Кочетова Э.Ф. Инженерная геодезия. Учебное пособие представляет собой конспект лекций по инженерной геодезии для студентов, изучающих эту дисциплину и для производственников, занятых в строительстве.
 Скачать 5.68 Mb.
|
|
Светодальномер СТ предназначен для измерения линий в полигонометрических ходах, при сгущении геодезических сетей с длинами сторон до 10 км. Его можно устанавливать как на самостоятельной подставке, таки на теодолитах серий Т и Т. В светодальномере СТ использован импульсный метод измерения расстояний с преобразованием временного интервала рис. 49). 60 Рис. 50. Светодальномер 2 СТ 1 – цифровое табло, 2 – лицевая панель, 3 – ручка КО, 4 – ручка ; 5 – ручка СИГНАЛ, 6 – крышка, 7 – переключатель НАВЕД-СЧЕТ, 8 – рукоятка наводящего устройства, 9 – рукоятка закрепительного устройства, 10 – винт юстировочный, 11 – стойка, 12 – винт- фиксатор, 13 – рукоятка наводящего устройства, 14 – рукоятка закрепительного устройства окуляр визирного канала, 16 – кнопки р, 17 – переключатель режимов работы В комплект светодальномера СТ входят отражатели, источники питания, зарядное устройство, барометр, термометр, штативы, набор инструментов для юстировки и мелкого ремонта. Оптическая и электронная части свето- дальномера заключены в корпус с объективом, замкнутый крышками и лицевой панелью 2 (рис. 50). На лицевой панели 2 расположены переключателъ 17 режимов работы, кнопка 16 р ввода значений атмосферного давления и температуры воздуха, ручка 3 КО установки контрольного отсчета, записанного в формуляре светодальномера, ручка 4 (рис. 50) регулировки подсвета сетки визирного канала, ручка 5 СИГНАЛ регулировки уровня сигнала, переключатель НАВЕД-СЧЕТ, цифровое табло 1, окуляр 15 визирного канала. Со стороны объектива на корпусе расположены соединитель для подключения регистрирующего устройства или частотомера и соединитель для подключения кабеля питания. Под заглушкой на крышке расположен конденсатор подстройки частоты задающего генератора. Механизм наведения в вертикальной плоскости выполнен с соосным расположением рукоятки 8 наводящего устройства и рукоятки 9 закрепительного устройства. В основании расположен оптический центрир и цилиндрический уровень для пространственной ориентации свето- 61 дальномера в горизонтальной плоскости и точной установки его над точкой. Механизм наведения в горизонтальной плоскости выполнен с соосным расположением рукоятки 13 наводящего устройства (рис. 50) и рукоятки 14 закрепительного устройства. Отличительной особенностью СТ является то, что в нем приемопередатчики зрительная труба объединены в один канал. Для исключения влияния временных и фазовых задержек, создаваемых электрическими цепями и приводящих к искажению результатов измерений, в схему дальномера введена специальная оптическая ветвь оптического короткого замыкания (ОКЗ), которая включается попеременно с оптической ветвью передатчика, направляющей излучение на отражатель (на ДИСТАНЦИЮ. Разность результатов измерения ДИСТАНЦИИ и ОКЗ, содержащих одни и те же величины временных и фазовых задержек, освобождается при этом от их влияния. ОКЗ образуется путем автоматического перекрытия пучка лучей, идущих от излучателя к объективу, и направления его непосредственно на фотоприемное устройство (ФЭУ). Управление переключающим устройством ОКЗ, обработка результатов измерений на различных частотах и вычисление окончательного результата осуществляется микропроцессорным вычислительным устройством (МПВУ), которое вмонтировано в СТ. Кнопки и рукоятки управления расположены на лицевой панели (рис. Рис. 51. Лицевая панель светодальномера 2 СТ 1 – зрительная труба (приемопередатчик 2,8 – переключатели 3 – регулятор сигнала 4 – разъем для подключения кабеля питания, 5 – регулятор подсветки сетки, 6 – рукоятка установки контрольного отсчета 7 – цифровое табло 9 – кнопки ввода атмосферных поправок разъем для подключения накопителя информации 11 – микротелефон. 