Предмет и метод геодезии как науки

Предмет и метод геодезии как науки

Дословный перевод слова «геодезия» означает «землеразделение». Зародившись в странах древнего Востока как необходимая составная часть хозяйственных работ, она переросла это узкое понятие и выделилась в самостоятельную науку, имеющую свой предмет изучения и свои методы.

Объектом изучения геодезии являются Земля и другие планеты солнечной системы. Выделяют следующие методы изучения Земли:

1. Непосредственный – заключается в непосредственном измерении определенных величин на поверхности земли с помощью геодезических инструментов (теодолиты, нивелиры, дальномеры, тахеометры и др.). Виды измерений: углы и расстояния, направления меридианов, сила тяжести и т.д.

2. Фотометоды: решение задач путем преобразований фотоснимков (земной) поверхности. По месту расположения фотографирующего устройства они делятся на наземные и воздушные.

3. Космические методы: а) наблюдение и фотографирование Земли и других планет из космоса; б) наземные наблюдения за движением космических аппаратов с помощью оптических, фотографических и лазерных систем.

4. Комбинированные методы.

Геодезия решает научные и практические задачи.

Научные задачи:

1.Определение формы и размеров Земли.

2. Изучение движений земной коры.

3. Определение внешнего гравитационного поля Земли.

4. Изучение внутреннего строения Земли.

5. Геодезическое изучение и картографирование небесных тел.

Практические задачи:

1. Составление планов и карт земной поверхности, а также рельефа дна морей и океанов в прибрежной зоне – шельфе; составление их электронных аналогов – цифровых моделей местности и электронных карт.

2. Решение инженерных задач в различных областях народного хозяйства: строительстве, сельском хозяйстве, землеустройстве, ирригации и др.

Ввиду большого разнообразия и сложности решаемых задач геодезия делится на ряд дисциплин: высшая геодезия (решает научные задачи), топография или просто геодезия (1-я практическая задача), космическая геодезия, морская геодезия, фототопография, маркшейдерское дело и инженерная геодезия(прикладная).

На основании вышеизложенного геодезию можно определить как науку об измерениях на поверхности Земли и измерениях других космических объектов. Это наука, изучающая методы определения их фигур и размеров для получения их изображений в графическом и электронном видах и измерения этих изображений. Геодезия изучает также способы проведения специальных измерений для решения инженерных задач в народном хозяйстве.

История развития геодезии, ее значение и связь с другими науками.

(Эту тему студенты прорабатывают самостоятельно.)

Общая фигура Земли и определение положения точек

Земной поверхности

Форма и размеры Земли

Точное знание фигуры Земли необходимо для наиболее правильного изображения поверхности Земли на картах, для космонавтики, авиации, мореплавания и т.д.

Форма всякого тела определяется ограничивающей его поверхностью. Для определения фигуры Земли в геодезии используется четыре вида поверхностей:

Физическая поверхность – совокупность всех неровностей суши и дна океанов, а также поверхности воды. Она не может быть выражена конечным математическим уравнением, поэтому используется для решения лишь некоторых практических задач геодезии.

Уровенная поверхность – поверхность воды Мирового океана в спокойном состоянии, мысленно продолженная под материками. В 1873 году немецкий ученый Листинг назвал ее поверхностью геоида. Океаны составляют 71%, суша – 29%. Поверхность воды всюду горизонтальна, т.е. перпендикулярна к отвесным линиям (направление силы тяжести). Поверхность суши и дна океанов изучают относительно поверхности геоида. Расстояния от точек физической поверхности Земли до уровенной поверхности по направлению отвесных линий называют высотами точек, а их числовое выражение называют отметками. Они могут быть положительными и отрицательными. В России за поверхность, совпадающую с геоидом, принята поверхность Балтийского моря (ноль Кронштадского футштока). Высоты, отсчитываемые от уровня Балтийского моря, называются абсолютными, от другой какой - либо уровенной поверхности – условными. Геоид пригоден для решения практических задач. Для теоретических расчетов он не пригоден, так как не имеет конечного математического выражения из-за непостоянства направления отвесных линий вследствие неравномерного распределения масс внутри Земли. Кроме того, уровень поверхности воды в различных океанах различен; имеются приливы и отливы.

