятых стандартом классах точности приборов, а также марки отечественных теодолитов, относящихся к указанным классам точности Различные модификации теодолитов в приведенных классах точности отражаются в их обозначении дополнительными цифрами впереди основного обозначения и буквами – после основного обозначения. В настоящее время для теодолитов используют следующие буквы А – теодолит снабжен авто- коллимационным окуляром (те. им можно работать на отражение направленного к объекту оптической системой прибора светового пучка К – конструкция с компенсатором угла наклона при вертикальном круге П – установлена зрительная труба прямого изображения (земная труба М – теодолит в маркшейдерском исполнении. Например, Т5К, 2Т5К, 3Т2КП, Т30М, 3Т2КА и т.п. Таблица Класс точности прибора Средняя квадратическая погрешность измерения горизонтального угла, сек Марки теодолитов Высокоточные 0,5" – Т, Т1 Точные 2,0" – Т, Т, 3Т2КП Повышенной точности" – Т, Т5К, 2Т5КП, 2Т5А Средней точности" – 20,0" Т, Т15К, Т15М, Т15МКП Технические 30,0" – Т, 2Т30П, Т30М Рассмотрим схему измерения горизонтальных углов и углов наклона, представленную на рис. 5.1. 102 Рис. 5.1. Схема измерения горизонтального угла и угла наклона Пусть на местности имеются точки А, В и С, расположенные друг относительно друга на разных высотах. Выберем вершиной измеряемых углов точку А. Построим в этой точке вертикальные плоскости W B ив которых лежат направления из точки А соответственно на точки В и С. Выберем произвольно на вертикальной линии пересечения плоскостей W точку О и построим в ней плоскость V, перпендикулярную плоскостями. В этой плоскости будут лежать направления ОО л и ОО п , а в плоскости, параллельной плоскости V, находятся проекции точек А, В и С (А о , Во, С о ). Линии визирования ОВ и ОС образуют в пространстве угол β'. Проекция этого угла на плоскость V образует угол β, который называется горизонтальным углом. Если в т. А поместить плоский круг (горизонтальный круг – ГК) с градусными делениями и расположить его плоскость в горизонтальной плоскости V, тона каждое из направлений (А о В о и А о С о ) можно взять отсчеты b и с. Разность этих отсчетов и определит величину горизонтального угла β = b - с (При оцифровке горизонтального круга почасовой стрелке, как это и исполняют в теодолитах, разность (5.1) дает значение угла β, показанного на рисунке. Если же взять разность (c – b), то полученное значение горизонтального угла будет отличаться от угла β на 360 о Вертикальный угол в общем случае – это угол в вертикальной плоскости между двумя направлениями. Если одно из направлений совпадает с горизонтальной плоскостью, то такой угол ν называется(углом наклона. Угол наклона указывают со знаком плюс » или минус » (кроме ν = 0 о ). Если в точке А поместить вертикальный круг (ВК) с градусными делениями и совместить его плоскость, например, с вертикальной плоскостью Сто направлению линии А, параллельной горизонтальной плоскости V, будет соответствовать отсчет c o по вертикальному кругу, а направлению на точку С – отсчет с. Аналогичные рассуждения можно провести ив отношении точки В. Если оцифровка вертикального круга в плоскости С со стороны читателя выполнена почасовой стрелке, то значение угла наклона легко найдется из разности С = с - со ; ν В = b - b o (Таким образом, как горизонтальный угол β, таки угол наклона ν, вычисляют как разность отсчетов, полученных по двум направлениям, взятых по оцифрованным кругам, плоскости которых параллельны соответственно горизонтальной и вертикальной плоскостям местности. Для угла наклона один из отсчетов всегда должен определять положение горизонтальной плоскости в точке стояния, проходящей через центр вертикального круга. Отсчеты сои называют местом нуля (МО) вертикального круга. Подробнее об этом будет сказано в § 45. 