62 8.4. Измерение неприступных расстояний При выполнении измерительных работ нередко возникают ситуации, когда таили иная линия не может быть измерена непосредственно (водные преграды, непроходимые болота и т.д.). В этих случаях, в зависимости оттого, какими техническими средствами располагает исполнитель (землемерными лентами и рулетками, оптическими теодолитами, светодальномерами, электронными тахеометрами, приборами спутниковой навигации «GPS» и т.д.), неприступное расстояние может быть определено одним из следующих способов базисов равных треугольников прямого промера по оси наземно- космическим. Способ базисов состоит в измерении неприступного расстояния с помощью прямой угловой засечки (рис. 52). На удобных участках местности для производства линейных измерений с использованием землемерной ленты или рулетки от точки А измеряемой линии строят два базиса в ив таким образом, чтобы между ними и измеряемой прямой линией образовались два треугольника с углами при основании не менее и не более 150˚. Базисы измеряют землемерной лентой или рулеткой дважды и при допустимых расхождениях в промерах определяют среднее значение каждого из них. Полным приемом теодолита измеряют горизонтальные углы при основаниях полученных треугольников АВС 1 и АВС 2 , соответственно. По теореме синусов дважды определяют значение искомого неприступного расстояниях в х 2 2 sin вили х 1 1 1 sin в х 2 2 2 sin в Если относительная погрешность между двумя измерениями не превышает допустимой 2 доп ср N х х х ≤ − , то окончательно принимают в качестве искомого результата среднее значение 2 х х х + = В β 1 реках С α 1 α 2 Св А в Рис. 52. Схема измерения неприступного расстояния 63 9. Нивелирование и его виды Нивелирование – это такой вид геодезических работ, при котором определяют абсолютные или условные высоты точек, или превышения между точками. Если высоты точек определяют относительно уровня Балтийского моря нуля Кронштадского футштока – рейки с делениями на водомерном посту, высоты называют абсолютными (риса систему высот Балтийской. В случае, когда за уровенную принимают какую-либо произвольную поверхность, высоты называют условными. В h АВ АН ВНАУровенная поверхность (уровень Балтийского моря) Рис. 53. Абсолютные высоты точек, превышение НА, Н В – абсолютные отметки точек Аи В. Абсолютной отметкой точки называется численное значение ее высоты. h – превышение точки В над точкой А. h = Н В – НА. Превышение может быть со знаком «+» (В выше Аи (В ниже А. Существует несколько видов нивелирования 1. Геометрическое (при помощи горизонтального луча визирования. 2. Тригонометрическое (при помощи наклонного луча визирования. 3. Физическое барометрическое, гидростатическое. 4. Механическое. 5. Азрорадиогеодезическое. 6. Стереофотограмметрическое. Барометрическое нивелирование выполняется путем измерения барометрами анероидами давления в точках на физической поверхности Земли, между которыми измеряют превышение. Гидростатическое нивелирование основано на свойстве жидкости в сообщающихся сосудах (в сообщающихся сосудах уровень жидкости одинаков. 