|
109 20-метровая штриховая лента разделена на метры, полуметры и дециметры. Метровые деления отмечены с обеих сторон полотна овальными пластинками (латунными или алюминиевыми), на которых выдавлены порядковые номера метров; для удобства пользования на разных сторонах полотна ленты надписи метров возрастают в противоположных направлениях. Дециметровые деления обозначены отверстиями в полотне ленты, а полуметры— круглыми заклепками с шайбами.
Отрезки линий менее дециметра оцениваются по ленте на глаз с точностью до 1 см. В нерабочем положении лента наматывается на специальную металлическую кольцевую оправу и закрепляется винтом (рис. 91, б). К ленте прилагается комплект из 6 или 11 шпилек на проволочном кольце (рис.
91, в).
24-метровые штриховые ленты по виду, оцифровке и числу делений не отличаются от 20- метровых; длина условного метра для них составляет 120 см. Поэтому для получения фактического расстояния результат измерений 24-метровой лентой следует умножить на коэффициент 1,2. Такие ленты предназначены для контрольных измерений расстояний, выполненных обычной 20-метровой лентой. В зависимости от условий местности штриховые ленты обеспечивают точность измерений длин линий от 1 : 1000 до 1 :3000.
Для линейных измерений с повышенной точностью используются шкаловые ленты типа ЛЗШ
(рис. 91, г), изготавливаемые из стали или инвара.
Шкаловая лента
представляет собой сплошную полосу, на концах которой имеются шкалы длиной по 10 см с миллиметровыми делениями (см. рис. 91, г). Разбивка на метровые и дециметровые отрезки на ленте отсутствует. За длину ленты принимается расстояние между нулевыми делениями шкал.
Измеряемая линия предварительно разбивается на пролеты, длина которых примерно равна номинальной длине ленты (24 или 48 м).
Длины пролетов фиксируются штрихами, которые прочерчиваются на подкладываемых под концы ленты башмаках, а также иглами либо лезвиями специальных ножей. Натяжение ленты производится с помощью динамометра. Отсчеты по шкалам берутся с точностью до 0,2мм.
Измерение длин шкаловыми лентами может производиться как по поверхности земли, так и в подвешенном состоянии на специальных штативах с блоками. Точность измерения длин шкаловыми лентами при благоприятных условиях достигает 1 :7000, а инварными — 1 : 100 000.
Рис. 91.
110
Рулетки.
Рулетки предназначены для измерения коротких линий при маркшейдерских, топографо-геодезических и строительных работах. Рулетки бывают стальные длиной 10, 20, 30, 50 м и более и тесьмяные длиной 5, 10 и 20 м.
В инженерно-геодезических работах используются металлические рулетки в закрытом корпусе типа РЗ (рис. 92, а), на крестовине типа РК (рис. 92, б), на вилке типа РВ (рис.
92, в) и др.; в маркшейдерской практике чаще применяются горны е рулетки на вилке или крестовине типов РГ-20, РГ-30 и РГ-50, изготавливаемые из нержавеющей стали, обладающие высокими механическими свойствами и большой коррозионной стойкостью.
Металлические рулетки представляют собой полосу из стали (реже—инвара), на которой нанесены сантиметровые или миллиметровые деления. По точности нанесения шкал рулетки делятся на 1-й, 2-й и 3-й классы. Точность измерения длин линий стальной рулеткой достигает 1: 50 000 и выше.
Для грубых измерений, когда можно пренебрегать погрешностями в несколько сантиметров
(например, при съемке ситуации), используются тесьмяные рулетки в пластмассовых или металлических футлярах. Тесьмяная рулетка выполнена в виде полотняной полосы с проволочной стабилизирующей основой, окрашенной масляной краской, на которой отпечатаны сантиметровые деления и подписи дециметров и метров. Точность ее невелика, так как тесьма со временем вытягивается; кроме того, прочность этих рулеток значительно меньше, чем стальных. В маркшейдерском деле тесьмяные рулетки применяются при замерах горных выработок.
Мерные проволоки
При точных и высокоточных линейных измерениях применяют стальные и инварные проволоки длиной 24 и 48 м, диаметр проволоки— 1,65 мм. На обоих концах проволоки расположены шкалы длиной 8 см с миллиметровыми делениями (рис. 93, а).
Измерение длин линий мерными проволоками производится по кольям или по целикам, устанавливаемым на штативах в створе линий. При измерениях проволока подвешивается на блочных станках под натяжением 10-килограммовых гирь (рис. 93, б). Пролеты между целиками или кольями измеряют несколько раз. Отсчеты по обеим шкалам проволоки производят одновременно с точностью до 0,1 мм.
Инварные проволоки входят в комплект базисных приборов БП-1, БП-2 и БП-3, которые используются для измерения базисов в сетях триангуляции и длин сторон в полигонометрии, а также при точных инженерно-геодезических работах. В зависимости от числа проволок в комплекте, условий и методики измерений точность линейных измерений стальными проволоками колеблется от
1:10000 до 1:25000, а инварными проволоками— от 1:30000 до 1:1000000.
Рис. 92.
111
§ 64. КОМПАРИРОВАНИЕ МЕРНЫХ ПРИБОРОВ
Фактическая длина мерного прибора обычно отличается от эталона.. Поэтому перед измерениями должна быть определена фактическая длина применяемого мерного прибора путем ее сравнения с эталоном, имеющим установленную точность. Практически в качестве образцовой меры
(эталона) может быть использован мерный прибор, точность измерений которым в 3— 5 раз выше, чем поверяемым. Процесс сравнения длины рабочего мерного прибора с образцовой мерой называется компарированием.
В общем случае процесс компарирования можно рассматривать как измерение одной и той же длины образцовой и рабочей линейными мерами. Компарирование производится на лабораторных
(стационарных) и полевых компараторах либо упрощенным способом.