Поверхность эллипсоида вращения получается при вращении эллипса вокруг малой (полярной) полуоси. Эллипсоид характеризуется тремя величинами: а – большая полуось, в – малая полуось, а полярное сжатие:

Эллипсоид ориентируется в теле Земли определенным образом. Постановлением Совета министров СССР №760 от 7 апреля 1946 года в нашей стране для геодезических работ принят эллипсоид Красовского Ф.Н.

Его размеры: а=6378245 м, в=6356863 м.

По наблюдениям ИСЗ Козаи И. в 1961 году получил α =1: 298, 31;

Жонголвич И.Д. в 1960 – α =1: 298, 2; Козаи И. в 1962 – 1: 298, 3.

Эллипсоид, относительно которого ведутся все геодезические работы в данной стране, называется референц-эллипсоид.

Для решения многих практических задач достаточно за фигуру Земли принять шар с радиусом R=6371 км.

Ориентирование

Ориентировать линию местности значит – определить ее направление относительно какого – либо другого направления, принимаемого за исходное. В геодезии исходными являются: истинный (географический) меридиан, магнитный меридиан и осевой меридиан зоны. Для ориентирования линий служат углы: азимут, румб и дирекционный угол.

Истинный азимут линии это горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления истинного меридиана или параллельной ему линии по ходу часовой стрелки до направления данной линии местности.

Плоскость истинного меридиана проходит через отвесную линию в данной точке и ось вращения Земли, определяется из астрономических наблюдений. Горизонтальной проекцией истинного меридиана является полуденная линия. Изменяются азимуты от 0˚ до 360˚. В геодезии различают прямое направление линии АВ и обратное ВА (рис. 7). Соответственно различают истинный азимут прямого направления (прямой АВ) и истинный азимут обратного направления (обратный АВ). Для одной точки они отличаются ровно на 180˚: А_пр.=А_обр.±180˚.

Рис. 7. Истинный азимут

А_с^обр.=А_с^пр.+ 180˚; А_Д^обр.= А_Д^пр.+ 180˚; А_Е^обр.=А_Е^пр. + 180˚; А_Д^обр.=А_С^пр.+ 180˚ -γ _зап.; А_Е^обр.=А_С^пр.+180˚ +γ _вост.

Из рис. 7 видно, что истинные азимуты одной и той же линии в различных ее точках отличаются на величину γ, а прямой и обратный азимуты – на (180˚ +γ ).

Магнитные азимуты линий есть горизонтальные углы, отсчитываемые от северного направления магнитного меридиана или линии ему параллельной по ходу часовой стрелки до направления заданной линии местности. Направление магнитного меридиана определяется магнитной стрелкой, оно не совпадает с направлением истинного меридиана в данной точке на угол δ, называемый склонением магнитной стрелки. Склонение может быть западным (-) и восточным (+), в пределах России δ меняется от 0˚ до ±15˚.

Существует связь между истинным и магнитным азимутами: А_ист.=А_маг.+δ. Все вышесказанное об истинных азимутах в равной мере относится и к магнитным азимутам.

Дирекционный угол есть горизонтальный угол, отсчитываемый по ходу часовой стрелки от северного направления осевого меридиана или линии, ему параллельной, до направления данной линии местности. Изменяется он от 0˚ до 360˚. Дирекционные углы одной и той же линии в различных ее точках одинаковы, а прямые и обратные дирекционные углы всегда отличаются ровно на 180˚ (рис. 8): α =α _с= α _Д; α _Д΄ =α +180˚; α _с΄ =α _Д+180˚. Поэтому на практике используется именно α.

α _с

α _Д

α _с΄ α _Е

α _Д΄ В

Е α _Е'

Рис. 8. Дирекционный угол

Поскольку меридианы в различных точках не параллельны и сходятся к полюсам, то их направления, выраженные полуденными линиями, тоже не будут параллельны. Этот угол между полуденными линиями называется в геодезии сближением меридианов γ. Оно может быть западным (в точке С) и восточным (в точке Д). В пределах зоны оно не может быть более 3˚. Условились считать, что γ _вост.+, γ _зап.. В пределах координатной зоны линии, параллельные осевому меридиану, не совпадают с географическими меридианами, а образуют с ними некоторый угол, называемый гауссовым сближением меридианов. В восточной половине зоны линии, параллельные осевому меридиану, отклоняются к востоку от географического меридиана, сближение называется восточным и обозначается знаком «плюс». В западной половине зоны линии отклоняются к западу от географического меридиана, сближение называется западным и обозначается знаком «минус». γ =Δ λ ·sinφ, φ =0˚ на экваторе, φ =90˚ на полюсе. В пределах 6˚ -ой зоны γ _mах=3˚.