64 9.1. Сущность и способы геометрического нивелирования Для выполнения геометрического нивелирования необходимо наличие горизонтального луча визирования и отсчетной шкалы. Горизонтальный луч визирования формирует в пространстве специальный геодезический прибор – нивелир. Согласно ГОСТу 11158-83 выпускают три типа реек РН-05, РН-3, РН-10 (для соответственно высокоточного, точного и технического нивелирования. Рейка представляет собой деревянную планку с делениями. Рейки изготавливают односторонние и двухсторонние. Последние имеют черную сторону – основную, оцифрованную от 0 мм и красную – контрольную, обычно оцифрованную от 4687 мм или 4700 мм риса, б, в. Разность отсчетов по красной и черной сторонам рейки называется пяткой рейки, которая должна быть постоянна вовремя измерений контроль взятия отсчетов. В зависимости от точности нивелирования применяют штриховые рейки с инварной полосой и круглым уровнем, односторонние, имеющие основную и дополнительную шкалы (РН-05) и шашечные рейки. Комплект штриховых реек состоит из двух трехметровых реек (по 6 кг каждая) и подвесной реечки длиной 1,2 метра. Шашечные рейки изготавливают длиной от 1,5 дох метров, они бывают складные и нескладные (рис. 57, д. Каждое деление рейки, затененное и белое равно 10 мм, они образуют дециметровые деления, подписанные на рейке. Для нивелирования кроме нивелира и реек используют металлический башмак с целью временного закрепления точки для установки рейки. Различают два способа геометрического нивелирования в зависимости от места установки нивелира из середины (рис. 54) и вперед (рис. 55) Расстояние от нивелира до рейки называется длиной визирного луча или плечом. Точка А – исходная, с нее начинают измерения на станции нивелирования, ее называют задней, точка В – определяемая, ее называют передней. Одна установка нивелира называется станцией. Н – отметка точки h – превышение, h = задний отсчет – передний отсчет. По отметке точки АН Аи превышению можно вычислить отметку Н В точки В двумя способами 1. При помощи превышения Н В = НА + h. 2. Через горизонт инструмента. Выразим h через (а – в) Н В = НА + а – в. Обозначим ГИ = НА + а, тогда Н В = ГИ – в. Горизонт инструмента (ГИ) – высота визирного луча над исходной уровен- ной поверхностью. На данной станции он равен отметке точки плюс отсчет по рейке, установленной в этой точке. По сложности нивелирование делят на простое и сложное или последовательное задняя рейка передняя рейка вас ВАГИ НА Н Н В Уровенная поверхность Рис. 54. Способ геометрического нивелирования из середины в ВАГИ Н А Н В Рис. 55. Способ геометрического нивелирования вперед Простое нивелирование выполняется с одной установки нивелира. Сложное путем нескольких установок, образующих нивелирный ход (высотный. Оно применяется при определении превышений между точками, расположенными на большом расстоянии друг от друга или намного отличающимися по высоте. 66 в 4 В а 3 в 3 а 4 в 2 h 4 а в h 2 а Н Х2 Н Х3 А Н Х1 Н А Н В Рис. 56. Сложное геометрическое нивелирование На рис. 56 (АХ Х – В) – нивелирный ход. Точки, являющиеся задними и передними, называются связующими. Их нивелируют по двум сторонам рейки. а – задние отсчеты, в – передние отсчеты. Из рисунка видно h 1 = а - в, h 2 = а – в, h n = а n – в Отметки связующих точек вычисляют следующим образом Н Х1 = НА + h 1 испр. Н Х2 = Н В1 + h 2 испр. ……………… Н n = Н + h испр, где h і испр. – исправленное среднее превышение (с учетом распределенной невязки, тес учетом поправки. Если необходимо знать отметку только конечной точки, то Н В = НА + ∑ n испр Кроме связующих точек на местности могут быть пронивелированы характерные точки рельефа, расположенные между двумя соседними связующими и называемые промежуточными (рис. 54). Нивелирование их производится после взятия отсчетов аи в взятием отсчета с по рейке, установленной в этой точке, только по черной стороне рейки. Отметки промежуточных точек вычисляют через горизонт инструмента по ранее приведенной формуле Н = ГИ – с. Точки нивелирования закрепляют постоянными и временными знаками. К постоянным знакам относятся реперы – грунтовые и стенные и нивелирные марки. Грунтовые реперы – это металлические трубы, которые закладывают в