Журнал измерения горизонтальных углов способом приемов

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего образования

«петербургский государственный

Университет путей сообщения Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)

 

Выполнение лабораторных работ по инженерной геодезии и геоинформатике

 

Методические указания

 

Санкт-Петербург

2017

 

 

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«петербургский государственный

университет путей сообщения Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)

 

Выполнение лабораторных работ по инженерной геодезии и геоинформатике

Методические указания

 

 

Санкт-Петербург

2017

 

УДК 528.48

ББК 26.14

 

    В методических указаниях даны рекомендации о порядке и методике выполнения лабораторных работ с использованием геодезических приборов (теодолита, нивелира, электронного тахеометра). Рассматриваются устройство приборов, порядок подготовки к работе, их поверки и порядок выполнения измерений.

Даны рекомендации по решению задач по теории погрешностей измерений и дешифрированию аэрофотоснимков.

 Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения специальностей 23.05.04 «Эксплуатация железных дорог», 23.05.06 «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей», направлений бакалаврской подготовки 08.03.01 «Строительство», 21.03.02 «Землеустройство и кадастры», 27.03.01 «Стандартизация и метрология».

    Методические указания разработали д.т.н. доцент Брынь М.Я., доцент Богомолова Е.С., к.т.н., доцент Сергеев О.П., к.т.н. Богомолова Н. Н.

1. ТЕОДОЛИТ 4Т30П. УСТАНОВКА В РАБОЧЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ

1.1. Устройство теодолита 4Т30П

Теодолит 4Т30П – оптико-механический геодезический прибор, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов, измерения расстояний при помощи нитяного дальномера, производства нивелирования горизонтальным лучом визирования, а также для определения магнитных азимутов по буссоли.

Прибор находит применение при производстве геодезических съемок, инженерно-геодезических изысканий и строительстве инженерно-технических объектов.

Название модели представляет собой шифр, который начинается с цифры обновления модели. Следующие за буквой «Т» цифры – величина средней квадратической погрешности  измерения горизонтального угла одним приемом, выраженная в угловых секундах. Буква «П» в названии модели говорит о наличии прямого изображения зрительной трубы теодолита. По точности теодолит 4Т30П относится к классу технических теодолитов.

Устройство теодолита 4Т30П и его общий вид представлены на рис. 1.1.

Зрительная труба теодолита 4Т30П имеет увеличение 20˟ и переводится через зенит обоими концами. Пределы визирования варьируются от 1,2 м до бесконечности. Цена деления лимба – 1°, цена деления шкал отсчетного микроскопа – 5´, цена деления цилиндрического уровня – 45ʺ.

Подставка 1 теодолита крепится на штатив (в лабораторных условиях – на кронштейн) при помощи станового винта. Перед установкой необходимо убедиться в том, что закрепительный винт 2 подставки находится в зажатом положении. Алидада – диск с отсчетным устройством, имеет ось вращения, которую принято называть основной осью теодолита. Ее приводят в отвесное положение при помощи подъемных винтов 3 подставки и цилиндрического уровня 4 при алидаде горизонтального круга.

Цилиндрический уровень представляет собой стеклянную ампулу с выгнутой поверхностью с плавающим в жидком эфире пузырьком газа, образовавшегося при запаивании ампулы. Ось цилиндрического уровня – касательная к внутренней поверхности ампулы уровня в нуль-пункте. Нуль-пунктом называют разрыв в шкале, нанесенной на внешнюю сторону ампулы.

 

Рис. 1.1. Теодолит 4Т30П

1 – подставка; 2 – закрепительный винт подставки; 3 – подъемный винт;

4 – цилиндрический уровень; 5 – рукоятка перевода лимба; 6 – закрепительный винт алидады горизонтального круга; 7 – наводящий винт алидады горизонтального круга; 8 – колонки; 9 – зрительная труба; 10 – коллиматорный визир; 11 – закрепительный винт зрительной трубы; 12 – наводящий винт зрительной трубы; 13 – рукоятка фокусирующего устройства; 14 – диоптрийное кольцо окуляра зрительной трубы; 15 – вертикальный круг; 16 – отсчетный микроскоп; 17 – зеркало; 18 – буссоль.

