Сущность теодолитной съемки

Раздел VI. ТЕОДОЛИТНАЯ СЪЕМКА

Рис. 5.2

Рис. 5.1

Схема, объясняющая измерение горизонтальных и вертикальных углов

Измерение углов и линий на местности

Геодезические измерения подразделяются на угловые и линейные. При проведении угломерных измерений определяют горизонтальные углы и углы наклона.

В основу приборов для измерения углов положены следующие соображения. Пусть требуется измерить горизонтальную проекцию угла АВС (рис. 5.1), стороны АВ и ВС не являются горизонтальными. Проведем через стороны вертикальные плоскости Р₁ и Р₂, которые при пересечении с горизонтальной плоскостью Q оставляют следы ab и b c, являющиеся горизонтальными проложениями линий АВ и ВС. Угол b, заключенный между линиями ab и b c, является горизонтальной проекцией угла АВС и получен путем ортогонального проектирования сторон АВ и ВС на горизонтальную плоскость Q. Горизонтальный угол abc можно измерить при помощи горизонтального круга Q ¢, имеющего градусные деления.

Вместо двух вертикальных плоскостей Р₁ и Р₂, пересекающихся по отвесной линии, можно взять одну плоскость, вращающуюся вокруг оси VV (отвесная линия). Представим себе, что эта плоскость проходит через сторону АВ. Одновременно она оставляет след, который можно выразить в градусной мере на горизонтальном круге Q ¢. Если эта вертикальная плоскость пройдет так же через сторону угла ВС, то будет получен второй отсчет по градусной шкале круга Q ¢. По разности полученных отсчетов можно определить значение измеряемого горизонтального угла b.

Для измерения углов наклона n ₂ и n ₁ сторон ВС и ВА по аналогии можно использовать имеющий градусные деления вертикально расположенный круг, центр которого совпадает с вершиной угла АВС.

Приведенные на рис. 5.1 геометрические построения положены в основу конструкции прибора для измерения углов, называемого теодолитом. Таким образом, теодолит должен иметь горизонтальный (угломерный) круг с нанесенными на нем делениями, устройство, позволяющее получать с вертикальной плоскости направление, совпадающее со стороной измеряемого угла (зрительная труба), приспособление, при помощи которого теодолит (его вертикальная ось вращения) устанавливается в вершине измеряемого угла (операция центрирования), устройство для приведения горизонтального круга в горизонтальное положение (операция горизонтирования) и вертикальный угломерный круг для измерения углов наклона.

Принципиальная схема теодолита показана на рис. 5.2, где 4 – угломерный горизонтальный круг (лимб - часть угломерных инструментов; плоское металлическое кольцо, разделенное штрихами на равные доли окружности: градусы, минуты или др.), в полой оси которого размещается ось алидады 8 ( в угломерных инструментах - линейка с верньерами или микроскопами на концах, вращающаяся вокруг оси, проходящей через центр угломерного лимба ). Ось горизонтального круга крепится к подставке 6 теодолита, причем у некоторых теодолитов ось закрепляется неподвижно, у некоторых может свободно вращаться. Такие теодолиты называют повторительными. Вращающаяся верхняя часть теодолита 3 одновременно является подставкой для горизонтальной оси вращения НН зрительной трубы 10. Горизонтальная ось зрительной трубы наглухо скреплена с вертикальным угломерным кругом 9, имеющим, так же как и горизонтальный круг, равномерную угловую шкалу (лимб). Так как угломерный круг наглухо скреплен со зрительной трубой, он вращается вместе с ней при изменении положения визирной оси в вертикальной плоскости.

Для отсчитывания по лимбу вертикальный круг теодолита снабжен отсчетным устройством и приспособлен для приведения отсчетного индекса, расположенного на алидаде, в горизонтальное положение. Отсчетный индекс может приводиться в горизонтальное положение при помощи уровня или автоматически при помощи компенсатора.