При компарировании мерных приборов на стационарном компараторе сначала с высокой точностью определяют его длину с помощью образцовых инварных жезлов. Затем сравнением длины компаратора с длиной поверяемого мерного прибора устанавливают фактическую длину последнего.
Наиболее совершенный из стационарных компараторов в производит эталонирование инварных проволок базисных приборов с точностью до 1:2 500 000.
Компарирование стальных и инварных проволок, , предназначенных для точных измерений, может выполняться на полевых компараторах. Полевой компаратор устраивают на ровной и открытой местности с устойчивым грунтом в виде линии длиной 120 или 240 м, т. е. кратной длинам проволок и лент. Концы компаратора закрепляют бетонными монолитами, на верхней поверхности которых имеются специальные марки. Длину компаратора измеряют несколько раз образцовыми инварными проволоками. Затем эту же длину многократно измеряют рабочим прибором и вычисляют поправку за компарирование.
Длины рабочих стальных лент и рулеток поверяют упрощенным способом. На ровной поверхности (например, на бетонном полу или асфальте) укладывают рядом образцовую и рабочую меры, имеющие одинаковую номинальную длину, и совмещают их нулевые деления. Обоим мерным приборам задают одинаковое натяжение (обычно 10 кг) и линейкой измеряют разность Д/к между фактической длиной / мерного прибора и длиной 1о образцового (контрольного) прибора, т.е.
o
k
l
l
l
−
=
∆
где
∆l
k
- поправка за компарирование.
Тогда фактическая длина рабочей ленты (рулетки) будет
k
o
l
l
l
∆
+
=
(X.1) где
l
o
- номинальная длина рабочей ленты или рулетки.
Рис. 93. Инварная мерная проволка
112
При этом поправка за компарирование
∆l
k
считается положительной, если длина рабочей ленты больше номинальной, и отрицательной, если меньше номинальной. В. случае когда при линейных измерениях необходимо учитывать температурные поправки, то следует измерить температуру to, при которой производилось компарирование. По окончании компарирования к каждому мерному прибору (проволоке, ленте, рулетке) прилагают свидетельство (аттестат), в котором указываются способ и дата компарирования, длина прибора, натяжение и температура компарирования.
§ 65. СВЕТО- И РАДИОДАЛЬНОМЕРЫ
В настоящее время в геодезии и маркшейдерском деле все большее распространение получают электрофизические приборы для определения расстояний, основанные на принципах электронного измерения времени распространения электромагнитных волн между конечными точками измеряемой линии. В зависимости от вида электромагнитных колебаний такие приборы подразделяются на светодальномеры и радиодальномеры.
Свето- и радиодальномеры по сравнению с оптическими дальномерами обладают значительно более высокой точностью измерений и возможностью измерений больших расстояний.
Светодальномеры (электрооптические дальномеры) по методу измерения времени прохождения электромагнитной волной измеряемой длины подразделяются на импульсные и фазовые.
В импульсных светодальномерах непосредственно измеряют промежуток времени t, в течение которого световой импульс проходит двойное расстояние между конечными точками измеряемой линии. Импульс электромагнитных колебаний передатчиком направляется к отражателю
; одновременно часть импульса направляется на индикатор времени . Отраженный импульс улавливается приемником и регистрируется индикатором времени. Для образования сигнала и обеспечения работы частей дальномера служит источник энергии . Определив время t прохождения импульсом пути «передатчик — отражатель — приемник» и зная скорость v распространения электромагнитных волн в воздухе, можно рассчитать расстояние между точками A и В по формуле
2 1
c
t
v
c
D
D
+
=
+
=
(X.2) где v — скорость распространения электромагнитных волн в воздухе, равная v=v
o
/n;
V
Q
—
скорость распространения электромагнитных волн в вакууме ( v
o
== 299792,5 ±0,4 км/с); п— показатель преломления воздуха, зависящий от температуры, давления и влажности воздушной среды; D
1
— расстояние, проходимое световым импульсом от передатчика до отражателя; с— постоянная дальномера, определяемая специальными исследованиями;
— Импульсные дальномеры из-за сравнительно низкой точности, сложности и громоздкости аппаратуры находят ограниченное применение в геодезических работах. Наиболее точные из них— радиовысотомеры, применяются при аэрофотосъемке для определения высоты полета самолета в момент фотографирования местности. Погрешность определения ими высоты составляет в равнинной местности около 1,2 м, в гористой — 2 м. Для более точных измерений в геодезических и маркшейдерских работах получили распространение фазовые светодальномеры, в которых время определяется косвенно, по разности фаз двух колебаний, образовавшихся при данном расстоянии D
1
и частоте f.
В качестве источников света в дальномерах используют лампы накаливания, газоразрядные источники света, светодиоды и лазеры. Использование в светодальномерах лазерных источников света повышает дальность и точность измерений расстояний. Так, с помощью остронаправленного луча лазера было измерено расстояние от поверхности Земли до Луны (373787,265 км) с относительной погрешностью около 1 :90 000 000.
Ранее в нашей стране были разработаны и изготовлялись светодальномеры «Кварц», СГ-3,
ЭОД-1, СВВ-1, ГД-316, серии СТ-(62—66), «Кристалл», СМ-2, КДГ-3 (СМ-3), МСД-1 и др. В соответствии с действующим ГОСТ 19223—82 светодальномеры по точности их работы подразделяются на высокоточные, точные и технические
- Данным стандартом предусматривается изготовление следующих типов светодальномеров:
113 1. СБ-6 — светодальномер высокоточный большой для измерения расстояний до 30 км днем и 50 км ночью со средней квадратической погрешностью не более
OT
=±(
I
+
O
ID
см, где D— расстояние, км. Предназначен для измерения базисов в триангуляции 1, 2, 3 классов и линий в трилатерации и полигонометрии 1, 2, 3 классов.