 

Лимб горизонтального круга – неподвижный диск с угловой шкалой, расположенный соосно с алидадой, имеет рукоятку перевода лимба 5, необходимую для его перемещения. Лимб оцифрован от 0° до 360° по часовой стрелке. Для перемещения алидады в горизонтальной плоскости служат закрепительный 6 винт и наводящий 7 винт алидады.

На колонках 8 крепится зрительная труба 9. Коллиматорные визиры 10 служат для грубого наведения на цель. Они представляют собой вытянутые трубки, внутри которых поступающий пучок света прессуется в крестообразные щели. При использовании визира глаз наблюдателя должен находиться на расстоянии 25…30 см от него. При наведении зрительной трубы используют сначала закрепительный 11, а затем наводящий 12 винт зрительной трубы. Закрепительные и наводящие винты теодолита 4Т30П имеют плавный ход, и во избежание срывания их с резьбы запрещается применять усилия при вращении винтов.

Фокусирование зрительной трубы производится при помощи рукоятки фокусирующего устройства 13. Вращением диоптрийного кольца 14 достигается резкость изображения сетки нитей (рис. 1.2) в поле зрения зрительной трубы.

Горизонтальный и вертикальный 15 круги разделены через 1°. Вертикальный круг имеет секторную оцифровку от 0° до 75° и от -0° до

-75°. Изображения штрихов и цифр обоих кругов проецируются в поле зрения отсчетного микроскопа 16. Рядом с окуляром зрительной трубы расположен окуляр отсчетного микроскопа. Яркость света в поле зрения отсчетного микроскопа изменяется поворотом бокового зеркала 17.

Рис. 1.2. Сетка нитей

1 - дальномерные штрихи сетки нитей, 2 - вертикальный штрих,

3 – горизонтальный штрих, 4 – биссектор.

 

На рис. 1.3 изображено поле зрения отсчетного микроскопа. В верхней части поля видны штрихи лимба вертикального круга (В), в нижней части – штрихи лимба горизонтального круга (Г). Цена деления шкал равна 5´. Отсчет берут, округляя значение до целых минут, по градусному штриху. На рис. 1.3 значение отсчета по горизонтальному кругу составляет 125°03´. Шкала вертикального круга градуирована от 0´ до 60´ и от -0´ до -60´.

 

Рис. 1.3. Поле зрения отсчетного микроскопа 4Т30П

Отсчет по горизонтальному кругу:125°03´.

Отсчет по вертикальному кругу: – 0°16´.

 

Если перед значением градуса отсутствует знак, т.е. отсчет положительный, то количество минут отсчитывают по положительной шкале (слева направо). Если же перед величиной градуса имеется отрицательный знак, то количество минут отсчитывают по отрицательной шкале (справа налево). На рис. 1.3 отсчет по вертикальному кругу составляет  – 0°16´.

Для определения магнитных азимутов в комплекте 4Т30П имеется ориентир-буссоль 18 (рис. 1.4), которую крепят в специальный паз.

Рис.1.4. Ориентир-буссоль

1-закрепительный винт, 2 – винт арретира

 

1.2. Установка теодолита в рабочее положение

Приведение теодолита в рабочее положение включает в себя несколько этапов:

1) центрирование;

2) горизонтирование;

3) установка зрительной трубы для наблюдений;

4) установка отсчетного микроскопа.

Центрирование теодолита (установка прибора над вершиной измеряемого угла) выполняется с помощью нитяного отвеса. Для этого штатив устанавливают так, чтобы его головка располагалась над вершиной измеряемого угла и была горизонтальна, а высота установки штатива соответствовала росту наблюдателя.

В дальнейшем, предварительно ослабив становой винт, перемещением теодолита по головке штатива (а в лабораторных условиях – по кронштейну) добиваются установки отвеса над вершиной угла с точностью до 5 мм, после чего становой винт закрепляют.

Горизонтирование (приведение оси вращения алидады горизонтального круга в отвесное положение) выполняется при помощи подъемных винтов и цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга. Горизонтирование производят в следующем порядке: устанавливают цилиндрический уровень при алидаде по направлению любых двух подъемных винтов, вращают их одновременно в противоположные стороны, выводя пузырек уровня на середину. Затем поворачивают алидадную часть теодолита на 90° и поворотом третьего подъемного винта вновь выводят пузырек уровня на середину ампулы.