Ось вращения теодолита VV приводится в отвесное положение при помощи подъемных винтов 7 с использованием уровня 2, ось LL которого должна быть в горизонтальном положении, и который крепится или к алидаде горизонтального круга, или к колонке (подставке) зрительной трубы.

Теодолит (принципиальная схема)

При измерении горизонтальных углов применяются способы приемов, круговых приемов или повторений. Теодолит устанавливают в вершине угла и приводят его в рабочее положение. Направление сторон угла, если измерения выполняются на дневной поверхности, обозначается вехами, устанавливаемыми на соседних точках. Установка теодолита в рабочее положение состоит из двух операций: центрирования и горизонтирования.

Центрирование заключается в размещении вертикальной оси теодолита над вершиной угла (точкой) и осуществляется с помощью отвеса. Теодолит устанавливают над точкой так, чтобы верхняя плоскость головки штатива была горизонтальна и острие отвеса, подвешенного на крючке станового винта, проектировалось на точку. Современные теодолиты, как правило, оснащены оптическими центрирами, которые облегчают центрирование, особенно при сильном ветре, и повышают его точность.

После центрирования выполняют горизонтирование, заключающееся в приведении вертикальной оси теодолита в отвесное положение. Для этого устанавливают уровень при алидаде горизонтального круга по направлению двух подъемных винтов и, вращая их, выводят пузырек уровня на середину; открепив алидаду, устанавливают уровень по направлению третьего подъемного винта и вращением последнего снова выводят пузырек на середину.

При измерении углов наклона кроме отсчетов по вертикальному кругу необходимо знать высоту прибора i и высоту визирования n. Высоту прибора i измеряют с помощью рулетки от верха торца точки теодолитного хода до горизонтальной оси прибора. Высоты вех на средних точках – от верха торца точки теодолитного хода до некоторой отметки на вехе.

Более подробное рассмотрение способов измерения горизонтальных и вертикальных углов будет дано при подготовке проведения лабораторных работ.

Линейные измерения выполняют при производстве различных геодезических работ: при создании опорных геодезических сетей, при трассировке линейных сооружений, в процессе выполнения разбивочных работ, при монтаже строительных конструкций и установке оборудования и т.п.

При косвенных измерениях определяют углы, базисы, время распространения электромагнитных волн и другие величины, а затем использую формулы, выражающие зависимость между определяемой линией и измеренными величинами, определяют длины отрезков.

Непосредственные измерения производятся мерными лентами, стальными рулетками и другими аналогичными приспособлениями. Наибольшее распространение получили мерные ленты, представляющие собой тонкую полосу из стали длиной обычно 20 м, шириной 10-15 мм и толщиной 0,4-0,5 мм. Используемые рулетки РВ-20, РВ-30 и РК-50 изготавливаются из нержавеющей стали и имеют длину соответственно 20, 30 и 50 м. Деления на рулетке сантиметровые или миллиметровые.

Мерные ленты и рулетки перед измерениями должны быть прокомпарированы, т.е. необходимо провести сравнение их длины с нормальной мерой, принимаемой за эталон. Компарирование выполняют на компараторах, которые могут быть как полевыми, так и лабораторными.

Для контроля и повышения точности каждую линию измеряют дважды – в прямом и обратном направлениях. Точность измерения линий 20-метровой лентой оценивается относительной погрешностью, которая не должна превышать 1:2000 при благоприятной местности (болото, скошенный луг, невысокие посевы на пашне и т.п.), и 1:1000 при неблагоприятной местности (вспаханная, заболоченная с кустарником и т.п.). Если расхождение не выходит за допустимые пределы, то из двух измерений вычисляют среднее арифметическое, принимаемое за окончательное значение. В случае недопустимых расхождений линию измеряют в третий раз.