Румбом линии называется острый горизонтальный угол, отсчитываемый от ближайшего направления меридиана – северного или южного до направления линии местности. В зависимости от используемого меридиана румбы бывают истинные, магнитные и осевые. Они изменяются от 0˚ до 90˚ и имеют названия по сторонам света (четвертям): СВ, ЮВ, ЮЗ, СЗ. Прямой и обратный румбы в данной точке равны по величине, но противоположны по наименованию. Истинные и магнитные румбы отличаются, кроме того, на величину склонения и сближения меридианов, как и азимуты.

От азимутов и дирекционных углов можно переходить к румбам и обратно, используя очевидные формулы (рис. 9):

СВ: r=α

ЮВ: r=180˚ -α

ЮЗ: r=α -180˚

СЗ: r=360˚ - α

Рис. 9. Схема румбов и дирекционных углов

Масштабы

Степень уменьшения горизонтальных проложений линий местности при изображении их на плане или карте называется масштабом.

В геодезии различают масштабы: численный, именованный (словесный), линейный и поперечный. Численный масштаб есть отвлеченная дробь, числителем которой является единица, а знаменателем – число, показывающее во сколько раз уменьшены горизонтальные проложения линий местности при изображении их на плане или карте (иначе – отношение горизонтального проложения линии на плане или карте к горизонтальному проложению той же линии на местности, рис. 17).

1: М=ав: АВ ав – горизонтальное проложение линии на плане

АВ – горизонтальное проложение линии на местности

1: М; 1: 100; 1: 2000; 1: 10000……..1см: 10000см. Именованный масштаб можно выразить словами: в 1см карты содержится 20 м местности (М 1: 2000); в 1см – 100м (М 1: 10000). Если горизонтальное проложение линии на местности обозначить S, на плане – d, то можно записать:

d = или S=d·M (пусть d=1 см, S=10 м; 1: М=1: 1000).

Чем больше М, тем мельче масштаб, чем меньше М, тем масштаб крупнее.

1: 50000 мельче 1: 25000 вдвое и т.д.

Линейный масштаб строится графически. Он служит для ускорения работ по переходу от измерений на местности к измерениям на плане (карте) и обратно при большом объеме работ. Он строится путем откладывания равных отрезков, называемых основанием масштаба (нормальный масштаб имеет основание, а=2), вдоль прямой линии и оцифровкой правых концов отрезков, начиная со второго, в соответствии с численным масштабом. Для повышения точности измерений первое основание делят на мелкие части, на концах которого ставят ноль. Доли мелких делений оценивают на глаз. Линейный масштаб не отличается высокой точностью.

Поперечный масштаб является также графическим изображением численного масштаба, строится он на основе линейного масштаба, но отличается более высокой точностью. Для построения поперечного масштаба из концов оснований линейного масштаба восстанавливают перпендикуляры, на двух крайних из них откладывают n равных отрезков и через одноименные точки проводят прямые, параллельные линии линейного масштаба (рис.18). Первые нижнее и верхнее основания делят на m равных частей, нулевую точку нижнего основания соединяют с первой точкой верхнего основания, а через все остальные проводят линии, параллельные только что проведенной. Эти линии называются трансверсалями.

М -?

Рис. 17. Определение масштаба

Рис. 18. Поперечный масштаб

Определим величину наименьшего деления поперечного масштаба.

Из построения: АВ = а: m; ОВ´ в n раз меньше ОВ, то есть ОВ´: ОВ=1: n. Из подобия Δ ОА´ В´ ∞ ∆ ОАВ имеем:

или ; .

Обычно m=n=10 (сотенный масштаб) и а=2см. Тогда .