103 С учетом сказанного выше, теодолит должен обеспечивать выполнение определенных условий он должен содержать в конструкции два оцифрованных круга, плоскости которых должны надежно устанавливаться специальными приспособлениями и приемами параллельно (ГК) и перпендикулярно (ВК) к плоскости горизонта. На рис. 5.2 представлена схема теодолита сего основными осями, взаимосвязь которых определяет условия измерений углов. Ось 1-1 называется осью вращения теодолита. При измерениях она должна располагаться по направлению отвесной линии в точке стояния, т.е. Рис. 5.2. Схема теодолита перпендикулярно горизонтальной плоскости. Для придания этой оси отвесного положения служит специальный установочный элемент уровень – см. § 42), ось 4-4 которого должна быть перпендикулярна оси 1-1. Плоскость горизонтального круга (ГК) должна быть перпендикулярна оси 1-1, а также и параллельна оси уровня 4-4. (Заводы-изготовители геодезических приборов гарантируют перпендикулярность оси вращения теодолита к плоскости горизонтального круга). Ось 2-2 называется осью вращения зрительной трубы (о зрительной трубе см. § 41). Оси 2-2 и 1-1 должны быть взаимно перпендикулярны, кроме того, ось 2-2 должна быть перпендикулярна плоскости вертикального круга. Визирная ось 3-3 зрительной трубы может перемещаться в вертикальной плоскости (вверх-вниз) относительно оси 2-2. Оси 2-2 и 3-3 должны быть перпендикулярны 41. Зрительные трубы Зрительная труба служит для наблюдения удаленных объектов. При этом она дает возможность четко видеть сам объект и прицельную точку прибора. Существуют зрительные трубы с обратным изображением (астрономические) и прямым изображением (земные. Основными конструктивными элементами зрительных труб являются (рис. 5.3) объектив 1, в который входит фокусирующая линза 2, имеющая возможность поступательного перемещения вдоль оптической оси трубы, сетка нитей 3, окуляр 4. В земных трубах перед сеткой нитей устанавливают призменную оборачивающую систему Оптическая ось О 1 О 4 зрительной трубы определяется положением центра объектива О и центром окуляра О. Визирная ось О 1 О 3 зрительной трубы проходит через центр объектива О и центр сетки нитей О 3 Геометрическая ось – это линия, на которой находятся центры всех оптических элементов. Сетка нитей представляет собой тонкий стеклянный диск с нанесенными на него горизонтальной и вертикальной нитями. Часто половину вертикального штриха выполняют в виде биссектора (двойной линии. Сетки ни- Рис. 5.3. Зрительная труба теодолита Т30 тей имеют дополнительные короткие штрихи, т.н. дальномерные нити, служащие совместно с рейкой с сантиметровыми делениями для измерения расстояний (нитяный дальномер. На рисунке приведены виды сеток нитей некоторых теодолитов. В первых теодолитах сетка нитей представляла собой латунное кольцо с нанесенными на него диаметрально противоположными рисками, в которые укладывалась с некоторым натяжением нитка паутины. При порче сетки нитей геодезист восстанавливал ее нити, для чего в наборе инструментов и приспособлений у него имелся кокон паутины. Если этого не было, то он мог воспользоваться таким же материалом, отыскав необходимую паутину в природе, что не является сложным. Отсюда и сохранилось название – нити. В специальной лаборатории Московского межевого института (МИИГАиК, сейчас – Московский государственный университет геодезии и картографии) разводили особый вид пауков, а их паутину (только весеннюю) собирали в коконы и снабжали геодезические инструменты своеобразным ЗИПом. Впервые предложил использовать сетку нитей в зрительной трубе в 1611 г. Иоганн Кеплер (Германия, но только в 1670 г. французским астрономом Пикаром выполнялись работы по градусным измерениям с применением сетки нитей вместо диоптров. Дальномерные нити в зрительных трубах стали использоваться только с 1810 г. по предложению немецкого оптика-механика Рейхенбаха. Объектив 1 с помощью фокусирующей линзы 2 строит изображение в плоскости сетки нитей 3. Окуляр 4 может поступательно перемещаться вдоль оптической оси, что позволяет наблюдателю получить четкое изображение совмещенных предмета и сетки нитей с учетом остроты его зрения Элементы 1, 2, 3, конструктивно расположены в герметичном корпусе, что обеспечивает защиту оптических и механических деталей зрительной трубы от попадания пыли и влаги. Важнейшими характеристиками