При измерении линии лентой углы наклона менее 1,5° не принимаются во внимание и в результат измерения поправка не вводится, так как неучет угла наклона в 1° ведет к относительной погрешности горизонтального положения 1:7000, что значительно меньше допустимой погрешности измерения длин лентой. В табл. 5.1 показана допустимая погрешность измерения угла наклона линии, при которой относительная погрешность определения горизонтального проложения, обусловленная погрешностью определения угла наклона, не превышает 1:2000. Из таблицы видно, что при линейных измерениях, выполняемых с относительной погрешностью 1:2000 и ниже, небольшие по значению углы наклона могут измеряться с небольшой точностью.

Таблица 5.1

Угол наклона n	Допустимая погрешность измерения угла	Угол наклона n	Допустимая погрешность измерения угла
1°30¢	66¢	7°	14¢

По измеренным длинам наклонных линий S и углам их наклона n вычисляют горизонтальные положения s по формуле

В большинстве случаев измеряемая линия состоит из участков с различными углами наклона. В этом случае ее горизонтальное проложение равно сумме горизонтальных проложений участков.

Для измерения расстояний, недоступных для непосредственного измерения, используются светодальномеры, радиодальномеры, оптические дальномеры.

Съемка местности, при которой в качестве угломерного прибора используется теодолит, а для измерения длин применяют мерные ленты (рулетки) или оптические дальномеры, называется теодолитной. В ней определяют только плановое положение снимаемых точек. Производится теодолитная съемка для получения материалов, используемых в геологической разведке, горном деле, сельском хозяйстве, строительстве и т.п. Съемочным обоснованием чаще всего служат теодолитные ходы в виде системы линий (полигонов), образующих или сомкнутые (рис. 6.1, б), или разомкнутые ходы (рис. 6.1, а). Предельно допустимая длина ходов зависит от масштаба съемки (табл. 1). Внутри замкнутых теодолитных ходов в ряде случаев прокладывают дополнительные ходы, называемые диагональными (рис. 6.1, б, ход 1-m-3).

Таблица 6.1

Масштаб съемки	Длина хода, км	Удаленность угловых точек от исходных пунктов, км
на застроенной территории	на незастроенной территории
1:5000 1:2000 1:1000	1,2		1,3

В теодолитных ходах точки поворота отмечают простейшими геодезическими пунктами в виде забитых в землю деревянных кольев, металлических стержней и т.п. Съемку подробностей выполняют способами прямоугольных координат, полярным, угловых и линейных засечек.

Работы по прокладке теодолитных ходов заключаются в камеральной подготовке, рекогносцировке и полевых измерениях. Камеральная подготовка включает в себя изучение задания, изучение имеющегося картографического материала и составление проекта будущих теодолитных ходов. Рекогносцировка проводится на местности, и в результате ее выполнения уточняются места поворота хода, отыскиваются сохранившиеся на местности пункты плановой геодезической основы предыдущих съемок и выбирается окончательный вариант проекта теодолитных ходов.

При прокладке теодолитных ходов на местности закрепляют вершины, измеряют горизонтальные углы, длины сторон и их углы наклона. Горизонтальные углы в теодолитных ходах измеряют одним полным приемом теодолитом, обеспечивающим погрешность измерения не более 30². Если при измерениях в значениях из полуприемов окажется недопустимая разница (более 0,7¢), измерения проводятся заново. Результаты угловых измерений заносятся в полевой журнал. Для контроля грубых погрешностей, возникающих при угловых измерениях, на каждой линии на задней точке определяют буссолью обратный магнитный азимут, на передней – прямой магнитный азимут. Длины сторон теодолитного хода измеряются дважды: в прямом и обратном направлениях. В тех случаях, когда наклон линии превышает 1,5°, измеряют углы их наклона и вводят поправки за приведение длин линий к горизонту. Для линий, имеющих отдельные участки с разными углами наклона, общее горизонтальное проложение находится суммированием горизонтальных проложений отдельных участков. Если при измерении расстояний лентой (рулеткой) встречаются недоступные для прямого измерения отрезки, используются косвенные методы определения расстояний.