Из рисунка видно, что

А˝ В˝ =2А´ В´ =0, 4 мм,

А˝ ΄ В˝ ΄ =3А´ В´ …,

а=20 мм; а'=2 мм; а''=0, 2 мм,

А'В'=а" =0, 2 мм; А" В" =2а" =0, 4 мм; А'''В'''=3а" =0, 6 мм; …;

АВ=10а" =2 мм.

Один и тот же чертеж поперечного масштаба можно подписать для любого численного масштаба и пользоваться им. Сначала определяют сколько метров содержится в целом основании, в его десятой доли, сотой доли (то есть в наименьшем делении 0, 2 мм) с учетом выбранного численного масштаба. Только потом откладывают длины. Точность измерения длины линии по плану или карте равна половине наименьшего деления поперечного масштаба. Однако предельной точностью масштаба называется горизонтальное проложение линии местности, соответствующее 0, 1 мм на карте данного масштаба (так как укол циркуля 0, 1 мм, разрешающая способность глаза тоже 0, 1 мм).

6.4. Условные знаки ситуации и рельефа [5]

Понятие местность при изображении ее на планах и картах объединяет два более конкретных понятия: рельеф (совокупность неровностей поверхности Земли) и ситуация (совокупность местных предметов, сооружений, угодий, водных объектов и т.д.). При составлении планов и карт для обозначения ситуации и рельефа пользуются условными знаками (их насчитывается более 500). Условные знаки ситуации делятся на четыре вида: контурные (масштабные), внемасштабные, пояснительные и линейные.

1. Условные контурные знаки служат для изображения местных предметов, выражающихся в масштабе карты (плана). При этом сначала пунктиром или сплошной линией вычерчивается контур предмета, который затем заполняется значками. Примерами таких знаков могут служить знаки, изображающие дома, границы различных контуров.

2. Условные внемасштабные знаки служат для изображения важных местных предметов, не изображающихся в масштабе карты из-за малости своих размеров. Определенная точка в каждом знаке соответствует положению предмета на местности (это может быть центр, вершина, основание, угол знака). По этим условным знакам нельзя судить о величине предметов местности (километровые столбы, ветряные двигатели, памятники, радиомачты).

3. Условные пояснительные знаки дополняют характеристику изображенных на карте предметов.

4. Линейные сооружения, ручьи выделяют в условные знаки, называемые линейными. Те же предметы на плане (в крупном масштабе) могут изображаться масштабными знаками.

5. Условные знаки рельефа вычерчиваются всегда коричневым цветом. Они включают горизонтали, бергштрихи и специальные знаки для отдельных форм рельефа (овраги, скалы, террасы, промоины и т.д.), невыражаемых горизонталями.

6.5. Основные формы рельефа и их изображение на картах и планах.

Различают пять основных форм рельефа (рис. 19).

1. Гора – возвышенность конусообразной формы на земной поверхности. Характерные линии – ската (линия, образующая боковую поверхность какой-либо формы рельефа), подошвы (соединяет точки подошвы). Характерные точки – вершина (точка, имеющая максимальную высоту), точки скатов, перегиба скатов (там, где линия ската меняет направление) и подошвы в местах изгибов контура и перегибов рельефа внизу горы.

2. Котловина (впадина, яма) – углубление конической формы на поверхности земли. Характерные линии – скаты (склоны), бровка (кромка). Характерные точки – дно (имеет минимальную высоту), точки скатов, перегиба скатов и бровки в местах изгибов контура и перегибов рельефа вверху котловины.

Гора Котловина

Хребет Лощина

Водораздел

Скат Бровка

Тальвег

Рис. 19. Формы рельефа местности

3. Хребет – возвышенность вытянутой формы на земной поверхности, постепенно понижающаяся в одном направлении. Характерные линии - водораздел (линия вдоль хребта, проходящая по самым высоким его точкам), скаты, подошва; характерные точки – перегиба водораздела, перегиба скатов, подошвы – точки на характерных линиях в местах изгибов и перегибов.

4. Лощина – углубление вытянутой формы на поверхности земли, постепенно понижающееся в одном направлении. Характерные линии – тальвег или водослив (линия вдоль лощины, проходящая по самым низким ее точкам), скаты, бровки. Характерные точки – перегиба тальвега, перегиба скатов, бровки – точки на характерных линиях в местах изгибов контура и перегибов рельефа.