2. СМ-02 — светодальномер высокоточный малый для измерения расстояний до 300 м со средней квадратической погрешностью не более 2 мм, предназначен для целей инженерной геодезии и маркшейдерских работ.
Маркшейдерский светодальномер СМ-02М (МСД-1М) выпускается во взрывобезопасном исполнении и используется для измерения расстояний от 1 до 500 м в горных выработках и на земной поверхности.
3. СМ-2—светодальномер точный малый для измерения расстояний до 2 км со средней квадратической погрешностью не более 2 см; предназначен для измерения базисов в триангуляции 4 класса, а также линий в полигонометрии 4 класса, 1 и 2 разрядов. Светодальномер под шифром 2СМ-
2 изготавливается серийно с 1976 г.
4. СМ-5— светодальномер технический малый для измерения расстояний до 500 м со средней квадратической погрешностью не более 5 см; предназначен для измерения линий в полигонометрии 2 разряда и теодолитных ходах. Имеет небольшую массу и габариты; может выпускаться как в виде самостоятельных приборов, так и в виде насадок на теодолиты (СМН-5).
Из зарубежных точных светодальномеров наибольшее распространение получил светодальномер ЕОК. 2000 (Народное предприятие «Карл Цейсс», Иена, Германия); с 1978 г. освоен выпуск светотахеометра ЕОС 2000 с автоматическим цифровым измерением расстояний до 3 км, с погрешностью 10 мм.
Принцип действия радиодальномеров практически тот же, что и светодальномеров.
Радиодальномер состоит из двух взаимозаменяемых приемопередающих радиостанций, размещаемых в пунктах, между которыми определяется расстояние. Радиостанции снабжены устройствами для измерения времени прохождения радиосигналов от одного пункта до другого. В отличие от светодальномеров, на работу которых существенное влияние оказывают атмосферные условия, радиодальномеры позволяют вести измерения при любых метеорологических условиях
(кроме сильного дождя) и в любое время суток. Радиодальномеры обладают большей (до 150 км) дальностью действия, чем светодальномеры. Это объясняется меньшим затуханием , а также применением в радиодальномерах активных отражателей, которые ретранслируют сигналы, принятые от передающей станции.
Недостатком радиодальномеров являются большая постоянная часть погрешностей измерений (до 3—5 см) и возможность получения ошибочных результатов вследствие отражения радиоволн от складок рельефа и местных предметов.
В последние годы созданы радиодальномеры с отделяемыми антеннопередающими устройствами, которые поднимаются с помощью легких мачт на высоту до нескольких десятков метров (радиодальномер «Луч»).
Это позволяет создавать геодезические сети методами трилатерации и полигонометрии без постройки дорогостоящих геодезических сигналов. В настоящее время при измерениях длин сторон государственных геодезических сетей 2, 3 и 4 классов успешно применяются радиодальномеры РДГВ и «Луч», обеспечивающие измерение расстояний до 30—40 км с точностью 1 : 200 000—1 :300 000.
§ 66. ОПТИЧЕСКИЕ ДАЛЬНОМЕРЫ
Оптические дальномеры — это геодезические приборы, позволяющие определять горизонтальные и наклонные расстояния косвенным методом. В основу определения расстояний оптическими дальномерами положено решение равнобедренного (или прямоугольного) треугольника, имеющего одну короткую сторону (рис. 94, а).
Острый угол ε такого треугольника называется параллактическим
, а противолежащая сторона—
базой.
Расстояние D определяется решением параллактического треугольника по формуле
2 2
1
ε
ctg
b
D
⋅
=
(X.3)
114
Поскольку угол ε мал (менее 1°), то функцию
2
ε
tg
- можно заменить значением аргумента
2
ε
- выраженным в радианной мере.
Тогда
2 1
2
ε
ε
bp
tg
b
D
=
⋅
=
(X.4)
Конструкциями оптических дальномеров предусматривается, что одна из величин (угол ε или база b ) является постоянной, а вторая—переменной величиной, подлежащей измерению. В зависимости от этого различают два типа оптических дальномеров.
Дальномеры, с постоянным параллактическим углом
, (рис. 94, б).
При работе с такими дальномерами измеряют переменную величину l с помощью дальномерной рейки, устанавливаемой в конечной точке измеряемой линии.
Обозначив в формуле (X.4) постоянную величину
ε
p
через К , т.е
K
p =
ε
получим
l
K
D
⋅
=
(X.5) где К.— коэффициент дальномера.
Дальномеры с постоянной базой
(рис. 94, в).
При работе с дальномерами данного типа измеряют угол β; постоянная база b закрепляется на дальномерной рейке специальными марками. В этом случае искомое расстояние D определится по формуле
β
K
D
=
(X.6) где K=bp — коэффициент дальномера.
Во всех случаях дальномерная рейка может занимать как горизонтальное, так и вертикальное положение. При горизонтальном расположении ее длина обычно не превосходит 2 м, а при вертикальном достигает 4 м. Оптические дальномеры предназначены для определения расстояний от десятков до нескольких сотен метров.
Определение расстояний нитяным дальномером.
Нитяный дальномер относится к простейшим оптическим дальномерам с постоянным параллактическим углом и переменной базой при определяемой точке. Он представляет собой зрительную трубу, на сетке нитей которой дополнительно нанесены дальномерные штрихи (см. рис. 83, б, в), симметрично расположенные относительно визирной оси.
Нитяные дальномеры не являются самостоятельными приборами. Они совмещаются с маркшейдерско-геодезическими приборами (теодолитами, нивелирами, кипрегелями), что придает этим приборам универсальность.
Теория нитяного дальномера определяется типом зрительной трубы, в которой он применен,—с внешним или внутренним фокусированием.
Рассмотрим его принципиальную схему.
Рис. 94. Принцип измерения расстояния оптическими дальномерами
115
Пусть требуется определить расстояние D (рис. 95, а) между точками 1 и 2. В точке 1 установлен теодолит, ось вращения которого совпадает с отвесной линией точки 1; в точке 2 вертикально установлена дальномерная рейка.