пробуренную скважину и цементируют. Реперы, закладываемые на глубину до коренных пород, называются глубинными. При нивелировании определяют отметку верха репера. Стенные репе тальных сооружений. К временным знакам относятся деревянные ческие колья (костыли, рис. Рис. 57. Нивелирные рейки и временные знаки а) Рис. 58. Современные нивелирные рейки а) телескопическая алюминиевая рейка рейки для цифровых нивелиров б) инварная рейка св) фиберглассовая рейка BGS50; г) рейка с BAR 67 отметку верха репера. Стенные реперы цементируют в цокольную часть кап тальных сооружений. К временным знакам относятся деревянные колья (костыли, рис. 57, u и башмаки, рис. 57, ж, з. Рис. 57. Нивелирные рейки и временные знаки б в) ные нивелирные рейки а) телескопическая алюминиевая рейка рейки для цифровых нивелиров б) инварная рейка св) фиберглассовая рейка BGS50; г) рейка с BAR ры цементируют в цокольную часть капитальных сооружений. К временным знакам относятся деревянные и металли- 57, u и башмаки, рис. 57, ж, з. Рис. 57. Нивелирные рейки и временные знаки г) ные нивелирные рейки а) телескопическая алюминиевая рейка рейки для цифровых нивелиров б) инварная рейка с кодом в) фиберглассовая рейка BGS50; г) рейка с кодом 68 9.2. Классификация и устройство нивелиров Нивелиры классифицируют по двум признакам поточности и по способу установки визирного луча в горизонтальное положение. По первому признаку нивелиры делятся на группы 1. Высокоточные – средняя квадратическая погрешность на 1 км двойного хода – 0,5 мм. К ним относятся такие марки, как Н, Н, НС, Н, Н – КЛ. При работе с этими нивелирами допускается длина плеч (расстояние от нивелира до рейки) до 50 метров. 2. Точные – средняя квадратическая ошибка на 1 км двойного нивелирования мм. Примером нивелиров являются марки Н, 2Н-3Л, НС, НС, Н – КЛ. Допускается длина плеч до 75 – 100 метров. 3. Технические – ошибка 10 мм на км двойного хода. К ним относятся такие нивелиры, как НТ, НТС, Ни другие. Длина плеч допускается до 100 – 150 метров. По второму признаку нивелиры различают 1. Уровенные (с цилиндрическим уровнем, рис. 59). 2. Нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования (с компенсатором Некоторые метрологические характеристики нивелиров следующие ГОСТ 10528-90 Нивелиры. Общие технические условия Наименование параметра показателя) Группа нивелиров высокоточных точных технических Допустимая средняя квадратическая погрешность измерения превышения на 1 км двойного хода, мм - для нивелиров с компенсатором 0,3 2,0 5,0 - для нивелиров с уровнем 0,5 3,0 5,0 Увеличение зрительной трубы, крат, не менее 40 30 20 Основные составные части нивелира (на примере 2Н-3Л, рис. 59): 1 – окуляр, для увеличения изображения цели 2 – диоптрийное кольцо, для получения четкого изображения сетки нитей 3 – круглый уровень, для приведения прибора в рабочее положение (приведения основной оси вращения вот- весное положение 4 – кремальера, для получения четкого изображения цели 5 – зрительная труба 6, 9 – подставка, служит основанием прибора, несет вертикальную ось вращения зрительной трубы 7 – наводящий винт трубы, для точного наведения нацель пружина трегера с втулкой служит для закрепления нивелира на штативе становым винтом 10 – элевационный винт для приведения в нульпункт пузырька цилиндрического уровня 11 – нониус, для отсчета углов по горизонтальному лимбу при угломерных работах 12 – объектив, для формирования изображения визирной цели 13 – механический визир, для приближенного наведения нацель цилиндрический уровень, для 69 приведения визирной оси зрительной трубы в строго горизонтальное положение исправительный винт уровня при трубе, для исправления положения пузырька цилиндрического уровня 16 – три подъемных винта для приведения прибора в рабочее положение исправительные винты круглого уровня, для исправления положения пузырька уровня на рисунке невидны лимб, для измерения горизонтальных углов. 