5. Седловина – образуется двумя возвышенностями и двумя лощинами. Характерные линии – линия седла и линии двух гор; характерные точки – точка седла (в ней сходятся две линии водораздела и расходятся две линии тальвега) и точки двух гор (рис. 20).

Другие формы рельефа: овраги, дюны и т.д.

Наиболее часто рельеф изображают на картах и планах горизонталями (нижняя часть рисунков). Замкнутая кривая, соединяющая точки земной поверхности с одинаковыми высотами называется горизонталью. Горизонтали имеют следующие свойства: горизонталь всегда замкнутая кривая; горизонтали не могут пересекаться; по величине заложения горизонталей можно судить о крутизне ската (чем меньше заложение, тем круче скат). Получается горизонталь в результате сечения рельефа горизонтальной плоскостью (рис. 19).

Расстояние (h) между соседними секущими уровенными поверхностями называется высотой сечения рельефа. Расстояние (d) между соседними горизонталями в плане называется заложением. Чем меньше заложение, тем круче скат, чем больше заложение, тем скат положе. Значение высоты сечения рельефа задается в соответствии с масштабом карты и бывает 5м (М 1: 25000); 2, 5 м (М 1: 10000); 1 м (1: 1000, 1: 500); 0, 5 м (1: 500, 1: 250); 0, 25 м

(М 1: 500, 1: 250). Кроме того, высоту сечения рельефа выбирают, руководствуясь сложностью рельефа: если местность непересеченная, выбирают меньшее значение высоты сечения рельефа, при гористой – большее.

Крутизну линии местности характеризуют углом наклона ν или уклоном і=tgν =h/d; d – берут с карты; h для данной карты – постоянно. Линия наибольшей крутизны называется скатом. Направление ската нормально к горизонталям.

В В

Водораздел

водораздел

Тальвег (водослив)

Рис. 20. Седловина

Для более быстрого определения крутизны линий местности на карте (плане) по их заложению строят специальные графики, называемые масштабами заложений: масштаб заложений для углов наклона, для уклонов (рис. 21).

Величины d, вычисленные для углов 1°, 2°, 3°… или уклонов 10‰, 20‰, 30‰… откладывают на перпендикулярах из концов равных отрезков в масштабе карты или плана.

d d

0°30΄ 1° 2° 3° δ 10‰ 20 30 40 50 60 i

Рис. 21. Масштабы заложений

Горизонтали проводят по отметкам точек, выполняя интерполяцию. Выполнить интерполяцию – это найти между двумя точками с известными высотами точки, высоты которых кратны высоте сечения рельефа. Интерполяционные линии (по которым выполняют интерполяцию) проводят только между соседними точками, линии не могут пересекаться. Выполнив интерполяцию по нескольким линиям, точки с одинаковыми высотами соединяют плавными кривыми, то есть проводят горизонтали.

6.6. Номенклатура топографических карт и планов.

Номенклатурой называется система обозначения (нумерации) отдельных листов топографических карт различных масштабов; система их взаимного расположения устанавливается принятой разграфкой.

В России основой разграфки и номенклатуры служит международная разграфка листов карты масштаба 1: 1000000. Эта разграфка производится путем условного деления земного шара параллелями по 4° от экватора к северу и к югу и меридианами от 180° (напротив Гринвича) по 6°. В результате деления параллелями получаются ряды, обозначаемые буквами латинского алфавита от А доV, начиная от экватора к северу и к югу. При делении поверхности земного шара меридианами получаются колонны; они нумеруются от 1 до 60 с запада на восток, начиная от меридиана с долготой 180°, то есть противоположного Гринвичу. Территория России находится в колоннах со 2 по 34.

Номенклатура листа карты масштаба 1: 1000000 складывается из названия ряда и номера колонны, (номер колонны отличается на 30 единиц от номера зоны), например, N – 37. Лист карты 1: 1000000 масштаба делится на 144 листа масштаба 1: 100000, которые нумеруются от 1 до 144 и имеют размер трапеции Δ φ =20΄ и Δ λ =30΄. Номенклатура листа складывается из номенклатуры листа 1: 1000000 и номера трапеции. Листы карты масштаба 1: 50000 получаются делением листа карты масштаба 1: 100000 на четыре части, обозначаемые заглавными буквами русского алфавита А, Б, В, Г. Размер трапеции 10΄ × 15΄. Номенклатура листа получается присоединением к номенклатуре стотысячного листа соответствующей буквы, например, α - 49 – 133 – В (заштриховано на рис. 22).

