Инженерная геодезия 6 страница

Линию для контроля измеряют дважды, в прямом и обратном направлении, и в качестве окончательного результата принимают среднее арифметическое двух измерений. При выполнении измерений в благоприятных условиях расхождение между двумя измерениями не должно превышать относительной ошибки 1:2000. Для контрольного измерения нередко используют другой мерный прибор.

Общую длину измеренной линии при комплекте из 6 шпилек определяют по формуле:

Д=5ℓn + ℓm + r,

где ℓ - длина ленты; n – число передач шпилек от заднего исполнителя переднему; m – число шпилек в руке заднего исполнителя, не считая находящейся в земле; r – длина остатка.

Во избежание поломок, деформаций и ржавления при пользовании стальными землемерными лентами следует соблюдать следующие обязательные правила:

· при разматывании ленты с кольцевой оправы нельзя допускать образования петель;

· нельзя складывать ленту восьмеркой или кругами;

· при работе на дорогах нельзя допускать проезда транспорта по ленте;

· при переноске ленты исполнители должны держать ее за ручки, а не волочить по земле;

· перед наматыванием ленты на кольцевую оправу ее нужно насухо протереть;

· при укладке на продолжительное время хранения ленту необходимо смазать машинным маслом.

В

А 1 2 3 4 5 1

Рис. 41. Измерение длины линии землемерной лентой

Для того чтобы получить горизонтальное проложение линии местности, необходимо в измеренную длину линии ввести поправки (рис. 42).

Д

h

ν

d

Рис. 42. Определение поправок для вычисления горизонтального проложения измеренной линии

Д – измеренная длина линии местности;

d – ее горизонтальное проложение;

ν – угол наклона;

h – превышение.

Из рисунка 42 видно: d=Дcosν.

Поправка за наклон ∆_ν=Д-d=Д – Дcosν=Д (1-cosν)=2Дsin². Эта поправка вводится в измерения всегда со знаком «-».

Поправка за температуру ∆_t=α∙(t-t₀)∙Д, где α – коэффициент линейного расширения металла, из которого изготовлен мерный прибор; t – температура воздуха при измерении длины линии; t₀ – температура при компарировании мерного прибора. Для стали α=12·10^-6. Данная поправка вводится в том случае, если (t-t₀)>8ºС.

Поправка за компарирование ∆_К. Компарированием мерного прибора называется сравнение его длины с длиной эталона или компаратора (линия на бетонном или цементном основании, которая разбита на равные отрезки, закрепленными металлическими метками и измеренными с высокой точностью).

∆_К=ℓ-ℓ₀, где

ℓ - длина мерного прибора: ℓ₀ – длина эталона или компаратора.

Таким образом, если длина мерного прибора меньше длины эталона, поправка вводится со знаком «-», если больше – со знаком «+».

Горизонтальное проложение линии местности вычисляют следующим образом:

d=Д+∆_ν+∆_t+∆_К.

Если линия местности имеет неравномерный уклон, то аналогичные действия выполняют для каждого участка уклона, и горизонтальное проложение линии вычисляют следующим образом: d=d₁ + d₂ + …d_n, где n – число участков разных уклонов на данной линии местности.

8.3. Косвенные линейные измерения

Выполняют при помощи дальномеров геометрического типа, физических дальномеров и путем вычислений по формулам тригонометрии.

8.3.1. Дальномеры геометрического типа

Длину линии получают из решения параллактического треугольника, в котором измеряют параллактический (горизонтальный) угол и сторону – базу (см. рис. 43).

Б

ε

ε Б

L L

L=Б ctgε ≈ .

Рис. 43. Принцип измерения длины линии дальномерами

геометрического типа

Оптические дальномеры бывают с постоянным параллактическим углом и с переменной базой в виде вертикальной рейки, устанавливаемой вне прибора (нитяной дальномер), и с переменным параллактическим углом и с постоянной базой (дальномеры двойного изображения, в настоящее время мало применяемы). Номограммные тахеометры – база в виде вертикальной рейки вне прибора. На рисунке 45 показан принцип измерения длины линии местности этими дальномерами.