зрительных труб являются ее увеличение, поле зрения, разрешающая способность и светопропускание. Увеличение Г Х зрительной трубы определяется величинами фокусных расстояний объектива и окуляра Г Х = об / f ок (Зрительные трубы технических приборов и приборов средней точности имеют увеличение Х – Х. С повышением точности увеличение зрительных труб возрастает и достигает 60 Х Поле зрения зрительных труб определяется угловым расхождением лучей от предметной плоскости, видимых на диаметрально противоположных концах сетки нитей. В современных геодезических приборах поле зрения труб находится в пределах о (высокоточные приборы) – о технические приборы). Разрешающей способностью зрительных труб определяется качество изображения предмета, в данном случае - способность трубы передавать без искажений необходимые детали предмета. На это влияют качество изготовления оптических деталей, установка деталей в корпусе трубы и т.п. У современных зрительных труб разрешение в центре поля зрения составляет 2" – 6", на краях поля зрения оно меньше (те. больше 6"). При работе с геодезическими приборами необходимо стремиться к тому, чтобы наблюдаемая точка находилась ближе к центру сетки нитей. Светопропускание определяет видимую яркость изображения предмета при наблюдениях объектов различной освещенности. Для увеличения свето- пропускания на оптические детали наносят специальные тонкие многослойные покрытия. При наблюдении в зрительную трубу после фокусирования предмета в плоскости сетки нитей может возникнуть т.н. параллакс нитей. Параллакс нитей обнаруживается при небольших перемещениях глаза наблюдателя относительно окуляра. Если изображение предмета не совпадает с плоскостью сетки нитей, то возникает ощущение разноудаленности нитей и изображения предмета. В таком случае необходимо дополнительно выполнить фокусировку изображения до исключения параллакса 42. Уровни и компенсаторы наклона Уровни предназначены для ориентирования основных осей приборов относительно отвесной линии (параллельно или перпендикулярно к ней). В зависимости от формы ампулы уровни подразделяются на круглые и цилиндрические (рис. Круглые уровни служат для грубой, предварительной установки прибора в рабочее положение. Их точность часто значительно ниже точности рабочих 106 цилиндрических уровней, используемых в том же приборе для точной установки осей. Внутренняя часть стеклянной ампулы уровня имеет сферическую поверхность. Осью круглого уровня является вертикальная линия, проходящая через нуль-пункт О перпендикулярно к плоскости, касательной к сферической поверхности в нуль-пункте. Осью цилиндрического уровня является линия, касательная к сферической поверхности в точке нуль-пункта. Ампула цилиндрического уровня имеет деления через каждые 2 мм. Угол, на который необходимо наклонить ось уровня, чтобы его пузырек пе- а б в Рис. 5.4. Уровни а) цилиндрический б) круглый в) контактный реместился на одно деление, называется ценой деления τ уровня, определяющей его точность. Из геометрических соображений, (где l = 2 мм ρ" = 206265"; R – радиус сферической поверхности ампулы. Для того, чтобы изготовить уровень сценой деления, например, 10", необходимо сферическую поверхность ампулы выполнить с радиусом R = l ρ" / τ" = (мм · 206265"): 10" = 42 мВ геодезических приборах используют цилиндрические уровни сценой деления от 2" до 20", в зависимости от точности самого прибора. При измерениях на местности в различных температурных условиях длина пузырька уровня изменяется. В связи с этим в конструкциях точных уровней предусмотрено регулирование длины пузырька. В одних случаях это обеспечивается с помощью дополнительной камеры в ампуле уровняв которую можно удалить часть пузырька, либо дополнить его длину. В других случаях внутрь ампулы помещают инородное тело, которое при изменении 107 температуры изменяет свой объем, компенсируя, тем самым изменение длины пузырька (компенсированные уровни). В большинстве геодезических приборов (в основном – нивелиров) используют т.