Рассмотрим вначале частный случай, когда визирная ось трубы занимает горизонтальное положение и, следовательно, перпендикулярна к рейке. Параллактический угол в образуется лучами визирования, проходящими через дальномерные нити а и b; его величина зависит от расстояния между ними p=ab . Вершина угла ε совпадает с передним фокусом F объектива.
Как видно из рис. 95 а, искомое расстояние
f
E
D
+
+
=
δ
(X.7) где Е – расстояние от переднего фокуса объектива до рейки; δ – расстояние от объектива до оси вращения прибора; f — фокусное расстояние объектива.
Лучи от дальномерных нитей а и b, пройдя через объектив и его передний фокус, пересекают рейку в точках А и В . Из подобия треугольников ABF и a’b’F имеем
p
f
n
E =
откуда
n
p
f
E
=
Поскольку величины f и p являются постоянными, то и их отношение
K
p
f =
- величина постоянная для данного прибора и называется коэффициентом дальномера.
Тогда определяемое расстояние между точками 1 и 2 будет
c
Kn
f
E
D
+
=
+
+
=
δ
(X.8) где
δ
+
= f
c
- постоянная слагаемая дальномера.
Для удобства вычисления расстояний величины f и p в приборах подбирают таким образом, чтобы К=100. Такое значение коэффициента дальномера будет иметь место при ε=34,38’=34’22,8”.
Рис. 95. Cхема определения расстояния с помощью дальномера
116
Величина с=f+δ в трубах с внешним фокусированием достигает 0,6 м, поэтому при крупномасштабных съемках (1:500, 1:1000, 1:2000) ее необходимо учитывать. Для труб с внутренним фокусированием величина обычно не превышает 4 см, в связи с чем ее пренебрегают.
При измерении расстояний нитяным дальномером величину переменного базиса l выражают числом n делений дальномерной рейки, видимых под углом ε на данном расстоянии. Значение n
находят как разность отчетов по рейке, взятых по нижней и верхней дальномерным нитям. Тогда для труб с внутренним фокусированием искомое расстояние определиться как
n
Kn
D
100
=
=
(X.9)
Например, отсчеты по дальномерным нитям по рейке равны 2522 мм и 1208 мм. Тогда n =
2522-1208=131,4 см; D=Kn=100·131,4 см= 13140 см = 131,4 м.
Практически измерение расстояния нитяным дальномером производится следующим образом. Визируют на рейку и наводящим винтом зрительной трубы , кратным 10 см. По рейке отсчитывают число сантиметров, заключенных между дальномерными нитями. При К= 100 дальномерный отсчет по рейке в сантиметрах выразит искомое расстояние в метрах (рис. 95, б).
При измерении больших расстояний, а также в случаях, когда нижние деления рейки закрываются травой, кустарником, складками рельефа местности и т. п., для взятия дальномерных отсчетов можно пользоваться дальномерной и средней нитями, принимая коэффициент дальномера
К=200. С помощью нитяного дальномера рекомендуется измерять линии длиной не более 200 м; при больших расстояниях линию следует делить на части.
К достоинствам нитяного дальномера относятся простота устройства и удобство применения, к недостаткам—сравнительно низкая точность измерения расстояний, равная 1:200—1:400.
Последнее обусловлено влиянием на результаты измерений неблагоприятных внешних условий, неточности отсчитывания по рейке, большой толщины нитей, неточности коэффициента дальномера и делений рейки и т. п. При необходимости точность измерения длин линий может быть повышена применением дальномеров двойного изображения.
Определение коэффициентов дальномера.
Значения постоянных дальномера обычно приводятся в паспорте геодезического прибора. Однако перед началом полевых работ независимо от паспортных данных следует определять коэффициент дальномера.
В практике маркшейдерско-геодезических работ обычно применяется способ зависимого определения коэффициента нитяного дальномера с внутренним фокусированием.
Этот способ учитывает цену деления рейки, а поэтому полученное значение коэффициента дальномера соответствует только определенной дальномерной рейке. В основу определения коэффициента дальномера К положена формула
n
D
K
=
(X.10)
Определение коэффициента дальномера следует производить с точностью ±0,1 при наиболее благоприятных атмосферных и погодных условиях. Для этого на ровной местности выбирается базис, на котором отмеряются отрезки длиной 25, 50, 75, 100 и 150 м (рис. 95, в). Длину базиса и его отрезков измеряют мерной лентой или дальномером двойного изображения с точностью не ниже
1:2000.
1, 2, 3, 4, В —
K
1
, К
2
, Кз, …, Кп, значения которых не должны отличаться друг от друга более чем на 0,4. За окончательное значение коэффициента дальномера принимают его среднее арифметическое
3 2
1
n
K
K
K
K
K
n
+
+
+
+
=
(X.11)
Если коэффициент дальномера не равен 100, то для удобства и повышения производительности при определении расстояний составляется таблица поправок, рассчитываемая по формуле
100
n
K
D
−
=
∆
(X.12) где К. — полученное значение коэффициента. Из таблицы по аргументу п выбирается значение поправки АО. В некоторых случаях для дальномера изготовляют специальную рейку, при
117
работе с которой коэффициент был бы равен 100. Для этой цели берется выдержанный загрунтованный брусок дерева необходимой длины (3—4 м).
Над начальной точкой базиса устанавливают прибор, а брусок последовательно устанавливают на расстояниях 50, 100, 150 и 200 м; при этом каждый раз одну крайнюю дальномерную нить наводят на верхний обрез бруска, а проекцию другой дальномерной нити отмечают на бруске чертой. Полученные на рейке интервалы делят на соответствующее число частей и раскрашивают в контрастные тона.
Определение горизонтальных
проекций наклонных расстояний
при измерении длин дальномером.
D=MN=Kn’+c.
