Измерений горизонтальных углов и направлений

Меры по ослаблению влияния внешних условий на результаты

Комбинаций

Способ Томилина или видоизмененный способ всевозможных

В этом способе измеряются все углы, образующиеся каждой парой смежных направлений и покрывающие горизонт (рис. 9.2), т.е.

1.2 2.3 3.4 4.5 … (n – 1). n n. 1,

Рис. 9.2. Иллюстрация к способу Томилина

а также углы являющиеся суммой двух смежных углов, т.е

1.3 2.4 3.5 … (n – 2). n (n- 1).1 n. 2

При n > 5 в этом способе будет измеряться меньше углов, чем в способе всевозможных комбинаций.

При n = 5 в СВК и в способе Томилина наблюдается одинаковое число углов (10 углов).

Углы в СВК: 1.2 1.3 1.4 1.5 2.3 2.4 2.5 3.4 3.5 4.5

Углы в способе Томилина: 1.2 2.3 3.4 4.5 5.1 1.3 2.4 3.5 4.1 5.2

При n = 6, 7и т.д. число углов в способе Томилина будет меньше, чем в способе всевозможных комбинаций. Однако заметное уменьшение трудоемкости наблюдается лишь при n ³ 8.

При n >5 в рассматриваемом способе измеряются не все углы, получающиеся из n элементов по два, а только часть их. Поэтому процесс получения уравненных направлений на пункте несколько отличается от аналогичного процесса в способе всевозможных комбинаций.

Формулы для вычисления поправок в измеренные углы из уравнивания приведены в инструкции.

Способ применяется в триангуляции 2 класса при большом числе направлений.

Число приемов в способе Томилина равно 5 или 6 в зависимости от необходимого веса направлений Р = 24 или 28.

В разделе классификация ошибок угловых измерений мы с вами уже касались ошибок, возникающих под влиянием внешних условий. Остановимся сейчас подробнее на этих ошибках, делая акцент на мерах по их ослаблению.

К основным видам ошибок, возникающих под влиянием внешней среды, следует отнести:

а) ошибки из-за кручения геодезического сигнала;

б) ошибки за фазы визирных целей;

в) ошибки из-за влияния изменения температуры воздуха на теодолит;

г) ошибки вследствие рефракции света.

Физический смысл явления кручения сигнала заключается в том, что под действием ветра, солнца, изменения температуры верхняя часть геодезического сигнала, особенно высокого, начинает закручиваться вокруг вертикальной оси. Ясно, что во время наблюдений вместе с сигналом будет смещаться по азимуту и находящийся и на его столике теодолит. Зарегистрированы случаи, когда в процессе угловых измерений кручение сигнала достигает 1² за одну минуту, а за один час 25². В среднем, влияние кручения сигнала на результаты угловых измерений несколько меньше, но оно все равно существенно. Поэтому при измерении на пункте большого числа направлений круговыми приемами может произойти незамыкание горизонта из-за кручения сигнала.

Кручение геодезических сигналов были обнаружено Струве. С Целью его учета он предложил снабжать высокоточные теодолиты поверительной трубой. Это предложение было принято и вплоть до настоящего времени наблюдения в триангуляции 1 класса со сложных сигналов выполняются с поверительной трубой. Кроме того, в круговых приемах, как мы знаем, распределяется невязка за незамыкание горизонта, что по сути является механизмом учета влияния кручения сигнала, так как за короткое время кручение сигнала направлено в общем в одну сторону. При измерении отдельных углов ошибки из-за кручения сигнала уменьшают с помощью вращения алидады теодолита в обоих полуприемах в одном направлении. Измерение углов и направлений в приеме должно выполняться как можно быстрее.

Влияние изменения температуры воздуха на теодолит

Все высокоточные теодолиты весьма чувствительны к изменениям температуры. Установлено, что изменение температуры на 1° приводит к изменению положения визирной оси на 0,5 - 1², что прямо войдет в ошибку отсчета. Рекомендации по уменьшению влияния температурных изменений на теодолит следующие:

1. До начала наблюдений на пункте теодолит следует выдержать в тени не менее 1 часа, чтобы его температура стала равна температуре воздуха.

2. Запрещается выполнять угловые измерения при скачкообразном изменении температуры на несколько градусов.

3. Во время наблюдений теодолит должен находиться в тени. С этой целью на знаке со стороны солнца организуют подвижную шторку.

4. Отдельный прием измерений должен выполняться максимально быстро.

Ошибки за фазы визирных целей

Как мы знаем, наведение трубы теодолита при высокоточных угловых измерений производится на визирные цилиндры определенного размера. Практика показала, что из-за неравномерной освещенности цилиндра солнца глаз наблюдателя может неверно оценить положение его геометрической оси и сместить биссектор при наведении трубы теодолита на угол в сторону лучше видимой.

Рис. 9.3. Ошибка за фазу визирной цели

Рис. 9.4. Схема самозатенения визирного

цилиндра Шишкина

Этот угол называют ошибкой за фазу (однобокое освещение) визирной цели. Ошибки за фазу визирных целей максимальны при гладких цилиндрах. При неблагоприятных стечениях обстоятельств они могут достигать 1—1.5".