н. контактные уровни (рис. 5.4 в. Сверху ампулы 4 над концами пузырька размещают блок призм 2 и 3, который создает совмещенное изображение концов пузырька, направляемое на призму-лупу. Это изображение и наблюдается в зрительную трубу. Горизонтальное положение оси цилиндрического уровня соответствует совмещению концов пузырька в изо- бражении. В современных геодезических приборах (теодолитах и нивелирах) все большее применение находят компенсаторы наклонов, заменяющие цилиндрические уровни. В этом случае прибор снабжается только круглым уровнем, либо цилиндрическим уровнем сравнительно невысокой точности. При использовании таких уровней производят установку прибора в рабочее положение, при котором в рабочее положение выводится компенсатор наклона. В теодолитах компенсатор приводит в отвесное положение отсчетный индекс вертикального круга, по положению которого определяют значение места нуля (МО). В нивелирах компенсатор удерживает визирную ось зрительной трубы в положении, параллельном горизонтальной плоскости. В приборах вертикального проектирования компенсатор отрабатывает вертикальное направление визирной оси. Рис. 5.5. Принцип работы компенсатора. Схема компенсатора Принцип компенсации визирного луча геодезического прибора заключается в следующем (рис. 5.5). Если визирный луч занимает горизонтальное 108 положение, то отсчет Ане будет содержать погрешности. При наклоне прибора на некоторый угол горизонтальный луч смещается вверх или вниз относительно первоначального положения. Для того, чтобы отсчет по средней нити сетки не изменился, необходимо изменить положение сетки из положения Сов положение С. Либо, с другой стороны, изменить направление горизонтального луча так, чтобы он снова попал на среднюю нить сетки. В первом случае компенсация осуществляется в механических компенсаторах, во втором – в оптико-механических компенсаторах. Одна из схем компенсации поясняется на рис. 5.5 (правый рисунок. Эта схема реализована в нивелире Н3К-1. При наклоне прибора, например, против часовой стрелки на угол α центр сетки нитей сместится из положения Св положение С. Зеркало 2 компенсатора подвешено на нитях 1 к корпусу прибора. При наклоне прибора это зеркало также наклонится относительно корпуса на угол 0,5α, в связи с чем луч АВ при отражении от зеркала 2 изменит свое направление на угол (о, те. его направление компенсируется – при отражении от зеркала 4 он попадет в тоже место сетки нитей. Существуют различные конструкции компенсаторов, в которых чувствительным элементом являются объективы (либо их часть, призмы, включенные вход оптических лучей, сетки нитей и др. Чаще всего используют компенсаторы маятникового типа, в которых оптический элемент под действием силы тяжести занимает всегда одно и тоже положение привоз- можных отклонениях осей прибора из-за внешних воздействий, либо из-за погрешностей установочного уровня. Чувствительный оптический элемент компенсатора в маятниковых системах подвешивается на специальных нитях, либо в осевых системах качения 43. Устройство теодолита Основные принципы построения любых теодолитов вот уже на протяжении лет остаются неизменными. В любых конструкциях обеспечивается сохранение схемы, приведенной на рис. 5.2. Все теодолиты имеют подставки стремя подъемными винтами, колонки, на которых размещены все остальные узлы горизонтальный и вертикальный круги сих отсчетными устройствами, зрительные трубы, зажимные и наводящие устройства, уровни, системы подсветки шкал и др. Конструктивно перечисленные части могут отличаться в теодолитах различных типов, но их назначение – сохраняется. В связи с этим в качестве основного примера рассмотрим технический теодолит 2Т30П (рис. 5.6), представленный в разрезе в правой части рисунка. В левой части рисунка приведены виды оптических теодолитов отечественного производства (сверху вниз Т, Т30М, 2Т5К. Теодолит Т – технический. На колонке теодолита размещены зрительная труба 1 обратного изображения с визирами 9 и накладным уровнем 10; цилиндрический уровень 11, служащий для горизонтирования прибора наводящий 3 и зажимной 2 винты зрительной трубы наводящий 5 и зажимной винты алидады