Учитывая невысокую точность измерений нитяным дальномером, этим отличием можно пренебречь, принимая треугольники Na’a и Nbb’ прямоугольными.
Тогда можно записать:
Na’ + Nb’ = (Na + Nb) cos
п’ = п cos v.
Отсюда наклонное расстояние D = Кп cos v + с. Принимая для труб с внутренним фокусированием с-=0, имеем
D = К.п cos v .
(X.13)
Горизонтальная проекция линии будет равна
cos cos
2
v
Kn
v
D
d
⋅
=
⋅
=
•
(X.14) или, обозначив величину Кп через L, получим
cos
2
v
L
d
⋅
=
(X.15)
После преобразования формулу (100) можно представить в виде
H
L
L
d
∆
−
=
(X.16) где
sin
2
v
L
L
H
⋅
=
∆
- поправка за наклон в измеренное дальномером наклонное расстояние.
Дальномеры двойного изображения и их классификация.
Дальномеры двойного изображения в , присущих нитяному дальномеру, и позволяют получать результаты с точностью, близкой к точности измерения расстояний мерными лентами. В основу этих дальномеров положено свойство стеклянной призмы отклонять проходящие через нее лучи к основанию. Призма с очень малым преломляющим углом 9 называется оптическим клином.
Дальномеры двойного изображения изготавливаются двух видов:
1. Дальномеры с постоянным параллактическим углом и переменной базой, в которых используется оптический клин.
2. Дальномеры с постоянной базой и переменным углом, в которых используются линзы либо их системы.
Дальномер с переменным параллактическим углом и постоянной базой у цели; предназначен для измерения длин линий от 40 до 400 м в полигонометрии 2 разряда, теодолитных ходах и
Рис. 96. Схема определения горизонтальных проекций наклонных расстояний, измеренных
118
триангуляционных сетях по горизонтальной и вертикальной рейкам с относительной погрешностью соответственно не более 1: 5000 и 1 :3000. Конструктивно он оформлен как ‘самостоятельный прибор, включающий дальномерное устройство, вертикальный круг для измерения углов наклона линии визирования с точностью до V, алидадную часть, съемную подставку и дальномерную рейку длиной
2 м. Дальномерное устройство снабжено оптическим компенсатором, позволяющим точно измерять сравнительно большие (почти до 1,5°) параллактические углы.
Редукционный дальномер выполнен в виде насадки на зрительную трубу теодолита с постоянным параллактическим углом; предназначен для измерения горизонтальных проложений длин линий от 20 до 120 м по вертикальной рейке в теодолитных ходах с относительной погрешностью 1:1000—1:2000 и для горизонтальной съемки застроенных территорий. Особенностью дальномера является наличие редуцирующего устройства в виде подвесного клина, автоматически преобразующего наклонные расстояния в их горизонтальные проложения при углах наклона зрительной трубы до ± 12°. Редуцирующий клин является составной частью оптического компенсатора, создающего постоянный параллактический угол ε=34
/
22,6
//
- В качестве измерительной базы используется дальномерная рейка, имеющая шкалу и верньер для взятия дальномерного отсчета.
§ 67. ПОНЯТИЕ О ПАРАЛЛАКТИЧЕСКОМ МЕТОДЕ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ
Под параллактическим методом понимается косвенный метод определения расстояния с помощью малого базиса
, разбиваемого поперек измеряемой линии, и параллактических углов
, под которыми базис рассматривается из концов линии. Впервые данный метод был применен русским астрономом и геодезистом В. Я. Струве в 1836 г. при измерении длин сторон в полигонометрии.
Параллактический метод используется в случаях, когда непосредственное измерение расстояний мерными приборами невозможно из-за наличия в створе измеряемых линий различного рода препятствий либо затруднительно ввиду сильно пересеченной местности.
Геометрическая фигура, образованная измеряемой линией с базисом и связывающим их построением, называется параллактическим звеном.
Наиболее широкое распространение в геодезической практике получили два типа параллактических звеньев.
1. Звено треугольной формы с коротким базисом, расположенным в конце линии под углом
90° (рис. 97, а).
В этом звене угол γ =90° называется прибазисным.
На местности измеряют базис b и параллактический угол φ. Длина линии рассчитывается с использованием теоремы синусов по формуле
sin
sin(
ϕ
γ
ϕ
+
⋅
=
b
d
или приближенно в радианной мере
ϕ
ρ
b
d
=
(X.17)
Рис. 97. Параллактический метод определения расстояния
119 2. Симметричное звено ромбической формы с коротким базисом, расположенным под углом
90° к линии хода вблизи ее середины (рис. 65, б); схема такого звена обеспечивает наибольшую точность. В этом случае длина линии определится по формуле
2 2
2 2
1 2
1
+
=
+
=
ϕ
ϕ
ctg
ctg
b
d
d
d
или в радианной мере
2 1
+
=
ϕ
ρ
ϕ
ρ
b
d
(X.18)
Точность определения длин линий параллактическим методом зависит во многом от точности измерения параллактических углов и базиса. Поэтому данный метод целесообразно применять лишь при наличии приборов и оборудования, позволяющих измерять углы и базисы с высокой точностью.
Направление базиса разбивают техническим теодолитом перпендикулярно к измеряемой линии с погрешностью не более 2′. Величины параллактических углов должны быть не менее 8° в полигонометрии 1 разряда и 4°— в полигонометрии 2 разряда.
Базисы в параллактических звеньях измеряют инварной проволокой, при этом длину базиса принимают кратной длине проволоки (24, 48 м и т. д.).
Базис должен располагаться по возможности на ровном месте.
В настоящее время при измерении длин сторон в полигонометрии 1 и 2 разрядов широко применяется разработанный проф. В. В. Даниловым параллактический метод определения расстояний с постоянным базисом
; в качестве последнего используется натянутая на блочных станках инварная проволока длиной 24 м, на концах которой закрепляются визирные марки.