Установка зрительной трубы для наблюдений выполняется в несколько этапов. На первом этапе фокусируют изображение зрительной трубы «по глазу»: наводят ее на светлый фон и при помощи диоптрийного кольца добиваются четкого изображения сетки нитей. Затем фокусируют изображение «по предмету»: при помощи коллиматорного визира грубо наводят зрительную трубу на наблюдаемую точку и закрепляют закрепительные винты алидады и зрительной трубы, после чего, глядя в окуляр зрительной трубы, при помощи рукоятки фокусирующего устройства фокусируют изображение наблюдаемой цели. Для окончательного наведения используют наводящие винты алидады и зрительной трубы.

Установка отсчетного микроскопа заключается в обеспечении оптимальной освещенности поля зрения микроскопа с помощью вращения зеркала на боковой грани колонки и в установке микроскопа по «глазу», т.е. в получении отчетливого изображения делений угломерных кругов и отсчетных шкал вращением диоптрийного кольца окуляра микроскопа.

2. ПОВЕРКИ ТЕОДОЛИТА 4Т30П

Перед выполнением поверок необходимо осуществить внешний осмотр прибора, при котором следует проверить комплектность прибора и убедиться в отсутствии механических повреждений, в том числе и цилиндрического уровня.

Затем следует проверить работу подъемных винтов подставки, закрепительных винтов, плавность вращения зрительной трубы, алидады горизонтального круга, всех наводящих винтов, и пр.

Целью выполнения поверок является контроль выполнения геометрических условий, положенных в основу конструкции прибора. Геометрические условия связаны с основными осями прибора (см. рис. 2.1). Поверки всегда должны быть выполняться перед началом работ с теодолитом в строго определенной последовательности.

                                              

 

Рис. 2.1 Основные оси теодолита

ii –ось вращения алидады горизонтального круга;

uu – ось цилиндрического уровня на алидаде горизонтального круга;

tt – ось вращения зрительной трубы (горизонтальная ось);

ss – визирная ось зрительной трубы

 

 

2.1. Поверка цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга      

Геометрическое условие. Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна оси вращения алидады.

Установив теодолит на кронштейне (или штативе), горизонтируют его по методике, изложенной в п.1.2.

Затем приступают к выполнению поверки. Для этого устанавливают цилиндрический уровень 4 (рис. 1.1) по направлению двух подъемных винтов и, вращая их в противоположных направлениях, приводят пузырек уровня на середину (в нуль-пункт). Затем поворачивают алидаду на 180°. Если после этого пузырек уровня остался на середине, то требуемое условие выполнено.

Если пузырек уровня уходит из середины более чем на одно деление, следует выполнить исправление (юстировку).

Для этого, действуя двумя исправительными винтами уровня 1, 2 (рис. 2.2) – вращая их специальной шпилькой, один винт откручивая, другой закручивая – перемещают пузырек уровня в сторону нуль-пункта на половину дуги отклонения. Вторую половину отклонения устраняют, вращая подъемные винты.

Рис.2.2 Схема цилиндрического уровня

 

Поверку повторяют до тех пор, пока смещение пузырька уровня после поворота алидады на 180° не будет превышать одного деления.

 

2.2. Поверка сетки нитей

Геометрическое условие. Вертикальная нить сетки нитей должна быть перпендикулярна оси вращения зрительной трубы.

Верхний конец вертикальной нити сетки наводят на отчетливо видимую точку. При помощи наводящего винта 12 зрительной трубы (см. рис.1.1) вращают трубу вокруг оси и наблюдают за перемещением точки по нити. Если вертикальная нить не сходит с наблюдаемой точки, то названное условие выполнено. Если изображение точки сойдет с нижнего конца вертикальной нити более чем на три ширины штриха, то необходимо:

– отвинтить колпачок 19 (см. рис.1.1), закрывающий сетку нитей;

– ослабить отверткой четыре крепежных винта 1 (рис. 2.3),скрепляющие окуляр с корпусом зрительной трубы;

– повернуть окулярную часть (вместе с сеткой) настолько, чтобы вертикальная нить сетки заняла правильное положение.

 

Рис.2.3. Винты сетки нитей: 1 - крепежные винты окуляра; 2 - горизонтальные и 3- вертикальные исправительные винты 

После исправления завинчивают крепежные винты, повторяют поверку и в случае выполнения требуемого условия навинчивают колпачок.

2.3. Поверка визирной оси

Геометрическое условие. Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения трубы.