горизонтального круга наводящий 6 и зажимной 7 109 винты горизонтального круга (расположены конструктивно в подставке кремальера 12 (маховичок, при помощи которого в зрительной трубе перемещается фокусирующая линза ). Подставка теодолита снабжена подъемными винтами 8, с помощью которых теодолит центрируют и приводят в рабочее положение. Теодолит Т30М – технический. Выпускается в рудничном исполнении. Конструкция вертикальной оси вращения теодолита, наличие реверсивного уровня 11 и съемной подставки 1 позволяют выполнять работу с теодолитом, подвешенном в перевернутом положении в шахте. Теодолит имеет зрительную трубу 5 с визирами 8 и кремальерой 7, зажимной 9 и наводящий 10 винты зрительной трубы, зажимной 2 и наводящий 3 винты горизонтального круга, отсчетный микроскоп 6, 12 и 13 – курковый зажим, предназначенный для скрепления горизонтального круга и его алидады. При значительных углах наклона визирной оси используется зенитная (призменная) насадка 14, а также коленчатый окуляр 15. Для подсветки шкал сбоку колонки имеется специальное осветительное устройство 4. 110 Рис. 5.6. Устройство теодолита 2Т30П. Теодолит 2Т5К относится к точным приборам. Вертикальный круг теодолита снабжен компенсатором, который позволяет удерживать в отвесном положении отсчетный индекс алидады вертикального круга. Зрительная труба теодолита снабжена визирами 2. Узлы 4-5 и 6-7 представляют собой зажимное и наводящее устройства соответственно зрительной трубы и горизонтального круга. Установка теодолита в рабочее положение выполняется с помощью подъемных винтов 9 подставки и цилиндрического уровня 3. В подставке имеется зажимной винт 8, с помощью которого фиксируется в ней колонка теодолита. В корпусе колонки имеется окно искателя отсчетов горизонтального круга. Теодолит снабжен оптическим центриром (на рисунке не показан Конструкции теодолитов Т и 2Т30П (правая часть рисунка) практически идентичны. Зрительная труба теодолита 2Т30П прямого изображения, для чего в нее введен блок 7 оборачивающих призм, расположенный перед сеткой нитей. Изображение штрихов горизонтального и вертикального кругов соответственно объективами 2-3 и 5-6, конструктивно закрепленными на кронштейне 4, передаются через призму 1 в окулярную часть отсчетного ми- кроскопа. Ход лучей в теодолите 2Т30П поясняется на рис. Рис. 5.7. Оптическая схема теодолита 2Т30П Теодолит 2Т30П имеет однока- нальную оптическую систему, отсчеты в которой производятся по одной стороне горизонтального и вертикального кругов. Световой поток от системы подсветки 8 (зеркала) попадает на шкалу вертикального круга 3, затем призмой 9 направляется в окуляр 4 и далее на шкалу горизонтального круга 2. Совмещенное изображение шкал призмой 7 через объектив 5 и систему прямоугольных призм 10 и 11 передается в окулярную часть системы отсчетного микроскопа через внутреннюю механическую полую часть осевой системы зрительной трубы Поле зрения отсчетной системы теодолитов сконструировано одинаково рис. 5.8): в верхней части – шкала вертикального круга (индекс В, в нижней – горизонтального (индекс Г. Принцип получения отсчета простой. Шкалы горизонтального и вертикального кругов оцифрованы через о. Этот интервал разбит на 12 частей одно деление соответствует 5'), либо разбивка выполнена через Рис. 5.8. Поле зрения отсчетной системы теодолитов 2Т30П, Т30М, Т5К. 112 Шкала вертикального круга для большинства теодолитов двойная – для отрицательных и положительных отсчетов. Если отсчетный индекс в шкале имеет знак плюс (он не проставляется, то минуты определяют от нулевого индекса по положительной шкале минут до оцифрованного градусного штриха. Если отсчетный индекс отрицательный, то число минут определяется до него от нулевого индекса минусовой шкалы. На рис. 5.8 в поле зрения теодолита 2Т30П отсчеты равны ГК = о ВК = - о. В поле зрения теодолита Т30М: ГК = о ВК = о. В поле зрения теодолита Т5К: ГК = о ВК = о. При отсчетах по пятиминутным интервалам точность отсчета равна 1', а при соответствующем навыке – 0,5'. По шкалам сценой деления 1' точность отсчета равна 0,1'. |