Параллактические углы измеряют теодолитами типа Т2 четырьмя приемами с погрешностью не более 1,5″.
При измерении линий в ходах полигонометрии 1 и 2 разрядов на застроенной территории или в лесистой местности разрешается применять короткобазисный параллактический метод, когда в качестве базиса используются инварные двух- или трехметровые жезлы с визирными марками. Жезлы устанавливаются на штативах в горизонтальном положении по круглому уровню и перпендикулярно к измеряемой линии с помощью оптического визира.
В зависимости от требуемой точности и местных условий в короткобазисной полигонометрии применяются различные типы простых и сложных параллактических звеньев; из них наиболее рациональным является звено ромбической формы. При больших длинах линий последние измеряются цепочкой ромбических звеньев длиной 40—60 м каждое, разбиваемых в створе измеряемой линии (рис. 97, в).
В этом случае длина стороны AD определится суммой длин простых звеньев, т. е. d=d
1
+d
2
+d
3
Такой способ измерения длин называется створно-короткобазисным
При створно-короткобазисном способе параллактические углы не должны быть менее 2,5° в полигонометрии 1 разряда и 2°— в полигонометрии 2 разряда. Измерение углов выполняется теодолитами типа Т2 с точностью не ниже 1 « по специальной программе.
120
§ 68. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕПРИСТУПНЫХ РАССТОЯНИЙ
В практике инженерно-геодезических работ довольно часто оказывается невозможным непосредственное измерение расстояния между двумя точками местности. Это имеет место при пересечении линиями различного рода препятствий: рек, оврагов, заболоченных участков, котлованов, зданий и т. п. В таких случаях искомое расстояние, называемое неприступным
, определяют косвенным путем, выполнив соответствующие измерения.
Пусть требуется определить расстояние
АВ=а (рис. 98), которое не может быть измерено непосредственным способом. При этом искомое расстояние а определяется из решения двух треугольников, в которых измерены на местности две стороны (базисы) b и b
1
и горизонтальные углы, а , a
1
и β , β
1
- Базисы выбираются по возможности на ровной местности, удобной для линейных измерений, и измеряются не менее двух раз. В точках A, С и D последовательно устанавливают теодолит и измеряют углы а , а
1
β и β
1
- Если имеется возможность, то для контроля угловых измерений следует измерить также углы γ и γ
1
Значение неприступного расстояния вычисляют по теореме синусов дважды по формулам
sin(
sin
;
sin(
sin
1 1
1 1
β
β
β
β
+
=
+
=
a
b
a
a
b
a
(X.19)
Расхождение между обоими результатами не должно превышать некоторой величины, устанавливаемой в зависимости от требуемой точности. За окончательное значение искомого расстояния принимается среднее арифметическое из полученных результатов.
Точность определения неприступного расстояния зависит от точности измерения базисов и углов, а также от формы треугольников. Для получения наиболее точных результатов (при прочих равных условиях) треугольники по форме должны приближаться к равносторонним.
§ 69. ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИН ЛИНИЯ МЕРНЫМИ ЛЕНТАМИ
Вешение линий.
При непосредственном измерении длин линий в инженерных геодезических работах широко применяются штриховые стальные мерные ленты. В процессе измерения лента должна укладываться в створе линии местности, т. е. в отвесной плоскости, проходящей через конечные точки линии.
Перед измерением на местности створ линии обозначается вехами
, представляющими собой заостренные деревянные шесты длиной 1,5—2,5 м, раскрашенные попеременно через 20см в белый и красный цвета. При измерении коротких’ (100—150 м) линий в условиях равнинной местности достаточно установить вехи в конечных точках линии. В случаях измерения длинных линий, особенно в условиях сложного рельефа, в створе линий устанавливается ряд дополнительных вех. Установка вех в створе измеряемой линии называется вешением линии.
Рис. 98. Схема определения неприступных расстояний
121
В зависимости от длин линий, характера местности и требуемой точности вешение линий может производиться «на глаз», с помощью полевого бинокля или теодолита.
Если между конечными точками линии имеется взаимная видимость, то вешение обычно производится способом «на себя», т. е. от дальнего конца линии к наблюдателю (рис.
99, а). Этот способ является наиболее точным, так как каждая ранее установленная веха не закрывает последующую веху. Наблюдатель становится в 1—2 м от вехи в точке и смотрит вдоль створа линии, чтобы веха А закрывала собой дальнюю веху В. Рабочий по сигналам наблюдателя последовательно устанавливает в створе линии вехи 1, 2, 3 и 4.
При больших расстояниях, а также при точных линейных измерениях вешение линий выполняют с помощью теодолита. Для этого в точке А устанавливают теодолит и, наведя зрительную трубу на основание вехи в точке В, закрепляют лимб и алидаду. По указанию наблюдателя рабочий отвесно устанавливает вехи в точках 1 , 2, 3 и 4 таким образом, чтобы на них проектировалась вертикальная нить сетки.
Если между конечными точками А и В нет взаимной видимости, то вешение выполняется следующим образом (рис. 99,6).
Вблизи от створа линии ставят веху в точке D
1
и, провешивая линию D
1
A, устанавливают веху в точке C
1
- Затем провешивают линию С
1
В, переставляя веху из точки D
1
в точку D
2
Далее снова провешивают линию D
2
A, перемещая веху из точки C
1
в точку Сг. В таком порядке вехи перемещают до тех пор, пока они не займут следующего положения: веха D будет находиться в створе линии СВ, а. веха С—в створе линии DA. При этом обе вехи С и D окажутся в створе линии АВ.
Вешение линии, пересекающей лощину или овраг (рис. 99, в), производится с двух концов.
Сначала из точки А наблюдатель устанавливает веху 1 в створе линии АВ, а затем способом «от себя»
- веху 2 в створе линии А — 1. Другой наблюдатель из точки В устанавливает веху 3 в створе линии
В — 1. Затем по створу линии 2—3 из точки 2 устанавливается веха 4 на дне лощины. В зависимости от условий местности возможны и другие варианты вешения линий.