Листы карты масштаба 1: 25000 получают делением листов карты масштаба 1: 50000 на 4 части, обозначаемые строчными буквами русского алфавита а, б, в, г. Размер трапеции 5΄ × 7΄ 30˝. Номенклатура листа получается путем присоединения к номенклатуре листа карты масштаба 1: 50000 соответствующей буквы. Например, α – 49 – 133 – Б – в (заштриховано на рисунке).

соответствующей буквы. Например, α – 49 – 133 – Б – в (заштриховано на рисунке).

Делением каждого листа карты масштаба 1: 25000 на 4 части получают листы карты масштаба 1: 10000 размером 2΄ 30˝ × 3΄ 45˝, обозначаемые арабскими цифрами 1, 2, 3, 4, которые при указывании номенклатуры записывают после номенклатуры соответствующего листа карты масштаба 1: 25000, например, L – 49 – 133 – Б – г – 4 (заштриховано на рис. 22).

Рис. 22. Номенклатура листов карт масштабов 1: 50000, 1: 25000, 1: 1000

Разграфка листов карты масштаба 1: 5000 осуществляется путем деления листов карты масштаба 1: 100000 на 256 частей (16× 16) или делением листа карты масштаба 1: 10000 на 4 части. Их размер 1΄ 15˝ × 1΄ 52, 5˝, нумерация от 1 до 256. Номенклатура листа образуется путем присоединения к номенклатуре листа карты масштаба 1: 100000 соответствующего номера, взятого в скобки, например, L – 49 – 133 – (16).

Листы карты масштаба 1: 2000 получают делением листов карты масштаба 1: 5000 на 9 частей, обозначаемых строчными буквами русского алфавита а, б, …и.

Угловые измерения

Угломерного прибора

Рис. 23. Схема угломерного прибора

На рис. 23: ВАС – пространственный угол; В΄ А΄ С΄ - горизонтальный угол, то есть проекция пространственного угла на горизонтальную плоскость Н, осуществленная вертикальной плоскостью Р, поворачиваемой вокруг отвесной линии АА΄.

Л – круг с делениями (лимб), плоскость которого параллельна плоскости Н, а центр совмещен с прямой АА΄ (отвесная линия, проходящая через вершину угла).

Поскольку план есть горизонтальная проекция участка поверхности Земли, то нам необходимы не пространственные углы, а горизонтальные. Из рис. 23 видно, что если навести вертикальную плоскость на точку В и отсчитать на лимбе отсчет в (он равен дуге), затем совместить плоскость с направлением АС и тоже взять отсчет с, то < вас=β = с – в.

Отсюда следует, что для измерения горизонтального угла необходимо:

1. Иметь горизонтальный круг с делениями, центр которого лежит на отвесной прямой, проходящей через вершину угла, то есть отцентрированный над вершиной угла.

2. Вертикальную плоскость для совмещения со сторонами пространственного угла и проектирования его на плоскость горизонтального круга.

Этим требованиям отвечает геодезический угломерный прибор, называемый «теодолит». К теодолиту придаются отвес, буссоль, штатив.