Угол, на который визирная ось зрительной трубы отклоняется от перпендикуляра к оси вращения зрительной трубы теодолита, называется коллимационной погрешностью с, поэтому для проверки выполнения этого условия определяют величину коллимационной погрешности поверяемого прибора.

Для этого выбирают удаленную отчетливо видимую цель, находящуюся примерно на уровне прибора. Визируют на нее при круге лево (Л) и берут отсчет по горизонтальному кругу, например Л = 45°42'. Переводят трубу через зенит, наводят центр сетки нитей на ту же точку при круге право (П). Берут отсчет по горизонтальному кругу, например П = 225°36'. Вычисляют величину коллимационной ошибки с по формуле

В нашем примере

Коллимационная погрешность не должна превышать двойной точности отсчетного устройства. Для теодолита 4ТЗ0П .

Если величина , то следует исправить положение визирной оси зрительной трубы. Для этого вычисляют отсчеты по горизонтальному кругу, свободные от влияния коллимационной погрешности по формулам:

;     .

Например:            

По шкале горизонтальном круге с помощью наводящего винта алидады устанавливают отсчет, равный Л₀ или П₀. В результате центр сетки нитей сойдет с изображения наблюдаемой точки на величину с. После этого отвинчивают колпачок 19 (см. рис. 1.1), слегка ослабляют один из вертикальных исправительных винтов 3 (см. рис. 2.3) и, действуя горизонтальными исправительными винтами сетки 2, вращая их поочередно шпилькой в нужную сторону, перемещают сетку нитей до совмещения ее центра с изображением наблюдаемой точки. Ослабленные винты закрепляют и повторяют поверку.

2.4. Определение места нуля вертикального круга

Геометрическое условие. Место нуля вертикального круга (М0) должно быть равно нулю.

Место нуля вертикального круга – отсчет по вертикальному кругу теодолита при горизонтальном положении визирной оси зрительной трубы и пузырьке уровня на середине.

    Для определения М0 выбирают точку и визируют на нее при круге лево. Перед взятием отсчета, контролируют положение пузырька цилиндрического уровня на алидаде горизонтального круга. Берут отсчет по шкале вертикального круга теодолита, например Л = 5º22'.

Затем наводят на ту же точку при круге право, опять проверяют положение пузырька уровня, берут отсчет по вертикальному кругу при круге право, например П = – 5º26'.

Вычисляют величину М0 по формуле

,

где Л и П – отсчеты по шкале вертикального круга теодолита при визировании на одну и ту же точку местности.

В нашем случае

    Если , то выполняют исправление. Для этого:

– вычисляют угол наклона:

 или

    – снимают колпачок 19 (см. рис. 1.1);

    – наводят при круге лево центр сетки нитей на точку, на которую проводились измерения для определения М0;

    – наводящим винтом 12 зрительной трубы (см. рис. 1.1) устанавливают на шкале вертикального круга отсчет, равный углу наклона n. При этом центр сетки нитей сойдет с точки;

    – ослабив один из горизонтальных исправительных винтов сетки нитей 2 (рис. 2.3) и действуя вертикальными исправительными винтами 3 (вращая их поочередно в нужном направлении), перемещают сетку нитей до совмещения ее центра с изображением наблюдаемой точки.

    После исправления заново определяют место нуля.

2.5. Поверка наклона горизонтальной оси

Геометрическое условие. Ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна вертикальной оси вращения инструмента.

Для выполнения поверки теодолит устанавливают на расстоянии 20 – 30 м от стены. Выбирают на ней высокорасположенную точку под углом наклона, равным 25–30° к горизонту. При круге лево наводят зрительную трубу на выбранную точку и опускают трубу примерно до горизонтального положения. Помощник наблюдателя отмечает на стене положение проекции центра сетки нитей. Затем переводят трубу через зенит, и при круге право наводят на ту же точку, опускают трубу до горизонтального положения и отмечают на стене положение проекции центра сетки нитей. Если проекции двух точек на стене совпадут, то требуемое условие выполнено.

Если расстояние между проекциями точек будет больше ширины биссектора сетки нитей, что соответствует наклону горизонтальной оси, равному 30², то рекомендуется исправление выполнить в мастерской.