Порядок измерения линий мерной лентой.
После вешения створ линии необходимо расчистить и подготовить для измерений: удалить с него камни и кочки, раздвинуть высокую траву и мешающие измерениям ветки кустарника и т. д. Измерение длин мерной лентой состоит в последовательном откладывании по створу измеряемой линии ленты с фиксацией ее концов с помощью шпилек. Измерения выполняются двумя мерщиками в следующей последовательности.
В начальной точке линии задний мерщик втыкает шпильку 1 (рис. 100) и надевает на нее задний конец ленты. Передний мерщик, имеющий остальные 10 (или 5) шпилек комплекта, разматывает ленту вдоль измеряемой линии и по командам заднего мерщика укладывает ее в створе линии. Путем встряхивания ленты передний мерщик добивается, чтобы вся лента лежала в створе линии, натягивает ее и фиксирует передний конец шпилькой 2. Шпильки должны втыкаться в землю отвесно и на достаточную глубину, чтобы при натяжении ленты они не наклонялись и не сдвигались с места. Далее передний мерщик снимает ленту со шпильки и протягивает ее на один пролет. Задний мерщик, забрав шпильку 1, доходит до оставленной передним мерщиком шпильки 2 и надевает на нее свой конец ленты. Передний мерщик вновь натягивает ленту по створу линии и отмечает ее конец шпилькой 3 и т. д.
Рис. 99. Схема вешения линии: а –способом на себя; б – через холм; в – через овраг
122
В таком порядке откладывание ленты в створе линии продолжается до тех пор, пока передний мерщик не израсходует все шпильки (10 или 5); это указывает на то, что отложенное лентой расстояние составляет 200 или 100 м. При этом у заднего мерщика должно быть 10 (или 5) шпилек; одна шпилька находится в земле у переднего конца ленты. Задний мерщик передает переднему 10
(или 5) шпилек и записывает в журнал одну передачу.
Дальнейшие измерения выполняются в той же последовательности. Последний отрезок линии, длина которого меньше длины мерного прибора, называется остатком
- Измерение остатка производится лентой, причем десятые доли дециметровых делений ленты оцениваются на глаз.
Общую длину измеряемой линии подсчитывают по формуле
r
nl
D
изм
+
=
(X.20) где l — длина ленты; п — число полных укладок ленты; r — остаток.
Для контроля линию измеряют дважды: 20-метровой лентой в прямом и обратном направлениях либо 20- и 24-метровой лентами—в одном направлении. Расхождения в результатах двойных измерений не должны превышать установленных величин.
Основными источниками погрешностей измерения длин мерной .лентой являются: неточное укладывание ленты в створе линии, изгиб и провисание ленты, незнание истинной длины ленты, колебания температуры в процессе измерений, просчеты и неточности при взятии отсчетов по ленте и др. Ослабление влияния данных факторов на точность измерений достигается более тщательным провешиванием линий, использованием динамометров для натяжения лент, введением поправок в измеренные длины, проведением контрольных измерений и т. п.
На точность измерения длин мерной лентой большое влияние оказывают условия местности, характер грунта и растительного покрова. Поэтому в зависимости от рельефа и условий измерений условно различают три класса местности: I класс—местность, благоприятная для измерений
(ровная поверхность с твердым грунтом); II класс—местность со средними условиями для измерений
(холмистая поверхность со слабым грунтом); III класс — местность, неблагоприятная для измерений
(сильно пересеченная, заросшая кустарником местность с кочками и выемками, с песчаной или заболоченной почвой).
Практикой установлено, что относительные погрешности измерения линий штриховыми мерными лентами не должны превышать: на местности I класса—1:3000, II класса—1:2000 и III класса— 1:1000.
Измерение углов наклона линий.
Для получения горизонтальных проекций измеренных на местности линий необходимо знать углы их наклона к горизонту. Эти углы измеряют с помощью вертикального круга теодолита либо простейшего угломерного прибора — эклиметра
- Наибольшее распространение в практике получили круговой маятниковый эклиметр и эклиметр-высотомер ЭВ-1.
Рис. 100 . Порядок измерения линии мерной лентой
123
Круговой маятниковый эклиметр состоит (рис.101,а) из круглой металлической (или пластмассовой) коробки 1, в которой вокруг горизонтальной оси вращается кольцо 6. На ободе кольца 6 нанесены градусные деления в обе стороны от 0 до ±60°. К кольцу прикреплен груз 7 в виде сектора, под действием которого нулевой диаметр шкалы устанавливается горизонтально. Сверху коробки находится стопорная кнопка 2 (арретир), служащая для торможения кольца. К коробке прикреплена пусто-гелая визирная трубка с двумя диоптрами: глазным 3 в виде горизонтальной щели и предметным 5, представляющим собой окно: горизонтально натянутой металлической нитью. В коробке против глазного диоптра имеется окошко, через которое с помощью лупы 4 берутся отсчеты по шкале.
Для измерения угла наклона линии АВ (рис.101, б) в точке А становится наблюдатель с эклиметром, а в точке В устанавливается веха с меткой на высоте глаза наблюдателя i. Через прорезь глазного диоптра наблюдатель наводит нить предметного диоптра на метку вехи и нажимает стопорную кнопку. Когда кольцо под действием тяжести груза успокоится, т. е. его нулевой диаметр займет горизонтальное положение, наблюдатель отпускает кнопку и через лупу берет отсчет, проектируя предметный диоптр на шкалу кольца. Этот отсчет дает значение угла наклона v линии
АВ. Для контроля угол наклона линии измеряют в прямом и обратном направлениях. За окончательное , т. е.