В настоящее время выпускают лазерные дальномеры (лазерные рулетки). Лазерный дальномер (рис. 44) позволяет измерять расстояния от 0.05 до 200 метров и более с максимальной погрешностью в ± 1 мм. Встроенная память на 20 измерений и одна константа, помимо функций Пифагора (вычисления высоты, ширины), расчета неприступных отрезков, площади, объема, сложения, вычитания, значительно расширяют возможности лазерной рулетки. Появляется возможность измерять наклоны в пределах ±45°, вычислять горизонтальное расстояние по датчику наклона, рассчитывать углы стыка стен, выносить в натуру проектные размеры.

Дальномер оборудован резьбой для установки на штатив и может вести отсчет от задней и передней поверхности дальномера.

Рис. 44. Leica Disto А5

Многофункциональная откидная скоба на торце прибора позволяет производить измерения из внутренних углов, щелей и от различных краев и уступов. Положение откидной скобы прибор автоматически отслеживает и задает соответствующие поправки к результатам замера, это позволяет избежать ошибок при замерах.

Автоматический датчик освещения дальномера включает подсветку дисплея и кнопки "DIST" в условиях плохой освещенности.

С постоянным углом С постоянной базой

Б₃

ε₁

Б₁ Б₂

ε Б ε₂ Б ε₃ Б

L₁ L₂ L₁ L₂ L₃

L₃

Рис. 45. Принцип измерения длины линии дальномерами различного типа

Теорию нитяного дальномера можно рассмотреть на примере нитяного дальномера теодолита, который состоит из средней горизонтальной нити и двух дальномерных нитей – верхней и нижней. В качестве постоянного базиса используют нивелирную рейку.

Из рисунка 46, поясняющего теорию нитяного дальномера, видно, что если визирный луч перпендикулярен базе (рейке), то расстояние между теодолитом и рейкой равно произведению С – коэффициента дальномера на количество сантиметровых делений между дальномерными нитями. Постоянной дальномера – с можно пренебречь из – за ее малой величины. У современных приборов С = 100, это значит, что одному сантиметровому делению рейки на местности соответствует 1метр.

Рассмотрим случай, когда визирный луч не перпендикулярен базису (рис. 47). Тогда

d_АВ = L·cosν; L = К·n'; n' = n·cosν; отсюда L = К·n·cosν; окончательно получаем, что горизонтальное проложение d=K·n·cosν·cosν=K·n·cos²ν = L· cos²ν, где К – коэффициент дальномера, n – количество сантиметровых делений между верхней и нижней дальномерными нитями, ν – угол наклона линии АВ.

Точность измерения расстояний нитяным дальномером относительно невелика и составляет порядка 1:300 измеряемого расстояния. Однако для многих практических задач инженерной геодезии (прежде всего для выполнения теодолитных и топографических съемок) этой точности оказывается достаточно.

рейка

объектив

О

окуляр рейка

верх. дальн.

нить

Р F n

ниж. дальн.

нить

АВ = m+f+D;

(m+f) = с;

D = ; О m f D

L = АВ = С·n + с.

А В

L

Рис. 46. Теория нитяного дальномера: визирный луч перпендикулярен базису

рейка

ν

n' n

верхняя и нижняя дальномерные нити

визир. луч В

теодолит ν

горизонт.

плоскость L

ν

d_АВ

А

Рис.47. Теория нитяного дальномера: визирный луч

не перпендикулярен базису

8.3.2. Физические дальномеры

По области применения светодальномеры бывают (по ГОСТ 19223-82):

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. Выпускаются марки СП-2, СП-3.

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. 48. 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. 49,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. 49, 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.