 

3. ИЗМЕРЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И ВЕРТИКАЛЬНЫХ УГЛОВ

3.1. Измерение горизонтальных углов способом приемов

Для измерения горизонтальных углов теодолит приводят в рабочее положение на штативе или кронштейне в учебной лаборатории, в нашем примере, над точкой 4. Измерения углов производят на марки или геодезические знаки, изображенные на моделях (макетах) на стенах аудитории. Выбрав на двух разных моделях по знаку, приступают к измерению угла в следующем порядке.

1. При круге лево (Л), ослабив закрепительные винты зрительной трубы и алидады горизонтального круга, наводят зрительную трубу по коллиматорному визиру на правую точку визирования, в нашем случае, точка 5. Закрепив алидаду и зрительную трубу и, действуя наводящими винтами, помещают ее в перекрестие сетки нитей. Берут отсчет по горизонтальному кругу и записывают его в журнал измерения горизонтальных углов (табл. 3.1, графы 4 и 5). В нашем примере он равен 220°15¢.

2. Ослабив закрепительные винты алидады горзонтального круга и зрительной трубы, производят наведение зрительной трубы на левую точку (в нашем случае, точка 3)и берут отсчет  по горизонтальному кругу, завершая первый полуприем. Взятый отсчет по горизонтальному кругу (117°34¢) записывают в журнал (графы 4 и 5).

3. Вычисляют значение горизонтального угла при круге лево, вычитая из отсчета на правый знак отсчет на левый знак.

В нашем случае горизонтальный угол при круге лево равен 102°41¢. Полученное значение угла записывают в графу 6 табл. 1.

Если отсчет на правую точку окажется меньше отсчета на левую, то к нему прибавляют 360°.

4. Приступают ко второму полуприему: переводят трубу через зенит, при помощи рукоятки сбивают лимб на 1-2°, наводят зрительную трубу при круге право (П) на правую точку и берут отсчет по горизонтальному кругу (38°14¢) и записывают его в журнал (графы 4 и 5)).

5. Ослабляют закрепительные винты алидады и зрительной трубы, наводят центр сетки нитей на левый знак. Берут отсчет по горизонтальному кругу (395°32¢).

6. Вычисляют значение угла при круге право, как разность отсчетов на правый и левый знаки.

Полученное значение угла записывают в графу 6 табл. 3.1.

7. Значения угла из двух полуприемов не должны отличаться больше, чем на двойную точность отсчетного микроскопа теодолита. Для модели 4Т30П эта величина составит 1´.

При выполнении этого условия вычисляют среднее значение угла из двух полуприемов, в нашем случае, 102°41,5´.

Таблица 3.1

Журнал измерения горизонтальных углов способом приемов

 

Дата: 29.02.2016 г

Измерял: Колосков Н.А.

Записывал: Мирошниченко А.И.

Теодолит 4Т30П №2212

 

№ точки стояния	№ точки визирования	Круг	Отсчет по горизонтальному кругу			Значение угла из полуприема	Среднее значение угла
			°	´
1	2	3	4	5		6	7
4	5	Л	220		15	102°41´	102°41,5´
	3		117		34
	5	П	38		14	102°41´
	3		295		32

 

Полученные значения горизонтальных углов используют для дальнейших вычислений. При некачественных результатах измерения повторяют вновь.

3.2. Измерение углов наклона

Для измерения угла наклона теодолит устанавливают на штативе или кронштейне над точкой (в нашем случае, над точкой 4) в учебной лаборатории и приводят его в рабочее положение. Измерение угла наклона производят в следующей последовательности.

1. Ослабив закрепительные винты, пользуясь коллиматорным визиром, наводят приблизительно зрительную трубу при круге лево на геодезический знак, выбранный на одном из макетов на стенах аудитории, или на визирную марку. Зажимают закрепительные винты алидады горизонтального круга и зрительной трубы, фокусируют изображение знака и сетки нитей. Проверяют положение пузырька уровня при алидаде горизонтального круга. При необходимости подправляют положение пузырька уровня подъемным винтом, лежащим в створе наблюдаемого направления. После этого, действуя наводящим винтом зрительной трубы и алидады горизонтального круга, тщательно наводят центр сетки нитей на верх знака (марки) и берут с помощью микроскопа отсчет по лимбу вертикального круга, который записывают в журнал измерений углов наклона, в нашем примере 4°15´ (графы 4 и 5 табл. 3.2).

Таблица 3.2