Для уменьшения ошибки за фазу используют визирный цилиндр конструкции Шишкина (рис. 5.5), который дает полное затенение его поверхности (рис. 9.4), благодаря чему ошибка за фазу визирных целей уменьшаются до 0.2—0.4". Однако, несмотря на применение цилиндров конструкции Шишкина, с ошибкой за фазу на практике все равно сталкивается каждый наблюдатель. Дело в том, что иногда визирный цилиндр наблюдаемого геодезического знака проектируется не на небо, а на темный фон (лес, сопку), и поэтому плохо виден. Для получения контрастности изображения его маркируют, т.е. обматывают белой материей, а, значит, делают по конструкции практически гладким со всеми вытекающими из этого последствиями опасности внесения ошибки за фазу визирной цели в результаты угловых наблюдений. Наблюдатель должен хорошо понимать это и постараться наблюдать пункт либо в пасмурную погоду, либо в видимость, когда ошибка за фазу будет минимальной.

Боковая рефракция света

Ошибки рефракционного происхождения являются главными ошибками высокоточных угловых измерений. Возникают они вследствие искривления световых лучей, идущих от визирной цели к инструменту через слои воздуха разной плотности.

Рис.9.5. Угол рефракции света

Поясним это. Так как атмосфера Земли является оптически неоднородной средой, то световой луч проходит от точки А к точки В не по прямой АВ, а по сложной кривой двоякой кривизны оптически кратчайшем путем А m В (рис. 9.5). Наблюдатель, находясь в точке А, видит изображение точки В не по направлению АВ, а по касательной АВ¢ к элементу световой кривой в точке А. Угол r есть мера рефракции.

Определение: мерой рефракции при угловых измерения является угол r между касательной АВ¢ к лучу в начальной точке его и хордой АВ, соединяющей конечные точки луча.

Проекция угла r на горизонтальную плоскость определяет угол d боковой рефракции, а проекция этого же угла r на вертикальную плоскость – угол r вертикальной рефракции. Угол r характеризует влияние рефракции на измеренные зенитные расстояния, угол d - влияние рефракции на горизонтальные направления и азимуты земных предметов. Углы рефракции не остаются постоянными, что не дает возможности учесть их влияния на результаты измерений.

Вертикальная рефракция может искажать зенитные расстояния до 2' и более. Влияние боковой рефракции только в редких случаях достигает 10".

Существует годовой, сезонный и суточный ходы рефракции. Кроме того, различают большие (областные) и малые (местные) поля рефракции.

Большие поля рефракции обусловлены следующими факторами:

а) общим распределением плотности воздуха от экватора к полюсу;

б) распределением плотности воздуха в прибрежных зонах морей и океанов;

в) распределением плотности воздух вблизи протяженных горных хребтов.

Влияние боковой рефракции в больших полях в среднем составляет 0,²2 и носит систематический характер.

Малые поля рефракции обусловлены местными аномалиями плотности воздуха на пути визирного луча (пересечение долин рек, болот, водной поверхности озер и т.д.). Влияние боковой рефракции на результаты угловых измерений за счет местных полей при неблагоприятных условиях достигает 3² - 7². В среднем эти влияния составляют 0, 6² и носят также систематический характер.

К настоящему времени наметились два пути решения проблемы и учета рефракции:

1. Создание приборов – рефрактометров для непосредственного измерения углов рефракции с требуемой точностью.

2. Разработка наиболее эффективных методических приемов исключения или существенного ослабления влияний рефракции на результаты измерений.

Имеющиеся сейчас приборы – рефрактометры не могут обеспечить измерения углов рефракции с требуемой точностью. Поэтому при геодезических измерениях, в основном, идут по пути ослабления влияния рефракции методическими приемами. Так для этого при производстве геодезических измерений в сетях 1 и 2 классов действующие инструкции требуют:

1. Измерять горизонтальные направления и углы при хорошей и удовлетворительной видимости на спокойные или слегка колеблющиеся изображения визирных целей.

2. В солнечные дни время, близкое к восходу и заходу солнца, не использовать для высокоточных измерений.

3. Наблюдений на пунктах 1 и 2 классов выполнять как минимум в две видимости, т.е. утром и вечером или в разные дни.

4. Линия направления не должна проходить от ноги сигнала или другого предмета ближе, чем на 20см.

5. Особенно тщательно следует выбирать начальные направления.

Все перечисленные меры по ослаблению влияния внешних условий позволяют измерить угол со СКО 0,6² - 0,8². Для государственных сетей эта точность достаточна. Однако при создании специальных геодезических сетей, например на геодинамических полигонах, требуется уже более высокая точность угловых измерений. Поэтому, поскольку приборы для непосредственного измерения углов рефракции еще не созданы, необходимо развивать и совершенствовать методики ослабления влияния рефракции на результаты геодезических измерений.

Дата добавления: 2013-12-13