Повышение точности достигнуто во втором варианте - импульсный метод с преобразованием временного интервала (счетно-импульсный метод). Сущность метода состоит в том (рис. 49, б низ), что промежуток времени между импульсами 1 и 2, соответствующий расстоянию 2D, преобразуется в непрерывный прямоугольный импульс, длительностью τ. Полученный прямоугольный импульс заполняется с помощью генератора счетными импульсами высокой частоты и малого периода Т_с которые поступают на специальный счетчик импульсов. Таким образом, время распространения сигнала в прямом и обратном направлениях будет равно:

τ=Т_с ∙n,

где n – число счетных импульсов генератора, полученное со счетчика импульсов.

В фазовых светодальномерах вместо индикатора времени применен индикатор разности фаз. Существует два типа фазовых светодальномеров:

с фиксированной (рис. 49, в) и с плавно изменяющейся частотой (рис. 49,г). В первом типе дальномеров имеющееся в приборе фазоизмерительное устройство измеряет разность фаз Δφ=(φ₂-φ₁) для высланного на дистанцию (φ₁) и принятого с дистанции (φ₂) сигналов. Эта разность фаз соответствует домеру к измеряемому расстоянию ΔD =λ∙Δφº/360º, а измеряемое расстояние будет:

D =(λ/2)∙(N+Δφº/360º),

где N – целое число волн, уложившихся в 2D; λ – длина волны.

Во втором типе фазовых светодальномеров частоту модуляции плавно изменяют до тех пор, пока в двойном расстоянии от приемопередатчика до отражателя не уложится целое число N волн или полуволн. Тогда:

D=λ∙N/2.

Для определения числа N измерения ведут на нескольких частотах.

Рис. 49. Принцип действия импульсных и фазовых светодальномеров

Светодальномер 2СТ-10 предназначен для измерения линий в полигонометрических ходах, при сгущении геодезических сетей с длинами сторон до 10 км. Его можно устанавливать как на самостоятельной подставке, так и на теодолитах серий 2Т и 3Т. В светодальномере 2СТ-10 использован импульсный метод измерения расстояний с преобразованием временного интервала (рис. 49).

Рис. 50. Светодальномер 2 СТ-10

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, 15 – окуляр визирного канала, 16 – кнопки рt, 17 – переключатель режимов работы

В комплект светодальномера 2СТ-10 входят: отражатели, источники питания, зарядное устройство, барометр, термометр, штативы, набор инструментов для юстировки и мелкого ремонта. Оптическая и электронная части светодальномера заключены в корпус с объективом, замкнутый крышками и лицевой панелью 2 (рис. 50). На лицевой панели 2 расположены переключателъ 17 режимов работы, кнопка 16 «рt» ввода значений атмосферного давления и температуры воздуха, ручка 3 КО установки контрольного отсчета, записанного в формуляре светодальномера, ручка 4 (см. рис. 50) регулировки подсвета сетки визирного канала, ручка 5 СИГНАЛ регулировки уровня сигнала, переключатель 7 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 светодальномера в горизонтальной плоскости и точной установки его над точкой. Механизм наведения в горизонтальной плоскости выполнен с соосным расположением рукоятки 13 наводящего устройства (см. рис. 50) и рукоятки 14 закрепительного устройства. Отличительной особенностью 2СТ-10 является то, что в нем приемопередатчик и 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 2СТ-10. Кнопки и рукоятки управления расположены на лицевой панели (рис.51).

Рис. 51. Лицевая панель светодальномера 2 СТ-10

1 – зрительная труба (приемо-передатчик); 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; 10 – разъем для подключения накопителя информации; 11 – микротелефон.

8.4. Измерение неприступных расстояний

При выполнении измерительных работ нередко возникают ситуации, когда та или иная линия не может быть измерена непосредственно (водные преграды, непроходимые болота и т.д.). В этих случаях, в зависимости от того, 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 в₁ и в₂ таким образом, чтобы между ними и измеряемой прямой линией образовались два треугольника с углами при основании не менее 30˚ 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 АВС₁ и АВС₂, соответственно γ₁; α₁; γ₂; α₂. По теореме синусов дважды определяют значение искомого неприступного расстояния:

Дата добавления: 2014-01-11