2
BA
AB
v
v
v
+
=
Эклиметр-высотомер ЭВ-1
(рис.101, в) действует по тому же принципу, однако у него на ободе колеса нанесены две шкалы: одна предназначена для измерения углов наклона, другая
— для определения превышений при длинах линий 15 и 20 м. При его использовании визирование ведется вдоль наружной вертикальной поверхности корпуса путем совмещения индекса диафрагмы с точкой наведения. Измерение углов наклона выполняется при верхнем, а превышений — при нижнем расположении стопорной планки.
Эклиметры позволяют измерять углы наклона линий местности с погрешностью 15— 30′. При углах наклона линий (либо отдельных участков линий) более 5—6° их измерение должно выполняться с помощью вертикального круга теодолита.
Поправки, вводимые в измеренные длины.
В измеренные на местности длины линий вводятся поправки за компарирование мерного прибора, температуру и наклон линии (за приведение линии к горизонту).
Поправка за компарирование в измеренное расстояние вычисляется по формуле
К
изм
K
l
l
D
D
∆
=
∆
(X.21) где D
изм
— длина измеренной линии; l —длина мерного прибора; ∆l
к
—поправка за компарирование мерного прибора, приводимая в его свидетельстве (аттестате).
Рис.101. Эклиметры
124
Поправка за температуру определяется по формуле
0
изм
t
D
t
t
a
D
−
=
∆
(X.22) где а —коэффициент линейного расширения (для стали а= 12,5-10
- 6
; t — температура мерного прибора при измерении; to— температура компарирования.
Тогда наклонная длина линии с учетом поправок за компари-рование и температуру мерного прибора будет
t
K
изм
D
D
D
D
∆
+
∆
+
=
(X.23)
Если при измерении длин линий стальной мерной лентой поправка за компарирование ∆ l
к
<2 мм, то ею обычно пренебрегают; при разности температур измерения и компарирования (t—to) <8° поправку за температуру также можно не вводить.
Для перехода от наклонной длины линии к горизонтальной ее проекции необходимо знать угол наклона линии к горизонту v либо превышение h между конечной и начальной точками линии
(рис.102, а).
Если измерен угол наклона v линии АВ, наклонная длина которой равна D, то ее горизонтальное проложение cos v
D
d
⋅
=
На практике обычно горизонтальное проложение d находят как разность наклонной длины линии D и поправки за наклон ∆D
H
, т. е.
H
D
D
d
∆
−
=
Как следует из рис.102, а,
cos
1
cos
v
D
v
D
D
d
D
D
H
−
=
⋅
−
=
−
=
∆
или
2
sin
2 2
v
D
D
H
=
∆
(X,24)
Если известно превышение h между крайними точками линии, то поправка ∆D
H
определится из следующих соображений (см. рис.102, а):
2 2
2
d
D
d
D
d
D
h
+
−
=
−
=
Принимая D – d = ∆Dн, D+d ≈ 2D, получим
2 2
D
h
D
H
=
∆
(X.25)
Следует помнить, что поправка за наклон∆ Dн всегда отрицательна независимо от знака угла наклона.
Если измеряемая линия АВ состоит из участков, имеющих разные углы наклона (рис.102, б), то для каждого из них измерение. длин и углов наклона, определение поправок за наклон и горизонтальных проложений производится отдельно. Тогда горизонтальное проложение линии АВ определится как сумма горизонтальных проложений ее отдельных участков, т. е.
4 1
4 3
2 1
∑
=
=
+
+
+
=
i
i
d
d
d
d
d
d
Рис. 102.
|
Подборка по базе: , Сведения о доходах работников Университета имени О.Е. Кутафина з , Русские в британских университетах.pdf , ГОСТ 19.201-78 (СТ СЭВ 1627-79). Государственный стандарт Со.rtf , Образец договора на оказание платных образовательных услуг Униве , отличие техникума от университета.rtf , На 01.01.2021 Государственный долг.doc , Александр Невский – государственный деятель и полководец..docx , Новосибирский государственный архитекрурно.docx , «Тіршілік _ауіпсіздігіні_ негіздері» п_нінен университетті_ барл Глава 10. ЛИНЕЙНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ § 62. СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИН ЛИНИЙ Целью линейных измерений является определение горизонтальных расстояний (проложений) между точками местности. Длины линий местности в геодезии измеряются непосредственным либо косвенным способами; каждому из этих способов присущи свои приборы и методы измерений. Непосредственный способ основан на непосредственном измерении линий местности механическими линейными приборами, к которым относятся мерные ленты, рулетки и проволоки. Процесс измерения длин линий непосредственным способом состоит в последовательном откладывании мерного прибора в створе линии. При косвенном способе длина линии определяется как функция установленных геометрических или физических соотношений. Геометрические соотношения используют для аналитических вычислений искомых расстояний по измеренным базисам и углам, а также в оптических дальномерах. Физические соотношения для измерения расстояний положены в основу конструкции электрофизических приборов — светодальномеров и радиодальномеров. В зависимости от назначения и вида геодезических работ, требований к их точности, а также условий измерений могут применяться те или иные способы или приборы для измерения длин линий. § 63. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИН ЛИНИЙ Мерные ленты. При геодезических работах измеряют линии мерными лентами длиной 20 и 24, реже 50 и 100 м. Мерные ленты изготавливаются из стали или инвара (сплава 64 % стали и 36 /о никеля, обладающего малым температурным коэффициентом линейного расширения). По конструкции различают штриховые и шкаловые ленты. При инженерных геодезических работах обычно применяют штриховые стальные мерные ленты типа ЛЗ (лента землемерная).
Штриховая лента (рис. 91, а) представляет собой стальную полосу длиной 20 и 24 м, шириной 15—20 мм и толщиной 0,3—0,4 мм. За длину ленты принимается расстояние между штрихами, нанесенными против середины закруглений специальных вырезов, в которые вставляются металлические заостренные шпильки для фиксации концов ленты на» земной поверхности в процессе измерений. |