Рассмотрим его устройство на примере теодолита 2Т30. Его основными составными частями являются: 1 – кремальера, для получения четкого изображения визирной цели; 2 – закрепительный винт зрительной трубы; 3 – визир, для приближенного наведения на цель; 4 – колонка; 5 – закрепительный винт лимба горизонтального круга; 6 – гильза; 7 – юстировочный винт цилиндрического уровня, для исправления положения пузырька уровня; 8 – закрепительный винт алидады; 9 – цилиндрический уровень при алидаде для горизонтирования прибора (рис. 24, б), то есть для приведения его оси вращения в отвесное положение; 10 – горизонтальный круг, для измерения горизонтальных углов; 11 – вертикальный круг для измерения вертикальных углов; 12 – зрительная труба. Закрепительные винты служат для закрепления соответственных частей, наводящие – для точного наведения на цель, то есть для их малых, но точных перемещений. На рис. 24, в 1 – наводящий винт лимба горизонтального круга; 2 – окуляр микроскопа, для взятия отсчетов по лимбам; 3 – зеркало подсветки, для освещения поля зрения микроскопа; 4 – боковая крышка; 5 – посадочный паз для буссоли; 6 – уровень при трубе; 7 – юстировочная гайка; 8 – колпачок; 9 - диоптрийное кольцо окуляра; 10 – наводящий винт трубы; 11 – наводящий винт алидады; 12 – подставка – основание прибора; 13 – подъемные винты (3 штуки), для горизонтирования прибора при помощи цилиндрического уровня; 14 – втулка; 15 – основание; 16 – крышка.

Кроме того, в приборе имеются исправительные (юстировочные винты) для исправления положения пузырька цилиндрического уровня, сетки нитей.

Лимб горизонтального круга представляет собой стеклянный круг, проградуированный по часовой стрелке от 0°до 360°. Цена деления (величина наименьшего деления) равна 1°. Алидада представляет собой стеклянную пластинку, расположенную соосно с лимбом. Эта «линия нулей» фиксирует на лимбе отдельные положения зрительной трубы и выполняет функцию отсчетного устройства.

Зрительная труба состоит из объектива, служащего для формирования изображения цели на плоскости сетки нитей; окуляра – для увеличения изображения; двояковогнутой фокусирующей линзы, перемещаемой внутри трубы при помощи винта кремальеры для получения четкого изображения цели; сетки нитей на плоскопараллельной пластинке (рис. 25а). На трубе имеется оптический визир для приближенного наведения на цель. Сетка нитей представляет собой среднюю горизонтальную и вертикальную нити, которые в пересечении образуют точку, называемую перекрестие сетки нитей (рис. 25в). Двойная часть вертикальной нити называется биссектором. Кроме того, имеются две короткие горизонтальные нити, которые называются соответственно верхняя и нижняя дальномерная нить.

На рис. 24а представлен теодолит 4Т30П. Это теодолит 4-ой модификации. Основное отличие от теодолита 2Т30 в том, что он простой, т.е. лимб не имеет закрепительного и наводящего винта. Лимб не жестко закреплен, его можно перемещать поворотом рукоятки перевода лимба 1, поэтому теодолит может быть переконструирован в повторительный. Теодолит 4Т30П имеет зрительную трубу прямого изображения.

Рассмотрим такие характеристики зрительной трубы, как поле зрения трубы и увеличение. Поле зрения трубы – это пространство, видимое в трубу при неподвижном ее положении. В геодезических приборах оно составляет 1, 5° – 3°. Увеличение зрительной трубы – это отношение угла, под которым видно изображение предмета в трубу к углу, под которым видно изображение этого же предмета невооруженным глазом Г= (15^х÷ 42^х-крат).

а)

б)

г) ориентир – буссоль

в)

Рис. 24. Внешний вид теодолита: а) и б) 2Т30; в) – 4Т30П; г) ориентир – буссоль

а)

б) в)

Сетка нитей

Рис. 25. Части теодолита: а) оптическая схема зрительной трубы;

б) лимб горизонтального круга; в) сетка нитей

u' ось

а)

пузырек

б)

в)

Рис. 26. Уровни: а) – круглый уровень; б) – цилиндрический уровень;

в) – электронный уровень: 1 – источник света, 2 – световой пучок, 3 - цилиндрический уровень, 4 – пузырек уровня, 5 – матрица ПЗС

Основными осями теодолита являются (рис. 27):

ОО – основная ось вращения прибора, проходит через точку пересечения визирной оси и горизонтальной оси вращения трубы и через центр лимба горизонтального круга;

SS – горизонтальная ось вращения зрительной трубы;

UU – ось цилиндрического уровня, мнимая прямая, касательная к внутренней поверхности ампулы в средней ее точке;

VV – визирная ось зрительной трубы, мнимая прямая, проходящая через перекрестье сетки нитей и центр объектива.

Классификация теодолитов

Теодолиты подразделяются по различным признакам.