2Н-3Л Рис. 59. Внешний вид нивелира 2Н-3Л 1 4 7 8 10 11 3 6 2 12 13 14 15 5 9 16 17 70 Нивелир 2Н-3Л относится к точным нивелирам. Нивелир 2Н-3Л – 2-ое поколение нивелира Н – точный, с уровнем, элевационным винтом и лимбом, предназначен для измерения превышений, расстояний и горизонтальных углов. Средняя квадратическая погрешность измерения превышения на 1 км двойного хода 2,5 мм. Отличается от предшествующих марок нивелиров (НВ-1, Н) отсутствием закрепительного винта трубы, наличием лимба, имеет трубу прямого изображения, современный дизайн. Рис. 60. Поле зрения зрительной трубы Отсчет по рейке 1,150 м. Расстоянием В настоящее время широкое применение находят геодезические приборы нивелиры, теодолиты и др, в которых уровень заменяется автоматическим устройством – компенсатором наклона визирной оси, или регулятором положения визирной оси. Нивелир снабжается только круглым уровнем для грубого приведения визирной оси в горизонтальное положение, горизонтальность линии визирования обеспечивается с необходимой точностью автоматическим компенсатором наклона. Компенсаторы наклона позволяют повысить точность и производительность труда, дают возможность работать на неустойчивых грунтах. Сущность работы компенсатора заключается в следующем. При горизонтальном положении визирной оси трубы по средней нити сетки производят правильный отсчет А, соответствующий горизонту инструмента (рис. 61). При наклоне зрительной трубы на угол γ горизонтальный луч, соответствующий отсчету А, смещается вверх или вниз относительно средней нити сетки на величину С 0 С 1 =∆=f·sinγ≈f·γ/ρ". Для того чтобы отсчет А по средней нити сетки не изменялся, нужно либо изменить положение сетки нитей из положения Св С (механический компенсатор, рис. 61, б, либо изменить направление горизонтального луча, соответствующего отсчету Атак, чтобы этот луч снова попал на среднюю нить сетки (оптико-механический компенсатор, рис. 61, в. 71 а АС б АС В β S f Св В β S С γ С f Рис. 61. Принцип работы компенсатора Смещение сетки нитей или изменение положения визирного луча осуществляется с помощью расположенного в точке В специального устройства – компенсатора наклона зрительной трубы на величину ∆=S·sinβ. Отсюда следует основное уравнение компенсации f·sinγ=S·sinβ. Существует еще одна группа компенсаторов – жидкостные, основанные на свойстве поверхности жидкости под действием силы тяжести устанавливаться нормально к отвесной линии. В геодезических приборах жидкостные компенсаторы применяют редко. Они действуют также по схеме оптико- механических компенсаторов. Угол β отклонения луча и местоположение точки В рассчитываются таким образом, чтобы удовлетворялось основное уравнение компенсации. Отношение f/S=β/γ=n называется угловым увеличением компенсатора. Для того чтобы геометрические размеры компенсатора были невелики, точку В стремятся расположить внутри зрительной трубы (n≥1). Компенсаторы наклона содержат подвижный элемент, находящийся в определенном положении под действием силы тяжести, неподвижный оптический элемент (например, отклоняющую призму) и демпфирующее устройство демпфер) воздушного или магнитного типа. Жидкостные демпферы не используются в нивелирах с компенсатором. ООО В геодезии наиболее широко применяются оптико-механические компенсаторы маятникового типа, которые, в свою очередь, подразделяются на линзовые, зеркальные, призменные. В мире выпущено более 70 типов компенсаторов, поэтому вышеприведенное разделение на виды весьма условно. Все компенсаторы можно сгруппировать в соответствии сих расположением в нивелире |