По конструкции осевой системы они могут быть повторительными (лимб и алидада могут вращаться независимо друг от друга) и простыми (лимб жестко соединен и не вращается).

По точности теодолиты классифицируются на:

высокоточные – Т05, Т1; ошибка измерения угла ≤ 1˝,

точные – Т2, Т5, Т5К; ……………………………...≤ 5˝,

технические – Т15, Т20, Т30………………………≤ 30 - 60˝.

S S

u u

Рис. 27. Схема осей теодолита

В зависимости от конструктивных особенностей следует различать теодолиты следующих исполнений: с уровнем при вертикальном круге (традиционные, обозначение не применяется); К – с компенсатором углов наклона; А – с автоколлимационным окуляром (автоколлимационные); М – маркшейдерские; – электронные. Допускается сочетание указанных исполнений в одном приборе (ГОСТ 10529-96).

Электронные теодолиты предназначены для измерения вертикальных и горизонтальных углов. При использовании электронных теодолитов исключаются ошибки снятия отсчета – значения углов выводятся автоматически на дисплей, расположенный на каждой стороне прибора (рис. 28). Предусмотрена установка нулевого значения на исходное направление и фиксирование отсчета по горизонтальному кругу.

Рис. 28. Электронный теодолит VEGA TEO5В

Увеличение 30 крат. Точность измерения углов (СКО измерения угла одним приемом) 5".

Рис. 29. Части теодолита VEGA TEO5В

Линейные измерения

Физические дальномеры

По области применения светодальномеры бывают (по ГОСТ 23543-88):

а) СГ – светодальномеры геодезические для измерения длин линий в государственных геодезических сетях, дальность действия до 50 км, точность 6÷ 110мм. Марки СГ-50 (10, 20, 50 км), СГ-20, СГ-10.

б) СТ – светодальномеры топографические, применяемые для измерений в геодезических сетях сгущения и для выполнения топографических съемок, дальность действия до 15 км, точность 5÷ 80 мм. Выпускаются СТ-15, СТ-10, СТ-5.

в) СП – светодальномеры, применяемые для измерений длин линий при решении задач прикладной геодезии и маркшейдерии, дальность действия до 3 км, точность 0, 3÷ 11 мм.

Радиодальномеры:

«Луч» - дальность действия 50 км, точность измерений ±15 см, масса 21 кг, 60Вт, 12В.

«Волна» - дальность действия 15км, точность измерений ±3 см, масса 10 кг, 10Вт, 12В.

«Трап» - дальность действия 15 км, точность измерений ±3 см, масса < 10 кг, 10Вт, 12В.

Светодальномеры и радиодальномеры различают по принципу действия:

а) Импульсные

отражатель

светодальномер

А В

Рис. 49. Принцип измерения длины линии светодальномерами

Длину линии вычисляют следующим образом:

АВ= где с – скорость распространения электромагнитной волны; t – время. Если средняя квадратическая ошибка времени m_t=1·10^-6сек., то средняя квадратическая ошибка измерения длины линии m_АВ≈ 300 м.

б) Фазовые

Длина линии равна: АВ=N ∆ φ измеряют фазометром; N – количество полуволн.

в) Частотные

Принцип работы светодальномеров базируется на определении времени τ распределения электромагнитных волн видимого или инфракрасного излучения вдоль измеряемого расстояния 13 (рис. 51, а), на одном конце которого установлен приемо-передатчик ПР-ПЕР, а на другом – светоотражатель ОТР. Поскольку световые сигналы проходят двойное расстояние 2D, то

D =с ∙ τ /2n,

где с – скорость распространения световых волн в вакууме, равная 299792456 м/сек; n – показатель преломления воздушной среды, зависящий от ее температуры, плотности и влажности.

Определение времени прохождения электромагнитными волнами измеряемого расстояния производится импульсным и фазовым методами (или их комбинацией).

В импульсных светодальномерах (рис. 51, б) счет времени ведется в первом варианте непосредственным измерением интервала между высланным на дистанцию импульсом 1 и принятым отраженным импульсом 2. Точность измерения времени 1-10 нс., а ошибка в измеренном расстоянии достигает 10 м.

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 111213 14 15 16 Следующая ⇒